LEUCIN: KARAKTERISTIKA, STRUKTUR, FUNKTIONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2025

Den leucin er en af de 22 aminosyrer, der udgør proteiner i levende organismer. Dette hører til en af ​​de 9 essentielle aminosyrer, som ikke syntetiseres af kroppen og skal indtages sammen med mad indtaget i kosten.

Leucine blev først beskrevet i 1818 af den franske kemiker og farmaceuter JL Proust, der kaldte det "kasexid." Senere fremstillede Erlenmeyer og Kunlin den ud fra a-benzoylamido-p-isopropylacrylsyre, hvis molekylformel er C6H13NO2.

Kemisk struktur af aminosyren Leucine (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Leucin var nøglen under opdagelsen af ​​proteins translationens retning, da dens hydrofobe struktur gjorde det muligt for biokemikeren Howard Dintzis radioaktivt at markere brintet af carbon 3 og observere den retning, i hvilken aminosyrer er inkorporeret i peptidsyntesen af hæmoglobin.

Proteiner kendt som leucin "lynlåse" eller "lukning" er sammen med "zinkfingre" de vigtigste transkriptionsfaktorer i eukaryote organismer. Leucin-lynlåse er kendetegnet ved deres hydrofobe interaktioner med DNA.

Generelt metaboliseres proteiner, der er rige på leucin eller består af forgrenede aminosyrer i leveren, de går i stedet direkte til musklerne, hvor de hurtigt bruges til proteinsyntese og energiproduktion.

Leucin er en forgrenet aminosyre, der er nødvendig til biosyntese af proteiner og aminosyrer i mælk, som syntetiseres i brystkirtlerne. Store mængder af denne aminosyre findes i fri form i modermælk.

Blandt alle aminosyrer, der udgør proteiner, er leucin og arginin de mest rigelige, og begge er blevet påvist i proteinerne fra alle de kongeriger, der udgør livets træ.

egenskaber

Leucin er kendt som den essentielle forgrenede aminosyre, den deler den typiske struktur med de andre aminosyrer. Det kendetegnes imidlertid ved det faktum, at dens sidekæde eller R-gruppe har to lineært bundne kulhydrater, og den sidste er bundet til et hydrogenatom og til to methylgrupper.

Det hører til gruppen af ​​uladede polære aminosyrer, substituenterne eller R-grupperne af disse aminosyrer er hydrofobe og ikke-polære. Disse aminosyrer er hovedsageligt ansvarlige for hydrofobe inter- og interproteininteraktioner og har en tendens til at stabilisere proteinstrukturen.

Alle aminosyrer, der har et centralt carbon, der er chiralt (α carbon), dvs. at de har fire forskellige substituenter bundet, kan findes i to forskellige former i naturen; der er således D- og L-leucin, sidstnævnte typisk i proteinstrukturer.

Begge former for hver aminosyre har forskellige egenskaber, deltager i forskellige metabolske veje og kan endda ændre egenskaberne for strukturer, som de er en del af.

For eksempel har leucin i L-leucin-form en lidt bitter smag, mens den i sin D-leucin-form er meget sød.

L-formen af ​​enhver aminosyre er lettere for pattedyrets krop at metabolisere. L-leucin nedbrydes let og bruges til konstruktion og beskyttelse af proteiner.

Struktur

Leucine består af 6 carbonatomer. Det centrale carbon, der er almindeligt i alle aminosyrer, er bundet til en carboxylgruppe (COOH), en aminogruppe (NH2), et hydrogenatom (H) og en sidekæde eller R-gruppe bestående af 4 carbonatomer.

Carbonatomer i aminosyrer kan identificeres med græske bogstaver. Nummereringen begynder fra carbonet i carboxylsyren (COOH), mens annotationen med det græske alfabet begynder fra det centrale carbon.

Leucin har som en substituentgruppe i sin R-kæde en isobutyl- eller 2-methylpropylgruppe, der produceres ved tab af et hydrogenatom med dannelse af en alkylgruppe; Disse grupper optræder som grene i aminosyrestrukturen.

Funktioner

Leucin er en aminosyre, der kan tjene som en ketogen forløber for andre forbindelser, der er involveret i citronsyrecyklussen. Denne aminosyre repræsenterer en vigtig kilde til syntese af acetyl-CoA eller acetoacetyl-CoA, som er en del af dannelsesveje for ketonlegemer i leverceller.

Leucin er kendt for at være essentiel i insulinsignaleringsveje, deltage i initieringen af ​​proteinsyntese og forhindre proteintab gennem nedbrydning.

Typisk er de indre strukturer af proteiner sammensat af hydrofobe aminosyrer, såsom leucin, valin, isoleucin og methionin. Sådanne strukturer konserveres normalt for enzymer, der er almindelige blandt levende organismer, som i tilfældet med Cytochrome C.

Leucin kan aktivere metabolske veje i cellerne i mælkekirtlerne for at stimulere syntesen af ​​lactose, lipider og proteiner, der tjener som signalmolekyler i reguleringen af ​​energihomeostase hos unge hos pattedyr.

Leucinrige domæner er en væsentlig del af specifikke DNA-bindende proteiner, som generelt er strukturelle dimerer i superopviklet form og er kendt som "leucin-lynlåseproteiner."

Disse proteiner har som karakteristisk kendetegn et regelmæssigt mønster af gentagne leuciner sammen med andre hydrofobe aminosyrer, der er ansvarlige for at regulere bindingen af ​​transkriptionsfaktorer til DNA og mellem forskellige transkriptionsfaktorer.

Leucin-lynlåseproteiner kan danne homo- eller heterodimerer, der tillader dem at binde til specifikke regioner af transkriptionsfaktorer for at regulere deres parring og deres interaktion med de DNA-molekyler, som de regulerer.

biosyntese

Alle forgrenede aminosyrer, inklusive leucin, syntetiseres hovedsageligt i planter og bakterier. I blomstrende planter er der en markant stigning i produktionen af ​​leucin, da det er en vigtig forløber for alle de forbindelser, der er ansvarlige for aromaen af ​​blomster og frugter.

En af de faktorer, som den store overflod af leucin i de forskellige bakterielle peptider tilskrives, er, at 6 forskellige kodoner af den genetiske kodekode for leucin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), det samme er også sandt til arginin.

Leucin syntetiseres i bakterier gennem en fem-trins rute, der bruger en ketosyre relateret til valin som udgangspunkt.

Denne proces er allosterisk reguleret, så når der er et overskud af leucin inde i cellen, hæmmer det de enzymer, der deltager i vejen og stopper syntesen.

Biosyntetisk vej

Leucin-biosyntese i bakterier begynder med omdannelsen af ​​et ketoacderivat af valin, 3-methyl-2-oxobutanoat til (2S) -2-isopropylmalat, takket være virkningen af ​​enzymet 2-isopropylmaltosynthase, som bruger acetyl-Coa og vand til dette formål.

(2S) -2-isopropylmalat mister et vandmolekyle og omdannes til 2-isopropylmaleat af 3-isopropylmalatdehydratase. Derefter tilsætter det samme enzym et andet vandmolekyle og omdanner 2-isopropylmaleat til (2R-3S) -3-isopropylmalat.

Denne sidste forbindelse underkastes en oxidoreduktionsreaktion, der fortjener deltagelse af et molekyle af NAD +, med hvilket (2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinat produceres, hvilket er muligt med deltagelse af enzymet 3- isopropylmalatdehydrogenase.

(2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinat mister et carbonatom i form af CO2 spontant, hvilket genererer 4-methyl-2-oxopentanoat, som ved virkningen af ​​en forgrenet aminosyre-transaminase (leucin-transaminase, specifikt) og med den samtidige frigivelse af L-glutamat og 2-oxoglutarat producerer det L-leucin.

nedbrydning

Leucins vigtigste rolle er at fungere som et signal, der fortæller cellen, at der er nok aminosyrer og energi til at begynde syntesen af ​​muskelproteiner.

Fordelingen af ​​forgrenede aminosyrer, såsom leucin, begynder med transaminering. Dette og de to efterfølgende enzymatiske trin katalyseres af de samme tre enzymer i tilfælde af leucin, isoleucin og valin.

Transaminering af de tre aminosyrer producerer a-ketosyrederivaterne deraf, der underkastes oxidativ dekarboxylering for at producere acyl-CoA-thioestere, der er a, ß-dehydrogeneret til opnåelse af a, ß-umættede acyl-CoA-thioestere.

Under katabolismen af ​​leucin anvendes den tilsvarende a, ß-umættede acyl-CoA-thioester til fremstilling af acetoacetat (acetoeddikesyre) og acetyl-CoA gennem en vej, der involverer metaboliten 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), som er et mellemprodukt i biosyntesen af ​​kolesterol og andre isoprenoider.

Katabolsk vej til leucin

Fra dannelsen af ​​a, ß-umættet acyl-CoA-thioester afledt af leucin, afviger de kataboliske veje for denne aminosyre og for valin og isoleucin betydeligt.

Den a, ß-umættede acyl-CoA-thioester af leucin behandles nedstrøms med tre forskellige enzymer kendt som (1) 3-methylcrotonyl-CoA-carboxylase, (2) 3-methylglutaconyl-CoA-hydratase og (3) 3-hydroxy -3-methylglutaryl-CoA lyase.

I bakterier er disse enzymer ansvarlige for omdannelsen af ​​henholdsvis 3-methylcrotonyl-CoA (afledt fra leucin) til 3-methylglutaconyl-CoA, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA og acetoacetat og acetyl-CoA.

Leucin, der er tilgængeligt i blodet, bruges til syntese af muskel / myofibrillære proteiner (MPS). Dette fungerer som en aktiverende faktor i denne proces. Det interagerer også direkte med insulin, hvilket påvirker tilførslen af ​​insulin.

Leucinrige fødevarer

Forbruget af proteiner, der er rige på aminosyrer, er essentielt for den cellulære fysiologi af levende organismer, og leucin er ingen undtagelse blandt de essentielle aminosyrer.

Proteiner opnået fra valle anses for at være de rigeste i L-leucinrester. Dog giver alle fødevarer med højt proteinindhold som fisk, kylling, æg og rødt kød store mængder leucin til kroppen.

Majskerner er mangelfulde i aminosyrerne lysin og tryptophan, har meget stive tertiære strukturer til fordøjelse og har ringe værdi fra et ernæringsmæssigt synspunkt, men de har høje niveauer af leucin og isoleucin.

Frugterne af bælgplanter er rige på næsten alle essentielle aminosyrer: lysin, threonin, isoleucin, leucin, phenylalanin og valin, men de er lave i methionin og cystein.

Leucine ekstraheres, oprenses og koncentreres i tabletter som kosttilskud til atleter på højt niveau og markedsføres som et lægemiddel. Den vigtigste kilde til isolering af denne aminosyre svarer til affedtet sojamel.

Der er et diættilskud, der bruges af atleter til muskelregeneration kendt som BCAA (forgrenede kæde-aminosyrer). Dette tilvejebringer høje koncentrationer af forgrenede aminosyrer: leucin, valin og isoleucin.

Fordele ved dens indtag

Fødevarer rig på leucin hjælper med at kontrollere fedme og andre metaboliske sygdomme. Mange ernæringseksperter påpeger, at fødevarer rige på leucin og kosttilskud baseret på denne aminosyre bidrager til regulering af appetit og angst hos voksne.

Alle proteiner, der er rige på leucin, stimulerer muskelproteinsyntese; Det er vist, at en stigning i andelen af ​​indtaget leucin i forhold til de andre essentielle aminosyrer kan vende dæmpningen af ​​proteinsyntese i muskulatur hos ældre patienter.

Selv mennesker med alvorlige makulære lidelser, der er lammet, kan stoppe tabet af muskelmasse og styrke med den korrekte orale tilskud af leucin, ud over at anvende systemisk muskelmodstandsøvelser.

Leucin, valin og isoleucin er essentielle komponenter i den masse, der udgør knoglemusklerne hos hvirveldyr, så deres tilstedeværelse er afgørende for syntese af nye proteiner eller til reparation af eksisterende.

Mangelforstyrrelser

Mangler eller misdannelser af a-ketoacid dehydrogenase-enzymkomplekset, som er ansvarlig for metabolisering af leucin, valin og isoleucin hos mennesker, kan forårsage alvorlige mentale lidelser.

Der er endvidere en patologisk tilstand relateret til metabolismen af ​​disse forgrenede aminosyrer, der kaldes "Maple Syrup Urine Disease".

Indtil videre er der ikke påvist skadelige virkninger ved overdreven forbrug af leucin. Imidlertid anbefales en maksimal dosis på 550 mg / kg dagligt, da der ikke har været nogen langtidsundersøgelser relateret til overdreven eksponering af væv for denne aminosyre.

Referencer

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Muskelhelse og sarkopeni-forebyggelse: virkningen af ​​protein, leucin og ß-hydroxy-ß-methylbutyrat. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Fødevarekemi (nr. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Forgrenet aminosyrekatabolisme i bakterier. Bakteriologiske anmeldelser, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemi. Pearson Uddannelse.
5. Mero, A. (1999). Leucintilskud og intensiv træning. Sportsmedicin, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (red.). (2012). Pattedyrproteinmetabolisme (bind 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.