SERIN: EGENSKABER, FUNKTIONER, STOFSKIFTE, MAD - BIOLOGI - 2025

Den serin er en af 22 basiske aminosyrer, skønt dette ikke er klassificeret som en essentiel aminosyre for mennesker og andre dyr, da det syntetiseres af det menneskelige legeme.

I henhold til nomenklaturen med tre bogstaver beskrives serin i litteraturen som Ser (S i enkeltbogstavskoden). Denne aminosyre deltager i et stort antal metaboliske veje og har polære egenskaber, men har ingen ladning ved neutral pH.

Repræsentation af aminosyrestrukturen Serine (Kilde: Paginazero på it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Mange enzymer, der er vigtige for celler, har rigelige koncentrationer af serinrester på deres aktive steder, hvorfor denne aminosyre har flere fysiologiske og metabolske implikationer.

Serine, blandt mange af dets funktioner, deltager som en forløber og stilladsmolekyle i biosyntesen af ​​andre aminosyrer, såsom glycin og cystein, og er en del af strukturen af ​​sfingolipider, der er til stede i cellemembraner.

Hastigheden for syntese af serin varierer i hvert organ, og derudover ændres det afhængigt af det udviklingsstadium, som individet befinder sig i.

Forskere har foreslået, at L-serinkoncentrationer i hjernevæv stiger med alderen, da permeabiliteten af ​​blod-hjerne-barrieren falder i den voksne hjerne, hvilket kan forårsage alvorlige hjerneforstyrrelser.

Det er kendt, at L-serin er vital for biosyntesen af ​​neurotransmittere, phospholipider og andre komplekse makromolekyler, da det giver forstadierne til disse flere metaboliske veje.

Forskellige undersøgelser har vist, at levering af L-serintilskud eller koncentrater til visse typer patienter forbedrer glukosehomeostase, mitokondriefunktion og reducerer neuronal død.

Egenskaber og struktur

Alle aminosyrer har som deres basiske struktur en carboxylgruppe og en aminogruppe bundet til det samme carbonatom; Disse adskiller sig imidlertid fra hinanden af ​​deres sidekæder, kendt som R-grupper, som kan variere i størrelse, struktur og endda i deres elektriske ladning.

Serin indeholder tre carbonatomer: en central carbon bundet på den ene side til en carboxylgruppe (COOH) og på den anden side til en aminogruppe (NH3 +). De to andre bindinger i det centrale kulstof optages af et hydrogenatom og af en CH2OH-gruppe (R-gruppe), der er karakteristisk for serin.

Det centrale carbon, hvortil aminosyrerne aminogrupper og carboxylgrupper er bundet, er kendt som a-carbon. De andre carbonatomer i R-grupperne er udpeget med bogstaverne i det græske alfabet.

I tilfælde af serin for eksempel er det eneste carbonatom i dets R-gruppe, der er bundet til OH-gruppen, kendt som y-carbon.

Klassifikation

Serin klassificeres i gruppen af ​​uladede polære aminosyrer. Medlemmerne af denne gruppe er stærkt vandopløselige aminosyrer, dvs. de er hydrofile forbindelser. I serin og threonin skyldes hydrofilicitet deres evne til at danne hydrogenbindinger med vand gennem deres hydroxylgrupper (OH).

I gruppen af ​​uladede polære aminosyrer er cystein, asparagin og glutamin også grupperet. Alle disse har en polær gruppe i deres R-kæde, men denne gruppe kan imidlertid ikke ioniseres, og ved pH-værdier tæt på neutral annullerer de deres ladninger, der producerer en forbindelse i form af en "zwitterion".

stereokemi

Den generelle asymmetri af aminosyrer gør stereokemien af ​​disse forbindelser af vital betydning i de metaboliske veje, de deltager i. I tilfælde af serin kan det findes som D- eller L-serin, hvor sidstnævnte kun syntetiseres af celler i nervesystemet kendt som astrocytter.

A-carbonatomer af aminosyrer er chirale carbonatomer, da de har fire forskellige substituenter bundet, hvilket genererer, at der er mindst to adskilte stereoisomerer for hver aminosyre.

En stereoisomer er et spejlbillede af et molekyle, dvs. at den ene ikke kan overlejres på den anden. De er betegnet med bogstavet D eller L, da opløsningerne af disse aminosyrer roterer planet for polariseret lys i modsatte retninger.

L-serin, der syntetiseres i celler i nervesystemet, fungerer som et substrat til syntese af glycin eller D-serin. D-serin er et af de vigtigste elementer for udveksling af vesikler mellem neuroner, der er, hvorfor nogle forfattere foreslår, at begge isoformer af serin faktisk er essentielle aminosyrer til neuroner.

Funktioner

OH-gruppen af ​​serin i sin R-kæde gør det til en god nukleofil, så det er nøglen til aktiviteten af ​​mange enzymer med seriner på deres aktive steder. Serin er et af de substrater, der kræves til syntese af nukleotider NADPH og glutathion.

L-serin er essentiel for udvikling og korrekt funktion af centralnervesystemet. Undersøgelser har vist, at eksogen levering af L-serin i lave doser til hippocampale neuroner og Purkinje-celler in vitro forbedrer deres overlevelse.

Forskellige undersøgelser af kræftceller og lymfocytter har fundet, at serinafhængige kulstofenheder er nødvendige for overdreven produktion af nukleotider såvel som for den efterfølgende spredning af kræftceller.

Selenocystein er en af ​​de 22 basiske aminosyrer og opnås kun som et derivat af serin. Denne aminosyre er kun blevet observeret i nogle proteiner, den indeholder selen i stedet for svovl bundet til cystein, og den syntetiseres ud fra en forestret serin.

biosyntese

Serin er en ikke-essentiel aminosyre, da den syntetiseres af den menneskelige krop. Imidlertid kan det assimileres fra kosten fra forskellige kilder, såsom proteiner og phospholipider, hovedsageligt.

Serin syntetiseres i sin L-form gennem omdannelse af et glycinmolekyle, en reaktion medieret af et hydroxymethyl-transferaseenzym.

Det er kendt, at hovedstedet for L-serinsyntese er i astrocytter og ikke i neuroner. I disse celler forekommer syntesen ved en phosphoryleringsvej, hvor 3-phosphoglycerat, et glycolytisk mellemprodukt, deltager.

Tre enzymer virker i denne vej: 3-phosphoglyceratdehydrogenase, phosphoserine-transferase og phosphoserine-phosphatase.

Andre vigtige organer, når det kommer til serinsyntese, er leveren, nyrerne, testiklerne og milten. Enzymer, der syntetiserer serin ved andre veje end phosphorylering findes kun i leveren og nyrerne.

En af de første kendte serinsynteseruter var den kataboliske vej involveret i glukoneogenese, hvor L-serin opnås som en sekundær metabolit. Imidlertid er bidraget fra denne rute til kropsserinproduktion lavt.

Metabolisme

I øjeblikket er det kendt, at serin kan opnås fra kulhydratmetabolisme i leveren, hvor D-glycerinsyre, 3-phosphoglycerinsyre og 3-phosphohydroxypyruvinsyre produceres. Takket være en transamineringsproces mellem 3-hydroxy pyruvinsyre og alanin produceres serin.

Eksperimenter udført med rotter, der radioaktivt mærker carbon 4 af glukose, har konkluderet, at dette carbon effektivt er inkorporeret i carbonskeletterne af serin, hvilket antyder, at nævnte aminosyre har en tre-carbonforløber sandsynligvis fra pyruvat.

Hos bakterier er enzymet L-serin-deaminase det vigtigste enzym, der er ansvarlig for metabolisering af serin: det omdanner L-serin til pyruvat. Dette enzym vides at være til stede og aktivt i E. coli-kulturer dyrket i minimale medier med glukose.

Det vides ikke med sikkerhed, hvad den reelle funktion af L-serindeaminase er i disse mikroorganismer, da dens ekspression induceres af mutationseffektorer, der beskadiger DNA ved ultraviolet stråling, ved tilstedeværelsen af ​​nalidixinsyre, mitomycin og andre. så det følger, at det skal have vigtige fysiologiske konsekvenser.

Fødevarer rig på serin

Alle fødevarer med høje koncentrationer af protein er rige på serin, hovedsageligt æg, kød og fisk. Imidlertid er dette en ikke-essentiel aminosyre, så det er ikke strengt nødvendigt at indtage den, da kroppen er i stand til at syntetisere den alene.

Nogle mennesker lider af en sjælden sygdom, da de har en fænotype med mangel med hensyn til syntesemekanismerne for serin og glycin, og derfor er de nødt til at indtage koncentrerede kosttilskud til begge aminosyrer.

Derudover tilbyder kommercielle mærker, der specialiserer sig i salg af vitamintilskud (Lamberts, Now Sport og HoloMega) fosfatidylserin og L-serinkoncentrater for at øge produktionen af ​​muskelmasse hos meget konkurrencedygtige atleter og vægtløftere.

Relaterede sygdomme

Funktionsfejl i de enzymer, der er involveret i biosyntesen af ​​serin, kan forårsage alvorlige patologier. Ved at reducere koncentrationen af ​​serin i blodplasma og cerebrospinalvæske kan det forårsage hypertoni, psykomotorisk retardering, mikrocephaly, epilepsi og komplekse lidelser i centralnervesystemet.

For tiden er det blevet opdaget, at serinmangel er involveret i udviklingen af ​​diabetes mellitus, da L-serin er nødvendig for syntesen af ​​insulin og dets receptorer.

Babyer med defekter i serinbiosyntesen er neurologisk unormale ved fødslen, har intrauterin væksthæmning, medfødt mikrocephali, grå stær, anfald og alvorlig neuroudviklingsmæssig forsinkelse.

Referencer

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mekanismer til dannelse af aminosyrer i interstellare isanaloger. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Perinatal metabolske encephalopatier. I Swaimans pædiatriske neurologi (s. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD,… & Snyder, SH (2000). D-serin er en endogen ligand til glycinstedet i N-methyl-D-aspartatreceptoren. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Serinmetabolisme understøtter Macrophage IL-1β-produktion. Cellemetabolisme, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). L-serinsyntese i centralnervesystemet: en gennemgang af serinmangelforstyrrelser. Molekylær genetik og metabolisme, 99 (3), 256-262.