THREONIN: EGENSKABER, FUNKTIONER, NEDBRYDNING, FORDELE - BIOLOGI - 2025

Den threonin (Thr, T) eller sure-Ls-threo α-amino-β-smørsyre, er en af de indgående aminosyrer i de cellulære proteiner. Da mennesker og andre hvirveldyr ikke har biosyntetiske veje til dens produktion, betragtes threonin som en af ​​de 9 essentielle aminosyrer, der skal erhverves gennem kosten.

Threonin var den sidste af de 20 almindelige aminosyrer, der blev opdaget i proteiner, en kendsgerning, der fandt sted i historien mere end et århundrede efter opdagelsen af ​​asparagin (1806), som var den første beskrevne aminosyre.

Struktur af aminosyren Threonine (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Det blev opdaget af William Cumming Rose i 1936, som opfandt udtrykket "threonin" på grund af den strukturelle lighed, han fandt mellem denne aminosyre og threonsyre, en forbindelse afledt af sukker treose.

Som en proteinaminosyre har threonin flere funktioner i celler, blandt hvilke er bindingsstedet for de typiske kulhydratkæder af glycoproteiner og genkendelsesstedet for proteinkinaser med specifikke funktioner (threonin / serinkinaseproteiner).

Tilsvarende er threonin en væsentlig komponent i proteiner såsom tandemalje, elastin og kollagen og har også vigtige funktioner i nervesystemet. Det bruges som et kosttilskud og som en "lindrer" af fysiologiske tilstande med angst og depression.

egenskaber

Threonin hører til gruppen af ​​polære aminosyrer, der har en R-gruppe eller sidekæde uden positive eller negative ladninger (uladede polære aminosyrer).

Kendetegnene for dens R-gruppe gør den til en meget vandopløselig aminosyre (hydrofil eller hydrofil), hvilket også er tilfældet for de andre medlemmer af denne gruppe, såsom cystein, serin, asparagin og glutamin.

Sammen med tryptophan, phenylalanin, isoleucin og tyrosin er threonin en af ​​de fem aminosyrer, der har både glukogene og ketogene funktioner, da relevante mellemprodukter såsom pyruvat og succinyl-CoA fremstilles ud fra dets metabolisme.

Denne aminosyre har en omtrentlig molekylvægt på 119 g / mol; ligesom mange af de uladede aminosyrer, har den et isoelektrisk punkt omkring 5,87, og dets frekvens i proteinstrukturer er tæt på 6%.

Nogle forfattere grupperer threonin sammen med andre aminosyrer med en "sød" smag, blandt dem er f.eks. Serin, glycin og alanin.

Struktur

Α-aminosyrer såsom threonin har en generel struktur, det vil sige, det er fælles for alle. Dette kendetegnes ved tilstedeværelsen af ​​et carbonatom kendt som "a carbon", som er chiralt, og hvortil fire forskellige typer molekyler eller substituenter er bundet.

Dette kulstof deler en af ​​dets bindinger med et hydrogenatom, et andet med R-gruppen, som er karakteristisk for hver aminosyre, og de andre to er optaget af amino- (NH2) og carboxyl (COOH) -grupperne, som er fælles for alle. aminosyrer.

R-gruppen af ​​threonin har en hydroxylgruppe, der tillader den at danne hydrogenbindinger med andre molekyler i vandige medier. Dens identitet kan defineres som en alkoholisk gruppe (en ethanol med to carbonatomer), som har mistet en af ​​sine hydrogener til at gå sammen med a-carbonatomet (-CHOH-CH3).

Denne -OH-gruppe kan tjene som en "bro" eller et bindingssted for en lang række molekyler (oligosaccharidkæder kan for eksempel være bundet til den under dannelsen af ​​glycoproteiner) og er derfor en af ​​dem, der er ansvarlige for dannelsen af modificerede derivater af threonin.

Den biologisk aktive form af denne aminosyre er L-threonin, og det er denne, der deltager både i konformationen af ​​proteinstrukturer og i de forskellige metabolske processer, hvor den virker.

Funktioner

Som en proteinaminosyre er threonin en del af strukturen i mange proteiner i naturen, hvor dens betydning og rigdom afhænger af identiteten og funktionen af ​​det protein, det tilhører.

Ud over dets strukturelle funktioner i konformationen af ​​peptidsekvensen af ​​proteiner udfører threonin andre funktioner både i nervesystemet og i leveren, hvor det deltager i metabolismen af ​​fedt og forhindrer deres ophobning i dette organ.

Threonin er en del af sekvenserne, der genkendes af serin / threoninkinaser, som er ansvarlige for adskillige proteinfosforyleringsprocesser, der er essentielle for reguleringen af ​​multiplikationsfunktioner og intracellulære signalbegivenheder.

Det bruges også til behandling af nogle tarm- og fordøjelsesforstyrrelser, og dets anvendelighed er blevet vist ved dæmpning af patologiske tilstande såsom angst og depression.

Ligeledes er L-threonin en af ​​de aminosyrer, der kræves for at opretholde den pluripotente tilstand af musens embryonale stamceller, en kendsgerning, der tilsyneladende er relateret til metabolismen af ​​S-adenosyl-methionin og histon-methyleringsbegivenheder., som er direkte involveret i ekspressionen af ​​gener.

I branchen

En fælles egenskab for mange aminosyrer er deres evne til at reagere med andre kemiske grupper, såsom aldehyder eller ketoner for at danne den karakteristiske "smag" af mange forbindelser.

Blandt disse aminosyrer er threonin, som ligesom serin reagerer med saccharose under ristningen af ​​visse fødevarer og giver anledning til "pyraziner", typiske aromatiske forbindelser med ristede produkter, såsom kaffe.

Threonin findes i mange medikamenter med naturlig oprindelse og også i mange ernæringssupplementformuleringer, der er ordineret til patienter med underernæring, eller som har diæter, der er dårlige i denne aminosyre.

En anden af ​​de mest berygtede funktioner af L-threonin, der er vokset over tid, er funktionen af ​​et additiv til fremstilling af koncentreret foder til svin og fjerkræproduktionsindustrier.

L-threonin bruges i disse industrier som et fodertilskud i dårlige formuleringer fra protein-synspunkt, da det giver økonomiske fordele og lindrer manglerne i råprotein, der forbruges af disse husdyr.

Den vigtigste form for produktion af denne aminosyre er normalt ved mikrobiel gæring, og verdens produktionstal for landbrugsformål i 2009 oversteg 75 tons.

biosyntese

Threonin er en af ​​de ni essentielle aminosyrer for mennesker, hvilket betyder, at den ikke kan syntetiseres af kroppens celler, og at den derfor skal erhverves fra proteiner af animalsk eller vegetabilsk oprindelse, der leveres sammen med den. daglig diæt.

Planter, svampe og bakterier syntetiserer threonin gennem lignende veje, der kan afvige noget fra hinanden. De fleste af disse organismer starter imidlertid fra aspartat som en forløber, ikke kun for threonin, men også for methionin og lysin.

Biosyntetisk vej i mikrober

L-threonin-biosyntesestien i mikroorganismer, såsom bakterier, består af fem forskellige enzymkatalyserede trin. Udgangssubstratet er, som omtalt, aspartat, der er phosphoryleret af et ATP-afhængigt aspartatkinaseenzym.

Denne reaktion producerer metabolitten L-aspartylphosphat (L-aspartyl-P), der tjener som et substrat for enzymet aspartyl semialdehyddehydrogenase, som katalyserer dens omdannelse til aspartyl semialdehyd på en NADPH-afhængig måde.

Aspartyl semialdehyd kan anvendes både til biosyntesen af ​​L-lysin og til biosyntesen af ​​L-threonin; i dette tilfælde anvendes molekylet af et NADPH-afhængigt homoserin-dehydrogenase-enzym til fremstilling af L-homoserin.

L-homoserin phosphoryleres til L-homoserinphosphat (L-homoserine-P) af en ATP-afhængig homoserinkinase, og reaktionsproduktet er på sin side et substrat til enzymet threoninsynthase, der er i stand til at syntetisere L-threonin.

L-methionin kan syntetiseres fra L-homoserin produceret i det foregående trin, derfor repræsenterer det en "konkurrencedygtig" vej til syntesen af ​​L-threonin.

L-threonin, der er syntetiseret på denne måde, kan bruges til proteinsyntese, eller den kan også bruges nedstrøms til syntese af glycin og L-leucin, to aminosyrer, der også er relevante fra proteinets synspunkt.

Regulering

Det er vigtigt at fremhæve, at tre af de fem enzymer, der deltager i biosyntesen af ​​L-threonin i bakterier, reguleres af reaktionsproduktet gennem negativ feedback. Disse er aspartatkinase, homoserine dehydrogenase og homoserine kinase.

Endvidere afhænger reguleringen af ​​denne biosyntetiske vej også af de cellulære krav til de andre biosyntetiske produkter, der er relateret til den, da dannelsen af ​​L-lysin, L-methionin, L-isoleucin og glycin er afhængig af produktionsvej L-threonin.

nedbrydning

Threonin kan nedbrydes på to forskellige veje til fremstilling af pyruvat eller succinyl-CoA. Sidstnævnte er det vigtigste produkt af threoninkatabolisme hos mennesker.

Threoninmetabolisme forekommer hovedsageligt i leveren, men bugspytkirtlen, selv i mindre grad, deltager også i denne proces. Denne vej begynder med transporten af ​​aminosyren over plasmamembranen af ​​hepatocytter ved hjælp af specifikke transportører.

Produktion af pyruvat fra threonin

Omdannelsen af ​​threonin til pyruvat sker takket være dens omdannelse til glycin, der finder sted i to katalytiske trin, der begynder med dannelsen af ​​2-amino-3-ketobutyrat fra threonin og ved virkningen af ​​enzymet threonin-dehydrogenase.

Hos mennesker repræsenterer denne rute kun mellem 10 og 30% af threoninkatabolismen, men dens betydning er i forhold til den organisme, der tages i betragtning, da den for eksempel i andre pattedyr er meget mere katabolisk relevant talende.

Produktion af succinyl-CoA fra threonin

Som med methionin, valin og isoleucin anvendes carbonatomerne i threonin også til fremstilling af succunyl-CoA. Denne proces begynder med omdannelsen af ​​aminosyren til a-ketobutyrat, der efterfølgende anvendes som et substrat for a-ketosyredehydrogenaseenzymet til opnåelse af propionyl-CoA.

Transformationen af ​​threonin til a-ketobutyrat katalyseres af enzymet threonin dehydratase, som involverer tabet af et molekyle vand (H2O) og et andet af en ammoniumion (NH4 +).

Propionyl-CoA carboxyleres i methylmalonyl-CoA gennem en totrinsreaktion, der kræver indtræden af ​​et carbonatom i form af bicarbonat (HCO3-). Dette produkt tjener som et substrat for en methylmalonyl-CoA-mutase-coenzym B12-afhængig, som "epimeriserer" molekylet til fremstilling af succinyl-CoA.

Andre kataboliske produkter

Derudover kan carbonskelettet af threonin anvendes katabolisk til fremstilling af acetyl-CoA, hvilket også har vigtige konsekvenser fra energisynspunktet i kroppens celler.

I visse organismer fungerer threonin også som et substrat for nogle biosyntetiske veje, såsom isoleucin, for eksempel. I dette tilfælde kan a-ketobutyratet afledt af threoninkatabolisme gennem 5 katalytiske trin rettes mod dannelsen af ​​isoleucin.

Fødevarer rig på treonin

Selvom de fleste proteinrige fødevarer indeholder en bestemt procentdel af alle aminosyrer, har æg, mælk, sojabønner og gelatine vist sig at være særlig rig på aminosyren threonin.

Threonin findes også i kød fra dyr som kylling, svinekød, kanin, lam og forskellige slags fjerkræ. I fødevarer med planteoprindelse er det rigeligt i kål, løg, hvidløg, chard og auberginer.

Det findes også i ris, majs, hvedekli, bælgfrugtkorn og i mange frugter såsom jordbær, bananer, druer, ananas, blommer og andre proteinrige nødder såsom valnødder eller pistacienødder, blandt andre.

Fordele ved dens indtag

Ifølge ekspertudvalget fra Verdenssektoren for Fødevarer og Landbrugs sundhedsorganisation (WHO, FAO) er det daglige behov for threonin for et gennemsnitligt voksent menneske ca. 7 mg pr. Kg kropsvægt, hvilket bør være erhvervet fra mad indtaget med kosten.

Disse tal er afledt af eksperimentelle data opnået fra undersøgelser udført med mænd og kvinder, hvor denne mængde af threonin er tilstrækkelig til at opnå en positiv nitrogenbalance i kropsceller.

Undersøgelser udført med børn mellem 6 måneder og 1 år har imidlertid vist, at minimumskravene til L-threonin for disse er mellem 50 og 60 mg pr. Kg vægt pr. Dag.

Blandt de vigtigste fordele ved indtagelse af kosttilskud eller medikamenter med specielle formuleringer rig på L-threonin er behandlingen af ​​amyotrof lateral sklerose eller Lou Gehrig's sygdom.

Den ekstra tilførsel af threonin favoriserer absorptionen af ​​næringsstoffer i tarmen og bidrager også til forbedring af leverfunktioner. Det er også vigtigt for transport af fosfatgrupper gennem celler.

Mangelforstyrrelser

Hos små børn er der medfødte defekter i threoninmetabolismen, der forårsager væksthæmning og andre relaterede metaboliske lidelser.

Mangler ved denne aminosyre har været forbundet med nogle svigt i vægtøgning hos spædbørn, ud over andre patologier relateret til manglen på kvælstofretention og dets tab i urinen.

Mennesker på diæter lavt i threonin kan være mere tilbøjelige til fedtlever og nogle tarminfektioner relateret til denne aminosyre.

Referencer

1. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Aminosyrer og peptider. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Borgonha, S., Regan, MM, Oh, SH, Condon, M., & Young, VR (2002). Threoninbehov hos raske voksne, afledt med en 24-timers indikator aminosyrebalanceteknik. American Journal of Clinical Nutrition, 75 (4), 698–704.
3. Bradford, H. (1931). Historien om opdagelsen af ​​aminosyrerne. II. En gennemgang af aminosyrer beskrevet siden 1931 som komponenter af indfødte proteiner. Fremskridt inden for proteinkemi, 81–171.
4. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Aminosyrer Aminosyrer. I Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3. udg., S. 1–12). Lippincott.
5. De Lange, CFM, Gillis, AM, & Simpson, GJ (2001). Påvirkning af indtagelse af threonin på proteinaflejring af hele kroppen og threoninudnyttelse i voksende grise, der fodres med oprenset diæt. Journal of Animal Science, 79, 3087–3095.
6. Edelman, A., Blumenthal, D., & Krebs, E. (1987). Protein serin / treoninkinaser. Annu. Rev., 56, 567–613.
7. Edsall, J. (1960). Aminosyrer, proteiner og kræftbiokemi (bind 241). London: Academic Press, Inc.
8. House, JD, Hall, BN, & Brosnan, JT (2001). Threoninmetabolisme i isolerede rottehepatocytter. American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism, 281, 1300–1307.
9. Hudson, B. (1992). Biokemi af madproteiner. Springer-Science + Business Media, BV
10. Kaplan, M., & Flavin, M. (1965). Threonine Biosynthesis. På stien i svampe og bakterier og mekanismen til isomeriseringsreaktionen. Journal of Biologisk Kemi, 240 (10), 3928–3933.
11. Kidd, M., & Kerr, B. (1996). L-Threonine for fjerkræ: en anmeldelse. Applied Poultry Science, Inc., 358-367.
12. Pratt, E., Snyderman, S., Cheung, M., Norton, P., & Holt, E. (1954). Threonin-kravet til det normale spædbarn. Journal of Nutrition, 10 (56), 231–251.
13. Rigo, J., & Senterre, J. (1980). Optimalt treoninindtag til for tidligt spædbørn, der er fodret med oral eller parenteral ernæring. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, 4 (1), 15–17.
14. Shyh-Chang, N., Locasale, JW, Lyssiotis, CA, Zheng, Y., Teo, RY, Ratanasirintrawoot, S.,… Cantley, LC (2013). Påvirkning af Threonin-metabolisme på S-adenosylmethionin og Histon Methylation. Videnskab, 339, 222–226.
15. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Historien om opdagelsen af ​​aminosyrerne. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
16. Web MD. (Nd). Hentet 10. september 2019 fra www.webmd.com/vitamins/ai/ingredientmono-1083/threonine
17. Wormser, EH, & Pardee, AB (1958). Regulering af threoninbiosyntesen i Escherichia coli. Arkiv for biokemi og biofysik, 78 (2), 416–432.
18. Xunyan, X., Quinn, P., & Xiaoyuan, X. (2012). Research Gate. Hentet 10. september 2019 fra www.researchgate.net/figure/The-biosynthesis-pathway-of-L-threonine-The-pathway-consists-of-fi-ve-enzymatic-steps_fig1_232320671