ЛЕЙЦИН: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, БИОСИНТЕЗ. - БИОЛОГИЯ - 2024

Лейцин является одним из 22 аминокислот , образующих белки в живых организмах. Это одна из 9 незаменимых аминокислот, которые не синтезируются организмом и должны потребляться с пищей, поступающей с пищей.

Лейцин был впервые описан в 1818 году французским химиком и фармацевтом Ж. Л. Прустом, который назвал его «казеозным оксидом». Позже Эрленмейер и Кунлин получили его из α-бензоиламидо-β-изопропилакриловой кислоты, молекулярная формула которой - C6H13NO2.

Химическая структура аминокислоты лейцин (Источник: Clavecin через Wikimedia Commons)

Лейцин сыграл ключевую роль в открытии направления трансляции белков, поскольку его гидрофобная структура позволила биохимику Ховарду Динцису радиоактивно метить водород углерода 3 и наблюдать направление, в котором аминокислоты включаются в пептидный синтез гемоглобин.

Белки, известные как лейциновые «молнии» или «затворы», наряду с «цинковыми пальцами» являются наиболее важными факторами транскрипции в эукариотических организмах. Лейциновые застежки-молнии характеризуются их гидрофобным взаимодействием с ДНК.

Как правило, белки, богатые лейцином или состоящие из аминокислот с разветвленной цепью, не метаболизируются в печени, вместо этого они попадают непосредственно в мышцы, где быстро используются для синтеза белка и производства энергии.

Лейцин - это аминокислота с разветвленной цепью, необходимая для биосинтеза белков и аминокислот в молоке, которые синтезируются в молочных железах. Большое количество этой аминокислоты в свободном виде содержится в грудном молоке.

Среди всех аминокислот, из которых состоят белки, наиболее распространены лейцин и аргинин, и оба они были обнаружены в белках всех царств, составляющих древо жизни.

характеристики

Лейцин известен как незаменимая аминокислота с разветвленной цепью, он имеет типичную структуру с другими аминокислотами. Однако он отличается тем, что его боковая цепь или группа R имеет два линейно связанных атома углерода, а последний связан с атомом водорода и двумя метильными группами.

Он принадлежит к группе незаряженных полярных аминокислот, заместители или R-группы этих аминокислот являются гидрофобными и неполярными. Эти аминокислоты в основном отвечают за внутри- и межбелковые гидрофобные взаимодействия и имеют тенденцию стабилизировать структуру белков.

Все аминокислоты, имеющие центральный углерод, который является хиральным (α-углерод), то есть к ним присоединены четыре различных заместителя, в природе можно найти в двух различных формах; таким образом, существуют D- и L-лейцин, последний типичен для белковых структур.

Обе формы каждой аминокислоты имеют разные свойства, участвуют в разных метаболических путях и даже могут изменять характеристики структур, частью которых они являются.

Например, лейцин в форме L-лейцина имеет слегка горький вкус, тогда как в форме D-лейцина он очень сладкий.

L-форма любой аминокислоты легче усваивается организмом млекопитающего. L-лейцин легко разлагается и используется для построения и защиты белков.

Структура

Лейцин состоит из 6 атомов углерода. Центральный углерод, общий для всех аминокислот, присоединен к карбоксильной группе (COOH), аминогруппе (NH2), атому водорода (H) и боковой цепи или группе R, состоящей из 4 атомов углерода.

Атомы углерода в аминокислотах можно обозначить греческими буквами. Нумерация начинается с углерода карбоновой кислоты (COOH), а аннотация с греческим алфавитом начинается с центрального углерода.

Лейцин имеет в качестве заместителя в своей R-цепи изобутильную или 2-метилпропильную группу, которая образуется в результате потери атома водорода с образованием алкильного радикала; Эти группы появляются как ответвления в аминокислотной структуре.

Характеристики

Лейцин - это аминокислота, которая может служить кетогенным предшественником других соединений, участвующих в цикле лимонной кислоты. Эта аминокислота представляет собой важный источник для синтеза ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, которые являются частью путей образования кетоновых тел в клетках печени.

Известно, что лейцин играет важную роль в сигнальных путях инсулина, участвуя в инициации синтеза белка и предотвращая потерю белка в результате разложения.

Обычно внутренние структуры белков состоят из гидрофобных аминокислот, таких как лейцин, валин, изолейцин и метионин. Такие структуры обычно консервативны для ферментов, распространенных среди живых организмов, как в случае цитохрома С.

Лейцин может активировать метаболические пути в клетках молочных желез, чтобы стимулировать синтез лактозы, липидов и белков, которые служат сигнальными молекулами в регуляции энергетического гомеостаза молодых млекопитающих.

Богатые лейцином домены являются неотъемлемой частью специфических ДНК-связывающих белков, которые обычно представляют собой структурные димеры в суперскрученной форме и известны как «белки лейциновой молнии».

Эти белки имеют в качестве отличительной характеристики регулярную структуру повторяющихся лейцинов вместе с другими гидрофобными аминокислотами, которые отвечают за регулирование связывания факторов транскрипции с ДНК и между различными факторами транскрипции.

Белки лейциновой молнии могут образовывать гомо- или гетеродимеры, которые позволяют им связываться с конкретными участками факторов транскрипции, чтобы регулировать их спаривание и их взаимодействие с молекулами ДНК, которые они регулируют.

Биосинтез

Все аминокислоты с разветвленной цепью, включая лейцин, синтезируются в основном растениями и бактериями. В цветковых растениях значительно увеличивается производство лейцина, поскольку он является важным предшественником всех соединений, ответственных за аромат цветов и фруктов.

Одним из факторов, с которым связано большое количество лейцина в различных бактериальных пептидах, является то, что 6 различных кодонов генетического кода лейцина (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG) также верны для аргинина.

Лейцин синтезируется в бактериях посредством пятиэтапного пути, в котором в качестве отправной точки используется кетокислота, связанная с валином.

Этот процесс аллостерически регулируется, поэтому, когда внутри клетки имеется избыток лейцина, он подавляет ферменты, участвующие в этом пути, и останавливает синтез.

Биосинтетический путь

Биосинтез лейцина в бактериях начинается с превращения кетокислотного производного валина, 3-метил-2-оксобутаноата в (2S) -2-изопропилмалат, благодаря действию фермента 2-изопропилмальто-синтазы, который для этой цели используется ацетил-Коа и вода.

(2S) -2-изопропилмалат теряет молекулу воды и превращается в 2-изопропилмалеат 3-изопропилмалатдегидратазой. Впоследствии тот же фермент добавляет еще одну молекулу воды и превращает 2-изопропилмалеат в (2R-3S) -3-изопропилмалат.

Это последнее соединение подвергается реакции окисления-восстановления, в которой участвует молекула NAD +, с которой образуется (2S) -2-изопропил-3-оксосукцинат, что возможно при участии фермента 3- изопропилмалатдегидрогеназа.

(2S) -2-изопропил-3-оксосукцинат самопроизвольно теряет атом углерода в форме CO2, образуя 4-метил-2-оксопентаноат, который под действием трансаминазы аминокислот с разветвленной цепью (в частности, лейцинтрансаминазы) и с одновременным высвобождением L-глутамата и 2-оксоглутарата он производит L-лейцин.

деградация

Основная роль лейцина - действовать как сигнал, который сообщает клетке, что в ней достаточно аминокислот и энергии для начала синтеза мышечных белков.

Распад аминокислот с разветвленной цепью, таких как лейцин, начинается с переаминирования. Эта и две последующие ферментативные стадии катализируются теми же тремя ферментами в случае лейцина, изолейцина и валина.

Трансаминирование трех аминокислот дает их производные α-кетокислот, которые подвергаются окислительному декарбоксилированию с образованием тиоэфиров ацил-КоА, которые подвергаются α, β-дегидрированию с образованием α, β-ненасыщенных тиоэфиров ацил-КоА.

Во время катаболизма лейцина соответствующий α, β-ненасыщенный тиоэфир ацил-КоА используется для производства ацетоацетата (ацетоуксусной кислоты) и ацетил-КоА посредством пути с участием метаболита 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА. (HMG-CoA), который является промежуточным звеном в биосинтезе холестерина и других изопреноидов.

Катаболический путь лейцина

Из-за образования α, β-ненасыщенного тиоэфира ацил-КоА, происходящего из лейцина, катаболические пути для этой аминокислоты, а также для валина и изолейцина значительно различаются.

Α, β-ненасыщенный тиоэфир ацил-КоА лейцина перерабатывается тремя различными ферментами, известными как (1) 3-метилкротонил-КоА-карбоксилаза, (2) 3-метилглутаконил-КоА-гидратаза и (3) 3-гидрокси -3-метилглутарил-КоА лиаза.

В бактериях эти ферменты ответственны за превращение 3-метилкротонил-КоА (полученного из лейцина) в 3-метилглутаконил-КоА, 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА и ацетоацетат и ацетил-КоА, соответственно.

Лейцин, содержащийся в крови, используется для синтеза мышечных / миофибриллярных белков (MPS). Это действует как активирующий фактор в этом процессе. Кроме того, он напрямую взаимодействует с инсулином, влияя на поставку инсулина.

Продукты, богатые лейцином

Потребление белков, богатых аминокислотами, необходимо для клеточной физиологии живых организмов, и лейцин не является исключением среди незаменимых аминокислот.

Белки, полученные из сыворотки, считаются самыми богатыми остатками L-лейцина. Однако все продукты с высоким содержанием белка, такие как рыба, курица, яйца и красное мясо, содержат большое количество лейцина в организме.

В зернах кукурузы не хватает аминокислот лизина и триптофана, они имеют очень жесткую третичную структуру для переваривания и имеют небольшую ценность с точки зрения питания, однако они имеют высокий уровень лейцина и изолейцина.

Плоды бобовых растений богаты почти всеми незаменимыми аминокислотами: лизином, треонином, изолейцином, лейцином, фенилаланином и валином, но в них мало метионина и цистеина.

Лейцин экстрагируется, очищается и концентрируется в таблетках в качестве пищевых добавок для спортсменов высокого уровня и продается как лекарство. Основным источником выделения этой аминокислоты является обезжиренная соевая мука.

Существует пищевая добавка, используемая спортсменами для регенерации мышц, известная как BCAA (аминокислоты с разветвленной цепью). Это обеспечивает высокие концентрации аминокислот с разветвленной цепью: лейцина, валина и изолейцина.

Преимущества его приема

Продукты, богатые лейцином, помогают контролировать ожирение и другие нарушения обмена веществ. Многие диетологи отмечают, что продукты, богатые лейцином, и пищевые добавки на основе этой аминокислоты способствуют регулированию аппетита и беспокойства у взрослых.

Все белки, богатые лейцином, стимулируют синтез мышечного белка; Было показано, что увеличение доли потребляемого лейцина по отношению к другим незаменимым аминокислотам может обратить вспять ослабление синтеза белка в мускулатуре пожилых пациентов.

Даже парализованные люди с тяжелыми макулярными расстройствами могут остановить потерю мышечной массы и силы с помощью правильного перорального приема лейцина в дополнение к системным упражнениям на сопротивление мышцам.

Лейцин, валин и изолейцин являются важными компонентами массы, из которой состоят скелетные мышцы позвоночных животных, поэтому их присутствие жизненно важно для синтеза новых белков или для восстановления существующих.

Расстройства дефицита

Дефицит или аномалии ферментного комплекса α-кетокислота дегидрогеназы, который отвечает за метаболизм лейцина, валина и изолейцина у людей, могут вызывать серьезные психические расстройства.

Кроме того, существует патологическое состояние, связанное с метаболизмом этих аминокислот с разветвленной цепью, которое называется «болезнь мочи кленового сиропа».

На сегодняшний день наличие побочных эффектов при чрезмерном потреблении лейцина не доказано. Однако рекомендуется максимальная доза 550 мг / кг в день, поскольку не проводились долгосрочные исследования, связанные с чрезмерным воздействием этой аминокислоты на ткани.

Ссылки

1. Алава, MDC, Камачо, Мэн, и Дельгадилло, Дж. (2012). Здоровье мышц и профилактика саркопении: действие белка, лейцина и ß-гидрокси-ß-метилбутирата. Журнал костного и минерального метаболизма, 10 (2), 98-102.
2. Феннема, штат Орегон (1993). Пищевая химия (№ 664: 543). Acribia.
3. Мэсси, Л.К., Сокатч, мл., И Конрад, Р.С. (1976). Катаболизм аминокислот с разветвленной цепью у бактерий. Бактериологические обзоры, 40 (1), 42.
4. Мэтьюз, К. К., & Ахерн, К. Г. (2002). Биохимия. Pearson Education.
5. Меро, А. (1999). Добавки лейцина и интенсивные тренировки. Спортивная медицина, 27 (6), 347-358.
6. Манро, HN (ред.). (2012). Метаболизм белков у млекопитающих (Том 4). Elsevier
7. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.