СЕРИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ОБМЕН ВЕЩЕСТВ, ПИТАНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Серин является одним из 22 основных аминокислот, хотя это не классифицируется как незаменимые аминокислоты для человека и других животных, так как он синтезируется организмом человека.

Согласно трехбуквенной номенклатуре серин описывается в литературе как Ser (S в однобуквенном коде). Эта аминокислота участвует в большом количестве метаболических путей и имеет полярные характеристики, но не имеет заряда при нейтральном pH.

Представление аминокислотной структуры серина (Источник: Paginazero на it.wikipedia через Wikimedia Commons)

Многие ферменты, важные для клеток, имеют высокие концентрации остатков серина в своих активных центрах, поэтому эта аминокислота имеет множество физиологических и метаболических последствий.

Серин, среди многих своих функций, участвует в качестве молекулы-предшественника и каркаса в биосинтезе других аминокислот, таких как глицин и цистеин, и является частью структуры сфинголипидов, присутствующих в клеточных мембранах.

Скорость синтеза серина варьируется в каждом органе и, кроме того, она изменяется в зависимости от стадии развития, на которой находится человек.

Ученые предположили, что концентрация L-серина в ткани головного мозга увеличивается с возрастом, поскольку проницаемость гематоэнцефалического барьера в мозге взрослого человека снижается, что может вызвать тяжелые мозговые расстройства.

Известно, что L-серин жизненно важен для биосинтеза нейротрансмиттеров, фосфолипидов и других сложных макромолекул, поскольку он обеспечивает предшественников для этих множественных метаболических путей.

Различные исследования показали, что предоставление добавок или концентратов L-серина определенным типам пациентов улучшает гомеостаз глюкозы, функцию митохондрий и снижает гибель нейронов.

Характеристики и состав

Все аминокислоты имеют в качестве основной структуры карбоксильную группу и аминогруппу, связанные с одним и тем же атомом углерода; Однако они отличаются друг от друга боковыми цепями, известными как группы R, которые могут различаться по размеру, структуре и даже электрическому заряду.

Серин содержит три атома углерода: центральный углерод, присоединенный, с одной стороны, к карбоксильной группе (COOH), а с другой - к аминогруппе (NH3 +). Две другие связи центрального углерода заняты атомом водорода и группой CH2OH (группа R), характерной для серина.

Центральный углерод, к которому присоединены амино- и карбоксильные группы аминокислот, известен как α-углерод. Остальные атомы углерода в группах R обозначены буквами греческого алфавита.

В случае серина, например, единственный атом углерода в его группе R, который присоединен к группе ОН, известен как γ-углерод.

классификация

Серин относится к группе незаряженных полярных аминокислот. Члены этой группы - это хорошо растворимые в воде аминокислоты, то есть гидрофильные соединения. У серина и треонина гидрофильность обусловлена ​​их способностью образовывать водородные связи с водой через свои гидроксильные (ОН) группы.

В группу незаряженных полярных аминокислот также входят цистеин, аспарагин и глутамин. Все они имеют полярную группу в своей R-цепи, однако эта группа не ионизируется, и при pH, близком к нейтральному, они снимают свои заряды, образуя соединение в форме «цвиттериона».

Стереохимия

Общая асимметрия аминокислот делает стереохимию этих соединений жизненно важной для метаболических путей, в которых они участвуют. В случае серина он может быть обнаружен как D- или L-серин, причем последний синтезируется исключительно клетками нервной системы, известными как астроциты.

Α-атомы углерода аминокислот являются хиральными атомами углерода, так как к ним присоединены четыре различных заместителя, что приводит к тому, что существует по крайней мере два различных стереоизомера для каждой аминокислоты.

Стереоизомер - это зеркальное отображение молекулы, то есть одно не может быть наложено на другое. Их обозначают буквой D или L, поскольку экспериментально растворы этих аминокислот вращают плоскость поляризованного света в противоположных направлениях.

L-серин, который синтезируется в клетках нервной системы, служит субстратом для синтеза глицина или D-серина. D-серин является одним из наиболее важных элементов для обмена везикул между нейронами, поэтому некоторые авторы предполагают, что обе изоформы серина фактически являются незаменимыми аминокислотами для нейронов.

Характеристики

Группа ОН серина в его R-цепи делает его хорошим нуклеофилом, поэтому он играет ключевую роль в активности многих ферментов с серинами в их активных центрах. Серин - один из субстратов, необходимых для синтеза нуклеотидов НАДФН и глутатиона.

L-серин необходим для развития и правильного функционирования центральной нервной системы. Исследования показали, что экзогенная доставка L-серина в низких дозах к нейронам гиппокампа и клеткам Пуркинье in vitro улучшает их выживаемость.

Различные исследования раковых клеток и лимфоцитов показали, что серин-зависимые углеродные единицы необходимы для избыточного производства нуклеотидов, а также для последующей пролиферации раковых клеток.

Селеноцистеин является одной из 22 основных аминокислот и получается только как производное серина. Эта аминокислота наблюдается только в некоторых белках, она содержит селен вместо серы, связанной с цистеином, и синтезируется, исходя из этерифицированного серина.

Биосинтез

Серин - незаменимая аминокислота, так как синтезируется человеческим организмом. Тем не менее, он может быть ассимилирован с пищей из различных источников, таких как, в основном, белки и фосфолипиды.

Серин синтезируется в своей L-форме посредством превращения молекулы глицина, реакции, опосредованной ферментом гидроксиметилтрансферазой.

Известно, что основной сайт синтеза L-серина находится в астроцитах, а не в нейронах. В этих клетках синтез происходит по пути фосфорилирования, в котором участвует 3-фосфоглицерат, промежуточный продукт гликолиза.

В этом пути действуют три фермента: 3-фосфоглицератдегидрогеназа, фосфосерин-трансфераза и фосфосерин-фосфатаза.

Другими важными органами, когда дело доходит до синтеза серина, являются печень, почки, яички и селезенка. Ферменты, которые синтезируют серин другими путями, кроме фосфорилирования, обнаруживаются только в печени и почках.

Одним из первых известных путей синтеза серина был катаболический путь, участвующий в глюконеогенезе, при котором L-серин получается как вторичный метаболит. Однако вклад этого пути в продукцию серина в организме невелик.

метаболизм

В настоящее время известно, что серин может быть получен в результате метаболизма углеводов в печени, где продуцируются D-глицериновая кислота, 3-фосфоглицериновая кислота и 3-фосфогидроксипировиноградная кислота. Благодаря процессу трансаминирования между 3-гидроксипировиноградной кислотой и аланином образуется серин.

Эксперименты, проведенные с крысами, радиоактивно меченными углеродом 4 глюкозы, пришли к выводу, что этот углерод эффективно включается в углеродные скелеты серина, предполагая, что указанная аминокислота имеет трехуглеродного предшественника, вероятно, из пирувата.

У бактерий фермент L-сериндезаминаза является основным ферментом, отвечающим за метаболизм серина: он превращает L-серин в пируват. Известно, что этот фермент присутствует и активен в культурах E. coli, выращенных в минимальной среде с глюкозой.

Точно неизвестно, какова реальная функция L-сериндезаминазы у этих микроорганизмов, поскольку ее экспрессия индуцируется мутационными эффекторами, которые повреждают ДНК ультрафиолетовым излучением, присутствием налидиксовой кислоты, митомицина и других. из чего следует, что это должно иметь важные физиологические последствия.

Продукты, богатые серином

Все продукты с высоким содержанием белка богаты серином, в основном яйца, мясо и рыба. Однако это незаменимая аминокислота, поэтому ее не обязательно принимать внутрь, поскольку организм способен синтезировать ее самостоятельно.

Некоторые люди страдают редким заболеванием, поскольку у них фенотип с недостаточностью механизмов синтеза серина и глицина, поэтому им необходимо принимать концентрированные пищевые добавки для обеих аминокислот.

Кроме того, коммерческие бренды, специализирующиеся на продаже витаминных добавок (Lamberts, Now Sport и HoloMega), предлагают концентраты фосфатидилсерина и L-серина для увеличения мышечной массы у высококонкурентных спортсменов и тяжелоатлетов.

Сопутствующие заболевания

Нарушение работы ферментов, участвующих в биосинтезе серина, может стать причиной серьезных патологий. Уменьшая концентрацию серина в плазме крови и спинномозговой жидкости, он может вызывать гипертонию, задержку психомоторного развития, микроцефалию, эпилепсию и сложные расстройства центральной нервной системы.

В настоящее время обнаружено, что дефицит серина участвует в развитии сахарного диабета, поскольку L-серин необходим для синтеза инсулина и его рецепторов.

Младенцы с дефектами биосинтеза серина являются неврологически аномальными при рождении, имеют задержку внутриутробного развития, врожденную микроцефалию, катаракту, судороги и тяжелую задержку нервного развития.

Ссылки

1. Эльсила, Дж. Э., Дворкин, Дж. П., Бернштейн, член парламента, Мартин, член парламента, и Сэндфорд, С. А. (2007). Механизмы образования аминокислот в аналогах межзвездного льда. Астрофизический журнал, 660 (1), 911.
2. Айкорд, Р. Н., и Берден, Д. Р. (2017). Перинатальные метаболические энцефалопатии. В детской неврологии Swaiman (стр. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … и Снайдер, SH (2000). D-серин является эндогенным лигандом для глицинового сайта рецептора N-метил-D-аспартата. Слушания Национальной академии наук, 97 (9), 4926-4931
4. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
5. Родригес, А.Э., Дакер, Г.С., Биллингем, Л.К., Мартинес, Калифорния, Майнольфи, Н., Сури, В.,… и Чандель, Н.С. (2019). Метаболизм серина поддерживает продукцию IL-1β макрофагами. Клеточный метаболизм, 29 (4), 1003-1011.
6. Табатабай Л., Кломп Л. В., Бергер Р. и Де Конинг Т. Дж. (2010). Синтез L-серина в центральной нервной системе: обзор нарушений дефицита серина. Молекулярная генетика и метаболизм, 99 (3), 256-262.