ISOLEUCIN: KJENNETEGN, FUNKSJONER, BIOSYNTESE, MAT - BIOLOGI - 2025

Den isoleucin (Ile, I) er en av de 22 naturlig forekommende aminosyrer som en del av proteiner. Siden menneskekroppen, som for noen andre pattedyr, ikke kan syntetisere den, er isoleucin blant de 9 essensielle aminosyrene som må fås fra dietten.

Denne aminosyren ble isolert for første gang i 1903 av forskeren F. Ehrlich fra de nitrogenholdige bestanddelene av sukkerroer eller rødbetermelasse. Senere skilte den samme forfatteren isoleucin fra nedbrytningsproduktene av fibrin og andre proteiner.

Kjemisk struktur av aminosyren Isoleucin (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Det er en ikke-polær aminosyre som er til stede i en stor del av de cellulære proteinene fra levende organismer, i tillegg er den en del av gruppen av forgrenede aminosyrer BCAAs (fra de engelske B ranched C hain A mino A-cidene), sammen med leucin og valin.

Den har funksjoner i etablering av den tertiære strukturen til mange proteiner, og i tillegg deltar den i dannelsen av forskjellige metabolske forstadier relatert til cellulær energimetabolisme.

kjennetegn

Isoleucin er klassifisert i gruppen av ikke-polare aminosyrer med R-grupper eller kjeder av en alifatisk art, det vil si med hydrofobe hydrokarbonkjeder.

På grunn av dette kjennetegn, har aminosyrene i denne gruppen, som alanin, valin og leucin, en tendens til å forbli nær hverandre, noe som bidrar til stabilisering av proteinene de er del av gjennom hydrofobe interaksjoner.

Denne ikke-polare aminosyren veier omtrent 131 g / mol og er til stede i proteiner i en andel nær 6%, ofte "begravet" i midten av dem (takket være dens hydrofobe egenskaper).

Struktur

Isoleucin er en a-aminosyre som i likhet med de andre aminosyrene har et sentralt karbonatom kalt α carbon (som er chiralt), som fire forskjellige grupper er knyttet til: et hydrogenatom, en aminogruppe (-NH2), en karboksylgruppe (-COOH) og en sidekjede eller R-gruppe.

R-gruppen av isoleucin består av et enkelt forgrenet hydrokarbon med 4 karbonatomer (-CH3-CH2-CH (CH3)) i hvis kjede det også er et chiralt karbonatom.

På grunn av denne egenskapen har isoleucin fire mulige former: to av dem er de optiske isomerer kjent som L-isoleucin og D-isoleucin, og de to andre er diastereoisomerer av L-isoleucin. Den dominerende formen i proteiner er L-isoleucin.

Molekylformelen til isoleucin er C6H13NO2, og dens kjemiske navn er a-amino-ß-metyl-ß-etylpropionsyre eller 2-amino-3-metyl-pentatonsyre.

Egenskaper

Isoleucin har flere fysiologiske funksjoner hos dyr inkludert

- Sårheling

- Avgifting av nitrogenavfall

- Stimulering av immunfunksjoner og

- Fremme av sekresjon av forskjellige hormoner.

Det regnes som en glukogen aminosyre, da den fungerer som et forløpermolekyl for syntese av mellomprodukter i sitronsyresyklusen (Krebs-syklus) som senere bidrar til dannelsen av glukose i leveren.

Av denne grunn antas isoleucin å delta i reguleringen av plasmaglukosenivået, noe som har viktige implikasjoner fra kroppens energisynspunkt.

Isoleucin bidrar til synteseveiene for glutamin og alanin, og fungerer til fordel for balansen mellom forgrenede aminosyrer.

I kliniske omgivelser påpeker noen forfattere at en økning i konsentrasjonene av isoleucin, leucin, tyrosin og valin kan være karakteristiske markører for celler som er påvirket av svulster, fulgt av en økning i nivåene av glutamin.

Andre funksjoner

Ulike vitenskapelige undersøkelser har vist at isoleucin er nødvendig for syntese av hemoglobin, proteinet som er ansvarlig for å transportere oksygen i blodet til mange dyr.

I tillegg aktiverer denne aminosyren tilførsel av næringsstoffer i cellene; Noen studier avslører at det under langvarig faste er i stand til å erstatte glukose som energikilde, og i tillegg er det en ketogen aminosyre.

Ketogene aminosyrer er de hvis karbonskjelett kan lagres som fettsyrer eller karbohydrater, og dermed fungerer de i energireserven.

Isoleucin og de andre forgrenede aminosyrene (i tillegg til vekstfaktorer og miljømessige forhold) arbeider med aktivering av Rapamycin mål signalvei, mTOR (m echanistic T arget of R apamycin).

Denne veien er en viktig signalvei i eukaryoter som er i stand til å kontrollere cellevekst og metabolisme, så vel som proteinsyntese og autofagihendelser. I tillegg kontrollerer den utviklingen av aldring og noen patologier som kreft eller diabetes.

biosyntesen

Mennesker og andre dyr klarer ikke å syntetisere isoleucin, men dette er en del av cellulære proteiner takket være at det er hentet fra maten vi konsumerer daglig.

Planter, sopp og de fleste mikroorganismer er i stand til å syntetisere denne aminosyren fra noe komplekse ruter som generelt er sammenkoblet med andre aminosyrer som også anses som essensielle for mennesker.

Det er for eksempel veier for fremstilling av isoleucin, lysin, metionin og treonin fra aspartat.

Spesielt i bakterier produseres isoleucin fra aminosyren treonin, via pyruvat, gjennom en bane som involverer kondensasjon av 2 av pyruvatkullene med et α-ketobutyratmolekyl avledet fra treonin.

Reaksjonen begynner med virkningen av enzymet treonindehydratase, som katalyserer dehydrering av treonin for å produsere a-ketobutyrat og ammonium (NH3). Deretter bidrar de samme enzymene som deltar i biosyntesen av valin til trinnene til

- Transaminering

- Oksidativ dekarboksylering av tilsvarende ketosyrer og

- Dehydrogenering.

I denne typen mikroorganismer er syntesen av aminosyrer som lysin, metionin, treonin og isoleucin sterkt koordinert og regulert, spesielt ved negativ tilbakemelding, der produktene fra reaksjonene hemmer aktiviteten til de involverte enzymer.

Til tross for at isoleucin, som leucin og valin, er essensielle aminosyrer for mennesker, kan aminotransferase-enzymer som finnes i kroppsvev reversibelt omdanne dem til de tilsvarende α-ketosyrene, som til slutt kan erstatte dem i dietten.

nedbrytning

I likhet med mange av aminosyrene som er kjent i naturen, kan isoleucin brytes ned for å danne formidlere av forskjellige metabolske veier, blant hvilke Krebs-syklusen skiller seg ut (som gir den største mengden koenzym som fungerer for produksjon av energi eller for biosyntese av andre forbindelser).

Isoleucin, tryptofan, lysin, fenylalanin, tyrosin, treonin og leucin kan alle brukes til å produsere acetyl-CoA, et viktig metabolske mellomprodukt for flere cellulære reaksjoner.

I motsetning til andre aminosyrer blir ikke de forgrenede aminosyrene (leucin, isoleucin og valin) nedbrutt i leveren, men oksidert som drivstoff i muskel, hjerne, nyrer og fettvev.

Disse organene og vevene kan bruke disse aminosyrene takket være tilstedeværelsen av et aminotransferaseenzym som er i stand til å virke på alle tre og produsere deres korresponderende a-keto aminosyrer.

Når disse oksyderte aminosyrederivatene er produsert, katalyserer a-ketosyredehydrogenase-enzymkomplekset deres oksidative dekarboksylering, hvor det frigjør et molekyl karbondioksid (CO2) og produserer et acyl-CoA-derivat av de aktuelle aminosyrene.

Patologier relatert til isoleucin metabolisme

Defekter i metabolismen av isoleucin og andre aminosyrer kan forårsake en rekke rare og komplekse patologier, som for eksempel sykdommen "Maple Syrup Urine" (urin med lukten av lønnesirup) eller forgrenet ketoaciduria.

Som navnet tilsier, er denne sykdommen preget av den særegne aromaen i urinen til pasienter som lider av den, i tillegg til oppkast, anfall, psykisk utviklingshemning og for tidlig død.

Det har spesielt å gjøre med feil i enzymkomplekset a-ketoacid dehydrogenase, med hvilke forgrenede aminosyrer som isoleucin og dets oksiderte derivater skilles ut i urinen.

Til sammen er patologier relatert til katabolisme av forgrenede aminosyrer som isoleucin kjent som organiske sururier, selv om de som er direkte relatert til denne aminosyren er ganske sjeldne.

Mat som er rik på isoleucin

Denne aminosyren er rikelig i muskler fra dyr, og det er grunnen til at kjøtt av animalsk opprinnelse som storfekjøtt, svinekjøtt, fisk og andre lignende som lam, kylling, kalkun, hjort, blant andre , er rike på det.

Det finnes også i meieriprodukter og derivater derav, som ost. Det er i egg og også i forskjellige typer frø og nøtter, som en essensiell del av proteinene som utgjør dem.

Den er rikelig i soyabønner og erter, så vel som gjærekstrakter som brukes til forskjellige matformål.

Plasmanivåene av isoleucin for et voksent menneske er mellom 30 og 108 μmol / l, for barn og unge mellom 2 og 18 år er det mellom 22 og 107 μmol / l og for spedbarn mellom 0 og 2 år er de omtrent mellom 26 og 86 μmol / l.

Disse dataene antyder at forbruket av mat som er rik på denne og andre beslektede aminosyrer er nødvendig for å opprettholde mange av de fysiologiske funksjonene til organismen, siden mennesker ikke er i stand til å syntetisere den de novo.

Fordeler med inntaket

Isoleucin-kosttilskudd inneholder vanligvis andre essensielle forgrenede aminosyrer som valin eller leucin eller andre.

Blant de vanligste eksemplene på isoleucinforbruk er kosttilskudd som brukes av idrettsutøvere for å øke andelen muskelmasse eller proteinsyntese. Imidlertid diskuteres de vitenskapelige basene som denne praksis støttes på kontinuerlig, og resultatene deres er ikke helt garantert.

Isoleucin brukes imidlertid for å motvirke de metabolske virkningene av vitaminmangel (pellagra) som er karakteristiske for pasienter som har dietter som er rike på sorghum og mais, som er mat med høyt leucin, som kan påvirke metabolismen til tryptofan og av nikotinsyre hos mennesker.

Effektene av pellagra i eksperimentelle rotter innebærer for eksempel vekstforsinkelser, som overvinnes ved isoleucintilskudd.

- I dyreproduksjonsindustrien

På området dyreproduksjon har aminosyrer som lysin, treonin, metionin og isoleucin blitt brukt i pilotforsøk for fôring av svin som vokser under kontrollerte forhold.

Isoleucin ser ut til å ha effekter på nitrogenassimilering, selv om det ikke bidrar til vektøkning hos disse husdyrene.

- I noen kliniske tilstander

Noen publikasjoner antyder at isoleucin er i stand til å senke plasmaglukosenivået, så inntaket av dette anbefales hos pasienter som lider av lidelser som diabetes eller lave nivåer av insulinproduksjon.

Virale infeksjoner

Isoleucintilskudd har vist seg nyttig hos pasienter infisert med rotavirus som forårsaker sykdommer som gastroenteritt og diaré hos små barn og andre små dyr.

Nyere studier konkluderer med at forbruk av denne aminosyren av forsøksdyr med de nevnte karakteristikkene (infisert med rotavirus) hjelper til med vekst og ytelse av det medfødte immunsystemet takket være aktiveringen av PRR-signalveiene eller reseptorene med anerkjennelse av mønstre.

Mangelforstyrrelser

Isoleucinmangel kan føre til problemer med syn, hud (for eksempel dermatitt) og tarmer (tydelig som diaré og andre gastrointestinale manifestasjoner).

Siden det er en essensiell aminosyre for dannelse og syntese av hemoglobin, samt for regenerering av erytrocytter (blodceller), kan alvorlige isoleucinmangel ha alvorlige fysiologiske konsekvenser, spesielt relatert til anemi og andre hematologiske sykdommer. .

Dette er blitt demonstrert eksperimentelt i "normale" gnagere som har fått dietter som er dårlige i dette isoleucin, som ender med utvikling av betydelige anemiske tilstander.

Imidlertid deltar isoleucin i dannelsen av hemoglobin bare hos spedbarn, siden proteinet fra det voksne mennesket ikke har vesentlige mengder av slik aminosyre; Dette betyr at isoleucinmangel er tydeligst i de tidlige stadiene av utviklingen.

referanser

1. Aders Plimmer, R. (1908). Proteinenes kjemiske konstitusjon. Del I. London, Storbritannia: Longmans, Green og CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). Proteinenes kjemiske konstitusjon. Del II. London, Storbritannia: Longmans, Green og CO.
3. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Aminosyrer og peptider. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Legeveiledning for laboratoriediagnostisering av metabolske sykdommer (2. utg.).
5. Bradford, H. (1931). Historien om oppdagelsen av aminosyrene. II. En gjennomgang av aminosyrer beskrevet siden 1931 som komponenter av innfødte proteiner. Fremskritt innen proteinkjemi, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Karakteristiske effekter av leucin eller en blanding av forgrenede aminosyrer (leucin, isoleucin og valin) tilskudd på motstand mot utmattethet og nedbrytning av muskel- og leverglykogen hos trente rotter. Ernæring, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Aminosyrer Aminosyrer. I Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3. utg., S. 1–12). Lippincott.
8. Chandran, K., & Damodaran, M. (1951). Aminosyrer og proteiner i hemoglobinformasjon 2. Isoleucin. Biochemical Journal, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). Lysin, treonin, metionin og isoleucin tilskudd av Peace River Barley for Growing Pigs. Hund. J. Anim. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Nedsatte konsentrasjoner av isoleucin i plasma etter øvre gastrointestinal blødning hos mennesker. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Aminosyrer, proteiner og kreftbiokjemi (vol. 241). London: Academic Press, Inc.
12. Encyclopaedia Britannica. (2012). Hentet 30. august 2019 fra https://www.britannica.com/science/isoleucine
13. Gelfand, R., Hendler, R., & Sherwin, R. (1979). Kostholdskarbohydrat og metabolisme av inntatt protein. The Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Biokjemi av matproteiner. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Forstyrrelser i Leucine, Isoleucine og Valine Metabolism. I N. Blau (red.), Legeveiledning for diagnostisering, behandling og oppfølging av arvede metabolske sykdommer (s. 103–141).
16. Korman, SH (2006). Innfødte feil ved isoleucin degradering: En gjennomgang. Molecular Genetics and Metabolism, 89 (4), 289–299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Effekt av isoleucin på hud og elektroencefalogram i Pellagra. The Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, & Kirk, K. (2007). Transport av det essensielle næringsstoffet isoleucin i humane erytrocytter infisert med malariaparasitten Plasmodium falciparum. Blod, 109 (5), 2217–2224.
19. Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi. PubChem-databasen. l-Isoleucine, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (tilgjengelig 31. august 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., & Gannon, MC (2008). Effekt av oralt administrert isoleucin med og uten glukose på insulin-, glukagon- og glukosekonsentrasjoner hos ikke-diabetiske personer. European E-Journal of Clinical Nutrition and Metabolism, 3 (4), 152–158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF, & Soeters, PB (1989). Er økt frigjøring av ammoniakk etter blødning i fordøyelseskanalen konsekvensen av fullstendig fravær av isoleucin i hemoglobin? En studie på griser. Hepatologi, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Historien om oppdagelsen av aminosyrene. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Forgrenede aminosyrer og muskelproteinsyntese hos mennesker: myte eller virkelighet? Journal of the International Society of Sports Nutrition, 14 (1), 1–7.
24. Wu, G. (2009). Aminosyrer: Metabolisme, funksjoner og ernæring. Aminosyrer, 37 (1), 1–17.