LEUCINE: KJENNETEGN, STRUKTUR, FUNKSJONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2026

Den leucin er en av de 22 aminosyrene som utgjør proteiner i levende organismer. Dette hører til en av de 9 essensielle aminosyrene som ikke er syntetisert av kroppen og må konsumeres med mat inntatt i kostholdet.

Leucine ble først beskrevet i 1818 av den franske kjemikeren og farmasøyten JL Proust, som kalte det "kaseoksid." Senere fremstilte Erlenmeyer og Kunlin den fra a-benzoylamido-p-isopropylakrylsyre, hvis molekylformel er C6H13NO2.

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

Leucine var nøkkelen under oppdagelsen av proteineres translasjonsretning, siden dens hydrofobe struktur tillot biokjemikeren Howard Dintzis å radioaktivt markere hydrogenet av karbon 3 og observere retningen i hvilken aminosyrer innarbeides i peptidsyntesen til hemoglobin.

Proteiner kjent som leucine "glidelåser" eller "lukkinger" er sammen med "sinkfingre" de viktigste transkripsjonsfaktorene i eukaryote organismer. Leucine glidelåser er preget av deres hydrofobe interaksjoner med DNA.

Generelt metaboliseres proteiner som er rike på leucin eller består av forgrenede aminosyrer i leveren, i stedet går de direkte til musklene der de brukes raskt til proteinsyntese og energiproduksjon.

Leucin er en forgrenet aminosyre som er nødvendig for biosyntesen av proteiner og aminosyrer i melk, som er syntetisert i brystkjertlene. Store mengder av denne aminosyren finnes i fri form i morsmelk.

Blant alle aminosyrene som utgjør proteiner, er leucin og arginin de mest tallrike og begge har blitt oppdaget i proteiner fra alle kongedømmene som utgjør livets tre.

kjennetegn

Leucine er kjent som den essensielle forgrenede aminosyren, den deler den typiske strukturen med de andre aminosyrene. Imidlertid kjennetegnes det ved at sidekjeden eller R-gruppen har to lineært bundne karbonatomer, og den siste er bundet til et hydrogenatom og til to metylgrupper.

Det tilhører gruppen uladede polare aminosyrer, substituentene eller R-gruppene av disse aminosyrene er hydrofobe og ikke-polare. Disse aminosyrene er hovedsakelig ansvarlige for hydrofobe inter- og inter-proteininteraksjoner og har en tendens til å stabilisere strukturen til proteiner.

Alle aminosyrer, som har et sentralt karbon som er chiralt (α karbon), det vil si at det har fire forskjellige substituenter festet, kan finnes i to forskjellige former i naturen; Dermed er det D- og L-leucin, sistnevnte typisk i proteinstrukturer.

Begge former for hver aminosyre har forskjellige egenskaper, deltar i forskjellige metabolske veier og kan til og med endre egenskapene til strukturene de er en del av.

For eksempel har leucin i L-leucin-form en litt bitter smak, mens den i sin D-leucin-form er veldig søt.

L-formen av enhver aminosyre er lettere for pattedyrkroppen å metabolisere. L-leucin brytes lett ned og brukes til konstruksjon og beskyttelse av proteiner.

Struktur

Leucine består av 6 karbonatomer. Det sentrale karbon, som er vanlig i alle aminosyrer, er knyttet til en karboksylgruppe (COOH), en aminogruppe (NH2), et hydrogenatom (H) og en sidekjede eller R-gruppe bestående av 4 karbonatomer.

Karbonatomer i aminosyrer kan identifiseres med greske bokstaver. Nummereringen begynner fra karbonet i karboksylsyren (COOH), mens kommenteringen med det greske alfabetet begynner fra det sentrale karbonet.

Leucin har som en substituentgruppe i sin R-kjede en isobutyl- eller 2-metylpropylgruppe som er produsert ved tap av et hydrogenatom med dannelse av en alkylradikal; Disse gruppene vises som grener i aminosyrestrukturen.

Egenskaper

Leucin er en aminosyre som kan tjene som en ketogen forløper for andre forbindelser involvert i sitronsyresyklusen. Denne aminosyren representerer en viktig kilde for syntesen av acetyl-CoA eller acetoacetyl-CoA, som er en del av dannelsesveiene til ketonlegemer i leverceller.

Leucine er kjent for å være essensielt i insulinsignaliseringsveier, for å delta i initiering av proteinsyntese og for å forhindre proteintap gjennom nedbrytning.

Typisk er de indre strukturer av proteiner sammensatt av hydrofobe aminosyrer som leucin, valin, isoleucin og metionin. Slike strukturer er vanligvis bevart for enzymer som er vanlige blant levende organismer, som i tilfelle av Cytochrome C.

Leucine kan aktivere metabolske veier i cellene i brystkjertlene for å stimulere syntesen av laktose, lipider og proteiner som fungerer som signalmolekyler i reguleringen av energi-homeostase hos små hos pattedyr.

Leucinrike domener er en essensiell del av spesifikke DNA-bindende proteiner, som vanligvis er strukturelle dimerer i superoppviklet form og er kjent som "leucin-glidelåsproteiner."

Disse proteinene har som et særtrekk et regelmessig mønster av gjentatte leuciner sammen med andre hydrofobe aminosyrer som er ansvarlige for å regulere bindingen av transkripsjonsfaktorer til DNA og mellom forskjellige transkripsjonsfaktorer.

Leucine glidelåsproteiner kan danne homo- eller heterodimerer som lar dem binde seg til spesifikke regioner av transkripsjonsfaktorer for å regulere paringen deres og deres interaksjon med DNA-molekylene som de regulerer.

biosyntesen

Alle forgrenede aminosyrer, inkludert leucin, syntetiseres hovedsakelig i planter og bakterier. I blomstrende planter er det en betydelig økning i produksjonen av leucin, siden det er en viktig forløper for alle forbindelsene som er ansvarlige for aromaen av blomster og frukt.

En av faktorene som den store forekomsten av leucin i de forskjellige bakterielle peptidene tilskrives er at 6 forskjellige kodoner av den genetiske kodekoden for leucin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), det samme er også tilfelle for arginin.

Leucine syntetiseres i bakterier gjennom en fem-trinns rute som bruker en ketosyre relatert til valin som utgangspunkt.

Denne prosessen er allosterisk regulert, slik at når det er et overskudd av leucin inne i cellen, hemmer det enzymene som deltar i banen og stopper syntesen.

Biosyntetisk vei

Leucin-biosyntese i bakterier begynner med omdannelse av et ketosyrederivat av valin, 3-metyl-2-oksobutanoat til (2S) -2-isopropylmalat, takket være virkningen av enzymet 2-isopropylmaltosyntase, som bruker acetyl-Coa og vann til dette formålet.

(2S) -2-isopropylmalat mister et vannmolekyl og omdannes til 2-isopropylmaleat av 3-isopropylmalatdehydratase. Deretter tilfører det samme enzymet et nytt vannmolekyl og omdanner 2-isopropylmaleat til (2R-3S) -3-isopropylmalat.

Denne siste forbindelse blir utsatt for en oksydoreduksjonsreaksjon som fortjener deltakelse av et molekyl av NAD +, som (2S) -2-isopropyl-3-oksosuccinat produseres, noe som er mulig med deltakelse av enzymet 3- isopropylmalatdehydrogenase.

(2S) -2-isopropyl-3-oksosuccinat mister et karbonatom i form av CO2 spontant, og genererer 4-metyl-2-oksopentanoat som ved virkning av en forgrenet aminosyretransaminase (leucintransaminase, spesielt) og med samtidig frigjøring av L-glutamat og 2-oksoglutarat, produserer det L-leucin.

nedbrytning

Leucines hovedrolle er å fungere som en signalanordning som forteller cellen at det er nok aminosyrer og energi til å begynne syntese av muskelproteiner.

Nedbrytningen av forgrenede aminosyrer som leucin begynner med transaminasjon. Dette og de to påfølgende enzymatiske trinn katalyseres av de samme tre enzymer når det gjelder leucin, isoleucin og valin.

Transaminering av de tre aminosyrene produserer a-ketosyrederivater derav, som blir utsatt for oksidativ dekarboksylering for å produsere acyl-CoA-tioestere som er a, ß-dehydrogenert for å gi a, ß-umettede acyl-CoA-tioestere.

Under katabolismen av leucin brukes den korresponderende a, ß-umettede acyl-CoA-tioesteren for å produsere acetoacetat (eddikeddiksyre) og acetyl-CoA gjennom en bane som involverer metabolitten 3-hydroksy-3-metylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), som er et mellomprodukt i biosyntesen av kolesterol og andre isoprenoider.

Katabolsk bane av leucin

Fra dannelsen av a, ß-umettet acyl-CoA-tioester avledet fra leucin, avviger de kataboliske veiene for denne aminosyren og for valin og isoleucin betydelig.

Den a, ß-umettede acyl-CoA-tioesteren av leucin behandles nedstrøms av tre forskjellige enzymer kjent som (1) 3-metylkrotonyl-CoA-karboksylase, (2) 3-metylglutakonyl-CoA-hydratase og (3) 3-hydroksy -3-metylglutaryl-CoA-lyase.

I bakterier er disse enzymene ansvarlige for omdannelsen av henholdsvis 3-metylkrotonyl-CoA (avledet fra leucin) til 3-metylglutakonyl-CoA, 3-hydroksy-3-metylglutaryl-CoA, og acetoacetat og acetyl-CoA.

Leucin som er tilgjengelig i blodet brukes til syntese av muskel / myofibrillar proteiner (MPS). Dette fungerer som en aktiverende faktor i denne prosessen. Dessuten samhandler den direkte med insulin, noe som påvirker tilførselen av insulin.

Leucinrik mat

Forbruk av proteiner som er rike på aminosyrer er avgjørende for cellulær fysiologi av levende organismer, og leucin er intet unntak blant de essensielle aminosyrene.

Proteiner oppnådd fra myse anses for å være de rikeste i L-leucinrester. Imidlertid gir alle matvarer med høyt protein som fisk, kylling, egg og rødt kjøtt store mengder leucin til kroppen.

Maiskjerner er mangelfulle i aminosyrene lysin og tryptofan, har veldig stive tertiære strukturer for fordøyelse og har liten verdi fra ernæringsmessig synspunkt, men de har høye nivåer av leucin og isoleucin.

Fruktene på belgfrukter er rike på nesten alle essensielle aminosyrer: lysin, treonin, isoleucin, leucin, fenylalanin og valin, men de har lite metionin og cystein.

Leucine ekstraheres, renses og konsentreres i tabletter som kosttilskudd for idrettsutøvere med høy konkurranse og markedsføres som et medikament. Hovedkilden for isolering av denne aminosyren tilsvarer avfettet soyamel.

Det er et kostholdstilskudd brukt av idrettsutøvere til muskelregenerasjon kjent som BCAA (Branched Chain Amino Acids). Dette gir høye konsentrasjoner av forgrenede aminosyrer: leucin, valin og isoleucin.

Fordeler med inntaket

Mat rik på leucin hjelper til med å kontrollere overvekt og andre metabolske sykdommer. Mange ernæringseksperter påpeker at mat som er rik på leucin og kosttilskudd basert på denne aminosyren, bidrar til regulering av matlyst og angst hos voksne.

Alle proteiner rike på leucin stimulerer muskelproteinsyntese; Det er vist at en økning i andelen inntatt leucin i forhold til de andre essensielle aminosyrene kan reversere dempningen av proteinsyntese i muskulaturen til eldre pasienter.

Til og med personer med alvorlige makulære lidelser som er lam, kan stoppe tapet av muskelmasse og styrke med riktig oral tilskudd av leucin, i tillegg til å bruke systemiske muskelresistensøvelser.

Leucin, valine og isoleucine er viktige komponenter i massen som utgjør skjelettmusklene til virveldyr, så deres tilstedeværelse er viktig for syntesen av nye proteiner eller for å reparere eksisterende.

Mangelforstyrrelser

Mangler eller misdannelser i a-ketoacid dehydrogenase-enzymkomplekset, som er ansvarlig for metabolisering av leucin, valin og isoleucin hos mennesker, kan forårsake alvorlige psykiske lidelser.

Videre er det en patologisk tilstand relatert til metabolismen av disse forgrenede aminosyrene som kalles "Maple Syrup Urine Disease".

Til dags dato er det ikke påvist skadelige effekter ved overdreven forbruk av leucin. Imidlertid anbefales en maksimal dose på 550 mg / kg daglig, siden det ikke har vært noen langvarige studier relatert til overdreven eksponering av vev for denne aminosyren.

referanser

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Muskelhelse og sarkopeniforebygging: effekten av protein, leucin og ß-hydroxy-ß-metylbutyrat. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Matkjemi (nr. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Forgrenet aminosyrekatabolisme i bakterier. Bakteriologiske anmeldelser, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokjemi. Pearson Education.
5. Mero, A. (1999). Leucintilskudd og intensiv trening. Idrettsmedisin, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (red.). (2012). Pattedyrproteinmetabolisme (vol. 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.