SERIN: KJENNETEGN, FUNKSJONER, METABOLISME, MAT - BIOLOGI - 2025

Den serin er en av 22 basiske aminosyrer, selv om dette ikke er klassifisert som en essensiell aminosyre for mennesker og andre dyr, ettersom det er syntetisert av menneskekroppen.

I følge trebokstavsnomenklaturen beskrives serin i litteraturen som Ser (S i enbokstavkoden). Denne aminosyren deltar i et stort antall metabolske veier og har polare egenskaper, men har ingen ladning ved nøytral pH.

Representasjon av aminosyrestrukturen Serine (Kilde: Paginazero at it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Mange enzymer som er viktige for celler, har rikelig konsentrasjon av serinrester på deres aktive steder, og det er derfor denne aminosyren har flere fysiologiske og metabolske implikasjoner.

Serine, blant mange av dens funksjoner, deltar som en forløper og stillasmolekyl i biosyntesen av andre aminosyrer som glycin og cystein og er en del av strukturen til sfingolipider som er til stede i cellemembraner.

Syntesehastigheten av serin varierer i hvert organ, og i tillegg endres det i henhold til utviklingsstadiet individet befinner seg i.

Forskere har foreslått at L-serinkonsentrasjonen i hjernevevet øker med alderen, siden permeabiliteten til blod-hjerne-barrieren avtar i den voksne hjernen, noe som kan forårsake alvorlige hjerneforstyrrelser.

L-serin er kjent for å være viktig for biosyntesen av nevrotransmittere, fosfolipider og andre komplekse makromolekyler, ettersom det gir forløpere for disse flere metabolske veiene.

Flere studier har vist at tilførsel av L-serintilskudd eller konsentrater til visse typer pasienter forbedrer glukosehomeostase, mitokondriell funksjon og reduserer neuronal død.

Kjennetegn og struktur

Alle aminosyrer har som sin grunnstruktur en karboksylgruppe og en aminogruppe bundet til det samme karbonatom; Disse skiller seg imidlertid fra hverandre av sidekjedene, kjent som R-grupper, som kan variere i størrelse, struktur og til og med i deres elektriske ladning.

Serin inneholder tre karbonatomer: et sentralt karbon festet på den ene siden til en karboksylgruppe (COOH) og på den andre til en aminogruppe (NH3 +). De to andre bindingene til det sentrale karbonet er okkupert av et hydrogenatom og av en CH2OH-gruppe (R-gruppe), karakteristisk for serin.

Det sentrale karbonet som aminosyrene og karboksylgruppene til aminosyrene er bundet til, er kjent som a-karbonet. De andre karbonatomene i R-gruppene er utpekt med bokstavene i det greske alfabetet.

Når det gjelder serin, er for eksempel det eneste karbonatom i R-gruppen, som er knyttet til OH-gruppen, kjent som y-karbon.

Klassifisering

Serin er klassifisert i gruppen av uladede polare aminosyrer. Medlemmene i denne gruppen er sterkt vannløselige aminosyrer, det vil si at de er hydrofile forbindelser. I serin og treonin skyldes hydrofilisitet deres evne til å danne hydrogenbindinger med vann gjennom hydroksylgruppen (OH).

Innen gruppen uladede polare aminosyrer er også cystein, asparagin og glutamin gruppert. Alle disse har en polar gruppe i sin R-kjede, men denne gruppen er ikke ioniserbar og ved pH-er nær nøytral avbryter de ladningene sine, og produserer en forbindelse i form av en "zwitterion".

stereokjemi

Den generelle asymmetrien av aminosyrer gjør stereokjemien til disse forbindelsene av vital betydning i de metabolske veiene de deltar i. Når det gjelder serin, kan den finnes som D- eller L-serin, hvor sistnevnte blir syntetisert utelukkende av celler i nervesystemet kjent som astrocytter.

A-karbonatene av aminosyrer er chirale karbonatomer, siden de har fire forskjellige substituenter festet, noe som genererer at det er minst to skillelige stereoisomerer for hver aminosyre.

En stereoisomer er et speilbilde av et molekyl, det vil si at den ene ikke kan legges over den andre. De er betegnet med bokstaven D eller L siden eksperimentelt roterer løsningene av disse aminosyrene planet for polarisert lys i motsatte retninger.

L-serin som syntetiseres i celler i nervesystemet fungerer som et underlag for å syntetisere glycin eller D-serin. D-serin er et av de viktigste elementene for utveksling av vesikler mellom nevroner, og det er grunnen til at noen forfattere foreslår at begge isoformene av serin faktisk er essensielle aminosyrer for nevroner.

Egenskaper

OH-gruppen av serin i R-kjeden gjør det til en god nukleofil, så det er nøkkelen til aktiviteten til mange enzymer med seriner på deres aktive steder. Serin er et av underlagene som kreves for syntesen av nukleotidene NADPH og glutation.

L-serin er avgjørende for utviklingen og riktig funksjon av sentralnervesystemet. Studier har vist at eksogen levering av L-serin i lave doser til hippocampale nevroner og Purkinje-celler in vitro forbedrer deres overlevelse.

Ulike studier av kreftceller og lymfocytter har funnet at serinavhengige karbonenheter er nødvendige for overdreven produksjon av nukleotider, så vel som for den påfølgende spredningen av kreftceller.

Selenocystein er en av de 22 basiske aminosyrene og oppnås bare som et derivat av serin. Denne aminosyren er bare blitt observert i noen proteiner, den inneholder selen i stedet for svovel bundet til cystein og den syntetiseres med utgangspunkt i et forestret serin.

biosyntesen

Serin er en ikke-essensiell aminosyre, siden den syntetiseres av menneskekroppen. Imidlertid kan det assimileres fra kostholdet fra forskjellige kilder som proteiner og fosfolipider, hovedsakelig.

Serin syntetiseres i sin L-form gjennom omdannelse av et glycinmolekyl, en reaksjon formidlet av et hydroksymetyl-transferaseenzym.

Det er kjent at hovedsetet for L-serinsyntese er i astrocytter og ikke i nevroner. I disse cellene skjer syntesen ved en fosforyleringsvei der 3-fosfoglyserat, et glykolytisk mellomprodukt, deltar.

Tre enzymer virker i denne veien: 3-fosfoglyseratdehydrogenase, fosfoserin-transferase og fosfoserin-fosfatase.

Andre viktige organer når det gjelder serinsyntese er leveren, nyrene, testiklene og milten. Enzymer som syntetiserer serin ved andre veier enn fosforylering finnes bare i leveren og nyrene.

En av de første kjente serinesynteseveiene var den kataboliske veien som var involvert i glukoneogenese, hvor L-serin oppnås som en sekundær metabolitt. Imidlertid er bidraget fra denne ruten til serinproduksjon på kroppen lite.

metabolisme

For tiden er det kjent at serin kan oppnås fra karbohydratmetabolisme i leveren, hvor D-glyserinsyre, 3-fosfoglycerinsyre og 3-fosfohydroxypyruvic acid blir produsert. Takket være en transaminasjonsprosess mellom 3-hydroksy pyruvinsyre og alanin, produseres serin.

Eksperimenter utført med rotter radioaktiv merking av karbon 4 av glukose, har konkludert med at dette karbonet er effektivt innarbeidet i karbonskjelettene til serin, noe som antyder at aminosyren har en tre-karbonforløper sannsynligvis fra pyruvat.

Hos bakterier er enzymet L-serin-deaminase det viktigste enzymet som har ansvaret for metabolisering av serin: det omdanner L-serin til pyruvat. Dette enzymet er kjent for å være til stede og aktivt i E. coli-kulturer dyrket i minimale medier med glukose.

Det er ikke kjent med sikkerhet hva den virkelige funksjonen til L-serindeaminase er i disse mikroorganismer, siden ekspresjonen er indusert av mutasjonseffektorer som skader DNA ved ultrafiolett stråling, ved tilstedeværelsen av nalidiksinsyre, mitomycin og andre. hvorfra det følger at det må ha viktige fysiologiske implikasjoner.

Mat rik på serin

All mat med høye konsentrasjoner av protein er rik på serin, hovedsakelig egg, kjøtt og fisk. Imidlertid er dette en ikke-essensiell aminosyre, så det er ikke strengt nødvendig å innta den, siden kroppen er i stand til å syntetisere den på egen hånd.

Noen mennesker lider av en sjelden forstyrrelse, siden de har en fenotype med mangel angående syntesemekanismene for serin og glycin, og derfor trenger de å innta konsentrerte mattilskudd for begge aminosyrene.

I tillegg tilbyr kommersielle merker som spesialiserer seg i salg av vitamintilskudd (Lamberts, Now Sport og HoloMega) fosfatidylserin og L-serinkonsentrater for å øke produksjonen av muskelmasse hos svært konkurrerende idrettsutøvere og vektløftere.

Beslektede sykdommer

Feil i enzymene som er involvert i biosyntesen av serin kan forårsake alvorlige patologier. Ved å senke konsentrasjonen av serin i blodplasma og cerebrospinalvæske, kan det forårsake hypertoni, psykomotorisk utviklingshemning, mikrocefali, epilepsi og komplekse lidelser i sentralnervesystemet.

For tiden er det blitt oppdaget at serinmangel er involvert i utviklingen av diabetes mellitus, siden L-serin er nødvendig for syntesen av insulin og dets reseptorer.

Babyer med defekter i serinbiosyntesen er nevrologisk unormale ved fødselen, har intrauterin veksthemming, medfødt mikrocefali, grå stær, anfall og alvorlig nevroutviklingsforsinkelse.

referanser

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mekanismer for dannelse av aminosyrer i interstellare isanaloger. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Perinatal metabolske encefalopatier. I Swaimans pediatriske nevrologi (s. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serin er en endogen ligand for glysinsetet til N-metyl-D-aspartat-reseptoren. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V., … & Chandel, NS (2019). Serin metabolisme støtter makrofag IL-1β-produksjon. Cellemetabolisme, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). L-serinsyntese i sentralnervesystemet: en gjennomgang av serinmangelforstyrrelser. Molekylær genetikk og metabolisme, 99 (3), 256-262.