ISOLEUCIN: VLASTNOSTI, FUNKCE, BIOSYNTÉZA, JÍDLO - BIOLOGIE - 2025

Isoleucin (Ile, I) je jedna z 22 přirozeně se vyskytujících aminokyselin jako součást proteinů. Protože lidské tělo, stejně jako některé jiné savce, jej nedokáže syntetizovat, patří mezi 9 základních aminokyselin, které musí být získány z potravy, isoleucin.

Tato aminokyselina byla poprvé izolována vědcem F. Ehrlichem v roce 1903 z dusíkatých složek řepné nebo řepné melasy. Tentýž autor později izoleucin oddělil od rozkladných produktů fibrinu a dalších proteinů.

Chemická struktura aminokyseliny Isoleucine (Zdroj: Clavecin přes Wikimedia Commons)

Je to nepolární aminokyselina přítomná ve velké části buněčných proteinů živých organismů, navíc je součástí skupiny aminokyselin s rozvětveným řetězcem BCAA (z anglických B ranched C hain A mino A cids), spolu s leucinem a valine.

Má funkce při vytváření terciární struktury mnoha proteinů a kromě toho se podílí na tvorbě různých metabolických prekurzorů souvisejících s metabolismem buněčné energie.

vlastnosti

Isoleucin je zařazen do skupiny nepolárních aminokyselin s R skupinami nebo řetězci alifatické povahy, tj. S hydrofobními uhlovodíkovými řetězci.

Díky této charakteristice mají aminokyseliny této skupiny, jako je alanin, valin a leucin, tendenci zůstat blízko sebe, což přispívá ke stabilizaci proteinů, jejichž součástí jsou hydrofobní interakce.

Tato nepolární aminokyselina váží přibližně 131 g / mol a je přítomna v bílkovinách v poměru blízkém 6%, často „pohřbeným“ v jejich středu (díky svým hydrofobním vlastnostem).

Struktura

Isoleucin je a-aminokyselina, která má stejně jako ostatní aminokyseliny centrální atom uhlíku nazývaný a uhlík (což je chirální), ke kterému jsou připojeny čtyři různé skupiny: atom vodíku, aminoskupina (-NH2), karboxylová skupina (-COOH) a postranní řetězec nebo skupina R.

Skupina R isoleucinu sestává z jednoduchého rozvětveného uhlovodíku se 4 atomy uhlíku (-CH3-CH2-CH (CH3)), v jehož řetězci je také chirální atom uhlíku.

Vzhledem k této vlastnosti má izoleucin čtyři možné formy: dva z nich jsou optické izomery známé jako L-isoleucin a D-isoleucin a další dva jsou diastereoizomery L-isoleucinu. Převládající formou proteinů je L-isoleucin.

Molekulární vzorec isoleucinu je C6H13NO2 a jeho chemický název je kyselina a-amino-P-methyl-P-ethylpropionová nebo kyselina 2-amino-3-methylpentatonová.

Funkce

Isoleucin má u zvířat mnohočetné fyziologické funkce, včetně

- Hojení ran

- Detoxikace dusíkového odpadu

- Stimulace imunitních funkcí a

- Podpora sekrece různých hormonů.

Považuje se za glukogenní aminokyselinu, protože slouží jako prekurzorová molekula pro syntézu meziproduktů cyklu kyseliny citrónové (Krebsův cyklus), které později přispívají k tvorbě glukózy v játrech.

Z tohoto důvodu se předpokládá, že se izoleucin podílí na regulaci hladiny glukózy v plazmě, což má důležité důsledky z hlediska energetické energie těla.

Isoleucin přispívá k syntéze glutaminu a alaninu a pracuje ve prospěch rovnováhy mezi aminokyselinami s rozvětveným řetězcem.

V klinickém prostředí někteří autoři poukazují na to, že zvýšení koncentrací isoleucinu, leucinu, tyrosinu a valinu mohou být charakteristickými markery buněk postižených nádory, následované zvýšením hladin glutaminu.

Další funkce

Různá vědecká šetření ukázala, že isoleucin je nezbytný pro syntézu hemoglobinu, proteinu, který je zodpovědný za transport kyslíku v krvi mnoha zvířat.

Kromě toho tato aminokyselina aktivuje vstup živin do buněk; Některé studie ukazují, že během dlouhodobého půstu je schopen nahradit glukózu jako zdroj energie a navíc je to ketogenní aminokyselina.

Ketogenní aminokyseliny jsou ty, jejichž uhlíkové kostry mohou být uloženy jako mastné kyseliny nebo uhlohydráty, takže fungují v energetické rezervě.

Isoleucin a další aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (kromě růstových faktorů a podmínek prostředí) pracují na aktivaci cílové signální dráhy rapamycinu, mTOR (m echanistický T-blok R apamycinu).

Tato cesta je důležitou signalizační cestou v eukaryotech schopných řídit růst a metabolismus buněk, jakož i syntézu proteinů a autofagii. Kromě toho řídí průběh stárnutí a některých patologií, jako je rakovina nebo diabetes.

Biosyntéza

Lidé a jiná zvířata nejsou schopni syntetizovat isoleucin, ale to je část buněčných proteinů díky získávání z potravy, kterou denně konzumujeme.

Rostliny, houby a většina mikroorganismů jsou schopny syntetizovat tuto aminokyselinu z poněkud složitých cest, které jsou obecně propojeny s rostlinami jiných aminokyselin, které jsou také považovány za nezbytné pro člověka.

Existují například cesty pro produkci isoleucinu, lysinu, methioninu a threoninu z aspartátu.

V bakteriích je konkrétně isoleucin produkován z aminokyseliny threoninu přes pyruvát, cestou, která zahrnuje kondenzaci 2 pyruvátových uhlíků s a-ketobutyrátovou molekulou odvozenou od threoninu.

Reakce začíná působením enzymu threonin dehydratázy, která katalyzuje dehydrataci threoninu za vzniku a-ketobutyrátu a amoniaku (NH3). Následně, stejné enzymy, které se účastní biosyntézy valinu, přispívají k krokům

- Transaminace

- Oxidační dekarboxylace odpovídajících ketokyselin a

- Dehydrogenace.

U tohoto typu mikroorganismů je syntéza aminokyselin, jako je lysin, methionin, threonin a isoleucin, vysoce koordinována a regulována, zejména negativní zpětnou vazbou, kde produkty reakcí inhibují aktivitu příslušných enzymů.

Navzdory skutečnosti, že isoleucin, stejně jako leucin a valin, jsou pro člověka esenciálními aminokyselinami, mohou enzymy aminotransferázy přítomné v tělních tkáních jejich reverzibilní vzájemnou přeměnu na odpovídající a-keto kyseliny, které je nakonec mohou nahradit strava.

Degradace

Stejně jako mnoho aminokyselin, které jsou v přírodě známé, může být isoleucin degradován za vzniku meziproduktů různých metabolických drah, mezi nimiž vyniká Krebsův cyklus (který poskytuje největší množství koenzymů, které pracují pro výrobu energie nebo pro biosyntézu dalších sloučenin).

Isoleucin, tryptofan, lysin, fenylalanin, tyrosin, threonin a leucin lze všechny použít k produkci acetyl-CoA, klíčového metabolického meziproduktu pro mnohočetné buněčné reakce.

Na rozdíl od jiných aminokyselin se aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (leucin, isoleucin a valin) nerozkládají v játrech, ale jsou oxidovány jako paliva ve svalech, mozku, ledvinách a tukové tkáni.

Tyto orgány a tkáně mohou tyto aminokyseliny používat díky přítomnosti enzymu aminotransferázy schopného působit na všechny tři a produkovat své odpovídající a-keto aminokyseliny.

Jakmile jsou tyto oxidované deriváty aminokyselin vytvořeny, enzymový komplex a-ketokyldehydrogenázy katalyzuje jejich oxidační dekarboxylaci, kde uvolňuje molekulu oxidu uhličitého (CO2) a produkuje derivát acyl-CoA příslušných aminokyselin.

Patologie související s metabolismem izoleucinu

Poruchy metabolismu isoleucinu a dalších aminokyselin mohou způsobit řadu zvláštních a komplexních patologických stavů, jako je například onemocnění „Javorový sirup moč“ (moč s vůní javorového sirupu) nebo ketoacidurie s rozvětveným řetězcem.

Jak již název napovídá, je toto onemocnění charakterizováno výraznou vůní moči pacientů, kteří na něj trpí, jakož i zvracením, záchvaty, mentální retardací a předčasnou smrtí.

Konkrétně se jedná o chyby v enzymovém komplexu α-ketoacid dehydrogenázy, při kterém se aminokyseliny s rozvětveným řetězcem, jako je izoleucin a jeho oxidované deriváty, vylučují močí.

Celkově jsou patologie související s katabolismem aminokyselin s rozvětveným řetězcem, jako je isoleucin, známé jako organické acidurie, i když ty, které jsou s touto aminokyselinou přímo příbuzné, jsou poměrně vzácné.

Potraviny bohaté na isoleucin

Tato aminokyselina je hojná ve svalových tkáních zvířat, a proto maso živočišného původu, jako je hovězí maso, vepřové maso, ryby a další podobné druhy, jako je jehněčí, kuřecí, krůtí, zvěřina, mimo jiné, jsou v tom bohatí.

Nachází se také v mléčných výrobcích a jejich derivátech, jako je sýr. Je to ve vejcích a také v různých druzích semen a ořechů, jako nezbytná součást bílkovin, které je tvoří.

Je bohatá na sójové boby a hrách, jakož i v kvasničných extraktech používaných pro různé potravinové účely.

Plazmatické hladiny isoleucinu pro dospělého člověka jsou mezi 30 a 108 μmol / l, pro děti a mladé lidi ve věku od 2 do 18 let je mezi 22 a 107 μmol / l a pro kojence ve věku od 0 do 2 let jsou přibližně mezi 26 a 86 umol / l.

Tato data naznačují, že konzumace potravin bohatých na tuto a další příbuzné aminokyseliny je nezbytná pro udržení mnoha fyziologických funkcí organismu, protože lidé to nedokážou syntetizovat de novo.

Výhody jeho příjmu

Výživové doplňky pro izoleucin obvykle obsahují další esenciální aminokyseliny s rozvětveným řetězcem, jako je valin nebo leucin nebo jiné.

Mezi nejčastější příklady konzumace isoleucinu patří doplňky výživy používané sportovci ke zvýšení procenta svalové hmoty nebo syntézy bílkovin. O vědeckých základech, na nichž jsou tyto postupy podporovány, se však stále diskutuje a jejich výsledky nejsou zcela zaručeny.

Isoleucin se však používá k potlačení metabolických účinků nedostatku vitamínu (pellagra) charakteristických pro pacienty, kteří mají stravu bohatou na čirok a kukuřici, což jsou potraviny s vysokým obsahem leucinu, které mohou ovlivnit metabolismus tryptofanu a kyseliny nikotinové u lidí.

Účinky pellagra u experimentálních potkanů ​​například zahrnují zpoždění růstu, která jsou překonána suplementací isoleucinem.

- V průmyslu živočišné výroby

V oblasti živočišné výroby byly použity aminokyseliny, jako je lysin, threonin, methionin a isoleucin, v pilotních testech pro krmení prasat rostoucích za kontrolovaných podmínek.

Zdá se, že zejména izoleucin má účinky na asimilaci dusíku, i když nepřispívá k přírůstku hmotnosti u těchto hospodářských zvířat.

- V některých klinických podmínkách

Některé publikace naznačují, že isoleucin je schopen snižovat hladiny glukózy v plazmě, takže jeho příjem se doporučuje u pacientů trpících poruchami, jako je diabetes nebo nízká rychlost produkce inzulínu.

Virové infekce

Suplementace izoleucinem se ukázala jako užitečná u pacientů infikovaných rotavirem, kteří způsobují nemoci jako je gastroenteritida a průjem u malých dětí a jiných malých zvířat.

Nedávné studie dospěly k závěru, že konzumace této aminokyseliny experimentálními zvířaty s výše uvedenými charakteristikami (infikovanými rotavirem) pomáhá v růstu a výkonnosti vrozeného imunitního systému díky aktivaci signálních drah nebo receptorů PRR s rozpoznáváním vzory.

Poruchy nedostatku

Nedostatek isoleucinu může vést k problémům se zrakem, kůží (jako je dermatitida) a střevy (evidentní jako průjem a další gastrointestinální projevy).

Vzhledem k tomu, že se jedná o esenciální aminokyselinu pro tvorbu a syntézu hemoglobinu, jakož i pro regeneraci erytrocytů (krevních buněk), mohou mít závažné nedostatky izoleucinu závažné fyziologické důsledky, zejména v souvislosti s anémií a jinými hematologickými onemocněními..

To bylo experimentálně prokázáno u „normálních“ hlodavců, kterým byla podávána strava chudá na tento isoleucin, který končí vývojem významných anemických stavů.

Isoleucin se však podílí na tvorbě hemoglobinu pouze u kojenců, protože protein dospělého člověka nemá významná množství takové aminokyseliny; to znamená, že nedostatek isoleucinu je nejvíce patrný v raných fázích vývoje.

Reference

1. Aders Plimmer, R. (1908). Chemické složení proteinů. Část I. Londýn, Velká Británie: Longmans, Green a CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). Chemické složení proteinů. Část II. Londýn, Velká Británie: Longmans, Green a CO.
3. Barret, G., a Elmore, D. (2004). Aminokyseliny a peptidy. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Příručka lékaře k laboratorní diagnostice metabolických chorob (2. vydání).
5. Bradford, H. (1931). Historie objevu aminokyselin. II. Přehled aminokyselin popisovaných od roku 1931 jako složky původních proteinů. Pokroky v proteinové chemii, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H. & Lancha, AH (2013). Výrazné účinky suplementace leucinu nebo směsi aminokyselin s rozvětveným řetězcem (leucin, isoleucin a valin) na odolnost proti únavě a degradaci svalů a jater-glykogenu u trénovaných krys. Nutrition, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., a Harvey, R. (2003). Aminokyseliny Aminokyseliny. V Lippincott's Ilustrated Reviews: Biochemistry (3rd ed., Pp. 1-12). Lippincott.
8. Chandran, K., & Damodaran, M. (1951). Aminokyseliny a proteiny při tvorbě hemoglobinu 2. Isoleucin. Biochemical Journal, 49, 393-398.
9. Chung, AS, a Beames, RM (1974). Lysin, threonin, methionin a isoleucine Suplementace ječmene Mírové řeky pro rostoucí prasata. Pes. J. Anim. Sci., 436, 429 - 436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Snížené koncentrace izoleucinu v plazmě po krvácení do horní části gastrointestinálního traktu u lidí. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Aminokyseliny, proteiny a biochemie rakoviny (svazek 241). London: Academic Press, Inc.
12. Encyklopedie Britannica. (2012). Načteno 30. srpna 2019 z
13. Gelfand, R., Hendler, R. a Sherwin, R. (1979). Dietní uhlohydrát a metabolismus požitého proteinu. The Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Biochemie potravinových bílkovin. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Poruchy metabolismu leucinu, izoleucinu a valinu. V N. Blau (Ed.), Lékařský průvodce diagnostikou, léčbou a sledováním dědičných metabolických chorob (str. 103–141).
16. Korman, SH (2006). Vrozené chyby degradace isoleucinu: Přehled. Molecular Genetics and Metabolism, 89 (4), 289-299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Vliv isoleucinu na kůži a elektroencefalogram v Pellagra. The Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, a Kirk, K. (2007). Transport esenciálního živného isoleucinu v lidských erytrocytech infikovaných parazitem malárie Plasmodium falciparum. Blood, 109 (5), 2217–2224.
19. Národní centrum pro biotechnologické informace. PubChem Database. l-Isoleucine, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (přístupné 31. srpna 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., & Gannon, MC (2008). Účinek perorálně podaného isoleucinu s glukózou a bez glukózy na koncentraci inzulínu, glukagonu a glukózy u nediabetických osob. Evropský elektronický žurnál klinické výživy a metabolismu, 3 (4), 152–158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF a Soeters, PB (1989). Je zvýšené uvolňování amoniaku po krvácení v zažívacím traktu důsledkem úplné absence isoleucinu v hemoglobinu? Studie na prasatech. Hepatology, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, a Schmidt, CLA (1931). Historie objevu aminokyselin. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem a syntéza svalových bílkovin u lidí: mýtus nebo realita? Žurnál Mezinárodní společnosti pro sportovní výživu, 14 (1), 1-7.
24. Wu, G. (2009). Aminokyseliny: Metabolismus, funkce a výživa. Aminokyseliny, 37 (1), 1-17.