LEUCIN: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE, BIOSYNTÉZA - BIOLOGIE - 2025

Leucin je jednou z 22 aminokyselin tvořících proteiny v živých organismech. To patří k jedné z 9 esenciálních aminokyselin, které nejsou syntetizovány tělem a musí být konzumovány s jídlem přijímaným ve stravě.

Leucin byl poprvé popsán v roce 1818 francouzským lékárníkem a lékárníkem JL Proustem, který jej označil jako „kaseinový oxid“. Později jej připravili Erlenmeyer a Kunlin z kyseliny a-benzoylamido-P-isopropylakrylové, jejíž molekulární vzorec je C6H13NO2.

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

Leucin byl klíčem při objevování směru translace proteinů, protože jeho hydrofobní struktura umožnila biochemikovi Howard Dintzis radioaktivně označit vodík uhlíku 3 a sledovat směr, ve kterém jsou aminokyseliny začleněny do peptidové syntézy hemoglobin.

Proteiny známé jako leucinové „zipy“ nebo „uzávěry“ jsou spolu s „zinkovými prsty“ nejdůležitějšími transkripčními faktory eukaryotických organismů. Leucinové zipy jsou charakterizovány hydrofobními interakcemi s DNA.

Obecně se proteiny bohaté na leucin nebo tvořené aminokyselinami s rozvětveným řetězcem nemetabolizují v játrech, místo toho jdou přímo do svalů, kde se rychle používají pro syntézu proteinů a produkci energie.

Leucin je aminokyselina s rozvětveným řetězcem nezbytná pro biosyntézu proteinů a aminokyselin v mléce, které jsou syntetizovány v mléčných žlázách. Velká množství této aminokyseliny lze nalézt ve volné formě v mateřském mléce.

Ze všech aminokyselin, které tvoří proteiny, jsou nejhojnější leucin a arginin a obě byly detekovány v bílkovinách všech království, která tvoří strom života.

vlastnosti

Leucin je známý jako esenciální aminokyselina s rozvětveným řetězcem, sdílí typickou strukturu s ostatními aminokyselinami. Rozlišuje se však proto, že jeho postranní řetězec nebo skupina R má dva lineárně vázané uhlíky a poslední z nich je vázán k atomu vodíku a ke dvěma methylovým skupinám.

Patří do skupiny nenabitých polárních aminokyselin, substituenty nebo skupiny R těchto aminokyselin jsou hydrofobní a nepolární. Tyto aminokyseliny jsou hlavně zodpovědné za intra- a interproteinové hydrofobní interakce a mají tendenci stabilizovat strukturu proteinů.

Všechny aminokyseliny, které mají centrální uhlík, který je chirální (a uhlík), to znamená, že má čtyři různé substituenty připojené, lze v přírodě nalézt ve dvou různých formách; existují tedy D- a L-leucin, druhý typický v proteinových strukturách.

Obě formy každé aminokyseliny mají odlišné vlastnosti, účastní se různých metabolických drah a mohou dokonce modifikovat vlastnosti struktur, kterých jsou součástí.

Například leucin ve formě L-leucinu má mírně hořkou chuť, zatímco ve formě D-leucinu je velmi sladký.

L-forma jakékoli aminokyseliny je pro savčí tělo snazší metabolizovat. L-leucin se snadno degraduje a používá se ke konstrukci a ochraně proteinů.

Struktura

Leucin je tvořen 6 atomy uhlíku. Centrální uhlík, běžný ve všech aminokyselinách, je vázán na karboxylovou skupinu (COOH), aminoskupinu (NH2), atom vodíku (H) a postranní řetězec nebo skupinu R složenou ze 4 atomů uhlíku.

Atomy uhlíku v aminokyselinách lze identifikovat řeckými písmeny. Číslování začíná uhlíkem karboxylové kyseliny (COOH), zatímco anotace řeckou abecedou začíná od centrálního uhlíku.

Leucin má jako substituční skupinu ve svém R řetězci isobutylovou nebo 2-methylpropylovou skupinu, která je produkována ztrátou atomu vodíku za vzniku alkylového radikálu; Tyto skupiny se objevují jako větve v aminokyselinové struktuře.

Funkce

Leucin je aminokyselina, která může sloužit jako ketogenní prekurzor pro další sloučeniny zapojené do cyklu kyseliny citronové. Tato aminokyselina představuje důležitý zdroj pro syntézu acetyl-CoA nebo acetoacetyl-CoA, které jsou součástí formovacích drah ketonových těl v jaterních buňkách.

Je známo, že leucin je nezbytný v inzulinových signálních drahách, podílí se na zahájení syntézy proteinů a zabraňuje ztrátě proteinů degradací.

Typicky jsou vnitřní struktury proteinů složeny z hydrofobních aminokyselin, jako je leucin, valin, isoleucin a methionin. Takové struktury jsou obvykle konzervovány pro enzymy běžné mezi živými organismy, jako je tomu v případě cytochromu C.

Leucin může aktivovat metabolické dráhy v buňkách mléčných žláz a stimulovat syntézu laktózy, lipidů a proteinů, které slouží jako signální molekuly při regulaci energetické homeostázy mladých u savců.

Domény bohaté na leucin jsou nezbytnou součástí specifických proteinů vázajících se na DNA, které jsou obecně strukturními dimery v superplněné formě a jsou známé jako proteiny leucinového zipu.

Tyto proteiny mají jako charakteristickou charakteristiku pravidelný vzorec opakovaných leucinů spolu s dalšími hydrofobními aminokyselinami, které jsou zodpovědné za regulaci vazby transkripčních faktorů k DNA a mezi různými transkripčními faktory.

Leucinové zipové proteiny mohou vytvářet homo- nebo heterodimery, které jim umožňují vázat se na specifické oblasti transkripčních faktorů a regulovat jejich párování a jejich interakci s molekulami DNA, které regulují.

Biosyntéza

Všechny aminokyseliny s rozvětveným řetězcem, včetně leucinu, jsou syntetizovány hlavně v rostlinách a bakteriích. U kvetoucích rostlin dochází k významnému nárůstu produkce leucinu, protože je důležitým předchůdcem všech sloučenin zodpovědných za vůni květin a ovoce.

Jedním z faktorů připisovaných velkému množství leucinu v různých bakteriálních peptidech je to, že 6 různých kodonů genetického kódového kódu pro leucin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), to samé platí také pro arginin.

Leucin je syntetizován v bakteriích pětikrokovou cestou, která jako výchozí bod používá keto kyselinu příbuznou valinu.

Tento proces je alostericky regulován, takže pokud je v buňce nadbytek leucinu, inhibuje enzymy, které se účastní dráhy a zastavuje syntézu.

Biosyntetická cesta

Biosyntéza leucinu u bakterií začíná přeměnou derivátu ketokyseliny 3-methyl-2-oxobutanoátu valinu na (2S) -2-isopropylmalát díky působení enzymu 2-isopropylmaltosyntázy, který pro tento účel používá acetyl-Coa a vodu.

(2S) -2-isopropylmalát ztrácí molekulu vody a transformuje se na 2-isopropylmaleát 3-isopropylmalát dehydratázou. Následně stejný enzym přidá další molekulu vody a transformuje 2-isopropylmaleát na (2R-3S) -3-isopropylmalát.

Tato poslední sloučenina je podrobena oxidoredukční reakci, která si zaslouží účast molekuly NAD +, s níž se vytvoří (2S) -2-isopropyl-3-oxosukcinát, což je možné za účasti enzymu 3- isopropylmalát dehydrogenáza.

(2S) -2-isopropyl-3-oxosukcinát spontánně ztrácí atom uhlíku ve formě CO2, čímž vzniká 4-methyl-2-oxopentanoát, který působením aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (konkrétně leucin-transamináza) a při současném uvolňování L-glutamátu a 2-oxoglutarátu vytváří L-leucin.

Degradace

Hlavní úlohou leucinu je působit jako signál, který říká buňce, že existuje dostatek aminokyselin a energie k zahájení syntézy svalových proteinů.

Rozklad aminokyselin s rozvětveným řetězcem, jako je leucin, začíná transaminací. Tento a dva následné enzymatické kroky jsou katalyzovány stejnými třemi enzymy v případě leucinu, isoleucinu a valinu.

Transaminace těchto tří aminokyselin vede k jejich derivátům a-ketokyselin, které jsou podrobeny oxidační dekarboxylaci za vzniku thioesterů acyl-CoA, které jsou a, P-dehydrogenované za vzniku a, p-nenasycených acyl-CoA thioesterů.

Během katabolismu leucinu se používá odpovídající a, P-nenasycený acyl-CoA thioester k produkci acetoacetátu (kyselina acetooctová) a acetyl-CoA cestou, která zahrnuje metabolit 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), který je prostředníkem v biosyntéze cholesterolu a dalších isoprenoidů.

Katabolická cesta leucinu

Od vzniku a, P-nenasyceného thioesteru acyl-CoA odvozeného od leucinu se katabolické dráhy pro tuto aminokyselinu a pro valin a isoleucin značně liší.

A, P-nenasycený acyl-CoA thioester leucinu je zpracováván po proudu třemi různými enzymy známými jako (1) 3-methylcrotonyl-CoA karboxyláza, (2) 3-methylglutaconyl-CoA hydratáza a (3) 3-hydroxy -3-methylglutaryl-CoA lyáza.

U bakterií jsou tyto enzymy zodpovědné za přeměnu 3-methylcrotonyl-CoA (odvozeného od leucinu) na 3-methylglutaconyl-CoA, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA a acetoacetát a acetyl-CoA.

Leucin, který je k dispozici v krvi, se používá pro syntézu svalových / myofibrilárních proteinů (MPS). V tomto procesu působí jako aktivační faktor. Také interaguje přímo s inzulínem, což ovlivňuje zásobování inzulínem.

Leucine bohaté potraviny

Spotřeba proteinů bohatých na aminokyseliny je nezbytná pro buněčnou fyziologii živých organismů a leucin není výjimkou mezi esenciálními aminokyselinami.

Bílkoviny získané ze syrovátky jsou považovány za nejbohatší na zbytky L-leucinu. Nicméně, všechna jídla s vysokým obsahem bílkovin, jako jsou ryby, kuře, vejce a červené maso, poskytují tělu velké množství leucinu.

Kukuřičná jádra mají nedostatek aminokyselin lysinu a tryptofanu, mají velmi tuhé terciární struktury pro trávení a mají z nutričního hlediska malou hodnotu, mají však vysoké hladiny leucinu a isoleucinu.

Plody luštěnin jsou bohaté na téměř všechny esenciální aminokyseliny: lysin, threonin, isoleucin, leucin, fenylalanin a valin, ale mají málo methioninu a cysteinu.

Leucin se extrahuje, čistí a koncentruje v tabletách jako potravinový doplněk pro sportovce na vysoké úrovni a prodává se jako droga. Hlavním zdrojem izolace této aminokyseliny je odtučněná sójová mouka.

Existuje doplněk stravy používaný sportovci pro regeneraci svalů známý jako BCAA (aminokyseliny s rozvětveným řetězcem). To poskytuje vysoké koncentrace aminokyselin s rozvětveným řetězcem: leucin, valin a isoleucin.

Výhody jeho příjmu

Potraviny bohaté na leucin pomáhají kontrolovat obezitu a další metabolická onemocnění. Mnoho odborníků na výživu poukazuje na to, že potraviny bohaté na leucin a doplňky stravy založené na této aminokyselině přispívají k regulaci chuti k jídlu a úzkosti u dospělých.

Všechny proteiny bohaté na leucin stimulují syntézu svalových proteinů; Ukázalo se, že zvýšení podílu požitého leucinu vzhledem k ostatním esenciálním aminokyselinám může zvrátit zeslabení syntézy proteinů v muskulatuře starších pacientů.

Dokonce i lidé s těžkými makulárními poruchami, kteří jsou ochrnutí, mohou zastavit úbytek svalové hmoty a síly správným doplňováním leucinu orální cestou, kromě použití systémových cvičení svalové rezistence.

Leucin, valin a isoleucin jsou podstatnými složkami hmoty, která tvoří kosterní sval obratlovců, takže jejich přítomnost je nezbytná pro syntézu nových proteinů nebo pro opravu stávajících.

Poruchy nedostatku

Nedostatky nebo malformace komplexu a-ketoacid dehydrogenázového enzymu, který je zodpovědný za metabolizaci leucinu, valinu a isoleucinu u lidí, mohou způsobit vážné duševní poruchy.

Kromě toho existuje patologický stav související s metabolismem těchto aminokyselin s rozvětveným řetězcem, který se nazývá "močová choroba javorového sirupu".

Doposud nebyla prokázána existence nepříznivých účinků při nadměrné spotřebě leucinu. Doporučuje se však maximální dávka 550 mg / kg denně, protože nebyly provedeny žádné dlouhodobé studie týkající se nadměrného vystavení tkání této aminokyselině.

Reference

1. Álava, MDC, Camacho, ME, a Delgadillo, J. (2012). Zdraví svalů a prevence sarkopenie: účinek bílkovin, leucinu a ß-hydroxy-ß-methylbutyrátu. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Food Chemistry (č. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, a Conrad, RS (1976). Rozvětvený řetězec aminokyselin v bakteriích. Bakteriologické recenze, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biochemie. Pearsonovo vzdělávání.
5. Mero, A. (1999). Leucin doplnění a intenzivní trénink. Sports Medicine, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ed.). (2012). Metabolismus savčích proteinů (svazek 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.