SERIN: CHARAKTERISTIKA, FUNKCE, METABOLISMUS, JÍDLO - BIOLOGIE - 2025

Serin je jeden z 22 základních aminokyselin, i když to není klasifikován jako esenciální aminokyseliny pro člověka a jiných zvířat, protože je syntetizován v lidském těle.

Podle třípísmenné nomenklatury je serin v literatuře popsán jako Ser (S v jednopísmenném kódu). Tato aminokyselina se účastní velkého počtu metabolických drah a má polární vlastnosti, ale nemá žádné náboje při neutrálním pH.

Reprezentace aminokyselinové struktury Serine (Zdroj: Paginazero na it.wikipedia přes Wikimedia Commons)

Mnoho enzymů důležitých pro buňky má na svých aktivních místech bohaté koncentrace serinových zbytků, a proto má tato aminokyselina mnoho fyziologických a metabolických důsledků.

Serin se mezi mnoha svými funkcemi podílí jako prekurzor a molekula lešení na biosyntéze jiných aminokyselin, jako je glycin a cystein, a je součástí struktury sfingolipidů přítomných v buněčných membránách.

Rychlost syntézy serinu se liší v každém orgánu a navíc se mění podle stupně vývoje, ve kterém je jednotlivec.

Vědci navrhli, že koncentrace L-serinu v mozkové tkáni se zvyšují s věkem, protože propustnost hematoencefalické bariéry se v mozku dospělého snižuje, což může způsobit vážné poruchy mozku.

Je známo, že L-serin je životně důležitý pro biosyntézu neurotransmiterů, fosfolipidů a dalších komplexních makromolekul, protože poskytuje prekurzory těchto více metabolických drah.

Různé studie ukázaly, že dodávání doplňků nebo koncentrací L-serinu některým typům pacientů zlepšuje homeostázu glukózy, mitochondriální funkci a snižuje smrt neuronů.

Vlastnosti a struktura

Všechny aminokyseliny mají jako svou základní strukturu karboxylovou skupinu a aminoskupinu vázanou ke stejnému atomu uhlíku; Ty se však od sebe liší svými postranními řetězci, známými jako skupiny R, které se mohou lišit co do velikosti, struktury a dokonce i podle elektrického náboje.

Serin obsahuje tři atomy uhlíku: centrální uhlík vázaný na jedné straně k karboxylové skupině (COOH) a na druhé straně k aminoskupině (NH3 +). Další dvě vazby centrálního uhlíku jsou obsazeny atomem vodíku a skupinou CH2OH (skupina R), která je charakteristická pro serin.

Centrální uhlík, ke kterému jsou připojeny aminoskupiny a karboxylové skupiny aminokyselin, je známý jako a-uhlík. Ostatní atomy uhlíku ve skupinách R jsou označeny písmeny řecké abecedy.

Například v případě serinu je jediný atom uhlíku ve své skupině R, který je vázán na skupinu OH, známý jako y-uhlík.

Klasifikace

Serin je zařazen do skupiny nenabitých polárních aminokyselin. Členy této skupiny jsou vysoce ve vodě rozpustné aminokyseliny, tj. Jsou to hydrofilní sloučeniny. U serinu a threoninu je hydrofilnost způsobena jejich schopností vytvářet vodíkové vazby s vodou prostřednictvím svých hydroxylových (OH) skupin.

Ve skupině nenabitých polárních aminokyselin jsou také seskupeny cystein, asparagin a glutamin. Všechny tyto skupiny mají ve svém R řetězci polární skupinu, avšak tato skupina není ionizovatelná a při pH blízkém neutrálnosti ruší své náboje a produkují sloučeninu ve formě "zwitterionu".

Stereochemie

Obecná asymetrie aminokyselin způsobuje, že stereochemie těchto sloučenin má zásadní význam v metabolických drahách, kterých se účastní. V případě serinu je možné jej nalézt jako D- nebo L-serin, který je syntetizován výhradně buňkami nervového systému známými jako astrocyty.

A Uhlíky aminokyselin jsou chirální uhlíky, protože mají připojeny čtyři různé substituenty, což vytváří, že pro každou aminokyselinu jsou alespoň dva rozlišitelné stereoizomery.

Stereoizomer je zrcadlový obraz molekuly, to znamená, že jeden nemůže být překrýván druhým. Jsou označeny písmenem D nebo L, protože roztoky těchto aminokyselin experimentálně otáčejí rovinou polarizovaného světla v opačných směrech.

L-serin, který je syntetizován v buňkách nervového systému, slouží jako substrát pro syntézu glycinu nebo D-serinu. D-serin je jedním z nejdůležitějších prvků pro výměnu vezikul mezi neurony, a proto někteří autoři navrhují, že obě izoformy serinu jsou ve skutečnosti esenciálními aminokyselinami pro neurony.

Funkce

OH skupina serinu ve svém R řetězci z něj činí dobrý nukleofil, takže je klíčem k aktivitě mnoha enzymů se seriny v jejich aktivních místech. Serin je jedním ze substrátů potřebných pro syntézu nukleotidů NADPH a glutathionu.

L-serin je nezbytný pro vývoj a správné fungování centrálního nervového systému. Studie ukázaly, že exogenní dodání L-serinu v nízkých dávkách do hippocampálních neuronů a Purkinjových buněk in vitro zlepšuje jejich přežití.

Různé studie rakovinných buněk a lymfocytů zjistily, že na nadměrné produkci nukleotidů a následné proliferaci rakovinných buněk jsou nezbytné serinové závislé uhlíkové jednotky.

Selenocystein je jednou z 22 bazických aminokyselin a získává se pouze jako derivát serinu. Tato aminokyselina byla pozorována pouze u některých proteinů, obsahuje místo selenu vázaného na cystein selen a je syntetizována z esterifikovaného serinu.

Biosyntéza

Serin je neesenciální aminokyselina, protože je syntetizována lidským tělem. Lze ji však asimilovat především z potravy různých zdrojů, jako jsou proteiny a fosfolipidy.

Serin je syntetizován ve své L formě přeměnou molekuly glycinu, což je reakce zprostředkovaná enzymem hydroxymethyl-transferáza.

Je známo, že hlavní místo syntézy L-serinu je v astrocytech, nikoli v neuronech. V těchto buňkách dochází k syntéze fosforylační cestou, na které se podílí 3-fosfoglycerát, glykolytický meziprodukt.

V této cestě působí tři enzymy: 3-fosfoglycerát dehydrogenáza, fosfoserin-transferáza a fosfoserin-fosfatáza.

Dalšími důležitými orgány, pokud jde o syntézu serinu, jsou játra, ledviny, varlata a slezina. Enzymy, které syntetizují serin jinými cestami než fosforylací, se nacházejí pouze v játrech a ledvinách.

Jednou z prvních známých cest syntézy serinu byla katabolická cesta zapojená do glukoneogeneze, kde L-serin je získán jako sekundární metabolit. Příspěvek této cesty k produkci tělních serinů je však nízký.

Metabolismus

V současné době je známo, že serin lze získat metabolismem uhlohydrátů v játrech, kde se produkuje kyselina D-glycerová, kyselina 3-fosfoglycerová a kyselina 3-fosfhohydroxypyruvová. Díky procesu transaminace mezi kyselinou 3-hydroxypyrohroznovou a alaninem vzniká serin.

Pokusy prováděné na potkanech radioaktivně značících uhlík 4 glukózy, dospěly k závěru, že tento uhlík je účinně inkorporován do uhlíkových koster serinu, což naznačuje, že uvedená aminokyselina má prekurzor tří uhlíku pravděpodobně z pyruvátu.

U bakterií je enzym L-serin-deamináza hlavním enzymem zodpovědným za metabolizaci serinu: přeměňuje L-serin na pyruvát. Je známo, že tento enzym je přítomen a je aktivní v kulturách E. coli pěstovaných v minimálním médiu s glukózou.

Není jisté, jaká je skutečná funkce L-serin-deaminázy v těchto mikroorganismech, protože její exprese je indukována mutačními efektory, které poškozují DNA ultrafialovým zářením, přítomností kyseliny nalidixové, mitomycinu a dalších. z čehož vyplývá, že musí mít důležité fyziologické důsledky.

Potraviny bohaté na serin

Všechny potraviny s vysokou koncentrací bílkovin jsou bohaté na serin, zejména vejce, maso a ryby. Nicméně, toto je neesenciální aminokyselina, takže není nutné ji požívat, protože tělo ji dokáže syntetizovat samo.

Někteří lidé trpí vzácnou poruchou, protože mají fenotyp s nedostatkem, co se týká mechanismů syntézy serinu a glycinu, potřebují proto přijímat koncentrované potravinové doplňky pro obě aminokyseliny.

Kromě toho komerční značky specializující se na prodej doplňků vitamínů (Lamberts, Now Sport a HoloMega) nabízejí koncentráty fosfatidylserinu a L-serinu ke zvýšení produkce svalové hmoty u vysoce konkurenčních sportovců a vzpěračů.

Související nemoci

Porucha enzymů zapojených do biosyntézy serinu může způsobit vážné patologie. Snížením koncentrace serinu v krevní plazmě a mozkomíšním moku může způsobit hypertonii, psychomotorickou retardaci, mikrocefalii, epilepsii a komplexní poruchy centrálního nervového systému.

V současné době bylo objeveno, že nedostatek serinu se podílí na vývoji diabetes mellitus, protože L-serin je nezbytný pro syntézu inzulínu a jeho receptorů.

Děti s poruchami biosyntézy serinu jsou při narození neurologicky abnormální, mají retardaci intrauterinního růstu, vrozenou mikrocefalii, katarakty, záchvaty a závažné neurodevelopalentní zpoždění.

Reference

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, a Sandford, SA (2007). Mechanismy tvorby aminokyselin v mezihvězdných analogech ledu. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, a Bearden, DR (2017). Perinatální metabolické encefalopatie. In Swaiman's Pediatric Neurology (pp. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Rodič, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD,… & Snyder, SH (2000). D-serin je endogenní ligand pro glycinové místo N-methyl-D-aspartátového receptoru. Sborník Národní akademie věd, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Metabolismus serinu podporuje produkci makrofágů IL-1β. Metabolismus buněk, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Syntéza L-serinu v centrálním nervovém systému: přehled poruch serinového deficitu. Molekulární genetika a metabolismus, 99 (3), 256-262.