THREONIN: VLASTNOSTI, FUNKCE, DEGRADACE, PŘÍNOSY - BIOLOGIE

Threonin (Thr, T) nebo kyselina-LS-threo α-amino-β-máselná, je jedním z konstitutivních aminokyselinách buněčných proteinů. Protože člověk a další obratlovci nemají biosyntetické cesty pro jeho produkci, je threonin považován za jednu z 9 esenciálních aminokyselin, které musí být získány dietou.

Threonin byl poslední z 20 běžných aminokyselin objevených v proteinech, což se stalo v historii více než století po objevení asparaginu (1806), což byla první popsaná aminokyselina.

Struktura aminokyseliny Threonin (Zdroj: Clavecin přes Wikimedia Commons)

Objevil jej William Cumming Rose v roce 1936, který vytvořil termín „threonin“ kvůli strukturální podobnosti, kterou našel mezi touto aminokyselinou a kyselinou threonovou, sloučeninou odvozenou z cukrové treose.

Jako proteinová aminokyselina má threonin v buňkách mnoho funkcí, mezi nimiž jsou vazebné místo pro typické uhlohydrátové řetězce glykoproteinů a rozpoznávací místo pro proteinové kinázy se specifickými funkcemi (treoninové / serinové kinázové proteiny).

Podobně je threonin nezbytnou součástí proteinů, jako je zubní sklovina, elastin a kolagen, a má také důležité funkce v nervovém systému. Používá se jako doplněk stravy a jako „reliéver“ fyziologických stavů úzkosti a deprese.

vlastnosti

Threonin patří do skupiny polárních aminokyselin, které mají skupinu R nebo postranní řetězec postrádající kladné nebo záporné náboje (nenabité polární aminokyseliny).

Charakteristiky jeho skupiny R z něj činí vysoce rozpustnou aminokyselinu (hydrofilní nebo hydrofilní), což platí i pro ostatní členy této skupiny, jako je cystein, serin, asparagin a glutamin.

Spolu s tryptofanem, fenylalaninem, isoleucinem a tyrosinem je threonin jednou z pěti aminokyselin, které mají jak glukogenní, tak ketogenní funkce, protože z jeho metabolismu jsou produkovány relevantní meziprodukty, jako je pyruvát a sukcinyl-CoA.

Tato aminokyselina má přibližnou molekulovou hmotnost 119 g / mol; stejně jako mnoho nenabitých aminokyselin má izoelektrický bod kolem 5,87 a jeho frekvence v proteinových strukturách je téměř 6%.

Někteří autoři seskupují threonin společně s dalšími aminokyselinami s „sladkou“ chutí, mezi které patří například serin, glycin a alanin.

Struktura

Α-aminokyseliny, jako je threonin, mají obecnou strukturu, to znamená, že je společný všem. Toto se vyznačuje přítomností atomu uhlíku známého jako "a uhlík", který je chirální a ke kterému jsou připojeny čtyři různé typy molekul nebo substituentů.

Tento uhlík sdílí jednu ze svých vazeb s atomem vodíku, druhou se skupinou R, která je charakteristická pro každou aminokyselinu, a další dvě jsou obsazeny aminoskupinami (NH2) a karboxylovými skupinami (COOH), které jsou společné všem. aminokyseliny.

Skupina R threoninu má hydroxylovou skupinu, která mu umožňuje tvořit vodíkové vazby s jinými molekulami ve vodném prostředí. Jeho identita může být definována jako alkoholová skupina (ethanol, se dvěma atomy uhlíku), která ztratila jeden ze svých vodíků, aby se připojila k atomu uhlíku a (-CHOH-CH3).

Tato skupina -OH může sloužit jako "můstek" nebo vazebné místo pro celou řadu molekul (například oligosacharidové řetězce k němu mohou být připojeny během tvorby glykoproteinů), a je proto jedním z těch, kdo jsou zodpovědní za tvorbu modifikované deriváty threoninu.

Biologicky aktivní formou této aminokyseliny je L-threonin a právě tato se podílí na konformaci proteinových struktur i na různých metabolických procesech, kde působí.

Funkce

Jako aminokyselina proteinu je threonin součástí struktury mnoha proteinů v přírodě, kde jeho význam a bohatost závisí na identitě a funkci proteinu, ke kterému patří.

Kromě strukturních funkcí při konformaci peptidové sekvence proteinů, threonin plní i další funkce jak v nervovém systému, tak v játrech, kde se podílí na metabolismu tuků a brání jejich hromadění v tomto orgánu.

Threonin je součástí sekvencí rozpoznávaných serin / threonin kinázami, které jsou zodpovědné za četné procesy fosforylace proteinů, nezbytné pro regulaci multiplicity funkcí a intracelulárních signálních událostí.

Používá se také k léčbě některých střevních a zažívacích poruch a ukázalo se, že je užitečný při snižování patologických stavů, jako je úzkost a deprese.

Podobně je L-threonin jednou z aminokyselin potřebných k udržení pluripotentního stavu myších embryonálních kmenových buněk, což je skutečnost, která zjevně souvisí s metabolismem S-adenosyl-methioninu a s událostmi methylace histonu., které se přímo podílejí na expresi genů.

V průmyslu

Společnou vlastností mnoha aminokyselin je jejich schopnost reagovat s jinými chemickými skupinami, jako jsou aldehydy nebo ketony, za vzniku charakteristických "příchutí" mnoha sloučenin.

Mezi těmito aminokyselinami je threonin, který stejně jako serin reaguje se sacharózou během pečení určitých potravin a vytváří „pyraziny“, typické aromatické sloučeniny z pražených produktů, jako je káva.

Threonin je přítomen v mnoha léčivech přírodního původu a také v mnoha formulacích doplňků stravy, které jsou předepisovány pacientům s podvýživou nebo těm, kteří mají v této aminokyselině špatnou stravu.

Další z nejznámějších funkcí L-threoninu, který v průběhu času roste, je aditivum při přípravě koncentrovaného krmiva pro průmysl výroby prasat a drůbeže.

L-threonin se v těchto odvětvích používá jako potravinový doplněk ve špatných formulacích z hlediska bílkovin, protože poskytuje ekonomické výhody a zmírňuje nedostatky v hrubých bílkovinách konzumovaných těmito hospodářskými zvířaty.

Hlavní formou produkce této aminokyseliny je obvykle mikrobiální fermentace a světová produkce pro zemědělské účely za rok 2009 překročila 75 tun.

Biosyntéza

Threonin je jednou z devíti esenciálních aminokyselin pro člověka, což znamená, že nemůže být syntetizován buňkami těla, a proto musí být získán z proteinů živočišného nebo rostlinného původu, které jsou s ním dodávány. denní dieta.

Rostliny, houby a bakterie syntetizují threonin podobnými cestami, které se mohou od sebe poněkud lišit. Většina těchto organismů však začíná z aspartátu jako prekurzoru, a to nejen pro threonin, ale také pro methionin a lysin.

Biosyntetická cesta v mikrobech

Dráha biosyntézy L-threoninu v mikroorganismech, jako jsou bakterie, sestává z pěti různých enzymaticky katalyzovaných kroků. Výchozím substrátem, jak bylo uvedeno, je aspartát, který je fosforylován enzymem aspartát kinázy závislým na ATP.

Tato reakce produkuje metabolit L-aspartylfosfát (L-aspartyl-P), který slouží jako substrát pro enzym aspartyl semialdehyddehydrogenáza, která katalyzuje jeho přeměnu na aspartyl semialdehyd způsobem závislým na NADPH.

Aspartylový semialdehyd lze použít jak pro biosyntézu L-lysinu, tak pro biosyntézu L-threoninu; v tomto případě je molekula použita enzymem homoserindehydrogenázy závislé na NADPH pro produkci L-homoserinu.

L-homoserin je fosforylován na L-homoserin fosfát (L-homoserin-P) homoserin kinázou závislou na ATP a uvedený reakční produkt je zase substrátem pro enzym threonin syntázu, který je schopen syntetizovat L-threonin.

L-methionin lze syntetizovat z L-homoserinu vyrobeného v předchozím kroku, a proto představuje „konkurenční“ cestu pro syntézu L-threoninu.

L-threonin syntetizovaný tímto způsobem může být použit pro syntézu proteinu nebo může být také použit downstream pro syntézu glycinu a L-leucinu, dvě aminokyseliny také relevantní z hlediska proteinu.

Nařízení

Je důležité zdůraznit, že tři z pěti enzymů, které se účastní biosyntézy L-threoninu v bakteriích, jsou regulovány produktem reakce prostřednictvím negativní zpětné vazby. Jedná se o aspartát kinázu, homoserin dehydrogenázu a homoserin kinázu.

Kromě toho regulace této biosyntetické dráhy také závisí na buněčných požadavcích na jiné související biosyntetické produkty, které s ní souvisí, protože tvorba L-lysinu, L-methioninu, L-isoleucinu a glycinu je závislá na produkční cestě L-threonin.

Degradace

Threonin může být degradován dvěma různými způsoby za vzniku pyruvátu nebo sukcinyl-CoA. Ta je nejdůležitějším produktem katabolismu threoninu u lidí.

K metabolismu threoninu dochází hlavně v játrech, ale na tomto procesu se podílí i slinivka břišní. Tato cesta začíná transportem aminokyseliny přes plazmatickou membránu hepatocytů pomocí specifických transportérů.

Produkce pyruvátu z threoninu

K přeměně threoninu na pyruvát dochází díky jeho přeměně na glycin, který probíhá ve dvou katalytických krocích, které začínají tvorbou 2-amino-3-ketobutyrátu z threoninu a působením enzymu threonin dehydrogenázy.

U lidí tato cesta představuje pouze mezi 10 a 30% threoninového katabolismu, jeho význam je však relativní k organismu, který je zvažován, protože u jiných savců je například mnohem katabolicky relevantnější mluvení.

Výroba sukcinyl-CoA z threoninu

Stejně jako u methioninu, valinu a isoleucinu se atomy uhlíku threoninu používají také k výrobě sukcunyl-CoA. Tento proces začíná přeměnou aminokyseliny na a-ketobutyrát, který se následně používá jako substrát pro enzym a-ketokyselinu dehydrogenázy, čímž se získá propionyl-CoA.

Transformace threoninu na a-ketobutyrát je katalyzována enzymem threonin dehydratáza, který zahrnuje ztrátu jedné molekuly vody (H2O) a další amonného iontu (NH4 +).

Propionyl-CoA je karboxylovaný na methylmalonyl-CoA pomocí dvoustupňové reakce, která vyžaduje zadání atomu uhlíku ve formě hydrogenuhličitanu (HCO3-). Tento produkt slouží jako substrát pro závislý methylmalonyl-CoA mutasový-koenzym B12, který "epimerizuje" molekulu za vzniku sukcinyl-CoA.

Ostatní katabolické výrobky

Navíc může být uhlíková kostra threoninu použita katabolicky k produkci acetyl-CoA, což má také důležité důsledky z hlediska energie v buňkách těla.

U některých organismů threonin funguje také jako substrát pro některé biosyntetické cesty, jako je například izoleucin. V tomto případě může být a-ketobutyrát derivovaný z threoninového katabolismu prostřednictvím 5 katalytických kroků směrován k tvorbě isoleucinu.

Potraviny bohaté na threonin

Ačkoli většina potravin bohatých na proteiny má určité procento všech aminokyselin, bylo zjištěno, že vejce, mléko, sójové boby a želatina jsou zvláště bohaté na aminokyselinu threonin.

Threonin je také v masech zvířat, jako je kuře, vepřové maso, králík, jehněčí a různé druhy drůbeže. V potravinách rostlinného původu je bohatá na zelí, cibuli, česnek, mangold a lilek.

Nachází se také v rýži, kukuřici, pšeničných otrubách, luštěninách a mnoha druzích ovoce, jako jsou jahody, banány, hrozny, ananas, švestky a jiné ořechy bohaté na bílkoviny, jako jsou vlašské ořechy nebo pistácie, mimo jiné.

Výhody jeho příjmu

Podle výboru odborníků Světové organizace pro výživu a zemědělství (WHO, FAO) je denní potřeba threoninu u průměrného dospělého člověka kolem 7 mg na kilogram tělesné hmotnosti, což by mělo být získané z potravy požívané dietou.

Tato čísla jsou odvozena z experimentálních údajů získaných ze studií provedených s muži a ženami, kde toto množství threoninu postačuje k dosažení pozitivní rovnováhy dusíku v tělních buňkách.

Studie provedené s dětmi ve věku od 6 měsíců do 1 roku však prokázaly, že minimální požadavky na L-threonin jsou mezi 50 a 60 mg na kilogram hmotnosti denně.

Mezi hlavní výhody příjmu výživových doplňků nebo léčiv se speciálními přípravky bohatými na L-threonin patří léčba amyotropní laterální sklerózy nebo Lou Gehrigovy choroby.

Další přísun threoninu podporuje vstřebávání živin ve střevě a také přispívá ke zlepšení jaterních funkcí. Je také důležitý pro transport fosfátových skupin buňkami.

Poruchy nedostatku

U malých dětí se vyskytují vrozené poruchy metabolismu threoninu, které způsobují zpomalení růstu a další související metabolické poruchy.

Nedostatky v této aminokyselině byly spojeny s některými selháními přírůstku tělesné hmotnosti kojenců, jakož is dalšími patologiemi souvisejícími s nedostatkem retence dusíku a jeho ztrátou v moči.

Lidé s nízkým obsahem threoninu mohou být náchylnější k mastným játrám a některým střevním infekcím souvisejícím s touto aminokyselinou.

Reference

Barret, G., a Elmore, D. (2004). Aminokyseliny a peptidy. Cambridge: Cambridge University Press.
Borgonha, S., Regan, MM, Oh, SH, Condon, M., & Young, VR (2002). Potřeba threoninu u zdravých dospělých, odvozená technikou rovnováhy aminokyselin za 24 hodin. American Journal of Clinical Nutrition, 75 (4), 698–704.
Bradford, H. (1931). Historie objevu aminokyselin. II. Přehled aminokyselin popisovaných od roku 1931 jako složky původních proteinů. Pokroky v proteinové chemii, 81–171.
Champe, P., a Harvey, R. (2003). Aminokyseliny Aminokyseliny. V Lippincott's Ilustrated Reviews: Biochemistry (3rd ed., Pp. 1-12). Lippincott.
De Lange, CFM, Gillis, AM, a Simpson, GJ (2001). Vliv příjmu threoninu na ukládání bílkovin v celém těle a využití threoninu u rostoucích prasat krmených vyčištěnou stravou. Journal of Animal Science, 79, 3087–3095.
Edelman, A., Blumenthal, D., & Krebs, E. (1987). Proteinové serinové / threoninové kinázy. Annu. 56, 567–613, Rev.
Edsall, J. (1960). Aminokyseliny, proteiny a biochemie rakoviny (svazek 241). London: Academic Press, Inc.
House, JD, Hall, BN a Brosnan, JT (2001). Metabolismus threoninu v izolovaných krysích hepatocytech. American Journal of Physiology - Endokrinologie a metabolismus, 281, 1300–1307.
Hudson, B. (1992). Biochemie potravinových bílkovin. Springer-Science + Business Media, BV
Kaplan, M., & Flavin, M. (1965). Biosyntéza threoninu. Na cestě houbami a bakteriemi a mechanismu izomerizační reakce. The Journal of Biological Chemistry, 240 (10), 3928–3933.
Kidd, M., & Kerr, B. (1996). L-Threonin pro drůbež: přehled. Applied Pouicken Science, Inc., 358-367.
Pratt, E., Snyderman, S., Cheung, M., Norton, P., & Holt, E. (1954). Threoninový požadavek normálního dítěte. The Journal of Nutrition, 10 (56), 231–251.
Rigo, J., & Senterre, J. (1980). Optimální příjem threoninu pro předčasně narozené děti krmené orálně nebo parenterálně. Žurnál parentální a enterální výživy, 4 (1), 15–17.
Shyh-Chang, N., Locasale, JW, Lyssiotis, CA, Zheng, Y., Teo, RY, Ratanasirintrawoot, S.,… Cantley, LC (2013). Vliv metabolismu threoninu na S-adenosylmethionin a metylaci histonu. Science, 339, 222–226.
Vickery, HB, a Schmidt, CLA (1931). Historie objevu aminokyselin. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
Web MD. (nd). Citováno 10. září 2019 z www.webmd.com/vitamins/ai/ingredientmono-1083/threonine
Wormser, EH, & Pardee, AB (1958). Regulace biosyntézy threoninu v Escherichia coli. Archivy biochemie a biofyziky, 78 (2), 416–432.
Xunyan, X., Quinn, P., a Xiaoyuan, X. (2012). Výzkumná brána. Citováno

THREONIN: VLASTNOSTI, FUNKCE, DEGRADACE, PŘÍNOSY - BIOLOGIE - 2025