LEUCIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER, BIOSYNTES - BIOLOGI - 2025

Den leucin är en av de 22 aminosyror som utgör proteiner i levande organismer. Detta tillhör en av de nio essentiella aminosyrorna som inte syntetiseras av kroppen och måste konsumeras med mat intagen i kosten.

Leucine beskrevs först 1818 av den franska kemisten och farmaceut JL Proust, som kallade det "kasexid." Senare beredde Erlenmeyer och Kunlin den från a-bensoylamido-p-isopropylakrylsyra, vars molekylformel är C6H13NO2.

Kemisk struktur för aminosyran Leucine (Källa: Clavecin via Wikimedia Commons)

Leucin var nyckeln under upptäckten av proteinernas translationsriktning, eftersom dess hydrofoba struktur tillät biokemisten Howard Dintzis att radioaktivt märka kolväte 3 och observera riktningen i vilken aminosyror införlivas i peptidsyntesen av hemoglobin.

Proteinerna som kallas leucin "dragkedjor" eller "stängningar" är tillsammans med "zinkfingrarna" de viktigaste transkriptionsfaktorerna för eukaryota organismer. Leucin-blixtlås kännetecknas av deras hydrofoba interaktioner med DNA.

Generellt metaboliseras proteiner som är rika på leucin eller består av grenade aminosyror i levern utan de går direkt till musklerna där de snabbt används för proteinsyntes och energiproduktion.

Leucin är en grenad aminosyra som är nödvändig för biosyntes av mjölkproteiner och aminosyror, som syntetiseras i bröstkörtlarna. Stora mängder av denna aminosyra finns i fri form i bröstmjölk.

Bland alla aminosyrorna som utgör proteiner är leucin och arginin de vanligaste och båda har upptäckts i proteinerna från alla kungariket som utgör livets träd.

egenskaper

Leucin är känd som den essentiella grenade aminosyran, den delar den typiska strukturen med de andra aminosyrorna. Det kännetecknas emellertid av det faktum att dess sidokedja eller R-grupp har två linjärt bundna kol, och den sista är bunden till en väteatom och till två metylgrupper.

Det tillhör gruppen av oladdade polära aminosyror, substituenterna eller R-grupperna av dessa aminosyror är hydrofoba och icke-polära. Dessa aminosyror är huvudsakligen ansvariga för hydrofoba interaktioner mellan och mellan proteiner och tenderar att stabilisera strukturen hos proteiner.

Alla aminosyror, som har ett centralt kol som är chiralt (α kol), det vill säga det har fyra olika substituenter anslutna, finns i två olika former i naturen; sålunda finns det D- och L-leucin, det senare typiskt i proteinstrukturer.

Båda formerna av varje aminosyra har olika egenskaper, deltar i olika metaboliska vägar och kan till och med ändra egenskaperna hos strukturerna som de ingår i.

Till exempel har leucin i L-leucinform en något bitter smak, medan den i sin D-leucinform är mycket söt.

L-formen av vilken aminosyra som helst är lättare för metabolismen av däggdjuret. L-leucin nedbryts lätt och används för konstruktion och skydd av proteiner.

Strukturera

Leucine består av 6 kolatomer. Det centrala kolet, vanligt i alla aminosyror, är bundet till en karboxylgrupp (COOH), en aminogrupp (NH2), en väteatom (H) och en sidokedja eller R-grupp bestående av 4 kolatomer.

Kolatomer i aminosyror kan identifieras med grekiska bokstäver. Numreringen börjar från kolet i karboxylsyran (COOH), medan anteckningen med det grekiska alfabetet börjar från det centrala kolet.

Leucin har som en substituentgrupp i sin R-kedja en isobutyl- eller 2-metylpropylgrupp som produceras genom förlust av en väteatom med bildning av en alkylradikal; Dessa grupper visas som grenar i aminosyrastrukturen.

Funktioner

Leucin är en aminosyra som kan fungera som en ketogen prekursor för andra föreningar involverade i citronsyrecykeln. Denna aminosyra representerar en viktig källa för syntesen av acetyl-CoA eller acetoacetyl-CoA, som är en del av bildningsvägarna för ketonkroppar i leverceller.

Leucin är känt för att vara väsentlig i insulinsignaleringsvägar, deltar i initieringen av proteinsyntes och förhindrar proteinförlust genom nedbrytning.

Typiskt består de inre strukturerna av proteiner av hydrofoba aminosyror såsom leucin, valin, isoleucin och metionin. Sådana strukturer konserveras vanligtvis för enzymer som är vanliga bland levande organismer, som i fallet med Cytochrome C.

Leucin kan aktivera metaboliska vägar i cellerna i bröstkörtlarna för att stimulera syntesen av laktos, lipider och proteiner som fungerar som signalmolekyler i regleringen av energihomeostas hos unga hos däggdjur.

Leucinrika domäner är en väsentlig del av specifika DNA-bindande proteiner, som i allmänhet är strukturella dimerer i superbelastad form och är kända som "leucin-zip-proteiner."

Dessa proteiner har som särskiljningsegenskap ett regelbundet mönster av upprepade leuciner tillsammans med andra hydrofoba aminosyror som är ansvariga för att reglera bindningen av transkriptionsfaktorer till DNA och mellan olika transkriptionsfaktorer.

Leucin-blixtlåsproteiner kan bilda homo- eller heterodimerer som tillåter dem att binda till specifika regioner av transkriptionsfaktorer för att reglera deras parning och deras interaktion med DNA-molekylerna som de reglerar.

Biosyntes

Alla grenade aminosyror, inklusive leucin, syntetiseras huvudsakligen i växter och bakterier. I blommande växter finns en betydande ökning i produktionen av leucin, eftersom det är en viktig föregångare för alla föreningar som är ansvariga för doften av blommor och frukter.

En av faktorerna som tillskrivs det stora överflödet av leucin i de olika bakteriella peptiderna är att 6 olika kodoner av den genetiska kodkoden för leucin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), samma är också sant för arginin.

Leucine syntetiseras i bakterier genom en femstegsväg som använder en ketosyra relaterad till valin som utgångspunkt.

Denna process är allosteriskt reglerad, så att när det finns ett överskott av leucin inuti cellen, hämmar det enzymerna som deltar i vägen och stoppar syntesen.

Biosyntetisk väg

Leucinbiosyntes i bakterier börjar med omvandlingen av ett ketoacderivat av valin, 3-metyl-2-oxobutanoat till (2S) -2-isopropylmalat, tack vare verkan av enzymet 2-isopropylmaltosyntas, som använder acetyl-Coa och vatten för detta ändamål.

(2S) -2-isopropylmalat tappar en vattenmolekyl och omvandlas till 2-isopropylmaleat av 3-isopropylmalatdehydratas. Därefter tillsätter samma enzym en annan vattenmolekyl och omvandlar 2-isopropylmaleat till (2R-3S) -3-isopropylmalat.

Denna sista förening utsattes för en oxidoreduktionsreaktion som förtjänar deltagandet av en molekyl av NAD +, med vilken (2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinat produceras, vilket är möjligt med deltagande av enzymet 3- isopropylmalatdehydrogenas.

(2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinat förlorar en kolatom i form av CO2 spontant, vilket alstrar 4-metyl-2-oxopentanoat som genom verkan av ett grenat aminosyratransaminas (leucintransaminas, specifikt) och med samtidig frisättning av L-glutamat och 2-oxoglutarat, producerar det L-leucin.

Degradering

Leucins huvudroll är att fungera som en signal som säger cellen att det finns tillräckligt med aminosyror och energi för att påbörja syntesen av muskelproteiner.

Fördelningen av grenade aminosyror såsom leucin börjar med transaminering. Detta och de två efterföljande enzymatiska stegen katalyseras av samma tre enzymer i fallet med leucin, isoleucin och valin.

Transaminering av de tre aminosyrorna producerar a-ketosyraderivat därav, vilka utsätts för oxidativ dekarboxylering för att producera acyl-CoA-tioestrar som är a, p-dehydrogenerade för att ge a, p-omättade acyl-CoA-tioestrar.

Under katabolismen av leucin används motsvarande a, p-omättad acyl-CoA-tioester för att producera acetoacetat (acetoättiksyra) och acetyl-CoA genom en väg som involverar metabolitten 3-hydroxi-3-metylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), som är en mellanprodukt i biosyntesen av kolesterol och andra isoprenoider.

Katabolisk väg för leucin

Från bildningen av a, p-omättad acyl-CoA-tioestern härledd från leucin, avviker de kataboliska vägarna för denna aminosyra och för valin och isoleucin avsevärt.

Den a, p-omättade acyl-CoA-tioestern av leucin bearbetas nedströms av tre olika enzymer kända som (1) 3-metylkrotonyl-CoA-karboxylas, (2) 3-metylglutakonyl-CoA-hydratas och (3) 3-hydroxi -3-metylglutaryl-CoA-lyas.

I bakterier är dessa enzymer ansvariga för omvandlingen av 3-metylkrotonyl-CoA (härledd från leucin) till 3-metylglutakonyl-CoA, 3-hydroxi-3-metylglutaryl-CoA respektive acetoacetat och acetyl-CoA.

Leucin som finns i blodet används för syntes av muskel / myofibrillära proteiner (MPS). Detta fungerar som en aktiverande faktor i denna process. Dessutom interagerar det direkt med insulin, vilket påverkar tillförseln av insulin.

Leucinrik mat

Konsumtionen av proteiner som är rika på aminosyror är avgörande för cellulära fysiologi hos levande organismer och leucin är inget undantag bland de essentiella aminosyrorna.

Proteiner erhållna från vassle anses vara de rikaste i L-leucinrester. Men alla livsmedel med högt protein som fisk, kyckling, ägg och rött kött ger stora mängder leucin till kroppen.

Majskärnor har brist på aminosyrorna lysin och tryptofan, har mycket styva tertiära strukturer för matsmältning och har litet värde ur näringssynpunkt, men de har höga nivåer av leucin och isoleucin.

Frukt av baljväxter är rika på nästan alla essentiella aminosyror: lysin, treonin, isoleucin, leucin, fenylalanin och valin, men de har låg metionin och cystein.

Leucine extraheras, renas och koncentreras i tabletter som kosttillskott för idrottare på hög nivå och marknadsförs som ett läkemedel. Huvudkällan för isolering av denna aminosyra motsvarar avfettat sojamjöl.

Det finns ett kosttillskott som används av idrottare för muskelregenerering som kallas BCAA (Amorinsyror med grenad kedja). Detta ger höga koncentrationer av grenade aminosyror: leucin, valin och isoleucin.

Fördelarna med dess intag

Livsmedel rika på leucin hjälper till att kontrollera fetma och andra metaboliska sjukdomar. Många näringsläkare påpekar att livsmedel som är rika på leucin och kosttillskott baserat på denna aminosyra bidrar till regleringen av aptit och ångest hos vuxna.

Alla proteiner som är rika på leucin stimulerar syntesen av muskelproteiner; Det har visats att en ökning av andelen intaget leucin med avseende på de andra essentiella aminosyrorna kan vända dämpningen av proteinsyntes i muskulaturen hos äldre patienter.

Till och med personer med allvarliga makulära störningar som är förlamade kan stoppa förlusten av muskelmassa och styrka med rätt oral tillskott av leucin, förutom att tillämpa systemiska muskelresistensövningar.

Leucin, valin och isoleucin är viktiga komponenter i massan som utgör skelettmuskeln hos ryggradsdjur, så att deras närvaro är avgörande för syntes av nya proteiner eller för att reparera befintliga.

Briststörningar

Brister eller missbildningar av a-ketoacid-dehydrogenas-enzymkomplexet, som ansvarar för metabolisering av leucin, valin och isoleucin hos människor, kan orsaka allvarliga psykiska störningar.

Vidare finns det ett patologiskt tillstånd relaterat till metabolismen av dessa grenade aminosyror som kallas "Maple Syrup Urine Disease".

Hittills har förekomsten av negativa effekter vid överdriven konsumtion av leucin inte visats. Emellertid rekommenderas en maximal dos på 550 mg / kg dagligen, eftersom det inte har gjorts några långtidsstudier relaterade till överdriven exponering av vävnader för denna aminosyra.

referenser

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Muskelhälsa och förebyggande av sarkopeni: effekten av protein, leucin och ß-hydroxi-ß-metylbutyrat. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Matkemi (nr 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Grenad aminosyrakatabolism i bakterier. Bakteriologiska recensioner, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemi. Pearson Education.
5. Mero, A. (1999). Leucintillskott och intensiv träning. Idrottsmedicin, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (red.). (2012). Däggdjursproteinmetabolism (vol. 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.