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

Den lysin ( Lys , K ) eller -diaminocaproic ε syra , är en av de 22 aminosyror som utgör upp proteiner av levande organismer och till människor, anses att vara väsentlig, eftersom den inte har någon väg för biosyntes.

Det upptäcktes av Drechsel 1889 som en produkt av hydrolysen (sönderdelning) av kaseinogen. År senare bestämde Fischer, Siegfried och Hedin att det också var en del av proteiner som gelatin, äggalbumin, conglutin, fibrin och andra proteiner.

Kemisk struktur för aminosyran Lysin (Källa: Borb, via Wikimedia Commons)

Dess förekomst demonstrerades senare i groddplantor och i de flesta granskade vegetabiliska proteiner, med vilken dess överflöd som ett generellt beståndsdel i alla cellproteiner bestämdes.

Det anses vara en av de viktigaste "begränsande" aminosyrorna i dieter som är rika på spannmål och av denna anledning tros det att det påverkar kvaliteten på proteininnehållet som konsumeras av de olika underutvecklade populationerna i världen.

Vissa studier har fastställt att lysinintag gynnar produktion och frisättning av hormonerna insulin och glukagon, som har viktiga effekter på kroppens energimetabolism.

egenskaper

Lysin är en positivt laddad a-aminosyra, den har 146 g / mol molekylvikt och värdet på dissociationskonstanten för dess sidokedja (R) är 10,53, vilket innebär att vid fysiologiskt pH är dess substituentaminogrupp den är helt joniserad, vilket ger aminosyran en nettopositiv laddning.

Dess förekomst i proteiner från olika typer av levande organismer är nära 6% och olika författare anser att lysin är viktigt för tillväxt och adekvat reparation av vävnader.

Celler har en stor mängd lysinderivat, som uppfyller en mängd olika fysiologiska funktioner. Bland dessa är hydroxylysin, metyl-lysin och andra.

Det är en ketogen aminosyra, vilket innebär att dess metabolism producerar kolskelettet i mellanliggande substrat för bildningsvägar för molekyler såsom acetyl-CoA, med efterföljande bildning av ketonkroppar i levern.

Till skillnad från andra essentiella aminosyror är detta inte en glukogen aminosyra. Med andra ord slutar dess nedbrytning inte med produktionen av glukosproducerande vägförmedlare.

Strukturera

Lysin klassificeras inom gruppen basiska aminosyror, vars sidokedjor har joniserbara grupper med positiva laddningar.

Dess sidokedja eller R-grupp har en andra primär aminogrupp bunden till kolatomen i position ε i dess alifatiska kedja, följaktligen dess namn "ε-aminocaproic".

Den har en a-kolatom, till vilken en väteatom, en aminogrupp, en karboxylgrupp och R-sidokedjan är bunden, kännetecknad av molekylformeln (-CH2-CH2-CH2-CH2-NH3 +).

Eftersom sidokedjan har tre metylengrupper, och även om lysinmolekylen har en positivt laddad aminogrupp vid fysiologiskt pH, har denna R-grupp en stark hydrofob karaktär, varför den ofta "begravs" i proteinstrukturer. och lämnar endast e-aminogruppen.

Aminogruppen på sidokedjan av lysin är starkt reaktiv och deltar generellt i de aktiva centren för många proteiner med enzymatisk aktivitet.

Funktioner

Lysin, som är en essentiell aminosyra, har flera funktioner som ett mikronäringsämne, särskilt hos människor och andra djur, men det är också en metabolit i olika organismer som bakterier, jäst, växter och alger.

Egenskaperna hos dess sidokedja, speciellt de för e-aminogruppen som är fäst vid kolvätekedjan som kan bilda vätebindningar, ger den speciella egenskaper som gör att den deltar i katalytiska reaktioner i olika typer av enzymer.

Det är mycket viktigt för normal tillväxt och ombyggnad av muskler. Dessutom är det en föregångsmolekyl för karnitin, en förening syntetiserad i levern, hjärnan och njurarna som ansvarar för att transportera fettsyror till mitokondrierna för energiproduktion.

Denna aminosyra är också nödvändig för syntes och bildning av kollagen, ett viktigt protein i bindvävssystemet i människokroppen, därför bidrar den till att bibehålla strukturen i huden och benen.

Det har experimentellt erkända funktioner i:

- Skydd av tarmarna mot stressande stimuli, kontaminering med bakteriella och virala patogener, etc.

- Minska symtomen på kronisk ångest

- Främja tillväxten av spädbarn som växer upp under dieter med låg kvalitet

Biosyntes

Människor och andra däggdjur kan inte syntetisera aminosyran lysin in vivo och det är av den anledningen de måste erhålla det från animaliska och växtproteiner intagna med mat.

Två olika vägar för lysinbiosyntes har utvecklats i den naturliga världen: en som används av "lägre" bakterier, växter och svampar, och en som används av eugleneider och "högre" svampar.

Lysinbiosyntes i växter, lägre svampar och bakterier

I dessa organismer erhålls lysin från diaminopimelinsyra genom en 7-stegs väg som börjar med pyruvat och aspartat semialdehyd. För bakterier involverar till exempel denna väg produktion av lysin för syftena med (1) proteinsyntes, (2) diaminopimelatsyntes och (3) lysinsyntes som kommer att användas i peptidoglykans cellvägg.

Aspartat, i organismer som presenterar denna väg, ger inte bara upphov till lysin, utan leder också till produktion av metionin och treonin.

Banan avviker till aspartat semialdehyd för lysinproduktion och till homoserin, vilket är en föregångare för treonin och metionin.

Lysinbiosyntes i högre och euglenida svampar

De novo-lysinsyntes i högre svampar och euglenidmikroorganismer sker genom mellanliggande L-a-aminoadipat, som transformeras flera gånger på olika sätt än i bakterier och växter.

Vägen består av 8 enzymatiska steg, som omfattar 7 fria mellanprodukter. Den första halvan av vägen äger rum i mitokondrierna och uppnår syntesen av a-aminoadipat. Omvandlingen av a-aminoadipat till L-lysin sker senare i cytosolen.

- Det första steget i vägen består av kondensation av a-ketoglutarat- och acetyl-CoA-molekylerna med enzymet homocitrat-syntas, vilket ger homocytrinsyra.

- Homocytrinsyra dehydratiseras till cis -omoakonitsyra, som sedan omvandlas till homoisocytrinsyra av ett homoaconitasenzym.

- Homoisocytrinsyra oxideras av homoisocitratdehydrogenas, varigenom den övergående bildningen av oxoglutarat uppnås, som förlorar en molekyl koldioxid (CO2) och hamnar som a-catoadipinsyra.

- Denna sista förening transamineras genom en glutamatberoende process tack vare verkan av enzymet aminoadipataminotransferas, som producerar L-a-aminoadipinsyra.

- Sidokedjan av L-a-aminoadipinsyra reduceras till bildning av L-a-aminoadipic-5-semialdehydsyra genom verkan av ett aminoadipatreduktas, en reaktion som kräver ATP och NADPH.

- Sacropinreduktas katalyserar sedan kondensationen av L-a-aminoadipinsyra-5-semialdehyd med en molekyl av L-glutamat. Därefter reduceras imino och sucropin erhålls.

- Slutligen "skärs" kol-kvävebindningen i glutamatdelen av sackaropin av enzymet sackaropindehydrogenas, vilket ger L-lysin och a-ketoglutarat-syra som slutprodukter.

Alternativ till lysin

Experimentella tester och analyser genomförda med råttor under tillväxtperioden har gjort det möjligt att klargöra att ε-N-acetyllysin kan ersätta lysin för att stödja tillväxten av avkomman och detta tack vare närvaron av ett enzym: ε-lysinacylas .

Detta enzym katalyserar hydrolysen av ε-N-acetyllysin för att producera lysin, och det gör det mycket snabbt och i stora mängder.

Degradering

I alla däggdjursarter katalyseras det första steget med lysinnedbrytning av enzymet lysin-2-oxoglutaratreduktas, som kan omvandla lysin och a-oxoglutarat till sackaropin, ett aminosyrederivat som finns i djurens fysiologiska vätskor och vars existensen i dem demonstrerades i slutet av 60-talet.

Sukropin omvandlas till a-aminoadipat 6-semialdehyd och glutamat genom verkan av enzymet sackaropindehydrogenas. Ett annat enzym kan också använda sacropin som ett substrat för att hydrolysera det till lysin och a-oxoglutarat igen, och detta kallas sackaropinoxidoreduktas.

Sucropin, en av de viktigaste metaboliska mellanprodukterna i nedbrytningen av lysin, har en extremt hög omsättningshastighet under fysiologiska förhållanden, varför det inte ackumuleras i vätskor eller vävnader, vilket har visats av de höga aktiviteter som hittats av sackaropindehydrogenas.

Emellertid beror mängden och aktiviteten på enzymerna som är involverade i metabolismen av lysin till stor del av olika genetiska aspekter av varje speciell art, eftersom det finns inneboende variationer och specifika kontroll- eller regleringsmekanismer.

"Sacaropinuria"

Det finns ett patologiskt tillstånd relaterat till den stora förlusten av aminosyror såsom lysin, citrulline och histidin genom urinen och detta kallas "sackaropinuri". Sukropin är ett aminosyraderivat av lysinmetabolism som utsöndras tillsammans med de tre aminosyrorna som nämns i urinen hos ”sacropinuric” -patienter.

Sucropin upptäcktes ursprungligen i bryggerjäst och är en föregångare till lysin i dessa mikroorganismer. I andra eukaryota organismer produceras denna förening under nedbrytningen av lysin i mitokondrierna hos hepatocyter.

Livsmedel rika på lysin

Lysin erhålls från livsmedel som konsumeras i kosten och den genomsnittliga vuxna människan behöver minst 0,8 g av det per dag. Det finns i många proteiner av animaliskt ursprung, särskilt i rött kött som nötkött, lamm och kyckling.

Det finns i fisk som tonfisk och lax och i skaldjur som ostron, räkor och musslor. Det finns också i de bestående proteinerna i mejeriprodukter och deras derivat.

I växtmat finns det i potatis, paprika och purjolök. Det finns också i avokado, persikor och päron. I baljväxter som njurbönor, kikärter och sojabönor; i pumpafrön, i macadamia nötter och i cashewnötter (mery, cashew, etc.).

Fördelarna med dess intag

Denna aminosyra ingår i ett flertal nutraceutical formuleringsläkemedel, det vill säga isolerade från naturliga föreningar, speciellt växter.

Det används som ett kramplösande medel och har också visat sig vara effektivt för att hämma replikationen av Herpes Simplex Virus typ 1 (HSV-1), som vanligtvis manifesterar sig i tider av stress, när immunsystemet är deprimerat eller "försvagat" som blåsor. eller herpes på läpparna.

Effekten av L-lysintillskott för behandling av förkylningssår beror på det faktum att det "tävlar" eller "blockerar" arginin, en annan proteinaminosyra, som är nödvändig för multiplikation av HSV-1.

Det har fastställts att lysin också har anti-anxiolytiska effekter, eftersom det hjälper till att blockera receptorerna som är involverade i responsen på olika stressiga stimuli, förutom att delta i minskningen av nivåerna av kortisol, "stresshormonet".

Vissa studier har visat att det kan vara användbart för hämning av tillväxten av cancerformiga tumörer, för hälsan i ögonen, för kontroll av blodtrycket, bland andra.

Hos djur

En vanlig strategi för behandling av herpesvirus I-infektioner i feliner är lysintillskott. Vissa vetenskapliga publikationer konstaterar emellertid att denna aminosyra inte har någon antiviral egenskap i feliner, utan verkar snarare genom att minska koncentrationen av arginin.

Om spädbarns hälsa

Det experimentella intaget av L-lysin, som tillsattes till mjölken hos spädbarn under amningstiden, har visat sig vara gynnsamt för ökningen av kroppsmassa och induktion av aptit hos barn under de första stadierna av postnatal utveckling.

Emellertid kan överskottet av L-lysin orsaka överdrivna urinutsöndringar av aminosyror, både med neutrala och grundläggande egenskaper, vilket resulterar i deras obalans i kroppen.

Överskott av L-lysintillskott kan leda till tillväxtundertryckning och andra uppenbara histologiska effekter i större organ, troligen på grund av förlust av aminosyror i urinen.

I samma studie visades det också att lysintillskott förbättrar näringsegenskaperna hos intagna vegetabiliska proteiner.

Andra liknande studier som utfördes på vuxna och barn av båda könen i Ghana, Syrien och Bangladesh, visade de positiva egenskaperna hos lysintag för att minska diarré hos barn och vissa dödliga andningsförhållanden hos vuxna män.

Lysinbriststörningar

Lysin är, liksom alla essentiella och icke-essentiella aminosyror, nödvändig för korrekt syntes av cellproteiner som bidrar till bildandet av kroppsorganssystem.

Märkade brister på lysin i kosten, eftersom det är en essentiell aminosyra som inte produceras av kroppen, kan resultera i utveckling av ångestsymptom medierade av serotonin, utöver diarré, även relaterade till serotoninreceptorer.

referenser

1. Bol, S., & Bunnik, EM (2015). Lysintillskott är inte effektivt för att förebygga eller behandla katt herpesvirus 1-infektion hos katter: En systematisk översyn. BMC Veterinary Research, 11 (1).
2. Carson, N., Scally, B., Neill, D., & Carré, I. (1968). Saccharopinuria: ett nyfött fel vid lysinmetabolism. Nature, 218, 679.
3. Colina R, J., Díaz E, M., Manzanilla M, L., Araque M, H., Martínez G, G., Rossini V, M., & Jerez-Timaure, N. (2015). Utvärdering av smältbara lysinnivåer i dieter med hög energitäthet för efterbehandling av grisar. Magazine MVZ Córdoba, 20 (2), 4522.
4. Fellows, BFCI, & Lewis, MHR (1973). Lysinmetabolism hos däggdjur. Biochemical Journal, 136, 329-334.
5. Fornazier, RF, Azevedo, RA, Ferreira, RR, & Varisi, VA (2003). Lysinkatabolism: Flöde, metabolisk roll och reglering. Brazilian Journal of Plant Physiology, 15 (1), 9–18.
6. Ghosh, S., Smriga, M., Vuvor, F., Suri, D., Mohammed, H., Armah, SM, & Scrimshaw, NS (2010). Effekt av lysintillskott på hälsa och sjuklighet hos personer som tillhör fattiga peri-stadshushåll i Accra, Ghana. American Journal of Clinical Nutrition, 92 (4), 928–939.
7. Hutton, CA, Perugini, MA, & Gerrard, JA (2007). Hämning av lysinbiosyntes: En utvecklande antibiotikastrategi. Molecular BioSystems, 3 (7), 458–465.
8. Kalogeropoulou, D., LaFave, L., Schweim, K., Gannon, MC, & Nuttall, FQ (2009). Lysintag dämpar markant glukosresponsen på intaget glukos utan förändring i insulinrespons. American Journal of Clinical Nutrition, 90 (2), 314–320.
9. Nagai, H., & Takeshita, S. (1961). Näringseffekt av L-Lysine-tillskott på tillväxt av spädbarn och barn. Paediatria Japonica, 4 (8), 40–46.
10. O'Brien, S. (2018). Health. Hämtad 4 september 2019 från www.healthline.com/nutrition/lysine-benefits
11. Zabriskie, TM, & Jackson, MD (2000). Lysinbiosyntes och metabolism i svampar. Naturliga produktrapporter, 17 (1), 85–97.