SERIN: EGENSKAPER, FUNKTIONER, ÄMNESOMSÄTTNING, MAT - BIOLOGI - 2025

Den serin är en av 22 basiska aminosyror, även om detta inte är klassad som en essentiell aminosyra för människor och andra djur, eftersom den syntetiseras av den mänskliga kroppen.

Enligt trebokstavsnomenklaturen beskrivs serin i litteraturen som Ser (S i enbokstavskoden). Denna aminosyra deltar i ett stort antal metaboliska vägar och har polära egenskaper, men har ingen laddning vid neutralt pH.

Representation av aminosyrastrukturen Serine (Källa: Paginazero på it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Många enzymer som är viktiga för celler har många koncentrationer av serinrester på deras aktiva platser, varför denna aminosyra har flera fysiologiska och metaboliska konsekvenser.

Serine, bland många av dess funktioner, deltar som en föregångare och ställningsmolekyl i biosyntesen av andra aminosyror, såsom glycin och cystein, och är en del av strukturen för sfingolipider som finns i cellmembranen.

Hastigheten för syntes av serin varierar i varje organ och dessutom förändras den beroende på utvecklingsstadiet där individen befinner sig.

Forskare har föreslagit att L-serinkoncentrationerna i hjärnvävnaden ökar med åldern, eftersom permeabiliteten för blod-hjärnbarriären minskar i den vuxna hjärnan, vilket kan orsaka allvarliga hjärnstörningar.

L-serin är känt för att vara avgörande för biosyntes av neurotransmittorer, fosfolipider och andra komplexa makromolekyler, eftersom det ger föregångare för dessa flera metaboliska vägar.

Olika studier har visat att tillförsel av L-serintillskott eller koncentrat till vissa typer av patienter förbättrar glukoshomeostas, mitokondriell funktion och minskar neuronal död.

Egenskaper och struktur

Alla aminosyror har som basstruktur en karboxylgrupp och en aminogrupp bunden till samma kolatom; Dessa skiljer sig dock från varandra med sina sidokedjor, kända som R-grupper, som kan variera i storlek, struktur och till och med i deras elektriska laddning.

Serin innehåller tre kolatomer: en central kol kopplad å ena sidan till en karboxylgrupp (COOH) och å andra sidan till en aminogrupp (NH3 +). De andra två bindningarna i det centrala kolet upptas av en väteatom och av en CH2OH-grupp (R-grupp), karakteristisk för serin.

Det centrala kolet till vilket aminosyrorna aminosyror och karboxylgrupper är bundna kallas a-kolet. De andra kolatomerna i R-grupperna betecknas med bokstäverna i det grekiska alfabetet.

När det gäller serin, till exempel, är den enda kolatomen i dess R-grupp, som är bunden till OH-gruppen, känd som y-kol.

Klassificering

Serin klassificeras inom gruppen av oladdade polära aminosyror. Medlemmarna i denna grupp är mycket vattenlösliga aminosyror, det vill säga de är hydrofila föreningar. I serin och treonin beror hydrofilicitet på deras förmåga att bilda vätebindningar med vatten genom deras hydroxylgrupper (OH).

Inom gruppen av oladdade polära aminosyror grupperas också cystein, asparagin och glutamin. Alla dessa har en polär grupp i sin R-kedja, men denna grupp är inte joniserbar och vid pH-värden nära neutralitet avbryter de sina laddningar, vilket ger en förening i form av en "zwitterion".

Stereo

Den allmänna asymmetrin för aminosyror gör stereokemin för dessa föreningar av avgörande betydelse i de metaboliska vägarna där de deltar. I fallet med serin kan det hittas som D- eller L-serin, varvid det senare syntetiseras uteslutande av celler i nervsystemet känt som astrocyter.

A-kolatomerna av aminosyror är chirala kolatomer, eftersom de har fyra olika substituenter fästa, vilket genererar att det finns minst två urskiljbara stereoisomerer för varje aminosyra.

En stereoisomer är en spegelbild av en molekyl, det vill säga den ena kan inte läggas på den andra. De betecknas med bokstaven D eller L, eftersom lösningarna av dessa aminosyror experimentellt roterar planet för polariserat ljus i motsatta riktningar.

L-serin som syntetiseras i celler i nervsystemet fungerar som ett substrat för att syntetisera glycin eller D-serin. D-serin är ett av de viktigaste elementen för utbyte av vesiklar mellan neuroner, vilket är anledningen till att vissa författare föreslår att båda isoformerna av serin i själva verket är essentiella aminosyror för neuroner.

Funktioner

OH-gruppen av serin i sin R-kedja gör den till en bra nukleofil, så den är nyckeln till aktiviteten hos många enzymer med seriner på deras aktiva platser. Serin är ett av de substrat som krävs för syntesen av nukleotider NADPH och glutation.

L-serin är avgörande för att centrala nervsystemet ska kunna utvecklas och fungera korrekt. Studier har visat att exogen leverans av L-serin i låga doser till hippocampala neuroner och Purkinje-celler in vitro förbättrar deras överlevnad.

Olika studier av cancerceller och lymfocyter har funnit att serinberoende kolenheter är nödvändiga för överdriven produktion av nukleotider, såväl som för efterföljande spridning av cancerceller.

Selenocystein är en av de 22 basiska aminosyrorna och erhålls endast som ett derivat av serin. Denna aminosyra har endast observerats i vissa proteiner, den innehåller selen istället för svavel bunden till cystein och den syntetiseras med utgångspunkt från en förestrad serin.

Biosyntes

Serin är en icke-essentiell aminosyra eftersom den syntetiseras av människokroppen. Emellertid kan den assimileras från kosten från olika källor, till exempel proteiner och fosfolipider, huvudsakligen.

Serin syntetiseras i sin L-form genom omvandling av en glycinmolekyl, en reaktion medierad av ett hydroximetyl-transferasenzym.

Det är känt att huvudsidan för L-serinsyntes är i astrocyter och inte i neuroner. I dessa celler sker syntes genom en fosforyleringsväg där 3-fosfoglycerat, en glykolytisk mellanprodukt, deltar.

Tre enzymer verkar i denna väg: 3-fosfoglyceratdehydrogenas, fosfoserin-transferas och fosfoserin-fosfatas.

Andra viktiga organ när det gäller serinsyntes är levern, njurarna, testiklarna och mjälten. Enzymer som syntetiserar serin genom andra vägar än fosforylering finns endast i levern och njurarna.

En av de första kända serinsyntesvägarna var den kataboliska vägen involverad i glukoneogenes, där L-serin erhålls som en sekundär metabolit. Emellertid är bidraget från denna väg till kroppens serinproduktion lågt.

Ämnesomsättning

För närvarande är det känt att serin kan erhållas från kolhydratmetabolism i levern, där D-glycerinsyra, 3-fosfoglycerinsyra och 3-fosfohydroxypyruvinsyra produceras. Tack vare en transamineringsprocess mellan 3-hydroxipyruvinsyra och alanin produceras serin.

Experiment utförda med råttor radioaktivt märkning av kol 4 av glukos har dragit slutsatsen att detta kol effektivt integreras i kolskelettet i serin, vilket antyder att nämnda aminosyra har en tre-kol-föregångare troligen från pyruvat.

Hos bakterier är enzymet L-serindeaminas det huvudsakliga enzymet som ansvarar för metabolisering av serin: det omvandlar L-serin till pyruvat. Detta enzym är känt för att vara närvarande och aktivt i E. coli-kulturer odlade i minimala media med glukos.

Det är inte känt med säkerhet vad den verkliga funktionen av L-serindeaminas är i dessa mikroorganismer, eftersom dess uttryck induceras av mutationseffektorer som skadar DNA genom ultraviolett strålning, av närvaron av nalidixinsyra, mitomycin och andra. varifrån det följer att det måste ha viktiga fysiologiska konsekvenser.

Livsmedel rika på serin

Alla livsmedel med höga koncentrationer av protein är rika på serin, främst ägg, kött och fisk. Detta är emellertid en icke-essentiell aminosyra, så det är inte strikt nödvändigt att äta in den, eftersom kroppen kan syntetisera den på egen hand.

Vissa människor lider av en sällsynt störning, eftersom de har en fenotyp med brist på syntesmekanismerna för serin och glycin, därför måste de ta koncentrerade kosttillskott för båda aminosyrorna.

Dessutom erbjuder kommersiella varumärken som specialiserat sig på försäljning av vitamintillskott (Lamberts, Now Sport och HoloMega) fosfatidylserin och L-serinkoncentrat för att öka produktionen av muskelmassa hos mycket konkurrenskraftiga idrottare och viktlyftare.

Relaterade sjukdomar

Funktionsfel hos enzymer som är involverade i biosyntesen av serin kan orsaka allvarliga patologier. Genom att minska koncentrationen av serin i blodplasma och cerebrospinalvätska kan det orsaka hypertoni, psykomotorisk retardering, mikrocefali, epilepsi och komplexa störningar i centrala nervsystemet.

För närvarande har det upptäckts att serinbrist är involverat i utvecklingen av diabetes mellitus, eftersom L-serin är nödvändig för syntes av insulin och dess receptorer.

Spädbarn med defekter i serinbiosyntesen är neurologiskt onormala vid födseln, har intrauterin tillväxtfördröjning, medfödd mikrocefali, grå starr, kramper och allvarlig neuroutvecklingsförsening.

referenser

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mekanismer för bildning av aminosyror i interstellära isanaloger. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Perinatal metaboliska encefalopatier. I Swaimans pediatriska neurologi (s. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serin är en endogen ligand för glycinstället för N-metyl-D-aspartatreceptorn. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V., … & Chandel, NS (2019). Serinmetabolism stödjer makrofag IL-1β-produktion. Cellmetabolism, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). L-serinsyntes i centrala nervsystemet: en översikt av serinbriststörningar. Molekylär genetik och metabolism, 99 (3), 256-262.