LEUSIINI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT, BIOSYNTEESI - BIOLOGIA - 2025

Leusiini on yksi 22 muodostavista aminohapoista proteiineja eläviä organismeja. Tämä kuuluu yhteen yhdeksästä välttämättömästä aminohaposta, joita elimistö ei syntetisoi, ja ne on nautittava ruokavaliossa nautitun ruoan kanssa.

Ranskalainen kemisti ja farmaseutti JL Proust kuvasi leutsiinin ensimmäisen kerran vuonna 1818, joka kutsui sitä "caseous oxideksi". Myöhemmin Erlenmeyer ja Kunlin valmistivat sen a-bentsoyyliamido-P-isopropyyliakryylihaposta, jonka molekyylikaava on C6H13NO2.

Leusiinin aminohapon kemiallinen rakenne (Lähde: Clavecin Wikimedia Commonsin kautta)

Leusiini oli avain proteiinien translaatiosuunnan löytämisessä, koska sen hydrofobinen rakenne antoi biokemisti Howard Dintzisin merkitä radioaktiivisesti hiilen 3 vedyn ja tarkkailla suuntaa, jossa aminohapot sisällytetään peptidisynteesiin. hemoglobiini.

Proteiinit, jotka tunnetaan nimellä leusiini "vetoketjut" tai "sulkimet", ovat "sinkkisormien" ohella tärkeimmät transkriptiotekijät eukaryoottisissa organismeissa. Leusiinivetoketjuille on tunnusomaista niiden hydrofobiset vuorovaikutukset DNA: n kanssa.

Yleensä proteiineja, joissa on paljon leusiinia tai jotka koostuvat haarautuneista ketjuista aminohapoista, ei metaboloidu maksassa, vaan ne menevät suoraan lihaksiin, joissa niitä käytetään nopeasti proteiinisynteesiin ja energian tuotantoon.

Leusiini on haarautuneen ketjun aminohappo, jota tarvitaan maidon proteiinien ja aminohappojen biosynteesiin, joita syntetisoidaan rintarauhasissa. Suuret määrät tätä aminohappoa löytyvät vapaassa muodossa rintamaitoon.

Kaikista proteiineja muodostavista aminohapoista leusiini ja arginiini ovat runsaimpia, ja molemmat on havaittu kaikkien elämäpuun muodostavien valtakuntien proteiineissa.

ominaisuudet

Leusiini tunnetaan välttämättömänä haarautuneena aminohappona, sillä on tyypillinen rakenne muiden aminohappojen kanssa. Sitä erottaa kuitenkin se, että sen sivuketjussa tai R-ryhmässä on kaksi lineaarisesti sidottua hiiltä, ​​ja viimeinen on sitoutunut vetyatomiin ja kahteen metyyliryhmään.

Se kuuluu lataamattomien polaaristen aminohappojen ryhmään, näiden aminohappojen substituentit tai R-ryhmät ovat hydrofobisia ja ei-polaarisia. Nämä aminohapot vastaavat pääasiassa proteiinien sisäisistä ja proteiinien välisistä hydrofobisista vuorovaikutuksista ja pyrkivät vakauttamaan proteiinien rakenteen.

Kaikkia aminohappoja, joilla on kiraalinen keskeinen hiili (a-hiili), ts. Siihen on kiinnitetty neljä erilaista substituenttia, voidaan löytää luonnossa kahdessa eri muodossa; siten on D- ja L-leusiini, jälkimmäinen tyypillinen proteiinirakenteissa.

Kummankin aminohapon muodoilla on erilaiset ominaisuudet, ne osallistuvat erilaisiin metaboliareiteihin ja voivat jopa muuttaa niiden rakenteiden ominaisuuksia, joihin ne kuuluvat.

Esimerkiksi L-leusiinimuodossa olevalla leusiinilla on lievästi katkera maku, kun taas D-leusiinimuodossa se on erittäin makea.

Minkä tahansa aminohapon L-muoto on helpompi metaboloitua nisäkkään kehossa. L-leusiini hajoaa helposti ja sitä käytetään proteiinien rakentamiseen ja suojaamiseen.

Rakenne

Leusiini koostuu 6 hiiliatomista. Keskihiili, yhteinen kaikissa aminohapoissa, on kiinnittynyt karboksyyliryhmään (COOH), aminoryhmään (NH2), vetyatomiin (H) ja sivuketjuun tai R-ryhmään, joka koostuu 4 hiiliatomista.

Aminohappojen hiiliatomit voidaan tunnistaa kreikkalaisilla kirjaimilla. Numerointi alkaa karboksyylihapon hiilestä (COOH), kun taas huomautus kreikkalaisella aakkosella alkaa keskushiilestä.

Leusiinilla on substituenttiryhmänä R-ketjussaan isobutyyli- tai 2-metyylipropyyliryhmä, joka tuotetaan vetyatomin menetyksellä muodostaen alkyyliradikaalin; Nämä ryhmät esiintyvät haaroina aminohapporakenteessa.

ominaisuudet

Leusiini on aminohappo, joka voi toimia ketogeenisenä esiasteena muille sitruunahapposykliin osallistuville yhdisteille. Tämä aminohappo on tärkeä lähde asetyyli-CoA: n tai asetoasetyyli-CoA: n synteesille, jotka ovat osa ketonikappaleiden muodostumisreittejä maksasoluissa.

Leusiinin tiedetään olevan välttämätön insuliinin signalointireiteissä, osallistumalla proteiinisynteesin aloittamiseen ja estäen proteiinin menetystä hajoamisen kautta.

Tyypillisesti proteiinien sisäiset rakenteet koostuvat hydrofobisista aminohapoista, kuten leusiinista, valiinista, isoleusiinista ja metioniinista. Sellaiset rakenteet ovat yleensä konservoituneita entsyymien suhteen, jotka ovat yleisiä elävissä organismeissa, kuten sytokromi C: n tapauksessa.

Leusiini voi aktivoida aineenvaihduntareittejä maitorauhasten soluissa stimuloidakseen laktoosin, lipidien ja proteiinien synteesiä, jotka toimivat signalointimolekyyleinä säätelemällä nuorten energian homeostaasia nisäkkäissä.

Leusiinirikkaat domeenit ovat olennainen osa spesifisiä DNA: ta sitovia proteiineja, jotka ovat yleensä rakenteellisia dimeerejä superkelatussa muodossa ja tunnetaan "leusiinivetoketjuproteiineina".

Näillä proteiineilla on erottuva ominaisuus toistuvien leusiinien säännöllinen malli yhdessä muiden hydrofobisten aminohappojen kanssa, jotka vastaavat transkriptiotekijöiden sitoutumisesta DNA: hon ja erilaisten transkriptiotekijöiden välillä.

Leusiinivetoketjuproteiinit voivat muodostaa homo- tai heterodimeerejä, jotka antavat niiden sitoutua tiettyihin transkriptiotekijöiden alueisiin pariliitoksen ja vuorovaikutuksen säätelemiseksi niiden säätelemien DNA-molekyylien kanssa.

biosynteesissä

Kaikki haarautuneiden ketjujen aminohapot, mukaan lukien leusiini, syntetisoidaan pääasiassa kasveissa ja bakteereissa. Kukkakasveissa leusiinin tuotanto lisääntyy merkittävästi, koska se on tärkeä edeltäjä kaikille kukin ja hedelmän aromista vastaaville yhdisteille.

Yksi tekijöistä, joille leusiinin suuri runsaus eri bakteeripeptideissä johtuu, on se, että leusiinin geneettisen koodin 6 erilaista kodonia (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), sama on myös totta arginiinille.

Leusiini syntetisoidaan bakteereissa viisivaiheisella reitillä, joka käyttää lähtökohtana valiiniin liittyvää ketohappoa.

Tätä prosessia säädellään allosteerisesti, joten kun solun sisällä on ylimääräistä leusiinia, se estää polulle osallistuvia entsyymejä ja pysäyttää synteesin.

Biosynteettinen polku

Bakteerien leusiinin biosynteesi alkaa valiinin ketohappojohdannaisen, 3-metyyli-2-oksobutanoaatin, muuntamisesta (2S) -2-isopropyylimalaatiksi entsyymin 2-isopropylmalto-syntaasin vaikutuksesta, joka käyttää asetyyli-koaa ja vettä tähän tarkoitukseen.

(2S) -2-isopropyylimalaatti menettää vesimolekyylin ja muuttuu 2-isopropyylimaleaatiksi 3-isopropyylimalaattidehydrataasilla. Myöhemmin sama entsyymi lisää toisen vesimolekyylin ja muuttaa 2-isopropyylimaleaatin (2R-3S) -3-isopropyylimalaatiksi.

Tämä viimeinen yhdiste altistetaan hapetusreduktioreaktiolle, joka ansaitsee NAD + -molekyylin osallistumisen, jolla tuotetaan (2S) -2-isopropyyli-3-oksosukkinaatti, mikä on mahdollista entsyymin 3- osallistuessa isopropyylimalaattidehydrogenaasi.

(2S) -2-isopropyyli-3-oksosukkinaatti menettää spontaanisti hiiliatomin CO2-muodossa, jolloin muodostuu 4-metyyli-2-oksopenntanoaatti, joka haarautuneen ketjun aminohappotransaminaasin (erityisesti leusiinitransaminaasin) vaikutuksella ja L-glutamaatin ja 2-oksoglutaraatin samanaikaisen vapautumisen myötä se tuottaa L-leusiinia.

hajoaminen

Leusiinin päärooli on toimia signaalina, joka kertoo solulle, että aminohappoja ja energiaa on riittävästi lihasproteiinien synteesin aloittamiseksi.

Haaroittuneiden ketjujen aminohappojen, kuten leusiinin, hajoaminen alkaa transaminoinnilla. Tätä ja kahta seuraavaa entsymaattista vaihetta katalysoivat samat kolme entsyymiä leusiinin, isoleusiinin ja valiinin tapauksessa.

Kolmen aminohapon transaminointi tuottaa niiden a-ketohappojohdannaiset, joille suoritetaan oksidatiivinen dekarboksylointi, jolloin saadaan asyyli-CoA-tioestereitä, jotka ovat α, β-dehydrogenoituja, jolloin saadaan α, β-tyydyttymättömiä asyyli-CoA-tioestereitä.

Leusiinin katabolismin aikana vastaavaa a, P-tyydyttymätöntä asyyli-CoA-tioesteriä käytetään asetoasetaatin (asetoetikkahapon) ja asetyyli-CoA: n tuottamiseen reitin kautta, joka sisältää metaboliittia 3-hydroksi-3-metyyliglutaryyli-CoA. (HMG-CoA), joka on välituote kolesterolin ja muiden isoprenoidien biosynteesissä.

Leusiinin katabolinen reitti

Leusiinista johdetun a, β-tyydyttymättömän asyyli-CoA-tioesterin muodostumisesta johtuen tämän aminohapon sekä valiinin ja isoleusiinin kataboliset reitit eroavat huomattavasti toisistaan.

Leusiinin α, β-tyydyttymätön asyyli-CoA-tioesteri prosessoidaan alavirtaan kolmella erilaisella entsyymillä, jotka tunnetaan nimellä (1) 3-metyylikrotonyyli-CoA-karboksylaasi, (2) 3-metyyligutakonyyli-CoA-hydrataasi ja (3) 3-hydroksi -3-metyyliglutaryyli-CoA-lyaasi.

Bakteereissa nämä entsyymit vastaavat 3-metyylikrotonyyli-CoA: n (johdettu leusiinista) muuttumisesta 3-metyyligutakonyyli-CoA: ksi, 3-hydroksi-3-metyyliglutaryyli-CoA: ksi ja asetoasetaatiksi ja asetyyli-CoA: ksi.

Veressä saatavilla olevaa leusiinia käytetään lihas- / myofibrillaariproteiinien (MPS) synteesiin. Tämä toimii aktivoivana tekijänä tässä prosessissa. Lisäksi se on vuorovaikutuksessa suoraan insuliinin kanssa vaikuttaen insuliinin tarjontaan.

Leusiinirikkaat ruuat

Aminohappoirikasten proteiinien kulutus on välttämätöntä elävien organismien solufysiologialle, ja leusiini ei ole poikkeus välttämättömien aminohappojen joukossa.

Herasta saatuja proteiineja pidetään L-leusiinitähteiden rikkaimpana. Kuitenkin kaikki runsaasti proteiinia sisältävät elintarvikkeet, kuten kala, kana, munat ja punainen liha, tarjoavat suuret määrät leusiinia elimistöön.

Maisimaisista ytimistä puuttuu aminohapot lysiini ja tryptofaani, niillä on erittäin jäykkä tertiäärinen rakenne ruuansulatukseen ja niillä on vähän arvoa ravitsemuksellisesta näkökulmasta, kuitenkin niissä on korkea leusiini- ja isoleusiinipitoisuus.

Palkokasvien hedelmät sisältävät runsaasti kaikkia välttämättömiä aminohappoja: lysiiniä, treoniinia, isoleusiinia, leusiiniä, fenyylialaniinia ja valiinia, mutta niissä on vähän metioniinia ja kysteiiniä.

Leusiini uutetaan, puhdistetaan ja väkevöidään tableteiksi ravintolisäaineena korkean tason urheilijoille ja sitä markkinoidaan lääkkeenä. Tärkein lähde tämän aminohapon eristämiselle vastaa rasvatonta soijajauhoa.

On olemassa ravintolisä, jota urheilijat käyttävät lihasten uudistamiseen ja joka tunnetaan nimellä BCAA (Branched Chain Amino Acids). Tämä tarjoaa korkeat pitoisuudet haarautuneita ketjuja aminohappoja: leusiini, valiini ja isoleusiini.

Sen saannin edut

Leusiinirikkaat ruuat auttavat hallitsemaan liikalihavuutta ja muita aineenvaihduntatauteja. Monet ravitsemusterapeutit huomauttavat, että leusiinirikkaat elintarvikkeet ja tähän aminohappoon perustuvat ravintolisät edistävät aikuisten ruokahalua ja ahdistusta.

Kaikki leusiinirikkaat proteiinit stimuloivat lihasproteiinien synteesiä; On osoitettu, että nautittujen leusiinimäärien lisääntyminen suhteessa muihin välttämättömiin aminohapoihin voi kääntää proteiinisynteesin vaimenemisen iäkkäiden potilaiden lihaksissa.

Jopa halvaantuneet ihmiset, joilla on vakavia makula-häiriöitä, voivat pysäyttää lihasmassan ja voiman menetyksen oikealla suun kautta annettavalla leusiinilisäyksellä systeemisten lihasresistenssin harjoittelujen lisäksi.

Leusiini, valiini ja isoleusiini ovat välttämättömiä komponentteja massasta, joka muodostaa selkärankaisten eläinten luurankolihaksen, joten niiden läsnäolo on välttämätöntä uusien proteiinien synteesille tai olemassa olevien parantamiseksi.

Puutehäiriöt

Α-ketohappodehydrogenaasientsyymikompleksin puutteet tai epämuodostumat, joka vastaa leusiinin, valiinin ja isoleusiinin metaboliasta ihmisissä, voivat aiheuttaa vakavia mielenterveyshäiriöitä.

Lisäksi on olemassa näiden haaroittuneiden ketjujen aminohappojen metaboliaan liittyvä patologinen tila, jota kutsutaan "vaahterasiirapin virtsataudiksi".

Tähän mennessä leusiinin liiallisessa kulutuksessa ei ole osoitettu olevan haitallisia vaikutuksia. Enimmäisannos on kuitenkin 550 mg / kg vuorokaudessa, koska kudosten liialliselle altistumiselle tälle aminohapolle ei ole tehty pitkäaikaisia ​​tutkimuksia.

Viitteet

1. Álava, MDC, Camacho, ME, ja Delgadillo, J. (2012). Lihasten terveys ja sarkopenian ehkäisy: proteiinin, leusiinin ja ß-hydroksi-ß-metyylibutyraatin vaikutus. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Elintarvikekemia (nro 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, ja Conrad, RS (1976). Haaroittuneiden aminohappojen katabolismi bakteereissa. Bakteriologiset katsaukset, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK ja Ahern, KG (2002). Biokemia. Pearson koulutus.
5. Mero, A. (1999). Leusiinilisä ja intensiivinen koulutus. Urheilulääketiede, 27 (6), 347 - 358.
6. Munro, HN (toim.). (2012). Nisäkkäiden proteiinien metabolia (osa 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.