LEVCIN: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2025

Levcin je ena od 22 aminokislin, ki sestavljajo proteine v živih organizmih. Pripada eni izmed 9 esencialnih aminokislin, ki jih telo ne sintetizira in jih je treba zaužiti s hrano, ki jo zaužijemo v prehrani.

Leucin je leta 1818 prvič opisal francoski kemik in farmacevt JL Proust, ki ga je imenoval "kazenat oksid". Kasneje sta ga Erlenmeyer in Kunlin pripravila iz α-benzoilamido-P-izopropilarilne kisline, katere molekularna formula je C6H13NO2.

Kemična struktura aminokisline levcin (Vir: Clavecin via Wikimedia Commons)

Leucin je bil ključen med odkrivanjem prevajalske smeri beljakovin, saj je njegova hidrofobna struktura omogočila biokemičaru Howardu Dintzisu radioaktivno označevanje vodika ogljika 3 in opazovanje smeri, v kateri so aminokisline vgrajene v sintezo peptidov hemoglobin.

Beljakovine, znane kot levcinske "zadrge" ali "zaponke", so skupaj s "cinkovimi prsti" najpomembnejši dejavniki transkripcije v evkariontskih organizmih. Za levcinske zadrge so značilne njihove hidrofobne interakcije z DNK.

Na splošno se beljakovine, bogate z levcinom ali sestavljene iz razvejanih verižnih aminokislin, v jetrih ne presnavljajo, namesto tega gredo neposredno v mišice, kjer jih hitro uporabimo za sintezo beljakovin in proizvodnjo energije.

Levcin je razvejena verižna aminokislina, potrebna za biosintezo beljakovin in aminokislin v mleku, ki se sintetizirajo v mlečnih žlezah. Velike količine te aminokisline lahko v prosti obliki najdemo v materinem mleku.

Med vsemi aminokislinami, ki sestavljajo beljakovine, sta najpogostejša levcin in arginin in obe sta bili zaznani v beljakovinah vseh kraljestev, ki sestavljajo drevo življenja.

značilnosti

Leucin je znan kot esencialna aminokislina z razvejeno verigo, ki ima značilno strukturo z drugimi aminokislinami. Vendar pa ga odlikuje dejstvo, da ima njegova stranska veriga ali R skupina dva linearno vezana ogljika, zadnja pa je vezana na atom vodika in na dve metilni skupini.

Spada v skupino nepolnjenih polarnih aminokislin, substituenti ali R skupine teh aminokislin so hidrofobne in nepolarne. Te aminokisline so v glavnem odgovorne za hidrofobne interakcije znotraj in med proteini ter ponavadi stabilizirajo strukturo beljakovin.

Vse aminokisline s centralnim ogljikom, ki je kiralno (α ogljik), to je, da ima štiri različne substituente, najdemo v naravi v dveh različnih oblikah; tako obstajata D- in L-levcin, slednji je značilen za beljakovinske strukture.

Obe obliki vsake aminokisline imata različne lastnosti, sodelujeta v različnih presnovnih poteh in lahko celo spremenita lastnosti struktur, katerih del sta.

Na primer, levcin v obliki L-levcina ima rahlo grenak okus, medtem ko je v obliki D-levcina zelo sladek.

L-oblika katere koli aminokisline se v telesu sesalcev lažje presnavlja. L-levcin se zlahka razgradi in se uporablja za gradnjo in zaščito beljakovin.

Struktura

Levcin je sestavljen iz 6 atomov ogljika. Osrednji ogljik, pogost v vseh aminokislinah, je vezan na karboksilno skupino (COOH), amino skupino (NH2), atom vodika (H) in stransko verigo ali R skupino, sestavljeno iz 4 ogljikovih atomov.

Ogljikove atome znotraj aminokislin lahko identificiramo z grškimi črkami. Številčenje se začne od ogljika karboksilne kisline (COOH), pripis z grško abecedo pa se začne od osrednjega ogljika.

Levcin ima v svoji verigi R substitucijsko skupino izobutilno ali 2-metilpropilno skupino, ki nastane z izgubo vodikovega atoma, pri čemer nastane alkilni radikal; Te skupine se pojavljajo kot veje v strukturi aminokislin.

Lastnosti

Levcin je aminokislina, ki lahko služi kot ketogeni predhodnik za druge spojine, vključene v cikel citronske kisline. Ta aminokislina predstavlja pomemben vir za sintezo acetil-CoA ali acetoacetil-CoA, ki sta del tvorbenih poti ketonskih teles v jetrnih celicah.

Znano je, da je levcin ključnega pomena pri signalnih poteh inzulina, saj sodeluje pri začetku sinteze beljakovin in preprečuje izgubo beljakovin z razgradnjo.

Običajno so notranje strukture proteinov sestavljene iz hidrofobnih aminokislin, kot so levcin, valin, izolevcin in metionin. Takšne strukture so običajno ohranjene za encime, ki so pogosti med živimi organizmi, kot v primeru citokroma C.

Levcin lahko aktivira presnovne poti v celicah mlečnih žlez, da spodbudi sintezo laktoze, lipidov in beljakovin, ki služijo kot signalne molekule pri uravnavanju energijske homeostaze mladih pri sesalcih.

Področja, bogata z leucinom, so bistveni del specifičnih beljakovin, ki vežejo DNK, ki so na splošno strukturni dimeri v prekomerni obliki in so znani kot "beljakovine z levcinsko zadrgo".

Ti proteini imajo kot značilno značilnost reden vzorec ponavljajočih se levcinov skupaj z drugimi hidrofobnimi aminokislinami, ki so odgovorne za uravnavanje vezave transkripcijskih faktorjev na DNK in med različnimi transkripcijskimi faktorji.

Proteini z levcinsko zadrgo lahko tvorijo homo- ali heterodimere, ki jim omogočajo, da se vežejo na določena območja transkripcijskih faktorjev, da uredijo svoje seznanjanje in interakcijo z molekulami DNK, ki jih uravnavajo.

Biosinteza

Vse aminokisline z razvejano verigo, vključno z levcinom, se sintetizirajo predvsem v rastlinah in bakterijah. V cvetočih rastlinah se znatno poveča proizvodnja levcina, saj je pomemben predhodnik vseh spojin, odgovornih za aromo cvetov in plodov.

Eden od dejavnikov, ki se pripisuje velikemu številu levcina v različnih bakterijskih peptidih, je, da je 6 različnih kodov genske kode za levcin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), enako tudi za arginin.

Levcin se v bakterijah sintetizira po petstopenjski poti, ki za izhodišče uporablja keto kislino, povezano z valinom.

Ta postopek je alosterično reguliran, tako da, ko je znotraj celice presežek levcina, zavira encime, ki sodelujejo na poti, in ustavi sintezo.

Biosintetska pot

Biosinteza levcina pri bakterijah se začne s pretvorbo keto kislinskega derivata valina, 3-metil-2-oksobutanoata v (2S) -2-izopropilmalat, zahvaljujoč delovanju encima 2-izopropilmalto sintaze, ki v ta namen uporablja acetil-Coa in vodo.

(2S) -2-izopropil malat izgubi molekulo vode in se s 3-izopropil malat dehidratazo pretvori v 2-izopropilmaleat. Nato isti encim doda še eno molekulo vode in 2-izopropilmaleat pretvori v (2R-3S) -3-izopropilmalat.

Ta zadnja spojina je podvržena reakciji oksidoredukcije, ki si zasluži sodelovanje molekule NAD +, pri čemer nastane (2S) -2-izopropil-3-oksosukcinat, kar je možno s sodelovanjem encima 3- izopropil malat dehidrogenaza.

(2S) -2-izopropil-3-oksosukcinat izgubi ogljikov atom v obliki CO2 spontano, pri čemer ustvari 4-metil-2-oksopentanoat, ki z delovanjem aminokislin z razvejeno verigo transaminazo (posebej levcin transaminaza) in ob sočasnem sproščanju L-glutamata in 2-oksoglutarata tvori L-levcin.

Degradacija

Glavna vloga levcina je, da deluje kot signal, ki celici sporoča, da je dovolj aminokislin in energije, da začne sintezo mišičnih beljakovin.

Razpad aminokislin z razvejano verigo, kot je levcin, se začne s transaminacijo. To in dva naslednja encimska koraka katalizirajo isti trije encimi v primeru levcina, izolevcina in valina.

Transaminacija treh aminokislin povzroči njihove derivate α-keto kisline, ki so podvrženi oksidativni dekarboksilaciji, da nastanejo acil-CoA tioesteri, ki so α, β-dehidrirani, da dobimo α, β-nenasičene acilo-CoA tioestere.

Med katabolizmom levcina se ustrezni α, β-nenasičen acil-CoA tioester uporablja za proizvodnjo acetoacetata (ocetocetna kislina) in acetil-CoA skozi pot, ki vključujeta metabolit 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA. (HMG-CoA), ki je vmesni element pri biosintezi holesterola in drugih izoprenoidov.

Katabolična pot levcina

Od nastanka α, β-nenasičenega acil-CoA tioesterja, pridobljenega iz levcina, se katabolične poti te aminokisline ter valin in izolevcin bistveno razlikujejo.

A, β-nenasičena acil-CoA tioester levcina se obdeluje s pomočjo treh različnih encimov, znanih kot (1) 3-metilkrotonil-CoA karboksilaza, (2) 3-metilglutakonil-CoA hidrataza in (3) 3-hidroksi -3-metilglutaril-CoA liza.

Pri bakterijah so ti encimi odgovorni za pretvorbo 3-metilkrotonil-CoA (pridobljenega iz levcina) v 3-metilglutakonil-CoA, 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA ter acetoacetat in acetil-CoA.

Levcin, ki je na voljo v krvi, se uporablja za sintezo mišičnih / miofibrilarnih beljakovin (MPS). Ta deluje kot aktivacijski dejavnik v tem procesu. Prav tako neposredno sodeluje z insulinom, kar vpliva na dobavo insulina.

Hrana bogata z leucinom

Uživanje beljakovin, bogatih z aminokislinami, je bistvenega pomena za celično fiziologijo živih organizmov in levcin ni izjema med bistvenimi aminokislinami.

Beljakovine, pridobljene iz sirotke, veljajo za najbogatejše v ostankih L-levcina. Vendar vsa visoko beljakovinska hrana, kot so riba, piščanec, jajca in rdeče meso, telesu zagotavljajo velike količine levcina.

Koruzna jedrca primanjkujeta aminokislini lizin in triptofan, imata zelo trde terciarne strukture za prebavo in imata s prehranskega vidika malo vrednosti, vendar imata visoko raven levcina in izolevcina.

Plodovi stročnic so bogati s skoraj vsemi esencialnimi aminokislinami: lizinom, treoninom, izolevcinom, levcinom, fenilalaninom in valinom, vendar imajo malo metionina in cisteina.

Levcin se v tabletah ekstrahira, očisti in koncentrira kot prehranska dopolnila za športnike na visoki ravni in se trži kot droga. Glavni vir izolacije te aminokisline ustreza razmaščeni sojini moki.

Obstaja prehransko dopolnilo, ki ga športniki uporabljajo za regeneracijo mišic, znano kot BCAA (Branch Chain Amino Acids). To zagotavlja visoke koncentracije aminokislin z razvejano verigo: levcina, valina in izolevcina.

Prednosti njegovega vnosa

Živila, bogata z levcinom, pomagajo nadzorovati debelost in druge presnovne bolezni. Številni nutricionisti poudarjajo, da živila, bogata z levcinom, in prehranska dopolnila na osnovi te aminokisline prispevajo k uravnavanju apetita in tesnobe pri odraslih.

Vsi proteini, bogati z levcinom, spodbujajo sintezo mišičnih beljakovin; Pokazalo se je, da povečanje deleža zaužitega levcina v primerjavi z drugimi esencialnimi aminokislinami lahko obrne slabljenje sinteze beljakovin v muskulaturi starejših bolnikov.

Tudi ljudje s hudimi makularnimi motnjami, ki so paralizirani, lahko s pravilnim oralnim dopolnjevanjem levcina poleg uporabe sistemskih vaj za odpornost mišic ustavijo izgubo mišične mase in moči.

Levcin, valin in izolevcin so bistveni sestavni deli mase, ki sestavlja skeletno mišico vretenčarjev, zato je njihova prisotnost ključnega pomena za sintezo novih beljakovin ali za obnovo obstoječih.

Motnje pomanjkanja

Pomanjkljivosti ali nepravilnosti encimskega kompleksa α-ketoacid dehidrogenaze, ki je odgovoren za presnovo levcina, valina in izolevcina pri ljudeh, lahko povzročijo hude duševne motnje.

Poleg tega obstaja patološko stanje, povezano s presnovo teh razvejanih aminokislin, ki se imenuje "Maple Syrup Urine Disease".

Do danes ni dokazan obstoj škodljivih učinkov pri prekomerni porabi levcina. Vendar je priporočljiv največji odmerek 550 mg / kg dnevno, saj ni bilo dolgoročnih študij, povezanih s čezmerno izpostavljenostjo tkiv tej aminokislini.

Reference

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Zdravje mišic in preprečevanje sarkopenije: učinek beljakovin, levcina in ß-hidroksi-ß-metilbutirata. Revija za metabolizem kosti in mineralov, 10 (2), 98–102.
2. Fennema, OR (1993). Kemija hrane (št. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Katabolizem z razvejano verigo aminokislin v bakterijah. Bakteriološki pregledi, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemija. Pearsonova vzgoja.
5. Mero, A. (1999). Dopolnitev levcina in intenzivni treningi. Športna medicina, 27 (6), 347–358.
6. Munro, HN (ur.). (2012). Presnova beljakovin v sesalcih (letnik 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.