SERIN: LASTNOSTI, FUNKCIJE, METABOLIZEM, HRANA - BIOLOGIJA - 2026

Serin je eden od 22 bazičnih aminokislin, čeprav to ni klasificiran kot esencialne aminokisline za ljudi in druge živali, saj se sintetizira človeško telo.

Glede na nomenklaturo s tremi črkami je serin v literaturi opisan kot Ser (S v enočrkovni kodi). Ta aminokislina sodeluje v velikem številu presnovnih poti in ima polarne lastnosti, vendar pri nevtralnem pH nima naboja.

Predstavitev strukture aminokislin Serine (Vir: Paginazero na it.wikipedia prek Wikimedia Commons)

Številni encimi, pomembni za celice, imajo na svojih aktivnih mestih obilno koncentracijo ostankov serina, zato ima ta aminokislina številne fiziološke in presnovne posledice.

Serin med številnimi svojimi funkcijami sodeluje kot predhodnica in molekula ogrodja v biosintezi drugih aminokislin, kot sta glicin in cistein, in je del strukture sfingolipidov, prisotnih v celičnih membranah.

Hitrost sinteze serina se razlikuje v vsakem organu, poleg tega pa se spreminja glede na stopnjo razvoja, v kateri je posameznik.

Znanstveniki so predlagali, da se koncentracije L-serina v možganskem tkivu povečujejo s starostjo, saj se pri možganih odraslih zmanjša prepustnost krvno-možganske pregrade, kar lahko povzroči hude možganske motnje.

Znano je, da je L-serin ključnega pomena za biosintezo nevrotransmiterjev, fosfolipidov in drugih zapletenih makromolekul, saj zagotavlja prekurzorje teh številnih presnovnih poti.

Različne študije so pokazale, da dobava dodatkov ali koncentratov L-serina nekaterim vrstam bolnikov izboljša homeostazo glukoze, delovanje mitohondrijev in zmanjša smrt nevronov.

Značilnosti in struktura

Vse aminokisline imajo kot osnovno strukturo karboksilno skupino in amino skupino, vezane na isti atom ogljika; Vendar se med seboj razlikujejo po svojih stranskih verigah, znanih kot R skupine, ki se lahko razlikujejo po velikosti, zgradbi in celo po električnem naboju.

Serin vsebuje tri atome ogljika: osrednji ogljik na eni strani vezan na karboksilno skupino (COOH) in na drugi na amino skupino (NH3 +). Druga dva osrednjega ogljika zasedata atom vodika in skupina CH2OH (skupina R), značilna za serin.

Osrednji ogljik, na katerega so vezane amino in karboksilne skupine aminokislin, je znan kot α-ogljik. Ostali atomi ogljika v skupinah R so označeni s črkami grške abecede.

V primeru serina je na primer edini ogljikov atom v njegovi R skupini, ki je vezan na OH skupino, znan kot γ-ogljik.

Razvrstitev

Serin je razvrščen v skupino nepolnjenih polarnih aminokislin. Člani te skupine so visoko vodotopne aminokisline, torej so hidrofilne spojine. V serinu in treoninu je hidrofilnost posledica njihove sposobnosti tvorjenja vodikovih vezi z vodo skozi svoje hidroksilne (OH) skupine.

V skupino nezapolnjenih polarnih aminokislin so razvrščeni tudi cistein, asparagin in glutamin. Vsi ti imajo polarno skupino v svoji R verigi, vendar ta skupina ni ionizabilna in pri pH blizu nevtralnosti prekliče svoje naboje, pri čemer nastane spojina v obliki "zwitteriona".

Stereokemija

Splošna asimetrija aminokislin daje stereokemijo teh spojin življenjskega pomena v presnovnih poteh, v katerih sodelujejo. V primeru serina ga lahko najdemo kot D- ali L-serin, pri čemer slednji sintetizira izključno celice živčnega sistema, znane kot astrociti.

Α-ogljiki aminokislin so kiralni ogljiki, saj imajo pritrjene štiri različne substituente, kar ustvarja, da obstajata vsaj dva razlikovalna stereoizomera za vsako aminokislino.

Stereoizomer je zrcalna slika molekule, to je, da se drug na drugega ne more postaviti. Označujejo jih s črko D ali L, saj eksperimentalno raztopine teh aminokislin vrtijo ravnino polarizirane svetlobe v nasprotne smeri.

L-serin, ki se sintetizira v celicah živčnega sistema, služi kot substrat za sintezo glicina ali D-serina. D-serin je eden najpomembnejših elementov za izmenjavo veziklov med nevroni, zato nekateri avtorji predlagajo, da sta obe izoformi serina v resnici esencialne aminokisline za nevrone.

Lastnosti

OH skupina serina v njegovi R verigi je dober nukleofil, zato je ključnega pomena za delovanje številnih encimov s serini na njihovih aktivnih mestih. Serin je eden od substratov, potrebnih za sintezo nukleotidov NADPH in glutation.

L-serin je nujen za razvoj in pravilno delovanje centralnega živčnega sistema. Študije so pokazale, da eksogena dostava L-serina v majhnih odmerkih v hipokampalne nevrone in Purkinjejeve celice in vitro izboljša njihovo preživetje.

Različne študije rakavih celic in limfocitov so pokazale, da so ogljikove enote, ki so odvisne od serina, potrebne za čezmerno proizvodnjo nukleotidov in tudi za poznejšo proliferacijo rakavih celic.

Selenocistein je ena od 22 osnovnih aminokislin in se pridobiva le kot derivat serina. To aminokislino opažamo le v nekaterih beljakovinah, vsebuje selen namesto žvepla, ki je vezan na cistein, in se sintetizira, začenši iz esterificiranega serina.

Biosinteza

Serin je nebistvena aminokislina, saj ga sintetizira človeško telo. Vendar pa se lahko iz prehrane izenači predvsem iz različnih virov, na primer beljakovin in fosfolipidov.

Serin se sintetizira v obliki L s pretvorbo molekule glicina, reakcijo, ki jo posreduje encim hidroksimetil-transferaza.

Znano je, da je glavno mesto sinteze L-serina v astrocitih in ne v nevronih. V teh celicah poteka sinteza po poti fosforilacije, v kateri sodeluje 3-fosfoglicerat, glikolitični vmesni spoj.

Na tej poti delujejo trije encimi: 3-fosfoglicerat dehidrogenaza, fosfoserin-transferaza in fosfoserin-fosfataza.

Drugi pomembni organi pri sintezi serina so jetra, ledvice, testisi in vranica. Encimi, ki sintetizirajo serin po poteh, ki niso fosforilacija, najdemo le v jetrih in ledvicah.

Ena prvih znanih poti sinteze serina je bila katabolična pot, vključena v glukoneogenezo, kjer L-serin dobimo kot sekundarni presnovek. Vendar je prispevek te poti k proizvodnji serina v telesu majhen.

Presnova

Trenutno je znano, da lahko serin dobimo iz presnove ogljikovih hidratov v jetrih, kjer nastajajo D-glicerinska kislina, 3-fosfoglicerna kislina in 3-fosfohidroksipirovična kislina. Zahvaljujoč postopku transaminacije med 3-hidroksi pirovično kislino in alaninom nastane serin.

Poskusi, izvedeni na podganah, ki radioaktivno označujejo ogljik 4 glukoze, so ugotovili, da je ta ogljik učinkovito vgrajen v ogljikove okostine serina, kar kaže na to, da ima omenjena aminokislina tri predhodnika ogljika, ki je verjetno iz piruvata.

Pri bakterijah je glavni encim L-serin-deaminaza, ki je zadolžen za presnovo serina: L-serin pretvori v piruvat. Za ta encim je znano, da je prisoten in deluje v kulturah E. coli, gojenih v minimalnih medijih z glukozo.

Zakaj ni znano, kakšna je resnična funkcija L-serin-deaminaze v teh mikroorganizmih, saj njeno izražanje povzročajo mutacijski efektorji, ki poškodujejo DNK z ultravijoličnim sevanjem, s prisotnostjo nalidiksične kisline, mitomicina in drugih. iz česar izhaja, da mora imeti pomembne fiziološke posledice.

Živila, bogata s serinom

Vsa hrana z visokimi koncentracijami beljakovin je bogata s serinom, predvsem jajca, meso in ribe. Vendar je to nebistvena aminokislina, zato je ni nujno, da jo zaužijemo, saj je telo sposobno, da jo sintetizira sam.

Nekateri trpijo za redko motnjo, saj imajo fenotip s pomanjkanjem glede sinteznih mehanizmov serina in glicina, zato morajo zaužiti koncentrirane prehranske dodatke za obe aminokislini.

Poleg tega komercialne blagovne znamke, specializirane za prodajo vitaminskih dopolnil (Lamberts, Now Sport in HoloMega), ponujajo fosfatidilserin in L-serinske koncentrate za povečanje proizvodnje mišične mase pri visoko tekmovalnih športnikih in dvigovalcih uteži.

Sorodne bolezni

Nepravilno delovanje encimov, ki sodelujejo v biosintezi serina, lahko povzroči resne patologije. Z znižanjem koncentracije serina v krvni plazmi in cerebrospinalni tekočini lahko povzroči hipertonijo, psihomotorno zaostalost, mikrocefalijo, epilepsijo in zapletene motnje centralnega živčnega sistema.

Trenutno so odkrili, da pomanjkanje serina sodeluje pri razvoju diabetesa mellitusa, saj je L-serin nujen za sintezo inzulina in njegovih receptorjev.

Dojenčki s pomanjkanjem biosinteze serina so ob rojstvu nevrološko nenormalni, imajo intrauterino zaviranje rasti, prirojeno mikrocefalijo, katarakto, epileptične napade in hudo nevrorazvojno zamudo.

Reference

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, poslanec, Martin, poslanec, & Sandford, SA (2007). Mehanizmi tvorjenja aminokislin v medzvezdnih ledenih analogih. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Perinatalne presnovne encefalopatije. V Swaimanovi pediatrični nevrologiji (str. 171–177). Elsevier.
3. Mothet, JP, staršev, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serin je endogeni ligand za glicinsko mesto N-metil-D-aspartatnega receptorja. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 97 (9), 4926–4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Presnova serina podpira proizvodnjo makrofaga IL-1β. Celični metabolizem, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., in De Koning, TJ (2010). Sinteza L-serina v centralnem živčnem sistemu: pregled motenj pomanjkanja serina. Molekularna genetika in metabolizem, 99 (3), 256-262.