ЛЕЙЦИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БУДОВА, ФУНКЦІЇ, БІОСИНТЕЗ - БІОЛОГІЯ - 2025

Лейцин є одним з 22 амінокислот , що утворюють білки в живих організмах. Це належить до однієї з 9 незамінних амінокислот, які не синтезуються організмом і повинні вживатися разом з їжею, що потрапляє в раціон.

Лейцин був вперше описаний у 1818 році французьким хіміком та фармацевтом Дж. Л. Прустом, який назвав його "казеозним оксидом". Пізніше Ерленмайер та Кунлін приготували його з α-бензоїламідо-β-ізопропілакрилової кислоти, молекулярною формулою якої є C6H13NO2.

Хімічна структура амінокислоти лейцин (Джерело: Clavecin via Wikimedia Commons)

Лейцин був ключовим під час виявлення напрямку перекладу білків, оскільки його гідрофобна структура дозволила біохіміку Говарду Дінцісу радіоактивно маркувати водень вуглецю 3 та спостерігати напрямок, в якому амінокислоти включені в пептидний синтез гемоглобін.

Білки, відомі як лейцинові «блискавки» або «застібки», поряд з «цинковими пальцями», є найважливішими факторами транскрипції в еукаріотичних організмах. Лейцинові блискавки характеризуються своїми гідрофобними взаємодіями з ДНК.

Як правило, білки, багаті лейцином або складаються з амінокислот з розгалуженою ланцюгом, не метаболізуються в печінці, натомість вони прямують до м’язів, де їх швидко використовують для синтезу білка та отримання енергії.

Лейцин - амінокислота з розгалуженою ланцюгом, необхідна для біосинтезу білків та амінокислот у молоці, які синтезуються в молочних залозах. Великі кількості цієї амінокислоти можна знайти у вільному вигляді у грудному молоці.

Серед усіх амінокислот, які складають білки, лейцин та аргінін є найпоширенішими, і обидві були виявлені у білках усіх царств, що складають дерево життя.

характеристики

Лейцин відомий як незамінна амінокислота з розгалуженим ланцюгом, він поділяє типову структуру з іншими амінокислотами. Однак він відрізняється тим, що його бічний ланцюг або R-група має два лінійно пов'язаних вуглецю, а останній пов'язаний з атомом водню та двома метильними групами.

Він належить до групи незаряджених полярних амінокислот, заступники або R групи цих амінокислот гідрофобні та неполярні. Ці амінокислоти в основному відповідають за внутрішньо- та міжбілкові гідрофобні взаємодії та мають тенденцію до стабілізації структури білків.

Всі амінокислоти, які мають хіральний центральний вуглець (α вуглець), тобто він має чотири різних заступників, приєднаних, у природі можна знайти у двох різних формах; Таким чином, існують D- і L-лейцин, останній характерний для білкових структур.

Обидві форми кожної амінокислоти мають різні властивості, беруть участь у різних обмінних шляхах і навіть можуть змінювати характеристики структур, до складу яких вони входять.

Наприклад, лейцин у формі L-лейцину має трохи гіркий смак, тоді як у D-лейциновій формі він дуже солодкий.

L-форма будь-якої амінокислоти легше метаболізує організм ссавців. L-лейцин легко руйнується і використовується для побудови та захисту білків.

Будова

Лейцин складається з 6 атомів вуглецю. Центральний вуглець, поширений у всіх амінокислотах, приєднаний до карбоксильної групи (СООН), аміногрупи (NH2), атома водню (Н) та бічного ланцюга або групи R, що складається з 4 атомів вуглецю.

Атоми вуглецю в межах амінокислот можна ототожнювати з грецькими літерами. Нумерація починається з вуглецю карбонової кислоти (COOH), тоді як анотація з грецьким алфавітом починається з центрального вуглецю.

У своїй ланцюзі R лейцин має ізобутильну або 2-метилпропільну групу, яка утворюється при втраті атома водню, з утворенням алкільного радикала; Ці групи постають як гілки в структурі амінокислот.

Особливості

Лейцин - амінокислота, яка може служити кетогенним попередником для інших сполук, що беруть участь у циклі лимонної кислоти. Ця амінокислота є важливим джерелом синтезу ацетил-КоА або ацетоацетил-КоА, які входять до шляхів утворення кетонових тіл у клітинах печінки.

Як відомо, лейцин є важливим для сигнальних шляхів інсуліну, брати участь у ініціації синтезу білка та запобігати втраті білка через деградацію.

Зазвичай внутрішні структури білків складаються з гідрофобних амінокислот, таких як лейцин, валін, ізолейцин та метіонін. Такі структури зазвичай зберігаються для ферментів, поширених серед живих організмів, як у випадку з цитохромом С.

Лейцин може активувати метаболічні шляхи в клітинах молочних залоз, щоб стимулювати синтез лактози, ліпідів і білків, які служать сигнальними молекулами в регуляції енергетичного гомеостазу молодняку ​​ссавців.

Домени, багаті лейцином, є істотною частиною специфічних білків, що зв'язують ДНК, які, як правило, є структурними димерами у переохолодженій формі і відомі як "лейцинові білки-блискавки".

Ці білки мають як відмітну характеристику регулярну схему повторних лейцинів разом з іншими гідрофобними амінокислотами, які відповідають за регуляцію зв'язування факторів транскрипції з ДНК та між різними факторами транскрипції.

Білки з блискавкою лейцину можуть утворювати гомо- або гетеродимери, які дозволяють їм зв’язуватися з певними ділянками факторів транскрипції для регулювання їх спарювання та взаємодії з молекулами ДНК, які вони регулюють.

Біосинтез

Усі амінокислоти з розгалуженим ланцюгом, включаючи лейцин, в основному синтезуються в рослинах і бактеріях. У квітучих рослин спостерігається значне збільшення виробництва лейцину, оскільки він є важливим попередником всіх сполук, що відповідають за аромат квітів і плодів.

Одним із факторів, до якого відноситься велика кількість лейцину в різних бактеріальних пептидах, є те, що 6 різних кодонів генетичного коду коду лейцину (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), те ж саме для аргініну.

Лейцин синтезується в бактеріях через п'ятиступеневий шлях, який використовує кетокислоту, пов'язану з валіном, як вихідну точку.

Цей процес аллостерично регулюється, так що, коли всередині клітини є надлишок лейцину, він гальмує ферменти, які беруть участь у шляху і зупиняє синтез.

Біосинтетичний шлях

Біосинтез лейцину у бактерій починається з перетворення похідного кетокислоти валіну, 3-метил-2-оксобутаноата в (2S) -2-ізопропілмалат, завдяки дії ферменту 2-ізопропілмалто-синтази, який використовує для цієї мети ацетил-Коа та воду.

(2S) -2-ізопропіл малат втрачає молекулу води і перетворюється на 2-ізопропілмалеат 3-ізопропілмалатдегідратазою. Згодом той же фермент додає ще одну молекулу води і перетворює 2-ізопропілмалеат в (2R-3S) -3-ізопропілмалат.

Це останнє з'єднання піддається реакції оксидоредукції, яка заслуговує на участь молекули НАД +, при якій утворюється (2S) -2-ізопропіл-3-оксосукцинат, що можливо за участю ферменту 3- ізопропіл малатдегідрогеназа.

(2S) -2-ізопропіл-3-оксосукцинат втрачає атом вуглецю у вигляді СО2 мимовільно, утворюючи 4-метил-2-оксопентаноат, який під дією амінокислоти з розгалуженою ланцюгом трансамінази (конкретно лейцин трансамінази) і при одночасному вивільненні L-глутамату та 2-оксоглутарату він виробляє L-лейцин.

Деградація

Основна роль лейцину полягає в тому, щоб діяти як сигнал, який повідомляє клітині про те, що є достатньо амінокислот і енергії для початку синтезу м’язових білків.

Розпад амінокислот розгалуженого ланцюга, таких як лейцин, починається з трансамінації. Ця та дві наступні ферментативні стадії каталізуються тими ж трьома ферментами у разі лейцину, ізолейцину та валіну.

Трансамінація трьох амінокислот призводить до отримання похідних α-кетокислоти, які піддаються окислювальному декарбоксилюванню для отримання тіоефірів ацил-КоА, які є α, β-дегідрогенованими, отримуючи тиоефіри α, β-ненасичених ацил-CoA.

Під час катаболізму лейцину відповідний α, β-ненасичений ацил-КоА тиоестер використовується для отримання ацетоацетату (ацетоуксусна кислота) та ацетил-КоА шляхом проходження метаболіту 3-гідрокси-3-метилглутаріл-КоА. (HMG-CoA), який є проміжною ланкою в біосинтезі холестерину та інших ізопреноїдів.

Катаболічний шлях лейцину

Від утворення тиоефіру α-β-ненасиченого ацил-CoA, отриманого з лейцину, катаболічні шляхи цієї амінокислоти та валіну та ізолейцину значно розходяться.

Тиоефір лейцину α, β-ненасиченого ацил-КоА лейцину обробляється за допомогою трьох різних ферментів, відомих як (1) 3-метилкротоніл-CoA карбоксилаза, (2) 3-метилглютаконіл-CoA гідратаза та (3) 3-гідрокси -3-метилглутаріл-CoA ліаз.

У бактеріях ці ферменти відповідають за перетворення 3-метилкротоніл-КоА (похідного лейцину) у 3-метилглютаконіл-КоА, 3-гідрокси-3-метилглутаріл-КоА та ацетоацетат та ацетил-КоА відповідно.

Лейцин, який є в крові, використовується для синтезу м’язових / міофібрилярних білків (MPS). Це діє як активуючий фактор у цьому процесі. Також він взаємодіє безпосередньо з інсуліном, впливаючи на постачання інсуліну.

Продукти, багаті лейцином

Споживання білків, багатих амінокислотами, є важливим для клітинної фізіології живих організмів, а лейцин не є винятком серед незамінних амінокислот.

Білки, отримані з сироватки, вважаються найбагатшими на залишки L-лейцину. Однак усі продукти з високим вмістом білка, такі як риба, курка, яйця та червоне м'ясо, забезпечують організм великою кількістю лейцину.

Кукурудзяні ядра мають дефіцит амінокислот лізину та триптофану, мають дуже жорсткі третинні структури для травлення та мають малу поживну цінність, однак мають високий вміст лейцину та ізолейцину.

Плоди бобових рослин багаті майже всіма незамінними амінокислотами: лізином, треоніном, ізолейцином, лейцином, фенілаланіном та валіном, але вони містять метіонін та цистеїн.

Лейцин витягується, очищається та концентрується у таблетках як харчові добавки для спортсменів високого рівня та продається як лікарський засіб. Основним джерелом виділення цієї амінокислоти є знежирене соєве борошно.

Існує дієтична добавка, яка використовується спортсменами для регенерації м’язів, відома як BCAA (Амінокислоти з розгалуженою ланцюгом). Це забезпечує високі концентрації амінокислот з розгалуженим ланцюгом: лейцин, валін та ізолейцин.

Переваги його споживання

Їжа, багата на лейцин, допомагає контролювати ожиріння та інші захворювання обміну речовин. Багато дієтологів зазначають, що продукти, багаті лейцином, та харчові добавки на основі цієї амінокислоти сприяють регуляції апетиту та тривожності у дорослих.

Всі білки, багаті лейцином, стимулюють синтез м’язового білка; Показано, що збільшення частки вживаного лейцину щодо інших незамінних амінокислот може змінити ослаблення синтезу білка в мускулатурі літніх пацієнтів.

Навіть люди з важкими макулярними розладами, які паралізуються, можуть припинити втрату м’язової маси та сили при правильному оральному прийомі лейцину, крім застосування системних вправ на м'язовий опір.

Лейцин, валін та ізолейцин - важливі компоненти маси, що складає скелетний м’яз хребетних тварин, тому їх наявність є життєво важливим для синтезу нових білків або для відновлення існуючих.

Розлади дефіциту

Дефіцит або вади розвитку ферменту комплексу ферментів α-кетокислоти дегідрогенази, який відповідає за метаболізацію лейцину, валіну та ізолейцину у людини, можуть спричинити важкі психічні розлади.

Крім того, існує патологічний стан, пов'язаний з метаболізмом цих амінокислот з розгалуженою ланцюгом, який називається "Захворювання сечі Кленовим сиропом".

На сьогоднішній день існування несприятливих ефектів при надмірному споживанні лейцину не було продемонстровано. Однак рекомендується максимальна доза 550 мг / кг на добу, оскільки не було проведено тривалих досліджень, пов’язаних із надмірним впливом тканин на цю амінокислоту.

Список літератури

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Здоров'я м’язів та профілактика саркопенії: вплив білка, лейцину та ß-гідрокси-β-метилбутирату. Журнал метаболізму кісток і мінералів, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Хімія харчових продуктів (№ 664: 543). Акрибія.
3. Мессі, Л.К., Сокатч, Дж.Р., і Конрад, Р.С. (1976). Катаболізм амінокислот з розгалуженим ланцюгом у бактерій. Бактеріологічні огляди, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Біохімія. Пірсон освіта.
5. Меро, А. (1999). Добавка лейцину та інтенсивні тренування. Спортивна медицина, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ред.). (2012 р.). Обмін білків ссавців (т. 4). Ельзев'є
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.