СЕРИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, ОБМІН РЕЧОВИН, ЇЖА - БІОЛОГІЯ - 2025

Серін є одним з 22 основних амінокислот, хоча це не класифікується як незамінні амінокислоти для людини та інших тварин, так як він синтезується організмом людини.

Відповідно до номенклатури трьох букв, серин описується в літературі як Ser (S в коді однієї букви). Ця амінокислота бере участь у великій кількості метаболічних шляхів і має полярні характеристики, але не має заряду при нейтральному рН.

Представлення структури амінокислот Серіна (Джерело: Paginazero at it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Багато ферментів, важливих для клітин, мають великі концентрації залишків серину в їх активних місцях, саме тому ця амінокислота має багаточисельні фізіологічні та метаболічні наслідки.

Серин, серед багатьох своїх функцій, бере участь в якості молекули-попередника і ешафот в біосинтезі інших амінокислот, таких як гліцин і цистеїн, і є частиною структури сфінголіпідів, присутніх у клітинах мембран.

Швидкість синтезу серину змінюється в кожному органі і, крім того, змінюється відповідно до того етапу розвитку, на якому знаходиться індивід.

Вчені запропонували концентрацію L-серину в мозковій тканині з віком збільшувати, оскільки проникність гематоенцефалічного бар'єру знижується у мозку дорослої людини, що може спричинити важкі порушення мозку.

Як відомо, L-серин є життєво важливим для біосинтезу нейромедіаторів, фосфоліпідів та інших складних макромолекул, оскільки він забезпечує попередники цих безлічі метаболічних шляхів.

Різні дослідження показали, що постачання Л-серинових добавок або концентратів певним типам пацієнтів покращує гомеостаз глюкози, мітохондріальну функцію та зменшує загибель нейронів.

Характеристика та структура

Всі амінокислоти мають за своєю основною структурою карбоксильну групу та аміногрупу, пов'язану з одним атомом вуглецю; Однак вони відрізняються одна від одної своїми боковими ланцюгами, відомими як R-групи, які можуть відрізнятися за розмірами, будовою і навіть за електричним зарядом.

Серин містить три атоми вуглецю: центральний вуглець, приєднаний, з одного боку, до карбоксильної групі (COOH), а з іншого - до аміногрупі (NH3 +). Інші два зв’язки центрального вуглецю зайняті атомом водню та групою CH2OH (R-група), характерною для серину.

Центральний вуглець, до якого приєднані аміно- і карбоксильні групи амінокислот, відомий як α-вуглець. Інші атоми вуглецю в R групах позначаються літерами грецького алфавіту.

Наприклад, у випадку серина, єдиний атом вуглецю в його R-групі, який приєднаний до групи ОН, відомий як γ-вуглець.

Класифікація

Серин класифікується в групу незаряджених полярних амінокислот. Члени цієї групи є високорозчинними у воді амінокислотами, тобто є гідрофільними сполуками. У серині та треоніні гідрофільність обумовлена ​​їх здатністю утворювати водневі зв’язки з водою через свої гідроксильні (ОН) групи.

У групі незаряджених полярних амінокислот також згруповані цистеїн, аспарагін та глютамін. Усі вони мають полярну групу у своєму R-ланцюгу, однак ця група не є іонізуючою, і при рН, близьких до нейтралітету, вони скасовують свої заряди, утворюючи з'єднання у вигляді "цвіттериона".

Стереохімія

Загальна асиметрія амінокислот робить стереохімію цих сполук життєво важливою в метаболічних шляхах, в яких вони беруть участь. У разі серину його можна знайти як D- або L-серин, останній синтезується виключно клітинами нервової системи, відомими як астроцити.

Α-вуглеці амінокислот - це хіральний вуглець, оскільки до них приєднано чотири різних заступника, що породжує щонайменше два відмінних стереоізомера для кожної амінокислоти.

Стереоізомер - це дзеркальне зображення молекули, тобто одне не може накладатися на інше. Вони позначаються літерою D або L, оскільки експериментально розчини цих амінокислот обертають площину поляризованого світла у протилежних напрямках.

L-серин, який синтезується в клітинах нервової системи, служить субстратом для синтезу гліцину або D-серину. D-серин є одним з найважливіших елементів для обміну везикул між нейронами, саме тому деякі автори пропонують, що обидві ізоформи серину насправді є незамінними амінокислотами для нейронів.

Особливості

Група OH серину в його R ланцюзі робить його хорошим нуклеофілом, тому він є ключовим для активності багатьох ферментів із серинами в їх активних сайтах. Серин є одним із субстратів, необхідних для синтезу нуклеотидів НАДФН та глутатіону.

L-серин необхідний для розвитку та правильної роботи центральної нервової системи. Дослідження показали, що екзогенна доставка L-серину в малих дозах до нейронів гіпокампа та клітин Пуркіньє in vitro покращує їх виживання.

Різні дослідження ракових клітин та лімфоцитів виявили, що серинзалежні вуглецеві одиниці необхідні для надмірної продукції нуклеотидів, а також для подальшої проліферації ракових клітин.

Селеноцистеїн є однією з 22 основних амінокислот і отримується лише як похідне серину. Ця амінокислота спостерігалася лише в деяких білках, вона містить селен замість сірки, пов'язаної з цистеїном, і синтезується, починаючи з етерифікованого серину.

Біосинтез

Серин - це неістотна амінокислота, оскільки синтезується організмом людини. Однак це може бути засвоєно з раціону в основному різними джерелами, такими як білки та фосфоліпіди.

Серин синтезується в L-формі шляхом перетворення молекули гліцину, реакції, опосередкованої ферментом гідроксиметил-трансферази.

Відомо, що основний сайт синтезу L-серину знаходиться в астроцитах, а не в нейронах. У цих клітинах синтез відбувається шляхом фосфорилювання, в якому бере участь 3-фосфогліцерат, гліколітичний проміжний продукт.

На цей шлях діють три ферменти: 3-фосфогліцератдегідрогеназа, фосфосерин-трансфераза та фосфосерин-фосфатаза.

Інші важливі органи, які стосуються синтезу серину, - це печінка, нирки, яєчки та селезінка. Ферменти, які синтезують серин за іншими шляхами, крім фосфорилювання, містяться лише у печінці та нирках.

Одним з перших відомих шляхів синтезу серину був катаболічний шлях, що бере участь у глюконеогенезі, де L-серин отримують як вторинний метаболіт. Однак внесок цього маршруту у виробництво серину в організмі невеликий.

Метаболізм

В даний час відомо, що серин може бути отриманий з вуглеводного обміну в печінці, де виробляються D-гліцеринова кислота, 3-фосфогліцеринова кислота та 3-фосфогідроксипірунова кислота. Завдяки процесу трансамінації між 3-гідроксипіровиноградною кислотою та аланіном утворюється серин.

Експерименти, проведені з щурами, радіоактивно маркуючи вуглець 4 глюкози, прийшли до висновку, що цей вуглець ефективно включений у карбонові скелети серину, що дозволяє припустити, що зазначена амінокислота має тривуглецевий попередник, ймовірно, з пірувату.

У бактерій фермент L-серин-дезаміназа є основним ферментом, який відповідає за метаболізацію серину: він перетворює L-серин у піруват. Відомо, що цей фермент присутній та активний у культурах E.coli, вирощених у мінімальних середовищах із вмістом глюкози.

Напевно невідомо, яка реальна функція L-серин-дезамінази в цих мікроорганізмах, оскільки її експресія індукується мутаційними ефекторами, що пошкоджують ДНК ультрафіолетовим випромінюванням, присутністю налідиксинової кислоти, мітоміцину та інших. звідси випливає, що він повинен мати важливі фізіологічні наслідки.

Продукти, багаті серином

Всі продукти з високою концентрацією білка багаті серином, в основному яйця, м'ясо та риба. Однак це несуттєва амінокислота, тому її не потрібно категорично вживати, оскільки організм здатний самостійно її синтезувати.

Деякі люди страждають від рідкісного розладу, оскільки мають фенотип із дефіцитом механізмів синтезу серину та гліцину, тому їм потрібно вживати концентровані харчові добавки для обох амінокислот.

Крім того, комерційні бренди, що спеціалізуються на продажі вітамінних добавок (Lamberts, Now Sport і HoloMega), пропонують фосфатидилсеринові та L-серинові концентрати для збільшення виробництва м’язової маси у висококонкурентних спортсменів та важкоатлетів.

Супутні захворювання

Несправність ферментів, що беруть участь у біосинтезі серину, може спричинити серйозні патології. Знижуючи концентрацію серину в плазмі крові та спинномозковій рідині, це може спричинити гіпертонію, психомоторну відсталість, мікроцефалію, епілепсію та складні розлади центральної нервової системи.

В даний час було виявлено, що дефіцит серину бере участь у розвитку цукрового діабету, оскільки L-серин необхідний для синтезу інсуліну та його рецепторів.

Діти з вадами біосинтезу серину при народженні неврологічно аномальні, мають внутрішньоутробну затримку росту, вроджену мікроцефалію, катаракту, судоми та сильну затримку нейророзвитку.

Список літератури

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Механізми утворення амінокислот у міжзоряних аналогах льоду. Астрофізичний журнал, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Перинатальні метаболічні енцефалопатії. У дитячій неврології Сваймана (с. 171-177). Ельзев'є.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-серин - ендогенний ліганд для гліцинового ділянки рецептора N-метил-D-аспартату. Праці Національної академії наук, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Метаболізм серину підтримує вироблення макрофага IL-1β. Клітинний метаболізм, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Синтез L-серину в центральній нервовій системі: огляд порушень серинової недостатності. Молекулярна генетика та метаболізм, 99 (3), 256-262.