LEUCINE: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The leucine adalah salah satu asid 22 amino membentuk protein dalam organisma hidup. Ini termasuk salah satu daripada 9 asid amino penting yang tidak disintesis oleh badan dan mesti dimakan dengan makanan yang dimakan dalam makanan.

Leucine pertama kali dijelaskan pada tahun 1818 oleh ahli kimia dan ahli farmasi Perancis JL Proust, yang menyebutnya "oksida kaseus." Kemudian, Erlenmeyer dan Kunlin menyiapkannya dari asid α-benzoylamido-β-isopropylacrylic, yang formula molekulnya adalah C6H13NO2.

Struktur kimia asid amino Leucine (Sumber: Clavecin melalui Wikimedia Commons)

Leucine adalah kunci semasa penemuan arah terjemahan protein, kerana struktur hidrofobiknya membolehkan ahli biokimia Howard Dintzis menandakan hidrogen karbon 3 secara radioaktif dan memerhatikan arah di mana asid amino dimasukkan dalam sintesis peptida hemoglobin.

Protein yang dikenali sebagai "ritsleting" leucin atau "penutupan" adalah, bersama dengan "jari zink", faktor transkripsi organisma eukariotik yang paling penting. Ritsleting leucine dicirikan oleh interaksi hidrofobiknya dengan DNA.

Secara amnya, protein yang kaya dengan leucine atau terdiri daripada asid amino rantai bercabang tidak dimetabolisme di hati, sebaliknya, ia langsung menuju ke otot di mana ia digunakan dengan cepat untuk sintesis protein dan pengeluaran tenaga.

Leucine adalah asid amino rantaian bercabang yang diperlukan untuk biosintesis protein susu dan asid amino, yang disintesis dalam kelenjar susu. Sebilangan besar asid amino ini boleh didapati dalam bentuk susu ibu secara percuma.

Di antara semua asid amino yang membentuk protein, leucine dan arginine adalah yang paling banyak dan keduanya telah dikesan dalam protein dari semua kerajaan yang membentuk pohon kehidupan.

ciri

Leucine dikenali sebagai asid amino rantai bercabang penting, ia berkongsi struktur khas dengan asid amino yang lain. Walau bagaimanapun, ia dibezakan oleh fakta bahawa rantai sampingannya atau kumpulan R mempunyai dua karbon terikat secara linear, dan yang terakhir terikat pada atom hidrogen dan dua kumpulan metil.

Ia tergolong dalam kumpulan asid amino polar yang tidak terisi, pengganti atau kumpulan R asid amino ini adalah hidrofobik dan tidak polar. Asid amino ini bertanggungjawab terutamanya untuk interaksi hidrofobik antara protein dan antara protein dan cenderung menstabilkan struktur protein.

Semua asid amino, yang mempunyai karbon pusat adalah kiral (α karbon), iaitu, ia mempunyai empat substituen berlainan yang terpasang, boleh didapati dalam dua bentuk yang berbeza di alam; oleh itu, terdapat D- dan L-leucine, yang terakhir khas dalam struktur protein.

Kedua-dua bentuk setiap asid amino mempunyai sifat yang berbeza, mengambil bahagian dalam jalur metabolik yang berbeza dan bahkan dapat mengubah ciri-ciri struktur yang merupakan bahagiannya.

Sebagai contoh, leucine dalam bentuk L-leucine mempunyai rasa yang sedikit pahit, sedangkan dalam bentuk D-leucine-nya sangat manis.

Bentuk L mana-mana asid amino lebih mudah untuk metabolisme badan mamalia. L-leucine mudah terdegradasi dan digunakan untuk pembinaan dan perlindungan protein.

Struktur

Leucine terdiri daripada 6 atom karbon. Karbon pusat, biasa untuk semua asid amino, melekat pada kumpulan karboksil (COOH), kumpulan amino (NH2), atom hidrogen (H) dan rantai sampingan atau kumpulan R yang terdiri daripada 4 atom karbon.

Atom karbon dalam asid amino dapat dikenali dengan huruf Yunani. Penomboran bermula dari karbon asid karboksilik (COOH), sementara penjelasan dengan abjad Yunani bermula dari karbon pusat.

Leucine mempunyai kumpulan pengganti dalam rantai Rnya kumpulan isobutil atau 2-metilpropil yang dihasilkan oleh kehilangan atom hidrogen, dengan pembentukan radikal alkil; Kumpulan ini muncul sebagai cabang dalam struktur asid amino.

ciri-ciri

Leucine adalah asid amino yang dapat berfungsi sebagai prekursor ketogenik untuk sebatian lain yang terlibat dalam kitaran asid sitrik. Asid amino ini merupakan sumber penting untuk sintesis asetil-CoA atau acetoacetyl-CoA, yang merupakan sebahagian daripada laluan pembentukan badan keton dalam sel hati.

Leucine diketahui penting dalam jalur isyarat insulin, untuk mengambil bahagian dalam permulaan sintesis protein, dan untuk mencegah kehilangan protein melalui degradasi.

Biasanya, struktur dalaman protein terdiri daripada asid amino hidrofobik seperti leucine, valine, isoleucine, dan methionine. Struktur seperti ini biasanya dikekalkan untuk enzim yang biasa terdapat di dalam organisma hidup, seperti pada Cytochrome C.

Leucine dapat mengaktifkan jalur metabolik dalam sel-sel kelenjar susu untuk merangsang sintesis laktosa, lipid dan protein yang berfungsi sebagai molekul isyarat dalam pengaturan homeostasis tenaga muda pada mamalia.

Domain yang kaya dengan Leucine adalah bahagian penting dari protein pengikat DNA tertentu, yang umumnya dimer struktur dalam bentuk supercoiled dan dikenal sebagai "protein zip leucine."

Protein ini mempunyai ciri khas pola leukin berulang dengan asid amino hidrofobik lain yang bertanggungjawab untuk mengatur pengikatan faktor transkripsi dengan DNA dan antara faktor transkripsi yang berbeza.

Protein ritsleting leucine dapat membentuk homo- atau heterodimer yang membolehkan mereka mengikat ke kawasan tertentu faktor transkripsi untuk mengatur pasangan mereka dan interaksi mereka dengan molekul DNA yang mereka atur.

Biosintesis

Semua asid amino rantaian bercabang, termasuk leucine, disintesis terutamanya dalam tumbuhan dan bakteria. Pada tanaman berbunga terdapat peningkatan yang signifikan dalam pengeluaran leucine, kerana ia merupakan pendahulu penting bagi semua sebatian yang bertanggungjawab untuk aroma bunga dan buah-buahan.

Salah satu faktor yang menyebabkan banyaknya leusin dalam peptida bakteria yang berbeza adalah bahawa 6 kodon kod genetik yang berbeza untuk leucine (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), hal yang sama juga berlaku untuk arginine.

Leucine disintesis dalam bakteria melalui laluan lima langkah yang menggunakan asid keto yang berkaitan dengan valine sebagai titik permulaan.

Proses ini diatur secara alosterik, sehingga apabila terdapat lebihan leusin di dalam sel, ia menghalang enzim yang berpartisipasi dalam jalur dan menghentikan sintesis.

Laluan biosintetik

Biosintesis leucine dalam bakteria bermula dengan penukaran turunan ketoasid valine, 3-methyl-2-oxobutanoate menjadi (2S) -2-isopropylmalate, berkat tindakan enzim 2-isopropylmalto synthase, yang menggunakan asetil-Coa dan air untuk tujuan ini.

Malt (2S) -2-isopropil kehilangan molekul air dan diubah menjadi 2-isopropylmaleate oleh 3-isopropyl malate dehydratase. Selepas itu, enzim yang sama menambahkan molekul air yang lain dan mengubah 2-isopropylmaleate menjadi (2R-3S) -3-isopropylmalate.

Senyawa terakhir ini dikenakan reaksi pengoksidaan yang memerlukan penyertaan molekul NAD +, dengan mana (2S) -2-isopropil-3-oksosuccinat dihasilkan, yang mungkin dengan penyertaan enzim 3- isopropil malate dehydrogenase.

The (2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinate kehilangan atom karbon dalam bentuk CO2 secara spontan, menghasilkan 4-metil-2-oxopentanoate yang, dengan tindakan transaminase asid amino rantai bercabang (leucine transaminase, khususnya) dan dengan pembebasan L-glutamat dan 2-oxoglutarate bersamaan, ia menghasilkan L-leucine.

Kemerosotan

Peranan utama leucine adalah bertindak sebagai isyarat yang memberitahu sel bahawa terdapat cukup asam amino dan tenaga untuk memulakan sintesis protein otot.

Pecahan asid amino rantaian bercabang seperti leucine bermula dengan transaminasi. Ini dan dua langkah enzimatik seterusnya dikatalisis oleh tiga enzim yang sama dalam hal leucine, isoleucine, dan valine.

Transaminasi ketiga-tiga asid amino menghasilkan turunan asid α-keto dari ini, yang mengalami dekarboksilasi oksidatif untuk menghasilkan thiosesters acyl-CoA yang α, β-dehidrogenasi untuk menghasilkan thiosesters α, β-tak jenuh.

Semasa katabolisme leucine, a, β-tak jenuh asil-CoA thioester yang sesuai digunakan untuk menghasilkan acetoacetate (acetoacetic acid) dan asetil-CoA melalui jalan yang melibatkan metabolit 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), yang merupakan perantara dalam biosintesis kolesterol dan isoprenoid lain.

Laluan katabolik leucine

Dari pembentukan thioester α, β-tak jenuh asil-CoA yang berasal dari leucine, laluan katabolik untuk asid amino ini dan untuk valin dan isoleusin berbeza jauh.

Tioester α, β-tak jenuh asil-CoA leukin diproses di hilir oleh tiga enzim yang berbeza yang dikenali sebagai (1) 3-metilcrotonyl-CoA karboksilase, (2) 3-metilglutaconyl-CoA hidratase dan (3) 3-hidroksi -3-metilglutaryl-CoA lyase.

Dalam bakteria, enzim ini bertanggungjawab untuk penukaran 3-methylcrotonyl-CoA (berasal dari leucine) menjadi 3-methylglutaconyl-CoA, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA, dan acetoacetate dan asetil-CoA, masing-masing.

Leucine yang terdapat dalam darah digunakan untuk sintesis protein otot / myofibrillar (MPS). Ini bertindak sebagai faktor pengaktifan dalam proses ini. Juga, ia berinteraksi secara langsung dengan insulin, mempengaruhi bekalan insulin.

Makanan kaya dengan Leucine

Penggunaan protein yang kaya dengan asid amino sangat penting bagi fisiologi sel organisma hidup dan leucine tidak terkecuali di antara asid amino penting.

Protein yang diperolehi dari whey dianggap paling kaya dengan residu L-leucine. Walau bagaimanapun, semua makanan berprotein tinggi seperti ikan, ayam, telur dan daging merah memberikan sejumlah besar leusin kepada tubuh.

Biji jagung kekurangan asam amino lisin dan triptofan, mempunyai struktur tersier yang sangat kaku untuk pencernaan dan mempunyai nilai yang sedikit dari sudut pemakanan, namun mereka mempunyai kadar leusin dan isoleusin yang tinggi.

Buah tumbuhan legum kaya dengan hampir semua asid amino penting: lisin, threonine, isoleucine, leucine, phenylalanine dan valine, tetapi rendahnya metionin dan sistein.

Leucine diekstrak, dimurnikan dan dipusatkan dalam tablet sebagai makanan tambahan untuk atlet peringkat tinggi dan dipasarkan sebagai ubat. Punca utama untuk pengasingan asid amino ini sesuai dengan tepung soya yang telah dikotori.

Terdapat suplemen makanan yang digunakan oleh atlet untuk pertumbuhan semula otot yang dikenali sebagai BCAA (Branched Chain Amino Acids). Ini memberikan kepekatan tinggi asid amino rantai bercabang: leucine, valine dan isoleucine.

Kebaikan pengambilannya

Makanan yang kaya dengan leucine membantu mengawal kegemukan dan penyakit metabolik lain. Banyak pakar pemakanan menunjukkan bahawa makanan yang kaya dengan leucine dan makanan tambahan berdasarkan asid amino ini menyumbang kepada pengawalan selera makan dan kegelisahan pada orang dewasa.

Semua protein yang kaya dengan leucine merangsang sintesis protein otot; Telah ditunjukkan bahawa peningkatan dalam proporsi leusin yang tertelan sehubungan dengan asid amino penting yang lain dapat membalikkan pelemahan sintesis protein pada otot pesakit tua.

Malah orang yang mengalami gangguan makula yang teruk dan lumpuh dapat menghentikan kehilangan jisim dan kekuatan otot dengan suplemen leucine oral yang betul, selain melakukan latihan ketahanan otot sistemik.

Leucine, valine dan isoleucine adalah komponen penting dari jisim yang membentuk otot rangka haiwan vertebrata, jadi kehadirannya sangat penting untuk sintesis protein baru atau untuk memperbaiki protein yang ada.

Gangguan kekurangan

Kekurangan atau malformasi kompleks enzim α-ketoacid dehydrogenase, yang bertanggungjawab untuk memetabolisme leucine, valine, dan isoleucine pada manusia, boleh menyebabkan gangguan mental yang teruk.

Tambahan pula, terdapat keadaan patologi yang berkaitan dengan metabolisme asid amino rantai bercabang ini yang disebut "Maple Syrup Urine Disease".

Sehingga kini, keberadaan kesan buruk dalam penggunaan leucine yang berlebihan belum ditunjukkan. Walau bagaimanapun, dos maksimum 550 mg / kg setiap hari disyorkan, kerana belum ada kajian jangka panjang yang berkaitan dengan pendedahan tisu berlebihan terhadap asid amino ini.

Rujukan

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Kesihatan otot dan pencegahan sarkopenia: kesan protein, leucine dan ß-hydroxy-ß-methylbutyrate. Jurnal Metabolisme Tulang dan Mineral, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, ATAU (1993). Kimia Makanan (No. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Katabolisme asid amino rantai bercabang pada bakteria. Ulasan bakteriologi, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokimia. Pendidikan Pearson.
5. Mero, A. (1999). Tambahan Leucine dan latihan intensif. Perubatan Sukan, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ed.). (2012). Metabolisme protein mamalia (Jilid 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.