SERIN: CIRI, FUNGSI, METABOLISME, MAKANAN - BIOLOGI - 2026

The serine merupakan salah satu daripada 22 asid amino asas, walaupun ini tidak dikelaskan sebagai asid amino penting untuk manusia dan haiwan lain, kerana ia disintesis oleh badan manusia.

Menurut nomenklatur tiga huruf, serine digambarkan dalam literatur sebagai Ser (S dalam kod huruf tunggal). Asid amino ini mengambil bahagian dalam sebilangan besar jalur metabolik dan mempunyai ciri-ciri polar, tetapi tidak mempunyai muatan pada pH neutral.

Perwakilan struktur asid amino Serine (Sumber: Paginazero di dalamnya. Wikipedia melalui Wikimedia Commons)

Banyak enzim yang penting bagi sel mempunyai kepekatan sisa serin yang banyak di tempat aktifnya, sehingga asid amino ini mempunyai pelbagai implikasi fisiologi dan metabolik.

Serine, di antara banyak fungsinya, berperanan sebagai prekursor dan molekul perancah dalam biosintesis asid amino lain seperti glisin dan sistein dan merupakan sebahagian daripada struktur sphingolipid yang terdapat dalam membran sel.

Kadar sintesis serin berbeza di setiap organ dan, di samping itu, ia berubah mengikut tahap perkembangan di mana individu berada.

Para saintis mengemukakan bahawa kepekatan L-serine dalam tisu otak meningkat seiring bertambahnya usia, kerana kebolehtelapan penghalang darah-otak menurun di otak orang dewasa, yang dapat menyebabkan gangguan otak yang teruk.

L-serin diketahui penting untuk biosintesis neurotransmitter, fosfolipid, dan makromolekul kompleks yang lain, kerana ia menyediakan pendahulu untuk beberapa jalur metabolik ini.

Berbagai kajian menunjukkan bahawa pemberian suplemen atau konsentrasi L-serine kepada jenis pesakit tertentu meningkatkan homeostasis glukosa, fungsi mitokondria, dan mengurangkan kematian neuron.

Ciri dan struktur

Semua asid amino mempunyai struktur asasnya sebagai kumpulan karboksil dan kumpulan amino yang terikat pada atom karbon yang sama; Walau bagaimanapun, ini berbeza antara satu sama lain oleh rantai sampingannya, yang dikenali sebagai kumpulan R, yang boleh berbeza dari segi ukuran, struktur dan bahkan pada cas elektriknya.

Serin mengandungi tiga atom karbon: karbon pusat yang terpasang, di satu pihak, ke kumpulan karboksil (COOH) dan, di sisi lain, ke kumpulan amino (NH3 +). Dua ikatan karbon pusat yang lain dihuni oleh atom hidrogen dan oleh kumpulan CH2OH (kumpulan R), ciri serin.

Karbon pusat yang dilampirkan kumpulan amino dan karboksil asid amino dikenali sebagai α-karbon. Atom karbon yang lain dalam kumpulan R ditentukan oleh huruf abjad Yunani.

Dalam contoh serine, satu-satunya atom karbon dalam kumpulan R-nya, yang melekat pada kumpulan OH, dikenali sebagai karbon-γ.

Pengelasan

Serine dikelaskan dalam kumpulan asid amino polar yang tidak terisi. Anggota kumpulan ini adalah asid amino larut dalam air, iaitu, ia adalah sebatian hidrofilik. Dalam serine dan threonine, hidrofilik disebabkan oleh kemampuan mereka untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air melalui kumpulan hidroksil (OH) mereka.

Dalam kumpulan asid amino polar yang tidak terisi, sistein, asparagin dan glutamin juga dikelompokkan. Semua ini mempunyai kumpulan kutub dalam rantai R mereka, namun, kumpulan ini tidak dapat diionisasi dan pada pH yang hampir dengan kenetralan mereka membatalkan casnya, menghasilkan sebatian dalam bentuk "zwitterion".

Stereokimia

Asimetri umum asid amino menjadikan stereokimia sebatian ini sangat penting dalam laluan metabolik di mana mereka mengambil bahagian. Dalam kes serine, ia dapat ditemukan sebagai D- atau L-serine, yang terakhir disintesis secara eksklusif oleh sel-sel sistem saraf yang dikenal sebagai astrosit.

Karbon karbonat α adalah karbon kiral, kerana mempunyai empat substituen yang berlainan, yang menghasilkan sekurang-kurangnya dua stereoisomer yang dapat dibezakan untuk setiap asid amino.

Stereoisomer adalah gambaran cermin molekul, yang satu tidak boleh ditumpangkan pada yang lain. Mereka dilambangkan dengan huruf D atau L kerana secara eksperimen larutan asid amino ini memutarkan bidang cahaya terpolarisasi ke arah yang bertentangan.

L-serine yang disintesis dalam sel-sel sistem saraf berfungsi sebagai substrat untuk mensintesis glisin atau D-serine. D-serine adalah salah satu elemen terpenting untuk pertukaran vesikel antara neuron, sebab itulah sebilangan pengarang mencadangkan bahawa kedua-dua isoform serin, sebenarnya, adalah asid amino penting untuk neuron.

ciri-ciri

Kumpulan serin OH dalam rantai R-nya menjadikannya nukleofil yang baik, itulah sebabnya ia menjadi kunci kepada aktiviti banyak enzim dengan serin di tempat aktif mereka. Serine adalah salah satu substrat yang diperlukan untuk sintesis nukleotida NADPH dan glutathione.

L-serine sangat penting untuk pengembangan dan fungsi sistem saraf pusat yang betul. Kajian menunjukkan bahawa penghantaran L-serine secara eksogen dalam dos rendah ke neuron hipokampal dan sel Purkinje in vitro meningkatkan kelangsungan hidup mereka.

Berbagai kajian mengenai sel barah dan limfosit mendapati bahawa unit karbon yang bergantung pada serin diperlukan untuk pengeluaran nukleotida yang berlebihan, serta untuk percambahan sel barah berikutnya.

Selenocysteine ​​adalah salah satu daripada 22 asid amino asas dan hanya diperoleh sebagai turunan serine. Asid amino ini hanya diperhatikan dalam beberapa protein, ia mengandungi selenium dan bukannya sulfur yang terikat pada sistein dan ia disintesis bermula dari serin yang di esterifikasi.

Biosintesis

Serine adalah asid amino yang tidak penting, kerana disintesis oleh tubuh manusia. Walau bagaimanapun, ia dapat diasimilasi dari diet sumber yang berbeza seperti protein dan fosfolipid, terutamanya.

Serine disintesis dalam bentuk L melalui penukaran molekul glisin, reaksi yang dimediasi oleh enzim hidroksimetil-transferase.

Telah diketahui bahawa laman utama sintesis L-serine adalah dalam astrosit dan bukan pada neuron. Dalam sel-sel ini, sintesis berlaku oleh jalan fosforilasi di mana 3-fosfogliserat, perantaraan glikolitik, mengambil bahagian.

Tiga enzim bertindak dalam jalur ini: 3-fosfogliserat dehidrogenase, fosfoserin-transferase dan fosfoserin-fosfatase.

Organ penting lain mengenai sintesis serin adalah hati, ginjal, testis, dan limpa. Enzim yang mensintesis serine melalui jalan selain fosforilasi hanya terdapat di hati dan buah pinggang.

Salah satu laluan sintesis serin yang pertama diketahui adalah jalur katabolik yang terlibat dalam glukoneogenesis, di mana L-serin diperoleh sebagai metabolit sekunder. Walau bagaimanapun, sumbangan laluan ini untuk pengeluaran serin badan adalah rendah.

Metabolisme

Pada masa ini diketahui bahawa serin dapat diperoleh dari metabolisme karbohidrat di hati, di mana asid D-gliserik, asid 3-fosfogliserik dan asam 3-fosfohidroxipiruvik dihasilkan. Berkat proses transaminasi antara asid piruvik 3-hidroksi dan alanin, serin dihasilkan.

Eksperimen yang dilakukan dengan tikus secara radioaktif melabelkan karbon 4 glukosa, telah menyimpulkan bahawa karbon ini secara efektif dimasukkan ke dalam rangka karbon serin, menunjukkan bahawa asid amino tersebut mempunyai prekursor tiga karbon mungkin dari piruvat.

Pada bakteria, enzim L-serine-deaminase adalah enzim utama yang bertugas memetabolisme serin: ia mengubah L-serine menjadi piruvat. Enzim ini diketahui terdapat dan aktif dalam kultur E. coli yang tumbuh dalam media minimum dengan glukosa.

Tidak diketahui dengan pasti apakah fungsi sebenar L-serine-deaminase dalam mikroorganisma ini, kerana ekspresinya disebabkan oleh efektor mutasi yang merosakkan DNA oleh sinaran ultraviolet, dengan adanya asid nalidixic, mitomycin dan lain-lain. yang menunjukkan bahawa ia mesti mempunyai implikasi fisiologi yang penting.

Makanan kaya dengan serin

Semua makanan dengan kepekatan protein tinggi kaya dengan serin, terutamanya telur, daging dan ikan. Walau bagaimanapun, ini adalah asid amino yang tidak penting, jadi tidak begitu mustahak untuk menelannya, kerana tubuh mampu mensintesisnya sendiri.

Sebilangan orang menderita gangguan yang jarang berlaku, kerana mereka mempunyai fenotip dengan kekurangan mengenai mekanisme sintesis serin dan glisin, oleh itu, mereka perlu mengambil makanan tambahan pekat untuk kedua-dua asid amino.

Di samping itu, jenama komersial yang mengkhususkan diri dalam penjualan suplemen vitamin (Lamberts, Now Sport dan HoloMega) menawarkan konsentrat fosfatidilserin dan L-serine untuk meningkatkan pengeluaran jisim otot pada atlet dan angkat berat yang sangat kompetitif.

Penyakit yang berkaitan

Kerosakan enzim yang terlibat dalam biosintesis serin boleh menyebabkan patologi serius. Dengan mengurangkan kepekatan serin dalam plasma darah dan cairan serebrospinal, ia dapat menyebabkan hipertonia, retardasi psikomotor, mikrosefali, epilepsi, dan gangguan kompleks sistem saraf pusat.

Pada masa ini, didapati bahawa kekurangan serin terlibat dalam pengembangan diabetes mellitus, kerana L-serine diperlukan untuk sintesis insulin dan reseptornya.

Bayi dengan kecacatan dalam biosintesis serin secara neurologis tidak normal semasa lahir, mengalami kerencatan pertumbuhan intrauterin, mikrosefali kongenital, katarak, sawan, dan kelewatan perkembangan saraf yang teruk.

Rujukan

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mekanisme pembentukan asid amino dalam analog ais antarbintang. Jurnal Astrofizik, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Ensefalopati metabolik perinatal. Dalam Neurologi Pediatrik Swaiman (hlm. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Induk, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serine adalah ligan endogen untuk tapak glisin reseptor N-metil-D-aspartat. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Metabolisme Serin Menyokong Pengeluaran Macrophage IL-1β. Metabolisme sel, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Sintesis L-serine dalam sistem saraf pusat: tinjauan mengenai gangguan kekurangan serine. Genetik dan metabolisme molekul, 99 (3), 256-262.