THREONINE: CIRI, FUNGSI, PENURUNAN, FAEDAH - BIOLOGI - 2025

The threonine (Thr, T) atau asid-Ls-threo α-amino-β-butyric, adalah salah satu konstituen amino asid protein selular. Oleh kerana manusia dan haiwan vertebrata lain tidak mempunyai laluan biosintetik untuk penghasilannya, threonine dianggap sebagai salah satu daripada 9 asid amino penting yang mesti diperoleh melalui diet.

Threonine adalah yang terakhir dari 20 asid amino biasa yang dijumpai dalam protein, fakta yang berlaku dalam sejarah lebih dari satu abad setelah penemuan asparagine (1806), yang merupakan asid amino pertama yang dijelaskan.

Struktur asid amino Threonine (Sumber: Clavecin melalui Wikimedia Commons)

Ia ditemui oleh William Cumming Rose pada tahun 1936, yang mencipta istilah "threonine" kerana kesamaan struktur yang dijumpainya antara asid amino ini dan asid threonic, sebatian yang berasal dari gula treose.

Sebagai asid amino protein, threonine mempunyai banyak fungsi dalam sel, di antaranya adalah laman pengikat untuk rantai karbohidrat khas glikoprotein dan tempat pengenalan protein kinase dengan fungsi tertentu (protein threonine / serine kinases).

Begitu juga, threonine adalah komponen penting protein seperti enamel gigi, elastin dan kolagen dan juga mempunyai fungsi penting dalam sistem saraf. Ia digunakan sebagai makanan tambahan dan sebagai "pereda" keadaan fisiologi kegelisahan dan kemurungan.

ciri-ciri

Threonine tergolong dalam kumpulan asid amino polar yang mempunyai kumpulan R atau rantai sampingan tanpa cas positif atau negatif (asid amino polar tidak terisi).

Ciri-ciri kumpulan Rnya menjadikannya asid amino larut dalam air (hidrofilik atau hidrofilik), yang juga berlaku untuk ahli kumpulan lain, seperti sistein, serin, asparagin, dan glutamin.

Bersama dengan tryptophan, phenylalanine, isoleucine dan tyrosine, threonine adalah salah satu daripada lima asid amino yang mempunyai fungsi glukogenik dan ketogenik, kerana perantaraan yang relevan seperti piruvat dan suksinil-CoA dihasilkan dari metabolisme.

Asid amino ini mempunyai berat molekul kira-kira 119 g / mol; seperti banyak asid amino yang tidak diisi, ia mempunyai titik isoelektrik sekitar 5,87 dan kekerapannya dalam struktur protein hampir 6%.

Sebilangan penulis mengelompokkan threonine bersama asid amino lain dengan rasa "manis", antaranya ialah, serine, glisin dan alanin.

Struktur

Asid amino-amino seperti threonine mempunyai struktur umum, iaitu umum bagi semua orang. Ini dibezakan dengan kehadiran atom karbon yang dikenali sebagai "α karbon", yang bersifat kiral dan di mana empat jenis molekul atau pengganti berlainan.

Karbon ini berkongsi salah satu ikatannya dengan atom hidrogen, yang lain dengan kumpulan R, yang merupakan ciri bagi setiap asid amino, dan dua yang lain diduduki oleh kumpulan amino (NH2) dan karboksil (COOH), yang biasa bagi semua asid amino.

Kumpulan R threonine mempunyai kumpulan hidroksil yang memungkinkannya membentuk ikatan hidrogen dengan molekul lain dalam media berair. Identitinya dapat didefinisikan sebagai kumpulan alkohol (etanol, dengan dua atom karbon), yang kehilangan salah satu hidrogennya untuk bergabung dengan atom karbon α (-CHOH-CH3).

Kumpulan -OH ini dapat berfungsi sebagai "jambatan" atau laman pengikat untuk pelbagai molekul (rantai oligosakarida, misalnya, dapat melekat padanya semasa pembentukan glikoprotein) dan oleh itu merupakan salah satu yang bertanggungjawab untuk pembentukan derivatif diubahsuai threonine.

Bentuk aktif biologi asid amino ini adalah L-threonine dan inilah yang mengambil bahagian dalam penyesuaian struktur protein dan dalam pelbagai proses metabolik di mana ia bertindak.

ciri-ciri

Sebagai asid amino protein, threonine adalah sebahagian daripada struktur banyak protein di dalamnya, di mana kepentingan dan kekayaannya bergantung pada identiti dan fungsi protein yang menjadi miliknya.

Selain fungsi strukturnya dalam penyesuaian urutan protein peptida, threonine melakukan fungsi lain baik dalam sistem saraf dan di hati, di mana ia mengambil bahagian dalam metabolisme lemak dan mencegah pengumpulannya dalam organ ini.

Threonine adalah sebahagian daripada urutan yang diakui oleh serine / threonine kinases, yang bertanggungjawab untuk banyak proses fosforilasi protein, yang penting untuk pengaturan fungsi yang banyak dan peristiwa isyarat intraselular.

Ia juga digunakan untuk merawat beberapa gangguan usus dan pencernaan dan terbukti bermanfaat dalam mengurangkan keadaan patologi seperti kegelisahan dan kemurungan.

Begitu juga, L-threonine adalah salah satu asid amino yang diperlukan untuk mengekalkan keadaan sel stem embrionik tikus, fakta yang nampaknya berkaitan dengan metabolisme S-adenosil-metionin dan peristiwa metilasi histon. , yang terlibat secara langsung dalam ekspresi gen.

Dalam industri

Ciri khas bagi banyak asid amino adalah keupayaan mereka untuk bertindak balas dengan kumpulan kimia lain seperti aldehid atau keton untuk membentuk ciri "perisa" sebilangan besar sebatian.

Di antara asid amino ini adalah threonine, yang, seperti serin, bertindak balas dengan sukrosa semasa memanggang makanan tertentu dan menimbulkan "pirazin", sebatian aromatik khas dari produk panggang seperti kopi.

Threonine terdapat dalam banyak ubat asal semula jadi dan juga dalam banyak formulasi suplemen pemakanan yang diresepkan kepada pesakit dengan kekurangan zat makanan atau yang mempunyai diet kekurangan asam amino ini.

Fungsi L-threonine yang paling terkenal, yang telah berkembang dari masa ke masa, adalah fungsi tambahan dalam penyediaan makanan pekat untuk industri pengeluaran babi dan unggas.

L-threonine digunakan dalam industri ini sebagai makanan tambahan dalam formulasi yang buruk dari sudut protein, kerana ia memberikan kelebihan ekonomi dan mengurangkan kekurangan protein mentah yang dimakan oleh haiwan ternakan ini.

Bentuk utama pengeluaran asid amino ini, biasanya, oleh fermentasi mikroba dan angka pengeluaran dunia untuk tujuan pertanian untuk tahun 2009 melebihi 75 tan.

Biosintesis

Threonine adalah salah satu daripada sembilan asid amino penting untuk manusia, yang bermaksud bahawa ia tidak dapat disintesis oleh sel-sel tubuh dan, oleh itu, ia mesti diperolehi dari protein asal haiwan atau sayur-sayuran yang dibekalkan dengannya. diet harian.

Tumbuhan, kulat, dan bakteria mensintesis threonine melalui jalur serupa yang mungkin berbeza antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, kebanyakan organisma ini bermula dari aspartat sebagai pendahulu, bukan hanya untuk threonine, tetapi juga untuk methionine dan lisin.

Laluan biosintetik dalam mikrob

Jalur biosintesis L-threonine dalam mikroorganisma seperti bakteria terdiri daripada lima langkah pemangkin enzim yang berbeza. Substrat permulaan, seperti yang dibincangkan, adalah aspartat, yang difosforilasi oleh enzim aspartat kinase yang bergantung pada ATP.

Tindak balas ini menghasilkan metabolit L-aspartil fosfat (L-aspartil-P) yang berfungsi sebagai substrat untuk enzim aspartil semialdehid dehidrogenase, yang menjadi pemangkin penukarannya menjadi aspartil semialdehid dengan cara yang bergantung pada NADPH.

Aspartyl semialdehyde boleh digunakan untuk biosintesis L-lisin dan untuk biosintesis L-threonine; dalam kes ini, molekul digunakan oleh enzim homoserine dehydrogenase yang bergantung pada NADPH untuk pengeluaran L-homoserin.

L-homoserine difosforilasi menjadi L-homoserine fosfat (L-homoserine-P) oleh homoserine kinase yang bergantung pada ATP dan produk tindak balas tersebut, pada gilirannya, adalah substrat untuk enzim threonine synthase, yang mampu mensintesis L-threonine.

L-metionin dapat disintesis dari L-homoserin yang dihasilkan pada langkah sebelumnya, oleh itu ia mewakili jalan "kompetitif" untuk sintesis L-threonine.

L-threonine yang disintesis dengan cara ini dapat digunakan untuk sintesis protein atau juga dapat digunakan di hilir untuk sintesis glisin dan L-leucine, dua asam amino yang juga relevan dari sudut pandang protein.

Peraturan

Penting untuk diperhatikan bahawa tiga daripada lima enzim yang mengambil bahagian dalam biosintesis L-threonine dalam bakteria diatur oleh produk reaksi melalui maklum balas negatif. Ini adalah aspartate kinase, homoserine dehydrogenase, dan homoserine kinase.

Selanjutnya, peraturan laluan biosintetik ini juga bergantung pada keperluan selular dari produk biosintetik lain yang berkaitan dengannya, kerana pembentukan L-lisin, L-metionin, L-isoleusin dan glisin bergantung pada jalur pengeluaran L-threonine.

Kemerosotan

Threonine dapat dikurangkan oleh dua laluan yang berbeza untuk menghasilkan piruvat atau suksinil-CoA. Yang terakhir adalah produk yang paling penting dari katabolisme threonine pada manusia.

Metabolisme threonine berlaku terutamanya di hati, tetapi pankreas, walaupun pada tahap yang lebih rendah, juga mengambil bahagian dalam proses ini. Laluan ini bermula dengan pengangkutan asid amino melintasi membran plasma hepatosit dengan menggunakan alat pengangkutan tertentu.

Pengeluaran piruvat dari threonine

Penukaran threonine menjadi piruvat berlaku berkat transformasinya menjadi glisin, yang berlaku dalam dua langkah pemangkin yang dimulai dengan pembentukan 2-amino-3-ketobutyrate dari threonine dan oleh tindakan enzim threonine dehydrogenase.

Pada manusia, laluan ini hanya mewakili antara 10 dan 30% katabolisme threonine, namun, kepentingannya relatif terhadap organisma yang dipertimbangkan kerana, pada mamalia lain, misalnya, jauh lebih relevan dengan katabolik bercakap.

Pengeluaran succinyl-CoA dari threonine

Seperti methionine, valine dan isoleucine, atom karbon threonine juga digunakan untuk pengeluaran succunyl-CoA. Proses ini bermula dengan penukaran asid amino menjadi α-ketobutyrate, yang kemudian digunakan sebagai substrat untuk enzim α-keto asid dehidrogenase untuk menghasilkan propionil-CoA.

Transformasi threonine menjadi α-ketobutyrate dikatalisis oleh enzim threonine dehydratase, yang melibatkan kehilangan satu molekul air (H2O) dan satu lagi ion amonium (NH4 +).

Propionyl-CoA karboksilasi menjadi metilmalonyl-CoA melalui tindak balas dua langkah yang memerlukan kemasukan atom karbon dalam bentuk bikarbonat (HCO3-). Produk ini berfungsi sebagai substrat untuk methylmalonyl-CoA mutase-coenzyme B12 yang bergantung, yang "meniru" molekul untuk menghasilkan suksinil-CoA.

Produk katabolik lain

Selain itu, rangka karbon threonine dapat digunakan secara katabolik untuk penghasilan asetil-CoA, yang juga mempunyai implikasi penting dari sudut tenaga dalam sel-sel badan.

Dalam organisma tertentu, threonine juga berfungsi sebagai substrat untuk beberapa jalur biosintetik seperti isoleucine, misalnya. Dalam kes ini, melalui 5 langkah pemangkinan, α-ketobutyrate yang berasal dari katabolisme threonine dapat diarahkan ke arah pembentukan isoleucine.

Makanan kaya dengan threonine

Walaupun kebanyakan makanan kaya protein mengandungi peratusan tertentu dari semua asam amino, telur, susu, kacang soya, dan gelatin didapati sangat kaya dengan asam amino threonine.

Threonine juga terdapat dalam daging binatang seperti ayam, daging babi, arnab, domba, dan pelbagai jenis unggas. Dalam makanan yang berasal dari tumbuhan, banyak terdapat pada kubis, bawang, bawang putih, chard dan aubergin.

Ia juga terdapat dalam beras, jagung, dedak gandum, biji-bijian kacang, dan dalam banyak buah seperti strawberi, pisang, anggur, nanas, plum, dan kacang kaya protein lain seperti walnut atau pistachio, antara lain.

Kebaikan pengambilannya

Menurut jawatankuasa pakar Pertubuhan Kesihatan Makanan dan Pertanian Dunia (WHO, FAO), keperluan harian threonine untuk manusia dewasa rata-rata adalah sekitar 7 mg per kilogram berat badan, yang seharusnya diperoleh daripada makanan yang dimakan dengan diet.

Angka-angka ini berasal dari data eksperimen yang diperoleh dari kajian yang dilakukan dengan lelaki dan wanita, di mana jumlah threonine ini cukup untuk mencapai keseimbangan nitrogen positif dalam sel-sel badan.

Walau bagaimanapun, kajian yang dilakukan dengan kanak-kanak berumur antara 6 bulan dan satu tahun menunjukkan bahawa untuk keperluan minimum L-threonine adalah antara 50 dan 60 mg per kilogram berat badan setiap hari.

Antara faedah utama pengambilan makanan tambahan atau ubat dengan formulasi khas yang kaya dengan L-threonine adalah rawatan sklerosis lateral amyotrophic atau penyakit Lou Gehrig.

Bekalan tambahan threonine menyokong penyerapan nutrien dalam usus dan juga menyumbang kepada peningkatan fungsi hati. Ia juga penting untuk pengangkutan kumpulan fosfat melalui sel.

Gangguan kekurangan

Pada kanak-kanak kecil terdapat cacat bawaan dalam metabolisme threonine yang menyebabkan kelambatan pertumbuhan dan gangguan metabolik lain.

Kekurangan dalam asid amino ini telah dikaitkan dengan beberapa kegagalan dalam kenaikan berat badan bayi, selain patologi lain yang berkaitan dengan kekurangan pengekalan nitrogen dan kehilangannya dalam air kencing.

Manusia yang menjalani diet rendah threonine mungkin lebih terdedah kepada hati berlemak dan beberapa jangkitan usus yang berkaitan dengan asid amino ini.

Rujukan

1. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Asid Amino dan Peptida. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Borgonha, S., Regan, MM, Oh, SH, Condon, M., & Young, VR (2002). Keperluan Threonine bagi orang dewasa yang sihat, diperoleh dengan teknik keseimbangan asid amino penunjuk 24 jam. Jurnal Pemakanan Klinikal Amerika, 75 (4), 698–704.
3. Bradford, H. (1931). Sejarah Penemuan Asid Amino. II. Kajian Asid Amino yang Diterangkan Sejak 1931 sebagai Komponen Protein Asli. Kemajuan dalam Protein Chemistry, 81–171.
4. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Asid Amino Asid Amino. Dalam Ulasan Lippincott's Illustrated: Biokimia (edisi ke-3, hlm. 1–12). Lippincott.
5. De Lange, CFM, Gillis, AM, & Simpson, GJ (2001). Pengaruh pengambilan threonine pada pemendapan protein seluruh badan dan penggunaan threonine pada babi yang sedang tumbuh yang diberi makanan yang dimurnikan. Jurnal Sains Haiwan, 79, 3087–3095.
6. Edelman, A., Blumenthal, D., & Krebs, E. (1987). Protein Serine / Threonine Kinases. Annu. Rev., 56, 567–613.
7. Edsall, J. (1960). Asid Amino, Protein dan Biokimia Kanser (Jilid 241). London: Academic Press, Inc.
8. House, JD, Hall, BN, & Brosnan, JT (2001). Metabolisme threonine pada hepatosit tikus terpencil. Jurnal Fisiologi Amerika - Endokrinologi dan Metabolisme, 281, 1300-1307.
9. Hudson, B. (1992). Biokimia protein makanan. Springer-Science + Media Perniagaan, BV
10. Kaplan, M., & Flavin, M. (1965). Biosintesis Threonine. Di Laluan di Kulat dan Bakteria dan Mekanisme Reaksi Isomerisasi. Jurnal Kimia Biologi, 240 (10), 3928–3933.
11. Kidd, M., & Kerr, B. (1996). L-Threonine untuk Unggas: Kajian. Applied Poultry Science, Inc., 358-367.
12. Pratt, E., Snyderman, S., Cheung, M., Norton, P., & Holt, E. (1954). Keperluan Threonine pada bayi normal. Jurnal Pemakanan, 10 (56), 231–251.
13. Rigo, J., & Senterre, J. (1980). Pengambilan Threonine yang optimum untuk Bayi Preterm yang diberi makan dengan Pemakanan Mulut atau Parenteral. Jurnal Pemakanan Parenteral dan Enteral, 4 (1), 15-17.
14. Shyh-Chang, N., Locasale, JW, Lyssiotis, CA, Zheng, Y., Teo, RY, Ratanasirintrawoot, S.,… Cantley, LC (2013). Pengaruh Metabolisme Threonine pada S-adenosylmethionine dan Histone Methylation. Sains, 339, 222–226.
15. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Sejarah penemuan asid amino. Ulasan Kimia, 9 (2), 169-318.
16. Web MD. (nd). Diakses pada 10 September 2019, dari www.webmd.com/vitamins/ai/ingredientmono-1083/threonine
17. Wormser, EH, & Pardee, AB (1958). Peraturan biosintesis threonine di Escherichia coli. Arkib Biokimia dan Biofizik, 78 (2), 416-432.
18. Xunyan, X., Quinn, P., & Xiaoyuan, X. (2012). Gerbang Penyelidikan. Diakses pada 10 September 2019, dari www.researchgate.net/figure/The-biosynthesis-pathway-of-L-threonine-The-pathway-consists-of-fi-ve-enzymatic-steps_fig1_232320671