LEUCINĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BIOSINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Leucina este unul dintre cei 22 de aminoacizi care formează proteinele din organismele vii. Aceasta aparține unuia dintre cei 9 aminoacizi esențiali care nu sunt sintetizați de organism și trebuie consumate cu alimente ingerate în dietă.

Leucine a fost descrisă pentru prima dată în 1818 de către chimistul și farmacistul francez JL Proust, care l-a numit „oxid de caz”. Ulterior, Erlenmeyer și Kunlin l-au preparat din acidul α-benzoylamido-β-izopropilacrilic, a cărui formulă moleculară este C6H13NO2.

Structura chimică a aminoacidului Leucine (Sursa: Clavecin via Wikimedia Commons)

Leucina a fost cheia în timpul descoperirii direcției de translație a proteinelor, deoarece structura sa hidrofobă a permis biochimistului Howard Dintzis să eticheteze radioactiv hidrogenul de carbon 3 și să observe direcția în care sunt incluși aminoacizii în sinteza peptidică a hemoglobină.

Proteinele cunoscute sub denumirea de „fermoare” de leucină sau „închideri” sunt, împreună cu „degetele de zinc”, cei mai importanți factori de transcripție ai organismelor eucariote. Fermoarele de leucină se caracterizează prin interacțiunile lor hidrofobe cu ADN-ul.

În general, proteinele bogate în leucină sau alcătuite din aminoacizi cu lanț ramificat nu sunt metabolizați în ficat, în schimb, merg direct către mușchii, unde sunt folosiți rapid pentru sinteza proteinelor și pentru producerea de energie.

Leucina este un aminoacid cu lanț ramificat necesar pentru biosinteza proteinelor din lapte și aminoacizilor, care sunt sintetizate în glandele mamare. Cantități mari din acest aminoacid pot fi găsite în formă liberă în laptele matern.

Dintre toți aminoacizii care alcătuiesc proteine, leucina și arginina sunt cele mai abundente și ambele au fost detectate în proteinele tuturor regnurilor care alcătuiesc arborele vieții.

caracteristici

Leucina este cunoscută sub denumirea de aminoacid esențial cu lanț ramificat, împărtășește structura tipică cu ceilalți aminoacizi. Cu toate acestea, se distinge prin faptul că lanțul său lateral sau grupa R au doi carboni legați liniar, iar ultimul este legat la un atom de hidrogen și la două grupări metil.

Aparține grupului de aminoacizi polari neîncărcați, substituenții sau grupările R ai acestor aminoacizi sunt hidrofobe și nepolare. Acești aminoacizi sunt responsabili în principal de interacțiunile hidrofobe intra și inter-proteice și tind să stabilizeze structura proteinelor.

Toți aminoacizii, având un carbon central care este chiral (α carbon), adică are patru substituenți diferiți atașați, pot fi găsiți în două forme diferite în natură; astfel, există D- și L-leucină, acestea din urmă tipice în structurile proteice.

Ambele forme ale fiecărui aminoacid au proprietăți diferite, participă la căi metabolice diferite și pot chiar modifica caracteristicile structurilor din care fac parte.

De exemplu, leucina în formă de L-leucină are un gust ușor amar, în timp ce în forma D-leucină este foarte dulce.

Forma L a oricărui aminoacid este mai ușor să metabolizeze organismul de mamifer. L-leucina este ușor degradată și utilizată pentru construcția și protejarea proteinelor.

Structura

Leucina este formată din 6 atomi de carbon. Carbonul central, comun în toți aminoacizii, este atașat la o grupare carboxil (COOH), o grupare amino (NH2), un atom de hidrogen (H) și o lanț lateral sau o grupare R compusă din 4 atomi de carbon.

Atomii de carbon din aminoacizii pot fi identificați cu litere grecești. Numerotarea începe de la carbonul acidului carboxilic (COOH), în timp ce adnotarea cu alfabetul grec începe de la carbonul central.

Leucina are ca grupă substituent în catena sa R ​​o grupă izobutil sau 2-metilpropil care este produsă prin pierderea unui atom de hidrogen, cu formarea unui radical alchil; Aceste grupuri apar ca ramuri în structura aminoacizilor.

Caracteristici

Leucina este un aminoacid care poate servi ca precursor ketogen pentru alți compuși implicați în ciclul acidului citric. Acest aminoacid reprezintă o sursă importantă pentru sinteza acetil-CoA sau acetoacetil-CoA, care fac parte din căile de formare ale corpurilor cetonice din celulele hepatice.

Leucina este cunoscută a fi esențială pe căile de semnalizare a insulinei, participând la inițierea sintezei proteinelor și prevenind pierderea proteinelor prin degradare.

De obicei, structurile interne ale proteinelor sunt compuse din aminoacizi hidrofobi cum ar fi leucina, valina, izoleucina și metionina. Astfel de structuri sunt, de obicei, conservate pentru enzimele comune printre organismele vii, ca în cazul citocromului C.

Leucina poate activa căile metabolice în celulele glandelor mamare pentru a stimula sinteza lactozei, lipidelor și proteinelor care servesc ca molecule de semnalizare în reglarea homeostazei energetice a tinerilor la mamifere.

Domeniile bogate în leucină sunt o parte esențială a proteinelor specifice care leagă ADN-ul, care sunt în general dimeri structurali în formă suprapusă și sunt cunoscuți ca „proteine ​​cu fermoar leucină”.

Aceste proteine ​​au ca caracteristică distinctivă un model regulat de leucine repetate împreună cu alți aminoacizi hidrofobi care sunt responsabili pentru reglarea legării factorilor de transcripție la ADN și între diferiți factori de transcripție.

Proteinele cu fermoar Leucine pot forma homo- sau heterodimeri care le permit să se lege de regiuni specifice de factori de transcripție pentru a regla împerecherea și interacțiunea lor cu moleculele de ADN pe care le reglează.

biosinteza

Toți aminoacizii cu lanț ramificat, inclusiv leucina, sunt sintetizați în principal în plante și bacterii. La plantele cu flori există o creștere semnificativă a producției de leucină, deoarece este un precursor important pentru toți compușii responsabili de aroma florilor și fructelor.

Unul dintre factorii cărora le este atribuită marea abundență de leucină în diferitele peptide bacteriene este faptul că 6 codoni diferiți ai codului genetic al leucinei (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), același lucru este valabil și pentru arginină.

Leucina este sintetizată în bacterii printr-o cale de cinci etape care folosește ca punct de plecare un acid ceto legat de valină.

Acest proces este reglat alosteric, astfel încât atunci când există un exces de leucină în interiorul celulei, inhibă enzimele care participă la cale și oprește sinteza.

Calea biosintetică

Biosinteza leucinei în bacterii începe cu transformarea unui derivat cetoacid al valinei, 3-metil-2-oxobutanoatului în (2S) -2-izopropilmalat, datorită acțiunii enzimei 2-izopropilmalto-sintază, care folosește acetil-Coa și apă în acest scop.

Malatul (2S) -2-izopropilic pierde o moleculă de apă și este transformat în 2-izopropilmaleat de 3-izopropil malat dehidratază. Ulterior, aceeași enzimă adaugă o altă moleculă de apă și transformă 2-izopropilmaleatul în (2R-3S) -3-izopropilmalat.

Acest ultim compus este supus unei reacții de oxidoreductare care merită participarea unei molecule de NAD +, cu care este produs (2S) -2-izopropil-3-oxosuccinatul, ceea ce este posibil cu participarea enzimei 3- izopropil malat dehidrogenază.

(2S) -2-izopropil-3-oxosuccinatul pierde spontan un atom de carbon sub formă de CO2, generând 4-metil-2-oxopentanoat care, prin acțiunea unei aminoacizi cu catenă ramificată (în special leamină transaminază) și odată cu eliberarea concomitentă de L-glutamat și 2-oxoglutarat, produce L-leucină.

Degradare

Rolul principal al leucinei este să acționeze ca un semnal care spune celulei că există suficiente aminoacizi și energie pentru a începe sinteza proteinelor musculare.

Distrugerea aminoacizilor cu lanț ramificat, cum ar fi leucina, începe cu transaminarea. Aceasta și cele două etape enzimatice ulterioare sunt catalizate de aceleași trei enzime în cazul leucinei, izoleucinei și valinei.

Transaminarea celor trei aminoacizi produce derivații acidului α-ceto ai acestora, care sunt supuși la decarboxilarea oxidativă pentru a produce tioiesteri acil-CoA care sunt α, β-deshidrogenati pentru a produce ioesteruri α-β-nesaturați.

În timpul catabolismului leucinei, tioiul α, β nesaturat acil-CoA este utilizat pentru a produce acetoacetat (acid acetoacetic) și acetil-CoA printr-o cale care implică metabolitul 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA. (HMG-CoA), care este un intermediar în biosinteza colesterolului și a altor izoprenoizi.

Calea catabolică a leucinei

De la formarea tioio-α, β-nesaturată acil-CoA derivată din leucină, căile catabolice pentru acest aminoacid și pentru valină și izoleucină diverg considerabil.

Tioesterul α, β-nesaturat de leucină este prelucrat în aval de trei enzime diferite cunoscute sub numele de (1) 3-metilcrotonil-CoA carboxilază, (2) 3-metilglutaconil-CoA hidratază și (3) 3-hidroxi -3-metilglutaril-CoA liza.

În bacterii, aceste enzime sunt responsabile pentru conversia 3-metilcrotonil-CoA (derivată din leucină) în 3-metilglutaconil-CoA, 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA, respectiv acetoacetat și acetil-CoA.

Leucina disponibilă în sânge este utilizată pentru sinteza proteinelor musculare / miofibrilare (MPS). Aceasta acționează ca un factor de activare în acest proces. De asemenea, interacționează direct cu insulina, influențând furnizarea insulinei.

Alimente bogate în leucine

Consumul de proteine ​​bogate în aminoacizi este esențial pentru fiziologia celulară a organismelor vii, iar leucina nu face excepție printre aminoacizii esențiali.

Proteinele obținute din zer sunt considerate a fi cele mai bogate din resturile de L-leucină. Cu toate acestea, toate alimentele bogate în proteine, precum peștele, puiul, ouăle și carnea roșie furnizează cantități mari de leucină organismului.

Sâmburii de porumb sunt deficienți în aminoacizi lizină și triptofan, au structuri terțiare foarte rigide pentru digestie și au o mică valoare din punct de vedere nutrițional, cu toate acestea, au niveluri ridicate de leucină și izoleucină.

Fructele plantelor leguminoase sunt bogate în aproape toți aminoacizii esențiali: lizină, treonină, izoleucină, leucină, fenilalanină și valină, dar sunt săraci în metionină și cisteină.

Leucina este extrasă, purificată și concentrată în tablete sub formă de suplimente alimentare pentru sportivii de nivel înalt și este comercializată ca medicament. Sursa principală pentru izolarea acestui aminoacid corespunde făinii de soia degresată.

Există un supliment alimentar folosit de sportivi pentru regenerarea mușchiului cunoscut sub numele de BCAA (ramificată cu catenă aminoacizi). Aceasta oferă concentrații mari de aminoacizi cu lanț ramificat: leucină, valină și izoleucină.

Beneficiile aportului său

Alimentele bogate în leucină ajută la controlul obezității și a altor boli metabolice. Mulți nutriționiști subliniază că alimentele bogate în leucină și suplimente alimentare pe bază de acest aminoacid contribuie la reglarea apetitului și a anxietății la adulți.

Toate proteinele bogate în leucină stimulează sinteza proteinelor musculare; S-a demonstrat că o creștere a proporției de leucină ingerată față de ceilalți aminoacizi esențiali poate inversa atenuarea sintezei proteice în musculatura pacienților vârstnici.

Chiar și persoanele cu afecțiuni maculare severe paralizate pot stopa pierderea de masă musculară și de forță cu suplimentarea corectă orală a leucinei, pe lângă aplicarea exercițiilor de rezistență musculară sistemică.

Leucina, valina și izoleucina sunt componente esențiale ale masei care alcătuiește mușchiul scheletului al animalelor vertebrate, astfel încât prezența lor este vitală pentru sinteza proteinelor noi sau pentru repararea celor existente.

Tulburări de deficiență

Deficiențele sau malformațiile complexului enzimatic α-cetoacid dehidrogenază, care este responsabil pentru metabolizarea leucinei, valinei și izoleucinei la om, pot provoca tulburări mentale severe.

Mai mult, există o afecțiune patologică legată de metabolismul acestor aminoacizi cu lanț ramificat, care se numește „boala urinară cu sirop de arțar”.

Până în prezent, nu a fost demonstrată existența efectelor adverse în consumul excesiv de leucină. Cu toate acestea, se recomandă o doză maximă de 550 mg / kg pe zi, deoarece nu au existat studii pe termen lung legate de expunerea excesivă a țesuturilor la acest aminoacid.

Referințe

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Prevenirea sănătății musculare și sarcopeniei: efectul proteinei, leucinei și ß-hidroxi-ß-metilbutiratului. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Chimie alimentară (nr. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Catabolism de aminoacizi cu lanț ramificat în bacterii. Recenzii bacteriologice, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK și Ahern, KG (2002). Biochimie. Pearson Education.
5. Mero, A. (1999). Suplimentare cu leucină și antrenament intensiv. Medicina sportivă, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ed.). (2012). Metabolismul proteinelor mamifere (vol. 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.