SERINĂ: CARACTERISTICI, FUNCȚII, METABOLISM, ALIMENTE - BIOLOGIE - 2025

Serină este unul din 22 de aminoacizi de bază, deși acest lucru nu este clasificat ca un aminoacid esențial pentru oameni și alte animale, deoarece este sintetizat de către organismul uman.

Conform nomenclaturii cu trei litere, serina este descrisă în literatura de specialitate drept Ser (S în codul unei litere unice). Acest aminoacid participă la un număr mare de căi metabolice și are caracteristici polare, dar nu are nicio încărcare la pH neutru.

Reprezentarea structurii aminoacizilor Serine (Sursa: Paginazero la it.wikipedia prin Wikimedia Commons)

Multe enzime importante pentru celule au concentrații abundente de reziduuri de serină în siturile lor active, motiv pentru care acest aminoacid are implicații fiziologice și metabolice multiple.

Serina, printre multe dintre funcțiile sale, participă ca precursor și moleculă de eșafod la biosinteza altor aminoacizi, cum ar fi glicina și cisteina și face parte din structura sfingolipidelor prezente în membranele celulare.

Viteza de sinteză a serinei variază în fiecare organ și, în plus, se schimbă în funcție de stadiul de dezvoltare în care se află individul.

Oamenii de știință au propus ca concentrațiile de L-serină în țesutul creierului să crească odată cu vârsta, deoarece permeabilitatea barierei sânge-creier scade în creierul adult, ceea ce poate provoca afecțiuni cerebrale severe.

L-serina este cunoscută a fi vitală pentru biosinteza neurotransmițătorilor, fosfolipidelor și a altor macromolecule complexe, deoarece oferă precursorii acestor multiple căi metabolice.

Diverse studii au arătat că furnizarea de suplimente sau concentrate de L-serină la anumite tipuri de pacienți îmbunătățește homeostazia cu glucoză, funcția mitocondrială și reduce moartea neuronală.

Caracteristici și structură

Toți aminoacizii au ca structură de bază o grupare carboxil și o grupare amino legată de același atom de carbon; Cu toate acestea, acestea diferă unele de altele prin lanțurile lor laterale, cunoscute sub numele de grupe R, care pot varia ca mărime, structură și chiar în sarcina electrică.

Serina conține trei atomi de carbon: un carbon central atașat, pe de o parte, la o grupare carboxil (COOH) și, pe de altă parte, la o grupă amino (NH3 +). Celelalte două legături ale carbonului central sunt ocupate de un atom de hidrogen și de o grupare CH2OH (grupa R), caracteristică serinei.

Carbonul central la care sunt atașate grupările amino și carboxil ale aminoacizilor este cunoscut sub numele de α-carbon. Ceilalți atomi de carbon din grupele R sunt desemnați cu literele alfabetului grec.

În cazul serinei, de exemplu, singurul atom de carbon din grupa sa R, care este atașat la grupa OH, este cunoscut sub numele de γ-carbon.

Clasificare

Serina este clasificată în grupul de aminoacizi polari neîncărcați. Membrii acestui grup sunt aminoacizi solubili în apă, adică sunt compuși hidrofili. În serină și treonină, hidrofilicitatea se datorează capacității lor de a forma legături de hidrogen cu apa prin grupările hidroxil (OH).

În grupul aminoacizilor polari neîncărcați, cisteina, asparagina și glutamina sunt de asemenea grupate. Toate acestea au o grupare polară în lanțul lor R, cu toate acestea, acest grup nu este ionizabil și la pH-ul apropiat de neutru își anulează sarcinile, producând un compus sub formă de „zwitterion”.

Stereochimie

Asimetria generală a aminoacizilor face ca stereochimia acestor compuși să fie de o importanță vitală pe căile metabolice la care participă. În cazul serinei, aceasta poate fi găsită sub formă de D- sau L-serină, aceasta din urmă fiind sintetizată exclusiv de celulele sistemului nervos cunoscute sub numele de astrocite.

Carbunii α ai aminoacizilor sunt carboni chirali, deoarece au atașați patru substituenți diferiți, ceea ce generează că există cel puțin doi stereoizomeri care se disting pentru fiecare aminoacid.

Un stereoizomer este o imagine în oglindă a unei molecule, adică una nu poate fi suprapusă pe cealaltă. Acestea sunt notate cu litera D sau L, deoarece în mod experimental soluțiile acestor aminoacizi rotesc planul luminii polarizate în direcții opuse.

L-serină care este sintetizată în celulele sistemului nervos servește ca substrat pentru a sintetiza glicină sau D-serină. D-serina este unul dintre cele mai importante elemente pentru schimbul de vezicule între neuroni, care este motivul pentru care unii autori propun că ambele izoforme ale serinei sunt, de fapt, aminoacizi esențiali pentru neuroni.

Caracteristici

Grupul OH de serină din lanțul său R îl face un bun nucleofil, deci este esențial pentru activitatea multor enzime cu serine în situsurile lor active. Serina este unul dintre substraturile necesare pentru sinteza nucleotidelor NADPH și glutationului.

L-serina este esențială pentru dezvoltarea și funcționarea corectă a sistemului nervos central. Studiile au arătat că livrarea exogenă de L-serină în doze mici la neuronii hipocampali și la celulele Purkinje in vitro îmbunătățește supraviețuirea lor.

Diverse studii asupra celulelor canceroase și a limfocitelor au descoperit că unitățile de carbon dependente de serină sunt necesare pentru producerea excesivă de nucleotide, precum și pentru proliferarea ulterioară a celulelor canceroase.

Selenocisteina este unul dintre cei 22 de aminoacizi de bază și este obținută doar ca un derivat al serinei. Acest aminoacid a fost observat doar la unele proteine, conține seleniu în loc de sulf legat la cisteină și este sintetizat pornind de la o serină esterificată.

biosinteza

Serina este un aminoacid neesențial, deoarece este sintetizată de corpul uman. Cu toate acestea, poate fi asimilat din dieta diferitelor surse, cum ar fi proteinele și fosfolipidele, în principal.

Serina este sintetizată în forma sa L prin conversia unei molecule de glicină, o reacție mediată de o enzimă hidroximetil-transferază.

Se știe că principalul situs al sintezei L-serinei este în astrocite și nu în neuroni. În aceste celule, sinteza are loc printr-o cale de fosforilare în care participă 3-fosfoglicratul, un intermediar glicolitic.

Trei enzime acționează pe această cale: 3-fosfoglicerare dehidrogenază, fosfoserină-transferază și fosfoserină-fosfatază.

Alte organe importante când vine vorba de sinteza serinei sunt ficatul, rinichii, testiculele și splina. Enzimele care sintetizează serina pe alte căi decât fosforilarea se găsesc numai la ficat și rinichi.

Una dintre primele căi de sinteză cunoscute ale serinei a fost calea catabolică implicată în gluconeogeneză, unde L-serină este obținută ca metabolit secundar. Cu toate acestea, contribuția acestei rute la producția de serină corporală este redusă.

Metabolism

În prezent, se știe că serina poate fi obținută din metabolismul carbohidraților din ficat, unde sunt produse acidul D-gliceric, acidul 3-fosfogliceric și acidul 3-fosfohidroxipruvic. Datorită unui proces de transaminare între acidul 3-hidroxipruvvic și alanina, se produce serină.

Experimentele efectuate cu șobolani care marchează radioactiv carbonul 4 al glucozei, au ajuns la concluzia că acest carbon este încorporat în mod eficient în scheletele de carbon ale serinei, ceea ce sugerează că respectivul aminoacid are un precursor cu trei carbon, probabil din piruvat.

În bacterii, enzima L-serină-deaminază este principala enzimă responsabilă de metabolizarea serinei: transformă L-serină în piruvat. Această enzimă este cunoscută a fi prezentă și activă în culturile de E. coli cultivate în medii minime cu glucoză.

Nu se știe cu siguranță care este funcția reală a L-serinei-deaminazei în aceste microorganisme, deoarece expresia sa este indusă de efectori mutaționali care afectează ADN-ul prin radiații ultraviolete, prin prezența acidului nalidixic, mitomicină și altele. din care rezultă că trebuie să aibă implicații fiziologice importante.

Alimente bogate în serină

Toate alimentele cu concentrații mari de proteine ​​sunt bogate în serină, în principal ouă, carne și pește. Totuși, acesta este un aminoacid neesențial, deci nu este strict necesar să îl ingeți, deoarece organismul este capabil să-l sintetizeze singur.

Unele persoane suferă de o afecțiune rară, deoarece au un fenotip cu deficiență în ceea ce privește mecanismele de sinteză ale serinei și ale glicinei, prin urmare, trebuie să ingere suplimente alimentare concentrate pentru ambii aminoacizi.

În plus, mărcile comerciale specializate în vânzarea suplimentelor de vitamine (Lamberts, Now Sport și HoloMega) oferă concentrații de fosfatidilserină și L-serină pentru a crește producția de masă musculară la sportivii și halterele extrem de competitive.

Boli conexe

Defecțiunea enzimelor implicate în biosinteza serinei poate provoca patologii grave. Prin scăderea concentrației de serină în plasma sanguină și lichidul cefalorahidian, poate provoca hipertonie, retard psihomotor, microcefalie, epilepsie și tulburări complexe ale sistemului nervos central.

În prezent s-a descoperit că deficiența de serină este implicată în dezvoltarea diabetului zaharat, deoarece L-serină este necesară pentru sinteza insulinei și a receptorilor acesteia.

Bebelușii cu defecte în biosinteza serinei sunt anormali din punct de vedere neurologic la naștere, au retard de creștere intrauterină, microcefalie congenitală, cataractă, convulsii și întârziere neurodezvoltată severă.

Referințe

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, parlamentar, Martin, parlamentar și Sandford, SA (2007). Mecanisme de formare de aminoacizi în analogi de gheață interstelară. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Encefalopatii metabolice perinatale. În Neurologia pediatrică a lui Swaiman (pp. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … și Snyder, SH (2000). D-serina este un ligand endogen pentru situsul glicinei al receptorului N-metil-D-aspartat. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V., … și Chandel, NS (2019). Metabolismul serin acceptă producția de macrofag IL-1β. Metabolizarea celulară, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Sinteza L-serinei în sistemul nervos central: o revizuire a tulburărilor de deficiență de serină. Genetică moleculară și metabolism, 99 (3), 256-262.