IZOLEICĪNS: ĪPAŠĪBAS, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE, PĀRTIKA - BIOLOĢIJA - 2025

Izoleicīns (Ile, I) ir viens no 22 dabīgās aminoskābes, kas ir daļa no proteīniem. Tā kā cilvēka ķermenis, tāpat kā dažu citu zīdītāju ķermenis, to nespēj sintezēt, izoleicīns ir starp 9 neaizvietojamām aminoskābēm, kuras jāiegūst no uztura.

Pirmo reizi šo aminoskābi 1903. gadā no biešu vai biešu melases slāpekļa sastāvdaļām izdalīja zinātnieks F. Ehrlics. Vēlāk tas pats autors izoleicīnu atdalīja no fibrīna un citu olbaltumvielu sadalīšanās produktiem.

Aminoskābes izoleicīna ķīmiskā struktūra (Avots: Clavecin caur Wikimedia Commons)

Tā ir nepolāra aminoskābe, kas atrodas lielā daļā dzīvo organismu šūnu olbaltumvielu, turklāt tā ir daļa no sazarotās ķēdes aminoskābēm BCAA (no angļu valodas B ranched C hain A mino A cids), kopā ar leicīnu un valīns.

Tai ir funkcijas daudzu olbaltumvielu terciārās struktūras noteikšanā, un turklāt tā piedalās dažādu metabolisma prekursoru veidošanā, kas saistīti ar šūnu enerģijas metabolismu.

raksturojums

Izoleicīnu klasificē nepolāro aminoskābju grupā ar R grupām vai alifātiska rakstura ķēdēm, tas ir, ar hidrofobām ogļūdeņražu ķēdēm.

Sakarā ar šo īpašību, šīs grupas aminoskābes, piemēram, alanīns, valīns un leicīns, mēdz palikt tuvu viena otrai, kas veicina hidrofobu mijiedarbības stabilizāciju olbaltumvielās, kurās tie ietilpst.

Šī nepolārā aminoskābe sver aptuveni 131 g / mol un atrodas olbaltumvielās proporcijā, kas ir tuvu 6%, bieži "aprakta" to centrā (pateicoties tās hidrofobiskajām īpašībām).

Uzbūve

Izoleicīns ir α-aminoskābe, kurai, tāpat kā citām aminoskābēm, ir centrālais oglekļa atoms, ko sauc par α oglekli (kas ir hirāls) un kurai ir pievienotas četras dažādas grupas: ūdeņraža atoms, aminogrupa (-NH2), karboksilgrupa (-COOH) un sānu ķēde vai R grupa.

Izoleicīna R grupa sastāv no viena sazarota ogļūdeņraža ar 4 oglekļa atomiem (-CH3-CH2-CH (CH3)), kura ķēdē ir arī hirāls oglekļa atoms.

Pateicoties šai īpašībai, izoleicīnam ir četras iespējamās formas: divi no tiem ir optiskie izomēri, kas pazīstami kā L-izoleicīns un D-izoleicīns, un pārējie divi ir L-izoleicīna diastereoizomēri. Olbaltumvielās dominējošā forma ir L-izoleicīns.

Izoleicīna molekulārā formula ir C6H13NO2, un tā ķīmiskais nosaukums ir α-amino-β-metil-β-etilpropionskābe vai 2-amino-3-metilpentatonskābe.

Iespējas

Izoleicīnam ir vairākas fizioloģiskas funkcijas dzīvniekiem, ieskaitot

- Brūču dziedēšana

- Slāpekļa atkritumu detoksikācija

- imūnās funkcijas un

- dažādu hormonu sekrēcijas veicināšana.

To uzskata par glikogēna aminoskābi, jo tā kalpo kā priekšgājēja molekula citronskābes cikla (Krebsa cikla) ​​starpproduktu sintēzei, kas vēlāk veicina glikozes veidošanos aknās.

Šī iemesla dēļ tiek uzskatīts, ka izoleicīns piedalās glikozes līmeņa regulēšanā plazmā, kam ir svarīga ietekme uz ķermeņa enerģētisko aspektu.

Izoleicīns veicina glutamīna un alanīna sintēzi, sekmējot līdzsvaru starp sazarotās ķēdes aminoskābēm.

Klīniskajā situācijā daži autori norāda, ka izoleicīna, leicīna, tirozīna un valīna koncentrācijas palielināšanās var būt raksturīgi audzēju skarto šūnu marķieri, kam seko glutamīna līmeņa paaugstināšanās.

Citas funkcijas

Dažādi zinātniskie pētījumi ir parādījuši, ka izoleicīns ir nepieciešams hemoglobīna - olbaltumvielu, kas ir atbildīga par skābekļa pārvadāšanu daudzu dzīvnieku asinīs, sintēzei.

Turklāt šī aminoskābe aktivizē barības vielu iekļūšanu šūnās; Daži pētījumi atklāj, ka ilgstoša badošanās laikā tas var aizstāt glikozi kā enerģijas avotu, un turklāt tā ir ketogēna aminoskābe.

Ketogēnās aminoskābes ir tās, kuru oglekļa skeletus var uzglabāt kā taukskābes vai ogļhidrātus, tādējādi tās darbojas enerģijas rezervē.

Izoleicīns un citas sazarotās ķēdes aminoskābes (papildus augšanas faktoriem un apkārtējās vides apstākļiem) darbojas pie Rapamicīna mērķa signāla ceļa, mTOR (R apamicīna mehanistiskais T mērķis), aktivizēšanas.

Šis ceļš ir svarīgs signalizācijas ceļš eikariotos, kas spēj kontrolēt šūnu augšanu un metabolismu, kā arī olbaltumvielu sintēzi un autofagijas notikumus. Turklāt tas kontrolē novecošanās progresu un dažas patoloģijas, piemēram, vēzi vai diabētu.

Biosintēze

Cilvēki un citi dzīvnieki nespēj sintezēt izoleicīnu, bet šī ir daļa no šūnu olbaltumvielām, pateicoties tā iegūšanai no pārtikas, kuru mēs katru dienu patērējam.

Augi, sēnītes un lielākā daļa mikroorganismu spēj sintezēt šo aminoskābi no nedaudz sarežģītiem ceļiem, kas parasti ir savstarpēji saistīti ar citu aminoskābju aminoskābēm, kuras arī uzskata par būtiskām cilvēkam.

Piemēram, ir ceļi izoleicīna, lizīna, metionīna un treonīna ražošanai no aspartāta.

Konkrēti baktērijās izoleicīns tiek ražots no treonīna aminoskābes caur piruvātu caur ceļu, kas paredz 2 piruvāta oglekļa kondensāciju ar α-ketobutirāta molekulu, kas iegūta no treonīna.

Reakcija sākas ar fermenta treonīna dehidrāzes darbību, kas katalizē treonīna dehidratāciju, iegūstot α-ketobutirātu un amoniju (NH3). Pēc tam tie paši fermenti, kas piedalās valīna biosintēzē, veicina

- Transaminācija

- atbilstošo keto skābju un oksidatīvā dekarboksilēšana

- dehidrogenēšana.

Šāda veida mikroorganismos tādu aminoskābju kā lizīna, metionīna, treonīna un izoleicīna sintēze ir ļoti koordinēta un regulēta, īpaši ar negatīvu atgriezenisko saiti, ja reakciju produkti kavē iesaistīto enzīmu darbību.

Neskatoties uz to, ka izoleicīns, tāpat kā leicīns un valīns, ir cilvēka neaizstājamās aminoskābes, ķermeņa audos esošie aminotransferāžu enzīmi var atgriezeniski savstarpēji tos pārveidot par atbilstošajām-keto skābēm, kas galu galā var tās aizstāt diētu.

Degradācija

Tāpat kā daudzas no dabā zināmajām aminoskābēm, izoleicīnu var sadalīt, veidojot dažādu metabolisma ceļu starpniekus, no kuriem izceļas Krebsa cikls (kas nodrošina vislielāko daudzumu koenzīmu, kas darbojas enerģijas ražošanā vai citu savienojumu biosintēzei).

Izoleicīnu, triptofānu, lizīnu, fenilalanīnu, tirozīnu, treonīnu un leicīnu visi var izmantot, lai iegūtu acetil-CoA - galveno metabolisko starpposmu daudzu šūnu reakcijām.

Atšķirībā no citām aminoskābēm, sazarotās ķēdes aminoskābes (leicīns, izoleicīns un valīns) netiek sadalītas aknās, bet tiek oksidētas kā degviela muskuļos, smadzenēs, nierēs un taukaudos.

Šie orgāni un audi var izmantot šīs aminoskābes, pateicoties aminotransferāzes enzīma klātbūtnei, kas spēj darboties visiem trim un ražot to atbilstošās-keto aminoskābes.

Kad šie oksidētie aminoskābju atvasinājumi ir ražoti, α-keto skābes dehidrogenāzes enzīmu komplekss katalizē to oksidējošo dekarboksilāciju, kur tā izdala oglekļa dioksīda (CO2) molekulu un iegūst attiecīgo aminoskābju acil-CoA atvasinājumu.

Patoloģijas, kas saistītas ar izoleicīna metabolismu

Izoleicīna un citu aminoskābju metabolisma defekti var izraisīt dažādas dīvainas un sarežģītas patoloģijas, piemēram, piemēram, slimību “Kļavu sīrupa urīns” (urīns ar kļavu sīrupa smaržu) vai sazarotu ķēžu ketoacidūriju.

Kā norāda tās nosaukums, šai slimībai ir raksturīgs atšķirīgs aromāts to pacientu urīnā, kas cieš no tā, kā arī vemšana, krampji, garīga atpalicība un priekšlaicīga nāve.

Jo īpaši tas ir saistīts ar kļūdām fermentu kompleksa α-ketoacid dehidrogenāzē, ar kuru sazarotās ķēdes aminoskābes, piemēram, izoleicīns un tā oksidētie atvasinājumi, izdalās ar urīnu.

Kopumā patoloģijas, kas saistītas ar sazarotu ķēžu aminoskābju, piemēram, izoleicīna, katabolismu, ir zināmas kā organiskās acidurias, lai gan tās, kas ir tieši saistītas ar šo aminoskābi, ir diezgan reti.

Pārtika, kas bagāta ar izoleicīnu

Šī aminoskābe ir bagātīga dzīvnieku muskuļaudos, tāpēc dzīvnieku izcelsmes gaļa, piemēram, liellopu gaļa, cūkgaļa, zivis un citi līdzīgi produkti, piemēram, jēra, vistas, tītara, brieža gaļa, cita starpā , ir bagāti ar to.

Tas ir atrodams arī piena produktos un to atvasinājumos, piemēram, sierā. Tas ir olās, kā arī dažāda veida sēklās un riekstos kā būtiska olbaltumvielu sastāvdaļa, kas tos veido.

Tas ir bagātīgs sojas pupās un zirņos, kā arī rauga ekstraktos, ko izmanto dažādiem pārtikas nolūkiem.

Izoleicīna līmenis plazmā pieaugušam cilvēkam ir no 30 līdz 108 μmol / l, bērniem un jauniešiem no 2 līdz 18 gadiem tas ir no 22 līdz 107 μmol / l, bet zīdaiņiem no 0 līdz 2 gadiem tie ir aptuveni no 26 līdz 86 μmol / l.

Šie dati liecina, ka daudzu organisma fizioloģisko funkciju uzturēšanai ir nepieciešams lietot pārtiku, kas bagāta ar šo un citām saistītām aminoskābēm, jo ​​cilvēki nespēj to sintezēt no novo.

Ieguvumi no tā uzņemšanas

Izoleicīna uztura bagātinātāji parasti satur citas būtiskas sazarotās ķēdes aminoskābes, piemēram, valīnu vai leicīnu vai citas.

Starp visizplatītākajiem izoleicīna patēriņa piemēriem ir uztura bagātinātāji, kurus sportisti lieto, lai palielinātu muskuļu masas vai olbaltumvielu sintēzes procentus. Tomēr par zinātnisko bāzi, uz kuras balstīta šī prakse, tiek nepārtraukti diskutēts, un to rezultāti nav pilnībā garantēti.

Izoleicīnu tomēr izmanto, lai neitralizētu vitamīnu trūkuma (pellagra) metabolisma efektus, kas raksturīgi pacientiem, kuriem ir diētas ar sorgo un kukurūzu, kas ir pārtikas produkti ar augstu leicīna līmeni un kas var ietekmēt triptofāna un nikotīnskābes daudzums cilvēkiem.

Piemēram, pellagra iedarbība uz eksperimentālām žurkām ir saistīta ar augšanas kavēšanos, kas tiek novērsta, papildinot izoleicīnu.

- Lopkopības nozarē

Dzīvnieku audzēšanas jomā tādas aminoskābes kā lizīns, treonīns, metionīns un izoleicīns ir izmantotas izmēģinājuma testos, lai pabarotu cūkas, kuras audzē kontrolētos apstākļos.

It īpaši izoleicīnam, iespējams, ir ietekme uz slāpekļa asimilāciju, kaut arī tas neveicina šo lauksaimniecības dzīvnieku svara pieaugumu.

- Dažos klīniskos apstākļos

Dažas publikācijas norāda, ka izoleicīns spēj pazemināt glikozes līmeni plazmā, tāpēc tā lietošana ir ieteicama pacientiem, kuri cieš no tādiem traucējumiem kā diabēts vai zems insulīna ražošanas līmenis.

Vīrusu infekcijas

Izoleicīna piedevas ir izrādījušās noderīgas pacientiem, kas inficēti ar rotavīrusu, kas maziem bērniem un citiem jauniem dzīvniekiem izraisa tādas slimības kā gastroenterīts un caureja.

Jaunākie pētījumi secina, ka šīs aminoskābes patēriņš izmēģinājumu dzīvniekiem ar iepriekšminētajām īpašībām (inficētiem ar rotavīrusu) palīdz iedzimtas imūnsistēmas augšanā un darbībā, pateicoties PRR signālu ceļu vai receptoru aktivizēšanai ar atpazīšanu modeļiem.

Trūkuma traucējumi

Izoleicīna deficīts var izraisīt redzes, ādas (piemēram, dermatīta) un zarnu problēmas (acīmredzamas kā caureja un citas kuņģa un zarnu trakta izpausmes).

Tā kā tā ir būtiska aminoskābe hemoglobīna veidošanai un sintēzei, kā arī eritrocītu (asins šūnu) reģenerācijai, nopietniem izoleicīna trūkumiem var būt nopietnas fizioloģiskas sekas, īpaši saistītas ar anēmiju un citām hematoloģiskām slimībām. .

Tas ir eksperimentāli pierādīts "normāliem" grauzējiem, kuriem ir uzlikts slikts uzturs ar šo izoleicīnu, kas beidzas ar nozīmīgu anēmisku stāvokļu attīstību.

Tomēr izoleicīns piedalās hemoglobīna veidošanā tikai zīdaiņiem, jo ​​pieauguša cilvēka olbaltumvielās nav ievērojamu daudzumu šīs aminoskābes; tas nozīmē, ka izoleicīna deficīts visspilgtāk izpaužas agrīnās attīstības stadijās.

Atsauces

1. Aders Plimmers, R. (1908). Olbaltumvielu ķīmiskā konstitūcija. I daļa. Londona, Lielbritānija: Longmans, Grīns un CO.
2. Aders Plimmers, R. (1908). Olbaltumvielu ķīmiskā konstitūcija. II daļa. Londona, Lielbritānija: Longmans, Green un CO.
3. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Aminoskābes un peptīdi. Kembridža: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Ārstu rokasgrāmata metabolisma slimību laboratoriskai diagnostikai (2. red.).
5. Bredfords, H. (1931). Aminoskābju atklāšanas vēsture. II. Pārskats par aminoskābēm, kas kopš 1931. gada aprakstītas kā dabisko olbaltumvielu sastāvdaļas. Jaunumi olbaltumvielu ķīmijā, 81. – 171.
6. Kampos-Ferrāzs, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Leucīna vai sazarotu ķēdes aminoskābju (leicīna, izoleicīna un valīna) maisījuma atšķirīgā iedarbība uz izturību pret nogurumu un muskuļu un aknu glikogēna sadalīšanos apmācītām žurkām. Uzturs, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Aminoskābes Aminoskābes. Lippincott ilustrētajos pārskatos: Bioķīmija (3. izdevums, 1. – 12. Lpp.). Lippincott.
8. Čandrāns, K., un Damodarans, M. (1951). Aminoskābes un olbaltumvielas hemoglobīna veidošanā 2. Izoleicīns. Biochemical Journal, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). Miera upes miežu lizīna, treonīna, metionīna un izoleicīna papildinājums cūku audzēšanai. Suns. J. Anim. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Samazināta izoleicīna koncentrācija plazmā pēc kuņģa-zarnu trakta augšējās asiņošanas cilvēkiem. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Aminoskābes, olbaltumvielas un vēža bioķīmija (241. sēj.) Londona: Academic Press, Inc.
12. Enciklopēdija Britannica. (2012). Saņemts 2019. gada 30. augustā no https://www.britannica.com/science/isoleucine
13. Gelfands, R., Hendlers, R., un Šervins, R. (1979). Diētiskie ogļhidrāti un uzņemto olbaltumvielu metabolisms. Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Pārtikas olbaltumvielu bioķīmija. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Leicīna, izoleicīna un valīna metabolisma traucējumi. N. Blau (Red.), Ārsta rokasgrāmata iedzimtu metabolisma slimību diagnostikai, ārstēšanai un turpmākai uzraudzībai (103. – 141. Lpp.).
16. Kormans, SH (2006). Iedzimtas izoleicīna sadalīšanās kļūdas: pārskats. Molekulārā ģenētika un metabolisms, 89 (4), 289. – 299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Izoleicīna ietekme uz ādu un elektroencefalogramma Pellagrā. Lancet, 1167–1169.
18. Martins, RE, un Kirks, K. (2007). Galvenās barības vielas izoleicīna transportēšana cilvēka eritrocītos, kas inficēti ar malārijas parazītu Plasmodium falciparum. Asinis, 109 (5), 2217–2224.
19. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. PubChem datu bāze. l-izoleicīns, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (pieejams 2019. gada 31. augustā)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., un Gannon, MC (2008). Perorāli ievadīta izoleicīna iedarbība ar glikozi un bez tās uz insulīna, glikagona un glikozes koncentrāciju pacientiem bez diabēta. Eiropas klīniskā uztura un metabolisma e-žurnāls, 3 (4), 152. – 158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF, & Soeters, PB (1989). Vai pastiprināta amonjaka izdalīšanās pēc asiņošanas gremošanas traktā ir pilnīgas izoleicīna neesamības hemoglobīnā sekas? Pētījums ar cūkām. Hepatoloģija, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Aminoskābju atklāšanas vēsture. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Sazarotu ķēžu aminoskābes un muskuļu olbaltumvielu sintēze cilvēkiem: mīts vai realitāte? Starptautiskās sporta uztura biedrības žurnāls, 14. panta 1. punkts, 1. – 7.
24. Wu, G. (2009). Aminoskābes: metabolisms, funkcijas un uzturs. Aminoskābes, 37 (1), 1–17.