IZOLEUCINAS: SAVYBĖS, FUNKCIJOS, BIOSINTEZĖ, MAISTAS - BIOLOGIJA - 2025

Izoleucinas (Ile, I) yra vienas iš 22 gamtinių aminorūgščių kaip dalis baltymų. Žmogaus kūnas, kaip ir kai kurių kitų žinduolių, negali jo sintetinti, izoleucinas yra tarp 9 nepakeičiamų aminorūgščių, kurias reikia gauti iš dietos.

Pirmą kartą šią aminorūgštį 1903 m. Iš azoto turinčių runkelių ar burokėlių melasos išskyrė mokslininkas F. Ehrlichas. Vėliau tas pats autorius išskyrė izoleuciną nuo fibrino ir kitų baltymų skilimo produktų.

Cheminė aminorūgšties izoleucino struktūra (Šaltinis: „Clavecin“ per „Wikimedia Commons“)

Tai nepolinė aminorūgštis, esanti didelėje dalyje ląstelinių gyvų organizmų baltymų, be to, ji yra šakotų grandinių aminorūgščių BCAA (iš angliškų B ranched C hain A mino A cids) grupės, kartu su leucinu ir valinas.

Jis atlieka daugelio baltymų tretinės struktūros nustatymo funkcijas, be to, dalyvauja formuojant įvairius metabolinius pirmtakus, susijusius su ląstelių energijos metabolizmu.

charakteristikos

Izoleucinas klasifikuojamas nepolinių aminorūgščių grupėje su R grupėmis arba alifatinio pobūdžio grandinėmis, tai yra, su hidrofobinėmis angliavandenilių grandinėmis.

Dėl šios savybės šios grupės aminorūgštys, tokios kaip alaninas, valinas ir leucinas, yra linkusios likti arti viena kitos, o tai padeda hidrofobinės sąveikos metu stabilizuoti baltymus, kurių dalis jie yra.

Ši nepolinė aminorūgštis sveria maždaug 131 g / mol ir yra baltymuose maždaug 6%, dažnai „palaidojama“ jų centre (dėl savo hidrofobinių savybių).

Struktūra

Izoleucinas yra α-amino rūgštis, kuri, kaip ir kitos aminorūgštys, turi centrinį anglies atomą, vadinamą α anglimi (kuri yra chiralinė), prie kurios yra prijungtos keturios skirtingos grupės: vandenilio atomas, aminogrupė (-NH2), karboksilo grupė (-COOH) ir šoninė grandinė arba R grupė.

Izoleucino R grupę sudaro vieno šakotojo angliavandenilio, turinčio 4 anglies atomus (-CH3-CH2-CH (CH3)), kurio grandinėje taip pat yra chiralinis anglies atomas.

Dėl šios savybės izoleucinas turi keturias galimas formas: du iš jų yra optiniai izomerai, vadinami L-izoleucinu ir D-izoleucinu, o kiti du yra L-izoleucino diastereoizomerai. Vyraujanti forma baltymuose yra L-izoleucinas.

Izoleucino molekulinė formulė yra C6H13NO2, o jo cheminis pavadinimas yra α-amino-β-metil-β-etilpropiono rūgštis arba 2-amino-3-metilpentatoninė rūgštis.

funkcijos

Izoleucinas turi daugybę fiziologinių funkcijų gyvūnams, įskaitant

- Žaizdų gijimas

- Azoto atliekų detoksikacija

- imuninių funkcijų ir

- Skirtingų hormonų sekrecijos skatinimas.

Tai laikoma gliukogenine amino rūgštimi, nes ji tarnauja kaip pirmtako molekulė citrinų rūgšties ciklo (Krebso ciklo) tarpinių produktų, kurie vėliau prisideda prie gliukozės susidarymo kepenyse, sintezei.

Manoma, kad dėl šios priežasties izoleucinas dalyvauja reguliuojant gliukozės kiekį plazmoje, o tai turi didelę reikšmę kūno energetiniu požiūriu.

Izoleucinas prisideda prie glutamino ir alanino sintezės kelių, palaikydamas pusiausvyrą tarp šakotosios grandinės aminorūgščių.

Klinikinėje situacijoje kai kurie autoriai pabrėžia, kad izoleucino, leucino, tirozino ir valino koncentracijos padidėjimas gali būti būdingi navikų paveiktų ląstelių žymekliai, o paskui padidėjęs glutamino kiekis.

Kitos funkcijos

Įvairūs moksliniai tyrimai parodė, kad izoleucinas yra būtinas hemoglobino, baltymo, atsakingo už deguonies pernešimą daugelio gyvūnų kraujyje, sintezei.

Be to, ši amino rūgštis suaktyvina maistinių medžiagų patekimą į ląsteles; Kai kurie tyrimai atskleidžia, kad ilgai nevalgius ji gali pakeisti gliukozę kaip energijos šaltinį, be to, tai yra ketogeninė amino rūgštis.

Ketogeninės aminorūgštys yra tos, kurių anglies skeletai gali būti kaupiami kaip riebalų rūgštys arba angliavandeniai, taigi jie veikia energijos rezerve.

Izoleucinas ir kitos šakotosios grandinės aminorūgštys (be augimo faktorių ir aplinkos sąlygų) veikia suaktyvinant Rapamicino tikslinį signalizacijos kelią mTOR (m apytikslį R apamicino objektą).

Šis kelias yra svarbus signalinis kelias eukariotuose, gebančiuose kontroliuoti ląstelių augimą ir metabolizmą, taip pat baltymų sintezę ir autofagijos įvykius. Be to, jis kontroliuoja senėjimo progresą ir kai kurias patologijas, tokias kaip vėžys ar diabetas.

Biosintezė

Žmonės ir kiti gyvūnai nesugeba susintetinti izoleucino, tačiau tai yra ląstelių baltymų dalis, nes jie gaunama iš maisto, kurį vartojame kasdien.

Augalai, grybeliai ir dauguma mikroorganizmų sugeba sintetinti šią aminorūgštį keliais sudėtingais būdais, kurie iš esmės yra sujungti su kitomis amino rūgštimis, kurios taip pat laikomos būtinomis žmogui.

Pavyzdžiui, yra būdų, kaip iš aspartato gaminasi izoleucinas, lizinas, metioninas ir treoninas.

Konkrečiai bakterijose izoleucinas gaminamas iš aminorūgšties treonino per piruvatą per kelią, kuris apima 2 piruvatų anglies kondensaciją su α-ketobutirrato molekulėmis, gautomis iš treonino.

Reakcija prasideda fermento treonino dehidratazės, kuris katalizuoja treonino dehidrataciją, kad susidarytų α-ketobutiratas ir amonis (NH3), veikimu. Vėliau tie patys fermentai, kurie dalyvauja valino biosintezėje, prisideda prie

- transaminacija

- Atitinkamų keto rūgščių ir oksidacinis dekarboksilinimas

- Dehidrogenavimas.

Tokio tipo mikroorganizmuose aminorūgščių, tokių kaip lizinas, metioninas, treoninas ir izoleucinas, sintezė yra labai koordinuojama ir reguliuojama, ypač neigiama informacija, kai reakcijų produktai slopina dalyvaujančių fermentų aktyvumą.

Nepaisant to, kad izoleucinas, kaip leucinas ir valinas, yra nepakeičiamos žmogaus amino rūgštys, kūno audiniuose esantys aminotransferazių fermentai gali juos grįžtamai pakeisti į atitinkamas α-keto rūgštis, kurios ilgainiui gali jas pakeisti dieta.

Degradacija

Kaip ir daugelis aminorūgščių, kurios yra žinomos gamtoje, izoleucinas gali būti skaidomas ir sudaryti tarpinius metabolizmo kelius, tarp kurių išsiskiria Krebso ciklas (kuris suteikia didžiausią kiekį kofermentų, veikiančių energijos ar kitų junginių biosintezei).

Izoleucinas, triptofanas, lizinas, fenilalaninas, tirozinas, treoninas ir leucinas gali būti naudojami acetil-CoA - pagrindinės metabolinės tarpinės daugialypių ląstelių reakcijų gamybai.

Skirtingai nuo kitų amino rūgščių, šakotosios grandinės aminorūgštys (leucinas, izoleucinas ir valinas) nėra skaidomos kepenyse, bet yra oksiduojamos kaip kuras raumenyse, smegenyse, inkstuose ir riebaliniame audinyje.

Šie organai ir audiniai gali naudoti šias aminorūgštis dėl aminotransferazės fermento, galinčio veikti visus tris ir gaminti jų atitinkamas α-keto aminorūgštis.

Pagaminus šiuos oksiduotus aminorūgščių darinius, α-keto rūgšties dehidrogenazės fermento kompleksas katalizuoja jų oksidacinį dekarboksilinimą, kai jis išskiria anglies dioksido (CO2) molekulę ir sukuria aptariamų aminorūgščių acil-CoA darinį.

Patologijos, susijusios su izoleucino metabolizmu

Izoleucino ir kitų aminorūgščių metabolizmo sutrikimai gali sukelti įvairias keistas ir sudėtingas patologijas, tokias kaip, pavyzdžiui, liga „Klevų sirupo šlapimas“ (šlapimas su klevų sirupo kvapu) arba šakotosios grandinės ketoacidurija.

Kaip rodo jos pavadinimas, šiai ligai būdingas ypatingas nuo jos kenčiančių pacientų šlapimo kvapas, taip pat vėmimas, traukuliai, protinis atsilikimas ir priešlaikinė mirtis.

Konkrečiai, tai turi įtakos fermentų komplekso α-ketoaciddehidrogenazės, su kuria šakotosios grandinės aminorūgštys, tokios kaip izoleucinas ir jo oksiduoti dariniai, išsiskiria su šlapimu, klaidomis.

Apskritai, patologijos, susijusios su šakotosios grandinės aminorūgščių, tokių kaip izoleucinas, katabolizmu, yra žinomos kaip organinės acidurijos, nors tos, kurios yra tiesiogiai susijusios su šia amino rūgštimi, yra gana retos.

Maistas, kuriame gausu izoleucino

Šios aminorūgšties gausu gyvūnų raumeniniuose audiniuose, todėl gyvūninės mėsos, tokios kaip jautiena, kiauliena, žuvis ir kita panaši, pavyzdžiui, ėriena, vištiena, kalakutiena, elniena, be kita ko, , turtingi tuo.

Taip pat jo yra pieno produktuose ir jų dariniuose, pavyzdžiui, sūryje. Būtent kiaušiniuose, taip pat įvairių rūšių sėklose ir riešutuose yra svarbi baltymų, kurie juos sudaro, dalis.

Jo gausu sojų pupelėse ir žirniuose, taip pat mielių ekstraktuose, naudojamuose įvairiems maisto tikslams.

Suaugusio žmogaus izoleucino koncentracija plazmoje yra nuo 30 iki 108 μmol / l, vaikams ir jauniems žmonėms nuo 2 iki 18 metų - nuo 22 iki 107 μmol / l, o kūdikiams nuo 0 iki 2 metų - maždaug. tarp 26 ir 86 μmol / l.

Šie duomenys rodo, kad maisto produktų, kuriuose gausu šios ir kitų susijusių amino rūgščių, vartojimas yra būtinas norint palaikyti daugelį fiziologinių organizmo funkcijų, nes žmonės nesugeba jo sintetinti de novo.

Jo vartojimo pranašumai

Izoleucino maisto papilduose paprastai yra kitų būtinų šakotosios grandinės aminorūgščių, tokių kaip valinas, leucinas ar kitos.

Tarp labiausiai paplitusių izoleucino vartojimo pavyzdžių yra maisto papildai, kuriuos sportininkai naudoja padidindami raumenų masės procentą ar baltymų sintezę. Tačiau moksliniai pagrindai, kuriais remiama ši praktika, yra nuolat diskutuojami, o jų rezultatai nėra visiškai garantuojami.

Tačiau izoleucinas yra naudojamas vitaminų trūkumo (pellagros), būdingo pacientams, turintiems daug sorgo ir kukurūzų, medžiagų apykaitos poveikiui, kuris yra daug leucino turinčių maisto produktų, galinčių paveikti triptofano ir nikotino rūgšties žmonėms.

Pellagra poveikis, pvz., Eksperimentinėms žiurkėms, susijęs su augimo vėlavimu, kuris įveikiamas papildomai vartojant izoleuciną.

- Gyvulininkystės pramonėje

Gyvulininkystės srityje aminorūgštys, tokios kaip lizinas, treoninas, metioninas ir izoleucinas, buvo naudojamos bandomiesiems bandymams šerti kontroliuojamomis sąlygomis augančias kiaules.

Visų pirma, izoleucinas daro įtaką azoto įsisavinimui, nors jis neprisideda prie šių ūkio gyvūnų svorio padidėjimo.

- Kai kuriomis klinikinėmis ligomis

Kai kuriuose leidiniuose teigiama, kad izoleucinas gali sumažinti gliukozės kiekį plazmoje, todėl jo vartoti rekomenduojama pacientams, kenčiantiems nuo tokių sutrikimų, kaip diabetas ar žemas insulino gamybos tempas.

Virusinės infekcijos

Izoleucino papildas pasirodė esąs naudingas pacientams, infekuotiems rotavirusu, sukeliančiu tokias ligas kaip gastroenteritas ir viduriavimas mažiems vaikams ir kitiems mažiems gyvūnams.

Naujausi tyrimai daro išvadą, kad šios aminorūgšties vartojimas eksperimentiniams gyvūnams, turintiems minėtų savybių (užkrėstų rotavirusu) padeda įgimtos imuninės sistemos augimui ir veiklai, nes suaktyvėja PRR signalizacijos keliai arba receptoriai, atpažįstantys modeliai.

Trūkumo sutrikimai

Izoleucino trūkumas gali sukelti regėjimo, odos (pvz., Dermatito) ir žarnyno problemų (akivaizdžių viduriavimo ir kitų virškinimo trakto apraiškų).

Kadangi tai yra būtina aminorūgštis formuojant ir sintezuojant hemoglobiną, taip pat eritrocitams (kraujo ląstelėms) atsinaujinti, sunkus izoleucino trūkumas gali sukelti rimtų fiziologinių padarinių, ypač susijusių su anemija ir kitomis hematologinėmis ligomis. .

Tai buvo eksperimentiškai įrodyta „normaliems“ graužikams, kurių dieta buvo prasta šio izoleucino, kuris baigiasi reikšmingų aneminių susirgimų išsivystymu.

Tačiau izoleucinas formuoja hemoglobiną tik kūdikiams, nes suaugusio žmogaus baltymai neturi reikšmingo kiekio tokios aminorūgšties; tai reiškia, kad izoleucino trūkumas ryškiausias ankstyvosiose vystymosi stadijose.

Nuorodos

1. Adersas Plimmeris, R. (1908). Baltymų cheminė sudėtis. I dalis. Londonas, JK: Longmansas, Greenas ir CO.
2. Adersas Plimmeris, R. (1908). Baltymų cheminė sudėtis. II dalis. Londonas, JK: Longmansas, Greenas ir CO.
3. Barret, G., ir Elmore, D. (2004). Amino rūgštys ir peptidai. Kembridžas: ​​„Cambridge University Press“.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Metabolinių ligų laboratorinės diagnostikos gydytojo vadovas (2-asis leidimas).
5. Bradford, H. (1931). Amino rūgščių atradimo istorija. II. Amino rūgščių, aprašytų nuo 1931 m. Kaip natūraliųjų baltymų komponentai, apžvalga. Baltymų chemijos pažanga, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Išskirtinis leucino arba šakotosios grandinės aminorūgščių (leucino, izoleucino ir valino) mišinių poveikis atspariems nuovargiui ir raumenų bei kepenų glikogeno skaidymui treniruotoms žiurkėms. Mityba, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P. ir Harvey, R. (2003). Amino rūgštys Amino rūgštys. Lippincott iliustruotose apžvalgose: Biochemija (3-asis leidimas, p. 1–12). Lippincott.
8. Chandran, K., ir Damodaran, M. (1951). Amino rūgštys ir baltymai formuojant hemoglobiną 2. Izoleucinas. Biocheminis žurnalas, 49, 393-398.
9. Chung, AS, ir Beames, RM (1974). Ramiųjų upių miežių lizino, treonino, metionino ir izoleucino papildai augančioms kiaulėms. Šuo. J. gyv. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Sumažėjusi izoleucino koncentracija plazmoje po viršutinės virškinimo trakto dalies žmonėms. Žarna, 39, 13–17.
11. Edsall, J. (1960). Amino rūgštys, baltymai ir vėžio biochemija (241 tomas). Londonas: „Academic Press, Inc.“
12. Enciklopedija „Britannica“. (2012). Gauta 2019 m. Rugpjūčio 30 d. Iš https://www.britannica.com/science/isoleucine
13. Gelfand, R., Hendler, R., & Sherwin, R. (1979). Dietiniai angliavandeniai ir baltymų metabolizmas. „Lancet“, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Maisto baltymų biochemija. „Springer-Science + Business Media“, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Leucino, izoleucino ir valino metabolizmo sutrikimai. N. Blau (Red.) „Paveldėtų metabolinių ligų diagnozavimo, gydymo ir tolesnių veiksmų gydytojo vadovas“ (p. 103–141).
16. Kormanas, SH (2006). Įgimtos izoleucino skilimo klaidos: apžvalga. Molekulinė genetika ir metabolizmas, 89 (4), 289–299.
17. Krishnaswamy, K., ir Gopalan, C. (1971). Izoleucino poveikis odai ir elektroencefalograma Pellagra. „Lancet“, 1167–1169.
18. Martin, RE, ir Kirk, K. (2007). Pagrindinės maistinės medžiagos izoleucino pernešimas į žmogaus eritrocitus, užkrėstus maliarijos parazitu Plasmodium falciparum. Kraujas, 109 (5), 2217–2224.
19. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. „PubChem“ duomenų bazė. „l-izoleucinas“, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (prieinamas 2019 m. rugpjūčio 31 d.)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., ir Gannon, MC (2008). Išgerto izoleucino su gliukoze ir be jos poveikis insulino, gliukagono ir gliukozės koncentracijai pacientams, kuriems nėra diabeto. Europos klinikinės mitybos ir metabolizmo žurnalas, 3 (4), 152–158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, „Bost“, MCF ir „Soeters“, PB (1989). Ar padidėjęs amoniako išsiskyrimas po kraujavimo iš virškinamojo trakto yra visiško izoleucino nebuvimo hemoglobine pasekmė? Tyrimas su kiaulėmis. Hepatologija, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, ir Schmidt, CLA (1931). Amino rūgščių atradimo istorija. Cheminių medžiagų apžvalgos, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Šakotos grandinės aminorūgštys ir raumenų baltymų sintezė žmonėms: mitas ar tikrovė? Tarptautinės sportinės mitybos draugijos žurnalas, 14 (1), 1–7.
24. Wu, G. (2009). Amino rūgštys: metabolizmas, funkcijos ir mityba. Amino rūgštys, 37 (1), 1–17.