SERINAS: SAVYBĖS, FUNKCIJOS, METABOLIZMAS, MAISTAS - BIOLOGIJA - 2025

Serino yra vienas iš 22 pagrindinių amino rūgščių, nors tai nėra klasifikuojamas kaip nepakeičiamos amino rūgšties žmonių ir kitų gyvūnų, nes ji yra sintetinamas žmogaus organizme.

Pagal trijų raidžių nomenklatūrą serinas literatūroje apibūdinamas kaip Ser (vienos raidės kodas - S). Ši aminorūgštis dalyvauja daugelyje medžiagų apykaitos kelių ir turi polines savybes, tačiau neturi krūvio esant neutraliam pH.

Serino aminorūgščių struktūros vaizdavimas (Šaltinis: Paginazero it.wikipedia per Wikimedia Commons)

Daugelio ląstelėms svarbių fermentų aktyviose vietose gausu serino liekanų koncentracijos, todėl ši aminorūgštis turi daugybę fiziologinių ir metabolinių padarinių.

Be daugelio savo funkcijų, serinas kaip pirmtakas ir pastolių molekulė dalyvauja kitų aminorūgščių, tokių kaip glicinas ir cisteinas, biosintezėje ir yra ląstelių membranose esančių sfingolipidų struktūros dalis.

Serino sintezės greitis kiekviename organe skiriasi, be to, jis kinta priklausomai nuo žmogaus vystymosi stadijos.

Mokslininkai pasiūlė, kad L-serino koncentracija smegenų audinyje didėja su amžiumi, nes suaugusiųjų smegenyse sumažėja kraujo-smegenų barjero pralaidumas, o tai gali sukelti sunkius smegenų sutrikimus.

Yra žinoma, kad L-serinas yra gyvybiškai svarbus neurotransmiterių, fosfolipidų ir kitų sudėtingų makromolekulių biosintezei, nes jis sudaro pirmtakus šiems įvairiems metabolizmo keliams.

Įvairūs tyrimai parodė, kad L-serino papildų ar koncentratų tiekimas tam tikro tipo pacientams pagerina gliukozės homeostazę, mitochondrijų funkciją ir sumažina neuronų mirtį.

Charakteristikos ir struktūra

Visų aminorūgščių pagrindinė struktūra yra karboksilo grupė ir amino grupė, sujungta su tuo pačiu anglies atomu; Tačiau jos skiriasi viena nuo kitos savo šoninėmis grandinėmis, vadinamomis R grupėmis, kurios gali skirtis pagal dydį, struktūrą ir net savo elektrinį krūvį.

Serinas turi tris anglies atomus: centrinę anglį, susijusią, viena vertus, su karboksilo grupe (COOH) ir, kita vertus, prie aminogrupės (NH3 +). Kitas dvi centrinės anglies jungtis užima vandenilio atomas ir CH2OH grupė (R grupė), būdingi serinui.

Centrinė anglis, prie kurios yra prijungtos aminorūgščių amino ir karboksilo grupės, yra žinoma kaip α-anglis. Kiti anglies atomai R grupėse žymimi graikų abėcėlės raidėmis.

Pavyzdžiui, serino atveju vienintelis anglies atomas savo R grupėje, kuris yra prijungtas prie OH grupės, yra žinomas kaip γ-anglis.

klasifikacija

Serinas yra klasifikuojamas nepakrautų polinių aminorūgščių grupėje. Šios grupės nariai yra vandenyje tirpios aminorūgštys, tai yra, hidrofiliniai junginiai. Serine ir treonine hidrofiliškumas atsiranda dėl jų sugebėjimo per hidroksilo (OH) grupes sudaryti vandenilio ryšius su vandeniu.

Neapkrautų polinių aminorūgščių grupėje taip pat yra sugrupuoti cisteinas, asparaginas ir glutaminas. Jų visų R grandinėje yra polinė grupė, tačiau ši grupė nėra jonizuojama ir esant pH lygiui neutralus jie panaikina savo krūvius ir sukuria junginį „cwitterion“ pavidalu.

Stereochemija

Dėl bendros aminorūgščių asimetrijos šių junginių stereochemija yra gyvybiškai svarbi metaboliniuose keliuose, kuriuose jie dalyvauja. Serino atveju jis gali būti randamas kaip D- arba L-serinas, pastarąjį sintezuoja tik nervų sistemos ląstelės, žinomos kaip astrocitai.

Aminorūgščių α angliavandeniliai yra chiraliniai angliavandeniliai, nes jie turi keturis skirtingus pakaitus, todėl kiekvienai aminorūgščiai yra bent du atskirti stereoizomerai.

Stereoizomeras yra veidrodinis molekulės vaizdas, ty vienas negali būti uždėtas ant kitos. Jie žymimi raide D arba L, nes eksperimentiniu būdu šių aminorūgščių tirpalai sukasi poliarizuotos šviesos plokštumą priešingomis kryptimis.

Nervų sistemos ląstelėse sintetinamas L-serinas yra substratas sintetinti gliciną arba D-seriną. D-serinas yra vienas iš svarbiausių vezikulų mainų tarp neuronų elementų, todėl kai kurie autoriai siūlo, kad abi serino izoformos iš tikrųjų yra būtinos aminorūgštys neuronams.

funkcijos

OH serino grupė savo R grandinėje daro jį geru nukleofiliu, todėl jis yra labai svarbus daugelio fermentų, turinčių serinus aktyviose vietose, aktyvumui. Serinas yra vienas iš substratų, reikalingų NADPH ir glutationo nukleotidų sintezei.

L-serinas yra būtinas centrinės nervų sistemos vystymuisi ir tinkamam funkcionavimui. Tyrimai parodė, kad išorinis mažų L-serino dozių tiekimas hipokampo neuronams ir Purkinje ląstelėms in vitro pagerina jų išgyvenamumą.

Įvairiais vėžio ląstelių ir limfocitų tyrimais nustatyta, kad nuo serino priklausomi anglies vienetai yra būtini per dideliam nukleotidų gamybai, taip pat vėlesniam vėžio ląstelių dauginimuisi.

Selenocisteinas yra viena iš 22 pagrindinių aminorūgščių ir gaunamas tik kaip serino darinys. Ši aminorūgštis buvo pastebėta tik kai kuriuose baltymuose, joje yra seleno, o ne sieros, sujungtos su cisteinu, ir ji yra sintetinta iš esterinto serino.

Biosintezė

Serinas yra neesminė amino rūgštis, nes ją sintezuoja žmogaus organizmas. Tačiau tai galima pasisavinti iš įvairių šaltinių, tokių kaip baltymai ir fosfolipidai, dietos.

Serinas yra sintetinamas savo L forma pertvarkant glicino molekulę - reakciją, vykstančią dėl hidroksimetil-transferazės fermento.

Yra žinoma, kad pagrindinė L-serino sintezės vieta yra astrocituose, o ne neuronuose. Šiose ląstelėse sintezė vyksta fosforilinimo būdu, kuriame dalyvauja 3-fosfogliceratas, glikolitinis tarpinis produktas.

Šiuo keliu veikia trys fermentai: 3-fosfoglicerido dehidrogenazė, fosfoserino-transferazė ir fosfoserino-fosfatazė.

Kiti svarbūs organai, tiriant seriną, yra kepenys, inkstai, sėklidės ir blužnis. Fermentai, sintetinantys seriną ne fosforilinimo būdu, randami tik kepenyse ir inkstuose.

Vienas iš pirmųjų žinomų serino sintezės būdų buvo katabolinis gliukoneogenezės kelias, kuriame L-serinas gaunamas kaip antrinis metabolitas. Tačiau šio kelio indėlis į kūno serino gamybą yra menkas.

Metabolizmas

Šiuo metu yra žinoma, kad serinas gali būti gaunamas metabolizuojant angliavandenius kepenyse, kur susidaro D-glicerino rūgštis, 3-fosfoglicerino rūgštis ir 3-fosfohidroksipiruvyno rūgštis. Dėl transaminavimo proceso tarp 3-hidroksi-piruvo rūgšties ir alanino gaunamas serinas.

Eksperimentuose, atliktuose su žiurkėmis, radioaktyviai žymint gliukozės 4 anglies angliavandenilius, buvo padaryta išvada, kad ši anglis yra veiksmingai įterpiama į serino anglies skeletus, leidžiančius manyti, kad minėta aminorūgštis turi trijų anglių pirmtaką, tikriausiai iš piruvato.

Bakterijose fermentas L-serino-deaminazė yra pagrindinis fermentas, kuris metabolizuoja seriną: jis paverčia L-seriną į piruvatą. Yra žinoma, kad šis fermentas yra aktyvus E. coli kultūrose, auginamose minimalioje terpėje su gliukoze.

Nežinia, kokia yra tikroji L-serino-dezaminazės funkcija šiuose mikroorganizmuose, nes jos ekspresiją sukelia mutacijos efektoriai, kurie ultravioletiniu spinduliuotę pažeidžia DNR, veikdami nalidikso rūgšties, mitomicino ir kitų. iš to darytina išvada, kad jis turi turėti svarbių fiziologinių padarinių.

Maistas, kuriame gausu serino

Visuose maisto produktuose, kuriuose yra didelė baltymų koncentracija, gausu serino, daugiausia kiaušiniuose, mėsoje ir žuvyje. Tačiau tai nėra būtina aminorūgštis, todėl jos praryti griežtai nebūtina, nes organizmas sugeba sintetinti pats.

Kai kurie žmonės kenčia nuo reto sutrikimo, nes turi fenotipą, turintį trūkumų dėl serino ir glicino sintezės mechanizmų, todėl jiems reikia gerti koncentruotus maisto papildus iš abiejų aminorūgščių.

Be to, komerciniai prekės ženklai, kurių specializacija yra vitaminų papildų prekyba („Lamberts“, „Now Sport“ ir „HoloMega“), siūlo fosfatidilserino ir L-serino koncentratus, kad padidintų raumenų masės gamybą labai konkurencingų atletų ir svarmenininkų varžybose.

Susijusios ligos

Fermentų, dalyvaujančių biosintezuojant seriną, sutrikimas gali sukelti rimtų patologijų. Sumažėjęs serino koncentracija kraujo plazmoje ir smegenų skystyje gali sukelti hipertoniją, psichomotorinį atsilikimą, mikrocefaliją, epilepsiją ir sudėtingus centrinės nervų sistemos sutrikimus.

Šiuo metu nustatyta, kad serino trūkumas yra susijęs su cukrinio diabeto vystymusi, nes L-serinas yra būtinas insulino ir jo receptorių sintezei.

Kūdikiai, kuriems yra serino biosintezės defektų, gimimo metu yra neurologiškai nenormalūs, turi intrauterinį augimo sulėtėjimą, įgimtą mikrocefaliją, kataraktą, traukulius ir stiprų neurologinio vystymosi uždelsimą.

Nuorodos

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, ir Sandford, SA (2007). Tarpžvaigždinių ledo analogų aminorūgščių susidarymo mechanizmai. „Astrofizinis žurnalas“, 660 (1), 911.
2. „Ichord“, RN ir „Bearden“, DR (2017). Perinatalinės metabolinės encefalopatijos. Swaimano vaikų neurologijoje (p. 171–177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serinas yra endogeninis N-metil-D-aspartato receptoriaus glicino vietos ligadas. Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 97 (9), 4926–4931
4. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Serino metabolizmas palaiko makrofagų IL-1β gamybą. Ląstelių metabolizmas, 29 (4), 1003–1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, L. W., Bergeris, R., & De Koningas, TJ (2010). L-serino sintezė centrinėje nervų sistemoje: serino trūkumo sutrikimų apžvalga. Molekulinė genetika ir metabolizmas, 99 (3), 256–262.