איזולאוצין: מאפיינים, פונקציות, ביוסינתזה, מזון - ביולוגיה - 2025

ואיזולויסין (Ile, I) הוא אחת 22 טבעי חומצות אמינו כחלק חלבונים. מכיוון שגוף האדם, כמו זה של כמה יונקים אחרים, אינו יכול לסנתז אותו, איזולוצין הוא בין 9 חומצות האמינו החיוניות שיש להשיג מהתזונה.

חומצה אמינית זו מבודדת לראשונה בשנת 1903 על ידי המדען פ 'ארליך מהרכיבים החנקניים של מולסה סלק או סלק. מאוחר יותר, אותו מחבר הפריד את איזולוצין מתוצרי הפירוק של הפיברין וחלבונים אחרים.

מבנה כימי של חומצת האמינו איזולוצין (מקור: Clavecin באמצעות ויקימדיה Commons)

זוהי חומצת אמינו לא קוטבית שנמצאת בחלק גדול מהחלבונים התאיים של אורגניזמים חיים, בנוסף, היא חלק מקבוצת חומצות האמינו המסועפות BCAAs (מהאנגלים B החוותיים C C hain A מינו מינוס A), יחד עם לוצין ו- וליין.

יש לו פונקציות בביסוס המבנה השלישוני של חלבונים רבים, ובנוסף, הוא משתתף ביצירתם של מקדימים מטבוליים שונים הקשורים למטבוליזם האנרגיה התאית.

מאפיינים

איזולוצין מסווג בקבוצה של חומצות אמינו לא קוטביות עם קבוצות R או שרשראות בעלות אופי אליפטי, כלומר עם שרשראות פחמימניות הידרופוביות.

בשל מאפיין זה, חומצות האמינו של קבוצה זו כמו אלנין, וואלין ולוצין, נוטות להישאר קרובות זו לזו, מה שתורם לייצוב החלבונים שהם חלק מהם באמצעות אינטראקציות הידרופוביות.

חומצת אמינו לא קוטבית זו שוקלת כ -131 גר 'מולקולה והיא קיימת בחלבונים בפרופורציה הקרובה ל -6%, לעיתים קרובות "קבורה" במרכזם (בזכות תכונותיה ההידרופוביות).

מִבְנֶה

איזולוצין היא חומצה א-אמינית שבדומה לחומצות האמיניות האחרות יש לה אטום פחמן מרכזי הנקרא פחמן α (שהוא כיראלי), אליו מחוברות ארבע קבוצות שונות: אטום מימן, קבוצת אמינו (-NH2), קבוצת קרבוקסיל (-COOH) וקבוצה צדדית או קבוצת R.

קבוצת האיזולוצין R מורכבת מפחמימן מסועף אחד המונה 4 אטומי פחמן (-CH3-CH2-CH (CH3)) שבשרשרתו יש גם אטום פחמן כיראלי.

בשל מאפיין זה, לאיזולוצין יש ארבע צורות אפשריות: שתיים מהן הן האיזומרים האופטיים המכונים L-isoleucine ו- D-Isoleucine והשניים האחרים הם דיאסטרואיזומרים של L-Isoleucine. הצורה השולטת בחלבונים היא L- איזולוצין.

הנוסחה המולקולרית של איזולוצין היא C6H13NO2 ושמה הכימי הוא α- אמינו-ß-מתיל-β-אתיל-פרופוניון או חומצה פנטטונית 2-אמינו-3-מתיל.

מאפיינים

לאיזוליאוצין יש פונקציות פיזיולוגיות מרובות בבעלי חיים, כולל

- ריפוי פצע

- ניקוי רעלים מפסולת חנקן

- גירוי של תפקודי חיסון

- קידום הפרשת הורמונים שונים.

היא נחשבת לחומצה אמינית גלוקוגנית, מכיוון שהיא משמשת כמולקולת מבשר לסינתזה של חומרי ביניים של מחזור חומצות לימון (מחזור קרבס) שתורמים בהמשך להיווצרות הגלוקוז בכבד.

מסיבה זו, האמינו כי איזולאוצין משתתף בוויסות רמות הגלוקוז בפלזמה, שיש לה השלכות חשובות מנקודת המבט האנרגטית של הגוף.

האיזולוצין תורם לדרכי הסינתזה של גלוטמין ואלנין, פועל לטובת האיזון בין חומצות אמינו מסועפות.

במסגרת הקלינית, כמה מחברים מציינים כי עלייה בריכוז האיזולוצין, לאוצין, טירוזין וואלין יכולה להיות סמנים אופייניים לתאים שנפגעו מגידולים, ואחריה עלייה ברמות הגלוטמין.

פעולות אחרות

מחקרים מדעיים שונים הראו כי איזולאוצין הכרחי לסינתזה של המוגלובין, החלבון האחראי להובלת חמצן בדם של בעלי חיים רבים.

בנוסף, חומצת אמינו זו מפעילה את כניסתם של חומרים מזינים לתאים; כמה מחקרים מגלים כי במהלך צום ממושך הוא מסוגל להחליף גלוקוז כמקור אנרגיה, ובנוסף, מדובר בחומצת אמינו קטוגנית.

חומצות אמיניות קטוגניות הינן כאלו אשר ניתן לאחסן את שלדי הפחמן כחומצות שומן או פחמימות, ולכן הן מתפקדות בשמורת האנרגיה.

האיזולוצין וחומצות האמיניות האחרות המסועפות (בנוסף לגורמי הגדילה ותנאי הסביבה) פועלות על הפעלת מסלול האיתות של יעד Rapamycin, mTOR (m echanistic T arget of R apamycin).

מסלול זה הוא מסלול איתות חשוב באיקריוטים המסוגל לשלוט על צמיחת תאים ומטבוליזם, כמו גם סינתזת חלבון ואירועים אוטופאגיים. בנוסף, הוא שולט בהתקדמות הזדקנות וכמה פתולוגיות כמו סרטן או סוכרת.

ביוסינתזה

בני אדם ובעלי חיים אחרים אינם מסוגלים לסנתז איזולוצין, אך זהו חלק מחלבונים תאיים בזכות רכישתו מהמזון אותו אנו צורכים מדי יום.

צמחים, פטריות ורוב המיקרואורגניזמים מסוגלים לסנתז חומצה אמינית זו מנתיבים מורכבים למדי, שבאופן כללי, קשורים זה לזה לאלה של חומצות אמינו אחרות הנחשבות גם חיוניות לאדם.

ישנם, למשל, דרכים לייצור איזולוצין, ליזין, מתיונין ותראונין מאספרטט.

בחיידקים, באופן ספציפי, איזולאוצין מיוצר מחומצת האמינו טרונין, דרך פירובט, דרך מסלול הכולל עיבוי של 2 מפחמן הפירובט עם מולקולת α-ketobutyrate שמקורם בתראונין.

התגובה מתחילה בפעולה של האנזים תראונין דהידראז, אשר מזרז את התייבשותו של הטרונין לייצור α-קטובוטיראט ואמוניום (NH3). בהמשך, אותם אנזימים המשתתפים בביוסינתזה של וליין תורמים לצעדים של

- טרנסמינציה

- דק-בוקסילציה חמצונית של חומצות הקטו המתאימות

- התייבשות.

בסוג זה של מיקרואורגניזמים, הסינתזה של חומצות אמינו כמו ליזין, מתיונין, טרונין ואיזולוצין מתואמת ומווסתת במיוחד, בעיקר באמצעות משוב שלילי, כאשר מוצרי התגובות מעכבים את פעילות האנזימים המעורבים.

למרות העובדה שאיזוליאוצין, כמו לאוצין וללין, הם חומצות אמינו חיוניות לאדם, אנזימי האמינוטרנספרז הקיימים ברקמות הגוף יכולים להמיר אותם באופן הפיך לחומצות ה--קטו המתאימות להם, שיכולים בסופו של דבר להחליף אותם ב הדיאטה.

הַשׁפָּלָה

כמו רבות מחומצות האמינו הידועות בטבע, ניתן להשפיל את איזולוצין ליצירת מתווכים של מסלולי מטבוליות שונים, שביניהם בולט מחזור הקרבס (המספק את הכמות הגדולה ביותר של קואנזימים הפועלים לייצור אנרגיה או לביוסינתזה של תרכובות אחרות).

ניתן להשתמש באיזולוצין, טריפטופן, ליזין, פנילאלנין, טירוזין, טרונין ולוצין לייצור אצטיל-CoA, אמצעי חילוף חומרים מרכזי לתגובות תאיות מרובות.

בניגוד לחומצות אמינו אחרות, חומצות אמינו מסועפות (לאוצין, איזולוצין וואלין) אינן מושפלות בכבד, אלא מתחמצנות כדלקים ברקמת שריר, מוח, כליות ורקמות שומן.

איברים ורקמות אלו יכולים להשתמש בחומצות אמינו אלו בזכות נוכחותו של אנזים אמינו-טרנספרז שמסוגל לפעול על שלושתם ולייצר את חומצות האמינו-קטו המתאימות להם.

לאחר הפקת נגזרות חומצות אמינו אלה המחומצנות, מתחם האנזים α-keto dehydrogenase מזרז את הדקרבוקסילציה החמצונית שלהם, שם הוא משחרר מולקולת פחמן דו חמצני (CO2) ומייצר נגזרת של acyl-CoA של חומצות האמינו המדוברות.

פתולוגיות הקשורות למטבוליזם איזולוצין

פגמים בחילוף החומרים של איזולאוצין וחומצות אמינו אחרות עלולים לגרום למגוון פתולוגיות מוזרות ומורכבות, כמו למשל המחלה "שתן סירופ מייפל" (שתן עם ריח של סירופ מייפל) או קטו-איידוריה מסועפת.

כשמו כן הוא, מחלה זו מאופיינת בארומה המובחנת בשתן של חולים הסובלים ממנה, כמו גם הקאות, התקפים, פיגור שכלי ומוות בטרם עת.

זה קשור, ספציפית, לטעויות במתחם האנזים מורכב α-ketoacid dehydrogenase, איתו מופרשות שתן חומצות אמיניות מסועפות כמו איזולוצין ונגזרותיה המחומצנות.

בסך הכל, פתולוגיות הקשורות לקטבוליזם של חומצות אמינו מסועפות, כגון איזולוצין, ידועות בשם חומציות אורגניות, אם כי אלה שקשורות ישירות לחומצת אמינו זו נדירות למדי.

מזונות עשירים באיזולוצין

חומצת אמינו זו קיימת בשפע ברקמות השרירים של בעלי חיים, וזו הסיבה שבשרים ממוצא מהחי כמו בקר, חזיר, דגים ודומיהם אחרים כמו כבש, עוף, הודו, צבי, בין היתר , עשירים בזה.

זה נמצא גם במוצרי חלב ונגזרותיהם כמו גבינה. זה נמצא בביצים וגם בסוגים שונים של זרעים ואגוזים, כחלק חיוני מהחלבונים המרכיבים אותם.

הוא שופע בפולי סויה ואפונה, כמו גם בתמציות שמרים המשמשות למטרות מזון שונות.

רמות הפלזמה של איזולאוצין אצל אדם בוגר הן בין 30 ל 108 מיקרומול / ל. לילדים ולצעירים בגילאי שנתיים עד 18 שנים היא בין 22 ל 107 מיקרומול / ל, ולתינוקות בני 0 עד שנתיים הם בערך בין 26 ל 86 מיקרומול / ל.

נתונים אלה מצביעים על כך שצריכת מזונות העשירים בחומצות אמינו זו וחומצות אמינו אחרות היא הכרחית לשמירה על חלק גדול מתפקידיו הפיזיולוגיים של האורגניזם, מכיוון שבני אדם אינם מסוגלים לסנתז אותו דה נובו.

היתרונות מצריכתו

תוספי תזונה איזולאוצין מכילים בדרך כלל חומצות אמינו מסועפות חיוניות אחרות, כגון ולין או לאוצין או אחרות.

בין הדוגמאות הנפוצות ביותר לצריכה של איזולוצין הם תוספי תזונה המשמשים אתלטים להגברת אחוז מסת השריר או סינתזת החלבון. עם זאת, הבסיסים המדעיים עליהם תומכים פרקטיקות אלה נדונים כל העת, ותוצאותיהם אינן מובטחות לחלוטין.

עם זאת, איזולוצין משמש כנגד השפעות מטבוליות של מחסור בוויטמין (פלגרה) האופייניים לחולים הסובלים מדיאטות עשירות בסורגום ותירס, שהם מזון עשיר בלוצין, שיכולים להשפיע על חילוף החומרים של טריפטופן ו של חומצה ניקוטינית בבני אדם.

ההשפעות של פלגרה אצל חולדות ניסיוניות, למשל, כוללות עיכובים בגדילה, שמתגברים על ידי תוסף איזולוצין.

- בתעשיית ייצור בעלי החיים

בתחום הייצור של בעלי החיים נעשה שימוש בחומצות אמינו כמו ליזין, טרונין, מתיונין ואיזולוצין בבדיקות טייס להאכלת חזירים הגדלים בתנאים מבוקרים.

נראה כי לאיזולוצין יש השפעות על הטמעת החנקן, אם כי זה לא תורם לעלייה במשקל אצל חיות משק אלה.

- במצבים קליניים מסוימים

פרסומים מסוימים מציעים כי איזולאוצין מסוגל להוריד את רמות הגלוקוז בפלסמה, ולכן מומלץ לצרוך אותו בחולים הסובלים מהפרעות כמו סוכרת או שיעורי ייצור נמוך של אינסולין.

זיהום ויראלי

תוסף של איזוליאוזין הוכח כמועיל בחולים הנגועים בנגיף הרוטב הגורם למחלות כמו גסטרואנטריטיס ושלשול אצל ילדים צעירים ובעלי חיים צעירים אחרים.

מחקרים אחרונים הגיעו למסקנה כי צריכת חומצה אמינית זו על ידי בעלי חיים ניסויים עם המאפיינים הנ"ל (הנגועים בנגיף הרוטה) מסייעת בצמיחה וביצועים של מערכת החיסון המולדת הודות להפעלה של מסלולי איתות PRR או קולטנים תוך הכרה במערכת דפוסים.

הפרעות לקויות

מחסור באיזולוצין יכול להוביל לבעיות בראייה, בעור (כמו דרמטיטיס) ובמעיים (ניכר כמו שלשול והופעות אחרות במערכת העיכול).

מכיוון שמדובר בחומצת אמינו חיונית להיווצרות וסינתזה של המוגלובין, כמו גם לצורך התחדשות האריתתרוציטים (תאי דם), למחסור חמור באיזולוצין יכולות להיות השלכות פיזיולוגיות קשות, במיוחד הקשורות לאנמיה ולמחלות המטולוגיות אחרות. .

זה הוכח בניסוי במכרסמים "רגילים" שקיבלו תזונה לקויה באיזולוצין זה, שמסתיים בהתפתחות של מצבים אנמיים משמעותיים.

עם זאת, איזולוצין משתתף בהיווצרות המוגלובין רק אצל תינוקות, מכיוון שהחלבון של האדם הבוגר אינו מכיל כמויות משמעותיות של חומצת אמינו שכזו; המשמעות היא שמחסור באיזולוצין בולט ביותר בשלבי ההתפתחות המוקדמים.

הפניות

1. Aders Plimmer, R. (1908). החוקה הכימית של החלבונים. חלק א. לונדון, בריטניה: Longmans, Green ו- CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). החוקה הכימית של החלבונים. חלק שני. לונדון, בריטניה: Longmans, Green ו- CO.
3. Barret, G., and Elmore, D. (2004). חומצות אמינו ופפטידים. קיימברידג ': הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). מדריך לרופא לאבחון מעבדה של מחלות מטבוליות (מהדורה שנייה).
5. ברדפורד, ה. (1931). ההיסטוריה של גילוי חומצות האמינו. ב. סקירה של חומצות אמינו שתוארה מאז 1931 כמרכיבי חלבונים ילידים. התקדמות בכימיה של חלבונים, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). השפעות מובחנות של תוסף לאוצין או תערובת של חומצות אמינו מסועפות (לאוצין, איזולאוצין וואלין) על התנגדות לעייפות, והשפלת שריר וגליקוגן בכבד, אצל חולדות מאומנות. תזונה, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., & Harvey, R. (2003). חומצות אמינו חומצות אמינו. בסקירות המאוירות של ליפינקוט: ביוכימיה (מהדורה שלישית, עמ '1–12). ליפינקוט.
8. צ'נדרן, ק., ודמודרן, מ '(1951). חומצות אמינו וחלבונים ביצירת המוגלובין 2. איזולוצין. כתב העת הביוכימי, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). תוסף ליזין, טרונין, מתיונין ואיזולוצין של שעורה של נהר השלום לגידול חזירים. כֶּלֶב. ג. אנים. מדע, 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., and Soeters, P. (1996). ירידה בריכוז איזולוצין בפלסמה לאחר דימום במערכת העיכול העליונה בבני אדם. גוט, 39, 13-17.
11. אדסאל, ג '(1960). חומצות אמינו, חלבונים וביוכימיה סרטנית (כרך 241). לונדון: Academic Press, Inc.
12. אנציקלופדיה בריטניקה. (2012). הוחזר ב 30 באוגוסט 2019 מ- https://www.britannica.com/science/isoleucine
13. גלפנד, ר., הנדלר, ר., ושרווין, ר. (1979). פחמימות תזונתיות ומטבוליזם של חלבון משובץ. הלנקט, 65–68.
14. הדסון, ב '(1992). ביוכימיה של חלבוני מזון. שפרינגר-מדע + מדיה עסקית, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). הפרעות במטבוליזם לאוצין, איזולאוצין וואלין. בספר נ 'בלאו (עורך), מדריך הרופאים לאבחון, טיפול ומעקב אחר מחלות מטבוליות בירושה (עמ' 103–141).
16. קורמן, ש '(2006). טעויות מולדות של השפלה של איזולוצין: סקירה. גנטיקה מולקולרית ומטבוליזם, 89 (4), 289-299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). השפעת האיזולוצין על העור והאלקטרואנספלוגרמה בפלגרה. The Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, and Kirk, K. (2007). הובלה של איזולאוצין חיוני תזונתי באריתרוציטים אנושיים הנגועים בטפיל המלריה Plasmodium falciparum. דם, 109 (5), 2217–2224.
19. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. מאגר PubChem. l-Isoleucine, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (ניגש ב- 31 באוגוסט 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., & Gannon, MC (2008). השפעת האיזולוצין הניתן דרך הפה, עם וללא גלוקוז, על ריכוזי האינסולין, הגלוקגון והגלוקוז בנבדקים שאינם סוכרתיים. כתב העת האירופי האלקטרוני לתזונה קלינית ומטבוליזם, 3 (4), 152–158.
21. ואן ברלו, CLH, ואן דה בוגארד, AEJM, ואן דר היידן, MAH, ואן אייק, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF, & Soeters, PB (1989). האם שחרור אמוניה מוגבר לאחר דימום בדרכי העיכול הוא תוצאה של היעדר מוחלט של איזולוצין בהמוגלובין? מחקר בחזירים. הפטולוגיה, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). ההיסטוריה של גילוי חומצות האמינו. ביקורות כימיות, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). חומצות אמינו מסועפות וסינתזת חלבון שרירים בבני אדם: מיתוס או מציאות? כתב העת של החברה הבינלאומית לתזונת ספורט, 14 (1), 1–7.
24. וו, ג '(2009). חומצות אמינו: מטבוליזם, תפקודים ותזונה. חומצות אמינו, 37 (1), 1–17.