לאוצין: מאפיינים, מבנה, פונקציות, ביוסינתזה - ביולוגיה - 2025

לאוצין היא אחת 22 חומצות אמינו המהוות חלבונים באורגניזמים חיים. זה שייך לאחת מ -9 חומצות האמינו החיוניות שאינן מסונתזות על ידי הגוף ויש לצרוך אותן עם מזון שנבלע בתזונה.

לאוצין תואר לראשונה בשנת 1818 על ידי הכימאי והרוקח הצרפתי JL פרוסט, שכינה זאת "תחמוצת מקרה." מאוחר יותר הכינו אותה ארלנמאייר וקונלין מחומצה α-benzoylamido-β-isopropylacrylic, שהנוסחה המולקולרית שלה היא C6H13NO2.

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

לאוצין היה המפתח במהלך גילוי כיוון התרגום של חלבונים, מכיוון שהמבנה ההידרופובי שלו איפשר לביוכימאי האוורד דינציס לתייג רדיואקטיבית את המימן של הפחמן 3 ולבחון את הכיוון בו משולבות חומצות אמינו בסינתזת הפפטיד של הֵמוֹגלוֹבִּין.

החלבונים המכונים "רוכסנים" או "סגרים" לאוציניים הם, יחד עם "אצבעות האבץ", גורמי השעתוק החשובים ביותר של אורגניזמים אוקיארוטים. רוכסנים של לאוצין מאופיינים על ידי אינטראקציות הידרופוביות שלהם עם DNA.

באופן כללי, חלבונים העשירים בלוצין או המורכבים מחומצות אמינו מסועפות אינם מחליפים מטבוליזם בכבד, אלא הם הולכים ישירות לשרירים שבהם הם משמשים במהירות לסינתזת חלבונים וייצור אנרגיה.

לאוצין היא חומצת אמינו מסועפת הכרוכה לביוסינתזה של חלבוני חלב וחומצות אמינו, המסונתזות בבלוטות החלב. כמויות גדולות של חומצת אמינו זו ניתן למצוא בצורה חופשית בחלב אם.

בין כל חומצות האמינו המרכיבות חלבונים, לאוצין וארגינין הם השכיחים ביותר ושניהם התגלו בחלבונים של כל הממלכות המרכיבות את עץ החיים.

מאפיינים

לאוצין ידוע כחומצת האמינו המסועפת של השרשרת המסועפת, היא חולקת את המבנה האופייני עם יתר חומצות האמינו. עם זאת, זה נבדל על ידי העובדה שלשרשרת הצדדית שלה או לקבוצת R יש שני פחמנים קשורים באופן לינארי, והאחרון נקשר לאטום מימן ולשתי קבוצות מתיל.

זה שייך לקבוצת חומצות האמיניות הקוטביות הלא-טעונות, התחליפים או קבוצות R של חומצות האמינו הללו הם הידרופוביים ולא קוטביים. חומצות אמינו אלו אחראיות בעיקר לאינטראקציות הידרופוביות תוך-חלבון ונוטות לייצב את מבנה החלבונים.

ניתן למצוא את כל חומצות האמינו, בעלות פחמן מרכזי שהוא כיראלי (פחמן α), כלומר יש לו ארבעה תחליפים שונים המחוברים, בשתי צורות שונות בטבע; לפיכך, ישנם D- ול- Lucine, האחרונים האופייניים למבני חלבון.

לשתי הצורות של כל חומצת אמינו יש תכונות שונות, הן משתתפות בנתיבים מטבוליים שונים והן אף יכולות לשנות את מאפייני המבנים שהם חלק מהם.

לדוגמא, לאוצין בצורת L-leucine יש טעם מעט מר, ואילו בצורתו D-leucine הוא מתוק מאוד.

צורת ה- L של כל חומצת אמינו קלה יותר לגוף של היונק במטבוליזם. L-leucine מושפל בקלות ומשמש לבנייה והגנה של חלבונים.

מִבְנֶה

לאוצין מורכב מ- 6 אטומי פחמן. הפחמן המרכזי, השכיח בכל חומצות האמינו, מחובר לקבוצה קרבוקסילית (COOH), קבוצת אמינו (NH2), אטום מימן (H) וקבוצת שרשרת או צדדית R המורכבת מ -4 אטומי פחמן.

ניתן לזהות אטומי פחמן בתוך חומצות אמינו באותיות יווניות. המספור מתחיל מהפחמן של החומצה הקרבוקסילית (COOH) ואילו ההערה עם האלף-בית היווני מתחילה מהפחמן המרכזי.

ללוצין יש קבוצה חלופתית בשרשרת R שלה קבוצת איזובוטיל או 2-מתיל-פרופיל המיוצרת על ידי אובדן אטום מימן, עם היווצרות רדיקל אלקיל; קבוצות אלה מופיעות כענפים במבנה חומצות האמינו.

מאפיינים

לאוצין היא חומצת אמינו שיכולה לשמש כמבשר קטוגני לתרכובות אחרות המעורבות במחזור חומצות לימון. חומצת אמינו זו מייצגת מקור חשוב לסינתזה של אצטיל-CoA או אצטואצטיל-CoA, המהווים חלק ממסלולי ההיווצרות של גופי קטון בתאי הכבד.

ידוע כי לאוצין חיוני במסלולי איתות אינסולין, משתתף בהתחלת סינתזת החלבון ומונע איבוד חלבון באמצעות השפלה.

בדרך כלל, המבנים הפנימיים של חלבונים מורכבים מחומצות אמינו הידרופוביות כמו לוצין, וואלין, איזולוצין ומתיונין. מבנים כאלה שמורים בדרך כלל לאנזימים הנפוצים בקרב אורגניזמים חיים, כמו במקרה של ציטוכרום C.

לאוצין יכול להפעיל מסלולים מטבוליים בתאי בלוטות החלב כדי לעורר את הסינתזה של לקטוז, ליפידים וחלבונים המשמשים כמולקולות איתות בוויסות ההומאוסטזיס האנרגטי של צעירים ביונקים.

תחומים עשירים בלוצין הם חלק מהותי מחלבונים ספציפיים המחייבים DNA, שהם בדרך כלל דימרים מבניים בצורת סופר-סליל וידועים בשם "חלבוני רוכסן לאוצין."

לחלבונים אלה מאפיין ייחודי דפוס קבוע של לוצינים חוזרים ונשנים יחד עם חומצות אמינו הידרופוביות אחרות האחראיות על ויסות קשירת גורמי התמלול ל- DNA ובין גורמי שעתוק שונים.

חלבוני רוכסן לאוצין יכולים ליצור הומו- או הטרודימרים המאפשרים להם להיקשר לאזורים ספציפיים של גורמי שעתוק כדי לווסת את ההתאמה שלהם ואת האינטראקציה שלהם עם מולקולות ה- DNA שהם מווסתים.

ביוסינתזה

כל חומצות האמינו המסועפות, כולל לאוצין, מסונתזות בעיקר בצמחים ובחיידקים. בצמחים פורחים יש עלייה משמעותית בייצור לאוצין, מכיוון שהוא מהווה מבשר חשוב לכל התרכובות האחראיות לארומת הפרחים והפירות.

אחד הגורמים המיוחסים לשפע הגדול של לאוצין בפפטידים החיידקיים השונים הוא ש 6 קודונים שונים של הקוד הגנטי לקוד לאוצין (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), אותו הדבר נכון גם לארגינין.

לאוצין מסונתז בחיידקים דרך חמישה שלבים המשתמשים בחומצת קטו הקשורה לוולין כנקודת מוצא.

תהליך זה מווסת בצורה אלסטרואלית, כך שכאשר יש עודף של לוצין בתא, הוא מעכב את האנזימים המשתתפים במסלול ועוצר את הסינתזה.

מסלול ביוסינתטי

ביוסינתזה של לאוצין בחיידקים מתחילה בהמרה של נגזרת קטואאידית של וואלין, 3-מתיל-2-אוקסובוטאנוט (2S) -2-איזופרופילמלאט, בזכות פעולת האנזים 2-איזופרופיל-מלטו-סינתז, אשר משתמש באצטיל-קואה ובמים למטרה זו.

(2S) -2-isopropyl malate מאבד מולקולת מים והופך ל- 2-isopropylmaleate על ידי 3-isopropyl malate dehydratase. בהמשך, אותו אנזים מוסיף מולקולת מים נוספת והופך את 2-איזופרופילמלט ל (2R-3S) -3-איזופרופילמלאט.

תרכובת אחרונה זו נתונה לתגובת הפחתת חמצון שמאפשרת את השתתפותה של מולקולה של NAD +, בה מיוצר (2S) -2-איזופרופיל-3-אוקסוסוקסינאט, וזה אפשרי בהשתתפות האנזים 3- isopropyl malate dehydrogenase.

(2S) -2-איזופרופיל-3-אוקסוסוקצינאט מאבד אטום פחמן בצורה של CO2 באופן ספונטני, ומייצר 4-מתיל-2-אוקסופנטנואט אשר על ידי פעולת טרנזמינאז חומצה אמינית מסועפת (לוצין טרנסמינאז, ספציפית) ועם שחרורו המקביל של L-glutamate ו- 2-oxoglutarate, הוא מייצר L-leucine.

הַשׁפָּלָה

התפקיד העיקרי של לאוצין הוא לפעול כאות שמורה לתא שיש מספיק חומצות אמינו ואנרגיה כדי להתחיל בסינתזה של חלבוני שרירים.

פירוק חומצות האמינו המסועפות כמו לאוצין מתחיל עם טרנסמינציה. זה ושני הצעדים האנזימטיים הבאים מנותזים על ידי אותם שלושה אנזימים במקרה של לאוצין, איזולוצין וואלין.

הטרנסמינציה של שלוש חומצות האמינו מייצרת את הנגזרות של חומצת הקיטו מהן, הנתונות ל dekarboxylation חמצוני כדי לייצר thioesters acyl-CoA שהם α, ß-dehydrogenated כדי להניב α, β- בלתי רווי acyl-CoA.

במהלך קטבוליזם של לאוצין, התיאסטר α, ß- בלתי-רווי acyl-CoA, משמש לייצור אצטואצטט (חומצה אצטטית-אצטטית) ואצטיל- CoA דרך מסלול הכולל את המטבוליט 3-הידרוקסי-3-מתילגלוטריל-CoA. (HMG-CoA) שהוא אמצעי ביניים לסינתזה של כולסטרול ואיזופרנואידים אחרים.

מסלול קטבולי של לאוצין

מהיווצרות התיאסטר α, acyl-CoA בלתי-בלתי-רווי שמקורו בלוצין, המסלולים הקטבוליים לחומצה אמינית זו ולוואלין ואיזולוצין נוגעים במידה ניכרת.

התיאסטר α, ß- בלתי-רווי acyl-CoA של לאוצין מעובד במורד הזרם על ידי שלושה אנזימים שונים המכונים (1) 3-מתיל-קרוטוניל-CoA קרבוקסילאז, (2) 3-מתילגלוטקוניל-CoA הידרטאז ו- (3) 3-הידרוקסי -3-מתילגלוטריל-CoA lyase.

בחיידקים, אנזימים אלה אחראים להמרה של 3-מתילקרוטוניל-CoA (הנגזר מלוצין) ל -3-מתילגלוטקוניל-קו, 3-הידרוקסי-3-מתילגלוטריל-קוא, ואצטואצטט ואצטיל-קוא, בהתאמה.

לאוצין הזמין בדם משמש לסינתזה של חלבוני שריר / מיופיברילאר (MPS). זה משמש כגורם מפעיל בתהליך זה. כמו כן, הוא מתקשר באופן ישיר עם אינסולין, ומשפיע על אספקת האינסולין.

אוכל עשיר בלוצ'ין

צריכת חלבונים עשירים בחומצות אמינו חיונית לפיזיולוגיה התאית של אורגניזמים חיים ולוצין אינו יוצא מן הכלל בין חומצות האמינו החיוניות.

חלבונים המתקבלים מי גבינה נחשבים לעשירים בשאריות L-leucine. עם זאת, כל המזונות עתירי החלבון כמו דגים, עוף, ביצים ובשר אדום מספקים כמויות גדולות של לאוצין לגוף.

גרעיני התירס חסרים בחומצות האמינו ליזין וטריפטופן, הם בעלי מבנים שלישוניים מאוד נוקשים לעיכול והם בעלי ערך תזונתי מועט, עם זאת, יש להם רמות גבוהות של לאוצין ואיזולוצין.

פירותיהם של צמחי הקטניות עשירים כמעט בכל חומצות האמינו החיוניות: ליזין, טרונין, איזולוצין, לאוצין, פנילאלנין וואלין, אך הם דלים במתיונין וציסטאין.

לאוצין מופק, מטוהר ומרוכז בטבליות כתוספי מזון לספורטאים ברמה גבוהה ומשווק כתרופה. המקור העיקרי לבידוד חומצת אמינו זו מתאים לקמח סויה מנוטרל.

יש תוסף תזונה המשמש אתלטים לצורך התחדשות שרירים המכונה BCAA (חומצות אמינו מסועפות שרשרת). זה מספק ריכוזים גבוהים של חומצות אמינו מסועפות: לאוצין, וואלין ואיזולוצין.

היתרונות מצריכתו

מזונות עשירים בלוצין עוזרים לשלוט על השמנת יתר ומחלות מטבוליות אחרות. תזונאים רבים מציינים כי מזונות עשירים בלוצין ותוספי תזונה המבוססים על חומצה אמינית זו תורמים לוויסות התיאבון והחרדה אצל מבוגרים.

כל החלבונים העשירים בלוצין מעוררים סינתזת חלבון שרירים; הוכח כי עלייה בשיעור הלוצין הנטוע ביחס לחומצות האמיניות החיוניות האחרות יכולה להפוך את ההפחתה של סינתזת החלבון בשרירים של חולים קשישים.

אפילו אנשים הסובלים מהפרעות מקולריות חמורות המשותקים יכולים לעצור את אובדן מסת השריר וכוחו באמצעות תוסף אוראלי נכון של לאוצין, בנוסף ליישום תרגילי התנגדות מערכתית לשרירים.

לאוצין, וואלין ואיזולוצין הם מרכיבים חיוניים במסה המרכיבה את שריר השלד של בעלי חוליות, ולכן נוכחותם חיונית לסינתזה של חלבונים חדשים או לתיקון קיימים.

הפרעות לקויות

ליקויים או מומים במתחם האנזים α-ketoacid dehydrogenase, האחראי על חילוף חומרים של לוצין, וואלין ואיזולוצין אצל בני אדם, יכולים לגרום להפרעות נפשיות קשות.

יתר על כן, קיים מצב פתולוגי הקשור למטבוליזם של חומצות אמינו מסועפות אלו המכונה "מחלת שתן של סירופ מייפל".

עד היום לא הוכח קיומם של השפעות שליליות בצריכה מוגזמת של לאוצין. עם זאת, מומלץ מקסימום מנה של 550 מ"ג לק"ג מדי יום, מכיוון שלא היו מחקרים ארוכי טווח הקשורים לחשיפה מוגזמת של רקמות לחומצה אמינית זו.

הפניות

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). בריאות השרירים ומניעת סרקופניה: השפעת חלבון, לאוצין ו- ß-hydroxy-ß-methylbutyrate. כתב העת למטבוליזם של עצם ומינרלים, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). כימית מזון (מס '664: 543). אבריה.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, and Conrad, RS (1976). קטבוליזם של חומצות אמיניות מסועפות בחיידקים. ביקורות בקטריולוגיות, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). בִּיוֹכִימִיָה. פירסון חינוך.
5. מירו, א '(1999). תוספי לאוצין ואימונים אינטנסיביים. רפואת ספורט, 27 (6), 347-358.
6. מונרו, ח.נ. (עורכת). (2012). מטבוליזם של חלבון יונקים (כרך 4). אלזביאר
7. נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.