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

ליזין ( ליס , K ) או חומצה ε -diaminocaproic , היא אחת 22 חומצות האמינו המרכיבות את החלבונים של אורגניזמים חיים לבני אדם, נחשבת ל להיות חיוני, כיוון שאין לה מסלול לביוסינתזה.

הוא התגלה על ידי דרשל בשנת 1889 כתוצר של הידרוליזה (פירוק) של קזאינוגן. כעבור שנים, פישר, זיגפריד והדין קבעו שזה גם חלק מחלבונים כמו ג'לטין, אלבומין ביצה, קונגלוטין, פיברין וחלבונים אחרים.

מבנה כימי של חומצת האמינו ליסין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

מאוחר יותר הודגמה התרחשותה בשתילים נובטים וברוב החלבונים הצמחיים שנבדקו, איתם נקבע שפעו כרכיב המרכיב הכללי של כל החלבונים התאיים.

היא נחשבת לאחת מחומצות האמינו ה"מגבלות "העיקריות בתזונה עשירה בדגנים ומסיבה זו נהוג לחשוב שהיא משפיעה על איכות תכולת החלבון הנצרכת על ידי האוכלוסיות השונות המפותחות בעולם.

כמה מחקרים קבעו כי צריכת ליזין מעדיפה ייצור ושחרור של ההורמונים אינסולין וגלוקגון, שיש להם השפעות חשובות על חילוף החומרים האנרגטי של הגוף.

מאפיינים

ליזין היא חומצה א-אמינית טעונה בחיוב, יש לה 146 גרם / מול משקל מולקולרי והערך של קבוע הניתוק של שרשרת הצדדית שלה (R) הוא 10.53, מה שמרמז שב- pH פיזיולוגי, קבוצת האמינו המשנה שלה. היא מיוננת במלואה, ומעניקה לחומצת האמינו מטען חיובי נטו.

התרחשותו בחלבונים של סוגים שונים של אורגניזמים חיים היא קרוב ל 6% ומחברים שונים מעריכים כי ליזין חיוני לצמיחה ותיקון הולם של רקמות.

בתאים יש כמות גדולה של נגזרות ליזין, הממלאות מגוון רחב של פונקציות פיזיולוגיות. בין אלה ניתן למצוא הידרוקסיlysין, מתיל-ליזין ואחרים.

זוהי חומצה אמינית קטוגנית, שמשמעה כי חילוף החומרים שלה מייצר את שלדי הפחמן של המצעים הביניים ליצירת מסלולי מולקולות כמו אצטיל-CoA, עם היווצרותם של גופי קטון בכבד לאחר מכן.

שלא כמו חומצות אמינו חיוניות אחרות, זו אינה חומצת אמינו גלוקוגנית. במילים אחרות, השפלתה אינה מסתיימת בייצור מתווכים המייצרים גלוקוז.

מִבְנֶה

ליזין מסווגת בקבוצה של חומצות אמינו בסיסיות, שרשתות הצד שלהן כוללות קבוצות ניתנות להמרה עם מטענים חיוביים.

בשרשרת הצדדית או בקבוצת R יש קבוצת אמינו ראשונית שנייה המחוברת לאטום הפחמן במיקום ε של השרשרת האליפטית שלו, ומכאן שמה "ε-aminocaproic".

יש לו אטום פחמן, אליו מחוברים אטום מימן, קבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל ושרשרת הצדדית R, המאופיינים בנוסחה המולקולרית (-CH2-CH2-CH2-CH2-NH3 +).

מכיוון שלשרשרת הצדדית שלוש קבוצות מתילן, ולמרות של מולקולת הליזין יש קבוצת אמינו טעונה באופן חיובי ב pH פיזיולוגי, לקבוצה R זו יש אופי הידרופובי חזק, וזו הסיבה שהיא לעיתים קרובות "קבורה" במבני חלבון. ומשאיר רק את קבוצת ε-האמינו.

קבוצת האמינו בשרשרת ליזין הצדדית מגיבה מאוד ומשתתפת בדרך כלל במרכזים הפעילים של חלבונים רבים עם פעילות אנזימטית.

מאפיינים

ליזין, בהיותה חומצת אמינו חיונית, ממלאת פונקציות מרובות כחומר מיקרו-תזונה, במיוחד אצל בני אדם ובעלי חיים אחרים, אך היא גם מטבוליט באורגניזמים שונים כמו חיידקים, שמרים, צמחים ואצות.

מאפייני השרשרת הצדדיים שלה, ובמיוחד אלו של קבוצת-אמינו המחוברים לשרשרת הפחמימנים המסוגלים ליצור קשרי מימן, מקנים לה תכונות מיוחדות ההופכות אותו למשתתף בתגובות קטליטיות בסוגים שונים של אנזימים.

זה חשוב מאוד לצמיחה תקינה ולשיפוץ מחדש של השרירים. בנוסף, מדובר במולקולת מבשר לקרניטין, תרכובת המסונתזת בכבד, במוח ובכליות, האחראית להעברת חומצות שומן למיטוכונדריה לייצור אנרגיה.

חומצת אמינו זו נחוצה גם לסינתזה ויצירת קולגן, חלבון חשוב של מערכת רקמות החיבור בגוף האדם, ולכן הוא תורם לשמירה על מבנה העור והעצמות.

יש לזה פונקציות מוכרות בניסוי ב:

- הגנת המעיים מפני גירויים מלחיצים, זיהום עם פתוגנים חיידקיים ויראליים וכו '.

- הפחית את הסימפטומים של חרדה כרונית

- לקדם את צמיחתם של תינוקות הגדלים תחת תזונה באיכות נמוכה

ביוסינתזה

בני אדם ויונקים אחרים אינם יכולים לסנתז את החומצה האמינית ליזין in vivo ומסיבה זו הם חייבים להשיג אותו מחלבונים מן החי והצומח הנטועים במזון.

שני מסלולי דרך שונים לביוסינתזה של ליזין התפתחו בעולם הטבע: האחד המשמש את החיידקים, הצמחים והפטריות "הנמוכים", והשני משמש את האוגלינידים ופטריות "גבוהות" יותר.

ביוסינתזה של ליזין בצמחים, פטריות תחתונות וחיידקים

באורגניזמים אלו מתקבלת ליזין מחומצה דיאמנופימלית בדרך 7-שלבים המתחילה בפירובאט וסמיאלדהיד אספרטט. עבור חיידקים, למשל, מסלול זה כולל ייצור ליזין למטרות (1) סינתזת חלבון, (2) סינתזת דיאמנופימלט, ו- (3) סינתזת ליזין שתשמש בדופן התא של הפפטידוגליק.

אספרטט, באורגניזמים המציגים מסלול זה לא רק מוליד ליזין, אלא גם מוביל לייצור של מתיונין ותראונין.

המסלול מתפזר לסמיאלדהיד אספרטטי לייצור ליזין ולתוך הומוסרין, שהוא מבשר לתראונין ומתיונין.

ביוסינתזה של ליזין בפטריות גבוהות יותר ואוגלינידיות

סינתזת דה נובו ליזין בפטריות גבוהות יותר ובמיקרואורגניזמים אאוגלינידים מתרחשת דרך L-α-aminoadipate ביניים, שהופך פעמים רבות בדרכים שונות מאשר בחיידקים וצמחים.

המסלול מורכב משמונה צעדים אנזימטיים, הכוללים 7 ביניים חופשיים. המחצית הראשונה של המסלול מתרחשת במיטוכונדריה ומשיג סינתזה של α-aminoadipate. ההמרה של α-aminoadipate לליזין מתרחשת בשלב מאוחר יותר בציטוזול.

- השלב הראשון של המסלול מורכב מעיבוי מולקולות α-ketoglutarate ו- Acetyl-CoA על ידי האנזים homocitrate synthase, שמניב חומצה הומוציטרית.

- חומצה הומוציטרית מיובשת לחומצה cis-Homoaconitic, אשר לאחר מכן מומרת לחומצה הומואיסוציטרית על ידי אנזים homoaconitase.

- חומצה הומואיסוציטרית מתחמצנת על ידי הומואיסוציטרט דהידרוגנז, ובכך משיגה את היווצרותו החולפת של אוקסוגלוטרט, שמאבדת מולקולה של פחמן דו חמצני (CO2) ומסתיימת כחומצה α-קאטואדיפטית.

- תרכובת אחרונה זו עוברת טרנסמינציה בתהליך תלוי גלוטמט בזכות פעולתו של האנזים aminotransferase האנמי אמדיפאט, המייצר חומצה L-α-aminoadipic.

- השרשרת הצדדית של חומצת L-α-aminoadipic מצטמצמת ליצירת L-α-aminoadipic-δ-semialdehyde על ידי פעולה של רדוקטאז aminoadipate, תגובה הדורשת ATP ו- NADPH.

- הסוכרופין רדוקטאז ואז מזרז את העיבוי של חומצה L-α-aminoadipic-δ-semialdehyde עם מולקולה של L- גלוטמט. בהמשך מופחת האימינו ומתקבל סוכרופין.

- לבסוף, הקשר-פחמן-חנקן בחלק הגלוטמט של הסככרופין "נחתך" על ידי האנזים סכזרופין דה-הידרוגנז, ומניב חומצה ל-ליזין וחומצה קטוגלטרט כמוצרי סיום.

אלטרנטיבות לליסין

בדיקות וניתוחים ניסיוניים שנערכו עם חולדות בתקופת הגידול אפשרו להבהיר כי ε- N-אציל-ליזין יכול להחליף ליזין כדי לתמוך בצמיחת הצאצאים וזה הודות לנוכחות של אנזים: ε-ליזין acylase .

אנזים זה מזרז את ההידרוליזה של ε- N-Acetyl-lysine לייצור ליזין, והוא עושה זאת במהירות רבה ובכמויות גדולות.

הַשׁפָּלָה

בכל מיני היונקים, השלב הראשון של השפלת ליזין מנותז על ידי האנזים ליזין-2-אוקסוגלוטרט רדוקטאז, המסוגל להמיר ליזין ו- α-אוקסוגלטרט לסככרופין, נגזרת של חומצת אמינו הקיימת בנוזלים פיזיולוגיים של בעלי חיים ואשר הקיום בהם הוכח בסוף שנות ה -60.

סוכרופין מומר ל- α-aminoadipate δ-semialdehyde וגלוטמט על ידי פעולתו של האנזים saccharopin dehydrogenase. אנזים אחר מסוגל גם להשתמש בסקרופין כמצע להידרוזו לליזין ו- α-oxoglutarate שוב, וזה ידוע בשם saccharopin oxidoreductase.

לסקרופין, אחד המתווכים המטבוליים העיקריים בשפלת ליזין, יש שיעור תחלופה גבוה במיוחד בתנאים פיזיולוגיים, וזו הסיבה שהוא לא מצטבר בנוזלים או ברקמות, מה שהוכח על ידי הפעילויות הגבוהות שנמצאו של סככרופין דהידרוגנז.

עם זאת, כמות הפעילות של האנזימים המעורבים במטבוליזם של ליזין תלויה, במידה רבה, בהיבטים גנטיים שונים של כל מין מסוים, מכיוון שיש וריאציות מהותיות ומנגנוני בקרה או ויסות ספציפיים.

"סקרופינוריה"

יש מצב פתולוגי הקשור לאובדן רב של חומצות אמינו כמו ליזין, ציטרולין והיסטידין דרך השתן וזה מכונה "סככרופינוריה". סוכרופין הוא נגזרת של חומצת אמינו של חילוף חומרים ליזין המופרש יחד עם שלוש חומצות האמינו המוזכרות בשתן של חולים "סקרופינוריים".

תחילה התגלה סוכרופין בשמרים של מבשלת בירה והוא מהווה מבשר ליזין במיקרואורגניזמים אלה. באורגניזמים אקולוגיים אחרים, תרכובת זו מופקת במהלך השפלה של ליזין במיטוכונדריה של הפטוציטים.

מזונות עשירים בליזין

ליזין מתקבלת ממזונות הנצרכים בתזונה, והממוצע האנושי הבוגר זקוק לפחות ל- 0.8 גרם ממנו ביום. הוא מצוי במספר רב של חלבונים שמקורם מן החי, במיוחד בבשרים אדומים כמו בקר, טלה ועוף.

הוא מצוי בדגים כמו טונה וסלמון, ובפירות ים כמו צדפות, סרטנים ומולים. זה קיים גם בחלבונים המרכיבים של מוצרי חלב ונגזרותיהם.

במזונות מהצומח הוא נמצא בתפוחי אדמה, פלפלים וכרישה. הוא נמצא גם באבוקדו, אפרסקים ואגסים. בקטניות כמו פולי שעועית, חומוס ושעועית סויה; בזרעי דלעת, באגוזי מקדמיה ובקשיו (מוני, קשיו וכו ').

היתרונות מצריכתו

חומצת אמינו זו כלולה במספר רב של תרופות לניסוח נוטריצה, כלומר מבודדות מתרכובות טבעיות, בעיקר צמחים.

הוא משמש כנוגד פרכוסים והוכח כיעיל גם לעכב את שכפול וירוס ההרפס סימפלקס מסוג 1 (HSV-1), שבא לידי ביטוי לרוב בעת לחץ, כאשר מערכת החיסון מדוכאת או "נחלשת" כשלפוחיות. או הרפס על השפתיים.

היעילות של תוספי L-lysine לטיפול בפצעים הקרים נובעת מהעובדה שהיא "מתחרה" או "חוסמת" ארגינין, חומצה אמינית חלבונית נוספת, ההכרחית להכפלת HSV-1.

נקבע שלליזין יש גם השפעות אנטי-חרדתיות, מכיוון שהוא מסייע בחסימה של הקולטנים המעורבים בתגובות לגירויים מלחיצים שונים, בנוסף להשתתפות בהפחתת רמות הקורטיזול, "הורמון הלחץ".

כמה מחקרים הצביעו על כך שהוא יכול להיות מועיל לעיכוב גידול גידולים סרטניים, לבריאות העיניים, לבקרת לחץ הדם, בין השאר.

אצל בעלי חיים

אסטרטגיה נפוצה לטיפול בדלקות בנגיף הרפס I בפילין היא תוסף ליזין. עם זאת, פרסומים מדעיים מסוימים קובעים כי בחומצה אמינית זו אין, בפילין, שום תכונה אנטי-ויראלית, אלא פועלת על ידי הפחתת ריכוז הארגינין.

על בריאות התינוקות

בליעה לניסין של ליסין, שנוספה לחלב תינוקות במהלך תקופת ההנקה, הוכח כמועיל לעלייה במסת הגוף ולהגברת התיאבון בקרב ילדים בשלבים הראשונים של ההתפתחות לאחר הלידה.

עם זאת, עודף ל-ליזין יכול לגרום להפרשות מוגזמות של חומצות אמינו, הן בעלות מאפיינים ניטרליים והן בסיסיים, וכתוצאה מכך חוסר איזון בגוף בהן.

עודף תוסף L-lysine יכול להוביל לדיכוי גדילה ולהשפעות היסטולוגיות ברורות אחרות באיברים מרכזיים, ככל הנראה כתוצאה מאובדן של חומצות אמינו בשתן.

באותו מחקר הוכח גם כי תוסף ליזין משפר את התכונות התזונתיות של חלבונים צמחיים נטועים.

מחקרים דומים אחרים שבוצעו בקרב מבוגרים וילדים משני המינים בגאנה, סוריה ובנגלדש, העלו את התכונות המועילות של צריכת ליזין להפחתת השלשול אצל ילדים וכמה מצבי נשימה קטלניים אצל גברים בוגרים.

הפרעות בחסר ליזין

ליזין הוא, כמו כל חומצות אמינו חיוניות ולא חיוניות, הכרחי לסינתזה נכונה של חלבונים תאיים התורמים להיווצרות מערכות איברים בגוף.

ליקויים מסומנים של ליזין בתזונה, מכיוון שמדובר בחומצת אמינו חיונית שאינה מיוצרת על ידי הגוף, יכולים לגרום להתפתחות של תסמינים חרדתיים המתווכים על ידי סרוטונין, בנוסף לשלשולים, הקשורים גם לקולטני סרוטונין.

הפניות

1. Bol, S., & Bunnik, EM (2015). תוספי ליזין אינם יעילים למניעה או טיפול בזיהום הרפסווירוס 1 חתולי בחתולים: סקירה שיטתית. מחקר וטרינרי BMC, 11 (1).
2. קרסון, נ., סקאלי, ב., ניל, ד, וקררה, אני (1968). Saccharopinuria: שגיאה חדשה מולדת במטבוליזם ליזין. טבע, 218, 679.
3. קולינה R, J., Díaz E, M., Manzanilla M, L., Araque M, H., Martínez G, G., Rossini V, M., & Jerez-Timaure, N. (2015). הערכת רמות ליזין ניתנות לעיכול בתזונה בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה לחזירי גמר. מגזין MVZ קורדובה, 20 (2), 4522.
4. עמיתים, BFCI, ולואיס, MHR (1973). מטבוליזם ליזין אצל יונקים. כתב העת הביוכימי, 136, 329-334.
5. Fornazier, RF, Azevedo, RA, Ferreira, RR, & Varisi, VA (2003). קטבוליזם ליזין: זרימה, תפקיד מטבולי וויסות. כתב העת הברזילאי לפיזיולוגיה של הצומח, 15 (1), 9-18.
6. גוש, ס., סמריגה, מ., וובור, פ., סורי, ד., מוחמד, ח., ארמה, ס.מ., וסקרימשו, נ.ס. (2010). השפעת תוסף ליזין על בריאות ותחלואה בקרב נבדקים השייכים למשקי בית עיירות עירוניות באקרה, גאנה. כתב העת האמריקאי לתזונה קלינית, 92 (4), 928–939.
7. האטון, קליפורניה, פרוגיני, מ.א., וג'רארד, ג'יי.איי (2007). עיכוב ביוסינתזה של ליזין: אסטרטגיה אנטיביוטית מתפתחת. Molecular BioSystems, 3 (7), 458–465.
8. Kalogeropoulou, D., LaFave, L., Schweim, K., Gannon, MC, & Nuttall, FQ (2009). בליעת ליזין מקטינה באופן משמעותי את תגובת הגלוקוז לגלוקוז שנטבע ללא שינוי בתגובת האינסולין. כתב העת האמריקאי לתזונה קלינית, 90 (2), 314–320.
9. נגאי, ח. וטקשיטה, ש '(1961). השפעה תזונתית של תוסף L-Lysine על גידול תינוקות וילדים. פאדיאטריה ג'פוניקה, 4 (8), 40–46.
10. O'Brien, S. (2018). קו בריאות. הוחזר ב -4 בספטמבר 2019 מ- www.healthline.com/nutrition/lysine-benefits
11. Zabriskie, TM, & Jackson, MD (2000). ביוסינתזה של ליזין ומטבוליזם בפטריות. דוחות טבעיים של מוצרים, 17 (1), 85-97.