סרין היא אחת 22 חומצות אמינו בסיסיות, אם כי זו אינה מסווגת כמו חומצת אמינו חיונית עבור בני אדם ובעלי חיים אחרים, שכן הוא מסונתז על ידי גוף האדם.
על פי מספר המינויים של שלוש אותיות, serine מתואר בספרות כ- Ser (S בקוד האות היחידה). חומצת אמינו זו משתתפת במספר רב של מסלולי מטבוליות ובעלת מאפיינים קוטביים, אך אין לה מטען ב- pH ניטרלי.
ייצוג של מבנה חומצות האמינו סרין (מקור: Paginazero at it.wikipedia באמצעות ויקימדיה Commons)
לאנזימים רבים החשובים לתאים יש ריכוזים רבים של שאריות סרין באתרים הפעילים שלהם, וזו הסיבה של חומצת אמינו זו השלכות פיזיולוגיות ומטבוליות רבות.
סרין, בין רבים מתפקידיו, משתתף כמבשר ומולקולת פיגומים בביוסינתזה של חומצות אמינו אחרות כמו גליצין וציסטאין, והוא חלק ממבנה הספינגוליפידים שנמצאים בקרומי התא.
קצב הסינתזה של הסרין משתנה בכל איבר ובנוסף הוא משתנה בהתאם לשלב ההתפתחות בו נמצא האדם.
מדענים הציעו כי ריכוזי ה- L-serine ברקמת המוח יעלו עם הגיל, מכיוון שהחדירות של מחסום הדם-מוח פוחתת במוח הבוגר, מה שעלול לגרום להפרעות מוחיות חמורות.
ידוע כי L-serine חיוני לביוסינתזה של מעבירים עצביים, פוספוליפידים ומקרומולקולות מורכבות אחרות, מכיוון שהוא מספק את המקדימים למסלולי חילוף חומרים מרובים אלה.
מחקרים שונים הראו כי אספקת תוספי L-serine או תרכיז לסוגים מסוימים של חולים משפרת את ההומאוסטזיס של הגלוקוז, את התפקוד המיטוכונדריאלי ומפחיתה את המוות העצבתי.
מאפיינים ומבנה
כל חומצות האמינו כוללות כמבנה הבסיסי שלהן קרבוקסיל וקבוצת אמינו הקשורה לאטום פחמן זהה; עם זאת, אלה נבדלים זה מזה על ידי שרשראות הצד שלהם, המכונות קבוצות R, שיכולות להשתנות בגודל, במבנה ואפילו במטען החשמלי שלהן.
סרין מכיל שלושה אטומי פחמן: פחמן מרכזי המחובר מחד לקבוצת קרבוקסיל (COOH) ומצד שני לקבוצת אמינו (NH3 +). שני הקשרים האחרים של הפחמן המרכזי תפוסים על ידי אטום מימן ועל ידי קבוצת CH2OH (קבוצת R), האופיינית לסרין.
הפחמן המרכזי שאליו קשורים קבוצות האמינו והקרבוקסיל של חומצות האמינו, מכונה ה- α-carbon. שאר אטומי הפחמן בקבוצות R מיועדים לאותיות האלף-בית היווני.
במקרה של סרין, למשל, אטום הפחמן היחיד בקבוצת ה- R שלו, המחובר לקבוצת OH, מכונה γ-carbon.
מִיוּן
סרין מסווג בקבוצה של חומצות אמיניות קוטביות לא טעונות. החברים בקבוצה זו הם חומצות אמינו מסיסות במים, כלומר מדובר בתרכובות הידרופיליות. בסרין ותראונין, ההידרופיליות נובעת מיכולתם ליצור קשרי מימן עם מים דרך קבוצות ההידרוקסיל (OH) שלהם.
בקבוצה של חומצות אמיניות קוטביות לא טעונות, גם ציסטאין, אספרגין וגלוטמין מקובצים. לכל אלה יש קבוצה קוטבית בשרשרת R שלהם, עם זאת, קבוצה זו אינה ניתנת ליישום וב- pH קרובים לניטרליות הם מבטלים את המטענים שלהם, מייצרים תרכובת בצורה של "זוויטריון".
סטריאו-כימיה
האסימטריה הכללית של חומצות אמינו הופכת את הסטריאו-כימיה של תרכובות אלה לחשיבות חיונית במסלולי המטבוליות בהן הם משתתפים. במקרה של סרין, ניתן למצוא אותו כ- D- או L-serine, כאשר האחרונים מסונתזים באופן בלעדי על ידי תאים במערכת העצבים המכונה אסטרוציטים.
הפחמימות α של חומצות אמינו הן פחמימות כיראליות, מכיוון שיש להן ארבעה תחליפים שונים המחוברים, מה שמייצר שיש לפחות שני סטריאו-איזומרים נבדלים לכל חומצה אמינית.
סטריאו-איזומר הוא תמונת ראי של מולקולה, כלומר אי אפשר להניח אחד על השני. הם מסומנים באות D או L מכיוון שבניסוי פתרונות חומצות האמינו הללו מסובבים את מישור האור הקוטב בכיוונים מנוגדים.
L-serine המסונתז בתאים של מערכת העצבים משמש מצע לסינתזה של גליצין או D-serine. D- סרין הוא אחד המרכיבים החשובים ביותר להתרחשות שלפוחית בין נוירונים, וזו הסיבה שחלק מהמחברים מציעים ששני האיזו-פורמים של סרין הם למעשה חומצות אמינו חיוניות לנוירונים.
מאפיינים
קבוצת ה- OH של הסרין בשרשרת R הופכת אותו לנוקלאופיל טוב, ולכן הוא מפתח לפעילותם של אנזימים רבים עם סרינים באתרים הפעילים שלהם. סרין הוא אחד המצעים הנדרשים לסינתזה של נוקלאוטידים NADPH וגלוטתיון.
L-serine חיוני להתפתחות ותפקוד תקין של מערכת העצבים המרכזית. מחקרים הראו כי משלוח אקסוגני של L-serine במינונים נמוכים לנוירונים בהיפוקמפוס ותאי Purkinje במבחנה משפר את הישרדותם.
מחקרים שונים על תאי סרטן ולימפוציטים גילו כי יחידות פחמן תלויות בזרם הינן הכרחיות לייצור מוגזם של נוקלאוטידים, כמו גם להתרבות לאחר מכן של תאי סרטן.
סלנוציסטאין היא אחת מ 22 חומצות האמינו הבסיסיות ומתקבלת רק כנגזרת של סרין. חומצת אמינו זו נצפתה רק בכמה חלבונים, היא מכילה סלניום במקום גופרית הנקשרת לציסטאין והיא מסונתזת החל מסרין מועשר.
ביוסינתזה
סרין היא חומצה אמינית לא חיונית, מכיוון שהיא מסונתזת על ידי גוף האדם. עם זאת ניתן להטמיע מהתזונה של מקורות שונים כמו חלבונים ופוספוליפידים, בעיקר.
סרין מסונתז בצורתו L באמצעות המרה של מולקולת גליצין, תגובה המתווכת על ידי אנזים הידרוקסימתיל-טרנספרז.
ידוע שהאתר העיקרי של סינתזת L-serine הוא באסטרוציטים ולא בנוירונים. בתאים אלה הסינתזה מתרחשת על ידי מסלול זרחתי בו משתתף 3-פוספוגליצרט, בינוני גליקוליטי.
שלושה אנזימים פועלים במסלול זה: 3-phosphoglycerate dehydrogenase, phosphoserine-transferase ו- phosphoserine-phosphatase.
איברים חשובים נוספים בכל הקשור לסינתזה של הסרין הם הכבד, הכליות, האשכים והטחול. אנזימים המסנתרים סרין בדרכים שאינן זרחן נמצאים רק בכבד ובכליות.
אחד הדרכים הראשונות הידועות לסינתזת הסרין היה המסלול הקטבולי המעורב בגלוקונאוגנזה, שם מתקבל L-serine כמטבוליט משני. עם זאת, התרומה של מסלול זה לייצור סרני הגוף היא נמוכה.
חילוף חומרים
נכון לעכשיו ידוע שניתן להשיג סרין ממטבוליזם של פחמימות בכבד, שם מייצרים חומצה D-glyceric, חומצה 3-phosphoglyceric ו- 3-phosphohydroxypyruvic. הודות לתהליך הטרנסמינציה בין חומצה פירובית 3-הידרוקסית לאלנין, מיוצר serine.
ניסויים שנערכו עם חולדות עם תיוג רדיואקטיבי של פחמן 4 של גלוקוז, הגיעו למסקנה כי פחמן זה משולב ביעילות בתוך שלדי הפחמן של סרין, מה שמרמז כי לחומצה האמינית האמורה יש מבשר של שלוש פחמן כנראה מפירובה.
בחיידקים, האנזים L-serine-deaminase הוא האנזים העיקרי האחראי על חילוף חומרים של סרין: הוא ממיר L-serine לפירובאט. ידוע כי אנזים זה קיים ופעיל בתרבויות E. coli הגדלות בתקשורת מינימלית עם גלוקוז.
לא ידוע בוודאות מה הפונקציה האמיתית של L-serine-deaminase במיקרואורגניזמים אלה, מכיוון שהביטוי שלו נוצר על ידי גורמים מוטציוניים הפוגעים ב- DNA על ידי קרינה אולטרה סגולה, על ידי נוכחות של חומצה נלידיקסית, מיטומיצין ואחרים. ממנה יוצא כי עליה להיות השלכות פיזיולוגיות חשובות.
מזונות עשירים בסרין
כל המזונות עם ריכוזי חלבון גבוהים עשירים בסרין, בעיקר ביצים, בשר ודגים. עם זאת, מדובר בחומצת אמינו שאינה חיונית, ולכן אין הכרח בהחלט להכניס אותה, מכיוון שהגוף מסוגל לסנתז אותה מעצמו.
יש אנשים הסובלים מהפרעה נדירה, מכיוון שיש להם פנוטיפ עם מחסור ביחס למנגנוני הסינתזה של סרין וגליצין, לכן הם צריכים ליטול תוספי מזון מרוכזים לשתי חומצות האמינו.
בנוסף, מותגים מסחריים המתמחים במכירת תוספי ויטמינים (למברטס, Now Sport ו- HoloMega) מציעים תרכיזים של פוספטידיליסרין ו- L-serine כדי להגדיל את ייצור מסת השריר אצל ספורטאים ומרימי משקל תחרותיים.
מחלות קשורות
תקלה באנזימים המעורבים בביוסינתזה של סרין יכולה לגרום לפתולוגיות רציניות. על ידי הפחתת ריכוז הסרין בפלסמת הדם ונוזל מוחי עמוד שיניים זה יכול לגרום להיפרטוניה, פיגור פסיכומוטורי, מיקרוצפאליה, אפילפסיה והפרעות מורכבות במערכת העצבים המרכזית.
נכון לעכשיו התגלה כי מחסור בסרין מעורב בהתפתחות סוכרת, מכיוון L-serine הוא הכרחי לסינתזה של אינסולין וקולטנים שלו.
תינוקות עם מומים בביוסינתזה סרנית אינם תקינים בלידה, סובלים מפיגור צמיחה תוך רחמי, מיקרו-ספלציה מולדת, קטרקט, פרכוסים ועיכוב חמור בהתפתחות עצבית.
הפניות
- Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, and Sandford, SA (2007). מנגנונים להיווצרות חומצות אמינו באנלוגים קרח בין-כוכבי. כתב העת האסטרופיסי, 660 (1), 911.
- Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). אנצפלופתיות מטבוליות בלידה. בנוירולוגיית ילדים של סווימאן (עמ '171-177). אלזביאר.
- Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serine הוא ליגנד אנדוגני לאתר הגליצין של קולטן ה- N-methyl-D-aspartate. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים, 97 (9), 4926-4931
- נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
- Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). מטבוליזם בסרין תומך בייצור מקרופאג 'IL-1β. מטבוליזם של תאים, 29 (4), 1003-1011.
- Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). סינתזה L-serine במערכת העצבים המרכזית: סקירה על הפרעות בחסר בסרין. גנטיקה מולקולרית ומטבוליזם, 99 (3), 256-262.