СЕРИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, МЕТАБОЛИЗЪМ, ХРАНА - БИОЛОГИЯ - 2024

В серин е една от 22 основни аминокиселини, въпреки че това не е класифициран като основна аминокиселина за хора и други животни, тъй като той се синтезира от тялото на човека.

Според номенклатурата на три букви, серинът е описан в литературата като Ser (S в кода с една буква). Тази аминокиселина участва в голям брой метаболитни пътища и има полярни характеристики, но няма заряд при неутрално pH.

Представяне на структурата на аминокиселините Серин (Източник: Paginazero в it.wikipedia чрез Wikimedia Commons)

Много ензими, важни за клетките, имат изобилни концентрации на серинови остатъци в техните активни места, така че тази аминокиселина има множество физиологични и метаболитни последици.

Серинът, сред многото си функции, участва като молекула предшественик и скеле в биосинтезата на други аминокиселини като глицин и цистеин и е част от структурата на сфинголипидите, присъстващи в клетъчните мембрани.

Скоростта на синтез на серин варира във всеки орган и в допълнение се променя в зависимост от етапа на развитие, в който е индивидът.

Учените предложиха концентрацията на L-серин в мозъчната тъкан да се увеличава с възрастта, тъй като пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера намалява в мозъка на възрастните, което може да причини тежки мозъчни разстройства.

Известно е, че L-серинът е жизненоважен за биосинтезата на невротрансмитери, фосфолипиди и други сложни макромолекули, тъй като осигурява прекурсорите за тези множество метаболитни пътища.

Различни проучвания показват, че снабдяването с L-серинови добавки или концентрати на определени видове пациенти подобрява глюкозната хомеостаза, митохондриалната функция и намалява смъртта на невроните.

Характеристики и структура

Всички аминокиселини имат за основна структура карбоксилна група и аминогрупа, свързани с един и същ въглероден атом; Те обаче се различават една от друга по страничните си вериги, известни като R групи, които могат да се различават по размер, структура и дори по своя електрически заряд.

Серинът съдържа три въглеродни атома: централен въглерод, свързан, от една страна, към карбоксилна група (COOH), а от друга, към амино група (NH3 +). Другите две връзки на централния въглерод са заети от водороден атом и от CH2OH група (R група), характерна за серин.

Централният въглерод, към който са прикрепени амино- и карбоксилните групи на аминокиселини, е известен като α-въглерод. Останалите въглеродни атоми в R групите са обозначени с буквите на гръцката азбука.

В случай на серин, например, единственият въглероден атом в неговата R група, който е свързан към OH групата, е известен като γ-въглерод.

класификация

Серинът е класифициран в групата на незаредените полярни аминокиселини. Членовете на тази група са силно разтворими във вода аминокиселини, тоест те са хидрофилни съединения. В серин и треонин хидрофилността се дължи на способността им да образуват водородни връзки с вода чрез своите хидроксилни (ОН) групи.

В групата на незаредените полярни аминокиселини също са групирани цистеин, аспарагин и глутамин. Всички те имат полярна група в своята R верига, но тази група не е йонизируема и при рН, близки до неутралитет, те отменят своите заряди, произвеждайки съединение под формата на "цвитерион".

стреохимия

Общата асиметрия на аминокиселините прави стереохимията на тези съединения от жизненоважно значение в метаболитните пътища, в които участват. В случая на серин той може да бъде открит като D- или L-серин, като последният се синтезира изключително от клетки на нервната система, известни като астроцити.

А-въглеродните аминокиселини са хирални въглероди, тъй като имат прикрепени четири различни заместителя, което генерира, че има поне два отличими стереоизомера за всяка аминокиселина.

Стереоизомерът е огледален образ на молекула, тоест един не може да се наслагва върху другия. Те се означават с буквата D или L, тъй като експериментално разтворите на тези аминокиселини въртят равнината на поляризирана светлина в противоположни посоки.

L-серинът, който се синтезира в клетките на нервната система, служи като субстрат за синтез на глицин или D-серин. D-серинът е един от най-важните елементи за обмен на везикули между невроните, поради което някои автори предполагат, че и двете изоформи на серин всъщност са незаменими аминокиселини за невроните.

Характеристика

ОН групата на серин в неговата R верига го прави добър нуклеофил, така че е от ключово значение за активността на много ензими със серини в техните активни места. Серинът е един от субстратите, необходими за синтеза на нуклеотиди NADPH и глутатион.

L-серинът е от съществено значение за развитието и правилното функциониране на централната нервна система. Проучванията показват, че екзогенното доставяне на L-серин в ниски дози до хипокампални неврони и клетки на Purkinje in vitro подобрява тяхната преживяемост.

Различни изследвания на ракови клетки и лимфоцити са установили, че серин-зависимите въглеродни единици са необходими за прекомерното производство на нуклеотиди, както и за последващата пролиферация на раковите клетки.

Селеноцистеинът е една от 22-те основни аминокиселини и се получава само като производно на серин. Тази аминокиселина е наблюдавана само в някои протеини, тя съдържа селен вместо сяра, свързана с цистеин и се синтезира, като се започне от естерифициран серин.

Биосинтеза

Серинът е несъществена аминокиселина, тъй като се синтезира от човешкото тяло. Въпреки това, той може да бъде асимилиран от диетата на различни източници, като протеини и фосфолипиди главно.

Серинът се синтезира в своята L форма чрез превръщане на глицинова молекула, реакция, медиирана от ензим хидроксиметил-трансфераза.

Известно е, че основното място на синтеза на L-серин е в астроцитите, а не в невроните. В тези клетки синтезата протича по пътя на фосфорилиране, в който участва 3-фосфоглицерат, гликолитичен междинен продукт.

По този път действат три ензима: 3-фосфоглицерат дехидрогеназа, фосфосерин-трансфераза и фосфосерин-фосфатаза.

Други важни органи, когато става въпрос за синтеза на серин, са черният дроб, бъбреците, тестисите и далака. Ензимите, които синтезират серин по пътища, различни от фосфорилирането, се намират само в черния дроб и бъбреците.

Един от първите известни пътища за синтез на серин е катаболният път, участващ в глюконеогенезата, където L-серинът се получава като вторичен метаболит. Приносът на този път към производството на серин в тялото е малък.

метаболизъм

Понастоящем е известно, че серинът може да бъде получен от въглехидратния метаболизъм в черния дроб, където се получават D-глицеринова киселина, 3-фосфоглицерна киселина и 3-фосфохидроксипирунова киселина. Благодарение на процеса на трансаминация между 3-хидроксипирунова киселина и аланин се получава серин.

Експерименти, проведени с плъхове, радиоактивно белязащи въглерод 4 от глюкоза, стигат до заключението, че този въглерод е ефективно включен в въглеродните скелети на серин, което предполага, че споменатата аминокиселина има три въглероден прекурсор, вероятно от пируват.

При бактериите ензимът L-серин-дезаминаза е основният ензим, отговорен за метаболизирането на серин: той превръща L-серин в пируват. Известно е, че този ензим присъства и действа в култури на E. coli, отглеждани в минимална среда с глюкоза.

Не е известно със сигурност каква е истинската функция на L-серин-дезаминазата в тези микроорганизми, тъй като нейната експресия се индуцира от мутационни ефектори, които увреждат ДНК чрез ултравиолетово лъчение, от присъствието на налидиксинова киселина, митомицин и други. от което следва, че тя трябва да има важни физиологични последици.

Храни, богати на серин

Всички храни с високи концентрации на протеин са богати на серин, главно яйца, месо и риба. Това обаче е несъществена аминокиселина, така че не е строго необходимо да я поглъщаме, тъй като тялото е способно да я синтезира самостоятелно.

Някои хора страдат от рядко разстройство, тъй като имат фенотип с дефицит по отношение на механизмите на синтез на серин и глицин, следователно, те трябва да приемат концентрирани хранителни добавки и за двете аминокиселини.

В допълнение, търговските марки, специализирани в продажбата на витаминни добавки (Lamberts, Now Sport и HoloMega), предлагат фосфатидилсеринови и L-серинови концентрати за увеличаване на производството на мускулна маса при силно състезателни спортисти и щангисти.

Свързани заболявания

Неизправността на ензимите, участващи в биосинтезата на серин, може да причини сериозни патологии. Чрез намаляване на концентрацията на серин в кръвната плазма и цереброспиналната течност може да предизвика хипертония, психомоторно забавяне, микроцефалия, епилепсия и сложни нарушения на централната нервна система.

В момента е открито, че дефицитът на серин участва в развитието на захарен диабет, тъй като L-серинът е необходим за синтеза на инсулин и неговите рецептори.

Бебетата с дефекти в серинната биосинтеза са неврологично ненормални при раждането, имат вътрематочно забавяне на растежа, вродена микроцефалия, катаракта, припадъци и силно забавяне на невроразвитието.

Препратки

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Механизми за образуване на аминокиселини в междузвездни аналози на лед. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Перинатални метаболитни енцефалопатии. В педиатричната неврология на Суиман (стр. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD,… & Snyder, SH (2000). D-серинът е ендогенен лиганд за глициновия сайт на N-метил-D-аспартатния рецептор. Трудове на Националната академия на науките, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Серинният метаболизъм поддържа продукцията на макрофага IL-1β. Клетъчен метаболизъм, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Синтез на L-серин в централната нервна система: преглед на нарушенията на сериновия дефицит. Молекулярна генетика и метаболизъм, 99 (3), 256-262.