ลักษณะของซีรีนหน้าที่การเผาผลาญอาหาร - ชีววิทยา

ซีรีนเป็นหนึ่งใน 22 กรดอะมิโนพื้นฐานแม้นี่จะไม่จัดเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับมนุษย์และสัตว์อื่น ๆ เพราะมันถูกสังเคราะห์โดยร่างกายมนุษย์

ตามระบบการตั้งชื่อตัวอักษรสามตัวซีรีนอธิบายไว้ในวรรณกรรมว่า Ser (S ในรหัสตัวอักษรเดี่ยว) กรดอะมิโนนี้มีส่วนร่วมในวิถีการเผาผลาญจำนวนมากและมีลักษณะเชิงขั้ว แต่ไม่มีประจุที่ pH เป็นกลาง

การเป็นตัวแทนของโครงสร้างกรดอะมิโน Serine (ที่มา: Paginazero ที่ it.wikipedia จาก Wikimedia Commons)

เอนไซม์หลายชนิดที่สำคัญต่อเซลล์มีความเข้มข้นของซีรีนตกค้างในบริเวณที่ทำงานอยู่ซึ่งเป็นสาเหตุที่กรดอะมิโนนี้มีผลทางสรีรวิทยาและการเผาผลาญหลายอย่าง

ซีรีนมีส่วนร่วมเป็นสารตั้งต้นและโมเลกุลโครงกระดูกในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดอะมิโนอื่น ๆ เช่นไกลซีนและซีสเทอีนและเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของสฟิงโคลิปิดที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์

อัตราการสังเคราะห์ซีรีนแตกต่างกันไปในแต่ละอวัยวะและนอกจากนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามขั้นตอนของการพัฒนาที่แต่ละคนอยู่

นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าความเข้มข้นของ L-serine ในเนื้อเยื่อสมองจะเพิ่มขึ้นตามอายุเนื่องจากความสามารถในการซึมผ่านของกำแพงเลือดสมองจะลดลงในสมองผู้ใหญ่ซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดปกติของสมองอย่างรุนแรง

L-serine เป็นที่ทราบกันดีว่ามีความสำคัญต่อการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารสื่อประสาทฟอสโฟลิปิดและโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนอื่น ๆ เนื่องจากเป็นสารตั้งต้นสำหรับเส้นทางการเผาผลาญที่หลากหลายเหล่านี้

การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าการให้อาหารเสริม L-serine หรือให้ความสำคัญกับผู้ป่วยบางประเภทช่วยเพิ่มสภาวะสมดุลของกลูโคสการทำงานของไมโตคอนเดรียและลดการตายของเซลล์ประสาท

ลักษณะและโครงสร้าง

กรดอะมิโนทั้งหมดมีโครงสร้างพื้นฐานเป็นหมู่คาร์บอกซิลและกลุ่มอะมิโนที่ผูกติดกับคาร์บอนอะตอมเดียวกัน อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้แตกต่างกันไปตามโซ่ข้างหรือที่เรียกว่ากลุ่ม R ซึ่งอาจมีขนาดโครงสร้างและแม้กระทั่งประจุไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

ซีรีนประกอบด้วยคาร์บอนสามอะตอม: คาร์บอนกลางติดอยู่ในมือข้างหนึ่งกับหมู่คาร์บอกซิล (COOH) และอีกกลุ่มหนึ่งเป็นหมู่อะมิโน (NH3 +) อีกสองพันธะของคาร์บอนกลางถูกครอบครองโดยอะตอมของไฮโดรเจนและโดยหมู่ CH2OH (กลุ่ม R) ซึ่งเป็นลักษณะของซีรีน

คาร์บอนกลางที่เชื่อมต่อกับหมู่อะมิโนและคาร์บอกซิลของกรดอะมิโนเรียกว่าα-carbon อะตอมของคาร์บอนอื่น ๆ ในกลุ่ม R ถูกกำหนดโดยตัวอักษรของอักษรกรีก

ตัวอย่างเช่นในกรณีของซีรีนอะตอมของคาร์บอนเพียงอะตอมเดียวในกลุ่ม R ซึ่งติดอยู่กับหมู่ OH เรียกว่าγ-carbon

การจัดหมวดหมู่

ซีรีนจัดอยู่ในกลุ่มของกรดอะมิโนโพลาร์ที่ไม่มีประจุ สมาชิกของกลุ่มนี้คือกรดอะมิโนที่ละลายน้ำได้สูงนั่นคือเป็นสารประกอบที่ชอบน้ำ ในซีรีนและ ธ รีโอนีนความสามารถในการชอบน้ำเกิดจากความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำผ่านกลุ่มไฮดรอกซิล (OH)

ภายในกลุ่มของกรดอะมิโนโพลาร์ที่ไม่มีประจุจะมีการจัดกลุ่มซีสเทอีนแอสปาราจีนและกลูตามีน ทั้งหมดนี้มีกลุ่มขั้วในสาย R อย่างไรก็ตามกลุ่มนี้ไม่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้และที่ pH ใกล้เคียงกับความเป็นกลางจะยกเลิกประจุทำให้เกิดสารประกอบในรูปของ "zwitterion"

Stereochemistry

ความไม่สมมาตรทั่วไปของกรดอะมิโนทำให้สเตียรอยด์ของสารประกอบเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในเส้นทางการเผาผลาญที่พวกมันเข้าร่วม ในกรณีของซีรีนสามารถพบได้ในชื่อ D- หรือ L-serine ซึ่งถูกสังเคราะห์โดยเซลล์ของระบบประสาทที่เรียกว่าแอสโตรไซต์

คาร์บอนαของกรดอะมิโนคือไครัลคาร์บอนเนื่องจากมีสารทดแทนที่แตกต่างกันสี่ชนิดติดอยู่ซึ่งทำให้มีสเตอริโอไอโซเมอร์ที่แยกแยะได้อย่างน้อยสองตัวสำหรับกรดอะมิโนแต่ละตัว

สเตอริโอไอโซเมอร์เป็นภาพสะท้อนของโมเลกุลนั่นคือไม่สามารถซ้อนทับบนอีกตัวหนึ่งได้ พวกเขาแสดงด้วยตัวอักษร D หรือ L เนื่องจากการทดลองสารละลายของกรดอะมิโนเหล่านี้จะหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์ในทิศทางตรงกันข้าม

L-serine ที่สังเคราะห์ในเซลล์ของระบบประสาททำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ไกลซีนหรือ D-serine D-serine เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสำหรับการแลกเปลี่ยนถุงน้ำระหว่างเซลล์ประสาทที่จะเกิดขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้เขียนบางคนเสนอว่าไอโซฟอร์มทั้งสองของซีรีนเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับเซลล์ประสาท

คุณสมบัติ

กลุ่ม OH ของซีรีนในสายโซ่ R ทำให้เป็นนิวคลีโอไทล์ที่ดีซึ่งเป็นสาเหตุที่สำคัญในการทำงานของเอนไซม์หลายชนิดที่มีซีรีนที่บริเวณที่ทำงานอยู่ ซีรีนเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ NADPH และกลูตาไธโอน

แอล - ซีรีนจำเป็นต่อการพัฒนาและการทำงานที่เหมาะสมของระบบประสาทส่วนกลาง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการส่ง L-serine จากภายนอกในปริมาณที่ต่ำไปยังเซลล์ประสาท hippocampal และเซลล์ Purkinje ในหลอดทดลองช่วยเพิ่มการอยู่รอด

การศึกษาต่างๆเกี่ยวกับเซลล์มะเร็งและลิมโฟไซต์พบว่าหน่วยคาร์บอนที่ขึ้นอยู่กับซีรีนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตนิวคลีโอไทด์ที่มากเกินไปรวมถึงการเพิ่มจำนวนของเซลล์มะเร็งในภายหลัง

ซีลีโนซิสเทอีนเป็นหนึ่งในกรดอะมิโนพื้นฐาน 22 ชนิดและได้มาเป็นอนุพันธ์ของซีรีนเท่านั้น กรดอะมิโนนี้ได้รับการสังเกตในโปรตีนบางชนิดเท่านั้นประกอบด้วยซีลีเนียมแทนที่จะเป็นกำมะถันที่จับกับซิสเทอีนและสังเคราะห์โดยเริ่มจากซีรีนเอสเทอร์ไรด์

การสังเคราะห์

ซีรีนเป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นเนื่องจากร่างกายมนุษย์สังเคราะห์ขึ้นเอง อย่างไรก็ตามสามารถดูดซึมได้จากอาหารจากแหล่งต่างๆเช่นโปรตีนและฟอสโฟลิปิดเป็นหลัก

ซีรีนถูกสังเคราะห์ในรูปแบบ L โดยการแปลงโมเลกุลไกลซีนซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากเอนไซม์ไฮดรอกซีเมธิล - ทรานสเฟอเรส

เป็นที่ทราบกันดีว่าไซต์หลักของการสังเคราะห์ L-serine อยู่ในแอสโตรไซต์ไม่ใช่ในเซลล์ประสาท ในเซลล์เหล่านี้การสังเคราะห์เกิดขึ้นโดยวิถี phosphorylation ซึ่ง 3-phosphoglycerate ซึ่งเป็นตัวกลางไกลโคไลติกมีส่วนร่วม

เอนไซม์สามตัวทำหน้าที่ในเส้นทางนี้: 3-phosphoglycerate dehydrogenase, phosphoserine-transferase และ phosphoserine-phosphatase

อวัยวะที่สำคัญอื่น ๆ ในการสังเคราะห์ซีรีน ได้แก่ ตับไตอัณฑะและม้าม เอนไซม์ที่สังเคราะห์ซีรีนโดยทางอื่นที่ไม่ใช่ฟอสโฟรีเลชันพบได้เฉพาะในตับและไตเท่านั้น

หนึ่งในเส้นทางการสังเคราะห์ซีรีนที่รู้จักกันเป็นครั้งแรกคือวิถีการเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับกลูโคโนเจเนซิสโดยที่ L-serine ได้มาเป็นสารเมตาโบไลต์ทุติยภูมิ อย่างไรก็ตามการมีส่วนร่วมของเส้นทางนี้ในการผลิตซีรีนของร่างกายอยู่ในระดับต่ำ

การเผาผลาญอาหาร

ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าซีรีนสามารถได้รับจากการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตในตับโดยที่กรด D-glyceric กรด 3-phosphoglyceric และกรด 3-phosphohydroxypyruvic ด้วยกระบวนการทรานสปนเปื้อนระหว่างกรด 3-hydroxy pyruvic และอะลานีนทำให้เกิดซีรีน

การทดลองที่ดำเนินการกับหนูที่ติดฉลากคาร์บอน 4 ของกลูโคสด้วยกัมมันตภาพรังสีได้ข้อสรุปว่าคาร์บอนนี้รวมเข้ากับโครงกระดูกของซีรีนคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยบอกว่ากรดอะมิโนดังกล่าวมีสารตั้งต้นของคาร์บอน 3 ตัวซึ่งอาจมาจากไพรูเวต

ในแบคทีเรียเอนไซม์ L-serine-deaminase เป็นเอนไซม์หลักที่รับผิดชอบในการเผาผลาญซีรีนโดยจะแปลง L-serine ให้เป็นไพรูเวต เอนไซม์นี้เป็นที่ทราบกันดีว่ามีอยู่และทำงานได้ในเชื้อ E. coli ที่เติบโตในอาหารที่มีน้ำตาลกลูโคสน้อยที่สุด

ยังไม่ทราบแน่ชัดว่า L-serine-deaminase มีหน้าที่อะไรในจุลินทรีย์เหล่านี้เนื่องจากการแสดงออกของมันเกิดจากผลของการกลายพันธุ์ที่ทำลาย DNA ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตโดยการมีกรด nalidixic mitomycin และอื่น ๆ ซึ่งเป็นไปตามนั้นจะต้องมีผลกระทบทางสรีรวิทยาที่สำคัญ

อาหารที่อุดมด้วยซีรีน

อาหารทุกชนิดที่มีโปรตีนเข้มข้นสูงอุดมไปด้วยซีรีนส่วนใหญ่เป็นไข่เนื้อสัตว์และปลา อย่างไรก็ตามนี่เป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องกินเข้าไปอย่างเคร่งครัดเนื่องจากร่างกายสามารถสังเคราะห์ได้ด้วยตัวเอง

บางคนต้องทนทุกข์ทรมานจากความผิดปกติที่หายากเนื่องจากมีฟีโนไทป์ที่มีความบกพร่องเกี่ยวกับกลไกการสังเคราะห์ซีรีนและไกลซีนดังนั้นพวกเขาจึงจำเป็นต้องรับประทานผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเข้มข้นสำหรับกรดอะมิโนทั้งสองชนิด

นอกจากนี้แบรนด์เชิงพาณิชย์ที่เชี่ยวชาญในการขายผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร (Lamberts, Now Sport และ HoloMega) ยังนำเสนอฟอสฟาติดิลเซอรีนและแอล - ซีรีนที่เข้มข้นเพื่อเพิ่มการผลิตมวลกล้ามเนื้อในนักกีฬาและนักยกน้ำหนักที่มีการแข่งขันสูง

โรคที่เกี่ยวข้อง

ความผิดปกติของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของซีรีนอาจทำให้เกิดโรคร้ายแรงได้ โดยการลดความเข้มข้นของซีรีนในเลือดและน้ำไขสันหลังอาจทำให้เกิดภาวะไขมันในเลือดสูงการชะลอตัวของจิตประสาท microcephaly โรคลมบ้าหมูและความผิดปกติที่ซับซ้อนของระบบประสาทส่วนกลาง

ปัจจุบันมีการค้นพบว่าการขาดซีรีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของโรคเบาหวานเนื่องจาก L-serine จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์อินซูลินและตัวรับ

ทารกที่มีข้อบกพร่องในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของซีรีนจะมีความผิดปกติทางระบบประสาทตั้งแต่แรกเกิดมีการชะลอการเจริญเติบโตของมดลูกโรคไขสันหลังอักเสบ แต่กำเนิดต้อกระจกอาการชักและความล่าช้าในการพัฒนาของระบบประสาทอย่างรุนแรง

อ้างอิง

Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007) กลไกการสร้างกรดอะมิโนในแอนะล็อกน้ำแข็งระหว่างดวงดาว วารสาร Astrophysical Journal, 660 (1), 911
Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). encephalopathies การเผาผลาญปริกำเนิด ในระบบประสาทวิทยาเด็กของ Swaiman (หน้า 171-177) เอลส์
Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H. , Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000) D-serine เป็นลิแกนด์ภายนอกสำหรับไซต์ไกลซีนของตัวรับ N-methyl-D-aspartate การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Macmillan
Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N. , Suri, V. , … & Chandel, NS (2019) Serine Metabolism รองรับการผลิต Macrophage IL-1β การเผาผลาญของเซลล์, 29 (4), 1003-1011.
Tabatabaie, L. , Klomp, LW, Berger, R. , & De Koning, TJ (2010). การสังเคราะห์ L-serine ในระบบประสาทส่วนกลาง: การทบทวนความผิดปกติของการขาดซีรีน อณูพันธุศาสตร์และเมแทบอลิซึม, 99 (3), 256-262.

ลักษณะของซีรีนหน้าที่การเผาผลาญอาหาร - ชีววิทยา - 2026