СЕРИН: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈЕ, МЕТАБОЛИЗАМ, ХРАНА - БИОЛОГИЈА - 2025

Серин је једна од 22 основних аминокиселина, иако то није класификована као есенцијалне аминокиселине за људе и друге животиње, јер се синтетише у људском организму.

Према номенклатури с три слова, серин је у литератури описан као Сер (С у шифри једног слова). Ова аминокиселина учествује у великом броју метаболичких путева и има поларне карактеристике, али нема набоја при неутралном пХ.

Приказ структуре аминокиселина Серин (Извор: Пагиназеро на њој.википедиа путем Викимедиа Цоммонс)

Многи ензими важни за ћелије имају обилну концентрацију серинских остатака на њиховим активним местима, због чега ова аминокиселина има вишеструке физиолошке и метаболичке импликације.

Серин, међу многим својим функцијама, учествује као прекурсор и молекул скеле у биосинтези других аминокиселина као што су глицин и цистеин и део је структуре сфинголипида присутних у ћелијским мембранама.

Брзина синтезе серина варира у сваком органу и поред тога се мења у складу са стадијумом развоја у којем је појединац.

Научници су предложили да се концентрација Л-серина у можданом ткиву повећава с годинама, јер се пропусност крвно-мождане баријере у мозгу одраслих смањује, што може узроковати озбиљне поремећаје мозга.

Познато је да је Л-серин од виталног значаја за биосинтезу неуротрансмитера, фосфолипида и других сложених макромолекула, јер обезбеђује прекурсоре за ове више метаболичке путеве.

Разне студије су показале да опскрба додацима или концентратима Л-серина одређеним типовима пацијената побољшава хомеостазу глукозе, функцију митохондрија и смањује смрт неурона.

Карактеристике и структура

Све аминокиселине имају као основну структуру карбоксилну групу и амино групу везану на исти атом угљеника; Међутим, оне се међусобно разликују по бочним ланцима, познатим као Р групе, који могу варирати у величини, структури, па чак и у свом електричном набоју.

Серин садржи три атома угљеника: централни угљеник повезан са једне стране на карбоксилну групу (ЦООХ), а са друге на амино групу (НХ3 +). Остале две везе централног угљеника су заузете атомом водоника и ЦХ2ОХ групом (Р група), карактеристичним за серин.

Централни угљеник на који су везане амино и карбоксилне групе аминокиселина познат је под називом α-угљеник. Остали атоми угљеника у Р групама су означени словима грчке абецеде.

У случају серина, на пример, једини атом угљеника у његовој Р групи, који је везан за ОХ групу, познат је под називом γ-угљеник.

Класификација

Серин је класификован у групу неиспуњених поларних аминокиселина. Чланови ове групе су високо растворљиве аминокиселине у води, то јест хидрофилна једињења. У серину и треонину, хидрофилност је последица њихове способности да формирају водоничне везе са водом кроз своје хидроксилне (ОХ) групе.

У групи неиспуњених поларних аминокиселина такође су сврстани цистеин, аспарагин и глутамин. Сви ови имају поларну групу у свом Р ланцу, међутим, ова група није јонизујова и при пХ близу близу неутралности поништавају набоје, производећи једињење у облику "звиттериона".

Стереохемија

Општа асиметрија аминокиселина чини стереохемију ових једињења од виталног значаја у метаболичким путевима у којима они учествују. У случају серина, може се наћи као Д- или Л-серин, при чему последњи синтетише искључиво ћелије нервног система познате као астроцити.

Α угљеници аминокиселина су хирални угљеници, пошто имају четири различита супституента, што ствара да постоје најмање два различита стереоизомера за сваку аминокиселину.

Стереоизомер је зрцална слика молекула, односно не може се један на други наносити. Означени су словом Д или Л, јер експериментално раствори ових аминокиселина ротирају равнину поларизоване светлости у супротним смеровима.

Л-серин који се синтетише у ћелијама нервног система служи као супстрат за синтезу глицина или Д-серина. Д-серин је један од најважнијих елемената за измену везикула између неурона, због чега неки аутори предлажу да су обе изоформе серина у ствари есенцијалне аминокиселине за неуроне.

Карактеристике

ОХ група серина у његовом Р ланцу га чини добрим нуклеофиљем, тако да је кључна за активност многих ензима са серинима на њиховим активним локацијама. Серин је један од супстрата потребних за синтезу нуклеотида НАДПХ и глутатион.

Л-серин је важан за развој и правилно функционисање централног нервног система. Студије су показале да егзогена испорука Л-серина у малим дозама хипокампалним неуронима и Пуркиње ћелијама ин витро побољшава њихов опстанак.

Различите студије ћелија рака и лимфоцита откриле су да су угљене јединице зависне од серина неопходне за прекомерну производњу нуклеотида, као и за каснију пролиферацију ћелија рака.

Селеноцистеин је једна од 22 основне аминокиселине и добија се само као дериват серина. Ова аминокиселина је примећена само у неким протеинима, она садржи селен уместо сумпора везаног за цистеин и синтетише се почевши од естерификованог серина.

Биосинтеза

Серин је небитна аминокиселина, јер га синтетише у људском телу. Међутим, може се усвојити из исхране углавном из различитих извора, као што су протеини и фосфолипиди.

Серин се синтетише у свом Л облику претворбом молекула глицина, реакцијом посредованом ензимом хидроксиметил-трансферазе.

Познато је да је главно место синтезе Л-серина у астроцитима, а не у неуронима. У овим ћелијама синтеза се одвија путем фосфорилације у којој учествује 3-фосфоглицерат, гликолитички интермедијер.

На тај начин делују три ензима: 3-фосфоглицерат дехидрогеназа, фосфосерин-трансфераза и фосфосерин-фосфатаза.

Остали важни органи када је у питању синтеза серина су јетра, бубрези, тестиси и слезина. Ензими који синтетишу серин другим путевима осим фосфорилације налазе се само у јетри и бубрезима.

Један од првих познатих путева синтезе серина био је катаболички пут који је укључен у глуконеогенезу, где се Л-серин добија као секундарни метаболит. Међутим, допринос ове руте производњи телесних серина је низак.

Метаболизам

Тренутно је познато да се серин може добити из метаболизма угљених хидрата у јетри, где се производе Д-глицеринска киселина, 3-фосфоглицерна киселина и 3-фосфохидроксипируинска киселина. Захваљујући процесу трансаминације између 3-хидрокси-пируичне киселине и аланина, добија се серин.

Експерименти спроведени на пацовима који радиоактивно обележавају угљеник 4 глукозе закључили су да је тај угљен ефикасно уграђен у скелете угља серина, што сугерише да наведена аминокиселина има прекурсор са три угљеника вероватно из пирувата.

Код бактерија је ензим Л-серин-деаминаза главни ензим који је задужен за метаболизацију серина: он Л-серин претвара у пируват. За овај ензим је познато да је присутан и активан у културама Е. цоли које се узгајају у минималном медију са глукозом.

Сигурно није познато која је права функција Л-серин-деаминазе у овим микроорганизмима, јер је њена експресија индукована мутацијским ефекторима који оштећују ДНК ултраљубичастим зрачењем, присуством налидиксичне киселине, митомицина и других. из чега произлази да мора имати важне физиолошке импликације.

Храна богата серином

Сва храна са високом концентрацијом протеина богата је серином, углавном јаја, месо и риба. Међутим, ово је неесенцијална аминокиселина, тако да је није нужно узимати унос, јер је тело способно да је синтетише самостално.

Неки људи пате од ретког поремећаја, пошто имају фенотип са мањком механизама синтезе серина и глицина, па им морају уносити концентроване додатке храни за обе аминокиселине.

Поред тога, комерцијални брендови специјализовани за продају витаминских додатака (Ламбертс, Нов Спорт и ХолоМега) нуде фосфатидилсерин и Л-серинске концентрате за повећање производње мишићне масе код високо конкурентних спортиста и дизача тегова.

Сродне болести

Неисправност ензима који учествују у биосинтези серина може узроковати озбиљне патологије. Снижавањем концентрације серина у крвној плазми и цереброспиналној течности може изазвати хипертонију, психомоторну ретардацију, микроцефалију, епилепсију и сложене поремећаје централног нервног система.

Тренутно је откривено да је недостатак серина укључен у развој дијабетес мелитуса, јер је Л-серин неопходан за синтезу инсулина и његових рецептора.

Бебе са оштећењима биосинтезе серина су неуролошки ненормалне при рођењу, имају интраутерину успоравање раста, урођену микроцефалију, катаракту, нападаје и озбиљно закасњење неуроразвоја.

Референце

1. Елсила, ЈЕ, Дворкин, ЈП, Бернстеин, МП, Мартин, МП, и Сандфорд, СА (2007). Механизми формирања аминокиселина у међузвездним аналогима леда. Тхе Астропхисицал Јоурнал, 660 (1), 911.
2. Ицхорд, РН, & Беарден, ДР (2017). Перинаталне метаболичке енцефалопатије. У Сваимановој педијатријској неурологији (стр. 171-177). Елсевиер.
3. Мотхет, ЈП, Родитељ, АТ, Волоскер, Х., Бради, РО, Линден, ДЈ, Феррис, ЦД, … & Снидер, СХ (2000). Д-серин је ендогени лиганд за место глицина Н-метил-Д-аспартат рецептора. Зборник радова Националне академије наука, 97 (9), 4926-4931
4. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
5. Родригуез, АЕ, Дуцкер, ГС, Биллингхам, ЛК, Мартинез, Калифорнија, Маинолфи, Н., Сури, В.,… и Цхандел, НС (2019). Метаболизам серина подржава производњу макрофага ИЛ-1β. Ћелијски метаболизам, 29 (4), 1003-1011.
6. Табатабаие, Л., Кломп, ЛВ, Бергер, Р. и Де Конинг, ТЈ (2010). Синтеза Л-серина у централном нервном систему: преглед поремећаја недостатка серина. Молекуларна генетика и метаболизам, 99 (3), 256-262.