ISOLEUSIN: CIRI, FUNGSI, BIOSINTESIS, MAKANAN - BIOLOGI - 2025

The isoleusin (Ile, I) adalah salah satu dari 22 alami asam amino sebagai bagian dari protein. Karena tubuh manusia, seperti beberapa mamalia lain, tidak dapat mensintesisnya, isoleusin adalah salah satu dari 9 asam amino esensial yang harus diperoleh dari makanan.

Asam amino ini diisolasi untuk pertama kalinya pada tahun 1903 oleh ilmuwan F. Ehrlich dari konstituen nitrogen pada molase bit atau bit. Kemudian, penulis yang sama memisahkan isoleusin dari produk dekomposisi fibrin dan protein lainnya.

Struktur kimia asam amino Isoleusin (Sumber: Clavecin via Wikimedia Commons)

Ini adalah asam amino non-polar yang ada di sebagian besar protein seluler organisme hidup, sebagai tambahan, itu adalah bagian dari kelompok asam amino rantai cabang BCAA (dari bahasa Inggris B yang dibudidayakan C hain A mino A cids), bersama dengan leusin dan valine.

Ia memiliki fungsi dalam pembentukan struktur tersier dari banyak protein dan, sebagai tambahan, ia berpartisipasi dalam pembentukan berbagai prekursor metabolik yang berhubungan dengan metabolisme energi sel.

karakteristik

Isoleusin diklasifikasikan dalam kelompok asam amino nonpolar dengan gugus R atau rantai yang bersifat alifatik, yaitu dengan rantai hidrokarbon hidrofobik.

Karena karakteristik ini, asam amino dari kelompok ini seperti alanin, valin dan leusin, cenderung tetap dekat satu sama lain, yang berkontribusi pada stabilisasi protein yang menjadi bagian mereka melalui interaksi hidrofobik.

Asam amino non-polar ini memiliki berat sekitar 131 g / mol dan terdapat dalam protein dalam proporsi yang mendekati 6%, seringkali "terkubur" di tengahnya (berkat kualitas hidrofobiknya).

Struktur

Isoleusin adalah asam α-amino yang, seperti asam amino lainnya, memiliki atom karbon pusat yang disebut karbon α (yang merupakan kiral), di mana empat kelompok berbeda terikat: atom hidrogen, gugus amino (-NH2), gugus karboksil (-COOH) dan rantai samping atau gugus R.

Gugus R isoleusin terdiri dari hidrokarbon bercabang tunggal dari 4 atom karbon (-CH3-CH2-CH (CH3)) yang rantainya juga terdapat atom karbon kiral.

Karena karakteristik ini, isoleusin memiliki empat kemungkinan bentuk: dua di antaranya adalah isomer optik yang dikenal sebagai L-isoleusin dan D-isoleusin dan dua lainnya adalah diastereoisomer L-isoleusin. Bentuk utama protein adalah L-isoleusin.

Rumus molekul isoleusin adalah C6H13NO2 dan nama kimianya adalah asam α-amino-β-metil-β-etilpropionat atau asam 2-amino-3-metil pentatonat.

fitur

Isoleusin memiliki beberapa fungsi fisiologis pada hewan termasuk

- Penyembuhan luka

- Detoksifikasi limbah nitrogen

- Stimulasi fungsi kekebalan dan

- Promosi sekresi hormon yang berbeda.

Ini dianggap sebagai asam amino glukogenik, karena berfungsi sebagai molekul prekursor untuk sintesis perantara dari siklus asam sitrat (siklus Krebs) yang kemudian berkontribusi pada pembentukan glukosa di hati.

Untuk alasan ini, isoleusin diyakini berperan serta dalam pengaturan kadar glukosa plasma, yang memiliki implikasi penting dari sudut pandang energi tubuh.

Isoleusin berkontribusi pada rute sintesis glutamin dan alanin, bekerja demi keseimbangan antara asam amino rantai cabang.

Dalam pengaturan klinis, beberapa penulis menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi isoleusin, leusin, tirosin, dan valin mungkin merupakan penanda karakteristik sel yang terkena tumor, diikuti dengan peningkatan kadar glutamin.

Fungsi lainnya

Penyelidikan ilmiah yang berbeda telah menunjukkan bahwa isoleusin diperlukan untuk sintesis hemoglobin, protein yang bertanggung jawab untuk mengangkut oksigen dalam darah banyak hewan.

Selain itu, asam amino ini mengaktifkan masuknya nutrisi ke dalam sel; Beberapa penelitian mengungkapkan bahwa selama puasa berkepanjangan mampu menggantikan glukosa sebagai sumber energi dan, selain itu, menjadi asam amino ketogenik.

Asam amino ketogenik adalah yang kerangka karbonnya dapat disimpan sebagai asam lemak atau karbohidrat, sehingga berfungsi sebagai cadangan energi.

Isoleusin dan asam amino rantai cabang lainnya (selain faktor pertumbuhan dan kondisi lingkungan) bekerja pada aktivasi jalur pensinyalan target Rapamycin, mTOR (mekanisme T arget R apamycin).

Jalur ini merupakan jalur pensinyalan penting pada eukariota yang mampu mengontrol pertumbuhan dan metabolisme sel, serta sintesis protein dan kejadian autofagi. Selain itu, ia mengontrol kemajuan penuaan dan beberapa patologi seperti kanker atau diabetes.

Biosintesis

Manusia dan hewan lain tidak dapat mensintesis isoleusin, tetapi ini adalah bagian dari protein seluler berkat perolehannya dari makanan yang kita konsumsi setiap hari.

Tumbuhan, jamur, dan kebanyakan mikroorganisme mampu mensintesis asam amino ini dari rute yang agak rumit yang, secara umum, saling berhubungan dengan asam amino lain yang juga dianggap penting bagi manusia.

Ada, misalnya, jalur produksi isoleusin, lisin, metionin, dan treonin dari aspartat.

Pada bakteri, khususnya, isoleusin diproduksi dari asam amino treonin, melalui piruvat, melalui jalur yang melibatkan kondensasi 2 karbon piruvat dengan molekul α-ketobutirat yang diturunkan dari treonin.

Reaksi dimulai dengan aksi enzim treonin dehidratase, yang mengkatalisis dehidrasi treonin untuk menghasilkan α-ketobutirat dan amonium (NH3). Selanjutnya, enzim yang sama yang berpartisipasi dalam biosintesis valin berkontribusi pada tahapan

- Transaminasi

- Dekarboksilasi oksidatif dari asam keto yang sesuai dan

- Dehidrogenasi.

Dalam jenis mikroorganisme ini, sintesis asam amino seperti lisin, metionin, treonin dan isoleusin sangat terkoordinasi dan diatur, terutama oleh umpan balik negatif, di mana produk reaksi menghambat aktivitas enzim yang terlibat.

Terlepas dari kenyataan bahwa isoleusin, seperti leusin dan valin, adalah asam amino esensial bagi manusia, enzim aminotransferase yang ada di jaringan tubuh dapat secara reversibel mengubahnya menjadi asam α-keto yang sesuai, yang pada akhirnya dapat menggantikannya dalam diet.

Degradasi

Seperti banyak asam amino yang dikenal di alam, isoleusin dapat didegradasi untuk membentuk perantara jalur metabolisme yang berbeda, di antaranya siklus Krebs menonjol (yang menyediakan jumlah koenzim terbesar yang bekerja untuk produksi energi atau untuk biosintesis senyawa lain).

Isoleusin, triptofan, lisin, fenilalanin, tirosin, treonin, dan leusin semuanya dapat digunakan untuk menghasilkan asetil-KoA, zat antara metabolik utama untuk beberapa reaksi seluler.

Tidak seperti asam amino lainnya, asam amino rantai cabang (leusin, isoleusin, dan valin) tidak terdegradasi di hati, tetapi dioksidasi sebagai bahan bakar di otot, otak, ginjal, dan jaringan adiposa.

Organ dan jaringan ini dapat menggunakan asam amino ini berkat adanya enzim aminotransferase yang mampu bekerja pada ketiganya dan menghasilkan asam amino α-keto yang sesuai.

Setelah turunan asam amino teroksidasi ini diproduksi, kompleks enzim dehidrogenase asam α-keto mengkatalisis dekarboksilasi oksidatifnya, di mana ia melepaskan molekul karbon dioksida (CO2) dan menghasilkan turunan asil-KoA dari asam amino tersebut.

Patologi terkait dengan metabolisme isoleusin

Cacat dalam metabolisme isoleusin dan asam amino lainnya dapat menyebabkan berbagai patologi yang aneh dan kompleks, seperti, misalnya, penyakit "Maple Syrup Urine" (urine dengan bau sirup maple) atau ketoaciduria rantai bercabang.

Sesuai dengan namanya, penyakit ini ditandai dengan bau urine yang khas dari pasien yang mengidapnya, serta muntah, kejang, retardasi mental, dan kematian dini.

Hal ini berkaitan, khususnya, dengan kesalahan dalam kompleks enzim α-ketoacid dehydrogenase, dimana asam amino rantai cabang seperti isoleusin dan turunannya yang teroksidasi diekskresikan dalam urin.

Secara keseluruhan, patologi yang terkait dengan katabolisme asam amino rantai cabang seperti isoleusin dikenal sebagai acidurias organik, meskipun yang terkait langsung dengan asam amino ini cukup jarang.

Makanan kaya isoleusin

Asam amino ini melimpah di jaringan otot hewan, itulah sebabnya daging hewani seperti daging sapi, babi, ikan dan sejenisnya seperti domba, ayam, kalkun, daging rusa, antara lain. , kaya akan itu.

Itu juga ditemukan dalam produk susu dan turunannya seperti keju. Itu ada dalam telur dan juga dalam berbagai jenis biji-bijian dan kacang-kacangan, sebagai bagian penting dari protein yang menyusunnya.

Ini melimpah dalam kedelai dan kacang polong, serta ekstrak ragi yang digunakan untuk berbagai keperluan makanan.

Kadar isoleusin plasma untuk manusia dewasa adalah antara 30 dan 108 μmol / l, untuk anak-anak dan remaja antara 2 dan 18 tahun antara 22 dan 107 μmol / l dan untuk bayi antara 0 dan 2 tahun kira-kira antara 26 dan 86 μmol / l.

Data ini menunjukkan bahwa konsumsi makanan yang kaya asam amino ini dan asam amino terkait lainnya diperlukan untuk pemeliharaan banyak fungsi fisiologis organisme, karena manusia tidak dapat mensintesisnya secara de novo.

Manfaat asupannya

Suplemen nutrisi isoleusin biasanya mengandung asam amino rantai cabang penting lainnya seperti valin atau leusin atau lainnya.

Di antara contoh konsumsi isoleusin yang paling umum adalah suplemen nutrisi yang digunakan oleh atlet untuk meningkatkan persentase massa otot atau sintesis protein. Namun, dasar ilmiah yang mendukung praktik-praktik ini terus diperdebatkan, dan hasilnya tidak sepenuhnya dijamin.

Isoleusin, bagaimanapun, digunakan untuk melawan efek metabolik dari kekurangan vitamin (pellagra) karakteristik pasien yang memiliki diet kaya sorgum dan jagung, yang merupakan makanan tinggi leusin, yang dapat mempengaruhi metabolisme triptofan dan asam nikotinat pada manusia.

Efek pellagra pada tikus percobaan, misalnya, melibatkan penundaan pertumbuhan, yang diatasi dengan suplementasi isoleusin.

- Dalam industri produksi hewan

Di bidang produksi hewan, asam amino seperti lisin, treonin, metionin, dan isoleusin telah digunakan dalam uji coba untuk memberi makan babi yang tumbuh dalam kondisi terkendali.

Isoleusin, khususnya, tampaknya memiliki efek pada asimilasi nitrogen, meskipun tidak berkontribusi pada penambahan berat badan pada hewan ternak ini.

- Dalam beberapa kondisi klinis

Beberapa publikasi menunjukkan bahwa isoleusin mampu menurunkan kadar glukosa plasma, sehingga asupannya dianjurkan pada pasien yang menderita kelainan seperti diabetes atau produksi insulin yang rendah.

Infeksi virus

Suplementasi isoleusin telah terbukti berguna pada pasien yang terinfeksi rotavirus yang menyebabkan penyakit seperti gastroenteritis dan diare pada anak kecil dan hewan muda lainnya.

Studi terbaru menyimpulkan bahwa konsumsi asam amino ini oleh hewan percobaan dengan karakteristik yang disebutkan di atas (terinfeksi rotavirus) membantu dalam pertumbuhan dan kinerja sistem kekebalan bawaan berkat aktivasi jalur pensinyalan PRR atau reseptor dengan pengenalan pola.

Gangguan defisiensi

Kekurangan isoleusin dapat menyebabkan masalah penglihatan, kulit (seperti dermatitis), dan usus (terbukti seperti diare dan manifestasi gastrointestinal lainnya).

Karena ini adalah asam amino esensial untuk pembentukan dan sintesis hemoglobin, serta untuk regenerasi eritrosit (sel darah), defisiensi isoleusin yang parah dapat menimbulkan konsekuensi fisiologis yang serius, terutama terkait dengan anemia dan penyakit hematologis lainnya. .

Hal ini telah dibuktikan secara eksperimental pada hewan pengerat "normal" yang telah diberi diet isoleusin yang buruk, yang berakhir dengan perkembangan kondisi anemia yang signifikan.

Namun, isoleusin berpartisipasi dalam pembentukan hemoglobin hanya pada bayi, karena protein manusia dewasa tidak memiliki asam amino dalam jumlah yang signifikan; ini berarti defisiensi isoleusin paling jelas terlihat selama tahap awal perkembangan.

Referensi

1. Aders Plimmer, R. (1908). Konstitusi Kimia Protein. Bagian I. London, Inggris: Longmans, Green, dan CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). Konstitusi Kimia Protein. Bagian II. London, Inggris: Longmans, Green, dan CO.
3. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Asam Amino dan Peptida. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Physician's Guide to the Laboratory Diagnosis of Metabolic Diseases (edisi ke-2nd).
5. Bradford, H. (1931). Sejarah Penemuan Asam Amino. II. Tinjauan Asam Amino yang Dijelaskan Sejak 1931 sebagai Komponen Protein Asli. Kemajuan dalam Kimia Protein, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Efek berbeda dari leusin atau campuran asam amino rantai cabang (leusin, isoleusin, dan valin) pada ketahanan terhadap kelelahan, dan degradasi otot dan hati-glikogen, pada tikus terlatih. Nutrition, 29 (11-12), 1388–1394.
7. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Asam Amino Asam Amino. Dalam Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (edisi ke-3rd, Pp. 1-12). Lippincott.
8. Chandran, K., & Damodaran, M. (1951). Asam Amino dan Protein dalam Pembentukan Hemoglobin 2. Isoleusin. Jurnal Biokimia, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). Lysine, Treonine, Methionine and Isoleucine Supplementation of Peace River Barley untuk Growing Pigs. Anjing. J. Anim. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Konsentrasi isoleusin plasma menurun setelah perdarahan gastrointestinal bagian atas pada manusia. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Asam Amino, Protein dan Biokimia Kanker (Vol. 241). London: Academic Press, Inc.
12. Encyclopaedia Britannica. (2012). Diakses pada 30 Agustus 2019 dari https://www.britannica.com/science/isoleucine
13. Gelfand, R., Hendler, R., & Sherwin, R. (1979). Karbohidrat Makanan dan Metabolisme Protein Tertelan. The Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Biokimia protein makanan. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Gangguan Metabolisme Leusin, Isoleusin, dan Valin. Dalam N. Blau (Ed.), Panduan Dokter untuk Diagnosis, Pengobatan, dan Tindak Lanjut Penyakit Metabolik yang Diwarisi (hlm. 103–141).
16. Korman, SH (2006). Kesalahan bawaan dari degradasi isoleusin: Tinjauan. Genetika Molekuler dan Metabolisme, 89 (4), 289-299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Pengaruh Isoleusin pada Kulit dan Elektroensefalogram di Pellagra. The Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, & Kirk, K. (2007). Pengangkutan isoleusin nutrien esensial dalam eritrosit manusia yang terinfeksi parasit malaria Plasmodium falciparum. Blood, 109 (5), 2217–2224.
19. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. Database PubChem. l-Isoleucine, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (diakses pada 31 Agustus 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., & Gannon, MC (2008). Pengaruh isoleusin oral dengan dan tanpa glukosa pada insulin, glukagon dan konsentrasi glukosa pada subjek non-diabetes. E-Journal Eropa Nutrisi dan Metabolisme Klinis, 3 (4), 152-158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF, & Soeters, PB (1989). Apakah peningkatan pembebasan amonia setelah pendarahan di saluran pencernaan sebagai akibat dari tidak adanya isoleusin dalam hemoglobin? Sebuah penelitian pada babi. Hepatologi, 10 (3), 315-323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Sejarah penemuan asam amino. Ulasan Kimia, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Asam amino rantai cabang dan sintesis protein otot pada manusia: mitos atau kenyataan? Jurnal Masyarakat Nutrisi Olahraga Internasional, 14 (1), 1-7.
24. Wu, G. (2009). Asam amino: Metabolisme, fungsi, dan nutrisi. Asam Amino, 37 (1), 1–17.