LEUSIN: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The leucine adalah salah satu asam amino 22 merupakan protein dalam organisme hidup. Ini termasuk salah satu dari 9 asam amino esensial yang tidak disintesis oleh tubuh dan harus dikonsumsi dengan makanan yang dicerna dalam makanan.

Leusin pertama kali dijelaskan pada tahun 1818 oleh ahli kimia dan apoteker Prancis JL Proust, yang menyebutnya "oksida kaseosa." Kemudian, Erlenmeyer dan Kunlin membuatnya dari asam α-benzoylamido-β-isopropylacrylic, yang rumus molekulnya adalah C6H13NO2.

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

Leusin adalah kunci selama penemuan arah translasi protein, karena struktur hidrofobiknya memungkinkan ahli biokimia Howard Dintzis untuk secara radioaktif melabeli hidrogen karbon 3 dan mengamati arah di mana asam amino dimasukkan dalam sintesis peptida. hemoglobin.

Protein yang dikenal sebagai leusin "ritsleting" atau "penutup", bersama dengan "jari seng", merupakan faktor transkripsi terpenting dalam organisme eukariotik. Ritsleting leusin dicirikan oleh interaksi hidrofobiknya dengan DNA.

Umumnya, protein yang kaya leusin atau terdiri dari asam amino rantai cabang tidak dimetabolisme di hati, melainkan langsung ke otot di mana mereka digunakan dengan cepat untuk sintesis protein dan produksi energi.

Leusin adalah asam amino rantai cabang yang diperlukan untuk biosintesis protein dan asam amino dalam susu, yang disintesis di kelenjar susu. Sejumlah besar asam amino ini dapat ditemukan dalam bentuk bebas di dalam ASI.

Di antara semua asam amino penyusun protein, leusin dan arginin adalah yang paling melimpah dan keduanya telah terdeteksi dalam protein dari semua kerajaan yang menyusun pohon kehidupan.

karakteristik

Leusin dikenal sebagai asam amino rantai cabang esensial, yang memiliki struktur khas dengan asam amino lainnya. Namun, hal ini dibedakan karena rantai samping atau gugus R-nya memiliki dua karbon berikatan linier, dan yang terakhir terikat pada atom hidrogen dan dua gugus metil.

Itu termasuk dalam kelompok asam amino polar yang tidak bermuatan, substituen atau kelompok R dari asam amino ini bersifat hidrofobik dan non-polar. Asam amino ini terutama bertanggung jawab atas interaksi hidrofobik intra dan antar protein dan cenderung menstabilkan struktur protein.

Semua asam amino, yang memiliki pusat karbon yaitu kiral (karbon α), yang memiliki empat substituen berbeda yang terikat, dapat ditemukan dalam dua bentuk berbeda di alam; jadi, ada D- dan L-leusin, yang terakhir khas dalam struktur protein.

Kedua bentuk asam amino tersebut memiliki sifat yang berbeda, berpartisipasi dalam jalur metabolisme yang berbeda dan bahkan dapat mengubah karakteristik struktur yang menjadi bagiannya.

Misalnya leusin dalam bentuk L-leusin rasanya agak pahit, sedangkan dalam bentuk D-leusin rasanya sangat manis.

Bentuk-L dari asam amino apa pun lebih mudah bagi tubuh mamalia untuk dimetabolisme. L-leusin mudah terdegradasi dan digunakan untuk konstruksi dan perlindungan protein.

Struktur

Leusin terdiri dari 6 atom karbon. Karbon pusat, umum di semua asam amino, terikat pada gugus karboksil (COOH), gugus amino (NH2), atom hidrogen (H) dan rantai samping atau gugus R yang terdiri dari 4 atom karbon.

Atom karbon dalam asam amino dapat diidentifikasi dengan huruf Yunani. Penomoran dimulai dari karbon asam karboksilat (COOH), sedangkan penjelasan dengan abjad Yunani dimulai dari karbon pusat.

Leusin memiliki gugus substituen dalam rantai R-nya, gugus isobutil atau 2-metilpropil yang dihasilkan oleh hilangnya atom hidrogen, dengan pembentukan radikal alkil; Kelompok ini muncul sebagai cabang dalam struktur asam amino.

fitur

Leusin adalah asam amino yang dapat berfungsi sebagai prekursor ketogenik untuk senyawa lain yang terlibat dalam siklus asam sitrat. Asam amino ini merupakan sumber penting untuk sintesis asetil-KoA atau asetoasetil-KoA, yang merupakan bagian dari jalur pembentukan badan keton dalam sel hati.

Leusin diketahui penting dalam jalur pensinyalan insulin, untuk berpartisipasi dalam inisiasi sintesis protein, dan untuk mencegah kehilangan protein melalui degradasi.

Biasanya, struktur internal protein terdiri dari asam amino hidrofobik seperti leusin, valin, isoleusin, dan metionin. Struktur seperti itu biasanya disimpan untuk enzim yang umum di antara organisme hidup, seperti dalam kasus Sitokrom C.

Leusin dapat mengaktifkan jalur metabolisme dalam sel-sel kelenjar susu untuk merangsang sintesis laktosa, lipid, dan protein yang berfungsi sebagai molekul pemberi sinyal dalam pengaturan homeostasis energi pada mamalia muda.

Domain kaya leusin adalah bagian penting dari protein pengikat DNA tertentu, yang umumnya dimer struktural dalam bentuk superkoil dan dikenal sebagai "protein ritsleting leusin".

Protein ini memiliki ciri khas pola teratur leusin berulang bersama dengan asam amino hidrofobik lain yang bertanggung jawab untuk mengatur pengikatan faktor transkripsi ke DNA dan antara faktor transkripsi yang berbeda.

Protein ritsleting leusin dapat membentuk homo- atau heterodimer yang memungkinkan mereka untuk mengikat daerah tertentu dari faktor transkripsi untuk mengatur pasangannya dan interaksinya dengan molekul DNA yang mereka atur.

Biosintesis

Semua asam amino rantai cabang, termasuk leusin, terutama disintesis pada tumbuhan dan bakteri. Pada tanaman berbunga ada peningkatan produksi leusin yang signifikan, karena leusin merupakan prekursor penting untuk semua senyawa yang bertanggung jawab atas aroma bunga dan buah.

Salah satu faktor yang menyebabkan melimpahnya leusin dalam peptida bakteri yang berbeda adalah bahwa 6 kodon berbeda dari kode kode genetik untuk leusin (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), hal yang sama juga berlaku. untuk arginin.

Leusin disintesis dalam bakteri melalui jalur lima langkah yang menggunakan asam keto yang terkait dengan valin sebagai titik awal.

Proses ini diatur secara alosterik, sehingga ketika ada kelebihan leusin di dalam sel, itu menghambat enzim yang berpartisipasi dalam jalur dan menghentikan sintesis.

Jalur biosintetik

Biosintesis leusin pada bakteri dimulai dengan konversi turunan asam keto dari valin, 3-metil-2-oksobutanoat menjadi (2S) -2-isopropilmalat, berkat aksi enzim 2-isopropilmal menjadi sintase, yang mana menggunakan asetil-Koa dan air untuk tujuan ini.

(2S) -2-isopropylmalate kehilangan molekul air dan diubah menjadi 2-isopropylmaleate oleh 3-isopropylmalate dehydratase. Selanjutnya, enzim yang sama menambahkan molekul air lain dan mengubah 2-isopropylmaleate menjadi (2R-3S) -3-isopropylmalate.

Senyawa terakhir ini mengalami reaksi oksidasi reduksi yang membutuhkan partisipasi molekul NAD +, yang dengannya (2S) -2-isopropil-3-oksosuksinat diproduksi, yang dimungkinkan dengan partisipasi enzim 3- isopropil malat dehidrogenase.

(2S) -2-isopropyl-3-oxosuccinate kehilangan atom karbon dalam bentuk CO2 secara spontan, menghasilkan 4-metil-2-oksopentanoat yang, dengan aksi transaminase asam amino rantai cabang (leusin transaminase, khususnya) dan dengan pelepasan secara bersamaan dari L-glutamat dan 2-oksoglutarat, menghasilkan L-leusin.

Degradasi

Peran utama leusin adalah bertindak sebagai sinyal yang memberi tahu sel bahwa terdapat cukup asam amino dan energi untuk memulai sintesis protein otot.

Pemecahan asam amino rantai cabang seperti leusin dimulai dengan transaminasi. Ini dan dua langkah enzimatik berikutnya dikatalisis oleh tiga enzim yang sama dalam kasus leusin, isoleusin, dan valin.

Transaminasi ketiga asam amino tersebut menghasilkan turunan asam α-keto darinya, yang mengalami dekarboksilasi oksidatif untuk menghasilkan tioester asil-KoA yang α, β-dehidrogenasi untuk menghasilkan tioester asil-KoA tak jenuh α, β.

Selama katabolisme leusin, thioester asil-KoA tak jenuh α, β-tak jenuh digunakan untuk menghasilkan asetoasetat (asam asetoasetat) dan asetil-KoA melalui jalur yang melibatkan metabolit 3-hidroksi-3-metilglutaril-KoA. (HMG-CoA), yang merupakan perantara dalam biosintesis kolesterol dan isoprenoid lainnya.

Jalur katabolik leusin

Dari pembentukan tioester asil-KoA tak jenuh α, β yang diturunkan dari leusin, jalur katabolik untuk asam amino ini dan untuk valin dan isoleusin sangat berbeda.

Tioester asil-CoA tak jenuh α, β leusin diproses di hilir oleh tiga enzim berbeda yang dikenal sebagai (1) 3-metilkrotonil-KoA karboksilase, (2) 3-metilglutakonil-KoA hidratase dan (3) 3-hidroksi -3-methylglutaryl-CoA lyase.

Pada bakteri, enzim ini bertanggung jawab untuk konversi 3-methylcrotonyl-CoA (berasal dari leusin) menjadi 3-methylglutaconyl-CoA, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA, dan acetoacetate dan acetyl-CoA.

Leusin yang tersedia di dalam darah digunakan untuk sintesis protein otot / myofibrillar (MPS). Ini bertindak sebagai faktor penggerak dalam proses ini. Selain itu, ia berinteraksi langsung dengan insulin, mempengaruhi pasokan insulin.

Makanan kaya leusin

Konsumsi protein yang kaya asam amino sangat penting untuk fisiologi seluler organisme hidup dan leusin tidak terkecuali di antara asam amino esensial.

Protein yang diperoleh dari whey dianggap sebagai yang terkaya dalam residu L-leusin. Namun, semua makanan berprotein tinggi seperti ikan, ayam, telur, dan daging merah memberikan leusin dalam jumlah besar bagi tubuh.

Biji jagung kekurangan asam amino lisin dan triptofan, memiliki struktur tersier yang sangat kaku untuk pencernaan dan memiliki nilai yang kecil dari sudut pandang nutrisi, namun memiliki kadar leusin dan isoleusin yang tinggi.

Buah dari tumbuhan polongan kaya akan hampir semua asam amino esensial: lisin, treonin, isoleusin, leusin, fenilalanin, dan valin, tetapi mereka rendah metionin dan sistein.

Leusin diekstraksi, dimurnikan dan dipekatkan dalam tablet sebagai suplemen makanan untuk atlet tingkat tinggi dan dipasarkan sebagai obat. Sumber utama untuk isolasi asam amino ini adalah tepung kedelai yang dihilangkan lemaknya.

Ada suplemen makanan yang digunakan oleh para atlet untuk regenerasi otot yang dikenal sebagai BCAA (Branched Chain Amino Acids). Ini memberikan konsentrasi tinggi asam amino rantai cabang: leusin, valin dan isoleusin.

Manfaat asupannya

Makanan yang kaya leusin membantu mengontrol obesitas dan penyakit metabolisme lainnya. Banyak ahli gizi menunjukkan bahwa makanan yang kaya leusin dan suplemen makanan berdasarkan asam amino ini berkontribusi pada pengaturan nafsu makan dan kecemasan pada orang dewasa.

Semua protein yang kaya leusin merangsang sintesis protein otot; Telah terbukti bahwa peningkatan proporsi leusin yang tertelan sehubungan dengan asam amino esensial lainnya dapat membalikkan pelemahan sintesis protein pada otot pasien usia lanjut.

Bahkan orang dengan kelainan makula parah yang lumpuh dapat menghentikan hilangnya massa dan kekuatan otot dengan suplementasi leusin oral yang benar, selain menerapkan latihan ketahanan otot sistemik.

Leusin, valin, dan isoleusin adalah komponen penting dari massa yang membentuk otot rangka hewan vertebrata, sehingga keberadaannya sangat penting untuk sintesis protein baru atau untuk perbaikan protein yang sudah ada.

Gangguan defisiensi

Kekurangan atau malformasi kompleks enzim α-ketoacid dehydrogenase, yang bertanggung jawab untuk memetabolisme leusin, valin, dan isoleusin pada manusia, dapat menyebabkan gangguan mental yang parah.

Selain itu, terdapat kondisi patologis yang terkait dengan metabolisme asam amino rantai cabang yang disebut "Penyakit Urine Sirup Maple".

Sampai saat ini, belum dibuktikan adanya efek samping dari konsumsi leusin yang berlebihan. Namun, dianjurkan dosis maksimum 550 mg / kg setiap hari, karena belum ada penelitian jangka panjang terkait paparan jaringan yang berlebihan terhadap asam amino ini.

Referensi

1. Álava, MDC, Camacho, ME, & Delgadillo, J. (2012). Kesehatan otot dan pencegahan sarcopenia: efek protein, leusin dan ß-hydroxy-ß-methylbutyrate. Jurnal Metabolisme Tulang dan Mineral, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Kimia Pangan (No. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Katabolisme asam amino rantai cabang pada bakteri. Ulasan bakteriologis, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokimia. Pendidikan Pearson.
5. Mero, A. (1999). Suplementasi leusin dan pelatihan intensif. Kedokteran Olahraga, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ed.). (2012). Metabolisme protein mamalia (Vol.4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.