SERINE: CIRI, FUNGSI, METABOLISME, MAKANAN - BIOLOGI - 2025

The serin adalah salah satu dari 22 asam amino dasar, meskipun ini tidak diklasifikasikan sebagai asam amino esensial bagi manusia dan hewan lainnya, karena disintesis oleh tubuh manusia.

Menurut nomenklatur tiga huruf, serine dijelaskan dalam literatur sebagai Ser (S dalam kode huruf tunggal). Asam amino ini berpartisipasi dalam sejumlah besar jalur metabolisme dan memiliki karakteristik polar, tetapi tidak bermuatan pada pH netral.

Representasi struktur asam amino Serine (Sumber: Paginazero at it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Banyak enzim yang penting untuk sel memiliki konsentrasi residu serin yang melimpah di situs aktifnya, itulah sebabnya asam amino ini memiliki banyak implikasi fisiologis dan metabolik.

Serin, di antara banyak fungsinya, berpartisipasi sebagai prekursor dan molekul perancah dalam biosintesis asam amino lain seperti glisin dan sistein dan merupakan bagian dari struktur sfingolipid yang ada dalam membran sel.

Tingkat sintesis serin bervariasi di setiap organ dan, sebagai tambahan, berubah sesuai dengan tahap perkembangan individu tersebut.

Para ilmuwan telah mengusulkan bahwa konsentrasi L-serine di jaringan otak meningkat seiring bertambahnya usia, karena permeabilitas penghalang darah-otak menurun di otak orang dewasa, yang dapat menyebabkan gangguan otak yang parah.

L-serin dikenal penting untuk biosintesis neurotransmiter, fosfolipid, dan makromolekul kompleks lainnya, karena ia menyediakan prekursor untuk beberapa jalur metabolisme ini.

Berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa pemberian suplemen L-serin atau konsentrat untuk jenis pasien tertentu meningkatkan homeostasis glukosa, fungsi mitokondria, dan mengurangi kematian neuron.

Karakteristik dan struktur

Semua asam amino memiliki struktur dasar gugus karboksil dan gugus amino yang terikat pada atom karbon yang sama; Namun, ini berbeda satu sama lain karena rantai sampingnya, yang dikenal sebagai gugus R, yang dapat bervariasi dalam ukuran, struktur, dan bahkan muatan listriknya.

Serin mengandung tiga atom karbon: karbon pusat terikat, di satu sisi, ke gugus karboksil (COOH) dan, di sisi lain, ke gugus amino (NH3 +). Dua ikatan lain dari karbon pusat ditempati oleh atom hidrogen dan oleh gugus CH2OH (gugus R), karakteristik serin.

Karbon pusat yang mengikat gugus amino dan karboksil asam amino dikenal sebagai α-karbon. Atom karbon lainnya dalam kelompok R ditentukan oleh huruf-huruf alfabet Yunani.

Dalam kasus serin, misalnya, satu-satunya atom karbon dalam gugus R-nya, yang terikat pada gugus OH, dikenal sebagai karbon-γ.

Klasifikasi

Serin diklasifikasikan dalam kelompok asam amino polar tidak bermuatan. Anggota kelompok ini adalah asam amino yang sangat larut dalam air, yaitu senyawa hidrofilik. Dalam serin dan treonin, hidrofilisitas disebabkan oleh kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air melalui gugus hidroksil (OH) mereka.

Dalam kelompok asam amino polar yang tidak bermuatan, sistein, asparagin dan glutamin juga dikelompokkan. Semua ini memiliki gugus polar dalam rantai R mereka, namun, gugus ini tidak dapat terionisasi dan pada pH mendekati netralitas mereka membatalkan muatannya, menghasilkan senyawa dalam bentuk "zwitterion".

Stereokimia

Asimetri umum asam amino membuat stereokimia senyawa ini sangat penting dalam jalur metabolisme di mana mereka berpartisipasi. Dalam kasus serin, dapat ditemukan sebagai D- atau L-serin, yang terakhir disintesis secara eksklusif oleh sel-sel sistem saraf yang dikenal sebagai astrosit.

Karbon α dari asam amino adalah karbon kiral, karena mereka memiliki empat substituen berbeda yang terpasang, yang menghasilkan setidaknya ada dua stereoisomer yang dapat dibedakan untuk setiap asam amino.

Stereoisomer adalah bayangan cermin dari suatu molekul, artinya, yang satu tidak dapat ditumpangkan di atas yang lain. Mereka dilambangkan dengan huruf D atau L karena secara eksperimental larutan asam amino ini memutar bidang cahaya terpolarisasi ke arah yang berlawanan.

L-serine yang disintesis dalam sel sistem saraf berfungsi sebagai substrat untuk mensintesis glisin atau D-serin. D-serin adalah salah satu elemen terpenting untuk terjadinya pertukaran vesikel antar neuron, itulah sebabnya beberapa penulis mengusulkan bahwa kedua isoform serin sebenarnya adalah asam amino esensial untuk neuron.

fitur

Gugus serin OH dalam rantai R-nya menjadikannya nukleofil yang baik, jadi ini adalah kunci aktivitas banyak enzim dengan serin di situs aktifnya. Serine merupakan salah satu substrat yang dibutuhkan untuk sintesis nukleotida NADPH dan glutathione.

L-serine sangat penting untuk perkembangan dan berfungsinya sistem saraf pusat. Studi telah menunjukkan bahwa pengiriman eksogen L-serine dalam dosis rendah ke neuron hipokampus dan sel Purkinje in vitro meningkatkan kelangsungan hidup mereka.

Berbagai penelitian tentang sel kanker dan limfosit telah menemukan bahwa unit karbon yang bergantung pada serin diperlukan untuk produksi nukleotida yang berlebihan, serta untuk proliferasi sel kanker selanjutnya.

Selenocysteine ​​adalah salah satu dari 22 asam amino basa dan diperoleh hanya sebagai turunan serin. Asam amino ini hanya diamati pada beberapa protein, mengandung selenium, bukan belerang yang terikat pada sistein dan disintesis mulai dari serin yang diesterifikasi.

Biosintesis

Serine adalah asam amino non-esensial, karena disintesis oleh tubuh manusia. Namun, itu dapat diasimilasi dari makanan sumber yang berbeda seperti protein dan fosfolipid, terutama.

Serin disintesis dalam bentuk L melalui konversi molekul glisin, reaksi yang dimediasi oleh enzim hidroksimetil-transferase.

Diketahui bahwa tempat utama sintesis serin-L ada di astrosit dan bukan di neuron. Dalam sel-sel ini, sintesis terjadi melalui jalur fosforilasi di mana 3-fosfogliserat, perantara glikolitik, berpartisipasi.

Tiga enzim bekerja di jalur ini: 3-phosphoglycerate dehydrogenase, phosphoserine-transferase dan phosphoserine-phosphatase.

Organ penting lainnya dalam hal sintesis serin adalah hati, ginjal, testis, dan limpa. Enzim yang mensintesis serin melalui jalur selain fosforilasi hanya ditemukan di hati dan ginjal.

Salah satu rute sintesis serin pertama yang diketahui adalah jalur katabolik yang terlibat dalam glukoneogenesis, di mana L-serin diperoleh sebagai metabolit sekunder. Namun, kontribusi jalur ini untuk produksi serin tubuh rendah.

Metabolisme

Saat ini diketahui bahwa serin dapat diperoleh dari metabolisme karbohidrat di hati, di mana dihasilkan asam D-gliserat, asam 3-fosfogliserat dan asam 3-fosfohidroksipiruvat. Berkat proses transaminasi antara asam 3-hidroksi piruvat dan alanin, serin dihasilkan.

Percobaan yang dilakukan dengan tikus yang secara radioaktif memberi label karbon 4 glukosa, telah menyimpulkan bahwa karbon ini secara efektif dimasukkan ke dalam kerangka karbon serine, menunjukkan bahwa asam amino tersebut memiliki prekursor tiga karbon yang mungkin dari piruvat.

Pada bakteri, enzim L-serin-deaminase adalah enzim utama yang bertugas memetabolisme serin: ia mengubah L-serin menjadi piruvat. Enzim ini diketahui ada dan aktif dalam kultur E. coli yang ditanam di media minimal dengan glukosa.

Tidak diketahui secara pasti apa sebenarnya fungsi L-serine-deaminase pada mikroorganisme ini, karena ekspresinya diinduksi oleh efektor mutasi yang merusak DNA oleh radiasi ultraviolet, dengan adanya asam nalidixic, mitomycin dan lain-lain. dari situ dapat disimpulkan bahwa itu pasti memiliki implikasi fisiologis yang penting.

Makanan kaya serin

Semua makanan dengan konsentrasi protein tinggi kaya akan serin, terutama telur, daging, dan ikan. Namun, ini adalah asam amino non-esensial, jadi tidak perlu sepenuhnya menelannya, karena tubuh mampu mensintesisnya sendiri.

Beberapa orang menderita kelainan langka, karena mereka memiliki fenotipe dengan kekurangan terkait mekanisme sintesis serin dan glisin, oleh karena itu, mereka perlu menelan suplemen makanan pekat untuk kedua asam amino tersebut.

Selain itu, merek komersial yang mengkhususkan diri dalam penjualan suplemen vitamin (Lamberts, Now Sport dan HoloMega) menawarkan konsentrat fosfatidilserin dan L-serin untuk meningkatkan produksi massa otot pada atlet dan angkat besi yang sangat kompetitif.

Penyakit terkait

Kerusakan enzim yang terlibat dalam biosintesis serin dapat menyebabkan patologi yang serius. Penurunan konsentrasi serin dalam plasma darah dan cairan serebrospinal dapat menyebabkan hipertonia, retardasi psikomotorik, mikrosefali, epilepsi, dan gangguan sistem saraf pusat yang kompleks.

Saat ini telah ditemukan bahwa kekurangan serine terlibat dalam perkembangan diabetes mellitus, karena L-serine diperlukan untuk sintesis insulin dan reseptornya.

Bayi dengan defek pada biosintesis serin secara neurologis abnormal saat lahir, mengalami retardasi pertumbuhan intrauterin, mikrosefali kongenital, katarak, kejang, dan keterlambatan perkembangan saraf yang parah.

Referensi

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mekanisme pembentukan asam amino dalam analog es antarbintang. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Ensefalopati metabolik perinatal. Dalam Swaiman's Pediatric Neurology (hlm. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Induk, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serin adalah ligan endogen untuk situs glisin reseptor N-metil-D-aspartat. Prosiding National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Metabolisme Serin Mendukung Produksi Makrofag IL-1β. Metabolisme sel, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Sintesis L-serin dalam sistem saraf pusat: tinjauan tentang gangguan defisiensi serin. Genetika molekuler dan metabolisme, 99 (3), 256-262.