Свързани термини:

  • Кленов сироп Уринна болест
  • Трансаминаза
  • Аминокиселини
  • Валин
  • Глутаминова киселина
  • Левцин
  • Изолевцин
  • Ензими
  • Протеин
  • 2 Оксоизовалерат дехидрогеназа (липоамид)

Изтеглете като PDF

аминокиселини

За тази страница

Том I

Аминокиселини с разклонена верига и ароматни аминокиселини

Аминокиселините с разклонена верига (BCAA) валин, левцин и изолевцин са сред деветте основни аминокиселини, достъпни за хората като хранителни протеини. BCAA и ароматните аминокиселини (AA), особено фенилаланин и тирозин, са свързани със затлъстяване и инсулинова резистентност, концентрациите на 85-87 и BCAA намаляват със загуба на тегло. 85 По-голямо намаление на циркулиращите BCAA и AA се наблюдава при диабет тип 2 след стомашен байпас в сравнение с пациенти с нехирургична, съпоставена загуба на тегло. 88 Намаленията на BCAA корелират с подобрена инсулинова чувствителност, изчислена чрез оценка на хомеостатичен модел на инсулинова резистентност (HOMA-IR) или евгликемична скоба. 87,89 Въпреки това, други проучвания показват, че BCAA намалява по подобен начин след RYGB в сравнение със съответната загуба на тегло след регулируема стомашна ивица при недиабетни индивиди, 87 така че са необходими допълнителни проучвания за определяне на причинно-следствената значимост на връзката между аминокиселините и модификацията на инсулиновата чувствителност дали степента на ефектите се различава след хирургично индуцирана загуба на тегло.

Аминокиселини с разклонена верига (левцин, изолевцин и валин) и скелетни мускули

Стефан Х.М. Горисен, Стюарт М. Филипс, в Храненето и скелетните мускули, 2019

Резюме

Аминокиселините с разклонена верига (BCAA), левцин, изолевцин и валин включват

17% от скелетните мускули на човека. BCAA са незаменими аминокиселини, които трябва да се осигуряват от хранителния протеин. Диетичните протеинови аминокиселини се транспортират чрез циркулацията до скелетните мускули, където се използват за подпомагане синтеза на протеини. Освен че служи като субстрат за протеинов синтез, BCAA левцинът действа като сигнална молекула, която активира синтеза на мускулните протеини. Тази глава предоставя общ преглед на сегашното разбиране за ролята на BCAA в стимулирането на синтеза на мускулен протеин и насърчаването на мускулния растеж. Освен това ще се разгледа катаболизмът на BCAA и ще обсъдим хипотезата, че BCAA могат да играят роля в развитието на инсулинова резистентност.

Микробиомът и метаболомът в метаболитния синдром

Аминокиселинен метаболизъм

Аминокиселините с разклонена верига (BCAA) (изолевцин, левцин и валин) и ароматни аминокиселини (тирозин и фенилаланин) имат силна прогнозна стойност за инсулинова резистентност и диабет тип 2 (T2D) [14,15]. Някои аминокиселини могат да повишат инсулиновата резистентност (IR), като нарушават инсулиновата сигнализация в скелетните мускули. В същото време инсулиновата резистентност може да поддържа катаболно състояние, влошавайки приемането или освобождаването на BCAA в скелетните мускули, действайки като порочен цикъл, тъй като BCAAs са известни, че предизвикват секреция на бета-клетъчен инсулин и насърчават хиперинсулинемия и изчерпване на инсулина. Този процес обаче изглежда недостатъчен за предотвратяване на хипергликемия [15]. Алфа-хидроксибутират (α-HB) е важен страничен продукт от алфа-кетобутират (α-KB), който е необходим за биосинтеза на цистеин и в крайна сметка води до синтез на глутатион [16] .

Всъщност α-HB се натрупва, когато α-KB синтезът е по-голям от неговия катаболизъм и е свързан с IR и оксидативен стрес. Цистеинът поема основна роля, когато се изисква повишен синтез на глутатион, за да се противодейства на щетите, причинени от реактивни кислородни видове (ROS), тъй като е известно, че е предшественик на глутатион и е установено, че е свързан с инсулиновата резистентност [16]. Тази метаболитна мрежа предполага, че цистеинът е важна точка за среща между някои кетокиселини, като α-HB и α-KB, и регулатори на увреждане на оксидативния стрес, като глутатион. В допълнение, 2-аминоадипиновата киселина, лизин посредник, показва повишен риск (4,5 пъти) от развитие на T2D, независимо от нивата на глюкоза на гладно. Когато се добавя като добавка в животински модели, показва, че намалява нивата на глюкозата, действайки като модулатор на секрецията на инсулин [15,17] .

β-хидроксипируват, глицинов посредник, регулира миентериалните неврони, намалявайки съдържанието на инсулин в панкреатичните острови при мишки [18]. Проучването Takayama демонстрира, че добавката BCAA може да се използва като терапевтична мярка при пациенти, склонни към инсулинова резистентност и нормално тегло, тъй като те са свързани с намаляване на риска от диабет и подобряване на контрола на глюкозата. Левцинът е най-важният BCAA във връзка с освобождаването на инсулин [19]. Количеството BCAA в серума не корелира стриктно с приема му. При затлъстели субекти повишената концентрация на BCAA се обяснява с нарушение на неговия катаболизъм и клирънс поради намаляване на комплексната функция на разклонената верига кетоацидна дехидрогеназа (BCKD), същия митохондриален ензим, участващ в синтеза на α-KB [19]. Когато настъпи инсулинова резистентност и диабет, митохондриалната функция за BCAA катаболизма се нарушава; по този начин страничните продукти на BCAA влияят върху митохондриалното окисление на глюкозата. В допълнение, големият неутрален аминокиселинен транспортер 1 рецептор се нарушава и навлизането на BCAA в клетката не се случва по подходящ начин, допринасяйки за високите серумни концентрации на BCAA [14] .

Аминокиселини с разклонена верига

Резюме

Аминокиселини с разклонена верига, част Б

Хироюки Кагамияма, Хидейки Хаяши, в Методи в ензимологията, 2000 г.

Каталитични свойства

BCAT катализира трансаминирането на различни аминокиселини (Таблица I). Освен аминокиселините с разклонена верига, BCAT е активен към фенилаланин и тирозин, като и двете имат обемни странични вериги като аминокиселини с разклонена верига. Метионинът също е доста добър субстрат. Докато катализира трансаминирането на тези хидрофобни аминокиселини, BCAT е активен и към глутамат и съответните му кетокиселини 2-оксоглутарат. По този начин, подобно на много други аминотрансферази, BCAT разпознава два структурно различни набора субстрати, амино/кето киселини с хидрофобни странични вериги и амино/кето киселини с карбоксилни странични вериги.

Затлъстяване, метаболитен синдром и нарушения на енергийния баланс

Д-р Рам Вайс, д-р Робърт Х. Лустиг, магистърска степен по детска ендокринология (четвърто издание), 2014 г.

Аминокиселини с разклонена верига

Аминокиселините с разклонена верига (BCAA: валин, левцин и изолевцин) са основни аминокиселини, които представляват> 20% от аминокиселините в типичната „западна диета“. 405 Въпреки че обикновено се използват за биосинтез на протеини и клетъчен растеж, когато се предоставят в излишък, те се отклоняват от синтеза на протеини и към използване на енергия. 406

В черния дроб BCAA повишават транскрипцията на въглехидратен регулаторен свързващ елемент протеин (ChREBP) и SREBP-1c, 407 улеснявайки DNL. Освен това, BCAA ограничават индуцираната от инсулин PI3-K сигнализация и стимулират активирането на целта на рапамицин при бозайниците (mTOR), насърчавайки сериновото фосфорилиране на IRS-1 и увреждането на инсулиновата сигнализация. Освен това, както има промени, свързани със затлъстяването в адипокините и маркерите за сърдечно-съдови рискове, изглежда също така има промени, свързани с наднорменото тегло в метаболизма на BCAA и последващите серумни нива. По-специално се съобщава, че нивата на валин и левцин/изолевцин са съответно с 20% и 14% по-високи при затлъстели в сравнение с слаби лица. 406 В механично отношение изглежда, че това се дължи на високата скорост на потока през катаболния път на BCAA, което води до увеличеното производство на аланин. Тъй като аланинът е силно глюконеогенна аминокиселина, увеличеният катаболизъм на BCAA може по този начин да допринесе за повишено отделяне на чернодробна глюкоза. 408 Освен това, повишените α-кетокиселини, генерирани от увеличен поток на BCAA чрез техните катаболни пътища, също потенциално потискат митохондриалното β-окисление.

Освен това, хроничното повишаване на BCAA уврежда транспорта на ароматни аминокиселини в мозъка; намаленото производство на серотонин (получен от триптофан) и катехоламини (получени от фенилаланин и тирозин) може да предизвика глад. 406 Хипотезата за „BCAA претоварване“ предполага, че в контекста на диетичен модел, който включва висока консумация на мазнини, BCAA могат да допринесат независимо за развитието на инсулинова резистентност, хипотеза, подкрепена от метаболомични проучвания, показващи високи нива на BCAA при нормогликемични индивиди, които впоследствие развиват инсулинова резистентност и диабет. 409, 410

Транслационни модели, методи и концепции в изследванията на стареенето и дълголетието

5.9 Аминокиселини с разклонена верига (BCAA) и стареене

Интересното е, че BCAA насърчава оцеляването при мишки на средна възраст чрез увеличаване на митохондриалната биогенеза в сърдечните и скелетните мускули, вероятно чрез активиране на PPARgamma coactivator 1 alpha (PGC-1a), което води до намаляване на оксидативния стрес [244]. Тъй като BCAA стимулират mTORC [245], механизмът за насърчаване на здравния диапазон е сложен, тъй като няколко проучвания показват, че намалената сигнализация на TOR е в основата на удължаването на продължителността на живота чрез CR [246] и че инхибирането на TOR с рапамицин удължава продължителността на живота [232]. Колективно, механизмите, използвани от BCAA и CR, са сложни и е вероятно да имат специфични за тъканите ефекти или цели (например mTORC1 срещу mTORC2), както и вторични цели, които ще изискват допълнителни изследвания за изясняване.

Влияние на микробиома на човешките черва върху метаболитния фенотип

Лесли Хойлс, Джонатан Суон, в Наръчника по метаболитно фенотипиране, 2019

2.4 BCAA

Циркулиращите нива на BCAAs валин, левцин и изолевцин са повишени при диабет тип 2 и затлъстяване и се считат за ранни предиктори за тези състояния [68]. Високите нива на циркулация допринасят за нарушаване на глюкозната хомеостаза при затлъстели индивиди [68,69]. Намаляването на регулацията на свързания с гостоприемника път на разграждане на BCAA, повишеното производство на микробни BCAA и повишените нива на циркулиращи BCAA са характеристика на неалкохолното мастно чернодробно заболяване (NAFLD) при пациенти със затлъстяване, което показва, че свързаните с гостоприемника и микробиома процеси влияят върху метаболитния фенотип в затлъстяване [25]. Известно е, че Bifidobacterium adolescentis, Bacteroides thetaiotaomicron, Ruminococcus bromii, [Eubacterium] (Roseburia) правоъгълник и F. prausnitzii допринасят за микробното производство на BCAA, но не е известно дали тези видове са свързани с повишено производство на BCAA, наблюдавано при пациенти с NAFLD или повишаване на инсулиновата резистентност при пациенти без диабет [25,28,70] .

Аминокиселини с разклонена верига, част Б

Петер Шадевалд, в Методи в ензимологията, 2000

Въведение

Аминокиселините с разклонена верига l-левцин, l-валин, l-изолевцин и неговият диастереомер l-алоизолевцин и съответните им 2-оксокиселини с разклонена верига, 4-метил-2-оксопентаноат, 3-метил-2-оксобутират и (S) -и (R) -3-метил-2-оксопентаноат са нормални съставки на човешката плазма. 1 l- Алоизолейцин се получава от l-изолевцин in vivo, най-вероятно чрез повторно трансаминиране на (R) -3-метил-2-оксопентаноат, който е очевидно неизбежен страничен продукт, образуван по време на нормалното трансаминиране на l-изолевцин. 2,3 Концентрациите на 1-алоизолейцин и неговия продукт на трансаминиране, (R) -3-метил-2-оксопентаноат са ниски при здрави индивиди. Повишени концентрации се откриват редовно при пациенти с урина от кленов сироп. 4,5 Диастереомерните аминокиселини l-изолевцин и l-алоизолевцин могат лесно да бъдат определени чрез стандартен анализ на аминокиселини. Физиологичните проучвания на взаимовръзката l-изолевцин-l-алоизолевцин обаче се усложняват от факта, че разработените процедури за анализ на разклонена верига на 2-оксокиселини в телесни течности 6–9 не позволяват диференциално количествено определяне на свързаните 2 -оксо киселинни енантиоморфи.

Настоящият метод е разработен за надеждно и чувствително определяне на количеството на (R) -3-метил-2-оксопентаноат в телесните течности в присъствието на излишък (S) -3-метил-2-оксопентаноат. Процедурата също е ценна, когато трябва да се извършват измервания на стабилни обогатявания на изотопи в (S) - и (R) -3-метил-2-оксопентаноат чрез газова хроматография-масспектрометрия. 1,3

Аминокиселини с разклонена верига, част Б

Тошимицу Хошино, Йошихико Уратани, в Методи в ензимологията, 2000

Въведение

Активният транспорт на аминокиселини с разклонена верига l-левцин, l-изолевцин и l-валин през цитоплазмената мембрана на Pseudomonas aeruginosa се медиира от три различни системи: LIV-I, LIV-II и LIV-III. LIV-I системата с най-висок афинитет е многокомпонентна система, докато системите LIV-II с нисък афинитет и LIV-III са еднокомпонентни системи, медиирани съответно от Na + - и H + -съединени протеини. Всички гени, необходими за тези транспортни системи (гени за сутиени), са разположени върху PAO хромозомата на P. aeruginosa, клонирани и секвенирани. 1–4

Транспортната система LIV-I е ABC (ATP-свързваща касета) транспортер 5 и се състои от пет сутиени генни продукта: BraC, периплазмен свързващ протеин за аминокиселини с разклонена верига; BraD и BraE, интегрални мембранни протеини; и BraF и BraG, предполагаеми ATP-свързващи протеини. 1 Чрез използване на T7 РНК полимераза/промоторна система, протеините BraD, BraE, BraF и BraG (протеини BraDEFG), мембранни компоненти на LIV-I, могат да бъдат свръхпродуцирани като комплекс в цитоплазматичната мембрана на Escherichia coli. Мембранните компоненти се разтварят от мембраната на Е. coli с октил глюкозид и след това се включват в липозоми за възстановяване на транспортната система LIV-I. В тази възстановена система транспортът на аминокиселини с разклонена верига зависи единствено от наличието на всичките пет протеини Bra, включително BraC, добавен външно, и ATP, натоварен вътре в протеолипозомите. 6 Проучванията за възстановяване in vitro на няколко периплазматични свързващи протеинови транспортни системи, включително LIV-I, изясниха, че транспортните системи са АТФази, които свързват АТФ хидролиза със субстратна транслокация през мембраната по свързващ протеин-зависим начин, 6– 8 решаване на дългогодишен спор относно механизма за енергийно свързване на транспортните системи от тази категория.

В тази глава са представени няколко метода за проучване за възстановяване на транспортната система на P. aeruginosa LIV-I с Bra протеини, свръхпродуцирани в E. coli. Методът за конструиране на щам Е. coli, който се използва за свръхекспресия на протеините BraDEFG, също е описан, тъй като генетичният фон на щама, използван за свръхпродукция на мембранни компоненти, изглежда решаващ за успешното възстановяване, както е описано по-долу.