SERINE: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG, CHUYỂN HÓA, THỨC ĂN - SINH HỌC - 2026

Các serine là một trong 22 axit amin cơ bản, mặc dù điều này không được phân loại như một loại axit amin thiết yếu đối với con người và các động vật khác, kể từ khi nó được tổng hợp bởi cơ thể con người.

Theo danh pháp ba chữ cái, serine được mô tả trong y văn là Ser (S trong mã ký tự đơn). Axit amin này tham gia vào một số lượng lớn các con đường trao đổi chất và có đặc điểm phân cực, nhưng không mang điện tích ở pH trung tính.

Đại diện cấu trúc axit amin Serine (Nguồn: Paginazero tại it.wikipedia qua Wikimedia Commons)

Nhiều enzym quan trọng đối với tế bào có nồng độ dư lượng serine dồi dào tại các vị trí hoạt động của chúng, đó là lý do tại sao axit amin này có nhiều ý nghĩa sinh lý và chuyển hóa.

Serine, trong số nhiều chức năng của nó, tham gia như một tiền chất và phân tử giàn giáo trong quá trình sinh tổng hợp các axit amin khác như glycine và cysteine ​​và là một phần của cấu trúc của sphingolipid có trong màng tế bào.

Tốc độ tổng hợp serine khác nhau ở mỗi cơ quan và ngoài ra, nó thay đổi theo giai đoạn phát triển của cá nhân đó.

Các nhà khoa học đã đề xuất rằng nồng độ L-serine trong mô não tăng lên theo tuổi tác, vì tính thẩm thấu của hàng rào máu não giảm trong não người lớn, có thể gây ra các rối loạn não nghiêm trọng.

L-serine được biết là rất quan trọng cho quá trình sinh tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh, phospholipid và các đại phân tử phức tạp khác, vì nó cung cấp tiền chất cho nhiều con đường trao đổi chất này.

Nhiều nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng việc cung cấp chất bổ sung hoặc chất cô đặc L-serine cho một số loại bệnh nhân nhất định giúp cải thiện cân bằng nội môi glucose, chức năng của ty thể và giảm chết tế bào thần kinh.

Đặc điểm và cấu trúc

Tất cả các axit amin đều có cấu trúc cơ bản là một nhóm cacboxyl và một nhóm amin liên kết với cùng một nguyên tử cacbon; Tuy nhiên, chúng khác nhau bởi các chuỗi bên của chúng, được gọi là nhóm R, có thể khác nhau về kích thước, cấu trúc và thậm chí cả về điện tích của chúng.

Serine chứa ba nguyên tử cacbon: một mặt, cacbon trung tâm gắn với nhóm cacboxyl (COOH) và mặt khác, gắn với nhóm amin (NH3 +). Hai liên kết còn lại của cacbon trung tâm được chiếm bởi một nguyên tử hydro và một nhóm CH2OH (nhóm R), đặc trưng của serine.

Cacbon trung tâm mà các nhóm amino và cacboxyl của axit amin được gắn vào được gọi là cacbon α. Các nguyên tử cacbon khác trong nhóm R được ký hiệu bằng các chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp.

Trong trường hợp của serine, ví dụ, nguyên tử carbon duy nhất trong nhóm R của nó, được gắn với nhóm OH, được gọi là γ-carbon.

Phân loại

Serine được xếp vào nhóm các axit amin phân cực không tích điện. Các thành viên của nhóm này là các axit amin hòa tan trong nước cao, tức là chúng là các hợp chất ưa nước. Trong serine và threonine, tính ưa nước là do chúng có khả năng tạo liên kết hydro với nước thông qua nhóm hydroxyl (OH) của chúng.

Trong nhóm các axit amin phân cực không tích điện, cysteine, asparagine và glutamine cũng được xếp vào nhóm. Tất cả chúng đều có nhóm phân cực trong chuỗi R của chúng, tuy nhiên, nhóm này không thể ion hóa và ở độ pH gần với độ trung tính, chúng sẽ hủy điện tích, tạo ra một hợp chất ở dạng "zwitterion".

Hóa học lập thể

Sự bất đối xứng chung của các axit amin làm cho tính chất lập thể của các hợp chất này có tầm quan trọng thiết yếu trong các con đường trao đổi chất mà chúng tham gia. Trong trường hợp của serine, nó có thể được tìm thấy là D- hoặc L-serine, chất này được tổng hợp riêng bởi các tế bào của hệ thần kinh được gọi là tế bào hình sao.

Các nguyên tử α của axit amin là nguyên tử bất đối, vì chúng có bốn nhóm thế khác nhau gắn vào, điều này tạo ra có ít nhất hai đồng phân lập thể có thể phân biệt cho mỗi axit amin.

Đồng phân lập thể là hình ảnh phản chiếu của phân tử, tức là phân tử này không thể chồng lên phân tử kia. Chúng được ký hiệu bằng chữ D hoặc L vì trong thực nghiệm, các dung dịch của các axit amin này quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực theo các hướng ngược nhau.

L-serine được tổng hợp trong các tế bào của hệ thần kinh đóng vai trò như chất nền để tổng hợp glycine hoặc D-serine. D-serine là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xảy ra quá trình trao đổi túi giữa các tế bào thần kinh, đó là lý do tại sao một số tác giả đề xuất rằng cả hai dạng đồng phân của serine trên thực tế đều là axit amin thiết yếu cho tế bào thần kinh.

Đặc trưng

Nhóm OH của serine trong chuỗi R của nó làm cho nó trở thành một nucleophile tốt, vì vậy nó là chìa khóa cho hoạt động của nhiều enzym có serines ở vị trí hoạt động của chúng. Serine là một trong những chất nền cần thiết để tổng hợp nucleotide NADPH và glutathione.

L-serine cần thiết cho sự phát triển và hoạt động bình thường của hệ thần kinh trung ương. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cung cấp L-serine ngoại sinh với liều lượng thấp tới các tế bào thần kinh hải mã và tế bào Purkinje trong ống nghiệm giúp cải thiện khả năng sống sót của chúng.

Các nghiên cứu khác nhau về tế bào ung thư và tế bào lympho đã phát hiện ra rằng các đơn vị carbon phụ thuộc serine là cần thiết cho việc sản xuất quá nhiều nucleotide, cũng như cho sự gia tăng sau đó của tế bào ung thư.

Selenocysteine ​​là một trong 22 axit amin cơ bản và chỉ thu được dưới dạng dẫn xuất của serine. Axit amin này chỉ được quan sát thấy trong một số protein, nó chứa selen thay vì lưu huỳnh liên kết với cysteine ​​và nó được tổng hợp bắt đầu từ một serine được ester hóa.

Sinh tổng hợp

Serine là một axit amin không thiết yếu, vì nó được tổng hợp bởi cơ thể con người. Tuy nhiên, nó có thể được đồng hóa từ chế độ ăn uống của các nguồn khác nhau như protein và phospholipid là chủ yếu.

Serine được tổng hợp ở dạng L thông qua quá trình chuyển đổi phân tử glycine, một phản ứng được thực hiện qua trung gian của enzyme hydroxymethyl-transferase.

Được biết, vị trí chính của sự tổng hợp L-serine là trong tế bào hình sao chứ không phải tế bào thần kinh. Trong các tế bào này, sự tổng hợp xảy ra bằng con đường phosphoryl hóa trong đó 3-phosphoglycerate, một chất trung gian đường phân, tham gia.

Ba enzym hoạt động theo con đường này: 3-phosphoglycerate dehydrogenase, phosphoserine-transferase và phosphoserine-phosphatase.

Các cơ quan quan trọng khác khi tổng hợp serine là gan, thận, tinh hoàn và lá lách. Các enzym tổng hợp serine bằng các con đường khác ngoài quá trình phosphoryl hóa chỉ có ở gan và thận.

Một trong những con đường tổng hợp serine đầu tiên được biết đến là con đường dị hóa liên quan đến quá trình tạo gluconeogenesis, nơi L-serine được thu nhận như một chất chuyển hóa thứ cấp. Tuy nhiên, sự đóng góp của tuyến này vào quá trình sản xuất serine của cơ thể là thấp.

Sự trao đổi chất

Hiện nay, người ta biết rằng serine có thể thu được từ quá trình chuyển hóa carbohydrate trong gan, nơi sản xuất axit D-glyceric, axit 3-phosphoglyceric và axit 3-phosphohydroxypyruvic. Nhờ quá trình chuyển hóa giữa axit 3-hydroxy pyruvic và alanin, serine được tạo ra.

Các thí nghiệm được thực hiện với chuột gắn nhãn phóng xạ carbon 4 của glucose, đã kết luận rằng carbon này được kết hợp một cách hiệu quả vào bộ xương carbon của serine, cho thấy rằng axit amin nói trên có tiền chất ba carbon có thể từ pyruvate.

Ở vi khuẩn, enzyme L-serine-deaminase là enzyme chính chịu trách nhiệm chuyển hóa serine: nó chuyển hóa L-serine thành pyruvate. Enzyme này được biết là có mặt và hoạt động trong môi trường nuôi cấy E. coli được nuôi trong môi trường tối thiểu với glucose.

Người ta không biết chắc chắn chức năng thực sự của L-serine-deaminase ở những vi sinh vật này, vì sự biểu hiện của nó được gây ra bởi các tác nhân gây đột biến làm hỏng DNA bởi bức xạ tia cực tím, bởi sự hiện diện của axit nalidixic, mitomycin và những chất khác. mà theo đó nó phải có ý nghĩa sinh lý quan trọng.

Thực phẩm giàu serine

Tất cả các thực phẩm có hàm lượng protein cao đều giàu serine, chủ yếu là trứng, thịt và cá. Tuy nhiên, đây là một axit amin không thiết yếu, vì vậy không nhất thiết phải tiêu thụ nó, vì cơ thể có khả năng tự tổng hợp nó.

Một số người mắc chứng rối loạn hiếm gặp, vì họ có kiểu hình bị thiếu hụt liên quan đến cơ chế tổng hợp serine và glycine, do đó, họ cần bổ sung thực phẩm cô đặc cho cả hai axit amin.

Ngoài ra, các thương hiệu thương mại chuyên bán các chất bổ sung vitamin (Lamberts, Now Sport và HoloMega) cung cấp các chất cô đặc phosphatidylserine và L-serine để tăng sản xuất khối lượng cơ ở các vận động viên và vận động viên cử tạ có tính cạnh tranh cao.

Các bệnh liên quan

Sự trục trặc của các enzym liên quan đến sinh tổng hợp serine có thể gây ra các bệnh lý nghiêm trọng. Bằng cách giảm nồng độ serine trong huyết tương và dịch não tủy, nó có thể gây ra chứng tăng vận động, chậm phát triển tâm thần vận động, chứng đầu nhỏ, động kinh và các rối loạn phức tạp của hệ thần kinh trung ương.

Hiện nay, người ta đã phát hiện ra rằng sự thiếu hụt serine có liên quan đến sự phát triển của bệnh đái tháo đường, vì L-serine cần thiết cho sự tổng hợp insulin và các thụ thể của nó.

Trẻ bị khuyết tật trong quá trình sinh tổng hợp serine là bất thường về mặt thần kinh khi sinh ra, chậm phát triển trong tử cung, tật đầu nhỏ bẩm sinh, đục thủy tinh thể, co giật và chậm phát triển thần kinh nghiêm trọng.

Người giới thiệu

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP và Sandford, SA (2007). Cơ chế hình thành axit amin trong các chất tương tự băng giữa các vì sao. Tạp chí Vật lý thiên văn, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN và Bearden, DR (2017). Bệnh não chuyển hóa chu sinh. Trong Khoa thần kinh nhi khoa của Swaiman (trang 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serine là phối tử nội sinh cho vị trí glycine của thụ thể N-methyl-D-aspartate. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Chuyển hóa serine hỗ trợ sản xuất đại thực bào IL-1β. Chuyển hóa tế bào, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). Tổng hợp L-serine trong hệ thần kinh trung ương: đánh giá về các rối loạn do thiếu serine. Di truyền và chuyển hóa phân tử, 99 (3), 256-262.