Leucina: características, estrutura, funções, biossíntese - Ciência - 2023

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o leucina É um dos 22 aminoácidos que constituem as proteínas dos organismos vivos. Pertence a um dos 9 aminoácidos essenciais que não são sintetizados pelo organismo e devem ser consumidos com os alimentos ingeridos na dieta.

A leucina foi descrita pela primeira vez em 1818 pelo químico e farmacêutico francês J. L. Proust, que a chamou de "óxido caseoso". Posteriormente, Erlenmeyer e Kunlin o prepararam a partir do ácido α-benzoilamido-β-isopropilacrílico, cuja fórmula molecular é C6H13NO2.

A leucina foi fundamental para a descoberta da direção de tradução das proteínas, pois sua estrutura hidrofóbica permitiu ao bioquímico Howard Dintzis marcar radioativamente o hidrogênio do carbono 3 e observar a direção em que os aminoácidos são incorporados na síntese de peptídeos. hemoglobina.

As proteínas conhecidas como "zíperes" ou "fechos" de leucinas são, juntamente com os "dedos de zinco", os fatores de transcrição mais importantes nos organismos eucarióticos. Os zíperes de leucina são caracterizados por suas interações hidrofóbicas com o DNA.

Geralmente, proteínas ricas em leucina ou compostas por aminoácidos de cadeia ramificada não são metabolizadas no fígado, mas vão diretamente para os músculos, onde são rapidamente utilizadas para a síntese protéica e produção de energia.

A leucina é um aminoácido de cadeia ramificada necessário para a biossíntese de proteínas e aminoácidos do leite, que são sintetizados nas glândulas mamárias. Grandes quantidades desse aminoácido podem ser encontradas na forma livre no leite materno.

De todos os aminoácidos que compõem as proteínas, a leucina e a arginina são os mais abundantes e ambos foram detectados nas proteínas de todos os reinos que compõem a árvore da vida.

Caracteristicas

A leucina é conhecida como o aminoácido essencial de cadeia ramificada, pois compartilha a estrutura típica com os outros aminoácidos. No entanto, é distinto porque sua cadeia lateral ou grupo R tem dois carbonos ligados linearmente, e o último deles está ligado a um átomo de hidrogênio e dois grupos metil.

Pertence ao grupo dos aminoácidos polares não carregados, os substituintes ou grupos R desses aminoácidos são hidrofóbicos e apolares. Esses aminoácidos são os principais responsáveis pelas interações hidrofóbicas intra e interproteínas e tendem a estabilizar a estrutura das proteínas.

Todos os aminoácidos, tendo um carbono central que é quiral (carbono α), isto é, tem quatro substituintes diferentes ligados, podem ser encontrados em duas formas diferentes na natureza; assim, existem D- e L-leucina, a última típica em estruturas de proteínas.

Ambas as formas de cada aminoácido têm propriedades diferentes, participam de diferentes vias metabólicas e podem até modificar as características das estruturas das quais fazem parte.

Por exemplo, a leucina na forma L-leucina tem um sabor ligeiramente amargo, enquanto na forma D-leucina é muito doce.

A forma L de qualquer aminoácido é mais fácil de ser metabolizada pelo corpo dos mamíferos. A L-leucina é facilmente degradada e usada para a construção e proteção de proteínas.

Estrutura

A leucina é composta por 6 átomos de carbono. O carbono central, comum em todos os aminoácidos, está ligado a um grupo carboxila (COOH), um grupo amino (NH2), um átomo de hidrogênio (H) e uma cadeia lateral ou grupo R composto por 4 átomos de carbono.

Os átomos de carbono dentro dos aminoácidos podem ser identificados com letras gregas. A numeração começa no carbono do ácido carboxílico (COOH), enquanto a anotação com o alfabeto grego começa no carbono central.

A leucina possui como grupo substituinte em sua cadeia R um grupo isobutilo ou 2-metilpropilo que é produzido pela perda de um átomo de hidrogênio, com a formação de um radical alquila; Esses grupos aparecem como ramificações na estrutura de aminoácidos.

Características

A leucina é um aminoácido que pode servir como um precursor cetogênico para outros compostos envolvidos no ciclo do ácido cítrico. Este aminoácido representa uma importante fonte para a síntese de acetil-CoA ou acetoacetil-CoA, que fazem parte das vias de formação de corpos cetônicos nas células hepáticas.

A leucina é conhecida por ser essencial nas vias de sinalização da insulina, participando do início da síntese de proteínas e prevenindo a perda de proteínas por degradação.

Normalmente, as estruturas internas das proteínas são constituídas por aminoácidos hidrofóbicos, como leucina, valina, isoleucina e metionina. Essas estruturas geralmente são conservadas por enzimas comuns entre os organismos vivos, como no caso do citocromo C.

A leucina pode ativar vias metabólicas nas células das glândulas mamárias para estimular a síntese de lactose, lipídios e proteínas que atuam como moléculas sinalizadoras na regulação da homeostase energética de jovens em mamíferos.

Os domínios ricos em leucina são uma parte essencial das proteínas de ligação ao DNA específicas, que geralmente são dímeros estruturais na forma superenrolada e são conhecidas como "proteínas zíper de leucina".

Essas proteínas têm como característica distintiva um padrão regular de leucinas repetidas juntamente com outros aminoácidos hidrofóbicos que são responsáveis por regular a ligação de fatores de transcrição ao DNA e entre diferentes fatores de transcrição.

As proteínas zíper de leucina podem formar homo ou heterodímeros que permitem que se liguem a regiões específicas de fatores de transcrição para regular seu emparelhamento e sua interação com as moléculas de DNA que regulam.

Biossíntese

Todos os aminoácidos de cadeia ramificada, incluindo a leucina, são sintetizados principalmente em plantas e bactérias. Nas plantas com flores, ocorre um aumento significativo na produção de leucina, por ser um importante precursor de todos os compostos responsáveis pelo aroma das flores e frutos.

Um dos fatores atribuídos à grande abundância de leucina nos diferentes peptídeos bacterianos é que 6 códons diferentes do código genético da leucina (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), o mesmo também é verdadeiro para arginina.

A leucina é sintetizada em bactérias por meio de uma rota de cinco etapas que usa um cetoácido relacionado à valina como ponto de partida.

Esse processo é regulado alostericamente, de forma que, quando há excesso de leucina no interior da célula, ele inibe as enzimas que participam da via e interrompe a síntese.

Via biossintética

A biossíntese de leucina em bactérias começa com a conversão de um cetoácido derivado de valina, 3-metil-2-oxobutanoato em (2S) -2-isopropilmalato, graças à ação da enzima 2-isopropilmalto sintase, que usa acetil-Coa e água para este propósito.

(2S) -2-isopropil malato perde uma molécula de água e é transformado em 2-isopropilmaleato por 3-isopropilmalato desidratase. Posteriormente, a mesma enzima adiciona outra molécula de água e transforma o 2-isopropilmaleato em (2R-3S) -3-isopropilmalato.

Este último composto é submetido a uma reação de oxidorredução que merece a participação de uma molécula de NAD +, que produz o (2S) -2-isopropil-3-oxosuccinato, o que é possível com a participação da enzima 3- isopropil malato desidrogenase.

(2S) -2-isopropil-3-oxosuccinato perde um átomo de carbono na forma de CO2 espontaneamente, gerando 4-metil-2-oxopentanoato que, pela ação de uma transaminase de aminoácido de cadeia ramificada (transaminase de leucina, especificamente) e com a liberação concomitante de L-glutamato e 2-oxoglutarato, produz L-leucina.

Degradação

O principal papel da leucina é atuar como um dispositivo de sinalização que diz à célula que há aminoácidos e energia suficientes para iniciar a síntese das proteínas musculares.

A quebra de aminoácidos de cadeia ramificada, como a leucina, começa com a transaminação. Esta e as duas etapas enzimáticas subsequentes são catalisadas pelas mesmas três enzimas no caso da leucina, isoleucina e valina.

A transaminação dos três aminoácidos produz os derivados α-cetoácidos destes, que são submetidos à descarboxilação oxidativa para produzir tioésteres acil-CoA que são α, β-desidrogenados para produzir tioésteres acil-CoA α, β-insaturados.

Durante o catabolismo da leucina, o correspondente tioéster α, β-insaturado acil-CoA é usado para produzir acetoacetato (ácido acetoacético) e acetil-CoA através de uma via que envolve o metabólito 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA. (HMG-CoA), que é um intermediário na biossíntese do colesterol e de outros isoprenóides.

Via catabólica da leucina

A partir da formação do tioéster acil-CoA α, β-insaturado derivado da leucina, as vias catabólicas para este aminoácido e para a valina e isoleucina divergem consideravelmente.

O acil-CoA tioéster α, β-insaturado da leucina é processado a jusante por três enzimas diferentes conhecidas como (1) 3-metilcrotonil-CoA carboxilase, (2) 3-metilglutaconil-CoA hidratase e (3) 3-hidroxi -3-metilglutaril-CoA liase.

Nas bactérias, essas enzimas são responsáveis pela conversão de 3-metilcrotonil-CoA (derivado da leucina) em 3-metilglutaconil-CoA, 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA e acetoacetato e acetil-CoA, respectivamente.

A leucina disponível no sangue é utilizada para a síntese de proteínas musculares / miofibrilares (MPS). Isso atua como um fator de ativação neste processo. Além disso, ele interage diretamente com a insulina, influenciando o fornecimento de insulina.

Alimentos ricos em leucina

O consumo de proteínas ricas em aminoácidos é essencial para a fisiologia celular dos organismos vivos e a leucina não é exceção entre os aminoácidos essenciais.

As proteínas obtidas do soro de leite são consideradas as mais ricas em resíduos de L-leucina. No entanto, todos os alimentos ricos em proteínas, como peixe, frango, ovos e carne vermelha fornecem grandes quantidades de leucina para o corpo.

Os grãos de milho são deficientes nos aminoácidos lisina e triptofano, possuem estruturas terciárias muito rígidas para a digestão e são de pouco valor nutricional, porém apresentam altos níveis de leucina e isoleucina.

Os frutos das leguminosas são ricos em quase todos os aminoácidos essenciais: lisina, treonina, isoleucina, leucina, fenilalanina e valina, mas são pobres em metionina e cisteína.

A leucina é extraída, purificada e concentrada em comprimidos como suplemento alimentar para atletas de alta competição e é comercializada como medicamento. A principal fonte de isolamento desse aminoácido corresponde à farinha de soja desengordurada.

Existe um suplemento nutricional usado por atletas para regeneração muscular conhecido como BCAA (do inglês “Aminoácidos de cadeia ramificada ") Fornece altas concentrações de aminoácidos de cadeia ramificada: leucina, valina e isoleucina.

Benefícios de sua ingestão

Alimentos ricos em leucina ajudam a controlar a obesidade e outras doenças metabólicas. Muitos nutricionistas destacam que alimentos ricos em leucina e suplementos dietéticos à base desse aminoácido contribuem para a regulação do apetite e da ansiedade em adultos.

Todas as proteínas ricas em leucina estimulam a síntese de proteínas musculares; Foi demonstrado que um aumento na proporção de leucina ingerida em relação aos outros aminoácidos essenciais pode reverter a atenuação da síntese protéica na musculatura de pacientes idosos.

Mesmo pessoas paralisadas com graves disfunções maculares podem estancar a perda de massa e força muscular com a correta suplementação oral de leucina, além da aplicação de exercícios de resistência muscular sistêmica.

Leucina, valina e isoleucina são componentes essenciais da massa que compõe o músculo esquelético de animais vertebrados, portanto sua presença é vital para a síntese de novas proteínas ou para o reparo das existentes.

Transtornos de deficiência

As deficiências ou malformações do complexo da enzima α-cetoácido desidrogenase, que é responsável pelo metabolismo da leucina, valina e isoleucina em humanos, podem causar transtornos mentais graves.

Além disso, existe uma condição patológica relacionada ao metabolismo desses aminoácidos de cadeia ramificada que é chamada de "Doença da Urina do Xarope de Bordo".

Até o momento, não foi demonstrada a existência de efeitos adversos no consumo excessivo de leucina. No entanto, recomenda-se uma dose máxima de 550 mg / kg por dia, uma vez que não existem estudos de longo prazo relacionados à exposição excessiva de tecidos a esse aminoácido.

Referências

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