Лейцин (обозначение Leu или L ) [3] — незаменимая аминокислота , которая используется в биосинтезе белков . Лейцин является α-аминокислотой, то есть содержит α- аминогруппу (которая в биологических условиях находится в протонированной форме −NH 3 + ), группу α-карбоновой кислоты (которая в биологических условиях находится в депротонированной форме −COO − ). условиях) и изобутильную группу боковой цепи , что делает ее неполярной алифатической аминокислотой. Он необходим человеку, то есть организм не может его синтезировать: его необходимо получать с пищей. Источниками питания человека являются продукты, содержащие белок, такие как мясо, молочные продукты, соевые продукты, а также фасоль и другие бобовые. Он кодируется кодонами UUA, UUG, CUU, CUC, CUA и CUG .
Как валин и изолейцин , лейцин представляет собой аминокислоту с разветвленной цепью . Первичными конечными продуктами метаболизма лейцина являются ацетил-КоА и ацетоацетат ; следовательно, это одна из двух исключительно кетогенных аминокислот , второй – лизин . [4] Это самая важная кетогенная аминокислота для человека. [5]
Лейцин и β-гидрокси-β-метилмасляная кислота , второстепенный метаболит лейцина , проявляют фармакологическую активность у людей и, как было продемонстрировано, способствуют биосинтезу белка посредством фосфорилирования механистической мишени рапамицина (mTOR). [6] [7]
В качестве пищевой добавки L-лейцин имеет номер E E641 и классифицируется как усилитель вкуса . [8]
Совет по продовольствию и питанию (FNB) Института медицины США установил рекомендуемые диетические нормы (RDA) для незаменимых аминокислот в 2002 году. Что касается лейцина, для взрослых 19 лет и старше — 42 мг/кг массы тела в день. [9]
Было обнаружено, что в качестве пищевой добавки лейцин замедляет деградацию мышечной ткани за счет увеличения синтеза мышечных белков у старых крыс. [11] Однако результаты сравнительных исследований противоречивы. Длительный прием лейцина не увеличивает мышечную массу или силу у здоровых пожилых мужчин. [12] Необходимы дополнительные исследования, желательно основанные на объективной случайной выборке общества. В анализе необходимо учитывать такие факторы, как выбор образа жизни, возраст, пол, диета, физические упражнения и т. д., чтобы выделить эффекты дополнительного приема лейцина как отдельно, так и в сочетании с другими аминокислотами с разветвленной цепью (BCAA). До тех пор пищевая добавка лейцина не может считаться основной причиной мышечного роста или оптимального поддержания здоровья всего населения.
И L-лейцин, и D-лейцин защищают мышей от эпилептических припадков . [13] D-лейцин также прекращает судороги у мышей после начала судорожной активности, по крайней мере, так же эффективно, как диазепам, и без седативного эффекта. [13] Снижение потребления L-лейцина с пищей уменьшает ожирение у мышей. [14] Высокий уровень лейцина в крови связан с резистентностью к инсулину у людей, мышей и грызунов. [15] Это может быть связано с эффектом лейцина по стимуляции передачи сигналов mTOR . [16] Диетическое ограничение лейцина и других BCAA может обратить вспять вызванное диетой ожирение у мышей дикого типа за счет увеличения затрат энергии и может ограничить набор жировой массы у гиперфагических крыс. [17] [18]
Токсичность лейцина, наблюдаемая при декомпенсированной болезни мочи кленового сиропа , вызывает делирий и неврологические расстройства и может быть опасной для жизни. [19]
Высокое потребление лейцина может вызвать или усугубить симптомы пеллагры у людей с низким статусом ниацина , поскольку оно препятствует превращению L-триптофана в ниацин. [20]
Лейцин в дозе, превышающей 500 мг/кг/сутки, наблюдался с гипераммониемией . [21] Таким образом, неофициально допустимый верхний уровень потребления (UL) лейцина для здоровых взрослых мужчин может быть предложен на уровне 500 мг/кг/день или 35 г/день при острых диетических состояниях. [21] [22]
Лейцин – это пищевая аминокислота , способная напрямую стимулировать синтез белка миофибриллярных мышц . [23] Этот эффект лейцина обусловлен его ролью активатора механистической мишени рапамицина (mTOR), [7] серин -треониновой протеинкиназы , которая регулирует биосинтез белка и рост клеток . Активация mTOR лейцином опосредована Rag GTPases , [24] [25] [26] связыванием лейцина с лейцил-тРНК-синтетазой , [24] [25] связыванием лейцина с сестрином 2 , [27] [28] [29] и, возможно, другие механизмы.
Метаболизм лейцина происходит во многих тканях человеческого организма ; однако большая часть пищевого лейцина метаболизируется в печени , жировой и мышечной тканях . [35] Жировая и мышечная ткань используют лейцин для образования стеринов и других соединений. [35] Совместное использование лейцина в этих двух тканях в семь раз больше, чем в печени. [35]
У здоровых людей примерно 60% пищевого L -лейцина метаболизируется через несколько часов, при этом примерно 5% ( диапазон 2–10% ) пищевого L -лейцина превращается в β-гидрокси-β-метилмасляную кислоту (HMB). [36] [37] [34] Около 40% пищевого L -лейцина превращается в ацетил-КоА , который впоследствии используется в синтезе других соединений. [34]
Подавляющее большинство метаболизма L -лейцина первоначально катализируется ферментом аминотрансферазой аминокислот с разветвленной цепью , продуцируя α-кетоизокапроат (α-KIC). [36] [34] α-KIC в основном метаболизируется митохондриальным ферментом дегидрогеназой α -кетокислот с разветвленной цепью , который превращает его в изовалерил-КоА . [36] [34] Изовалерил-КоА впоследствии метаболизируется изовалерил-КоА-дегидрогеназой и превращается в MC-КоА , который используется в синтезе ацетил-КоА и других соединений. [34] При дефиците биотина HMB может синтезироваться из MC-CoA с помощью еноил-CoA-гидратазы и неизвестного фермента тиоэстеразы , [30] [31] [38] , которые превращают MC-CoA в HMB-CoA и HMB-CoA в HMB. соответственно. [31] Относительно небольшое количество α-KIC метаболизируется в печени цитозольным ферментом 4-гидроксифенилпируватдиоксигеназой (KIC - диоксигеназа), который превращает α-KIC в HMB. [36] [34] [39] У здоровых людей этот второстепенный путь, который включает преобразование L -лейцина в α-KIC, а затем в HMB, является преобладающим путем синтеза HMB. [36] [34]
Небольшая часть метаболизма L -лейцина – менее 5% во всех тканях, за исключением семенников , где на него приходится около 33% – первоначально катализируется лейцинаминомутазой , производя β-лейцин , который впоследствии метаболизируется в β-кетоизокапроат (β -кетоизокапроат ). KIC), β-кетоизокапроил-КоА, а затем ацетил-КоА с помощью ряда нехарактерных ферментов. [34] [40]
Метаболизм HMB катализируется неизвестным ферментом, который превращает его в β-гидрокси β-метилбутирил-КоА ( HMB-CoA ). [30] [34] HMB-CoA метаболизируется либо еноил-CoA-гидратазой , либо другим нехарактерным ферментом, образуя β-метилкротонил-CoA ( MC-CoA ) или гидроксиметилглутарил-CoA ( HMG-CoA ) соответственно. [36] [34] MC-CoA затем преобразуется ферментом метилкротонил-CoA-карбоксилазой в метилглутаконил-CoA ( MG-CoA ), который впоследствии преобразуется в HMG-CoA с помощью метилглутаконил-CoA гидратазы . [36] [34] [40] HMG-CoA затем расщепляется на ацетил-CoA и ацетоацетат с помощью HMG-CoA- лиазы или используется в производстве холестерина по мевалонатному пути . [36] [34]
Лейцин является незаменимой аминокислотой в рационе животных, поскольку у них отсутствует полный ферментный путь для синтеза ее de novo из потенциальных соединений-предшественников. Следовательно, они должны потреблять его, обычно как компонент белков. Растения и микроорганизмы синтезируют лейцин из пировиноградной кислоты с помощью ряда ферментов: [41]
Синтез небольшой гидрофобной аминокислоты валина также включает начальную часть этого пути.
Лейцин — это аминокислота с разветвленной цепью (BCAA), поскольку она имеет нелинейную алифатическую боковую цепь.
Рацемический лейцин появился [ когда? ] подвергли синхротронному излучению с круговой поляризацией , чтобы лучше понять природу биомолекулярной асимметрии. Было вызвано энантиомерное усиление на 2,6%, что указывает на возможную фотохимическую природу гомохиральности биомолекул . [42]
Обычно считается, что механизмы действия HMB связаны с его влиянием как на синтез мышечного белка, так и на его распад (рис. 1) [2, 3].
HMB, по-видимому, стимулирует синтез мышечного белка посредством усиления регуляции млекопитающих/механистической мишени рапамицинового комплекса 1 (mTORC1), сигнального каскада, участвующего в координации инициации трансляции синтеза мышечного белка [2, 4].
Кроме того, HMB может оказывать антагонистическое действие на путь убиквитин-протеасома, систему, которая деградирует внутриклеточные белки [5, 6].
Данные также свидетельствуют о том, что HMB способствует миогенной пролиферации, дифференцировке и слиянию клеток [7].
... Было показано, что экзогенное введение HMB-FA увеличивает внутримышечную анаболическую передачу сигналов, стимулирует синтез мышечного белка и ослабляет распад мышечного белка у людей [2].
Стимуляция MPS посредством передачи сигналов mTORc1 после воздействия HMB согласуется с доклиническими исследованиями (Eley et al. 2008).
... Кроме того, наблюдалось явное расхождение в амплитуде фосфорилирования 4EBP1 (Thr37/46 и Ser65/Thr70) и p70S6K (Thr389) в ответ как на Leu, так и на HMB, причем последний демонстрировал более выраженное и устойчивое фосфорилирование.
... Тем не менее, поскольку общий ответ MPS был схожим, это различие клеточных сигналов не привело к статистически различимым анаболическим эффектам в нашем первичном показателе исхода MPS.
... Интересно, что, хотя пероральный прием HMB не вызывал увеличения уровня инсулина в плазме, он вызывал депрессию MPB (-57%).
Обычно постпрандиальное снижение МПБ (около 50%) объясняется азотсберегающим действием инсулина, поскольку фиксация инсулина в постабсорбционных концентрациях (5 мкЕм/мл
)
при непрерывном введении АК (18 г/ч
)
не подавляла MPB (Greenhaff et al., 2008), поэтому мы решили не измерять MPB в группе Leu из-за ожидаемой гиперинсулинемии (рис. 3C).
Таким образом, HMB снижает MPB аналогично инсулину, но независимо от него.
Эти результаты согласуются с сообщениями об антикатаболических эффектах HMB, подавляющих MPB в доклинических моделях, посредством ослабления протеасомно-опосредованного протеолиза в ответ на LPS (Eley et al. 2008).
Значительное увеличение концентрации аммиака в крови выше нормальных значений, концентрации лейцина в плазме и экскреции лейцина с мочой наблюдалось при приеме лейцина >500 мг · кг
-1
· сут
-1
.
Окисление l-[1-13
C
]-лейцина, выражающееся в окислении индикаторной метки при дыхании (F
13
CO
2
), окислении лейцина и окислении α-кетоизокапроновой кислоты (KIC), приводило к различным результатам: плато F
13
CO.
2
наблюдается после 500 мг · кг
-1
· сут
-1
, при окислении лейцина не наблюдается четкого плато, а окисление KIC выходит на плато после 750 мг · кг
-1
· сут
-1
.
На основании показателей плазмы и мочи, UL для лейцина у здоровых взрослых мужчин может быть предложен на уровне 500 мг · кг
-1
· сут
-1
или ~35 г/день в качестве осторожной оценки при острых диетических состояниях.
Верхний предел потребления лейцина здоровыми пожилыми людьми может быть установлен аналогично молодым мужчинам на уровне 500 мг/кг-1 день-1 или ~35 г/день для человека весом 70 кг.
Снижение активности MCC ухудшает катализ важной стадии митохондриального катаболизма лейцина с разветвленной цепью (BCAA).
Метаболические нарушения превращают метилкротонил-КоА в 3-гидроксиизовалерил-КоА в реакции, катализируемой еноил-КоА-гидратазой (22, 23).
Накопление 3-гидроксиизовалерил-КоА может ингибировать клеточное дыхание либо напрямую, либо путем воздействия на соотношение ацил-КоА:свободный КоА, если не происходит дальнейшего метаболизма и детоксикации 3-гидроксиизовалерил-КоА (22).
Перенос карнитина с помощью 4 карнитин-ацил-КоА-трансфераз, распределенных в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41).
3-Гидроксиизовалерил-КоА, вероятно, детоксифицируется карнитин-ацетилтрансферазой с образованием 3HIA-карнитина, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно выходит из митохондрий) посредством карнитин-ацилкарнитинтранслоказы (39).
Считается, что 3HIA-карнитин либо напрямую деацилируется гидролазой до 3HIA, либо подвергается второму обмену КоА с образованием 3-гидроксиизовалерил-КоА с последующим высвобождением 3HIA и свободного КоА тиоэстеразой.
Энергетическое топливо: со временем большая часть лея расщепляется, образуя около 6,0 ккал/г. Около 60% поступившего в организм Leu окисляется в течение нескольких часов... Кетогенез: значительная часть (40% поступившей в организм дозы) превращается в ацетил-КоА и тем самым способствует синтезу кетонов, стероидов, жирных кислот и других соединения
В заключение, лечение HMB очевидно является безопасной эффективной стратегией против саркопении и, в более общем плане, против атрофии мышц, поскольку HMB улучшает мышечную массу, мышечную силу и физическую работоспособность.
Похоже, что HMB способен воздействовать на три из четырех основных механизмов, участвующих в деформировании мышц (обмен белка, апоптоз и регенеративный процесс), тогда как предположительно он сильно влияет на четвертый (динамика и функции митохондрий).
Более того, HMB стоит недорого (~30–50 долларов США в месяц при дозе 3 г в день) и может предотвратить остеопению (Bruckbauer and Zemel, 2013; Татара, 2009; Татара и др., 2007, 2008, 2012) и снизить сердечно-сосудистые риски. (Ниссен и др., 2000).
По всем этим причинам HMB следует регулярно использовать при атрофии мышц, особенно у пожилых людей.
... 3 г CaHMB, принимаемые три раза в день (по 1 г каждый раз), являются оптимальной дозировкой, обеспечивающей постоянную биодоступность HMB в организме (Wilson et al., 2013).