Elágazó láncú aminosavak

Kapcsolódó kifejezések:

Juharszirup vizeletbetegség
Transzamináz
Aminosavak
Valine
Glutaminsav
Leucin
Izoleucin
Enzimek
Fehérje
2 oxo-izovalerát-dehidrogenáz (lipoamid)

Letöltés PDF formátumban

Erről az oldalról

I. kötet

Elágazó láncú aminosavak és aromás aminosavak

Az elágazó láncú aminosavak (BCAA), a valin, a leucin és az izoleucin a kilenc esszenciális aminosav közé tartoznak, amelyek étrendi fehérjékként az emberek számára elérhetőek. A BCAA-k és az aromás aminosavak (AA-k), különösen a fenilalanin és a tirozin, elhízással és inzulinrezisztenciával társulnak, a 85-87 és a BCAA koncentrációja csökken a súlycsökkenéssel. 85 A keringő BCAA-k és AA-k nagyobb mértékű csökkenését észlelik a 2-es típusú cukorbetegségben a gyomor megkerülés után, összehasonlítva a nem műtéti, egyeztetett súlycsökkenéssel rendelkező betegeknél. 88 A BCAA csökkenése összefügg az inzulinrezisztencia homeosztatikus modellértékelésével (HOMA-IR) vagy euglikémiás szorítóval becsült jobb inzulinérzékenységgel. 87,89 Mindazonáltal más vizsgálatok azt mutatják, hogy a BCAA az RYGB után hasonlóan csökken, mint a cukorbetegeknél a beállítható gyomorszalagot követő illesztett fogyás, 87 ezért további vizsgálatokra van szükség az aminosavak és az inzulinérzékenység módosulása közötti összefüggés ok-okozati jelentőségének megállapításához, és hogy a műtét által kiváltott fogyás után különböznek-e a hatások nagysága.

Elágazó láncú aminosavak (leucin, izoleucin és valin) és csontvázizom

Stefan H.M. Gorissen, Stuart M. Phillips, Táplálkozás és csontvázizom, 2019

Absztrakt

Az elágazó láncú aminosavak (BCAA), a leucin, az izoleucin és a valin tartalmazzák

Az emberi vázizomzat 17% -a. A BCAA-k esszenciális aminosavak, amelyeket az étrendi fehérjéknek kell biztosítaniuk. Az étrendből származó fehérje eredetű aminosavak a keringésen keresztül a vázizomba kerülnek, ahol a fehérjeszintézis támogatására szolgálnak. A fehérjeszintézis szubsztrátja mellett a BCAA leucin jelátviteli molekulaként működik, amely aktiválja az izomfehérje szintetikus gépezetét. Ez a fejezet áttekintést nyújt a BCAA-k szerepének jelenlegi megértéséről az izomfehérje-szintézis stimulálásában és az izomnövekedés elősegítésében. Ezenkívül a BCAA katabolizmussal is foglalkozunk, és megvitatjuk azt a hipotézist, hogy a BCAA-k szerepet játszhatnak az inzulinrezisztencia kialakulásában.

A mikrobiom és a metabolizmus a metabolikus szindrómában

Aminosav anyagcsere

Az elágazó láncú aminosavak (BCAA) (izoleucin, leucin és valin) és az aromás aminosavak (tirozin és fenilalanin) erős prediktív értékkel bírnak az inzulinrezisztencia és a 2-es típusú cukorbetegség (T2D) szempontjából [14,15]. Néhány aminosav elősegítheti az inzulinrezisztenciát (IR) azáltal, hogy megzavarja az inzulinjelet a vázizomzatban. Ugyanakkor az inzulinrezisztencia állandósíthatja a katabolikus állapotot, ronthatja a BCAA-k felvételét vagy felszabadulását a vázizomzatban, ördögi körforgásként működhet, mivel a BCAA-k köztudottan kiváltják a β-sejtes inzulin szekrécióját, és elősegítik a hiperinzulinémiát és az inzulin fogyást. Úgy tűnik azonban, hogy ez a folyamat nem elegendő a hiperglikémia megelőzésére [15]. Az alfa-hidroxi-butirát (α-HB) az alfa-ketobutirát (α-KB) fontos mellékterméke, amely a cisztein bioszintéziséhez szükséges, és végül glutation szintézishez vezet [16]. .

Valójában az α-HB akkor halmozódik fel, ha az α-KB szintézis nagyobb, mint katabolizmusa, és összefüggésben áll az IR és az oxidatív stresszel. A cisztein nagy szerepet tölt be, amikor fokozott glutationszintézisre van szükség a reaktív oxigénfajok (ROS) által okozott károk ellensúlyozására, mivel köztudottan glutation-prekurzor, és az inzulinrezisztenciával kapcsolatosnak találták [16]. Ez az anyagcsere-hálózat azt sugallja, hogy a cisztein fontos találkozási pont egyes ketoavak, például az α-HB és az α-KB, valamint az oxidatív stressz károsodását szabályozó szerek, például a glutation között. Ezenkívül a lizin-intermedier 2-aminoadipinsav fokozott (4,5-szeres) kockázatot mutat a T2D kialakulásában, függetlenül az éhomi glükózszinttől. Állatmodellek kiegészítéseként kimutatta, hogy csökkenti a glükózszintet, az inzulin szekréció modulátoraként működik [15,17] .

A β-hidroxi-piruvát, egy glicin intermedier, szabályozza a mienterikus neuronokat, csökkentve az egerek hasnyálmirigy-szigetecskéinek inzulintartalmát [18]. A Takayama-tanulmány kimutatta, hogy a BCAA-kiegészítés terápiás intézkedésként alkalmazható olyan betegeknél, akik hajlamosak inzulinrezisztenciára és normális testsúlyra, mivel ezek összefüggésben vannak a cukorbetegség kockázatának csökkenésével és a glükózkontroll javulásával. A leucin volt a legfontosabb BCAA az inzulin felszabadulásával kapcsolatban [19]. A szérumban lévő BCAA-k mennyisége nem szorosan korrelál a bevitelével. Elhízott alanyokban a megnövekedett BCAA-koncentrációt katabolizmusának és clearance-jének romlásával magyarázta az elágazó láncú ketoacid-dehidrogenáz (BCKD) komplex funkció csökkenése, ugyanaz az mitokondriális enzim, amely részt vesz az α-KB szintézisben [19]. Az inzulinrezisztencia és a cukorbetegség bekövetkezésekor a BCAA katabolizmus mitokondriális funkciója romlik; a BCAA melléktermékei ezáltal befolyásolják a glükóz mitokondriális oxidációját. Ezenkívül a nagy semleges aminosav transzporter 1 receptor károsodik, és a BCAA-k bejutása a sejtbe nem megfelelő módon történik, ami hozzájárul a BCAA magas szérumkoncentrációihoz [14]. .

Elágazó láncú aminosavak

Absztrakt

Elágazó láncú aminosavak, B. rész

Hiroyuki Kagamiyama, Hideyuki Hayashi, in Methods in Enzymology, 2000

Katalitikus tulajdonságok

A BCAT számos aminosav transzaminációját katalizálja (I. táblázat). 4 Az elágazó láncú aminosavakon kívül a BCAT aktív a fenilalanin és a tirozin felé, amelyeknek mindkét oldallánca terjedelmes, mint az elágazó láncú aminosavak. A metionin szintén meglehetősen jó szubsztrát. Miközben ezek a hidrofób aminosavak katalizálják, a BCAT a glutamát és annak megfelelő keto-sav-2-oxoglutarát felé is aktív. Így, sok más aminotranszferázhoz hasonlóan, a BCAT két szerkezetileg különböző szubsztrátkészletet ismer fel, a hidrofób oldalláncokkal rendelkező amino-/keto-savakat és a karboxil-oldalláncokkal rendelkező amino-/ketosavakat.

Elhízás, metabolikus szindróma és az energiaegyensúly rendellenességei

Ram Weiss, PhD, Robert H. Lustig, MD, MSL, a gyermekgyógyászati endokrinológiában (negyedik kiadás), 2014

Elágazó láncú aminosavak

Az elágazó láncú aminosavak (BCAA-k: valin, leucin és izoleucin) esszenciális aminosavak, amelyek az aminosavak 20% -át teszik ki a tipikus „nyugati étrendben”. 405 Noha általában a fehérje bioszintéziséhez és a sejtek növekedéséhez használják, feleslegben biztosítva vannak, de a fehérjeszintézistől az energiafelhasználás felé terelik. 406

A májban a BCAA-k fokozzák a szénhidrát-szabályozó elem-kötő fehérje (ChREBP) és az SREBP-1c, 407 transzkripcióját, megkönnyítve a DNL-t. Ezenkívül a BCAA korlátozza az inzulin által kiváltott PI3-K jelátvitelt és stimulálja az emlős rapamicin (mTOR) célpontjának aktiválódását, elősegítve az IRS-1 szerin-foszforilációját és az inzulinjelzés károsodását. Ezenkívül, ahogy az elhízással kapcsolatos változások vannak az adipokinekben és a kardiovaszkuláris kockázati markerekben, úgy tűnik, hogy a BCAA anyagcseréjében és az azt követő szérumszintekben elhízással összefüggő változások is vannak. Különösen a valin és a leucin/izoleucin szintekről számoltak be 20% -kal, illetve 14% -kal magasabbak az elhízottaknál a sovány alanyokhoz képest. 406 Mechanikailag úgy tűnik, hogy ezt a BCAA katabolikus útvonalon keresztüli magas fluxus okozza, ami az alanin megnövekedett termelését eredményezi. Mivel az alanin erősen glükoneogén aminosav, a fokozott BCAA katabolizmus hozzájárulhat a máj glükóztermelésének növekedéséhez. 408 Továbbá, a BCAA-k katabolikus útjain keresztüli megnövekedett fluxusával keletkező megnövekedett α-ketoavak potenciálisan elnyomják a mitokondriális β-oxidációt is.

Továbbá a krónikus BCAA-emelkedés károsítja az aromás aminosavak agyba történő transzportját; a szerotonin (triptofánból származó) és a katekolaminok (fenilalaninból és tirozinból származó) csökkent termelése éhséget okozhat. 406 A „BCAA overload” hipotézis azt sugallja, hogy a magas zsírfogyasztást magában foglaló táplálkozási szokások összefüggésében a BCAA-k önállóan hozzájárulhatnak az inzulinrezisztencia kialakulásához, ezt a hipotézist metabolomikai vizsgálatok támasztják alá, amelyek magas BCAA-szintet mutatnak be normoglikémiás egyéneknél, akik ezt követően kialakul az inzulinrezisztencia és a cukorbetegség. 409, 410

Transzlációs modellek, módszerek és koncepciók az öregedés és a hosszú élettartam tanulmányozásában

5.9 Elágazó láncú aminosavak (BCAA) és öregedés

Érdekes módon úgy tűnik, hogy a BCAA elősegíti a túlélést a középkorú egerekben azáltal, hogy fokozza a szív- és vázizmok mitokondriális biogenezisét, esetleg a PPARgamma 1 alfa-koaktivátor (PGC-1a) aktiválásával, ami az oxidatív stressz csökkenéséhez vezet [244]. Mivel a BCAA stimulálja az mTORC-t [245], az egészségnyomás-előmozdítás mechanizmusa összetett, mivel számos tanulmány azt mutatja, hogy a csökkent TOR-jelátvitel a CR élettartamának meghosszabbítását eredményezi [246], és hogy a TOR gátlása rapamicinnel meghosszabbítja az élettartamot [232]. Összességében a BCAA és a CR által alkalmazott mechanizmusok bonyolultak és valószínűleg szövetspecifikus hatásokkal vagy célokkal rendelkeznek (pl. MTORC1 és mTORC2), valamint olyan másodlagos célpontok, amelyek további kutatásokat igényelnek a felderítéséhez.

Az emberi bél mikrobiomjának hatása a metabolikus fenotípusra

Lesley Hoyles, Jonathan Swann, A metabolikus fenotipizálás kézikönyve, 2019

2,4 BCAA

A BCAA-valin, a leucin és az izoleucin keringő szintje megemelkedik a 2-es típusú cukorbetegségben és az elhízásban, és ezeket az állapotokat korai előrejelzőnek tekintik [68]. A magas keringési szint hozzájárul az elhízott egyének glükóz homeosztázisának megzavarásához [68,69]. A gazdaszervezet által társított BCAA degradációs útvonal szabályozása, a megnövekedett BCAA mikrobiális termelés és a megnövekedett keringő BCAA szint az elhízott betegek alkoholmentes zsírmájbetegségének (NAFLD) jellemzője, jelezve, hogy a gazda- és mikrobiómával kapcsolatos folyamatok befolyásolják a elhízás [25]. Ismeretes, hogy a Bifidobacterium adolescentis, a Bacteroides thetaiotaomicron, a Ruminococcus bromii, az [Eubacterium] (Roseburia) rectale és az F. prausnitzii hozzájárulnak a BCAA mikrobiális termeléséhez, de nem ismert, hogy ezek a fajok összefüggenek-e a NAFLD-betegeknél tapasztalt megnövekedett BCAA-termeléssel vagy növeli az inzulinrezisztenciát nem cukorbetegeknél [25,28,70] .

Elágazó láncú aminosavak, B. rész

Peter Schadewaldt, in Methods in Enzymology, 2000

Bevezetés

Elágazó láncú aminosavak: l-leucin, l-valin, l-izoleucin és annak diasztereomer l-alloizoleucin, valamint ezek megfelelő elágazó láncú 2-oxosavak, 4-metil-2-oxo-pentanoát, 3-metil-2-oxo-butirát és (S) -és (R) -3-metil-2-oxopentanoát az emberi plazma normális alkotóeleme. 1 l-alloizoleucin in vivo az l-izoleucin-ból származik, valószínűleg az (R) -3-metil-2-oxo-pentanoát újraminaminálásával, amely látszólag elkerülhetetlen melléktermék a normál l-izoleucin-transzamináció során. 2,3 Az l-alloizoleucin és transzaminációs termékének (R) -3-metil-2-oxopentanoát koncentrációja egészséges egyéneknél alacsony. A juharszirup vizeletbetegségben szenvedő betegeknél rendszeresen megemelkedett koncentrációkat észlelnek. 4,5 Az l-izoleucin és az l-alloizoleucin diasztereomer aminosavai standard aminosav-analízissel könnyen meghatározhatók. Az l- izoleucin – l- alloizoleucin kölcsönhatásra vonatkozó fiziológiai vizsgálatokat azonban bonyolítja az a tény, hogy az elágazó láncú 2-oxosav-analízishez kidolgozott eljárások a testnedvekben 6–9 nem teszik lehetővé a kapcsolódó 2 -oxosav-enantiomorfok.

A jelen módszert az (R) -3-metil-2-oxopentanoát megbízható és érzékeny mennyiségi meghatározására fejlesztették ki testnedvekben felesleges (S) -3-metil-2-oxopentanoát jelenlétében. Az eljárás akkor is értékes, ha az (S) - és (R) -3-metil-2-oxo-pentanoátban végzett stabil izotópdúsulások mérését gázkromatográfia – tömegspektrometriával kell elvégezni. 1,3

Elágazó láncú aminosavak, B. rész

Toshimitsu Hoshino, Yoshihiko Uratani, in Methods in Enzymology, 2000

Bevezetés

Az elágazó láncú aminosavak l-leucin, l-izoleucin és l-valin aktív transzportját a Pseudomonas aeruginosa citoplazmatikus membránon három különböző rendszer közvetíti: LIV-I, LIV-II és LIV-III. A nagy affinitású LIV-I rendszer többkomponensű rendszer, míg az alacsony affinitású LIV-II és LIV-III rendszerek egykomponensű rendszerek, Na + - és H + -csatolt hordozófehérjék közvetítésével. Az ezen transzportrendszerekhez szükséges összes gén (melltartó gén) a P. aeruginosa PAO kromoszómáján található, klónozva és szekvenálva. 1–4

A LIV-I transzportrendszer egy ABC (ATP-kötő kazetta) transzporter 5, és öt melltartó géntermékből áll: BraC, elágazó láncú aminosavak periplazmatikus kötő fehérjéje; BraD és BraE, integrált membránfehérjék; valamint a feltételezett ATP-kötő fehérjék BraF és BraG. 1 A T7 RNS polimeráz/promoter rendszer alkalmazásával a LIV-I membrán komponensei, a BraD, BraE, BraF és BraG fehérjék (BraDEFG fehérjék) komplexként túltermelhetők az Escherichia coli citoplazmatikus membránban. A membránkomponenseket az E. coli membránból oktil-glükoziddal oldjuk, majd liposzómákba építjük, hogy helyreállítsuk a LIV-I transzport rendszert. Ebben az újjáépített rendszerben az elágazó láncú aminosav transzport kizárólag mind az öt Bra-fehérje jelenlététől függ, beleértve a kívülről adott BraC-t és a proteoliposzómákba belsőleg feltöltött ATP-t. 6 Néhány periplazmatikusan kötődő fehérjefüggő transzportrendszer in vitro rekonstitúciós vizsgálata egyértelművé tette, hogy a transzportrendszerek olyan ATPázok, amelyek az ATP hidrolízist a membránon átívelő szubsztrát transzlokációval kötik fehérjefüggő módon, 6– 8 megoldva egy régóta fennálló vitát az e kategóriába tartozó közlekedési rendszerek energia-összekapcsolási mechanizmusáról.

Ebben a fejezetben számos módszert mutatunk be a P. aeruginosa LIV-I transzportrendszer rekonstrukciós vizsgálatához E. coliban túltermelt Bra fehérjékkel. Ismertetik a BraDEFG fehérjék túlzott expressziójára használt E. coli törzs létrehozásának módszerét is, mivel a membránkomponensek túltermeléséhez használt törzs genetikai háttere döntőnek tűnik a sikeres helyreállításhoz, amint az alábbiakban ismertetjük.