SERINE: KENMERKEN, FUNCTIES, METABOLISME, VOEDSEL - BIOLOGIE - 2026

De serine één van de 22 basische aminozuren, hoewel dit niet essentieel aminozuur voor de mens en andere dieren ingedeeld, aangezien het wordt gesynthetiseerd door het menselijk lichaam.

Volgens de drieletterige nomenclatuur wordt serine in de literatuur beschreven als Ser (S in de eenletterige code). Dit aminozuur neemt deel aan een groot aantal metabole routes en heeft polaire kenmerken, maar heeft geen lading bij neutrale pH.

Vertegenwoordiging van de aminozuurstructuur Serine (Bron: Paginazero at it.wikipedia via Wikimedia Commons)

Veel enzymen die belangrijk zijn voor cellen, hebben overvloedige concentraties van serineresiduen op hun actieve plaatsen, en daarom heeft dit aminozuur meerdere fysiologische en metabolische implicaties.

Serine neemt, naast veel van zijn functies, als precursor en scaffold-molecuul deel aan de biosynthese van andere aminozuren zoals glycine en cysteïne en maakt deel uit van de structuur van sfingolipiden die aanwezig zijn in celmembranen.

De snelheid van synthese van serine varieert in elk orgaan en bovendien verandert het volgens het ontwikkelingsstadium waarin het individu zich bevindt.

Wetenschappers hebben voorgesteld dat de L-serineconcentraties in hersenweefsel toenemen met de leeftijd, aangezien de permeabiliteit van de bloed-hersenbarrière in de volwassen hersenen afneemt, wat ernstige hersenaandoeningen kan veroorzaken.

Het is bekend dat L-serine van vitaal belang is voor de biosynthese van neurotransmitters, fosfolipiden en andere complexe macromoleculen, aangezien het de voorlopers vormt voor deze veelvoudige metabole routes.

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat het leveren van L-serinesupplementen of concentraten aan bepaalde typen patiënten de glucosehomeostase en de mitochondriale functie verbetert en de neuronale dood vermindert.

Kenmerken en structuur

Alle aminozuren hebben als basisstructuur een carboxylgroep en een aminogroep die aan hetzelfde koolstofatoom is gebonden; Deze verschillen echter van elkaar door hun zijketens, bekend als R-groepen, die kunnen variëren in grootte, structuur en zelfs in hun elektrische lading.

Serine bevat drie koolstofatomen: een centrale koolstofatoom die enerzijds aan een carboxylgroep (COOH) en anderzijds aan een aminogroep (NH3 +) vastzit. De andere twee bindingen van de centrale koolstof worden bezet door een waterstofatoom en door een CH2OH-groep (R-groep), kenmerkend voor serine.

De centrale koolstof waaraan de amino- en carboxylgroepen van aminozuren zijn gehecht, staat bekend als de α-koolstof. De andere koolstofatomen in de R-groepen worden aangeduid met de letters van het Griekse alfabet.

In het geval van bijvoorbeeld serine, staat het enige koolstofatoom in zijn R-groep, dat aan de OH-groep vastzit, bekend als γ-koolstof.

Classificatie

Serine is ingedeeld in de groep van ongeladen polaire aminozuren. De leden van deze groep zijn sterk in water oplosbare aminozuren, dat wil zeggen, het zijn hydrofiele verbindingen. In serine en threonine is hydrofiliciteit te wijten aan hun vermogen om waterstofbruggen te vormen met water via hun hydroxyl (OH) groepen.

Binnen de groep van ongeladen polaire aminozuren worden ook cysteïne, asparagine en glutamine gegroepeerd. Deze hebben allemaal een polaire groep in hun R-keten, maar deze groep is niet ioniseerbaar en bij pH's die bijna neutraal zijn, heffen ze hun ladingen op en produceren ze een verbinding in de vorm van een "zwitterion".

Stereochemie

De algemene asymmetrie van aminozuren maakt de stereochemie van deze verbindingen van vitaal belang in de metabole routes waaraan ze deelnemen. In het geval van serine kan het worden gevonden als D- of L-serine, waarbij de laatste uitsluitend wordt gesynthetiseerd door cellen van het zenuwstelsel die bekend staan ​​als astrocyten.

De α-koolstofatomen van aminozuren zijn chirale koolstofatomen, aangezien er vier verschillende substituenten aan vastzitten, wat genereert dat er voor elk aminozuur ten minste twee te onderscheiden stereo-isomeren zijn.

Een stereo-isomeer is een spiegelbeeld van een molecuul, dat wil zeggen dat de ene niet op de andere kan worden gelegd. Ze worden aangeduid met de letter D of L, aangezien de oplossingen van deze aminozuren experimenteel het vlak van gepolariseerd licht in tegengestelde richtingen roteren.

L-serine dat wordt gesynthetiseerd in cellen van het zenuwstelsel, dient als een substraat om glycine of D-serine te synthetiseren. D-serine is een van de belangrijkste elementen voor de uitwisseling van blaasjes tussen neuronen, en daarom stellen sommige auteurs voor dat beide isovormen van serine in feite essentiële aminozuren zijn voor neuronen.

Kenmerken

De OH-groep van serine in zijn R-keten maakt het een goede nucleofiel, dus het is de sleutel tot de activiteit van veel enzymen met serines op hun actieve plaatsen. Serine is een van de substraten die nodig zijn voor de synthese van nucleotiden NADPH en glutathion.

L-serine is essentieel voor de ontwikkeling en goede werking van het centrale zenuwstelsel. Studies hebben aangetoond dat exogene afgifte van L-serine in lage doses aan hippocampale neuronen en Purkinje-cellen in vitro hun overleving verbetert.

Diverse studies van kankercellen en lymfocyten hebben aangetoond dat serine-afhankelijke koolstofeenheden nodig zijn voor de overmatige productie van nucleotiden, evenals voor de daaropvolgende proliferatie van kankercellen.

Selenocysteïne is een van de 22 basische aminozuren en wordt alleen verkregen als een derivaat van serine. Dit aminozuur is alleen waargenomen in sommige eiwitten, het bevat selenium in plaats van zwavel gebonden aan cysteïne en het wordt gesynthetiseerd uitgaande van een veresterd serine.

Biosynthese

Serine is een niet-essentieel aminozuur, aangezien het door het menselijk lichaam wordt aangemaakt. Het kan echter worden opgenomen uit het dieet van verschillende bronnen, zoals voornamelijk eiwitten en fosfolipiden.

Serine wordt in zijn L-vorm gesynthetiseerd door de omzetting van een glycinemolecuul, een reactie die wordt veroorzaakt door een hydroxymethyl-transferase-enzym.

Het is bekend dat de belangrijkste plaats van L-serinesynthese zich in astrocyten bevindt en niet in neuronen. In deze cellen vindt synthese plaats via een fosforyleringsroute waaraan 3-fosfoglyceraat, een glycolytisch tussenproduct, deelneemt.

Drie enzymen werken in deze route: 3-fosfoglyceraat dehydrogenase, fosfoserine-transferase en fosfoserine-fosfatase.

Andere belangrijke organen als het gaat om serinesynthese zijn de lever, nieren, testikels en milt. Enzymen die serine synthetiseren via andere routes dan fosforylering, worden alleen in de lever en de nieren aangetroffen.

Een van de eerste bekende routes voor de synthese van serine was de katabole route die betrokken is bij gluconeogenese, waarbij L-serine wordt verkregen als een secundaire metaboliet. De bijdrage van deze route aan de productie van serine in het lichaam is echter laag.

Metabolisme

Momenteel is bekend dat serine kan worden verkregen uit het koolhydraatmetabolisme in de lever, waar D-glycerinezuur, 3-fosfoglycerinezuur en 3-fosfohydroxypyrodruivenzuur worden geproduceerd. Dankzij een transaminatieproces tussen 3-hydroxy pyrodruivenzuur en alanine wordt serine geproduceerd.

Experimenten die zijn uitgevoerd met ratten die koolstof 4 van glucose radioactief labelen, hebben geconcludeerd dat deze koolstof effectief wordt opgenomen in de koolstofskeletten van serine, wat suggereert dat het aminozuur een precursor van drie koolstofatomen heeft, waarschijnlijk afkomstig van pyruvaat.

In bacteriën is het enzym L-serine-deaminase het belangrijkste enzym dat verantwoordelijk is voor het metaboliseren van serine: het zet L-serine om in pyruvaat. Van dit enzym is bekend dat het aanwezig en actief is in E. coli-culturen die in minimale media met glucose worden gekweekt.

Het is niet met zekerheid bekend wat de werkelijke functie van L-serine-deaminase is in deze micro-organismen, aangezien de expressie ervan wordt veroorzaakt door mutatie-effectoren die het DNA beschadigen door ultraviolette straling, door de aanwezigheid van nalidixinezuur, mitomycine en andere. waaruit volgt dat het belangrijke fysiologische implicaties moet hebben.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan serine

Alle voedingsmiddelen met hoge eiwitconcentraties zijn rijk aan serine, voornamelijk eieren, vlees en vis. Dit is echter een niet-essentieel aminozuur, dus het is niet strikt noodzakelijk om het in te nemen, omdat het lichaam het zelf kan synthetiseren.

Sommige mensen lijden aan een zeldzame aandoening, aangezien ze een fenotype hebben met een tekort aan de synthesemechanismen van serine en glycine, en daarom moeten ze voor beide aminozuren geconcentreerde voedingssupplementen innemen.

Daarnaast bieden commerciële merken die gespecialiseerd zijn in de verkoop van vitaminesupplementen (Lamberts, Now Sport en HoloMega) fosfatidylserine- en L-serineconcentraten aan om de productie van spiermassa bij zeer competitieve atleten en gewichtheffers te verhogen.

Gerelateerde ziekten

De storing van de enzymen die betrokken zijn bij de biosynthese van serine kan ernstige pathologieën veroorzaken. Door de concentratie van serine in bloedplasma en hersenvocht te verlagen, kan het hypertonie, psychomotorische vertraging, microcefalie, epilepsie en complexe aandoeningen van het centrale zenuwstelsel veroorzaken.

Momenteel is ontdekt dat serinedeficiëntie betrokken is bij de ontwikkeling van diabetes mellitus, aangezien L-serine noodzakelijk is voor de synthese van insuline en zijn receptoren.

Baby's met defecten in de biosynthese van serine zijn neurologisch abnormaal bij de geboorte, hebben intra-uteriene groeiachterstand, congenitale microcefalie, cataract, toevallen en ernstige neurologische ontwikkelingsachterstand.

Referenties

1. Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP en Sandford, SA (2007). Mechanismen van aminozuurvorming in interstellaire ijsanaloga. The Astrophysical Journal, 660 (1), 911.
2. Ichord, RN en Bearden, DR (2017). Perinatale metabole encefalopathieën. In Swaiman's Pediatric Neurology (pp. 171-177). Elsevier.
3. Mothet, JP, Parent, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD, … & Snyder, SH (2000). D-serine is een endogene ligand voor de glycine-plaats van de N-methyl-D-aspartaatreceptor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (9), 4926-4931
4. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger principes van biochemie. Macmillan.
5. Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, CA, Mainolfi, N., Suri, V.,… & Chandel, NS (2019). Serinemetabolisme ondersteunt de productie van macrofaag IL-1β. Celmetabolisme, 29 (4), 1003-1011.
6. Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., & De Koning, TJ (2010). L-serinesynthese in het centrale zenuwstelsel: een overzicht van serinedeficiëntiestoornissen. Moleculaire genetica en metabolisme, 99 (3), 256-262.