THREONINE: KENMERKEN, FUNCTIES, DEGRADATIE, VOORDELEN - BIOLOGIE - 2025

Het threonine (Thr, T) of zuur-Ls-threo α-amino-β-boterzuur, is een van de samenstellende aminozuren van de cellulaire eiwitten. Aangezien de mens en andere gewervelde dieren geen biosynthetische routes hebben voor de productie ervan, wordt threonine beschouwd als een van de 9 essentiële aminozuren die via de voeding moeten worden verkregen.

Threonine was de laatste van de 20 veel voorkomende aminozuren die in eiwitten werden ontdekt, een feit dat in de geschiedenis plaatsvond meer dan een eeuw na de ontdekking van asparagine (1806), het eerste beschreven aminozuur.

Structuur van het aminozuur Threonine (Bron: Clavecin via Wikimedia Commons)

Het werd ontdekt door William Cumming Rose in 1936, die de term "threonine" bedacht vanwege de structurele overeenkomst die hij vond tussen dit aminozuur en threonzuur, een verbinding die is afgeleid van de suikertreose.

Als een proteïne-aminozuur heeft threonine meerdere functies in cellen, waaronder de bindingsplaats voor de typische koolhydraatketens van glycoproteïnen en de herkenningsplaats voor proteïnekinasen met specifieke functies (threonine / serinekinaseneiwitten).

Evenzo is threonine een essentieel bestanddeel van eiwitten zoals tandglazuur, elastine en collageen en heeft het ook belangrijke functies in het zenuwstelsel. Het wordt gebruikt als voedingssupplement en als "verlichter" van fysiologische toestanden van angst en depressie.

kenmerken

Threonine behoort tot de groep polaire aminozuren met een R-groep of zijketen zonder positieve of negatieve ladingen (ongeladen polaire aminozuren).

De kenmerken van de R-groep maken het een sterk in water oplosbaar aminozuur (hydrofiel of hydrofiel), wat ook geldt voor de andere leden van deze groep, zoals cysteïne, serine, asparagine en glutamine.

Samen met tryptofaan, fenylalanine, isoleucine en tyrosine is threonine een van de vijf aminozuren die zowel glucogene als ketogene functies heeft, aangezien relevante tussenproducten zoals pyruvaat en succinyl-CoA worden geproduceerd uit zijn metabolisme.

Dit aminozuur heeft een geschat molecuulgewicht van 119 g / mol; zoals veel van de ongeladen aminozuren, heeft het een iso-elektrisch punt rond 5,87 en de frequentie ervan in eiwitstructuren is bijna 6%.

Sommige auteurs groeperen threonine samen met andere aminozuren met een "zoete" smaak, waaronder bijvoorbeeld serine, glycine en alanine.

Structuur

Α-aminozuren zoals threonine hebben een algemene structuur, dat wil zeggen dat ze voor iedereen gemeenschappelijk zijn. Dit onderscheidt zich door de aanwezigheid van een koolstofatoom dat bekend staat als de "α-koolstof", dat chiraal is en waaraan vier verschillende soorten moleculen of substituenten zijn gehecht.

Deze koolstof deelt een van zijn bindingen met een waterstofatoom, een andere met de R-groep, die kenmerkend is voor elk aminozuur, en de andere twee worden bezet door de amino- (NH2) en carboxyl- (COOH) -groepen, die voor iedereen gemeenschappelijk zijn. aminozuren.

De R-groep van threonine heeft een hydroxylgroep waardoor het waterstofbruggen kan vormen met andere moleculen in waterige media. Zijn identiteit kan worden gedefinieerd als een alcoholische groep (een ethanol, met twee koolstofatomen), die een van zijn waterstofatomen heeft verloren om zich aan te sluiten bij het α-koolstofatoom (-CHOH-CH3).

Deze -OH-groep kan dienen als een ‘brug’ of bindingsplaats voor een grote verscheidenheid aan moleculen (oligosaccharideketens kunnen er bijvoorbeeld aan worden vastgemaakt tijdens de vorming van glycoproteïnen) en is daarom een ​​van degenen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van gemodificeerde derivaten van threonine.

De biologisch actieve vorm van dit aminozuur is L-threonine en het is dit dat zowel deelneemt aan de conformatie van eiwitstructuren als aan de verschillende metabolische processen waarin het werkt.

Kenmerken

Als proteïne-aminozuur maakt threonine deel uit van de structuur van veel proteïnen in de natuur, waar het belang en de rijkdom ervan afhangen van de identiteit en functie van het proteïne waartoe het behoort.

Naast zijn structurele functies in de conformatie van de peptidesequentie van eiwitten, vervult threonine andere functies zowel in het zenuwstelsel als in de lever, waar het deelneemt aan het metabolisme van vetten en de accumulatie ervan in dit orgaan voorkomt.

Threonine maakt deel uit van de sequenties die worden herkend door serine / treoninekinasen, die verantwoordelijk zijn voor talrijke eiwitfosforyleringsprocessen, essentieel voor de regulering van de veelheid aan functies en intracellulaire signaleringsgebeurtenissen.

Het wordt ook gebruikt voor de behandeling van sommige darm- en spijsverteringsstoornissen en er is aangetoond dat het nuttig is bij het verminderen van pathologische aandoeningen zoals angst en depressie.

L-threonine is eveneens een van de aminozuren die nodig zijn om de pluripotente toestand van embryonale stamcellen van muizen te behouden, een feit dat blijkbaar verband houdt met het metabolisme van S-adenosyl-methionine en histon-methyleringsgebeurtenissen. , die direct betrokken zijn bij de expressie van genen.

In de industrie

Een gemeenschappelijke eigenschap van veel aminozuren is hun vermogen om te reageren met andere chemische groepen zoals aldehyden of ketonen om de karakteristieke "smaken" van veel verbindingen te vormen.

Een van deze aminozuren is threonine, dat, net als serine, reageert met sucrose tijdens het roosteren van bepaalde voedingsmiddelen en aanleiding geeft tot "pyrazines", typische aromatische verbindingen van geroosterde producten zoals koffie.

Threonine is aanwezig in veel geneesmiddelen van natuurlijke oorsprong en ook in veel voedingssupplementen die worden voorgeschreven aan patiënten met ondervoeding of die een dieet hebben dat arm is aan dit aminozuur.

Een andere van de meest beruchte functies van L-threonine, dat in de loop van de tijd is toegenomen, is die van een additief bij de bereiding van krachtvoer voor varkens en pluimveeproductie-industrieën.

L-threonine wordt in deze industrieën gebruikt als voedingssupplement in slechte formuleringen vanuit het oogpunt van proteïne, aangezien het economische voordelen biedt en de tekortkomingen in ruw proteïne dat door deze landbouwhuisdieren wordt geconsumeerd, verlicht.

De belangrijkste vorm van productie van dit aminozuur is normaal gesproken door microbiële fermentatie en de wereldproductiecijfers voor landbouwdoeleinden voor 2009 waren meer dan 75 ton.

Biosynthese

Threonine is een van de negen essentiële aminozuren voor de mens, wat betekent dat het niet kan worden aangemaakt door de cellen van het lichaam en daarom moet worden verkregen uit eiwitten van dierlijke of plantaardige oorsprong die ermee worden geleverd. Dagelijkse dieet.

Planten, schimmels en bacteriën synthetiseren threonine via vergelijkbare routes die enigszins van elkaar kunnen verschillen. De meeste van deze organismen gaan echter uit van aspartaat als precursor, niet alleen voor threonine, maar ook voor methionine en lysine.

Biosynthetische route in microben

De biosyntheseroute van L-threonine in micro-organismen zoals bacteriën bestaat uit vijf verschillende door enzymen gekatalyseerde stappen. Het uitgangssubstraat, zoals besproken, is aspartaat, dat wordt gefosforyleerd door een ATP-afhankelijk aspartaatkinase-enzym.

Deze reactie produceert de metaboliet L-aspartylfosfaat (L-aspartyl-P) die dient als substraat voor het enzym aspartyl semialdehyde dehydrogenase, dat de omzetting ervan in aspartyl semialdehyde op een NADPH-afhankelijke manier katalyseert.

Aspartylsemialdehyde kan zowel voor de biosynthese van L-lysine als voor de biosynthese van L-threonine worden gebruikt; in dit geval wordt het molecuul gebruikt door een NADPH-afhankelijk homoserinedehydrogenase-enzym voor de productie van L-homoserine.

L-homoserine wordt gefosforyleerd tot L-homoserinefosfaat (L-homoserine-P) door een ATP-afhankelijke homoserinekinase en het reactieproduct is op zijn beurt een substraat voor het enzym threoninesynthase, dat L-threonine kan synthetiseren.

L-methionine kan worden gesynthetiseerd uit het L-homoserine dat in de vorige stap is geproduceerd, daarom vertegenwoordigt het een "competitieve" route voor de synthese van L-threonine.

Het op deze manier gesynthetiseerde L-threonine kan worden gebruikt voor eiwitsynthese of het kan ook stroomafwaarts worden gebruikt voor de synthese van glycine en L-leucine, twee aminozuren die ook uit eiwitoogpunt relevant zijn.

Regulatie

Het is belangrijk om te benadrukken dat drie van de vijf enzymen die deelnemen aan de biosynthese van L-threonine in bacteriën, worden gereguleerd door het product van de reactie via negatieve feedback. Dit zijn aspartaatkinase, homoserinedehydrogenase en homoserinekinase.

Bovendien hangt de regulering van deze biosynthetische route ook af van de cellulaire vereisten van de andere gerelateerde biosynthetische producten, aangezien de vorming van L-lysine, L-methionine, L-isoleucine en glycine afhankelijk is van de productieroute van L-threonine.

Degradatie

Threonine kan worden afgebroken door twee verschillende routes om pyruvaat of succinyl-CoA te produceren. Dit laatste is het belangrijkste product van threonine-katabolisme bij mensen.

Het metabolisme van threonine vindt voornamelijk plaats in de lever, maar de alvleesklier neemt, hoewel in mindere mate, ook deel aan dit proces. Deze route begint met het transport van het aminozuur door het plasmamembraan van hepatocyten door middel van specifieke transporters.

Productie van pyruvaat uit threonine

De omzetting van threonine in pyruvaat vindt plaats dankzij de omzetting in glycine, die plaatsvindt in twee katalytische stappen die beginnen met de vorming van 2-amino-3-ketobutyraat uit threonine en door de werking van het enzym threonine dehydrogenase.

Bij mensen vertegenwoordigt deze route slechts tussen 10 en 30% van het threoninekatabolisme, maar het belang ervan is relatief ten opzichte van het organisme dat in aanmerking wordt genomen, aangezien het bij andere zoogdieren bijvoorbeeld veel katabolischer is. spreken.

Productie van succinyl-CoA uit threonine

Net als bij methionine, valine en isoleucine worden de koolstofatomen van threonine ook gebruikt voor de productie van succunyl-CoA. Dit proces begint met de omzetting van het aminozuur in α-ketobutyraat, dat vervolgens wordt gebruikt als substraat voor het α-ketozuurdehydrogenase-enzym om propionyl-CoA op te leveren.

De omzetting van threonine in α-ketobutyraat wordt gekatalyseerd door het enzym threonine dehydratase, waarbij een watermolecuul (H2O) en een ander ammoniumion (NH4 +) verloren gaan.

Propionyl-CoA wordt gecarboxyleerd tot methylmalonyl-CoA via een tweestapsreactie waarbij een koolstofatoom in de vorm van bicarbonaat (HCO3-) moet worden ingevoerd. Dit product dient als substraat voor een afhankelijk methylmalonyl-CoA-mutase-co-enzym B12, dat het molecuul "epimeriseert" om succinyl-CoA te produceren.

Andere katabole producten

Bovendien kan het koolstofskelet van threonine katabolisch worden gebruikt voor de productie van acetyl-CoA, wat ook belangrijke implicaties heeft vanuit het oogpunt van energie in de cellen van het lichaam.

In bepaalde organismen fungeert threonine ook als substraat voor sommige biosynthetische routes zoals bijvoorbeeld isoleucine. In dit geval kan door middel van 5 katalytische stappen het a-ketobutyraat afgeleid van het treoninekatabolisme worden gericht op de vorming van isoleucine.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan threonine

Hoewel de meeste eiwitrijke voedingsmiddelen een bepaald percentage van alle aminozuren bevatten, blijken eieren, melk, sojabonen en gelatine bijzonder rijk te zijn aan het aminozuur threonine.

Threonine zit ook in het vlees van dieren zoals kip, varkensvlees, konijn, lam en verschillende soorten gevogelte. In voedingsmiddelen van plantaardige oorsprong is het overvloedig aanwezig in kool, uien, knoflook, snijbiet en aubergines.

Het wordt ook aangetroffen in rijst, maïs, tarwezemelen, peulvruchtenkorrels en in veel fruit zoals aardbeien, bananen, druiven, ananas, pruimen en andere eiwitrijke noten zoals walnoten of pistachenoten, onder anderen.

Voordelen van de inname

Volgens het deskundigencomité van de Wereldvoedsel- en landbouwgezondheidsorganisatie (WHO, FAO) is de dagelijkse behoefte aan threonine voor een gemiddeld volwassen mens ongeveer 7 mg per kilogram lichaamsgewicht. verkregen uit voedsel dat met het dieet is ingenomen.

Deze cijfers zijn ontleend aan experimentele gegevens die zijn verkregen uit onderzoeken met mannen en vrouwen, waarbij deze hoeveelheid threonine voldoende is om een ​​positieve stikstofbalans in de lichaamscellen te bereiken.

Studies uitgevoerd bij kinderen tussen 6 maanden en één jaar hebben echter aangetoond dat de minimumvereisten voor L-threonine tussen de 50 en 60 mg per kilogram lichaamsgewicht per dag liggen.

Een van de belangrijkste voordelen van de inname van voedingssupplementen of geneesmiddelen met speciale formuleringen die rijk zijn aan L-threonine, is de behandeling van amyotrofische laterale sclerose of de ziekte van Lou Gehrig.

De extra toevoer van threonine bevordert de opname van voedingsstoffen in de darm en draagt ​​ook bij aan de verbetering van de leverfuncties. Het is ook belangrijk voor het transport van fosfaatgroepen door cellen.

Deficiëntiestoornissen

Bij jonge kinderen zijn er aangeboren afwijkingen in het threoninemetabolisme die groeiachterstand en andere gerelateerde stofwisselingsstoornissen veroorzaken.

Tekortkomingen in dit aminozuur zijn in verband gebracht met een aantal mislukkingen in de gewichtstoename van zuigelingen, naast andere pathologieën die verband houden met het gebrek aan stikstofretentie en het verlies ervan in de urine.

Mensen met een dieet met weinig threonine kunnen vatbaarder zijn voor leververvetting en sommige darminfecties die verband houden met dit aminozuur.

Referenties

1. Barret, G., en Elmore, D. (2004). Aminozuren en peptiden. Cambridge: Cambridge University Press.
2. Borgonha, S., Regan, MM, Oh, SH, Condon, M., & Young, VR (2002). Threoninebehoefte van gezonde volwassenen, afgeleid met een 24-uurs indicator aminozuurbalans-techniek. American Journal of Clinical Nutrition, 75 (4), 698-704.
3. Bradford, H. (1931). De geschiedenis van de ontdekking van de aminozuren. II. Een overzicht van aminozuren die sinds 1931 worden beschreven als componenten van inheemse eiwitten. Vooruitgang in eiwitchemie, 81–171.
4. Champe, P., en Harvey, R. (2003). Aminozuren Aminozuren. In Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3e ed., Pp. 1-12). Lippincott.
5. De Lange, CFM, Gillis, AM, & Simpson, GJ (2001). Invloed van threonine-inname op eiwitafzetting in het hele lichaam en threoninegebruik bij opgroeiende varkens die gezuiverde voeding krijgen. Journal of Animal Science, 79, 3087-3095.
6. Edelman, A., Blumenthal, D., & Krebs, E. (1987). Eiwitserine / Threonine Kinases. Annu. Rev., 56, 567-613.
7. Edsall, J. (1960). Aminozuren, eiwitten en kankerbiochemie (deel 241). Londen: Academic Press, Inc.
8. House, JD, Hall, BN, & Brosnan, JT (2001). Threoninemetabolisme in geïsoleerde hepatocyten van ratten. American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism, 281, 1300–1307.
9. Hudson, B. (1992). Biochemie van voedseleiwitten. Springer-Science + Business Media, BV
10. Kaplan, M., en Flavin, M. (1965). Threonine Biosynthese. Op het pad in schimmels en bacteriën en het mechanisme van de isomerisatiereactie. The Journal of Biological Chemistry, 240 (10), 3928-3933.
11. Kidd, M., & Kerr, B. (1996). L-Threonine voor pluimvee: een overzicht. Applied Poultry Science, Inc., 358-367.
12. Pratt, E., Snyderman, S., Cheung, M., Norton, P., & Holt, E. (1954). De Threonine-eis van de normale baby. The Journal of Nutrition, 10 (56), 231–251.
13. Rigo, J., & Senterre, J. (1980). Optimale inname van threonine voor premature baby's die worden gevoed met orale of parenterale voeding. Journal of Parenteral and Enteral Nutrition, 4 (1), 15–17.
14. Shyh-Chang, N., Locasale, JW, Lyssiotis, CA, Zheng, Y., Teo, RY, Ratanasirintrawoot, S.,… Cantley, LC (2013). Invloed van Threonine Metabolisme op S-adenosylmethionine en Histon Methylering. Science, 339, 222-226.
15. Vickery, HB en Schmidt, CLA (1931). De geschiedenis van de ontdekking van de aminozuren. Chemische beoordelingen, 9 (2), 169-318.
16. Web MD. (zd). Opgehaald op 10 september 2019, van www.webmd.com/vitamins/ai/ingredientmono-1083/threonine
17. Wormser, EH, en Pardee, AB (1958). Regulatie van de biosynthese van threonine in Escherichia coli. Archives of Biochemistry and Biophysics, 78 (2), 416-432.
18. Xunyan, X., Quinn, P., en Xiaoyuan, X. (2012). Onderzoekspoort. Opgehaald op 10 september 2019, van www.researchgate.net/figure/The-biosynthesis-pathway-of-L-threonine-The-pathway-consists-of-fi-ve-enzymatic-steps_fig1_232320671