Λευκίνη

Η λευκίνη ή 2-αμινο-4-μεθυλοπεντανικό οξύ (συμβολίζεται με Leu ή L)Nomenclature and symbolism for amino acids and peptides (IUPAC-IUB Recommendations 1983)", Pure Appl. Chem. 56 (5): 595–624, 1984, doi:10.1351/pac198456050595. είναι ένα α-αμινοξύ με σύντομο συντακτικό τύπο (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH. Η L-λευκίνη είναι ένα από τα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα. Οι τριπλέτες της είναι: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA και CUG. Ανήκει στα απαραίτητα αμινοξέα, δηλαδή σε αυτά που δεν μπορεί να βιοσυνθέσει ο ανθρώπινος οργανισμός και πρέπει να λαμβάνονται έτοιμα, με την τροφή. Επειδή το τμήμα του μορίου της από το #2 άτομο άνθρακα και μετά [R = (CH3)2CHCH2-, δηλαδή ισοβουτύλιο] είναι ένα αλκύλιο, ταξινομείται στα «υδρόφοβα» αμινοξέα. Είναι ένα σημαντικό συστατικό υπομονάδων της φερριτίνης, της αστακίνης και άλλων αμυντικών και μεταφορικών πρωτεϊνών.

 Πίνακας τροφίμων που περιέχουν λευκίνη 

+ Τροφικές πηγές της λευκίνης. Τρόφιμο g/100gπρωτεΐνες σόγιας  4,917 φυστίκια  1,672ψύχα σίτου  1,571αμύγδαλα  1,488βρώμη  1,284φασόλια (μαγειρευμένα)  0,765φακές (μαγειρευμένες)   0,654ρεβίθια (μαγειρευμένα)  0,631αραβόσιτος (κίτρινος)  0,348ρύζι (καφέ, μαγειρευμένο)  0,191 

 Ισομέρεια 

Με βάση το χημικό τύπο της, C6H13NO2, έχει πολλά ισομερή θέσης, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι τα ακόλουθα αμινοξέα:

 6-αμινεξανικό οξύ
 Ισολευκίνη

 Δομή 

ΔεσμοίΤα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.Δεσμόςτύπος δεσμούηλεκτρονική δομήΜήκος δεσμούΙονισμόςC-Hσ2sp3-1s109 pm3% C- H+C#1'-C#4σ2sp3-2sp3154 pmC#5-C#4σ2sp3-2sp3154 pmC#4-C#3σ2sp3-2sp3154 pmC#3-C#2σ2sp3-2sp3154 pmC#2-C#1σ2sp3-2sp2151 pmC-Nσ2sp3-2sp3152 pm6% C+ Ν-Ν-Hσ2sp3-1s101,7 pm17% N- H+C=Oσ2sp2-2sp2132 pm19% C+ O-π2p-2pC-Oσ2sp2-2sp3147 pm19% C+ O-O-Hσ2sp3-1s96 pm32% O- H+Κατανομή φορτίωνσε ουδέτερο μόριο -O-0,51 -N-0,40 =O-0,38 C#1'-0,09 C#5-0,09 C#3-0,06 C#4-0,03 C#2+0,03 H(CH)+0,03 H(NH2)+0,17 H(OH)+0,32 C#1+0,57

 Παραγωγή 

 Βιοσύνθεση 

Ως ένα βασικό αμινοξύ, η λευκίνη δεν μπορεί να συνθεθεί από τα ζώα, και γι' αυτό πρέπει να προσλαμβάνεται έτοιμη με την τροφή, συνήθως ως συστατικό των πρωτεϊνών. Μπορεί όμως να βιοσυνθεθεί από τα φυτά και από μικροοργανισμούς, μέσω αρκετών σταδίων, αρχίζοντας από το πυροσταφυλικό οξύ. Το αρχικό τμήμα της πορείας αυτής είναι κοινό με το αντίστοιχο της βαλίνης. Το ενδιάμεσο α-κετοβαλερικό οξύ, μετατρέπεται σε α-ισοπροπυλομηλικό οξύ και μετά σε β-ισοπροπυλομηλικό οξύ, που αφυδρογονώνεται σε α-κετοϊσοκαπρικό οξύ που τελικά δίνει τη λευκίνη με αναγωγική αμμωνίωση (δείτε παρακάτω). Τα ένζυμα που εμπλέκονται στην τυπική βιοσύνθεση της λευκίνης είναι τα ακόλουθαNelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.Παρατηρήστε ότι τα τρία (3) πρώτα είναι τα ίδια και στη βιοσύνθεση της βαλίνης:
 Ακετογαλακτική συνθετάση.
 Ισομεραναγωγάση των ακετοϋδροξυοξέων.
 Αφυδατάση των διυδροξυοξέων.
 α-Ισοπροπυλομηλική συνθετάση.
 α-Ισοπροπυλομηλική ισομεράση.
 Αμινοτρανσφεράση της λευκίνης.

 Άλλες μέθοδοι 

 Μέσω αλογόνωσης 4-μεθυλοπεντανικού οξέος 

Ρακεμικό μίγμα λευκίνης μπορεί να παραχθεί μέσω αλογόνωσης του 4-μεθυλοπεντανικού οξέος:

1. Το α-αλοξύ που προκύπτει έτσι, επιδράται με αμμωνίαMarvel, C. S. (1940), "dl-Valine", Org. Synth. 20: 106, http://www.orgsyn.org/orgsyn/orgsyn/prepContent.asp?prep=CV3P0848  ; Coll. Vol. 3: 848. Γενίκευση για περισσότερα αλογόνα.:

 Όπου X χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο.

2. Μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων και αλαμίνης με εστεροποίηση για «προστασία»Προσωρινή κάλυψη χαρακτηριστικής ομάδας για την αποφυγή παραγωγής ανεπιθύμητων παραπροϊόντων. της καρβοξυλομάδας«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 298, §13.3Α1, σελ. 243, §10.2B4 και σελ. 301. §13.4.αII.:

3. Με φθαλιμιδικό κάλιο (σύνθεση Gabriel)«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 329, §14.2.1.:
100 px 100 px

 Αντίδραση Stracker 

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε 3-μεθυλοβουτανάλη [(CH3)2CHCH2CHO)«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 329, §14.2.2.:

 Με αναγωγική αμμωνίωση του αντίστοιχου κετοξέος 

Με αναγωγική αμμωνίωση 4-μεθυλο-2-οξοπεντανικού οξέος«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 329, §14.2.3.::

 Με αναγωγή του αντίστοιχου νιτροξέος 

Από 4-μεθυλο-2-νιτροπεντανικό οξύ με αναγωγή«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 243, §10.2B2α.:

 Το 4-μεθυλο-2-νιτροπεντανικό οξύ παράγεται από το αντίστοιχο α-αλοπροπανικό οξύ:

 Από ισοβουτυλομηλονικό οξύ 

Από ισοβουτπυλομηλονικό οξύ με μετροπή σε μονοαμίδιο και αποικοδόμηση-μετάθεση Hofmann«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 298, §13.3Α1, σελ. 296, §13.2Αα, §13.2Γ1, σελ. 243, §10.2B3 και σελ. 301. §13.4.αII.:


 Από το αντίστοιχο αμινονιτρίλιο 

Από 2-αμινο-4-μεθυλοπεντανονιτρίλιο με υδρόλυση:

 To 2-αμινο-4-μεθυλοπεντανονιτρίλιο παράγεται από 3-μεθυλοβουτανάλη με επίδραση χλωριούχου αμμωνίου και κυανιούχου νατρίουΣύνθεση Streckel

 Χημικές ιδιότητες και παράγωγα 

 Αμφολυτική συμπεριφορά 

1. Η πιο χαρακτηριστική είναι η αμφολυτική διάστασή της:

 Η κεντρική πάνω κατάσταση ισχύει για αδιάλυτη (ή διαλυτή σε απρωτικούς διαλύτες) αλανίνη.
 Σε υδατικά διαλύματα:
 Για pH<pK1 ιονίζεται η αμινομάδα (δεξιά).
 Για pH=pI ιονίζονται και η αμινομάδα και η καρβοξυλομάδα (κέντρο κάτω).
 Για pH>pK2 ιονίζεται μόνο η καρβοξυλομάδα (αριστερά).

2. Παραγωγή αλάτων με οξέα και βάσεις. Π.χ.:
και 

 Εστεροποίηση 

Αντιδρά με αλκοόλες σχηματίζοντας αμινεστέρες. Αποτελεί και μέθοδο «προστασίας»Προστασία ονομάζεται η προσωρινή δέσμευση μιας χαρακτηριστικής ενεργής ομάδας, ώστε αυτή να μη δώσει ανεπιθύμητες αντιδράσεις και παράγωγα με την επίδραση αντιδραστηρίων που σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε πάνω στην ένωση με σκοπό να αξιοποιήσουμε μια άλλη ομάδα και να πάρουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα-παράγωγα. Μετά απελευθερώνουμε ή αποπροστατεύουμε την αρχική ομάδα, δηλαδή φροντίζουμε να απομακρυνθεί η ομάδα που την προστάτεψε προσωρινά. της καρβοξυλομάδας.

 Αλκυλίωση 

Με επίδραση αλκυλοαλογονιδίων σχηματίζονται δευτεροταγή αμινοξέα:

 Ακυλίωση 

Με επίδραση ακυλοαλογονιδίων σχηματίζονται δευτεροταγή αμιδοξέα. Αποτελεί και μέθοδο «προστασίας» της αμινομάδας, αφού τα αμίδια υδρολύονται.

 Απαζώτωση 

Με επίδραση νιτρώδους οξέος πρακτικά αντικαθίστανται η αμινομάδα με υδροξυλομάδα. Παράγεται 4-μεθυλο-2-υδροξυπεντανικό οξύ:

 Βιοχημεία 

Η λευκίνη χρησιμοποιείται στο ήπαρ, στο λιπώδη ιστό και στο μυϊκό ιστό. Στο λιπώδη ιστό και στους μύες η λευκίνη χρησιμοποιείται για το σχηματισμό των στερολών και η συνδυασμένη χρήση από τους δυο αυτούς ιστούς είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του ήπατος..

Η λευκίνη είναι το μόνο διατροφικό αμινοξύ που έχει τη δυνατότητα να τονώσει τη μυϊκή σύνθεση πρωτεϊνών. Ως συμπλήρωμα διατροφής, η λευκίνη έχει χρησιμοποιηθεί για να επιβραδύνει την υποβάθμιση του μυϊκού ιστού, αυξάνοντας τη σύνθεση των πρωτεϊνών των μυών σε υπέργηρους επίμυες.

Η τοξικότητα (από υπερκατανάλωση) της λευκίνης, όπως φαίνεται στην αποσταθεροποιημένη «ασθένεια ούρων με οσμή σιροπιού σφενδαμιού» Maple Syrup Urine Disease (MSUD), προκαλεί αρχικά ντελίριο και νευρολογική βλάβη, και μπορεί να φθάσει να απειλήσει και τη ίδια την ανθρώπινη ζωή.

Στη γενετική του ζυμομύκητα, μεταλλάγματα με ένα ελαττωματικό γονίδιο για τη σύνθεση λευκίνης (leu2) μετασχηματίζονται με ένα πλασμίδιο που περιέχει ένα λειτουργικό γονίδιο σύνθεσης λευκίνης (LEU2) και καλλιεργούνται σε μη εμπλουτισμένο θρεπτικό υλικό. Η σύνθεση της λευκίνης γίνεται τότε ένας χρήσιμος επιλέξιμος δείκτης του μετασχηματισμού.

 Αναφορές και σημειώσεις 

 Πηγές 

 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999.
 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982.

Κατηγορία:Πρωτεϊνικά αμινοξέα
Κατηγορία:C6
Κατηγορία:Χειρομορφία (χημεία)