Λευκίνη

Η **λευκίνη** ή **2-αμινο-4-μεθυλοπεντανικό οξύ** (συμβολίζεται με **Leu** ή **L**) 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





## 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





## 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 ακόλουθα:
# 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:


\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2CH_2COOH + X_2 \xrightarrow{P} (CH_3)_2CH_2CHCHXCOOH + HX} 



1. Το α-αλοξύ που προκύπτει έτσι, επιδράται με αμμωνία:


\mathrm{(CH_3)_2CH_2CHCHXCOOH + 2NH_3 \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + NH_4X} 


* Όπου X χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο.

2. Μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων και αλαμίνης με εστεροποίηση για «προστασία» της καρβοξυλομάδας:

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CHXCOOH + ROH \stackrel{-H_2O}{\overrightarrow\longleftarrow} (CH_3)_2CHCH_2CHXCOOR \xrightarrow[|Et_2O|]{+Mg} (CH_3)_2CHCH_2CH(MgX)COOR \xrightarrow[-MgX_2]{+NH_2X} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOR \stackrel{+H_2O}{\overrightarrow\longleftarrow} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + ROH}



3. Με φθαλιμιδικό κάλιο (σύνθεση Gabriel):

100 px\mathrm{+
(CH_3)_2CHCH_2CHXCOOH \xrightarrow[+2H_2O]{-KBr} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH +}  100 px


#### Αντίδραση Stracker

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε 3-μεθυλοβουτανάλη [(CH3)2CHCH2CHO):

\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2CHO + HCN + NH_3 \xrightarrow{-H_2O} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)CN \xrightarrow{+2H_2O} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH  + NH_3} 


#### Με αναγωγική αμμωνίωση του αντίστοιχου κετοξέος

Με αναγωγική αμμωνίωση 4-μεθυλο-2-οξοπεντανικού οξέος::


\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2COCOOH + 2NH_3 \xrightarrow{-H_2O} (CH_3)_2CHCH_2C(=NH)COONH_4 \xrightarrow[Ni]{+H_2} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COONH_4 \xrightarrow{+HCl} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH  + NH_4Cl} 



#### Με αναγωγή του αντίστοιχου νιτροξέος

Από 4-μεθυλο-2-νιτροπεντανικό οξύ με αναγωγή:

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NO_2)COOH + 2Fe + 6HCl \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + 2FeCl_3 + 2H_2O}


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

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CHXCOOH + AgNO_2 \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NO_2)COOH + AgX \downarrow}



#### Από ισοβουτυλομηλονικό οξύ

Από ισοβουτπυλομηλονικό οξύ με μετροπή σε μονοαμίδιο και αποικοδόμηση-μετάθεση Hofmann:

\mathrm{HOOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOH + ROH \xrightarrow{} HOOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + H_2O} 
\mathrm{HOOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + SOCl_2 \xrightarrow{} ClOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + SO_2 + HCl }
\mathrm{ClOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + NH_3 \xrightarrow{} H_2NOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + HCl }
\mathrm{H_2NOCCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOR + KBrO \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOR + KBr + CO_2 }
\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOR + H_2O \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + ROH }


#### Από το αντίστοιχο αμινονιτρίλιο

Από 2-αμινο-4-μεθυλοπεντανονιτρίλιο με υδρόλυση:

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)CN + 2H_2O \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + NH_3}


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

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2HCHO + NH_4Cl + NaCN \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)CN + H_2O + NaCl}



## Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

### Αμφολυτική συμπεριφορά

1. Η πιο χαρακτηριστική είναι η αμφολυτική διάστασή της:


\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COO^- \begin{matrix} +H^+ \\ {\overrightarrow\longleftarrow} \\ \; \end{matrix} \begin{Bmatrix} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH \\ \uparrow  \downarrow  \\ (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_3^+)COO^- \end{Bmatrix} \begin{matrix} +H^+ \\ {\overrightarrow\longleftarrow} \\ \; \end{matrix} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_3^+)COOH}


* Η κεντρική πάνω κατάσταση ισχύει για αδιάλυτη (ή διαλυτή σε απρωτικούς διαλύτες) αλανίνη.
* Σε υδατικά διαλύματα:
# Για pH1 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.:

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + HCl \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_3Cl)COOH}

και 
\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + NaOH \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COONa + H_2O}



### Εστεροποίηση

Αντιδρά με αλκοόλες σχηματίζοντας αμινεστέρες. Αποτελεί και μέθοδο «προστασίας» της καρβοξυλομάδας.

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + ROH \overrightarrow\longleftarrow (CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOR + H_2O}



### Αλκυλίωση

Με επίδραση αλκυλοαλογονιδίων σχηματίζονται δευτεροταγή αμινοξέα:

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + RX \xrightarrow{} RNHCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOH + HX}



### Ακυλίωση

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

\mathrm{
(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + RCOX \xrightarrow{} RCONHCH[CH_2CH(CH_3)_2]COOH + HX}



### Απαζώτωση

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

\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2CH(NH_2)COOH + HNO_2 \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH_2CH(OH)COOH + H_2O + N_2}


## 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)