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Articulo de referencia

Leucina

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Modelo de bola y varilla de leucina giratorio

La leucina [ 3 ] ( símbolo Leu o L ) [ 4 ] es un aminoácido esencial que se utiliza en la biosíntesis de proteínas . La leucina es un α-aminoácido, lo que significa que contiene un grupo α-amino (que se encuentra en la forma protonada −NH₃⁺ en condiciones biológicas), un grupo α-carboxílico (que se encuentra en la forma desprotonada −COO⁻ en condiciones biológicas) y un grupo isobutilo en la cadena lateral , lo que la convierte en un aminoácido alifático no polar . Es esencial en humanos (y animales), lo que significa que el cuerpo no puede sintetizarla; debe obtenerse a través de la dieta. Las fuentes dietéticas humanas son alimentos que contienen proteínas, como carnes, productos lácteos, productos de soja, frijoles y otras legumbres. Está codificada por los codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG. La leucina recibe su nombre de la palabra griega para 'blanco': λευκός ( leukós 'blanco'), debido a su apariencia común como un polvo blanco, una propiedad que comparte con muchos otros aminoácidos . [ 5 ]

Al igual que la valina y la isoleucina , la leucina es un aminoácido de cadena ramificada . Los principales productos finales del metabolismo de la leucina son el acetil-CoA y el acetoacetato ; por consiguiente, es uno de los dos aminoácidos exclusivamente cetogénicos , siendo la lisina el otro. [ 6 ] Es el aminoácido cetogénico más importante en los seres humanos. [ 7 ]

La leucina y el ácido β-hidroxi β-metilbutírico , un metabolito menor de la leucina , presentan actividad farmacológica en humanos y se ha demostrado que promueven la biosíntesis de proteínas mediante la fosforilación de la diana mecanicista de la rapamicina (mTOR). [ 8 ] [ 9 ]

leucina dietética

Como aditivo alimentario , la L -leucina tiene el número E E641 y se clasifica como potenciador del sabor . [ 10 ]

Requisitos

La Junta de Alimentos y Nutrición (FNB) del Instituto de Medicina de los Estados Unidos estableció las Ingestas Diarias Recomendadas (IDR) para los aminoácidos esenciales en 2002. Para la leucina, para adultos de 19 años o más, 42  mg/kg de peso corporal/día. [ 11 ]

Fuentes

Efectos sobre la salud

Como suplemento dietético , se ha descubierto que la leucina ralentiza la degradación del tejido muscular al aumentar la síntesis de proteínas musculares en ratas envejecidas. [ 13 ] Sin embargo, los resultados de los estudios comparativos son contradictorios. La suplementación a largo plazo con leucina no aumenta la masa muscular ni la fuerza en hombres mayores sanos. [ 14 ] Se necesitan más estudios, preferiblemente basados ​​en una muestra objetiva y aleatoria de la sociedad. Factores como las elecciones de estilo de vida, la edad, el sexo, la dieta, el ejercicio, etc., deben tenerse en cuenta en los análisis para aislar los efectos de la suplementación con leucina como suplemento individual, o cuando se toma con otros aminoácidos de cadena ramificada (BCAA). Hasta entonces, la suplementación dietética con leucina no puede asociarse como la razón principal del crecimiento muscular o el mantenimiento óptimo para toda la población.

Tanto la L-leucina como la D-leucina protegen a los ratones contra las convulsiones epilépticas . [ 15 ] La D-leucina también termina las convulsiones en ratones después del inicio de la actividad convulsiva, al menos tan eficazmente como el diazepam y sin efectos sedantes. [ 15 ] La disminución de la ingesta dietética de L-leucina reduce la adiposidad en ratones. [ 16 ] Los altos niveles sanguíneos de leucina se asocian con la resistencia a la insulina en humanos, ratones y roedores. [ 17 ] Esto podría deberse al efecto de la leucina para estimular la señalización de mTOR . [ 18 ] La restricción dietética de leucina y otros BCAA puede revertir la obesidad inducida por la dieta en ratones de tipo salvaje al aumentar el gasto energético, y puede restringir la ganancia de masa grasa de ratas hiperfágicas. [ 19 ] [ 20 ]

Seguridad

La toxicidad por leucina, como se observa en la enfermedad de la orina con olor a jarabe de arce descompensada , causa delirio y compromiso neurológico, y puede ser potencialmente mortal. [ 21 ]

Una ingesta elevada de leucina puede causar o exacerbar los síntomas de la pelagra en personas con niveles bajos de niacina porque interfiere con la conversión de L-triptófano en niacina. [ 22 ]

 Se observó hiperamonemia con leucina en dosis superiores a 500 mg/kg/día . [ 23 ] Por lo tanto, de manera no oficial, se puede sugerir un nivel máximo de ingesta tolerable (UL) de leucina en hombres adultos sanos de 500  mg/kg/día o 35 g/día en condiciones dietéticas agudas. [ 23 ] [ 24 ]

Farmacología

Farmacodinámica

La leucina es un aminoácido dietético con la capacidad de estimular directamente la síntesis de proteínas musculares miofibrilares . [ 25 ] Este efecto de la leucina resulta de su función como activador de la diana mecanicista de la rapamicina (mTOR), [ 9 ] una proteína quinasa de serina-treonina que regula la biosíntesis de proteínas y el crecimiento celular . La activación de mTOR por la leucina está mediada a través de GTPasas Rag , [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] la unión de la leucina a la leucil-ARNt sintetasa , [ 26 ] [ 27 ] la unión de la leucina a la sestrina 2 , [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] y posiblemente otros mecanismos.

Metabolismo en humanos

El metabolismo de la leucina ocurre en muchos tejidos del cuerpo humano ; sin embargo, la mayor parte de la leucina dietética se metaboliza en el hígado , el tejido adiposo y el tejido muscular . [ 37 ] El tejido adiposo y el muscular utilizan la leucina en la formación de esteroles y otros compuestos. [ 37 ] El uso combinado de leucina en estos dos tejidos es siete veces mayor que en el hígado. [ 37 ]

En individuos sanos, aproximadamente  el 60% de la L -leucina dietética se metaboliza después de varias horas, y alrededor del 5% ( rango 2–10% ) de la L -leucina  dietética se convierte en ácido β-hidroxi β-metilbutírico (HMB). [ 38 ] [ 39 ] [ 36 ] Alrededor del 40% de la L -leucina dietética se convierte en acetil-CoA , que posteriormente se utiliza en la síntesis de otros compuestos. [ 36 ] 

La gran mayoría del metabolismo de la L -leucina es catalizada inicialmente por la enzima aminotransferasa de aminoácidos de cadena ramificada , produciendo α-cetoisocaproato (α-KIC). [ 38 ] [ 36 ] El α-KIC es metabolizado principalmente por la enzima mitocondrial deshidrogenasa de α-cetoácidos de cadena ramificada , que lo convierte en isovaleril-CoA . [ 38 ] [ 36 ] El isovaleril-CoA es posteriormente metabolizado por la isovaleril-CoA deshidrogenasa y convertido en MC-CoA , que se utiliza en la síntesis de acetil-CoA y otros compuestos. [ 36 ] Durante la deficiencia de biotina , el HMB puede sintetizarse a partir de MC-CoA mediante la enoil-CoA hidratasa y una enzima tioesterasa desconocida , [ 32 ] [ 33 ] [ 40 ] que convierten MC-CoA en HMB-CoA y HMB-CoA en HMB respectivamente. [ 33 ] Una cantidad relativamente pequeña de α-KIC se metaboliza en el hígado por la enzima citosólica 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (KIC dioxigenasa), que convierte α-KIC en HMB. [ 38 ] [ 36 ] [ 41 ] En individuos sanos, esta vía menor  , que implica la conversión de L -leucina en α-KIC y luego en HMB  , es la ruta predominante de síntesis de HMB. [ 38 ] [ 36 ]

Una pequeña fracción del metabolismo de la L -leucina  —menos del  5% en todos los tejidos excepto en los testículos , donde representa aproximadamente  el 33%  — es catalizada inicialmente por la leucina aminomutasa , produciendo β-leucina , que posteriormente se metaboliza en β-cetoisocaproato (β-KIC), β-cetoisocaproil-CoA y luego acetil-CoA por una serie de enzimas no caracterizadas. [ 36 ] [ 42 ]

El metabolismo del HMB es catalizado por una enzima no caracterizada que lo convierte en β-hidroxi β-metilbutiril-CoA ( HMB-CoA ). [ 32 ] [ 36 ] El HMB-CoA es metabolizado por la enoil-CoA hidratasa u otra enzima no caracterizada, produciendo β-metilcrotonil-CoA ( MC-CoA ) o hidroximetilglutaril-CoA ( HMG-CoA ) respectivamente. [ 38 ] [ 36 ] El MC-CoA es luego convertido por la enzima metilcrotonil-CoA carboxilasa en metilglutaconil-CoA ( MG-CoA ), que posteriormente es convertido en HMG-CoA por la metilglutaconil-CoA hidratasa . [ 38 ] [ 36 ] [ 42 ] La HMG-CoA se escinde luego en acetil-CoA y acetoacetato por la HMG-CoA liasa o se utiliza en la producción de colesterol a través de la vía del mevalonato . [ 38 ] [ 36 ]

Síntesis en organismos no humanos

La leucina es un aminoácido esencial en la dieta de los animales porque carecen de la vía enzimática completa para sintetizarla de novo a partir de posibles compuestos precursores. En consecuencia, deben ingerirla, generalmente como componente de las proteínas. Las plantas y los microorganismos sintetizan leucina a partir del ácido pirúvico con una serie de enzimas: [ 43 ]

La síntesis del pequeño aminoácido hidrofóbico valina también incluye la parte inicial de esta vía metabólica.

Química

( S )-leucina (o L -leucina), izquierda; ( R )-leucina (o D -leucina), derecha, en forma zwitteriónica a pH neutro.

La leucina es un aminoácido de cadena ramificada (BCAA, por sus siglas en inglés) ya que posee una cadena lateral alifática que no es lineal.

La leucina racémica se sometió a radiación sincrotrón polarizada circularmente para comprender mejor el origen de la asimetría biomolecular. Se indujo un aumento enantiomérico del 2,6 %, lo que indica un posible origen fotoquímico de la homochiralidad de las biomoléculas . [ 44 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Esta reacción es catalizada por una enzima tioesterasa desconocida . [ 32 ] [ 33 ]

Referencias

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  35. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Kohlmeier M (mayo de 2015). «Leucina» . Metabolismo de nutrientes: estructuras, funciones y genes (2.ª ed.). Academic Press. págs. 385–388 . ISBN   978-0-12-387784-0Archivado del original el 22 de marzo de 2018. Recuperado el 6 de junio de 2016. Combustible energético: Finalmente, la mayor parte de la leucina se descompone, proporcionando aproximadamente 6,0 kcal/g. Alrededor del 60 % de la leucina ingerida se oxida en pocas horas  ... Cetogénesis: Una proporción significativa (40 % de una dosis ingerida) se convierte en acetil-CoA y, por lo tanto, contribuye a la síntesis de cetonas, esteroides, ácidos grasos y otros compuestos.Figura 8.57: Metabolismo de la L -leucina. Archivado el 22 de marzo de 2018 en Wayback Machine.
  36. 1 2 3 Rosenthal J, Angel A, Farkas J (febrero de 1974). "Destino metabólico de la leucina: un precursor de esteroles significativo en el tejido adiposo y el músculo". The American Journal of Physiology . 226 (2): 411– 18. doi : 10.1152/ajplegacy.1974.226.2.411 . PMID 4855772 . 
  37. ↑ Brioche T, Pagano AF, Py G, Chopard A (agosto de 2016). "Atrofia muscular y envejecimiento: modelos experimentales, infiltraciones grasas y prevención" ( PDF) . Aspectos moleculares de la medicina . 50 : 56–87 . doi : 10.1016/j.mam.2016.04.006 . PMID 27106402. S2CID 29717535. En conclusión, el tratamiento con HMB parece ser una estrategia segura y potente contra la sarcopenia y, más generalmente , contra la atrofia muscular, ya que el HMB mejora la masa muscular, la fuerza muscular y el rendimiento físico. Parece que el HMB es capaz de actuar sobre tres de los cuatro mecanismos principales involucrados en el desacondicionamiento muscular (recambio de proteínas, apoptosis y proceso regenerativo), mientras que se hipotetiza que afecta fuertemente al cuarto (dinámica y funciones mitocondriales). Además, el HMB es económico (entre 30 y 50 dólares estadounidenses al mes a una dosis de 3 g al día) y puede prevenir la osteopenia (Bruckbauer y Zemel, 2013; Tatara, 2009; Tatara et al., 2007, 2008, 2012) y disminuir los riesgos cardiovasculares (Nissen et al., 2000). Por todas estas razones, el HMB debería utilizarse de forma rutinaria en casos de atrofia muscular, especialmente en personas mayores. ... La posología óptima consiste en tomar 3 g de CaHMB tres veces al día (1 g cada vez), lo que permite una biodisponibilidad continua del HMB en el organismo (Wilson et al., 2013).     
  38. ↑ "Reacción KEGG: R04137" . Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto . Laboratorios Kanehisa. Archivado del original el 1 de julio de 2016. Consultado el 24 de junio de 2016 .
  39. ↑ "Homo sapiens: reacción de la dioxigenasa de 4-hidroxifenilpiruvato" . MetaCyc . SRI International. 20 de agosto de 2012. Consultado el 6 de junio de 2016 .
  40. ^ "Metabolismo de la leucina " . BRENDA . Universidad Técnica de Braunschweig. Archivado desde el original el 17 de agosto de 2016 . Consultado el 12 de agosto de 2016 .
  41. ↑ Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2000). Principios de bioquímica de Lehninger (3.ª ed.). Nueva York: Worth Publishers. ISBN  978-1-57259-153-0.
  42. ↑ Meierhenrich : Los aminoácidos y la asimetría de la vida , Springer-Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-76885-2.