سيرين: الخصائص والوظائف والتمثيل الغذائي والغذاء - مادة الاحياء - 2025

و السيرين هو واحد من 22 الأحماض الأمينية الأساسية، على الرغم من أن هذا لا تصنف على أنها من الأحماض الأمينية الأساسية للإنسان والحيوانات الأخرى، حيث يتم تصنيعه من قبل جسم الإنسان.

وفقًا للتسمية المكونة من ثلاثة أحرف ، تم وصف سيرين في الأدبيات على أنها Ser (S في رمز الحرف الواحد). يشارك هذا الحمض الأميني في عدد كبير من المسارات الأيضية وله خصائص قطبية ، ولكن ليس له شحنة عند درجة الحموضة المحايدة.

تمثيل بنية الأحماض الأمينية سيرين (المصدر: Paginazero at it.wikipedia عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تحتوي العديد من الإنزيمات المهمة للخلايا على تركيزات وفيرة من بقايا السيرين في مواقعها النشطة ، وهذا هو السبب في أن هذا الحمض الأميني له آثار فسيولوجية واستقلابية متعددة.

سيرين ، من بين العديد من وظائفه ، يشارك كسلائف وجزيء سقالة في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية الأخرى مثل الجلايسين والسيستين ، وهو جزء من بنية سفينجوليبيد الموجودة في أغشية الخلايا.

يختلف معدل تخليق السيرين في كل عضو ، بالإضافة إلى أنه يتغير وفقًا لمرحلة التطور التي يكون فيها الفرد.

اقترح العلماء أن تركيزات L-serine في أنسجة المخ تزداد مع تقدم العمر ، حيث تقل نفاذية الحاجز الدموي الدماغي في الدماغ البالغ ، مما قد يسبب اضطرابات دماغية شديدة.

يُعرف L-serine بكونه حيويًا للتخليق الحيوي للناقلات العصبية والفوسفوليبيدات والجزيئات الكبيرة المعقدة الأخرى ، لأنه يوفر السلائف لهذه المسارات الأيضية المتعددة.

أظهرت دراسات مختلفة أن توفير مكملات L-serine أو مركزاته لأنواع معينة من المرضى يحسن توازن الجلوكوز ووظيفة الميتوكوندريا ويقلل من موت الخلايا العصبية.

الخصائص والهيكل

جميع الأحماض الأمينية لها هيكلها الأساسي مجموعة كربوكسيل ومجموعة أمينية مرتبطة بذرة الكربون نفسها ؛ ومع ذلك ، تختلف هذه عن بعضها البعض من خلال سلاسلها الجانبية ، والمعروفة باسم مجموعات R ، والتي يمكن أن تختلف في الحجم والبنية وحتى في شحنتها الكهربائية.

يحتوي السيرين على ثلاث ذرات كربون: كربون مركزي مرتبط ، من ناحية ، بمجموعة كربوكسيل (COOH) ، ومن ناحية أخرى ، بمجموعة أمينية (NH3 +). يتم احتلال الروابط الأخرى للكربون المركزي بواسطة ذرة هيدروجين ومجموعة CH2OH (مجموعة R) ، وهي خاصية للسيرين.

يُعرف الكربون المركزي الذي ترتبط به مجموعات الأحماض الأمينية والكربوكسيلية باسم α-carbon. يتم تحديد ذرات الكربون الأخرى في مجموعات R بأحرف الأبجدية اليونانية.

في حالة السيرين ، على سبيل المثال ، تُعرف ذرة الكربون الوحيدة في مجموعتها R ، والمرتبطة بمجموعة OH ، باسم γ-carbon.

تصنيف

سيرين مصنف ضمن مجموعة الأحماض الأمينية القطبية غير المشحونة. أعضاء هذه المجموعة من الأحماض الأمينية عالية الذوبان في الماء ، أي أنها مركبات محبة للماء. في السيرين والثريونين ، ترجع الألفة المائية إلى قدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع الماء من خلال مجموعات الهيدروكسيل (OH).

ضمن مجموعة الأحماض الأمينية القطبية غير المشحونة ، يتم أيضًا تجميع السيستين والأسباراجين والجلوتامين. كل هذه لديها مجموعة قطبية في سلسلة R الخاصة بهم ، ومع ذلك ، فإن هذه المجموعة غير قابلة للتأين وعند الأس الهيدروجيني القريبة من الحياد ، فإنها تلغي الشحنات ، مما ينتج مركبًا على شكل "zwitterion".

الكيمياء المجسمة

عدم التناسق العام للأحماض الأمينية يجعل الكيمياء الفراغية لهذه المركبات ذات أهمية حيوية في المسارات الأيضية التي تشارك فيها. في حالة السيرين ، يمكن العثور عليها على أنها D- أو L-serine ، حيث يتم تصنيع الأخير حصريًا بواسطة خلايا الجهاز العصبي المعروفة باسم الخلايا النجمية.

إن كربون ألفا من الأحماض الأمينية عبارة عن كربون مراوان ، نظرًا لأن لديهم أربعة بدائل مختلفة مرفقة ، مما يولد على الأقل اثنين من الأيزومرات الفراغية القابلة للتمييز لكل حمض أميني.

الأيزومر الفراغي هو صورة معكوسة للجزيء ، أي لا يمكن فرض أحدهما على الآخر. يتم الإشارة إليها بالحرف D أو L حيث أن حلول هذه الأحماض الأمينية تجريبياً تدور مستوى الضوء المستقطب في اتجاهين متعاكسين.

يعمل L-serine الذي يتم تصنيعه في خلايا الجهاز العصبي كركيزة لتركيب الجلايسين أو D- سيرين. يعد D-serine أحد أهم العناصر لحدوث تبادل الحويصلات بين الخلايا العصبية ، ولهذا السبب يقترح بعض المؤلفين أن كلا الشكلين الإسطوانيين للسيرين هما ، في الواقع ، أحماض أمينية أساسية للخلايا العصبية.

المميزات

إن مجموعة OH من السيرين في سلسلتها R تجعلها محبة نيوكليوفيل جيدة ، لذلك فهي مفتاح نشاط العديد من الإنزيمات مع السيرينات في مواقعها النشطة. السيرين هو أحد الركائز اللازمة لتخليق النيوكليوتيدات NADPH والجلوتاثيون.

L-serine ضروري لتطور الجهاز العصبي المركزي وحسن سيره. أظهرت الدراسات أن توصيل L-serine خارجيًا بجرعات منخفضة إلى الخلايا العصبية في قرن آمون وخلايا بركنجي في المختبر يحسن بقائهم على قيد الحياة.

وجدت دراسات مختلفة للخلايا السرطانية والخلايا الليمفاوية أن وحدات الكربون المعتمدة على السيرين ضرورية للإنتاج المفرط للنيوكليوتيدات ، وكذلك للتكاثر اللاحق للخلايا السرطانية.

السيلينوسيستين هو واحد من 22 من الأحماض الأمينية الأساسية ويتم الحصول عليه فقط كمشتق من السيرين. تم ملاحظة هذا الحمض الأميني فقط في بعض البروتينات ، فهو يحتوي على السيلينيوم بدلاً من الكبريت المرتبط بالسيستين ويتم تصنيعه بدءًا من السيرين الأستيري.

التخليق الحيوي

السيرين هو حمض أميني غير أساسي ، حيث يتم تصنيعه بواسطة جسم الإنسان. ومع ذلك ، يمكن استيعابه من النظام الغذائي من مصادر مختلفة مثل البروتينات والفوسفوليبيد بشكل أساسي.

يتم تصنيع السيرين في شكله L من خلال تحويل جزيء الجلايسين ، وهو تفاعل يتوسطه إنزيم هيدروكسي ميثيل ترانسفيراز.

من المعروف أن الموقع الرئيسي لتخليق L- سيرين موجود في الخلايا النجمية وليس في الخلايا العصبية. في هذه الخلايا ، يحدث التوليف عن طريق مسار الفسفرة الذي يشارك فيه 3-phosphoglycerate ، وسيط حال للجلوكوز.

تعمل ثلاثة إنزيمات في هذا المسار: 3-phosphoglycerate dehydrogenase و phosphoserine-transferase و phosphoserine-phosphatase.

الأعضاء المهمة الأخرى عندما يتعلق الأمر بتخليق السيرين هي الكبد والكلى والخصيتين والطحال. توجد الإنزيمات التي تصنع السيرين عن طريق مسارات أخرى غير الفسفرة في الكبد والكلى فقط.

كان أحد أول طرق تخليق السيرين المعروفة هو المسار التقويضي الذي يشارك في تكوين السكر ، حيث يتم الحصول على L-serine كمستقلب ثانوي. ومع ذلك ، فإن مساهمة هذا الطريق في إنتاج السيرين في الجسم منخفضة.

التمثيل الغذائي

من المعروف حاليًا أنه يمكن الحصول على السيرين من التمثيل الغذائي للكربوهيدرات في الكبد ، حيث يتم إنتاج حمض الغليسيريك D ، وحمض الفوسفوجليسيريك 3 ، وحمض 3-phosphohydroxypyruvic. يتم إنتاج السيرين بفضل عملية النقل بين حمض البيروفيك 3-هيدروكسي والألانين.

استنتجت التجارب التي أُجريت على الفئران التي صنفت الكربون 4 من الجلوكوز إشعاعياً أن هذا الكربون مدمج بشكل فعال في الهياكل العظمية الكربونية للسيرين ، مما يشير إلى أن الحمض الأميني المذكور يحتوي على سلائف مكونة من ثلاثة كربون ربما من البيروفات.

في البكتيريا ، يعتبر إنزيم L-serine-deaminase هو الإنزيم الرئيسي المسؤول عن استقلاب السيرين: فهو يحول L-serine إلى البيروفات. من المعروف أن هذا الإنزيم موجود ونشط في ثقافات الإشريكية القولونية المزروعة في وسائط قليلة تحتوي على الجلوكوز.

ليس من المعروف على وجه اليقين ما هي الوظيفة الحقيقية لـ L-serine-deaminase في هذه الكائنات الدقيقة ، حيث يتم تحفيز التعبير عن طريق المؤثرات الطفرية التي تتلف الحمض النووي عن طريق الأشعة فوق البنفسجية ، من خلال وجود حمض الناليديكسيك والميتوميسين وغيرها. مما يترتب عليه أنه يجب أن يكون له آثار فسيولوجية مهمة.

الأطعمة الغنية بالسيرين

جميع الأطعمة التي تحتوي على تركيزات عالية من البروتين غنية بالسيرين ، وخاصة البيض واللحوم والأسماك. ومع ذلك ، هذا حمض أميني غير أساسي ، لذلك ليس من الضروري تمامًا تناوله ، لأن الجسم قادر على تصنيعه بمفرده.

يعاني بعض الأشخاص من اضطراب نادر ، لأن لديهم نمطًا ظاهريًا مع نقص فيما يتعلق بآليات تخليق السيرين والجليسين ، لذلك يحتاجون إلى تناول مكملات غذائية مركزة لكل من الأحماض الأمينية.

بالإضافة إلى ذلك ، تقدم العلامات التجارية المتخصصة في بيع مكملات الفيتامينات (Lamberts و Now Sport و HoloMega) مركّزات الفوسفاتيديل سيرين و L-serine لزيادة إنتاج كتلة العضلات لدى الرياضيين ورافعي الأثقال ذوي القدرة التنافسية العالية.

الأمراض ذات الصلة

يمكن أن يؤدي خلل في الإنزيمات المشاركة في التخليق الحيوي للسيرين إلى أمراض خطيرة. عن طريق تقليل تركيز السيرين في بلازما الدم والسائل النخاعي ، يمكن أن يسبب فرط التوتر ، والتخلف الحركي النفسي ، وصغر الرأس ، والصرع ، واضطرابات معقدة في الجهاز العصبي المركزي.

حاليًا ، تم اكتشاف أن نقص السيرين له دور في تطور مرض السكري ، لأن L-serine ضروري لتخليق الأنسولين ومستقبلاته.

الأطفال الذين يعانون من عيوب في التخليق الحيوي للسيرين يكونون غير طبيعيين من الناحية العصبية عند الولادة ، ولديهم تأخر في النمو داخل الرحم ، وصغر الرأس الخلقي ، وإعتام عدسة العين ، ونوبات مرضية ، وتأخر شديد في النمو العصبي.

المراجع

1. Elsila، JE، Dworkin، JP، Bernstein، MP، Martin، MP، & Sandford، SA (2007). آليات تكوين الأحماض الأمينية في نظائر الجليد بين النجوم. مجلة الفيزياء الفلكية ، 660 (1) ، 911.
2. Ichord ، RN ، & Bearden ، DR (2017). اعتلالات الدماغ الأيضية في الفترة المحيطة بالولادة. في طب أعصاب الأطفال في Swaiman (ص 171-177). إلسفير.
3. Mothet ، JP ، Parent ، AT ، Wolosker ، H. ، Brady ، RO ، Linden ، DJ ، Ferris ، CD ،… & Snyder ، SH (2000). D-serine هو يجند داخلي المنشأ لموقع الجلايسين لمستقبل N-methyl-D-aspartate. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 97 (9) ، 4926-4931
4. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
5. Rodríguez، AE، Ducker، GS، Billingham، LK، Martinez، CA، Mainolfi، N.، Suri، V.،… & Chandel، NS (2019). الأيض السيرين يدعم إنتاج البلاعم IL-1β. استقلاب الخلية، 29 (4) ، 1003-1011.
6. Tabatabaie ، L. ، Klomp ، LW ، Berger ، R. ، & De Koning ، TJ (2010). تخليق L- سيرين في الجهاز العصبي المركزي: مراجعة اضطرابات نقص السيرين. علم الوراثة الجزيئية والتمثيل الغذائي، 99 (3) ، 256-262.