Leucina

Leucina (símbolo Leu o L) 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 −NH₃⁺ protonada en condiciones biológicas), un grupo α-carboxílico grupo ácido (que se encuentra en la forma desprotonada −COO⁻ en condiciones biológicas) y un grupo isobutilo de cadena lateral, lo que lo convierte en un aminoácido alifático no polar. Es esencial en el ser humano, es decir, el cuerpo no puede sintetizarlo: debe obtenerse de la dieta. Las fuentes dietéticas humanas son alimentos que contienen proteínas, como carnes, productos lácteos, productos de soya, frijoles y otras legumbres. Está codificado por los codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG.

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

La leucina y el ácido β-hidroxi β-metilbutírico, un metabolito menor de la leucina, exhiben actividad farmacológica en humanos y se ha demostrado que promueven la biosíntesis de proteínas a través de la fosforilación del objetivo mecánico de la rapamicina (mTOR).

Leucina dietética

Como aditivo alimentario, la L-leucina tiene el número E E641 y está clasificada como potenciador del sabor.

Requisitos

La Junta de Alimentos y Nutrición (FNB, por sus siglas en inglés) del Instituto de Medicina de los EE. UU. estableció cantidades dietéticas recomendadas (RDA, por sus siglas en inglés) para aminoácidos esenciales en 2002. Para la leucina, para adultos a partir de los 19 años, 42 mg/kg de peso corporal/día.

Fuentes

Efectos sobre la salud

Como complemento dietético, se ha descubierto que la leucina retarda la degradación del tejido muscular al aumentar la síntesis de proteínas musculares en ratas de edad avanzada. Sin embargo, los resultados de los estudios comparativos están en conflicto. La suplementación con leucina a largo plazo no aumenta la masa muscular ni la fuerza en hombres ancianos sanos. Se necesitan más estudios, preferiblemente basados en una muestra objetiva y aleatoria de la sociedad. Factores como el 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 leucina suplementaria como independiente o si se toma con otros aminoácidos de cadena ramificada (BCAA). Hasta entonces, la leucina suplementaria en la dieta no puede asociarse como la razón principal para el crecimiento muscular o el mantenimiento óptimo para toda la población.

Tanto la L-leucina como la D-leucina protegen a los ratones contra los ataques epilépticos. La D-leucina también termina las convulsiones en ratones después del inicio de la actividad convulsiva, al menos con la misma eficacia que el diazepam y sin efectos sedantes. La disminución de la ingesta dietética de L-leucina reduce la adiposidad en ratones. Los niveles altos de leucina en la sangre están asociados con la resistencia a la insulina en humanos, ratones y roedores. Esto podría deberse al efecto de la leucina para estimular la señalización de mTOR. 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 de energía y puede restringir la ganancia de masa grasa en ratas hiperfágicas.

Seguridad

La toxicidad de la leucina, como se observa en la enfermedad de orina de jarabe de arce descompensada, causa delirio y compromiso neurológico, y puede poner en peligro la vida.

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.

Se observó leucina en una dosis superior a 500 mg/kg/d con hiperamonemia. Como tal, extraoficialmente, se puede sugerir un nivel máximo de ingesta tolerable (UL) de leucina en hombres adultos sanos de 500 mg/kg/d o 35 g/d en condiciones dietéticas agudas.

Farmacología

Farmacodinámica

La leucina es un aminoácido dietético con capacidad para estimular directamente la síntesis de proteínas musculares miofibrilares. Este efecto de la leucina es el resultado de su papel como activador del objetivo mecánico de la rapamicina (mTOR), 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 por Rag GTPasas, la unión de la leucina a la leucil-tRNA sintetasa, la unión de la leucina a la sestrina 2 y posiblemente otros mecanismos.

Metabolismo en humanos

metabolismo de leucina en humanos L-Leucine Aminotransferasa de cadena ramificada α-Ketoglutarate Glutamate Glutamate Alanine Pyruvate Muscle: α-Ketoisocaproate (α-KIC) Liver: α-Ketoisocaproate (α-KIC) Cadena ramificada α-ketoaciddehidrogenasa (mitocondria) KIC-dioxygenase (citosol) Isovaleryl-CoA β-Hydroxyβ-metilbutyrate ()HMB) Excresión orina (10-40%) HMB-CoA β-Hydroxy β-metilglutaryl-CoA (HMG-CoA) β-Methylcrotonyl-CoA (MC-CoA) β-Metilglutaconyl-CoA (MG-CoA) CO2 CO2 O2 CO2 H2O CO2 H2O (liver) HMG-CoAlyase Enoyl-CoA hydratase Isovaleryl-CoAdehydrogenase MC-CoAcarboxylase MG-CoAhydratase HMG-CoAreductase HMG-CoA synthase β-Hydroxybutyratedehidrogenasa Mevalonatepathway Thiolase Desconocida enzima β-Hydroxybutyrate Acetoacetyl-CoA Acetyl-CoA Acetoacetate Mevalonate Colesterol Camino metabólico humano para HMB y isovaleryl-CoA relativo a L-leucine. De los dos caminos principales, L-leucine se metaboliza principalmente en isovaleryl-CoA, mientras que sólo un 5% se metaboliza en HMB.

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

En personas sanas, aproximadamente el 60 % de la dieta L La -leucina se metaboliza después de varias horas, con aproximadamente un 5 % (2–10 % rango) de la dieta L-leucine se está convirtiendo en Ácido β-hidroxi β-metilbutírico (HMB). Alrededor del 40 % de la dieta L-leucina se convierte en acetil-CoA, que posteriormente se utiliza en la síntesis de otros compuestos.

La gran mayoría de L< El metabolismo de la /span>-leucina es catalizado inicialmente por la enzima aminotransferasa del aminoácido de cadena ramificada, que produce α-cetoisocaproato (α-KIC). La α-KIC se metaboliza principalmente por la enzima mitocondrial α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada, que la convierte en isovaleril-CoA. La isovaleril-CoA se metaboliza posteriormente por la isovaleril-CoA deshidrogenasa y se convierte en MC-CoA, que se utiliza en la síntesis de acetil-CoA y otros compuestos. Durante la deficiencia de biotina, el HMB se puede sintetizar a partir de MC-CoA a través de la enoil-CoA hidratasa y una enzima tioesterasa desconocida, que convierten MC-CoA en HMB-CoA y HMB-CoA en HMB respectivamente. 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. En personas sanas, esta vía menor, que implica la conversión de L-leucina a α-KIC y luego HMB – es la ruta predominante de síntesis de HMB.

Una pequeña fracción de L< El metabolismo de la /span>-leucina (menos del 5 % en todos los tejidos, excepto en los testículos, donde representa aproximadamente el 33 %), es catalizado inicialmente por la leucina aminomutasa, que produce 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.

El metabolismo de HMB es catalizado por una enzima no caracterizada que lo convierte en β-hidroxi β-metilbutiril-CoA (HMB-CoA). 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. A continuación, la enzima metilcrotonil-CoA carboxilasa convierte MC-CoA en metilglutaconil-CoA (MG-CoA), que posteriormente se convertido en HMG-CoA por la metilglutaconil-CoA hidratasa. A continuación, HMG-CoA se escinde en acetil-CoA y acetoacetato mediante la HMG-CoA liasa o se utiliza en la producción de colesterol a través de la vía del mevalonato.

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 ingerirlo, generalmente como componente de las proteínas. Las plantas y los microorganismos sintetizan la leucina a partir del ácido pirúvico con una serie de enzimas:

• Acetolactate synthase
• Acetohidroxi acid isomeroreductasa
• Dihydroxyacid dehydratase
• α-Isopropylmalate synthase
• α-Isopropylmalate isomerase
• Leucine aminotransferase

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

Química

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

La leucina es un aminoácido de cadena ramificada (BCAA) 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 había inducido una mejora enantiomérica del 2,6 %, lo que indica un posible origen fotoquímico de las biomoléculas. homoquiralidad.