Серин
Сери́н (α-амино-β-гидроксипропионовая кислота, 2-амино-3-гидроксипропановая кислота, общепринятые сокращения: Ser, S, Сер), алифатическая гидроксиаминокислота, HOCH2 CH(NH2 )COOH. Содержит асимметрический атом углерода, обладает оптической активностью, существует в виде двух энантиомеров – L-серин и D-серин. В живой природе серин преимущественно встречается в L-конфигурации. Молярная масса 105,1 г/моль. Плотность 1,537 г/см3 . Температура плавления 228 °C (с разложением). Впервые серин был получен из шёлкового клея в 1865 г. Э. Крамером.
L-серин – протеиногенная аминокислота, кодируется триплетами UCU, UCC, UCA, UCG, AGU и AGC, присутствует во всех белках (частота встречаемости 7,33), участвует в биосинтезе ряда аминокислот и многих биологически активных соединений, входит в состав активного центра ферментов, принимает участие в регуляции их активности.
L-серин может синтезироваться в организме человека и относится к заменимым аминокислотам.
Физико-химические свойства
Серин – бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде [(для DL-серина 5,02 г/100 мл (25 °C), 19,21 г/100 мл (75 °C)], в 75%-ном этиловом спирте (0,187 г/100 мл), нерастворимое в абсолютном этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, уксусной кислоте.
Как и другие аминокислоты, в кристаллах и полярных растворителях серин существует в виде цвиттер-иона. Его изоэлектрическая точка равна 5,68. Константы диссоциации кислоты (рКа ) составляют 2,21 для карбоксильной группы (α-COOH) и 9,15 для аминогруппы (α-NH3 + ).
Серин взаимодействует с кислотами и щелочами, образует комплексы с металлами, вступает в реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов, а именно: реакции этерификации, взаимодействие с аминами, декарбоксилирование, реакции с азотистой кислотой, окислительное деаминирование, переаминирование, N-алкилирование, N-ацилирование, образование пептидной связи. Характерными для серина являются реакции элиминирования, О-ацилирования.
Способы получения
Участие в обмене веществ
Предшественником в биосинтезе L-серина служит 3-фосфоглицерат (сложный эфир глицериновой и ортофосфорной кислот). L-серин – глюкогенная аминокислота, конечным продуктом его деградации в клетке является пируват.
Избыточная активация биосинтеза L-серина/L-глицина приводит к онкогенезу.
L-серин участвует в биосинтезе L-глицина, L-метионина, L-цистеина и L-триптофана, а также этаноламина, сфинголипидов, холина и др. Производные серина – антибиотики циклосерин и азасерин.
L-серин входит в состав активного центра ряда ферментов, в том числе протеаз (сериновые протеазы), гидролаз, фосфорилаз, щелочной фосфатазы.
Остаток L-серина служит точкой присоединения гликозоаминогликана к сердцевинному белку при образовании протеогликанов.
Фосфорилирование/дефосфорилирование L-серина регулирует активность многих ферментов, например для активации гликогенфосфорилазы (КФ 2.4.1.1) – фермента, который катализирует лимитирующую стадию процесса гликогенолиза, – необходимо фосфорилирование остатка Сер14. Работа многих клеточных рецепторов регулируется за счёт фосфорилирования/дефосфорилирования остатков L-серина.
Почти все белки содержат L-изомер серина; особенно богаты им белки шёлка – фиброин (до 16,2 % остатков) и серицин (до 40 %), трипсиноген (до 16,7 %), пепсин (до 12,2 %).
D-серин, образовавшийся под действием сериновой рацемазы из L-серина в астроцитах, поступает в нейроны и участвует в активации глутаматных рецепторов за счёт связывания со специальным модуляторным участком. Повышение уровня D-серина в плазме крови и ликворе наблюдают у пациентов при болезни Альцгеймера. D-серин накапливается в хрусталике глаза при старении человека и при развитии катаракты. Ростом уровня D-серина в крови сопровождаются заболевания почек из-за ухудшения его выделения.
D-серин содержится в пептидных антибиотиках (бацилломицине D, полимиксинах D1 и D2 ).
Применение
L-серин применяется в медицине в составе средств парентерального питания и ноотропных средств. DL-серин входит в состав антианемического препарата.
Литература
- Блок Р. Аминокислотный состав белков и пищевых продуктов / Р. Блок, Д. Боллинг ; пер. с англ. Е. Д. Каверзневой, М. М. Ботвиник. – Москва : Издательство иностранной литературы, 1949.
- Рабинович В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. – 2-е изд., испр. и доп. – Ленинград : Химия, Ленинградское отделение, 1978.
- Якубке Х.-Д. Аминокислоты. Пептиды. Белки / Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт ; пер. с нем. Н. П. Запеваловой, Е. Е. Максимова. – Москва : Мир, 1985.
- Wolosker H. The Neurobiology of d-Serine Signaling // Advances in Pharmacology. – 2018. – Vol. 82. – P. 325–348.
- D-Serine reflects kidney function and diseases / Atsushi Hesaka, Shinsuke Sakai, Kenji Hamase [et al. // Scientific Reports. – 2019. – Vol. 9, № 1. – Art. 5104.]
- Нельсон Д. Л. Основы биохимии Ленинджера. В 3 т. Т. 2. Биоэнергетика и метаболизм / Д. Нельсон, М. Кокс ; пер. с англ. Т. П. Мосоловой [и др.]. – 4-е изд. – Москва : Лаборатория знаний : Лаборатория Пилот, 2020. – (Лучший зарубежный учебник).
- Cerebrospinal fluid and serum d-serine levels in patients with Alzheimer's disease: a systematic review and meta-analysis / Chun-Hung Chang, Hsiao-Lun Kuo, Wei-Fen Ma, Hsin-Chi Tsai // Journal of Clinical Medicine. – 2020. – Vol. 9, № 12. – Art. 3840.
- D-Amino acids and D-amino acid-containing peptides: potential disease biomarkers and therapeutic targets? / M. Abdulbagi, L. Wang, O. Siddig [et al. // Biomolecules. – 2021. – Vol. 11. – P. 1716.]
- Serine, glycine and one‑carbon metabolism in cancer (Review) / Sijing Pan, Ming Fan, Zhangnan Liu, Xia Li [et al. // International Journal of Oncology. – 2021. – Vol. 58, № 2. – P. 158–170.]
- Kozlowski L. P. Proteome-pI 2.0: proteome isoelectric point database update // Nucleic acids research. – 2022. – Vol. 50, D1. – P. D1535–D1540.