La 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 está en la forma protonada -NH 3 en condiciones biológicas), un grupo α- ácido carboxílico (que está en la forma desprotonada -COO – bajo biológico condiciones), y un grupo isobutilo de cadena lateral, lo que lo convierte en un aminoácido alifático no polar.
Es esencialen humanos, lo que significa que 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 productos finales metabólicos primarios 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 de leucina menor, exhiben actividad farmacológica en humanos y se ha demostrado que promueven la biosíntesis de proteínas a través de la fosforilación del objetivo mecanicista de la rapamicina (mTOR).
Leucina dietética
Como aditivo alimentario, la L-leucina tiene el número E E641 y se clasifica como un potenciador del sabor.
Requisitos
La Junta de Alimentos y nutrición (FNB, por sus siglas en inglés) del Instituto de Medicina de EE. UU. Estableció las Dietas Recomendadas (RDA) para Aminoácidos esenciales en 2002. Para leucina, para adultos mayores de 19 años, 42 mg / kg de peso corporal / día.
Efectos sobre la salud
Como suplemento dietético, se ha encontrado que la leucina ralentiza la degradación del tejido muscular al aumentar la síntesis de proteínas musculares en ratas envejecidas. Sin embargo, los resultados de los estudios comparativos están en conflicto. La administración de suplementos de leucina a largo plazo no aumenta la masa muscular o la fuerza en hombres ancianos sanos.
Se necesitan más estudios, preferiblemente aquellos basados en una muestra objetiva y aleatoria de la sociedad. Factores como las elecciones de estilo de vida, edad, sexo, dieta, ejercicio, etc. deben tenerse en cuenta en los análisis para aislar los efectos de la leucina suplementaria como un medicamento independiente, o si se toma con otros aminoácidos de cadena ramificada.(BCAA) Hasta entonces, la leucina suplementaria en la dieta no se puede asociar 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 las convulsiones. 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. La disminución de la Ingesta dietética de L-leucina promueve la adiposidad en ratones.
Los altos niveles de leucina en 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 el aumento de masa Grasa de las ratas hiperfágicas.
Seguridad
La toxicidad de la leucina, como se ve en la enfermedad de orina de jarabe de arce descompensada, causa delirio y compromiso neurológico, y puede ser mortal.
Una alta ingesta de leucina puede causar o exacerbar los síntomas de la Pelagra en personas con bajo nivel de Niacina porque interfiere con la conversión de L-Triptófano a niacina.
Se observó leucina a una dosis superior a 500 mg / kg / día con hiperamonemia. Como tal, extraoficialmente, se puede sugerir un nivel de ingesta superior tolerable (UL) para leucina en hombres adultos sanos a 500 mg / kg / día o 35 g / día en condiciones dietéticas agudas.
Farmacología
Farmacodinámica
La leucina es un aminoácido dietético con la capacidad de estimular directamente la síntesis de proteínas musculares miofibrilares. Este efecto de la leucina surge de su papel como activador del objetivo mecanístico 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 leucina está mediada por Rag GTPasas, unión de leucina a leucil-tRNA sintetasa, unión de leucina a sestrina 2, y posiblemente otros mecanismos.
Metabolismo en humanos
El metabolismo de la leucina ocurre en muchos tejidos del cuerpo humano; sin embargo, la mayoría de la leucina en la dieta se metaboliza dentro del hígado, el tejido adiposo y el tejido muscular. El tejido adiposo y muscular utiliza 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 individuos sanos, aproximadamente el 60% de la l- leucina de la dieta se metaboliza después de varias horas, y aproximadamente el 5% ( rango del 2 al 10% ) de la l- leucina de la dieta se convierte en ácido β-hidroxi β-metilbutírico(HMB) Alrededor del 40% de la l- leucina de la dieta se convierte en acetil-CoA, que posteriormente se utiliza en la síntesis de otros compuestos.
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). α-KIC se metaboliza principalmente por la enzima mitocondrial α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada, que la convierte en isovaleril-CoA.
Isovaleryl-CoA se metaboliza posteriormente por isovaleryl-CoA deshidrogenasa y se convierte en MC-CoA, que se utiliza en la síntesis de acetil-CoA y otros compuestos. DuranteDeficiencia de Biotina, el HMB se puede sintetizar a partir de MC-CoA a través de 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 la α-KIC en HMB. En individuos sanos, esta vía menor, que implica la conversión del -leucinaa α-KIC y luego HMB – es la ruta predominante de síntesis de HMB.
Una pequeña fracción de l -leucina metabolismo – menos del 5% en todos los tejidos excepto los testículos, donde representa aproximadamente el 33% – es catalizada inicialmente por aminomutase leucina, 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.
El metabolismo de HMB es catalizado por una enzima no caracterizada que lo convierte en β-hidroxi β-metilbutiril-CoA ( HMB-CoA ). HMB-CoA se metaboliza por enoil-CoA hidratasa u otra enzima no caracterizada, produciendo β-metilcrotonil-CoA ( MC-CoA ) o hidroximetilglutaril-CoA ( HMG-CoA ) respectivamente.
MC-CoA se convierte luego por la enzima metilcrotonil-CoA carboxilasa en metilglutaconil-CoA ( MG-CoA ), que posteriormente se convierte en HMG-CoApor metilglutaconil-CoA hidratasa. HMG-CoA se escinde en acetil-CoA y acetoacetato por la HMG-CoA liasa o se usa 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 ruta enzimática completa para sintetizarla de novo a partir de posibles compuestos precursores. En consecuencia, deben ingerirlo, generalmente como un componente de proteínas. Las plantas y los microorganismos sintetizan leucina del ácido pirúvico con una serie de enzimas:
- Acetolactato sintasa
- Acetohidroxiácido isomero reductasa
- Dihidroxiácido deshidratasa
- Α-isopropilmalato sintasa
- Α-isopropilmalato isomerasa
- Leucina aminotransferasa
La síntesis de la pequeña valina de aminoácidos hidrófoba también incluye la parte inicial de esta vía.
Química
La leucina es un aminoácido de cadena ramificada (BCAA) ya que posee una cadena lateral alifática que no es lineal.
La leucina racémica había sido sometida a radiación sincrotrón polarizada circularmente para comprender mejor el origen de la asimetría biomolecular. Se había inducido un aumento enantiomérico del 2,6%, lo que indica un posible origen fotoquímico de la homoquiralidad de las biomoléculas.