セリンは、それが人体によって合成されるので、これは、ヒトおよび他の動物のための必須アミノ酸として分類されないが、22個の塩基性アミノ酸の一つです。
3文字の命名法によれば、セリンは文献ではSer（1文字コードではS）として記述されています。このアミノ酸は、多くの代謝経路に関与し、極性の特徴を持っていますが、中性pHでは電荷を持ちません。
アミノ酸構造の表示セリン（出典：Paginazero at it.wikipedia via Wikimedia Commons）
細胞にとって重要な多くの酵素は、その活性部位に豊富な濃度のセリン残基を持っているため、このアミノ酸には複数の生理学的および代謝的影響があります。
セリンは、その多くの機能の中で、グリシンやシステインなどの他のアミノ酸の生合成における前駆体および足場分子として関与しており、細胞膜に存在するスフィンゴ脂質の構造の一部です。
セリンの合成速度は臓器ごとに異なり、また、個体の発達段階によっても変化します。
成人脳では血液脳関門の透過性が低下し、重度の脳障害を引き起こす可能性があるため、科学者たちは脳組織のL-セリン濃度が年齢とともに増加することを提案しています。
L-セリンは、これらの複数の代謝経路の前駆体を提供するため、神経伝達物質、リン脂質、およびその他の複雑な高分子の生合成に不可欠であることが知られています。
さまざまな研究により、特定のタイプの患者にL-セリンサプリメントまたは濃縮物を供給すると、グルコースのホメオスタシス、ミトコンドリア機能が改善され、神経細胞死が減少することが示されています。
特徴と構造
すべてのアミノ酸は、その基本構造として、同じ炭素原子に結合したカルボキシル基とアミノ基を持っています。ただし、これらは、R基と呼ばれる側鎖が互いに異なるため、R基と呼ばれ、サイズ、構造、電荷が異なる場合があります。
セリンは3つの炭素原子を含みます。一方では、中央の炭素がカルボキシル基（COOH）に結合し、他方ではアミノ基（NH3 +）に結合しています。中心炭素の他の2つの結合は、水素原子と、セリンに特徴的なCH2OH基（R基）によって占められています。
アミノ酸のアミノ基とカルボキシル基が結合している中心炭素は、α炭素として知られています。Rグループの他の炭素原子は、ギリシャ語のアルファベットの文字で指定されます。
たとえばセリンの場合、R基の中でOH基に結合している唯一の炭素原子は、γ-炭素として知られています。
分類
セリンは非荷電極性アミノ酸のグループに分類されます。このグループのメンバーは、水溶性の高いアミノ酸です。つまり、親水性の化合物です。セリンとスレオニンの親水性は、水酸基（OH）を介して水と水素結合を形成する能力によるものです。
非荷電極性アミノ酸のグループ内では、システイン、アスパラギン、グルタミンもグループ化されます。これらはすべて、R鎖に極性基を持っていますが、この基はイオン化できず、中性に近いpHでは電荷をキャンセルし、「両性イオン」の形で化合物を生成します。
立体化学
アミノ酸の一般的な非対称性により、これらの化合物の立体化学は、それらが関与する代謝経路において極めて重要になります。セリンの場合、それはD-またはL-セリンとして見つけることができ、後者は星状細胞として知られている神経系の細胞によってのみ合成されます。
アミノ酸のα炭素は4つの異なる置換基が結合しているためキラル炭素であり、アミノ酸ごとに少なくとも2つの区別可能な立体異性体が存在することになります。
立体異性体は分子の鏡像です。つまり、一方を他方に重ねることはできません。これらのアミノ酸の溶液は実験的に偏光面を反対方向に回転させるため、これらは文字DまたはLで表されます。
神経系の細胞で合成されるL-セリンは、グリシンやD-セリンを合成する基質として機能します。D-セリンは、発生するニューロン間の小胞の交換にとって最も重要な要素の1つです。そのため、一部の著者は、セリンの両方のアイソフォームが実際にはニューロンの必須アミノ酸であると提案しています。
特徴
R鎖にあるセリンのOHグループは、それを良い求核試薬にするので、活性部位にセリンを持つ多くの酵素の活性の鍵となります。セリンは、ヌクレオチドNADPHとグルタチオンの合成に必要な基質の1つです。
L-セリンは中枢神経系の発達と適切な機能に不可欠です。研究は、in vitroでの海馬ニューロンおよびプルキンエ細胞への低用量のL-セリンの外因性送達がそれらの生存を改善することを示している。
癌細胞とリンパ球のさまざまな研究により、ヌクレオチドの過剰な産生だけでなく、その後の癌細胞の増殖にもセリン依存性炭素単位が必要であることがわかっています。
セレノシステインは22個の塩基性アミノ酸の1つであり、セリンの誘導体としてのみ得られます。このアミノ酸は一部のタンパク質でのみ観察されており、システインに結合した硫黄の代わりにセレンを含み、エステル化セリンから出発して合成されます。
生合成
セリンは人体で合成されるため、必須ではないアミノ酸です。ただし、主にタンパク質やリン脂質などのさまざまな供給源の食事から吸収されます。
セリンは、ヒドロキシメチルトランスフェラーゼ酵素によって媒介される反応であるグリシン分子の変換を通じてL型で合成されます。
L-セリン合成の主な部位は神経細胞ではなく星状細胞にあることが知られています。これらの細胞では、解糖中間体である3-ホスホグリセリン酸が関与するリン酸化経路によって合成が行われます。
3つの酵素がこの経路で作用します：3-ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼ、ホスホセリン-トランスフェラーゼおよびホスホセリン-ホスファターゼ。
セリン合成に関する他の重要な器官は、肝臓、腎臓、精巣、および脾臓です。リン酸化以外の経路でセリンを合成する酵素は、肝臓と腎臓でのみ見られます。
最初の既知のセリン合成経路の1つは、L-セリンが二次代謝産物として得られる糖新生に関与する異化経路でした。ただし、ボディセリン生産へのこのルートの貢献は低いです。
代謝
現在、セリンは、D-グリセリン酸、3-ホスホグリセリン酸、3-ホスホヒドロキシピルビン酸が生成される肝臓の炭水化物代謝から得られることが知られています。3-ヒドロキシピルビン酸とアラニンの間のアミノ基転移プロセスのおかげで、セリンが生成されます。
グルコースの炭素4を放射能標識したラットを用いて行われた実験は、この炭素がセリンの炭素骨格に効果的に組み込まれていることを結論づけており、このアミノ酸はおそらくピルビン酸由来の3炭素前駆体を持っていることを示唆しています。
細菌では、酵素L-セリン-デアミナーゼがセリンの代謝を司る主な酵素です。L-セリンをピルビン酸に変換します。この酵素は、グルコースを含む最小限の培地で培養された大腸菌培養物に存在し、活性があることが知られています。
これらの微生物におけるL-セリン-デアミナーゼの本当の機能は、ナリジクス酸、マイトマイシンなどの存在によって紫外線によってDNAに損傷を与える突然変異エフェクターによって誘導されるため、はっきりとはわかっていません。そこから、それは重要な生理学的意味を持たなければならないということになります。
セリンが豊富な食品
高濃度のタンパク質を含むすべての食品は、主に卵、肉、魚などのセリンが豊富です。しかし、これは必須ではないアミノ酸なので、体はそれ自体で合成することができるので、それを摂取することは厳密に必要ではありません。
一部の人々は、セリンとグリシンの合成メカニズムに関して欠陥のある表現型を持っているため、まれな疾患に苦しんでいるため、両方のアミノ酸の濃縮された栄養補助食品を摂取する必要があります。
さらに、ビタミンサプリメントの販売を専門とする商用ブランド（Lamberts、Now Sport、HoloMega）は、ホスファチジルセリンとL-セリンの濃縮物を提供し、競争の激しいアスリートや重量挙げ選手の筋肉量を増やします。
関連する病気
セリンの生合成に関与する酵素の機能不全は、深刻な病状を引き起こす可能性があります。血漿および脳脊髄液中のセリン濃度を低下させることにより、緊張亢進、精神運動遅滞、小頭症、てんかん、および中枢神経系の複雑な障害を引き起こす可能性があります。
現在、L-セリンはインスリンとその受容体の合成に必要であるため、セリン欠乏症が糖尿病の発症に関与していることが発見されています。
セリン生合成に欠陥のある赤ちゃんは、出生時に神経学的に異常であり、子宮内発育遅延、先天性小頭症、白内障、発作、および重度の神経発達遅延があります。
参考文献
- Elsila、JE、Dworkin、JP、Bernstein、MP、Martin、MP、Sandford、SA（2007）。星間氷類似体におけるアミノ酸形成のメカニズム。天体物理ジャーナル、660（1）、911。
- イコード、RN、およびベアデン、DR（2017）。周産期代謝性脳症。スワイマンの小児神経学（pp。171-177）。エルゼビア。
- Mothet、JP、Parent、AT、Wolosker、H.、Brady、RO、Linden、DJ、Ferris、CD、…&Snyder、SH（2000）。D-セリンは、N-メチル-D-アスパラギン酸受容体のグリシン部位に対する内因性リガンドです。全米科学アカデミーの議事録、97（9）、4926-4931
- ネルソン、DL、レニンガー、AL、およびコックス、MM（2008）。生化学のレーニンガー原理。マクミラン。
- ロドリゲス、AE、ダッカー、GS、ビリンガム、LK、マルティネス、CA、マイノルフィ、N。、スリ、V。、…&チャンデル、NS（2019）。セリン代謝はマクロファージIL-1β産生をサポートします。細胞代謝、29（4）、1003-1011。
- Tabatabaie、L.、Klomp、LW、Berger、R.&De Koning、TJ（2010）。中枢神経系におけるL-セリン合成：セリン欠乏障害に関するレビュー。分子遺伝学および代謝、99（3）、256-262。