Незаменими аминокиселини

аминокиселини

Протеините на всички организми, с изключение на няколко бактерии, се състоят от двадесет аминокиселини: аспарагинова киселина, глутаминова киселина, аланин, аргинин, аспарагин, цистеин, фенилаланин, глицин, глутамин, хистидин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, пролин, серин, треонин, тирозин, триптофан и валин. В допълнение към ролята си на протеинов материал, много от тези аминокиселини изпълняват и други метаболитни функции, като се намесват в много други процеси, като основен строителен материал за синтеза на други продукти или като коензими, участващи в различни реакции. Всички тези аминокиселини (с изключение на глицин) трябва да имат конфигурация L. D аминокиселините не могат да изпълняват метаболитните си функции. Поради простата си структура глицинът няма асиметричен въглерод и следователно не може да приеме конфигурацията L или D. Не може да има L-глицин или D-глицин, както в останалите, а просто глицин.

От тези двадесет аминокиселини има осем (фенилаланин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и валин), които нашият метаболизъм не може да синтезира от други съставки, така че те трябва да бъдат в диетата. Тези осем аминокиселини са класифицирани като незаменими аминокиселини.

Повечето диетични препоръки, когато се отнасят до аминокиселини, се интересуват само от основните осем, като придават малко или никакво значение на останалите, тъй като се предполага, че от споменатите осем нашият метаболизъм може да синтезира останалите. Това предположение обаче е изключително опростено; той не се подчинява на реалността и има много малка практическа стойност поради причините, които излагаме по-долу.

Критичен преглед на незаменими аминокиселини

Тук представяме критичен преглед на концепцията за незаменими аминокиселини. Въз основа на тези разсъждения заключаваме, че списъкът с осемте класики трябва да бъде разширен до тринадесет по различни причини. По-нататък обясняваме защо трябва да се добавят новите.

1. Осемте класики (фенилаланин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и валин) поради биохимична невъзможност.

Тези осем аминокиселини са изключително важни, тъй като има биохимична невъзможност за техния биосинтез, тъй като метаболизмът на животните няма необходимите ензими, за да ги синтезира от друга съставка. Това е добре установена реалност, поради което тези осмици са в нашия списък, в първата група.

2. Хистидин, поради биохимично увреждане.

Хистидинът отдавна не се счита за незаменима аминокиселина, тъй като биосинтетичният му път функционира при животни, поне при някои от тях, включително човека, но не и при плъховете.

Доказано е обаче, че в детството човешкият метаболизъм няма достатъчен капацитет да синтезира целия необходим му хистидин. Понастоящем има много автори, които признават, че хистидинът е от съществено значение по емпирични причини и че следователно той трябва да присъства в диетата [1]. Във всеки случай ние предпочитаме да разрешим този спор, като го добавим към списъка, поради посочените по-горе причини.

3. Тирозин и цистеин, чрез биохимична зависимост.

Тирозин

Фенилаланинът и тирозинът са две протеинови аминокиселини, които се намират в умерени количества (2-5%) на практика във всички протеини при нормална диета. Метаболизмът на животните, включително човешкия вид, не може да синтезира фенилаланин от други съставки в диетата и може да произвежда само тирозин от фенилаланин. Поради тази причина от тези двама само на последния е даден ранг от съществено значение, тъй като се приема, че ако диетата съдържа достатъчно количество фенилаланин, метаболизмът ще може да покрие и двете нужди с него. За практически цели обаче тази класификация представлява малък интерес, тъй като източниците на фенилаланин също са от тирозин, тъй като тези две аминокиселини, но внимателно анализирайки ролята, която всяка от тях играе, стигаме до важно заключение, което изисква коригиране на тази класификация.

Цистеин

Подобно явление се случва с цистеин. Нашият метаболизъм може да синтезира тази аминокиселина, но само за сметка на метионин (основен в първата група). Следователно отсъствието на цистеин в диетата би довело до удвояване на количеството метионин и това би било напразно усилие, тъй като принудителното превръщане на метионин в цистеин би довело до излишък от хомосерин като остатъчен продукт, който ще трябва да се трансформира в а-кетобутират; по принцип изглежда, че този път няма проблеми, но липсата на цистеин в диетата отново е начин за форсиране на метаболизма.

4. Аргинин, поради биофизична невъзможност.

Аргининът е междинен продукт в пътя на синтез на урея (цикъл на урея) и нашият метаболизъм го произвежда в големи количества. В съответствие с това би могло да се мисли - и така се появява в учебниците - че метаболизмът може да използва пътя на синтез на урея и за производство на аргинин, без повече да го отклонява оттам; вижте например класическата карта на проф. Михал [2].

Биосинтезата на карбамид обаче не е толкова проста, както показват основните текстове, където цикълът на карбамида се явява като последователен път, в който участващите ензими са независими и разпределени произволно в пространството, така че междинните продукти трябва да преминават от един в друг безплатно дифузия към средата. Ако случаят беше такъв, всеки от тези посредници можеше свободно да се обменя с външната страна, така че въглеродният поток да може да бъде пренасочен към други дестинации, като се започне от който и да е посредник, или всеки посредник на този маршрут, произведен в друг или от чужбина, може да бъде директно включен в него.

Това обаче не е така. В края на осемдесетте години групата на Луиза Райджман в Университета на Южна Калифорния (USC), изучавайки биофизичната организация на урейния цикъл, демонстрира за първи път с елегантни експерименти съществуването на феномена на канализиране в клетъчния метаболизъм [2].

Ченълингът е подредена физическа асоциация на ензими, които участват последователно в пътя на трансформация, така че продуктът на единия и субстрата на следващия се прехвърля директно от първия във втория, без да се налага дифузия в средата. С други думи, канализирането означава висока степен на биофизична структурна организация на метаболизма в областта на молекулярната архитектура на клетките [3]. Канализираният метаболитен път има очевидни кинетични предимства: той има по-кратко време за реакция, тъй като междинните метаболити не трябва да дифузират, за да отговорят на следващия ензим и това очевидно намалява времето за достигане на стабилно състояние; В допълнение, това означава спестяване на пространство и електролити, така че ензимите да могат да работят с висока локална концентрация на субстрати, без да се увеличава общата осмоларност на средата и в крайна сметка се постига по-голям поток, тъй като ензимите действат с максимална степен на насищане.

По принцип ензимите, като протеини, каквито са, имат тенденция да се свързват. Въпросът е дали определена специфична връзка между два конкретни ензима може да има селективни предимства в еволюцията, което води до неговата последователност. И тъй като канализирането означава кинетично подобрение, от еволюционна гледна точка се очаква, че неговото постигане ще бъде цел на естествения подбор.

Образуването на канализиране между два ензима означава, че междинният субстрат няма да бъде достъпен за други дивергентни пътища, които биха могли да се образуват в тази възможна точка на раздвояване, или за други конвергентни пътища, тъй като канализирането затваря метаболита. Следователно канализирането може да има очевидни селективни предимства, когато става въпрос за увеличаване на кинетичните характеристики на маршрута, но изолира този маршрут, като отнема многофункционалността на метаболизма, точно както магистралата има много малко комуникационни точки с външната страна, докато е на улица Можете да влезете или да излезете на всяко кръстовище. Магистралата е много бърза, но е малко или не гъвкава.

В края на 80-те години на миналия век имаше данни, предполагащи насочване в различни метаболитни пътища, но това бяха само косвени улики, като например стехиометрични баланси на потока, които не съвпадат [5,6]. До работата на Луиза Райджман обаче не бяха представени експериментални данни, които да го докажат и следователно тази работа бележи крайъгълен камък в познаването на метаболизма.

По този начин аргининът и аргиносукцинатът (двете междинни продукти, тествани и при които Luisa Raijman демонстрира канализиране) са попаднали в урейния цикъл, очевидно с цел подобряване на кинетичните показатели на този път, който въпреки това показва един от най-активните в метаболизма и по-специално, един от най-активните в хепатоцитите. Но цената, която трябваше да бъде платена за това кинетично подобрение, е, че тъй като аргининът губи комуникация с външната страна, този път е престанал да изпълнява първоначалната си функция, която без съмнение е синтез на аргинин. И драматичното последствие е, че аргининът, въпреки че се произвежда в големи количества чрез метаболизъм, се е превърнал в основна аминокиселина за животните, където това се е случило; като цяло? признавайки, че плъхът е добър експериментален модел? може да се очаква, че това се е случило поне при всички уреотелни гръбначни животни, т.е. при всички бозайници. Следователно, въпреки че човешкият черен дроб произвежда ежедневно до повече от 100 грама аргинин на ден, това не е достъпно за метаболизма за неговите употреби, включително включването му в структурата на протеините като протеинова аминокиселина.

От резултатите от работата на Luisa Raijman следва, че аргининът трябва да бъде класифициран като основна аминокиселина, поради биофизична невъзможност. Тези резултати потвърждават голям брой емпирични наблюдения, направени преди около тридесет години, относно необходимостта диетата да съдържа определено количество аргинин. Вижте по-специално добре документирания преглед на Willard Visek, публикуван през 1984 г. в Годишния преглед на храненето [7]. В тази работа Висек потвърждава, че „стана очевидно, че класическият критерий за същественост (необходимост) или несъщественост (отстъпчивост) има важни ограничения, тъй като познанията за храненето и неговото приложение се увеличават. Данните, подкрепящи тези заключения, идват предимно от проучвания с хистидин и аргинин. "

Единадесет месеца след публикуването на работата на Луиза Райджман, работа на групата на Дали от университета в Пенсилвания [8] признава необходимостта от обогатяване на диетата с аргинин за лечение на някои тумори и коментира, че класификацията на аргинин като несъществена е просто въпрос на дефиниция (не метаболитни нужди).

Очевидното практическо значение на експериментите на Луиза Райджман означава, че нейните резултати не могат да останат изключително любопитно за учените по метаболизъм, но трябва да надхвърлят областта на храненето и диетологията, тъй като те показват, че аргининът е основна аминокиселина. Трудно е да се повярва, че в този момент не са налични таблици за състава на храните, когато количествата на всички аминокиселини (не само на класическите осем основни неща) в обикновените храни - и особено тези, богати на протеини - не са налични. Специалистите по метаболизъм настояват повече от двадесет години, че списъкът с незаменими аминокиселини трябва да бъде разширен и не само списъкът, но преди всичко концепцията и тези заключения не са напълно реализирани в текстовете или в практиката на специалисти в хранене.

5. Глицин, поради математическа невъзможност.

Коментари към нишката, за триптофан и никотинова киселина (ниацин или витамин В3)

Триптофанът е основна аминокиселина и като такъв е в първата група, така че наличността му зависи строго от приноса му в диетата. Триптофанът е най-оскъдната аминокиселина от всички в състава на протеините и въпреки това, подобно на тирозина, той има важна роля в метаболизма, като предшественик на няколко продукта, включително няколко невротрансмитери и хормони, като серотонин и мелатонин. Рискът от дефицит на триптофан като предшественик на серотонина е добре доказан факт до степен, че нервната система е разработила система за обратно поемане на серотонин, за да рециклира невротрансмитера, за да спаси триптофан. Фактът, че един толкова важен продукт, толкова оскъден, има толкова висока метаболитна отговорност, е друго слабо място на метаболизма.

Преди няколко години беше открито, че човешкият метаболизъм може да синтезира никотинова киселина (ниацин или витамин В3) от триптофан и това прави този витамин вече не се счита за такъв. Ако действахме по съответния начин, пропускайки никотиновата киселина от витаминните добавки, щяхме да утежним слабото място на метаболизма на триптофана, което коментираме, тъй като бихме претоварили още повече употребата на триптофан, което, както видяхме, е най-малкото обилна аминокиселина в диетата.

Общи заключения относно състава на диетата

Свързани раздели на този уебсайт:

Институт за клетъчен метаболизъм

Хранителен кабинет на проф. Мелендес-Хевия