Незамінні амінокислоти

амінокислоти

Білки всіх організмів, за винятком кількох бактерій, складаються з двадцяти амінокислот: аспарагінової кислоти, глутамінової кислоти, аланіну, аргініну, аспарагіну, цистеїну, фенілаланіну, гліцину, глутаміну, гістидину, ізолейцину, лейцину, лізину, метіоніну, пролін, серин, треонін, тирозин, триптофан та валін. На додаток до своєї ролі білкового матеріалу, багато з цих амінокислот виконують інші метаболічні функції, втручаючись у багато інших процесів, як основний будівельний матеріал для синтезу інших продуктів або як коферменти, що беруть участь у різних реакціях. Усі ці амінокислоти (за винятком гліцину) повинні мати конфігурацію L. D амінокислоти не можуть виконувати свої метаболічні функції. Гліцин, завдяки своїй простій структурі, не має асиметричного вуглецю, і тому не може прийняти конфігурацію L або D. Не може бути L-гліцину або D-гліцину, як в інших, а просто гліцин.

З цих двадцяти амінокислот є вісім (фенілаланін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан та валін), які наш метаболізм не може синтезувати з інших інгредієнтів, тому вони повинні бути в раціоні. Ці вісім амінокислот класифікуються як незамінні амінокислоти.

Більшість дієтичних рекомендацій, коли вони стосуються амінокислот, цікавляться лише незамінними вісьмома, надаючи мало або взагалі не мають значення іншим, оскільки передбачається, що із згаданих восьми наш метаболізм може синтезувати решту. Однак це припущення є надзвичайно спрощеним; не підкоряється реальності і має дуже мало практичного значення з причин, які ми викладаємо нижче.

Критичний огляд незамінних амінокислот

Тут ми представляємо критичний огляд концепції незамінних амінокислот. Виходячи з цих міркувань, ми робимо висновок, що перелік восьми класиків повинен бути розширений до тринадцяти з різних причин. Далі ми пояснюємо, чому слід додавати нові.

1. Вісім класиків (фенілаланін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан та валін) через біохімічну неможливість.

Ці вісім амінокислот є суто важливими, оскільки існує біохімічна неможливість їх біосинтезу, оскільки в метаболізмі тварин немає необхідних ферментів для їх синтезу з будь-якого іншого інгредієнта. Це вже усталена реальність, саме тому ці вісімки у нашому списку, у першій групі.

2. Гістидин, через біохімічну недостатність.

Гістидин давно не вважався незамінною амінокислотою, оскільки шлях його біосинтезу діє у тварин, принаймні у деяких з них, включаючи людину, але не у щурів.

Однак було доведено, що в дитинстві метаболізм людини не має достатньої здатності синтезувати весь необхідний йому гістидин. В даний час існує багато авторів, які визнають, що гістидин є важливим з емпіричних причин, і тому він повинен бути присутнім у дієті [1]. У будь-якому випадку, ми вважаємо за краще вирішити цю суперечку, додавши її до списку, із зазначених вище причин.

3. Тирозин та цистеїн, за біохімічною залежністю.

Тирозин

Фенілаланін і тирозин - це дві білкові амінокислоти, які містяться в помірних кількостях (2-5%) практично у всіх білках у звичайному харчуванні. Метаболізм тварин, включаючи людський вид, не може синтезувати фенілаланін з інших інгредієнтів у раціоні, а може виробляти лише тирозин із фенілаланіну. З цієї причини з цих двох лише останній отримав ранг основних, оскільки передбачається, що якщо дієта містить достатню кількість фенілаланіну, метаболізм зможе цим покрити обидві потреби. Однак для практичних цілей ця класифікація мало цікавить, оскільки джерела фенілаланіну є також джерелами тирозину, оскільки ці дві амінокислоти, проте, ретельно аналізуючи роль, яку виконує кожна з них, ми приходимо до важливого висновку, що вимагає виправлення цієї класифікації.

Цистеїн

Подібне явище відбувається з цистеїном. Наш метаболізм може синтезувати цю амінокислоту, але лише за рахунок метіоніну (необхідного в першій групі). Отже, відсутність цистеїну в їжі призведе до подвоєння кількості метіоніну, і це було б марним зусиллям, оскільки примусове перетворення метіоніну в цистеїн призведе до надлишку гомосерину як залишкового продукту, який мав би трансформуватися в α-кетобутират; В принципі, цей шлях, здається, не має проблем, але відсутність цистеїну в раціоні знову є способом форсування метаболізму.

4. Аргінін, через біофізичну неможливість.

Аргінін є проміжним продуктом у шляху синтезу сечовини (цикл сечовини), і наш метаболізм виробляє його у великих кількостях. Відповідно до цього, можна думати - і так це трапляється в підручниках - що метаболізм може використовувати шлях синтезу сечовини також для виробництва аргініну, не відволікаючи його звідти; див., наприклад, класичну карту професора Міхала [2].

Однак біосинтез сечовини не такий простий, як показано в основних текстах, де цикл сечовини виглядає як послідовний шлях, при якому ферменти, що беруть участь, незалежні і випадково розподіляються в просторі, так що проміжні продукти повинні вільно переходити з одного в інший дифузія до середовища. Якби це було так, будь-який з цих посередників міг вільно обмінюватися ззовні, щоб потік вуглецю міг перенаправлятися в інші пункти призначення, починаючи від будь-якого посередника, або будь-якого посередника цього маршруту, виробленого в іншому, або з-за кордону, можуть бути безпосередньо включені в нього.

Однак це не зовсім так. Наприкінці вісімдесятих років група Луїзи Рейджман в Університеті Південної Каліфорнії (USC), вивчаючи біофізичну організацію циклу сечовини, вперше, вишуканими експериментами, продемонструвала існування феномену каналізації в клітинному метаболізмі [2].

Ченнелінг - це впорядкована фізична асоціація ферментів, які послідовно беруть участь у шляху трансформації, так що продукт одного і субстрату наступного переноситься безпосередньо з першого на другий, без необхідності дифузії у середовище. Іншими словами, ченнелінг означає високий ступінь біофізичної структурної організації метаболізму в галузі молекулярної архітектури клітин [3]. Каналізований метаболічний шлях має очевидні кінетичні переваги: ​​він має менший час реакції, оскільки проміжні метаболіти не повинні дифундувати, щоб задовольнити наступний фермент, і це, очевидно, скорочує час досягнення стійкого стану; Крім того, це означає економію простору та електролітів, завдяки чому ферменти можуть працювати з високою локальною концентрацією субстратів без збільшення загальної осмолярності середовища, і в кінцевому підсумку досягається більший потік, оскільки ферменти діють з максимальним ступенем насичення.

Загалом, ферменти, як і білки, мають тенденцію до асоціації. Питання полягає в тому, чи може певна специфічна асоціація між двома конкретними ферментами мати селективні переваги в еволюції, що призводить до її послідовності. І оскільки каналізація означає кінетичне вдосконалення, з еволюційної точки зору можна очікувати, що її досягнення буде метою природного відбору.

Однак утворення каналізації між двома ферментами означає, що проміжний субстрат не буде доступний для інших розбіжних шляхів, які можуть утворитися в цій можливій точці біфуркації, або для інших конвергентних шляхів, оскільки каналізація охоплює метаболіт. Отже, каналізація може мати очевидні селективні переваги, коли справа доходить до збільшення кінетичної продуктивності маршруту, але вона ізолює цей маршрут, забираючи універсальність метаболізму, так само, як шосе має дуже мало точок зв'язку із зовнішнім Вулиця Ви можете в'їхати або виїхати на будь-якому перехресті. Шосе дуже швидке, але воно мало або зовсім не універсальне.

Наприкінці 1980-х років існували дані, що свідчать про спрямування в різні метаболічні шляхи, але це були лише непрямі підказки, такі як стехіометричні баланси потоку, які не збігалися [5,6]. Однак до роботи Луїзи Райгман не було представлено експериментальних даних, що підтверджують це, і з цієї причини ця робота знаменує собою важливий етап у пізнанні метаболізму.

Таким чином, аргінін та аргіносукцинат (два проміжні проміжні продукти, в яких Луїза Райман продемонструвала направлення) потрапляють у цикл сечовини, очевидно, з метою покращення кінетичних показників цього шляху, що, проте, є одним з найбільш активних метаболізму, і, зокрема, один з найактивніших гепатоцитів. Але ціна, яку довелося заплатити за це кінетичне вдосконалення, полягає в тому, що, оскільки аргінін втрачає зв'язок із зовнішнім середовищем, цей шлях перестав виконувати свою початкову функцію, яка, без сумніву, була синтезом аргініну. І кардинальним наслідком є ​​те, що аргінін, незважаючи на те, що утворюється у великих кількостях шляхом метаболізму, став важливою амінокислотою для тварин, де це сталося; загалом? визнаючи, що щур - хороша експериментальна модель? слід очікувати, що це сталося принаймні у всіх уреотелічних хребетних, тобто у всіх ссавців. Отже, хоча печінка людини виробляє до 100 грамів аргініну щодня, вона недоступна для метаболізму для її використання, включаючи включення її в структуру білків як білкової амінокислоти.

З результатів роботи Луїзи Райгман випливає, що аргінін повинен бути класифікований як незамінна амінокислота через біофізичну неможливість. Ці результати підтверджують велику кількість емпіричних спостережень, що проводились протягом приблизно тридцяти років до цього, щодо необхідності того, щоб дієта містила певну кількість аргініну. Дивіться, зокрема, добре задокументований огляд Вілларда Вісека, опублікований у 1984 р. У Щорічному огляді харчування [7]. У цій роботі Вішек стверджує, що «стало очевидним, що класичний критерій суттєвості (необхідність) або несуттєвості (придатність) має важливі обмеження, оскільки знання про харчування та його застосування зростають. Дані, що підтверджують ці висновки, беруть переважно результати досліджень з гістидином та аргініном ".

Через одинадцять місяців після публікації роботи Луїзи Рейджман робота групи Дейлі з Університету Пенсільванії [8] визнає необхідність збагачення дієти аргініном для лікування певних пухлин і коментує, що класифікація аргініну як неістотної це лише питання визначення (не метаболічних потреб).

Очевидне практичне значення експериментів Луїзи Райгман означає, що її результати не можуть залишатися виключно цікавістю для дослідників метаболізму, але повинні виходити за межі галузі харчування та дієтології, оскільки вони показують, що аргінін є незамінною амінокислотою. Важко повірити, що таблиці складів їжі недоступні на даний момент, коли кількість усіх амінокислот (а не лише класичних восьми основних речовин) у звичайних продуктах харчування - і особливо тих, що багаті білком - недоступна. Фахівці з метаболізму вже більше двадцяти років наполягають на тому, що слід розширити перелік незамінних амінокислот, причому не лише перелік, але перш за все концепцію, і ці висновки не повністю реалізовані в текстах або на практиці фахівців у галузі харчування.

5. Гліцин, через математичну неможливість.

Коментарі до теми, про триптофан та нікотинову кислоту (ніацин або вітамін В3)

Триптофан є незамінною амінокислотою, і як такий він входить до першої групи, тому його доступність суворо залежить від його вкладу в раціон. Триптофан є найдефіцитнішою амінокислотою з усіх білкових речовин, проте, як і тирозин, він відіграє важливу роль у метаболізмі, як попередник кількох продуктів, включаючи кілька нейромедіаторів та гормонів, таких як серотонін та мелатонін. Ризик дефіциту триптофану як попередника серотоніну є добре доведеним фактом, аж до того, що нервова система розробила систему зворотного захоплення серотоніну з метою рециркуляції нейромедіатора для збереження триптофану. Той факт, що такий важливий продукт, настільки дефіцитний, має таку високу метаболічну відповідальність, є ще одним слабким місцем метаболізму.

Кілька років тому було виявлено, що метаболізм людини може синтезувати нікотинову кислоту (ніацин або вітамін В3) із триптофану, і це призвело до того, що цей вітамін більше не розглядається як такий. Якби ми діяли відповідно, опускаючи нікотинову кислоту з вітамінних добавок, ми посилювали б слабке місце метаболізму триптофану, про яке ми коментуємо, оскільки ми б ще більше перевантажили використання триптофану, який, як ми вже бачили, є найменшим рясна амінокислота в раціоні.

Загальні висновки щодо складу дієти

Пов’язані розділи цього веб-сайту:

Інститут клітинного метаболізму

Харчовий кабінет професора Мелендеса-Гевії