Аминокислоты – органические гетерофункциональные1 соединения, в молекулах которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. В общем виде формула любой аминокислоты может быть представлена следующим образом:
где COOH – карбоксильная группа, NH₂ – аминная группа.
R – боковой радикал. Именно радикалы отличаются по своей структуре и определяют большую часть свойств тех или иных аминокислот. Для одной из простейших аминокислот, в частности, для глицина, R представлен только атомом водорода, в то время как боковые цепи других аминокислот имеют более сложное строение.
Среди всех существующих аминокислот 20 являются протеиногенными, то есть, участвующими в процессе биосинтеза белка.
Эти аминокислоты являются основными структурными элементами белковых макромолекул. В результате взаимодействия α-аминогруппы (NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (СООН) другой аминокислоты возникает пептидная связь, в результате чего образуется дипептид, то есть, цепочка из двух аминокислот, и молекула воды. По этой же схеме рибосома генерирует также и более длинные цепочки из аминокислот, в том числе белки, необходимые для функционирования любого живого организма.
В соответствии с физиологической классификацией (по необходимости для организма человека) аминокислоты делятся на:
• Незаменимые (которые не синтезируются в организме): лейцин, изолейцин, валин, триптофан, треонин, лизин, метионин, фенилаланин.
• Условно незаменимые (которые синтезируются в недостаточном количестве для обеспечения потребностей организма в детском возрасте): аргинин, гистидин.
• Заменимые (которые могут синтезироваться в организме): все остальные.
В контексте здорового питания особую роль играет достаточное содержание в рационе незаменимых и условно незаменимых аминокислот. Незаменимые аминокислоты отличаются тем, что организм человека (независимо от возраста) не может синтезировать их самостоятельно из других соединений в необходимых количествах и получает их только с пищей. Или не получает – и тогда нарушается ряд важнейших функций организма, речь о которых пойдет ниже. Условно незаменимые аминокислоты называются так потому, что являются де-факто незаменимыми, но только на определенных этапах жизни человека, в частности, в детском и подростковом возрасте. То есть, в период активного формирования и роста организма человека данные аминокислоты не синтезируются в организме в достаточном количестве и поэтому также должны поступать с пищей.
N. B. Владимир Абдулаевич. Дадали (доктор химических наук, профессор, заведующий кафедры биохимии СЗГМУ им. И. И. Мечникова) отмечает, что понятия незаменимых и заменимых аминокислот в некоторой степени подвижный. В частности, в последние годы появляется все больше сведений, подтверждающих, что аргинин следовало бы относить к незаменимым аминокислотам (и для взрослых людей тоже). Вероятнее всего, это связано с тем, что аргинин выступает субстратом для синтеза оксида азота (NO), уменьшение продукции которого в сосудистой системе является важнейшим патологическим фактором многих заболеваний, включая артериальную гипертензию, атеросклероз и диабетическую ангиопатию. В то же время установлено, что увеличение содержание аргинина (как субстрата для продукции оксида азота) в эндотелии предотвращает гипертензию, вызванную ожирением.
Как бы то ни было, на сегодняшний день незаменимыми принято считать восемь аминокислот, перечисленных ниже.
Валин (Вал, Val)
Функции:
— участвует в формировании и восстановлении мышечной ткани организма (в том числе после физических нагрузок);
— способствует поддержанию азотистого баланса в организме;
— повышает устойчивость организма к холоду и жаре;
— снижает чувствительность организма к боли;
— улучшает координацию движений;
— препятствует снижению уровня серотонина;
— а также участвует в синтезе глиальных клеток, которые участвуют в формировании миелиновой оболочки нервных волокон.
Вместе с лизином валин входит в состав эластина – белка соединительной ткани. Кроме того, валин необходим организму для биосинтеза витамина В5. Дефицит валина способен привести к расстройству координации движений, мышечной дистрофии, сухости слизистых оболочек глаз, трещин на слизистых оболочках, артритам, артрозам, гиперестезии (повышенной чувствительности твердых тканей зубов) и иным гиперчувствительным реакциям на температурные изменения во внешней среде, а также к ухудшению памяти, депрессивным состояниям и общему ослаблению иммунитета.
Лейцин (Лей, Leu)
Функции:
— обеспечивает азотистый баланс процесса обмена углеводов и белков;
— регулирует уровень сахара в крови;
— способствует регенерации тканей, укрепляет иммунную систему организма.
Лейцин необходим как компонент белка для развития и построения мышечных тканей. Недостаток лейцина приводит к нарушению обмену веществ, к отрицательному азотистому балансу, как следствие, сбоям в работе эндокринной системы, остановке развития или роста, а также потере веса.
Изолейцин (Иле, Ile)
Функции:
— выступает в качестве источника энергии, без которого невозможны функции мышечной и мозговой ткани.
— поддерживает артериальное давление и содержание глюкозы в крови в пределах нормы.
Изолейцин входит a- и b-глобиновую структуру гемоглобина (основного белка эритроцитов). Отсутствие изолейцина в глобиновой структуре гемоглобина изменяет функции последнего, что приводит к анемии. Дефицит изолейцина также проявляет себя повышенной раздражительностью и быстрой утомляемостью, нередко сопровождаемых сильными головными болями и головокружениями.
Валин, лейцин, изолейцин вместе составляют группу аминокислот с разветвленными боковыми цепями, более известными как BCAA (англ. branched-chain amino acids). Данные аминокислоты активно участвуют в синтезе белков, особенно в мышечной ткани, играют важную роль в метаболизме нервных клеток, в связи с чем пользуются большой популярностью на рынке биологических добавок для спортивного питания.
Триптофан (Трп, Trp)
Функции:
— синтез витамина B3 в печени;
— рост и поддержание азотистого равновесия;
— участвует в биосинтезе белков сыворотки крови и гемоглобина;
— является предшественником для синтеза серотонина, поэтому находит применение при лечении нервных расстройств, депрессивных состояний и бессонниц.
Дефицит триптофана способен привести к развитию анемии, катаракты, помутнения роговицы, гипопротеинемии. Кроме того, с нехваткой в организме никотиновой кислоты (предшественником которой является триптофан) связывают развитие пеллагры.
Лизин (Лиз, Lys)
Функции:
— необходим для нормальной работы сердечно-сосудистой, иммунной и эндокринной систем;
— также для синтеза антител, ферментов, альбуминов и гормонов;
— обеспечивает рост тканей и органов
— стимулирует основныые функции желчного пузыря и процессы эндокринной системы человека;
— понижает уровень триглицеридов в сыворотке крови;
— в сочетании с пролином и витамином С предупреждает образование липопротеинов, вызывающих закупорку артерий;
— необходим для предотвращения рецидивов герпеса при вирусных заболеваниях.
Недостаток в пище лизина приводит к нарушению кровообращения, снижению количества эритроцитов и уменьшению в них гемоглобина, способствует развитию анемии, миодистрофии (истощения мышц), а также остеопороза в связи с нарушением кальцификации костей.
Метионин (Мет, Met)
Функции:
— синтезирует холин, при недостатке которого нарушается синтез фосфолипидов из жиров и происходит накапливание жира в печени;
— синтезирует нуклеиновые кислоты, адреналин, креатин, коллаген и иммунные клетки;
— активизирует действие фолиевой и аскорбиновых кислот и регулирует в крови; уровень холестерина и гистамина, повышенное содержание которого мешает передаче информации в мозг;
— защищает организм от атеросклероза, от избытков жира;
— активирует гормоны, витамины и ферменты, обладающие свойством нейтрализации различных токсинов.
Дефицит метионина связывают с развитием атеросклероза (за счет ускорения атерогенеза), ожирения, а также патологий (в том числе некрозов) печени, надпочечниковой недостаточности, геморрагии почек.
Триптофан, лизин и метионин составляют триаду незаменимых аминокислот, которым уделяется особое внимание при определении степени полноценности питания.
Треонин (Тре, Thr)
Функции:
— оказывает липотропное действие
— препятствует накоплению жиров в печени
— способствует расщеплению жиров и усвоению пищевого белка
— является компонентном антител и иммуноглобулинов
На основе треонина в организме синтезируются аминокислоты глицин и серин, отвечающие за воспроизводство мышечной ткани, эластина и коллагена. Нехватка треонина может проявляться в мышечной слабости, потере веса, плохом состоянии кожных покровов, ногтей и зубов, выпадении волос.
Фенилаланин (Фен, Phe)
Функции:
— регулирует функцию щитовидной железы и надпочечников;
— влияет на настроение;
— уменьшает боль;
— улучшает когнитивные способности, поскольку участвует в синтезе гормона фенилэтиламина, низкий уровень которого наблюдается у людей, страдающих от депрессии.;
— образует гормон тироксин, а также аминокислоту тирозин, необходимую для синтеза двух основных нейромедиаторов: дофамина и адреналина.
Дефицит фенилаланина приводит к гипотиреозу, то есть, заболеванию эндокринной системы, которое характеризуется недостатком гормонов щитовидной железы, регулирующих обмен веществ, влияющих на эмоциональный фон и на устойчивость организма к нагрузкам и стрессу, а также к ослаблению памяти, развитию предменструального синдрома, депрессивных состояний и хронических болей.
Таким образом, можно говорить об общих и частных последствиях дефицита незаменимых аминокислот в организме человека. Поскольку все незаменимые аминокислоты входят в состав белков, их дефицит в первую очередь опасен нарушением синтеза белка, что может привести:
• к развитию дистрофических и атрофических нарушений в органах и тканях вследствие недостаточного обновления структурных белков, замедлению процессов регенерации;
• к замедлению процессов регенерации;
• к замедлению физического и умственного развития в детском возрасте;
• к замедлению роста (в том числе мышечного);
• к снижению синтеза некоторых ферментов и гормонов (соматотропный, антидиуретический, тиреоидный гормоны, инсулин и др.), что приводит к эндокринопатиям;
• к снижению содержания белков в сыворотке крови в связи со снижением их синтеза в гепатоцитах, вследствие чего в крови уменьшается онкотическое давление, что способствует развитию отеков;
• к снижению продукции антител и других защитных белков и, как следствие, иммунологической реактивности организма;
• к увеличению рисков периоперационных осложнений.
Белковая недостаточность, связанная с дефицитом поступления незаменимых аминокислот в составе белков с пищей, может развиваться у лиц, длительное время недоедающих, придерживающихся вегетарианской, веганской и иной ограничивающей употребление белковых продуктов диет. Тяжелая белковая недостаточность может нарушить нормальную работу всех органов и систем организма. Сбалансированная диета, позволяющая получать все незаменимые аминокислоты в необходимом для организма количестве, позволяет увеличить продолжительность и качество жизни человека и избежать опасных для жизни осложнений.
Однако биологическая роль незаменимых аминокислот не ограничивается участием в построении и обновлении белковых молекул организма: в дополнение к протеиногенным функциям они также участвуют в образовании иных физиологически и фармакологически активных веществ. В этой связи дефицит каждой из незаменимых аминокислот, выполняющих разные функции, опасен по-своему, поскольку негативно сказывается на различных биохимических процессах, протекающих в организме.
Источники:
- Бабушкина А. В. (2009). L-аргинин с точки зрения доказательной медицины.
- Брилкина А. А., Стручкова И. В. (2016) Аминокислоты. Учебно-методическое пособие.
- Друк И. В., Лялюкова Е. А., Нечаева Г. И. (2013) Белково-энергетическая недостаточность в клинической практике.
- Калинин О. В. (2016) Специфические функции незаменимых аминокислот.
- Комов В. П., Шведова В. Н. (2008) Биохимия: учебник для вузов.
- Лысиков Ю. А. (2012) Аминокислоты в питании человека.
- Соколова Л. К., Пушкарев В. М. (2018) Роль аргинина в физиологических процессах в норме и при патологических состояниях.
- Тимин О. А. (2020) Лекции по общей биохимии для студентов медицинских вузов.