Амінокислоти

Зміст Сховати

Органічні кислоти, що містять одну або більше аміногрупу. Є основними структурними одиницями молекул білків, визначають їх біологічну специфічність і харчову цінність. Порушення обміну амінокислот є причиною багатьох хвороб. Білки людини складаються з 20 різних амінокислот. Амінокислоти поділяються на замінні – можуть синтезуватися в організмі з інших амінокислот або органічних сполук, і незамінні – не можуть синтезуватися в організмі і для правильного білкового обміну і підтримки життєдіяльності організму обов’язково повинні надходити з їжею в необхідній кількості. Для людини незамінними амінокислотами є: триптофан, фенілаланін, лізин, треонін, валін, лейцин, метіонін та ізолейцин. Окремі амінокислоти застосовуються як лікарські засоби.

Людина, як і будь-яка жива істота, складається з неорганічних і органічних сполук, до яких відносять білки, що складаються з амінокислот, жирів і вуглеводів. Також, організм людини є складною саморегулюючою біологічною системою, в основі функціонування якої лежать біохімічні процеси, що забезпечують повною мірою метаболічні потреби. Амінокислоти входять до складу білків, які беруть участь не тільки у формуванні тканин, але і входять до складу ферментів, гормонів і нейротрансмітерів – основних з’єднань, що забезпечують регулювання більшості біологічних процесів. На жаль, організм не здатний самостійно синтезувати всі необхідні амінокислоти. У зв’язку з цим, для нормальної роботи структур організму потрібно як своєчасне надходження необхідних поживних речовин ззовні, так і так і їх синтез з наявних субстратів.

Амінокислоти

Амінокислотами називають біологічно важливі органічні речовини, що містять як аміно (-NH2), так і карбоксильну (-COOH) групи, з’єднані атомом вуглецю. Однак, властивості амінокислот в більшій мірі визначаються радикалом, які можуть широко варіюватися. В даний час відомо близько 500 з’єднань цього класу.

У 1806 році французькі хіміки Луї-Ніколя Воклен і П’єр Жеан Робіке вперше виділили аспарагін. Всі 20 амінокислот, які використовуються у живих організмів, були відкриті до 1935 року, коли Вільям Каммінг Рос, який також виділив з них незамінні, встановив мінімальні денні норми для людини.

Амінокислоти у дітей

Організм дитини інтенсивно розвивається, в зв’язку з чим відчуває величезні потреби в поживних речовинах, недолік яких може привести до серйозних порушень. Так, за перший рік життя маса дитини потроюється, відбувається дозрівання імунної, нервової та інших систем організму. У зв’язку з цим, поряд зі зниженням фізичної сили, функціональними розладами, можуть спостерігатися важкі психічні розлади, заповнити які не завжди є можливим при заповненні існуючого дефіциту. Прикладом може служити квашиоркор – хвороба, що розвивається в результаті недостатності амінокислот в раціоні, при якій спостерігається асцит і важка дистрофія. У більшості випадків ця хвороба розвивається у дітей з бідних районів Африки в результаті регулярного харчування їжею, що містить мало білків.

Годування грудьми, в більшості випадків, дозволяє задовольняти пластичні і метаболічні потреби організму в перші півроку життя, проте пізніше необхідне введення прикорму – крім материнського молока дитина додатково отримує легкозасвоювану, повну вітамінів, їжу.

У складі харчових білків міститься 20 амінокислот, проте серед них є незамінні, дефіцит яких організм не здатний заповнити самостійно, шляхом синтезу, в зв’язку з чим потрібно їх надходження при харчуванні. До незамінних амінокислот у дітей відносять:

  • Триптофан

У нормі потрібно 22 мг на 1 кг маси тіла на добу (при нестачі розвиваються важкі атрофії м’язів, сповільнюється зростання);

  • Лізин

У нормі потрібно 150 мг на 1 кг маси тіла на добу (необхідний для нормального росту і роботи кровотворної системи);

  • Метіонін

У нормі потрібно 70 мг на 1 кг маси тіла на добу (необхідний для забезпечення детоксикаційної роботи печінки, роботи нервової системи, бере активну участь в обміні жирів і фосфоліпідів);

  • Валін

У нормі добова потреба становить 93 мг на 1 кг маси тіла на добу (при нестачі впливає на психіку, знижуючи рівень серотоніну);

  • Треонін

У нормі досить 60 мг на 1 кг маси тіла на добу (при нестачі спостерігається уповільнення метаболічних процесів, що супроводжується млявістю, слабкістю, сонливістю);

  • Лейцин

У нормі потрібно 150 мг на 1 кг маси тіла на добу (при нестачі у немовлят погіршується метаболізм вуглеводів, що супроводжується гіпоглікемією);

  • Ізолейцин

У нормі досить 90 мг на 1 кг маси тіла на добу (при нестачі виникає дисбаланс в роботі щитовидної залози, утруднюється вивід аміаку з організму, що може стати причиною важкого отруєння);

  • Фенілаланін

У нормі потрібно 90 мг на 1 кг маси тіла на добу (необхідний для роботи щитовидної залози і надниркових залоз у дитини);

  • Гістидин

У нормі потрібно 32 мг на 1 кг маси тіла на добу (впливає на кровотворення);

  • Аргінін

У нормі потреба становить 10 мг на 1 кг маси тіла на добу (бере участь у величезній кількості важливих метаболічних процесів).

Крім того, навіть при повноцінному харчуванні, в дитячому віці можуть проявлятися хвороби, в основі яких лежить порушення амінокислотного балансу. Найбільш частими захворюваннями, при яких спостерігається зміна метаболізму амінокислот, є:

  • Гіпераміноацидурія

При цій патології виділяється надмірна кількість амінокислот з сечею, що може виникати як при патології нирок, так і порушеннях амінокислотного обміну.

  • Фенілкетонурія

Є спадковою ензимопатією, при якій порушується обмін фенілаланіну з накопиченням продуктів його розпаду, що надають токсичну дію на мозок людини, що в більшості випадків стає причиною олігофренії.

  • Алкантонурія

Є спадковою ензимопатією, при якій відсутній фермент, який відповідає за метаболізм тирозину і фенілаланіну, що призводить до накопичення гомогентизинової кислоти і проявляється окисленням сечі в темно-коричневий колір на повітрі. У більш пізньому віці розвиваються артропатія і зміна забарвлення хрящів вушної раковини.

  • Альбінізм

Є спадковим захворюванням, в основі якого лежить порушення обміну ароматичних амінокислот, що призводить до недостатнього синтезу меланіну, що додає шкірі і райдужці темне забарвлення, основна мета якої – захист від надлишкового сонячного випромінювання.

  • Хвороба Хертнапа

Є дуже рідкісним спадковим захворюванням, при якому порушений обміну триптофану, що призводить до атаксії мозочка і змін шкіри.

  • Оксалоїд

Є рідкісним спадковим захворюванням, при якому ферментний блок викликає надлишковий синтез щавлевої кислоти, що призводить до утворення каменів у нирках, відкладення кристалів оксалату кальцію в мозку, селезінці, лімфоїдній тканині.

  • Цистинос

Є спадковим захворюванням, при якому порушений обмін цистину з подальшим накопиченням кристалів в ретикулоендотеліальній системі, що супроводжується збільшенням селезінки, печінки, ексікозом, гіпертермією, фосфат-діабет, рахіт і розвитком важкої нефропатії.

  • Гомоцистинурія

Є спадковим захворюванням, при якому порушується метаболізм метіоніну і гомоцистеїну, що супроводжується такими ураженнями, як олігофренія різного ступеня вираженості і ектопія кришталиків.

Як правило, при своєчасному виявленні захворювання, в ряді випадків можлива корекція порушень обміну як шляхом проведення замісної терапії, так і дотримання суворої дієти. Якщо ж зміни в тілі людини не виявити вчасно, то існує висока ймовірність розвитку важких ускладнень, аж до летального результату.

Амінокислоти у дорослих

Організм у дорослих в нормі знаходиться в стані рівноваги між процесами анаболізму і катаболізму. Як правило, щоденна потреба в амінокислотах у дорослих виражена менше, в порівнянні з дітьми, однак навіть у дорослих можуть розвинутися важкі розлади при неповноцінному раціоні.

  • У дорослих організм також потребує отримання незамінних амінокислот при харчуванні. Таким чином, при нестачі:
  • валіну – погіршується метаболізм в м’язах і репарація пошкоджених тканин;
  • лейцину – порушується: репарація кісток, шкіри, м’язів, зниження глюкози в плазмі крові, синтез соматотропного гормону;
  • ізолейцину – погіршується синтез гемоглобіну і регулювання рівня глюкози, знижується витривалість;
  • треоніну – виникає дисбаланс в синтезі колагену і еластину, білковому і жировому обміні, роботі печінки, а також нерідко розвиваються імунодефіцитні стани;
  • метіоніну – відбувається зниження ефективності метаболічних процесів в печінці, підвищується ризик прогресування атеросклерозу, посилюється токсикоз під час вагітності;
  • триптофану – погіршується сон, змінюється настрій, зменшується апетит, викид гормону росту, підвищується чутливість до нікотину;
  • лізину – порушується синтез великої кількості ферментів, гормонів, погіршуються метаболічні процеси в кістковій тканині, знижується ефективність всмоктування кальцію, знижується гуморальна імунна відповідь, порушується репарація тканин, знижується м’язова сила і м’язова маса, виникають проблеми з ерекцією і лібідо, підвищується ризик прогресування атеросклерозу;
  • фенілаланіну – відбувається зниження ноцицептивної чутливості, погіршується пам’ять;
  • аргініну – погіршується робота клітинного компонента імунної системи, погіршується детоксикаційна функція печінки, знижується потенція, підвищується артеріальний тиск, підвищується рівень холестерину в крові, виникає гіперкоагуляція, спостерігаються дисметаболічні зміни в м’язовій і сполучній тканинах;
  • гістидину – змінюється інтенсивність протікання великої кількості біохімічних реакцій, росту і відновлення тканин, погіршення функції суглобів.

У сучасному світі люди нерідко починають захоплюватися вегетаріанством, що може стати причиною нестачі незамінних амінокислот в раціоні. Однак, при грамотному підборі продуктів, можливе отримання всіх необхідних для повноцінної життєдіяльності речовин.

Також, все більш широке поширення набуває захоплення спортом. Як правило, після інтенсивного тренування відбувається не тільки велика витрата жирів і вуглеводів, а й істотно зростає потреба в амінокислотах, що пов’язано з анаболічними процесами в м’язовій тканині.

Причиною розвитку нестачі амінокислот в організмі при нормальному їх змісті в раціоні, може стати порушення травлення, обумовлене як недоліком травних ферментів, так і порушенням всмоктування в тонкій кишці. Виникнення таких станів може бути результатом гострого панкреатиту, виразкового коліту і великих резекцій тонкого кишечника.

Для компенсації наявних порушень проводиться лікування з приводу основного захворювання, проведення замісної терапії і, у важких випадках, парентеральне харчування.

В даний час в розвинених країнах недолік амінокислот в організмі через їх нестачу в продуктах харчування практично не зустрічається. Винятком є голодування і вегетаріанство, коли ймовірність аліментарної недостатності значно зростає. У зв’язку з цим, при виявленні дефіциту необхідних амінокислот, слід в першу чергу задуматися про інші патологічні процеси.

Амінокислоти у літніх

З віком організм людини зазнає серйозних змін, пов’язані зі зниженням функціональної активності багатьох систем, що істотно знижує компенсаторні можливості при взаємодії із зовнішнім середовищем. В основі цих змін лежить перебудова обміну речовин, пов’язана зі зменшенням активності деяких ферментів, що складаються з амінокислот. Надалі, це призводить до зниження ефективності біологічного окислення, що порушує споживання кисню тканинами, підвищує рівень ліпідів і ліпопротеїдів у плазмі крові. Також, нерідко відзначається зміна водно-сольового обміну в результаті підвищення клітинної проникності.

Також з віком відбувається погіршення ефективності роботи травної системи, що проявляється зниженням виділення травних ферментів в шлунку, кишечнику, підшлунковій залозі, порушенням процесу всмоктування переварених речовин – амінокислот, моно- і дисахаридів, молекул жиру. Крім того, знижується кислотність шлункового соку, порушується відтік жовчі, змінюється моторика кишечника, що стає причиною запорів. Відбувається падіння активності органів ендокринної системи, що впливає на інтенсивність обміну. Змінюється співвідношення між анаболічними і катаболічними процесами, що супроводжується зменшенням маси м’язової і кісткової тканин.

У зв’язку з цим, побудова правильного харчового раціону у літніх людей є важливим завданням. Так, згідно з проведеними дослідженнями, понад ¾ літніх людей харчуються неправильно, що, як правило, серйозно позначається на здоров’ї людини.

Роль амінокислот в організмі

Амінокислоти в організмі людини, в більшості випадків, включаються до складу пептидів під час транскрипції і трансляції. Пептидами називають полімери, що складаються з амінокислот, які є мономерами. У зв’язку з цим амінокислоти можна вважати структурним матеріалом, за допомогою якого здійснюється реалізація генетичної інформації.

Амінокислоти в організмі людини, як правило, у функціональному відношенні тісно пов’язані з:

  • пептидами, що володіють гормональною активністю (окситоцином, вазопресином, рилізинг-гормонами гіпоталамуса, меланоцитостимулюючими гормонами, глюкагоном і іншими активними речовинами);
  • пептидами, що регулюють травні процеси (гастрином, холецистокинином, вазоінтерстиціальним пептидом, шлунковим інгібуючим пептидом і іншими активними речовинами);
  • пептидами, що регулюють тонус судин і артеріальний тиск (брадикініном, калідіном, ангіотензіоном III);
  • пептидами, що здійснюють регулювання апетиту (лептином, нейропептиди Y, мелоноцитстимулюючимм гормоном, ендорфінами);
  • пептидами, що володіють аналгетичним ефектом (енкефалінів, ендорфінів);
  • пептидами, які беруть участь в регулюванні вищої нервової діяльності (сном, неспання, пам’яттю, емоціями), в основі яких лежать біохімічні процеси;
  • оксидом азоту – медіатором, що регулює тонус судин і одержуваних з аргініну;
  • пептидами, які беруть участь в роботі імунної системи (лежать в основі гуморального компонента імунітету);
  • нуклеотидами, які синтезуються з аспартату, гліцину і глутамату.

Таким чином, в організмі людини амінокислоти відіграють важливу роль і їх недолік може серйозно позначитися на багатьох, часом життєво важливих, біохімічних реакціях.

Чи відрізняються амінокислоти людини від амінокислот інших живих істот

Формула молекул амінокислот – H2NCHRCOOH. В її складі можна виділити карбоксильну і аміногрупи, які розрізняються по радикалам (R). І, хоча в природі існує велика кількість з’єднань зі схожою структурою, в генетичному коді є інформація лише про 20 амінокислотах, які беруть участь у людини в синтезі білків, які є другими за поширеністю, після води, компонентом м’язів, клітин і більшості інших тканин. Дев’ять з двадцяти амінокислот є L – стереоізомерами, які і беруть участь в життєдіяльності організму людини.

Також в синтезі білків в рідкісних випадках можу брати участь D – стереоізомери, які спостерігаються у бактерій і деяких антибіотиків, які в нормі не беруть участі в біохімічних реакціях організму людини. Також D – амінокислоти нерідко виявляються при синтезі пептидів, що утворюються без участі рибосом у деяких грибів і бактерій.

Таким чином, люди не використовують весь асортимент існуючих в світі амінокислот, в той час як ті сполуки, які все ж використовуються, можуть бути задіяні в житті інших живих істот. Як правило, при збереженні якісного складу, істотний вплив на властивості амінокислот надають просторові характеристики цих сполук.

Зв’язок між амінокислотою і ДНК

Для того, щоб простежити, як пов’язані амінокислоти і ДНК, слід розібратися в процесах реалізації спадкової інформації шляхом транскрипції і трансляції. У більшості прокаріотів і еукаріотів (винятком є пріони) зберігання інформації про будову організму і його функції здійснюється за допомогою нуклеїнових кислот – високомолекулярних сполук з суворою послідовністю мономерів. Надалі нуклеїнові кислоти успадковуються дочірніми клітинами, які, таким чином, через певну послідовність нуклеотидів, визначають амінокислоти і їх послідовність в складі всіх білків (як структурних, так і ферментів, гормонів і нейротрансмітерів).

Основним процесом, який дозволяє реалізувати інформацію, закладену в генетичному коді, є транскрипція – складний процес, під час якого відбувається комплементарне копіювання даних з ланцюга ДНК на ланцюг РНК одночасно з синтезом останньої. Як правило, РНК несе інформацію лише про конкретний білку і ланцюг має значно меншу довжину. У той же час ДНК складають основу хромосом, які містять дані про всю різноманітність білків організму. Таким чином, ДНК і амінокислоти безпосередньо не пов’язані.

Однак, для реалізації інформації, отриманої в процесі транскрипції, необхідний ще один процес – трансляції, який відбувається в цитоплазмі клітини. Також в цьому процесі беруть участь рибосоми – білкові структури, які розпізнають нуклеотид в РНК. Амінокислота, що відповідає терпретованою інформацію, за допомогою тРНК доставляється до зростаючого білкового ланцюга, де і здійснюється її включення до складу білка. У процесі трансляції виділяють три етапи:

  • ініціації (рибосома пізнає стартовий кодон, що стає поштовхом для синтезу);
  • елонгації (процес синтезу білкового ланцюга);
  • термінації (припинення синтезу після зустрічі зі стоп-кодоном).

Зв’язок між нуклеотидом і амінокислотою

Нуклеотид і амінокислота біологічно пов’язані природою за допомогою кодону, яким називають певну послідовність нуклеотидних залишків в ДНК або РНК. Залежно від порядку нуклеотидів в кодоні РНК, на рибосомах відбувається збірка білкового ланцюга. Таким чином, в організмі людини амінокислоти і ДНК пов’язані не безпосередньо, а за допомогою РНК.

Кодон складається з трьох нуклеотидів. Це визначає існування 64 можливих варіацій, з яких 3 варіанти кодують стоп-кодони (визначають обрив синтезуючого білкового ланцюга), в той час як решта 61 варіант послідовностей нуклеотидів кодують амінокислоти. Розшифровка існуючих кодонів була закінчена в 1966 році. Відомо, що у людини закодовано лише 20 амінокислот, що входять до складу ДНК.

Реакції перетворення амінокислот

Реакції перетворення амінокислот можуть бути пов’язані як зі зміною якісного складу, шляхом приєднання або відщеплення певних атомів, так і зі зміною просторової структури, що призводить до зміни якостей отриманої речовини. Цей процес називають рацемізацією, що дозволяє отримати з L-амінокислот D – амінокислоти, які представлені просторово-дзеркальними молекулами. Прикладом зміни властивостей отриманих елементів може служити амінокислота аланін, L-форма якої має гіркий смак, в той час як D-аланін має солодкий.

Реакції і властивості амінокислот залежать від формули молекул і визначаються:

  • аміногрупою (-NH2);
  • карбоксигрупою (-COOH);
  • радикалом (R).

Однак, найголовнішою біологічною властивістю амінокислот є участь в утворенні пептидного зв’язку при утворенні білкових молекул.

Життєдіяльність людини тісно пов’язана з процесами анаболізму і катаболізму.

При анаболізмі

Анаболізмом називають сукупність біохімічних процесів, під час яких відбувається формування та оновлення тканин, клітин і різних сполук. Прикладом реакцій анаболізму також може утворення нових білків, гормонів, жиру і глікогену.

Найбільш важлива роль анаболізму в обміні амінокислот – формування молекул білка. Процеси анаболізму переважають у дітей і молодих людей, що пов’язано з інтенсивним розвитком організму. Зовні це проявляється збільшенням м’язової маси, зростання, сили.

При катаболізм

Катаболізмом називають сукупність процесів, в основі яких лежить руйнування з’єднань. Прикладом катаболізму може служити процес окислення, що супроводжується викидом енергії, а також безліч реакцій, в результаті яких з однієї складної речовини виходить кілька простих.

На катаболізм білкового обміну впливають глюкокортикоїди (гормони надниркових залоз), під впливом яких відбувається розпад білків на амінокислоти, в той час як у вуглеводному обміні переважають процеси анаболізму, що призводить до утворення глікогену і жирів.

Також, в умовах нестачі енергії, одержуваної при розпаді жирів або вуглеводів , білки можуть бути витрачені на синтез АТФ. Амінокислоти при розпаді виділяють сполуки азоту, які в формі аміаку можуть надавати токсичний ефект на нервову систему.

Залежно від продуктів розкладання амінокислот, виділяють:

  • глюкогенні (гліцин, аланін, валін, пролін, серин, треонін, цистеїн, метіонін, аспартату, аспарагін, глутамат, глутамін, аргінін, гістидин);
  • кетогенін (лейцин, лізин);
  • глюко-кетоген (ізолейцин, фенілаланін, тирозин, триптофан).

Глюкогенні

При деградації глюкогенних амінокислот не спостерігається підвищення рівня кетонових тіл, в той час як отримані метаболіти (піруват, а-кетоглутарат, сукциніл – КоА, фумарат, оксалоацетат) беруть активну участь в глюконеогенезі.

Кетогенні

Продуктами деградації кетогенних амінокислот є ацетил-КоА і ацетоацетил-КоА, при яких відзначається підвищення рівня кетонових тіл. Надалі відбувається їх перетворення в жирові сполуки.

Глюко-кетогенні

При розпаді глюко-кетогенних з’єднань відбувається утворення в рівній мірі з’єднань обох видів.

Амінокислоти і хімія

Вивченням властивостей амінокислот займається хімія – галузь знань про речовини, їх будову, склад, перетвореннях. Завдяки цій науці амінокислоти були не тільки відкриті, але і вивчені їх основні властивості.

Амінокислоти і хімія тісно пов’язані в індустрії. Найбільше застосування вони знайшли в харчовій промисловості, де вони широко застосовуються як добавки до їжі тварин (як правило, маються на увазі незамінні амінокислоти, необхідні для росту і розвитку живих істот).

Також в харчовій промисловості амінокислоти широко використовують в якості смакових добавок. Так, глутамат має властивість посилювати смак, в той час як аспартам використовується як низькокалорійний підсолоджувач.

Значні успіхи у вирішенні проблем сільського господарства також забезпечила хімія. Амінокислоти мають хелатуючу здатність (пов’язувати метали з формуванням складних комплексів), що застосовується для полегшення доставки мінералів в рослини і запобігання хлорозу – хвороби рослин, пов’язаної з порушенням процесів фотосинтезу через зниження вмісту хлорофілу в листках.

В індустрії широко використовуються амінокислоти в складі лікарських і косметичних засобів. Найбільшого поширення набули 5-гідрокситриптофан, який використовується для експериментального лікування депресії, L-дигідроксифенілаланін для лікування хвороби Паркінсона, і безліч інших препаратів.

Останнім часом все більш широке поширення набувають дослідження, пов’язані зі зниженням забруднення навколишнього середовища. У зв’язку з цим все більший інтерес викликає застосування біодеградуючих промислових матеріалів – наприклад, пластмас, застосування яких може істотно поліпшити екологічну обстановку.

Формула молекул амінокислот

Формула молекул амінокислот представлена H2NCHRCOOH і є головною рисою цих органічних сполук. Якщо ж відбувається зміна структури, при якому ліквідуються аміногрупа або карбоксигрупи, то змінюється клас з’єднання, і його вже не можна вважати амінокислотою.

У той же час, якщо змінюється радикал (R), то формула молекул амінокислот залишається незмінною. У зв’язку з чим клас сполук зберігається, але можуть істотно змінитися хімічні властивості, пов’язані з характеристиками конкретного радикала (гідро- або ліпофільний, позитивно або негативно заряджений).

Як з’єднуються амінокислоти в молекулі білка

Головною в організмі живих істот біологічною функцією амінокислот є формування молекул білка, що у еукаріотів здійснюється завдяки процесам транскрипції і трансляції. Процеси, пов’язані з білкосинтезуючою функцією, можуть спостерігатися як в процесі росту організму, здійснюючи пластичні функції, так і виникати у відповідь на зовнішні або внутрішні зміни.

Включення амінокислот до складу молекули білка здійснюється на рибосомах, завдяки трансляції. Цей процес включає доставку і з’єднання амінокислот між собою за допомогою утворення пептидного зв’язку після реакції транспептидаціі, що супроводжується переходом ГТФ в ГДФ (втратою одного фосфатного зв’язку).

Пептидний зв’язок, що з’єднує амінокислоти в молекулі білка, виникає при взаємодії альфа – аміногрупи (-NH2) однієї амінокислоти з альфа-карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти. Побічними продуктами цієї реакції також стає виділення води. Порядок амінокислот і їх кількість в білках визначає їх властивості.

Для визначення наявності пептидного зв’язку можна провести біуретову реакцію.

Властивості амінокислот

Властивості амінокислот, в залежності від складу радикала, можуть широко варіюватися. Це позначається не тільки на характеристиках амінокислот, але і на структурі і біологічних функціях білка. Залежно від якостей, виділяють фізичні та хімічні властивості.

Так, згідно з наявними даними в хімії, амінокислоти – кристалічні речовини, які мають високу розчинність в воді і погано – в органічних розчинниках. Також для цих речовин характерна висока температура плавлення і, в більшості випадків, солодкий смак. Як правило, фізичні характеристики цікавлять людей для використання амінокислот у виробництві.

Більш високе значення мають хімічні властивості амінокислот. Як відомо, аміногрупи володіють основними властивостями, тоді як карбоксигрупи володіють кислотними. Відповідно до співвідношенням цих груп в складі радикалів, амінокислоти поділяються на:

  • нейтральні (як правило, при аліфатичних радикалах);
  • кислі (переважають карбоксигрупи) – аспарагінова і глутамінова кислоти;
  • основні (переважають аміногрупи) – аргінін, гістидин та лізин.

Також, як правило, амінокислоти беруть участь в реакціях, пов’язаних з аміно- і карбоксигрупи.

До реакцій з аминогруппой відносять:

  • взаємодія з кислотами, через що відбувається утворення солей амонію;

До реакцій з карбоксигрупи відносять:

  • утворення солей при взаємодії з лугами;
  • утворення складних ефірів при взаємодії зі спиртами.

Також, в печінці може відбуватися реакція дезамінування, що призводить до утворення аміаку і жирних, окси- або кетокислот. Також можливо трансамінування – реакція, при якій відбувається перенесення атома азоту без утворення аміаку.

Також, у зв’язку з наявністю карбоксигрупи, можлива реакція декарбоксилювання, при якій утворюються вуглекислий газ і амін.

Класи амінокислот

Можна виділити класи амінокислот по:

  • особливостям радикалів;
  • напрямками біосинтезу;
  • можливості до самовідтворення в організмі.

По складу амінокислот

Залежно від будови радикала, виділяють класи амінокислот:

  • по полярності (полярні, неполярні і ароматичні);
  • по хіральності (L- і D-стереоізомери);
  • по кислотності (нейтральні, кислі, основні).

Амінокислоти, що містять радикали

Більшість амінокислот, відносять до тих, містить радикали. Винятком є гліцин, формула якого NH2CH2COOH.

Залежно від складу радикала амінокислот, що визначає здатність до взаємодії з водою, виділяють:

  • неполярні;
  • полярні;
  • ароматичні;
  • мають негативний заряд R-групами;
  • мають позитивний заряд R-групами.

До неполярних можна віднести:

  • гліцин (замість радикала – атом водню);
  • аланін;
  • валін;
  • ізолейцин;
  • лейцин;
  • пролін

До полярних (при рН = 7 заряд молекул є нейтральними) відносять:

  • серин;
  • треонін;
  • цистеїн;
  • метіонін;
  • аспарагін;
  • глутамін

До ароматичних (які мають в складі ароматичне кільце, відносять):

  • фенілаланін;
  • триптофан;
  • тирозин

Амінокислоти, що містять у складі негативно заряджену R-групу, представлені:

  • аспарагіновою кислотою;
  • глутаміновою кислотою.

Амінокислоти, що містять у складі позитивно заряджені R-групи, представлені:

  • лізин;
  • аргінін;
  • гістилідин

По функціональним групам

За функціональним особливостям радикала можна виділити класи амінокислот:

  • аліфатичні (моноаміномонокарбонові, оксімоноамінокарбонові, моноамінодікарбонові, аміди моноамінокарбонових, діаміномонокарбонові, сірковмісні);
  • ароматичні;
  • гетероциклічні;
  • імінокислоти.

За здатністю організму здійснювати синтез амінокислот

Залежно від можливостей організму до самостійного синтезу амінокислот, їх підрозділяють на:

  • незамінні;
  • замінні.

Незамінні амінокислоти

Незамінні амінокислоти у організму немає можливості відтворювати самостійно (як правило, через відсутність необхідних ферментів), через що потрібно їх регулярне надходження з їжею. Однак і у підрозділи на замінні і незамінні існують особливості. Так, для синтезу тирозину, який в більшості випадків прийнято вважати замінним з’єднанням, необхідна достатня кількість фенілаланіну. У людей з фенілкетонурією тирозин в нормі не синтезується в необхідній кількості, що обумовлено побічними ефектами при достатній кількості субстрату.

Також до відносно незамінних амінокислот слід віднести аргінін і гістидин, можливості до продукції яких у організму людини обмежені.

Практично у всіх ссавців клас незамінних амінокислот, синтез яких утруднений через біологічні особливості тіла, представлений:

  • валіном;
  • ізолейцином;
  • лейцином;
  • треоніном;
  • метіоніном;
  • лізином;
  • фенілаланіном;
  • триптофаном

Замінні амінокислоти

У ДНК є інформація про 20 амінокислотах в формі кодонів. Їх розшифровка відбувається на рибосомах (коли відбувається синтез білків). Вісім амінокислот є незамінними, і дванадцять – замінними. Як правило, замінні амінокислоти мають можливість формуватися кількома шляхами, шляхом декількох перетворень з одних і тих же сполук, що дозволяє їх розділити на сімейства:

  • аспартату (з якого здійснюється синтез аспартату, аспарагіну, треоніну, ізолейцину, метіоніну);
  • глутамату (з якого здійснюється синтез глутамату, глутаміну, аргініну, проліну);
  • пірувату (з якого здійснюється синтез аланіну, валіну, лейцину);
  • серину (з якого здійснюється синтез серину, цистеїну, гліцину);
  • пентози (з якої здійснюється синтез гістидину, фенілаланіну, тирозину, триптофану).

Як отримати амінокислоти при харчуванні

Людині важливо отримувати при харчуванні амінокислоти як замінні, так і незамінні, тому що їх дефіцит може викликати важкі для здоров’я ускладнення. Після вживання їжі, пережовування і впливу на неї травних ферментів в шлунково-кишковому тракті, в кишечнику відбувається всмоктування доступних для засвоєння простих речовин – амінокислот, моносахаридів, моноглицеридів і жирних кислот, після чого вони потрапляють в кров і доставляються в печінку, де піддаються перетворенням .

Там вони витрачаються на:

  • пластичні процеси, мета яких – утворення нових тканин;
  • утворення запасних речовин (глікогену, жирів);
  • спалювання отриманої при перетравленні глюкози (після доставки в тканини з кров’ю) з отриманням енергії.

Залежно від місця в їжі амінокислот, виділяють білки:

  • нативні – є повноцінними, через те, що містять повний комплект з двадцяти амінокислот. До їжі, що містить ці білки, відносять м’ясо, рибу, морепродукти, птицю, яйця і сир;
  • не нативні – не є повноцінними, тому що не мають всі 20 потрібних для повноцінного життя людини амінокислот. Ці сполуки переважають в продукту: соєвих, бобових, горіхах, ряді круп і овочів.

На особливу увагу заслуговують бобові (квасоля, сочевиця, горох) і продукти з вмістом сої (замінники м’яса), які близькі за складом до білків тваринного походження, так як включають в свій склад практично всі необхідні речовини, особливо амінокислоти. У більшості бобових і соєвих продуктів бракує низки амінокислот (найбільш часто це метіонін і цистеїн), тому потрібно враховувати цей факт і утримуватися від тривалого одноманітного харчування.

Живі істоти відчувають потребу в незамінних амінокислотах, найбільш повну кількість яких спостерігається в нативних білках. Здоровій дорослій людині потрібно вживання всіх незамінних амінокислот, обсяг яких в вживаної їжі має становити близько 20% (що становить понад 20 грам, якщо добова норма білка 95-110 грам). У дітей, в зв’язку з підвищеними потребами в нативному білку, його частка в раціоні повинна зростати.

Істотний вплив на надходження в організм білків, що отримуються з їжею, надає часте відвідування ресторанів швидкого харчування. Як правило, продукти, що застосовуються в таких закладах, характеризуються великою кількістю легкозасвоюваних вуглеводів і жирів при низькій частці білків.

При тривалому неправильному харчуванні у людей виникають скарги на:

  • погіршення апетиту;
  • затримку в розвитку;
  • болю в правому боці, пов’язані з порушенням печінкових функцій;
  • погіршення стану шкіри і волосся;
  • ламкість нігтів;
  • слабкість в м’язах.

До групи ризику білкової недостатності входять вегетаріанці, тому їм рекомендується вживання:

  • квасолі, гороху та інших представників сімейства бобових;
  • горіхів і насіння;
  • продуктів, з високим вмістом рослинного білка;
  • молочних продуктів і яєць.

Як визначити амінокислоти методом високоефективної рідинної хроматографії

Існують методи, які дозволяють визначити амінокислоти без використання високотехнологічного обладнання. Так, розроблено значну кількість якісних реакцій, що дозволяють визначити наявність або відсутність певних амінокислот в молекулах білка на основі їх радикалів. Найбільш частими реакціями, що дозволяють визначити амінокислоти є:

  • Мілона – при наявності тирозину забарвлення стає червоним;
  • Ксантопротеїнова – при наявності фенілаланіну або тирозину забарвлення стає жовтим;
  • Гопкінса-Коула – при наявності триптофану з’являється фіолетовий відтінок;
  • Ерліха – при наявності триптофану забарвлення стає синім;
  • Сакагучі – при наявності аргініну спостерігається червоний відтінок;
  • Нітропрусідний – при наявності аргініну виникає червоний колір;
  • Салівен – використовується для визначення цистеїну, при якому спостерігається червоний відтінок;
  • Паулі – при наявності гістидину і тирозину колір стає червоним.

Набагато ефективнішим методом, що дозволяє визначити амінокислоти в їжі є високоефективна рідинна хроматографія – метод, в основі якого лежить поділ складних речовин на прості. Для цього процесу застосовується високий тиск і дрібнозернисті сорбенти. Після отримання простих речовин здійснюється їх аналіз звичайними або фізико-хімічними методами на предмет ідентифікації з’єднань.

Її проведення має сенс для визначення амінокислот в:

  • рослинній сировині;
  • біологічно активних добавках;
  • кормових добавках (для годівлі тварин);
  • лікарських засобах;
  • спортивному харчуванні.

Побічно визначити обмін амінокислот в організмі можна за станом азотистого балансу. В основі цього дослідження лежить оцінка відповідності між кількістю азоту, поглинутим і виведеним з організму. Інтерес до азоту обумовлений тим, що головне джерело цієї речовини – амінокислоти. За добу в нормі організм дорослої людини виділяє близько 14-17 грам, що відповідає 100 грамам білка. Якщо ж відзначається виражений негативний баланс азоту, то це говорить про серйозний недолік білкового обміну, в результаті чого відбувається деструкція білків сформованих тканин.

З яких речовин всмоктуються амінокислоти при харчуванні

Як правило, головним джерелом амінокислот є білки. Через це, поки вони містяться в складі їжі, симптомів нестачі амінокислот не визначається.

Так, до продуктів, що містять значну кількість нативного білка, відносять:

  • рибу (до 21 грама на 100 грам маси продукту);
  • курчати (до 21 грама на 100 грам маси продукту);
  • яловичину (до 21 грама на 100 грам маси продукту);
  • молоко (до 8 грама на 100 грам маси продукту);
  • тофу (до 15 грам на 100 грам маси продукту);
  • білкові йогурти (до 8 грам на 100 грам маси продукту);
  • сир (до 21 грама на 100 грам маси продукту);
  • яйця (до 13 грам на 100 грам маси продукту).

Необхідність прийому амінокислот для синтезу білків при заняттях спортом

У сучасному світі інтерес людей до спорту набуває дедалі більшого поширення. Як правило, основна маса напрямків в цій області представлена рухливими захопленнями, до яких відносять заняття:

  • баскетболом;
  • волейболом;
  • футболом;
  • бадмінтоном;
  • гандболом;
  • регбі;
  • тенісом;
  • хокеєм;
  • плаванням.

У зв’язку з тим, що зростають фізичні навантаження, організм людини адаптується шляхом гіпертрофії м’язової тканини, що здійснюється синтезом нових білків. Амінокислоти є тим компонентом, високий вміст якого необхідно для адекватного відновлення функції м’язів.

Однак, поряд з підвищенням потреб м’язів в амінокислотах, також відзначається локальне зменшення глікогену – речовини, яка формується як джерело для швидкого отримання великої кількості енергії. Запаси глікогену є в багатьох тканинах що істотно підвищує ефективність роботи клітин нервової і м’язової систем організму. Для поповнення запасів глікогену потрібна значна кількість глюкози.

Для повноцінного задоволення потреб організму при заняттях спортом, потрібно вживання:

  • білків;
  • жирів;
  • вуглеводів;
  • вітамінів.

Якщо ж буде виникати дефіцит жирів і вуглеводів, енергія від окислення яких запасається у формі АТФ і витрачається на потреби організму, буде відбуватися деградація білків, через що від тренувань не тільки не буде користі, а й може надавати шкоду.

Потреби в амінокислотах істотно відрізняються у звичайної дорослої людини і у людей, що регулярно займаються спортом. Як правило, згідно з рекомендаціями Американського коледжу спортивної медицини та Академії харчування та дієт, атлетам в день тренування і на наступну добу потрібно вживати від 1,2 до 2 грам білка на кілограм тіла.

Також, в залежності від роду занять, розроблені рекомендації за потребами в протеїнах:

  • у середньої людини добова потреба в білках становить 0,8 грам на 1 кілограм маси тіла;
  • у людини, фізичні навантаження якої носять інтенсивний, вибуховий характер, добова потреба в білках становить від 1,4 до 1,8 грам на 1 кілограм маси тіла;
  • у людини, фізичні навантаження якої носять тривалий характер і спрямовані на витривалість, потреба в білках становить від 1,2 до 1,4 грам на 1 кілограм маси тіла на добу.

Для задоволення цих потреб, в більшості випадків треба скласти і дотримання дієти, що дозволяє отримувати всі необхідні амінокислоти при харчуванні.

Таким чином, при заняттях спортом рекомендується приймати:

  • куряче філе, яєчний білок, яловиче м’ясо (для задоволення потреб в білках);
  • вівсянку, коричневий рис, овочі (для задоволення потреб у вуглеводах);
  • горіхи, оливкове масло, арахісове масло (для задоволення потреб в жирах).

З чого складаються харчові добавки з вмістом амінокислот

Також, в сучасному світі великого поширення набули харчові добавки, які містять набір амінокислот, вуглеводів, мінералів і ряду інших речовин. Як правило, їх беруть спортсмени, що займаються силовими видами спорту і бодібілдери, мета яких – швидко набрати м’язову масу.

Прийом цих добавок є досить привабливим для більшості людей, однак може мати ряд істотних недоліків. Так, існує висока ймовірність натрапити на підробку, в яких вміст необхідних для організму речовин може бути вкрай мало. Досить часто зустрічаються суміші, що містять надлишок вуглеводів, через що може статися викид занадто великої кількості інсуліну. Це стає причиною підвищеного синтезу жирів із глюкози і їх відкладення в тканинах організму.

Крім того, часто виробники економлять на виробництві харчових добавок, через що зміст омега – 3 – поліненасичених жирних кислот, необхідних для більш ефективної роботи м’язів і центральної нервової системи, може бути дуже низьким.

У зв’язку з цим, не варто випробовувати великі надії щодо білкових добавок, однак навіть при їх прийомі, основний упор в задоволенні потреб організму в поживних речовинах, слід робити на харчування природною їжею.