Аминокислоты

Органические кислоты, содержащие одну или более аминогруппу. Являются основными структурными единицами молекул белков, определяют их биологическую специфичность и пищевую ценность. Нарушение обмена аминокислот является причиной многих болезней. Белки человека состоят из 20 различных аминокислот. Аминокислоты подразделяются на заменимые — могут синтезироваться в организме из других аминокислот или органических соединений, и незаменимые — не могут синтезироваться в организме и для правильного белкового обмена и поддержания жизнедеятельности организма обязательно должны поступать с пищей в необходимом количестве. Для человека незаменимыми аминокислотами являются: триптофан, фенилаланин, лизин, треонин, валин, лейцин, метионин и изолейцин. Отдельные аминокислоты применяются как лекарственные средства.

Человек, как и любое живое существо, состоит из неорганических и органических соединений, к которым относят белки, состоящие из аминокислот, жиры и углеводы. Также, организм человека является сложной саморегулирующейся биологической системой, в основе функционирования которой лежат биохимические процессы, обеспечивающие в полной мере метаболические потребности. Аминокислоты входят в состав белков, которые принимают участие не только в формировании тканей, но и входят в состав ферментов, гормонов и нейротрансмиттеров – основных соединений, обеспечивающих регулирование большинства биологических процессов. К сожалению, организм не способен самостоятельно синтезировать все необходимые аминокислоты. В связи с этим, для нормальной работы структур организма требуется как своевременное поступление необходимых питательных веществ извне, так и их синтез из имеющихся субстратов.

Какую минеральную воду можно пить беременным: столовая или лечебная, c газом или без?

Какая минералка пойдёт на пользу во время беременности: выбираем эффективную для питьевого режима будущей маме.

Аминокислоты

Аминокислотами называют биологически важные органические вещества, содержащие как амино (-NH2), так и карбоксильную (-COOH) группы, соединенные атомом углерода. Однако, свойства аминокислот в большей степени определяются радикалом, которые могут широко варьироваться. В настоящее время известно около 500 соединений этого класса.

В 1806 году французские химики Луи-Николя Воклен и Пьер Жеан Робике впервые выделили аспарагин. Все 20 аминокислот, которые используются у живых организмов, были открыты к 1935 году, когда Вильям Камминг Рос, который также выделил из них незаменимые, установил минимальные дневные нормы для человека.

Аминокислоты у детей

Организм ребёнка интенсивно развивается, в связи с чем испытывает колоссальные потребности в питательных веществах, недостаток которых может привести к серьезным нарушениям. Так, за первый год жизни масса ребёнка утраивается, происходит созревание иммунной, нервной и других систем организма. В связи с этим, наряду со снижением физической силы, функциональными расстройствами, могут наблюдаться тяжелые психические расстройства, восполнить которые не всегда является возможным при восполнении существующего дефицита. Примером может служить квашиоркор – болезнь, развивающаяся в результате недостаточности аминокислот в рационе, при которой наблюдается асцит и тяжелая дистрофия. В большинстве случаев эта болезнь развивается у детей из бедных районов Африки в результате регулярного питания пищей, содержащей мало белков.

Кормление грудью, в большинстве случаев, позволяет удовлетворять пластические и метаболические потребности организма в первые полгода жизни, однако позже необходимо введение прикорма – кроме материнского молока ребёнок дополнительно получает легкоусвояемую, полную витаминов, пищу.

В составе пищевых белков содержится 20 аминокислот, однако среди них есть незаменимые, дефицит которых организм не способен восполнить самостоятельно, путем синтеза, в связи с чем требуется их поступление при питании. К незаменимым аминокислотам у детей относят:

• Триптофан

В норме требуется 22 мг на 1 кг массы тела в сутки (при недостатке развиваются тяжелые атрофии мышц, замедляется рост);

• Лизин

​В норме требуется 150 мг на 1 кг массы тела в сутки (необходим для нормального роста и работы кроветворной системы);

• Метионин

В норме требуется 70 мг на 1 кг массы тела в сутки (необходим для обеспечения детоксикационной работы печени, работы нервной системы, принимает активное участие в обмене жиров и фосфолипидов);

• Валин

В норме суточная потребность составляет 93 мг на 1 кг массы тела в сутки (при недостатке оказывает влияние на психику, снижая уровень серотонина);

• Треонин

В норме достаточно 60 мг на 1 кг массы тела в сутки (при недостатке наблюдается замедление метаболических процессов, что сопровождается вялостью, слабостью, сонливостью);

• Лейцин

В норме требуется 150 мг на 1 кг массы тела в сутки (при недостатке у грудничков ухудшается метаболизм углеводов, что сопровождается гипогликемией);

• Изолейцин

В норме достаточно 90 мг на 1 кг массы тела в сутки (при недостатке возникает дисбаланс в работе щитовидной железы, затрудняется вывод аммиака из организма, что может стать причиной тяжелого отравления);

• Фенилаланин

В норме требуется 90 мг на 1 кг массы тела в сутки (необходим для работы щитовидной железы и надпочечников у ребёнка);

• Гистидин

В норме требуется 32 мг на 1 кг массы тела в сутки (оказывает влияние на кроветворение);

• Аргинин

В норме потребность составляет 10 мг на 1 кг массы тела в сутки (принимает участие в огромном количестве важных метаболических процессов).

Кроме того, даже при полноценном питании, в детском возрасте могут проявляться болезни, в основе которых лежит нарушение аминокислотного баланса. Наиболее частыми заболеваниями, при которых наблюдается изменение метаболизма аминокислот, являются:

• Гипераминоацидурия

При этой патологии выделяется избыточное количество аминокислот с мочой, что может возникать как при патологии почек, так и нарушениях аминокислотного обмена.

• Фенилкетонурия

Является наследственной энзимопатией, при которой нарушается обмен фенилаланина с накоплением продуктов его распада, оказывающих токсическое действие на мозг человека, что в большинстве случаев становится причиной олигофрении.

• Алкаптонурия

Является наследственной энзимопатией, при которой отсутствует фермент, отвечающий за метаболизм тирозина и фенилаланина, что приводит к накоплению гомогентизиновой кислоты и проявляется окислением мочи в темно-коричневый цвет на воздухе. В более позднем возрасте развиваются артропатия и изменение окраски хрящей ушной раковины.

• Альбинизм

Является наследственным заболеванием, в основе которого лежит нарушение обмена ароматических аминокислот, что приводит к недостаточному синтезу меланина, придающего коже и радужке темную окраску, основная цель которой – защита от избыточного солнечного излучения.

• Болезнь Хэртнапа

Является очень редким наследственным заболеванием, при котором нарушен обмена триптофана, что приводит к мозжечковой атаксии и изменениям кожи.

• Оксалоз

Является редким наследственным заболеванием, при котором ферментный блок вызывает избыточный синтез щавелевой кислоты, что приводит к образованию камней в почках, отложению кристаллов оксалата кальция в мозге, селезенке, лимфоидной ткани.

• Цистиноз

Является наследственным заболеванием, при котором нарушен обмен цистина с последующим накоплением кристаллов в ретикулоэндотелиальной системе, что сопровождается увеличением селезенки, печени, эксикозом, гипертермией, фосфат-диабетом, рахитом и развитием тяжелой нефропатии.

• Гомоцистинурия

Является наследственным заболеванием, при котором нарушается метаболизм метионина и гомоцистеина, что сопровождается такими поражениями, как олигофрения различной степени выраженности и эктопия хрусталиков.

Как правило, при своевременном выявлении заболевания, в ряде случаев возможна коррекция нарушений обмена как путем проведения заместительной терапии, так и соблюдения строгой диеты. Если же изменения в теле человека не выявить своевременно, то существует высокая вероятность развития тяжелых осложнений, вплоть до летального исхода.

Аминокислоты у взрослых

Организм у взрослых в норме находится в состоянии равновесия между процессами анаболизма и катаболизма. Как правило, ежедневная потребность в аминокислотах у взрослых выражена меньше, по сравнению с детьми, однако даже у взрослых могут развиться тяжелые расстройства при неполноценном рационе.

У взрослых организм также нуждается в получении незаменимых аминокислот при питании. Таким образом, при недостатке:

• валина – ухудшается метаболизм в мышцах и репарация поврежденных тканей;

• лейцина – нарушается: репарация костей, кожи, мышц, снижение глюкозы в плазме крови, синтез соматотропного гормона;

• изолейцина – ухудшается синтез гемоглобина и регулирование уровня глюкозы, снижается выносливость;

• треонина – возникает дисбаланс в синтезе коллагена и эластина, белковом и жировом обмене, работе печени, а также нередко развиваются иммунодефицитные состояния;

• метионина – происходит снижение эффективности метаболических процессов в печени, повышается риск прогрессирования атеросклероза, усугубляется токсикоз во время беременности;

• триптофана – ухудшается сон, изменяется настроение, уменьшается аппетит, выброс гормона роста, повышается чувствительность к никотину;

• лизина – нарушается синтез большого количества ферментов, гормонов, ухудшаются метаболические процессы в костной ткани, снижается эффективность всасывания кальция, снижается гуморальный иммунный ответ, нарушается репарация тканей, снижается мышечная сила и мышечная масса, возникают проблемы с эрекцией и либидо, повышается риск прогрессирования атеросклероза;

• фенилаланина – происходит снижение ноцицептивной чувствительности, ухудшается память;

• аргинина – ухудшается работа клеточного компонента иммунной системы, ухудшается детоксикационная функция печени, снижается потенция, повышается артериальное давление, повышается уровень холестерина в крови, возникает гиперкоагуляция, наблюдаются дисметаболические изменения в мышечной и соединительной тканях;

• гистидина – изменяется интенсивность протекания большого количества биохимических реакций, роста и восстановления тканей, ухудшение функции суставов.

В современном мире люди нередко начинают увлекаться вегетарианством, что может стать причиной недостатка незаменимых аминокислот в рационе. Однако, при грамотном подборе продуктов, возможно получение всех необходимых для полноценной жизнедеятельности веществ.

Также, все более широкое распространение получает увлечение спортом. Как правило, после интенсивной тренировки происходит не только большой расход жиров и углеводов, но и существенно возрастает потребность в аминокислотах, что связано с анаболическими процессами в мышечной ткани.

Причиной развития недостатка аминокислот в организме при нормальном их содержании в рационе, может стать нарушение пищеварения, обусловленное как недостатком пищеварительных ферментов, так и нарушением всасывания в тонкой кишке. Возникновение таких состояний может быть результатом острого панкреатита, язвенного колита и обширных резекций тонкого кишечника.

Для компенсации имеющихся нарушений проводится лечение по поводу основного заболевания, проведение заместительной терапии и, в тяжелых случаях, парентеральное питание.

В настоящее время в развитых странах недостаток аминокислот в организме из-за их недостатка в продуктах питания практически не встречается. Исключением является голодание и вегетарианство, когда вероятность алиментарной недостаточности значительно возрастает. В связи с этим, при выявлении дефицита необходимых аминокислот, следует в первую очередь задуматься о других патологических процессах.

Аминокислоты у пожилых

С возрастом организм человека претерпевает серьезные изменения, сопряженные со снижением функциональной активности многих систем, что существенно снижает компенсаторные возможности при взаимодействии с внешней средой. В основе этих изменений лежит перестройка обмена веществ, связанная с уменьшением активности некоторых ферментов, состоящих из аминокислот. В дальнейшем, это приводит к снижению эффективности биологического окисления, что нарушает потребление кислорода тканями, повышает уровень липидов и липопротеидов в плазме крови. Также, нередко отмечается изменение водно-солевого обмена в результате повышения клеточной проницаемости.

Также с возрастом происходит ухудшение эффективности работы пищеварительной системы, что проявляется снижением выделения пищеварительных ферментов в желудке, кишечнике, поджелудочной железе, нарушением процесса всасывания переваренных веществ – аминокислот, моно- и дисахаридов, молекул жира. Кроме того, снижается кислотность желудочного сока, нарушается отток желчи, изменяется моторика кишечника, что становится причиной запоров. Происходит падение активности органов эндокринной системы, что оказывает влияние на интенсивность обмена. Изменяется соотношение между анаболическими и катаболическими процессами, что сопровождается уменьшением массы мышечной и костной тканей.

В связи с этим, построение правильного пищевого рациона у пожилых людей является важной задачей. Так, согласно проведенным исследованиями, более ¾ пожилых людей питаются неправильно, что, как правило, серьезно сказывается на здоровье человека.

Роль аминокислот в организме

Аминокислоты в организме человека, в большинстве случаев, включаются в состав пептидов во время транскрипции и трансляции. Пептидами называют полимеры, состоящие из аминокислот, которые являются мономерами. В связи с этим аминокислоты можно считать структурным материалом, посредством которого осуществляется реализация генетической информации.

Аминокислоты в организме человека, как правило, в функциональном отношении тесно связаны с:

• пептидами, обладающими гормональной активностью (окситоцином, вазопрессином, рилизинг-гормонами гипоталамуса, меланоцитстимулирующими гормонами, глюкагоном и другими активными веществами);

• пептидами, регулирующими пищеварительные процессы (гастрином, холецистокинином, вазоинтерстициальным пептидом, желудочным ингибирующим пептидом и другими активными веществами);

• пептидами, регулирующими тонус сосудов и артериальное давление (брадикинином, калидином, ангиотензионом III);

• пептидами, осуществляющих регулирование аппетита (лептином, нейропептидом Y, мелоноцитстимулирующим гормоном, эндорфинами);

• пептидами, обладающими анальгетическим эффектом (энкефалинами, эндорфинами);

• пептидами, принимающими участие в регулировании высшей нервной деятельности (сном, бодрствованием, памятью, эмоциями), в основе которых лежат биохимические процессы;

• оксидом азота – медиатором, регулирующим тонус сосудов и получаемым из аргинина;

• пептидами, принимающими участие в работе иммунной системы (лежащими в основе гуморального компонента иммунитета);

• нуклеотидами, которые синтезируются из аспартата, глицина и глутамата.

Таким образом, в организме человека аминокислоты играют важную роль и их недостаток может серьезно сказаться на многих, порой жизненно важных, биохимических реакциях.

Отличаются ли аминокислоты человека от аминокислот других живых существ

Формула молекул аминокислот – H2NCHRCOOH. В ее составе можно выделить карбоксильную и аминогруппы, которые различаются по радикалам (R). И, хотя в природе существует большое количество соединений с похожей структурой, в генетическом коде имеется информация лишь о 20 аминокислотах, участвующих у человека в синтезе белков, которые являются вторым по распространенности, после воды, компонентом мышц, клеток и большинства других тканей. Девять из двадцати аминокислот являются L – стереоизомерами, которые и участвуют в жизнедеятельности организма человека.

Также в синтезе белков в редких случаях могу принимать участие D – стереоизомеры, которые наблюдаются у бактерий и некоторых антибиотиков, которые в норме не принимают участия в биохимических реакциях человеческого организма. Также D – аминокислоты нередко обнаруживаются при синтезе пептидов, образующихся без участия рибосом у некоторых грибов и бактерий.

Таким образом, люди не используют весь ассортимент существующих в мире аминокислот, в то время как те соединения, которые все же используются, могут быть задействованы в жизни других живых существ. Как правило, при сохранении качественного состава, существенное влияние на свойства аминокислот оказывают пространственные характеристики этих соединений.

Связь между аминокислотой и ДНК

Для того, чтобы проследить, как связаны аминокислоты и ДНК, следует разобраться в процессах реализации наследственной информации путем транскрипции и трансляции. У большинства прокариотов и эукариотов (исключением являются прионы) хранение информации о строении организма и его функциях осуществляется с помощью нуклеиновых кислот – высокомолекулярных соединений со строгой последовательностью мономеров. В дальнейшем нуклеиновые кислоты наследуются дочерними клетками, которые, таким образом, через определенную последовательность нуклеотидов, определяют аминокислоты и их последовательность в составе всех белков (как структурных, так и ферментов, гормонов и нейротрансмиттеров).

Основным процессом, который позволяет реализовать информацию, заложенную в генетическом коде, является транскрипция – сложный процесс, во время которого происходит комплементарное копирование данных с цепи ДНК на цепь РНК одновременно с синтезом последней. Как правило, РНК несет информацию лишь о конкретном белке и цепь имеет значительно меньшую длину. В то же время ДНК составляют основу хромосом, которые содержат данные о всем разнообразии белков организма. Таким образом, ДНК и аминокислоты напрямую не связаны.

Однако, для реализации информации, полученной в процессе транскрипции, необходим еще один процесс – трансляции, который происходит в цитоплазме клетки. Также в этом процессе принимают участие рибосомы – белковые структуры, которые распознают нуклеотид в РНК. Аминокислота, соответствующая интерпретированной информации, посредством тРНК доставляется к растущей белковой цепи, где и осуществляется ее включение в состав белка. В процессе трансляции выделяют три этапа:

• инициации (рибосома узнает стартовый кодон, что становится толчком для синтеза);
• элонгации (процесс синтеза белковой цепи);
• терминации (прекращение синтеза после встречи со стоп-кодоном).

Связь между нуклеотидом и аминокислотой

Нуклеотид и аминокислота биологически связаны природой посредством кодона, которым называют определенную последовательность нуклеотидных остатков в ДНК или РНК. В зависимости от порядка нуклеотидов в кодоне РНК, на рибосомах происходит сборка белковой цепи. Таким образом, в организме человека аминокислоты и ДНК связаны не напрямую, а посредством РНК.

Кодон состоит из трех нуклеотидов. Это определяет существование 64 возможных вариаций, из которых 3 варианта кодируют стоп-кодоны (определяют обрыв синтезируемой белковой цепи), в то время как оставшиеся 61 вариант последовательностей нуклеотидов кодируют аминокислоты. Расшифровка существующих кодонов была закончена в 1966 году. Известно, что у человека закодировано лишь 20 аминокислот, входящих в состав ДНК.

Реакции превращения аминокислот

Реакции превращения аминокислот могут быть связаны как с изменением качественного состава, путем присоединения или отщепления определенных атомов, так и с изменением пространственной структуры, что приводит к изменению качеств полученного вещества. Этот процесс называют рацемизацией, что позволяет получить из L-аминокислот D — аминокислоты, которые представлены пространственно-зеркальными молекулами. Примером изменения свойств полученных элементов может служить аминокислота аланин, L-форма которой имеет горький вкус, в то время как D-аланин имеет сладкий.

Реакции и свойства аминокислот зависят от формулы молекул и определяются:

• аминогруппой (-NH2);
• карбоксигруппой (-COOH);
• радикалом (R).

Однако, самым главным биологическим свойством аминокислот является участие в образовании пептидной связи при образовании белковых молекул.

Жизнедеятельность человека тесно сопряжена с процессами анаболизма и катаболизма.

При анаболизме

Анаболизмом называют совокупность биохимических процессов, во время которых происходит формирование и обновление тканей, клеток и различных соединений. Примером реакций анаболизма также может образование новых белков, гормонов, жира и гликогена.

Наиболее важная роль анаболизма в обмене аминокислот – формирование молекул белка. Процессы анаболизма преобладают у детей и молодых людей, что связано с интенсивным развитием организма. Внешне это проявляется увеличением мышечной массы, роста, силы.

При катаболизме

Катаболизмом называют совокупность процессов, в основе которых лежит разрушение соединений. Примером катаболизма может служить процесс окисления, сопровождающийся выбросом энергии, а также множество реакций, в результате которых из одного сложного вещества получается несколько простых.

На катаболизм белкового обмена оказывают влияние глюкокортикоиды (гормоны надпочечников), под влиянием которых происходит распад белков на аминокислоты, в то время как в углеводном обмене преобладают процессы анаболизма, что приводит к образованию гликогена и жиров.

Также, в условиях недостатка энергии, получаемой при распаде жиров или углеводов, белки могут быть затрачены на синтез АТФ. Аминокислоты при распаде выделяют соединения азота, которые в форме аммиака могут оказывать токсической эффект на нервную систему.

В зависимости от продуктов разложения аминокислот, выделяют:

• глюкогенные (глицин, аланин, валин, пролин, серин, треонин, цистеин, метионин, аспартат, аспарагин, глутамат, глутамин, аргинин, гистидин);
• кетогенные (лейцин, лизин);
• глюко-кетогенные (изолейцин, фенилаланин, тирозин, триптофан).

Глюкогенные

При деградации глюкогенных аминокислот не наблюдается повышения уровня кетоновых тел, в то время как полученные метаболиты (пируват, а-кетоглутарат, сукцинил – КоА, фумарат, оксалоацетат) принимают активное участие в глюконеогенезе.

Кетогенные

Продуктами деградации кетогенных аминокислот являются ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА, при которых отмечается повышение уровня кетоновы тел. В дальнейшем происходит их превращение в жировые соединения.

Глюко-кетогенные

При распаде глюко-кетогенных соединений происходит образование в равной степени соединений обоих видов.

Аминокислоты и химия

Изучением свойств аминокислот занимается химия – область знаний о веществах, их строении, составе, превращениях. Благодаря этой науке аминокислоты были не только открыты, но и изучены их основные свойства.

Аминокислоты и химия тесно связаны в индустрии. Наибольшее применение они нашли в пищевой промышленности, где они широко применяются в как добавки к пище животных (как правило, подразумеваются незаменимые аминокислоты, необходимые для роста и развития живых существ).

Также в пищевой промышленности аминокислоты широко используют в качестве вкусовых добавок. Так, глутамат обладает свойством усиливать вкус, в то время как аспартам используется как низкокалорийный подсластитель.

Значительные успехи в решении проблем сельского хозяйства также обеспечила химия. Аминокислоты обладают хелатирующей способностью (связывать металлы с формированием сложных комплексов), что применяется для облегчения доставки минералов в растения и предотвращения хлороза – болезни растений, связанной с нарушением процессов фотосинтеза из-за снижения содержания хлорофилла в листьях.

В индустрии широко используются аминокислоты в составе лекарственных и косметических средств. Наибольшее распространение получили 5-гидрокситриптофан, используемый для экспериментального лечения депрессии, L-дигидроксифенилаланин для лечения болезни Паркинсона, и множество других препаратов.

В последнее время все более широкое распространение получают исследования, связанные со снижением загрязнения окружающей среды. В связи с этим все больший интерес вызывает применение биодеградируемых промышленных материалов – например, пластмасс, применение которых может существенно улучшить экологическую обстановку.

Формула молекул аминокислот

Формула молекул аминокислот представлена H2NCHRCOOH и является главной чертой этих органических соединений. Если же происходит изменение структуры, при котором ликвидируются аминогруппа или карбоксигруппа, то меняется класс соединения, и его уже нельзя считать аминокислотой.

В то же время, если меняется радикал (R), то формула молекул аминокислот остается неизменной. В связи с чем класс соединений сохраняется, но могут существенно поменяться химические свойства, связанные с характеристиками конкретного радикала (гидро- или липофильный, положительно или отрицательно заряженный).

Как соединяются аминокислоты в молекуле белка

Главной в организме живых существ биологической функцией аминокислот является формирование молекул белка, что у эукариотов осуществляется благодаря процессам транскрипции и трансляции. Процессы, сопряженные с белковосинтетической функцией, могут наблюдаться как в процессе роста организма, осуществляя пластические функции, так и возникать в ответ на внешние или внутренние изменения.

Включение аминокислот в состав молекулы белка осуществляется на рибосомах, благодаря трансляции. Этот процесс включает доставку и соединение аминокислот между собой посредством образования пептидной связи после реакции транспептидации, что сопровождается переходом ГТФ в ГДФ (потерей одной фосфатной связи).

Пептидная связь, соединяющая аминокислоты в молекуле белка, возникает при взаимодействии альфа – аминогруппы (—NH2) одной аминокислоты с альфа-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты. Побочными продуктами этой реакции также становится выделение воды. Порядок аминокислот и их количество в белках определяет их свойства.

Для определения наличия пептидной связи можно провести биуретовую реакцию.

Свойства аминокислот

Свойства аминокислот, в зависимости от состава радикала, могут широко варьироваться. Это сказывается не только на характеристиках аминокислот, но и на структуре и биологических функциях белка. В зависимости от интересующих качеств, выделяют физические и химические свойства.

Так, согласно имеющимся данным в химии, аминокислоты – кристаллические вещества, которые имеют высокую растворимость в воде и плохо – в органических растворителях. Также для этих веществ характерна высокая температура плавления и, в большинстве случаев, сладкий вкус. Как правило, физические характеристики интересуют людей для использовании аминокислот в производстве.

Более высокое значение имеют химические свойства аминокислот. Как известно, аминогруппы обладают основными свойствами, тогда как карбоксигруппы обладают кислотными. В соответствии с соотношением этих групп в составе радикалов, аминокислоты разделяются на:

• нейтральные (как правило, при алифатических радикалах);
• кислые (преобладают карбоксигруппы) – аспарагиновая и глутаминовая кислоты;
• основные (преобладают аминогруппы) – аргинин, гистидин и лизин.

Также, как правило, аминокислоты участвуют в реакциях, связанных с амино- и карбоксигруппами.

К реакциям с аминогруппой относят:

• взаимодействие с кислотами, из-за чего происходит образование солей аммония;

К реакциям с карбоксигруппой относят:

• образование солей при взаимодействии с щелочами;
• образование сложных эфиров при взаимодействии со спиртами.

Также, в печени может происходить реакция дезаминирования, что приводит к образованию аммиака и жирных, окси- или кетокислот. Также возможно трансаминирование – реакция, при которой происходит перенос атома азота без образования аммиака.

Также, в связи с наличием карбоксигруппы, возможна реакция декарбоксилирования, при которой образуются углекислый газ и амин.

Классы аминокислот

Можно выделить классы аминокислот по:

• особенностям радикалов;
• направлениям биосинтеза;
• возможности к самовоспроизведению в организме.

По составу аминокислот

В зависимости от строения радикала, выделяют классы аминокислот:

• по полярности (полярные, неполярные и ароматические);
• по хиральности (L- и D-стереоизомеры);
• по кислотности (нейтральные, кислые, основные).

Аминокислоты, содержащие радикалы

Большинство аминокислот, относят к содержащим радикалы. Исключением является глицин, формула которого NH2CH2COOH.

В зависимости от состава радикала аминокислот, определяющего способность к взаимодействию с водой, выделяют:

• неполярные;
• полярные;
• ароматические;
• с имеющими отрицательный заряд R-группами;
• с имеющими положительный заряд R-группами.

К неполярным можно отнести:

• глицин (вместо радикала – атом водорода);
• аланин;
• валин;
• изолейцин;
• лейцин;
• пролин.

К полярным (при рН=7 заряд молекул является нейтральными) относят:

• серин;
• треонин;
• цистеин;
• метионин;
• аспарагин;
• глутамин.

К ароматическим (которые имеют в составе ароматическое кольцо, относят):

• фенилаланин;
• триптофан;
• тирозин.

Аминокислоты, содержащие в составе отрицательно заряженную R-группу, представлены:

• аспарагиновой кислотой;
• глутаминовой кислотой.

Аминокислоты, содержащие в составе положительно заряженные R-группы, представлены:

• лизином;
• аргинином;
• гистидином.

По функциональным группам

По функциональным особенностям радикала можно выделить классы аминокислот:

• алифатические (моноаминомонокарбоновые, оксимоноаминокарбоновые, моноаминодикарбоновые, амиды моноаминокарбоновых, диаминомонокарбоновые, серосодержащие);
• ароматические;
• гетероциклические;
• иминокислоты.

По способности организма осуществлять синтез аминокислот

В зависимости от возможностей организма к самостоятельному синтезу аминокислот, их подразделяют на:

• незаменимые;
• заменимые.

Незаменимые аминокислоты

Незаменимые аминокислоты у организма нет возможности воспроизводить самостоятельно (как правило, из-за отсутствия необходимых ферментов), из-за чего требуется их регулярное поступление с едой. Однако и у подразделения на заменимые и незаменимые существуют особенности. Так, для синтеза тирозина, который в большинстве случаев принято считать заменимым соединением, необходимо достаточное количество фенилаланина. У людей с фенилкетонурией тирозин в норме не синтезируется в необходимом количестве, что обусловлено побочными эффектами при достаточном количестве субстрата.

Также к относительно незаменимым аминокислотам следует отнести аргинин и гистидин, возможности к продукции которых у организма человека ограничены.

Практически у всех млекопитающих класс незаменимых аминокислот, синтез которых затруднен ввиду биологических особенностей тела, представлен:

• валином;
• изолейцином;
• лейцином;
• треонином;
• метионином;
• лизином;
• фенилаланином;
• триптофаном.

Заменимые аминокислоты

В ДНК имеется информация о 20 аминокислотах в форме кодонов. Их расшифровка происходит на рибосомах (когда происходит синтез белков). Восемь аминокислот являются незаменимыми, и двенадцать – заменимыми. Как правило, заменимые аминокислоты имеют возможность формироваться несколькими путями, путем нескольких превращений из одних и тех же соединений, что позволяет их разделить на семейства:

• аспартата (из которого осуществляется синтез аспартата, аспарагина, треонина, изолейцина, метионина);
• глутамата (из которого осуществляется синтез глутамата, глутамина, аргинина. пролина);
• пирувата (из которого осуществляется синтез аланина, валина, лейцина);
• серина (из которого осуществляется синтез серина, цистеина, глицина);
• пентозы (из которой осуществляется синтез гистидина, фенилаланина, тирозина, триптофана).

Как получить аминокислоты при питании

Человеку важно получать при питании аминокислоты как заменимые, так и незаменимые, потому что их дефицит может вызывать тяжелые для здоровья осложнения. После употребления пищи, пережевывания и воздействия на нее пищеварительных ферментов в желудочно-кишечном тракте, в кишечнике происходит всасывание доступных для усвоения простых веществ – аминокислот, моносахаридов, моноглицеридов и жирных кислот, после чего они попадают в кровь и доставляются в печень, где подвергаются преобразованиям.

Там они расходуются на:

• пластические процессы, цель которых – образование новых тканей;
• образование запасных веществ (гликогена, жиров);
• сжигание полученной при переваривании глюкозы (после доставки в ткани с кровью) с получением энергии.

В зависимости от содержащихся в пище аминокислот, выделяют белки:

• нативные – являются полноценными, из-за того, что содержат полный комплект из двадцати аминокислот. К еде, содержащей эти белки, относят мясо,рыбу, морепродукты, птицу, яйца и сыр;
• не нативные – не являются полноценными, потому что не имеют все 20 нужных для полноценной жизни человека аминокислот. Эти соединения преобладают в продукта: соевых, бобовых, орехах, ряде круп и овощей.

Особое внимание заслуживают бобовые (фасоль, чечевица, горох) и продукты с содержанием сои (заменители мяса), которые близки по составу к белкам животного происхождения, так как включают в свой состав практически все необходимые вещества, особенно аминокислоты. У большинства бобовых и соевых продуктов недостает ряда аминокислот (наиболее часто это метионин и цистеин), поэтому нужно учитывать этот факт и воздерживаться от длительного однообразного питания.

Живые существа испытывают нужду в незаменимых аминокислотах, наиболее полное количество которых наблюдается в нативных белках. Здоровому взрослому человеку требуется употребление всех незаменимых аминокислот, объём которых в употребляемой пище должен составлять порядка 20% (что составляет более 20 грамм, если суточная норма белка 95-110 грамм). У детей, в связи с повышенными потребностями в нативном белке, его доля в рационе должна возрастать.

Существенное влияние на поступление в организм белков, получаемых с пищей, оказывает частое посещение ресторанов быстрого питания. Как правило, продукты, применяемые в таких заведениях, характеризуются большим количеством легкоусваиваемых углеводов и жиров при низкой доле белков.

При длительном неправильном питании у людей возникают жалобы на:

• ухудшение аппетита;
• задержку в развитии;
• боли в правом боку, связанные с нарушением печеночных функций;
• ухудшение состояния кожи и волос;
• ломкость ногтей;
• слабость в мышцах.

В группу риска белковой недостаточности входят вегетарианцы, поэтому им рекомендуется употребление:

• фасоли, гороха и других представителей семейства бобовых;
• орехов и семян;
• продуктов, с высоким содержанием растительного белка;
• молочных продуктов и яиц.

Как определить аминокислоты методом высокоэффективной жидкостной хроматографии

Существуют методы, которые позволяют определить аминокислоты без использования высокотехнологичного оборудования. Так, разработано значительное количество качественных реакций, позволяющих определить наличие или отсутствие определенных аминокислот в молекулах белка на основе их радикалов. Наиболее частыми реакциями, позволяющими определить аминокислоты являются:

• Миллона – при наличии тирозина окраска становится красной;
• Ксантопротеиновая – при наличии фенилаланина или тирозина окраска становится желтой;
• Гопкинса-Коула – при наличии триптофана появляется фиолетовый оттенок;
• Эрлиха – при наличии триптофана окраска становится синей;
• Сакагучи – при наличии аргинина наблюдается красный оттенок;
• Нитропруссидная – при наличии аргинина возникает красный цвет;
• Салливена – используется для определения цистеина, при котором наблюдается красный оттенок;
• Паули – при наличии гистидина и тирозина цвет становится красным.

Гораздо более эффективным методом, позволяющим определить аминокислоты в пище является высокоэффективная жидкостная хроматография – метод, в основе которого лежит разделение сложных веществ на простые. Для этого процесса применяется высокое давление и мелкозернистые сорбенты. После получения простых веществ осуществляется их анализ обычными или физико-химическими методами на предмет идентификации соединений.

Ее проведение имеет смысл для определения аминокислот в:

• растительном сырье;
• биологически активных добавках;
• кормовых добавках (для кормления скота);
• лекарственных средствах;
• спортивном питании.

Косвенно определить обмен аминокислот в организме можно по состоянию азотистого баланса. В основе этого исследования лежит оценка соответствия между количеством азота, поглощенным и выведенным из организма. Интерес к азоту обусловлен тем, что главный источник этого вещества – аминокислоты. За сутки в норме организм взрослого человека выделяет порядка 14-17 грамм, что соответствует 100 граммам белка. Если же отмечается выраженный отрицательный азотистый баланс, то это говорит о серьезном недостатке белкового обмена, в результате чего происходит деструкция белков сформированных тканей.

Из каких веществ всасываются аминокислоты при питании

Как правило, главным источником аминокислот являются белки. Из-за этого, пока они содержатся в составе еды, симптомов недостатка аминокислот не определяется.

Так, к продуктам, содержащим значительное количество нативного белка, относят:

• рыбу (до 21 грамма на 100 грамм массы продукта);
• цыпленка (до 21 грамма на 100 грамм массы продукта);
• говядину (до 21 грамма на 100 грамм массы продукта);
• молоко (до 8 грамма на 100 грамм массы продукта);
• тофу (до 15 грамм на 100 грамм массы продукта);
• белковые йогурты (до 8 грамм на 100 грамм массы продукта);
• сыр (до 21 грамма на 100 грамм массы продукта);
• яйца (до 13 грамм на 100 грамм массы продукта).

Необходимость приема аминокислот для синтеза белков при занятиях спортом

В современном мире интерес людей к спорту получает все большее распространение. Как правило, основная масса направлений в этой области представлена подвижными увлечениями, к которым относят занятия:

• баскетболом;
• волейболом;
• футболом;
• бадминтоном;
• гандболом;
• регби;
• теннисом;
• хоккеем;
• плаванием.

В связи с тем, что возрастают физические нагрузки, организм человека адаптируется путем гипертрофии мышечной ткани, что осуществляется синтезом новых белков. Аминокислоты являются тем компонентом, высокое содержание которого необходимо для адекватного восстановления функции мышц.

Однако, наряду с повышением потребностей мышц в аминокислотах, также отмечается локальное уменьшение гликогена – вещества, которое формируется как источник для быстрого получения большого количества энергии. Запасы гликогена имеются во многих тканях что существенно повышает эффективность работы клеток нервной и мышечной систем организма. Для восполнения запасов гликогена требуется значительное количество глюкозы.

Для полноценного удовлетворения нужд организма при занятиях спортом, требуется употребление:

• белков;
• жиров;
• углеводов;
• витаминов.

Если же будет возникать дефицит жиров и углеводов, энергия от окисления которых запасается в форме АТФ и расходуется на нужды организма, будет происходить деградация белков, из-за чего тренировок не только не будет пользы, но и может наблюдаться вред.

Потребности в аминокислотах существенно отличаются у обычного взрослого человека и у людей, регулярно занимающихся спортом. Как правило, согласно рекомендациям Американского колледжа спортивной медицины и Академии питания и диет, атлетам в день тренировки и на следующие сутки требуется употреблять от 1,2 до 2 грамм белка на килограмм тела.

Также, в зависимости от рода занятий, разработаны рекомендации по потребности в протеинах:

• у среднего человека суточная нужда в белках составляет 0,8 грамм на 1 килограмм массы тела;
• у человека, физические нагрузки которого носят интенсивный, взрывной характер, суточная потребность в белках составляет от 1,4 до 1,8 грамм на 1 килограмм массы тела;
• у человека, физические нагрузки которого носят продолжительный характер и направлены на выносливость, потребность в белках составляет от 1,2 до 1,4 грамм на 1 килограмм массы тела в сутки.

Для удовлетворения этих нужд, в большинстве случаев требуется составление и соблюдение диеты, позволяющей получать все необходимые аминокислоты при питании.

Таким образом, при занятиях спортом рекомендуется принимать:

• куриное филе, яичный белок, говяжье мясо (для удовлетворения потребностей в белках);
• овсянку, коричневый рис, овощи (для удовлетворения потребностей в углеводах);
• орехи, оливковое масло, арахисовое масло (для удовлетворения потребностей в жирах).

Из чего состоят пищевые добавки с содержанием аминокислот

Также, в современном мире большое распространение получили пищевые добавки, которые содержат набор аминокислот, углеводов, минералов и ряда других веществ. Как правило, их принимают спортсмены, занимающиеся силовыми видами спорта и бодибилдеры, цель которых – быстро набрать мышечную массу.

Прием этих добавок весьма привлекателен для большинства людей, однако может иметь ряд существенных недостатков. Так, существует высокая вероятность натолкнуться на подделку, в которых содержание необходимых для организма веществ может быть крайне мало. Довольно часто встречаются смеси, содержащие избыток углеводов, из-за чего может произойти выброс слишком большого количества инсулина. Это становится причиной повышенного синтеза жиров из глюкозы и их отложения в тканях организма.

Кроме того, часто производители экономят на производстве пищевых добавок, из-за чего содержание омега – 3 – полиненасыщенных жирных кислот, требуемых для более эффективной работы мышц и центральной нервной системы, может быть очень низким.

В связи с этим, не стоит испытывать большие надежды в отношении белковых добавок, однако даже при их приеме, основной упор в удовлетворении нужд организма в питательных веществах, следует делать на питание естественной пищей.