Metabolizam aminokiselina

Aminokiseline su „gradivni blokovi“ proteina. Proteini, prema grckoj reci „od primarnog znacaja“, grade citav niz telesnih struktura. Primeri ovih struktura ukljucuju hormone, enzime i mišicno tkivo.

Primarna funkcija proteina je rast i obnavljanje telesnih tkiva (anabolizam). Proteini se takode mogu koristiti i kao energija putem katabolickih (raspadanje tkiva) reakcija poput  glukoneogeneze , procesa koji stvara glukozu iz aminokiselina, laktata, glicerola ili piruvata u jetri ili bubrezima.

Naše trenutno ispitivanje proteina i aminokiselina ce pokriti metabolizam proteina koje unosimo ishranom, ali i katabolicke situacije u telu. Da bi pre svega mogli razumeti njihov metabolizam i telesni put, neophodno je upoznati njihovu molekularnu strukturu. Zato krenimo.

Struktura proteina i aminokiselina

Proteini su sastavljeni od ugljenika, vodonika, kiseonika i najvažnije, od azota. Proteini takode mogu sadržavati i sumpor, kobalt, železo i fosfor. Ovi elementi grade „gradivne blokove“ proteina koje nazivamo aminokiselinama. Proteinski molekul grade dugi lanci aminokiselina vezanih jedni za druge preko amino veza  ili peptida.

Hrana (proteini) koju jedemo sadrži razlicite aminokiseline zavisno o vrstama prisutnih aminokiselina. Kombinacije aminokiselina i njihovih veza su prakticno bezbrojne, ali upravo ta kombinacija otkriva pravu vrednost proteina.

Baš kao što kombinacija aminokiselina definiše proteinsku vrednost, tako i struktura individualnih aminokiselina odreduje njihovu funkciju u telu. Aminokiselina je sastavljena od centralnog atoma ugljenika, pozitivno nabijene amino grupe (NH2) na jednom kraju i negativno nabijene karboksilne grupe na drugom (COOH). Postoji još jedna grupa, takozvana R grupa ili bocni lanac, koja odreduje funkciju pojedine aminokiseline. Bocni lanac varira medju razlicitim aminokiselinama.

Našem je telu potrebno 20 razlicitih aminokiselina. Ove aminokiseline se mogu podeliti na još mnogo skupina zavisno o njihovim fizickim karakteristikama. Za svrhu našeg clanka, podelit cemo ih u dve osnovne skupine:

Esencijalne aminokiseline (EA)

Neesencijalne aminokiseline (NEA)

EA moramo uneti ishranom zato što ih telo ne može sintetizovati u dovoljnoj meri koja mu je potrebna. NEA nisu neesencijalne, ili nebitne kako bi možda neko pomislio, nego su to aminokiseline koje telo može samo sintetizovati iz drugih proteina ili neproteinskih nutrijenata, tako da nikako nisu manje važne od EA.

Esencijalne aminokiseline                      Neesencijalne aminokiseline

Histidin                                                   Alanin

Izoleucin                                                Arginin

Leucin                                                   Asparticna kiselina

Lizin                                                      Cistein

Metionin                                                Cistin

Fenilalanin                                            Glutamicna aminokiselina

Triptofan                                               Glutamin

Valin                                                      Glicin

Prolin

Serin

Treonin

tirozin

Hrana, odnosno proteini koji sadrže sve potrebne esencijalne aminokiseline, smatramo kompletnim proteinima. Hranu koja ne sadrži sve EA držimo kao nepotpunu, nekompletnu. Kombinacija dva ili više nepotpunih proteina može dati i potpuni protein, naravno, samo onda kada se poklopi da im ne nedostaje niti jedna EA.

Unos i varenje

Proteini iz hrane najpre moraju biti razloženi na fragmente peptida. Ovo se razlaganje obavlja u želucu, enzimom pepsinom, i u tankom crevu, enzimima kimotripsinom i tripsinom (pankreatski enzimi).

Ovi se fragmenti peptida sada moraju razložiti na slobodne aminokiseline (nisu povezane s drugim aminokiselinama). Ovaj proces obavljaju aminopeptidi, smešteni u epitelnim celijama tankog creva, i karboksipeptidi iz pankreasa, odnosno gušterace.

Protein -> Peptidni fragmenti -> Slobodne aminokiseline

Tako novonastale slobodne aminokiseline ulaze u epitelne celije preko sekundarno aktivnog transporta u paru s natrijumom. Kratki lanci aminokiselina, di- ili tripeptidi, apsorbuju se preko sekundarno aktivnog transporta u paru s gradijentom jona vodonika (H+).

Ovo su razliciti transporteri za specificne aminokiseline. Jednom kada se nadju u epitelnim celijama, ovi se mali peptidi hidrolizuju (razlažu) na aminokiseline. Oba tipa apsorpcije zahtevaju ATP. Nakon toga olakšanom difuzijom ulaze u krvotok, a iz krvotoka preko celiske membrane u celiju.

Ove aminokiseline u krvi i izvan celiske tecnosti cine veliku grupu zvanu bazenom aminokiselina. Ovaj bazen takode sadrži aminokiseline katabolizovane iz drugih tkiva i onih proizvedenih u jetri. Aminokiseline konstantno ulaze i izlaze iz ovoga bazena.

Apsorbirane aminokiseline ulaze na jedno od dva mesta, jetru ili celiju. One koje ulaze u jetru , bit ce upotrebljene za sintezu proteina ili pretvaranje u ketokiseline, posrednike nalik ugljenim hidratima, procesom deaminacije.

Šta je ATP? 

Nukleotid, C10H16N5O13P3, koji sadrži visoko energetske fosfatne veze  kojima se energija prenosi do celija za obavljanja biomehanickih procesa, ukljucujuci mišicnu kontrakciju i enzimatski metabolizam.

Adenozin-trifosfat zovemo "univerzalni energetski novac". ATP služi za deponovanje i transport energije unutar celije. Koristi se npr. za aktivni prenos kroz celisku membranu, za sintezu spojeva u celiji, mehanicki rad i sl. Energija ATPa oslobada se razgradnjom ATP u ADP(adenozin-difosfat) tako što se zadnji fosfatni molekul oslobodi i time oslobodi energiju skladištenu u energetski bogatoj fosfatnoj vezi, koja na jedan mol ATPa skladišti oko 50kJ(12kcal).

Deaminacija

Buduci da telo ne može primiti iskoristivu energiju iz azota u aminokiselinama, azot mora biti uklonjen pre ugljenikovog kostura. Tu se mogu iskoristiti ketokiseline. Deaminacija ukljucuje uklanjanje amino grupe iz aminokiselina. Azot iz ovih amino grupa je prenosnik glutamatu, koji se sada može otpustiti kao amonijak u reakciji dehidrogeneze glutamata.

Ovaj se uklonjeni azot koristi za gradjenje uree u jetri, koja se šalje bubrezima na ekstrakciju.Krebsov ciklus Preostale -ketoaminokiseline mogu osigurati energiju jetri tako da se katabolizuju u Krebsovom ciklusu, gde se koriste za stvaranje glukoze putem glukoneogeneze, ili za sintezu masti pružajuci acetil-CoA (substrat za sintezu masnih kiselina). Oni se takode mogu pretvoriti u novu aminokiselinu transaminazom.

Šta je Krebsov ciklus?

Kod svih biljaka i životinja, u celijama mitohondrija se odvija serija enzimatskih reakcija, kojima se proizvode visoko energetske fosfatne komponente  koje su izvor ćelijne energije. 

Transaminaza 

Transaminaza podrazumeva prenos amino grupe drugim -ketokiselinama. Vecina reakcija transaminaze ukljucuje prenos jedne amino grupe ka-ketoglutaratu, formirajuci na taj nacin novu ketokiselinu i glutamat.

Važna reakcija transaminaze ukljucuje razgranati lanac aminokiselina (BCAA), koje se primarno nalaze u mišicima. U ovoj reakciji, amino grupa iz BCAA se uklanja i prenosi-ketoglutaratu, koji gradi razgranati lanac keto kiselina (BCKA) i glutaminsku kiselinu (glutamat).

Amino grupa na glutaminskoj kiselini se tada prenosi piruvatu, koji stvara –ketoglutarat i alanin. Alanin se šalje iz mišica u jetru, gde se amino grupa uklanja i prenosi oksaloacetatu, gde ponovno nastaje -ketoglutarat i piruvat.

Ovaj piruvat, koji se sada nalazi u jetri, može se iskoristiti za stvaranje glukoze. Ovo se naziva ciklus glukoza-alanin. Za vreme vežbanja, ovaj se proces ubrzava. Da bi udovoljili zahtevima vežbanja, mišicni protein se mora razložiti kako bi dostavio potrebne BCAA za ciklus glukoza-alanin. Ovo je primer prometa proteina.

Proteinski promet i azotna ravnoteža

Aminokiseline koje udju u celije koriste se za sintezu proteina. Sve celije zahtevaju konstantno snabdevanje proteinima jer proteini neprestano kruže, odnosno prometuju. Proteinski promet je sastavljen od dva dela: proteinska sinteza i proteinski raspad.

Proteinski promet ->Proteinska sinteza (anabolizam) – Proteinski raspad (katabolizam)

Najveca kolicina telesnih proteina se nalazi u obliku mišica. Kada se ne zadovolje proteinske potrebe, mišici se pocinju razlagati na aminokiseline, koje se tada šalju u bazen aminokiselina iz kojeg se iskorištavaju prema potrebama. Ukoliko se razloži više proteina nego ih je sintetizovano, telo gubi proteine.

U obrnutom slucaju, kada ih je više sintetizovano nego uništeno, telo ne gubi proteine nego ih koristi u odredene svrhe. Bez dovoljnog unosa proteina (slaba ishrana), covek ukoliko ne zadovolji potrebe proteinskog prometa, može vrlo lako i umreti.

Medutim, raspad tkiva u ljudskom organizmu je neizbežan i zato su telu potrebne nove aminokiseline. Proteini iz hrane su naš primarni izvor aminokiselina. Zbog svoje važnosti kao jedni od tri glavna makronutrijenta (ugljeni hidrati, masti i proteini), proteini su jedini koji imaju preporuceni dnevni unos (RDA). Trenutni RDA za odrasle je 0.83 grama proteina po kilogramu telesne težine.

Usprkos raspravi oko RDA i tacno odredenoj kolicini koju bi neko trebao uneti, trebalo bi biti ocito da svako ko vežba povecava kolicinu proteina koju razlaže tako da mora povecati i sam unos proteina kako bi kompenzovao celu stvar.

Setite se, proteinski promet = proteinska sinteza – proteinski raspad. Ako bilo ko želi dobiti na mišicnoj masi, tada proteinski promet mora biti pozitivan, odnosno mora biti u pozitivnoj azotnoj ravnoteži. Termin azotne ravnoteže se koristi kao mera azotnog (proteinskog) unosa i ekstrakcije. Slovo N se koristi kao oznaka za azot.

Azotna ravnoteža = Nt (ukupni unos) – Nu (u urinu) – Nf (U izmetu) – Ns (u znoju)

Kada je ova jednacina jednaka nuli, kaže se da je neko u azotnoj ravnoteži. Kada je jednacina veca od nule, telo je u pozitivnoj azotnoj ravnoteži, tako da se koriste dodatni proteini za sintezu novih tkiva.

Kada jednacina biva manja od nule, telo je u negativnoj azotnoj ravnoteži i mora iskoristiti proteine za energiju. To može dovesti do korištenja aminokiselina iz skeletnih mišica.

Telo ne može snabdeti proteine kao masti (adipozno tkivo) ili glukozu (glikogen), koji su vrlo lako dostupni. Bilo koji svareni protein iznad nivoa koji je potreban za održavanje proteinskog prometa, pretvara se u glukozu ili masne kiseline.

Nadalje, telo mora razgraditi funkcionalno tkivo, skeletne mišice, kada energetske potrebe to zahtevaju, odnosno u negativnoj azotnoj ravnoteži. U vecini slucajeva, ovo ne predstavlja neku veliku pretnju jer je proteinski sadržaj u telu odraslog coveka relativno konstantan tako da se prakticno oksidira jednaka kolicina aminokiselina koja se dobije iz prehrambenih izvora.

Medutim, sadržaj proteina kod sportista nije konstantan jer trening uzrokuje razlaganje proteina.

Zbog napornih treninga koje sportisti vrlo cesto moraju proci, mnogi lekari i naucnici preporucuju dnevni unos proteina od 1.2 do 1.8 grama po kilogramu telesne težine.

Još uvek nije razjašnjeno je li kolicina optimalna ili ne tako da ovo pitanje i dalje ostaje otvoreno za raspravu. Neciji proteinski unos bi trebalo odrediti nakon temeljne analize mnogih faktora koji ukljucuju: nacin treninga, njegov intenzitet, trajanje i ucestalost, ukupni kalorijski unos, ciljeve i telesnu kompoziciju.

Kratki pregled i zakljucak 

Aminokiseline = C + NH2 + COOH + R grupa

Varenje – Protein >> Peptidni fragmenti  >> Slobodne aminokiseline

Aminokiseline se mogu upotrebiti za: proteinsku sintezu, proizvodnju energije, glukoneogenezu, transaminaciju, formiranje masti, ili proizvodnju uree.

Proteinski promet = proteinska sinteza (anabolizam) – proteinski raspad (katabolizam)

Azotna ravnoteža = Nt (ukupni unos) – Nu (u urinu) – Nf (U izmetu) – Ns (u znoju) 

Izvor: bodybuilding.com