Aminokwasy – czym są? Rodzaje, rola w organizmie i źródła

Aminokwasy to podstawowe jednostki budulcowe białek. Pierwszy aminokwas został wyizolowany już w 1806 roku ze szparagów, dlatego nazwano go asparagina. Jakie aminokwasy budują ludzki organizm, jaką pełnią rolę, jakie są ich rodzaje i jak je efektywnie uzupełniać z dietą. Zapraszamy do artykułu.

Spis treści:

1. Czym są aminokwasy i jaką pełnią rolę? Budowa i właściwości aminokwasów
2. Podział aminokwasów
3. Aminokwasy endogenne i ich rola w organizmie
   • Endogenne aminokwasy niebiałkowe
4. Aminokwasy egzogenne – ich rola w organizmie i źródła w diecie
   • Aminokwasy egzogenne u niemowląt
   • Aminokwasy egzogenne – selenocystetina, pirolizyna, formylometionia
5. Aminokwasy glukogenne i aminokwasy ketogenne
6. Aminokwasy – jaką pełnią rolę u sportowców?
7. Czy suplementacja aminokwasów ma sens? Podsumowanie

Czym są aminokwasy i jaką pełnią rolę? Budowa i właściwości aminokwasów

Aminokwasy to podstawowe jednostki strukturalne białek. Każdy aminokwas zawiera dwie podstawowe grupy funkcyjne: grupę aminową (-NH₂) oraz grupę karboksylową (-COOH), oprócz tego charakterystyczny podstawnik (R), który determinuje jego właściwości chemiczne i biologiczne.

Rola aminokwasów w organizmie polega na tym, że są m.in.

• podstawowymi składnikami budulcowymi białek
• prekursorami ważnych związków – hormonów, witamin, neuroprzekaźników,
• elementem różnych szlaków metabolicznych.

Podział aminokwasów

Aminokwasy możemy podzielić według kilku kryteriów. Jednym z nich jest to, czy dany aminokwas może być syntetyzowany w organizmie człowieka, czy musi być dostarczany z pożywieniem.

Wyróżniamy:

• aminokwasy egzogenne (niezbędne) – muszą być dostarczane z pożywieniem, ponieważ organizm nie potrafi ich samodzielnie syntetyzować, lub ich synteza jest niewystarczająca.

• aminokwasy endogenne – organizm potrafi je syntetyzować samodzielnie, nie muszą być dostarczane z dietą.

Aminokwasy egzogenne określane są również mianem niezbędnych. Określenie to dotyczy faktu, iż muszą być dostarczone z zewnątrz – są to aminokwasy niezbędne w diecie. Ważne jest aby to właściwie rozumieć, ponieważ ze względu na prawidłowe funkcjonowanie organizmu obydwie grupy aminokwasów są niezbędne.

Aminokwasy endogenne i ich rola w organizmie

• alanina – powstaje w wątrobie człowieka, jest m.in. prekursorem karnozyny i częścią kwasu pantotenowego (witaminy B5),
• asparagina – bierze udział w przemianach cytruliny w argininę, oraz w syntezie puryn i pirymidyn,
• cysteina – jest składnikiem glutationu – najważniejszego systemu antyoksydacyjnego człowieka, warunkuje prawidłową syntezę kolagenu i keratyny (wpływając na stan skóry, włosów i paznokci), bierze udział w syntezie koenzymu A. Cysteina jest aminokwasem siarkowym,
• glicyna – aminokwas będący fundamentem kolagenu,
• glutamina – odgrywa kluczową rolę w metabolizmie azotu, jest ważny w procesie regeneracji mięśni u sportowców. W warunkach zwiększonego zapotrzebowania na glutaminę, takich jak stres, wysiłek fizyczny, choroba, źródłem jego pozyskiwana może być katabolizm mięśni szkieletowych,
• kwas asparaginowy – aminokwas o szerokiej w organizmie roli. Bierze udział w syntezie argininy, puryny i pirymidyn, pobudza wydzielanie hormonu wzrostu (somatotropiny), insuliny i glukagonu,
• kwas glutaminowy – odpowiada za przekazywanie sygnałów w ośrodkowym układzie nerwowym – jest głównym neuroprzekaźnikiem, wykorzystywanym przez około 50% neuronów ośrodkowego układu nerwowego. Sól sodowa kwasu glutaminowego to glutaminian sodu – wzmacniacz smaku E261,
• prolina – powstaje z kwasu glutaminowego i ornityny. Prolina i jej pochodna hydroksyprolina to kluczowe elementy budulcowe kolagenu, jednego z najważniejszych białek organizmu,
• seryna – jest prekursorem syntezy dwóch innych aminokwasów – glicyny i cysteiny, jest nośnikiem kwasu fosforowego (jako fosfoseryna) i bierze udział w fosforylacji białek, jest aminokwasem ważnym dla prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego
• tyrozyna – to wewnątrzkomórkowy przekaźnik oraz aminokwas ważny dla prawidłowego funkcjonowania układu hormonalnego. Jest prekursorem tyroksyny i trójjodotyroniny – hormonów tarczycy, ponadto adrenaliny, noradrenaliny i dopaminy.

Endogenne aminokwasy niebiałkowe

Grupa aminokwasów endogennych zawiera również substancje wytwarzane przez organizm, ale niewchodzące w skład związków budujących białka. Należą do nich:

• beta-alanina,
• cystyna,
• cytrulina,
• homoseryna,
• hydroksylizyna,
• hydroksyprolina,
• karnityna,
• ornityna,
• selenocysteina,
• tauryna oraz GABA – kwas gamma-aminomasłowy – jeden z ważnych neurotransmiterów.

Aminokwasy egzogenne – ich rola w organizmie i źródła w diecie

Aminokwasy egzogenne muszą być dostarczone z dietą, ponieważ w organizmie człowieka nie istnieją szalki metaboliczne prowadzące do ich syntezy. Ponadto człowiek nie potrafi gromadzić tych aminokwasów. Dlatego powinniśmy przyjmować 0,5 – 1 g pełnowartościowego (zawierającego wszystkie niezbędne aminokwasy egzogenne) białka na kilogram masy ciała.

Do grupy tych aminokwasów należą:

• arginina – określana jest również jako aminokwas warunkowo egzogenny, lub względnie endogenny. To oznacza, że może być syntetyzowana w ciele człowieka, lecz poziom tej syntezy zależy od ilości w organizmie jej prekursorów, czyli proliny i kwasu glutaminowego. Bierze udział w przemianach azotu, syntezie mocznika i kreatyniny. W prawidłowo zbilansowanej diecie obecna jest w ilościach zapewniających zapotrzebowanie organizmu, obecna jest we wszystkich białkach (mięso, nasiona, produkty pełnoziarniste, orzechy, soczewica, owoce morza).
• fenyloalanina – odgrywa ważną rolę w wielu procesach biologicznych, szczególnie w produkcji neuroprzekaźników. Zbilansowana dieta zawiera dostateczne ilości tego aminokwasu, zawarty jest w mięsie, rybach, mleku, produktach zbożowych, warzywach strączkowych, nasionach i orzechach.
• histydyna – podobnie jak arginina jest warunkowo egzogenna, jest niezbędna w procesie wzrastania i rozwoju organizmu, w ciele dorosłego człowieka jest prekursorem histaminy, substancji która odgrywa ważną rolę m.in. w procesie trawienia w żołądku.
• izoleucyna – aminokwas obecny w praktycznie każdy białku – białkach zbóż, mleka, mięsa. Aminokwas pomocny w wytwarzaniu hemoglobiny, kontrolowaniu poziomu glukozy, ponadto przyspiesza regenerację uszkodzonych mięśni, wspiera rozwój mięśni i beztłuszczowej masy ciała.
• leucyna – również łatwo dostępna we wszystkich białkach diety, jej izomerem jest izoleucyna.
• lizyna – aminokwas egzogenny ograniczający wartość odżywczą białek roślinnych, ponieważ jest w nich obecny w bardzo małych ilościach, bogate w lizynę są białka zwierzęce. Niedobór lizyny może skutkować zanikiem mięśni i odwapnieniem kości.
• metionina – aminokwas siarkowy będący nośnikiem grup metylowych, w wyniku demetylacji metioniny powstaje homocysteina, której wysokie stężenie postrzegane jest jako marker ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. Niedobór metioniny powoduje osłabienie odporności. Bogatym źródłem tego aminokwasu jest kazeina w mleku oraz białko jaj.
• treonina – niedobór treoniny może skutkować zahamowaniem rozwoju, produkty o dużej zawartości tego aminokwasu to mięso, mleko i przetwory mleczne, ryby, ziarna zbóż, soczewica,
• tryptofan – aminokwas, z którego powstaje serotonina, melatonina oraz witamina PP (kwas nikotynowy). W jelitach tryptofan przerabiany jest przez bakterie z rodzaju Alistipes do indolu – metabolitu, którego zwiększenie poziomu w moczu może świadczyć o wystąpieniu dysbiozy. Tryptofan dostępny jest w mięsie, jajach, rybach, orzechach. Z owoców dobrym źródłem są awokado oraz banany.
• walina – powszechnie dostępny w diecie aminokwas, w białkach zbóż, mięsie, mleku i jajach, niedobory waliny mogą skutkować zaburzeniami koordynacji ruchów, brakiem łaknienia, spadkiem masy ciała.

Aminokwasy egzogenne u niemowląt

U dzieci do aminokwasów bezwzględnie egzogennych, które muszą być dostarczane z dietą należy również:

• arginina,
• histydyna,
• cysteina,
• tyrozyna.

Niemowlęta nie mają dostatecznie rozwiniętych szlaków syntetyzujący te aminokwasy, dlatego są one zawarte w mleku kobiecym.

Aminokwasy egzogenne – selenocystetina, pirolizyna, formylometionia

Lista aminokwasów niezbędnych dla człowieka została uzupełniona o trzy dodatkowe substancje.

• Selenocysteina – określana jako 21 aminokwas, jest składnikiem białek enzymatycznych, biorących udział m.in. w procesach antyoksydacyjnych – przemianach glutationu,
• Pirolizyna – uważana za 22 aminokwas – jego obecność potwierdza się w kale człowieka; źródłem tej substancji są bakterie metanogenne,
• Formylometionina – aminokwas obecny w bakteriach, choć niektóre dane wskazują, że może brać udział w procesach odpornościowych u człowieka.

Aminokwasy glukogenne i aminokwasy ketogenne

Aminokwasy białkowe można również podzielić na aminokwasy glukogenne i ketogenne.

• Aminokwasy glukogenne mogą być wykorzystywane w wątrobie do syntezy glukozy. Należą do nich: alanina, asparagina, arginina, cysteina, glicyna, glutamina, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, metionina, prolina, seryna, treonina, walina.
• Aminokwasy ketogenne mogą być wykorzystane do tworzenia związków ketonowych, takich jak aceton czy kwas beta-hydroksymasłowy. Należą do nich dwa aminokwasy: leucyna, lizyna.
• Aminokwasy glukogenne i ketogenne to grupa związków wyróżnionych ze względu na możliwość przemiany zarówno w glukozę, jak i w związki ketonowe. Należą do nich: fenyloalanina, izoleucyna, tryptofan, tyrozyna.

Aminokwasy – jaką pełnią rolę u sportowców?

Aminokwasy to związki szeroko stosowane przez sportowców, również w postaci suplementów diety. Mają być pomocne w zwiększaniu masy mięśniowej oraz zapobiegać nadmiernemu katabolizmowi białek.

Wśród nich szczególną rolę w sporcie przypisuje się:

• Aminokwasom rozgałęzionym – BCAA (z ang. branched chain aminoacids), do których zaliczamy leucynę, izoleucynę i walinę. Kluczowa dla sportowców jest leucyna, odpowiada za wzrost syntezy białek mięśniowych. Wszystkie trzy aminokwasy rozgałęzione odgrywają również ważną rolę w regeneracji mięśni szkieletowych po wysiłku fizycznym.
• Glutaminie – uważana jest za aminokwas warunkowo niezbędny dla osób obciążonych wysiłkiem fizycznym. Jest składnikiem białek mięśniowych. Uważa się, że może ograniczać przemęczenie wśród sportowców.
• Argininie – składnik białek mięśniowych, ale również prekursor syntezy tlenku azotu. Dzięki temu uczestniczy w rozszerzaniu naczyń krwionośnych, wspomaga ukrwienie mięśni. Promuje transport tlenu i składników odżywczych oraz usuwanie składników przemiany materii.
• Beta-alaninie – aminokwas wykorzystywany przez sportowców z uwagi na uczestnictwo w regulacji równowagi kwasowo-zasadowej oraz jego istotne znaczenie w wysiłku anaerobowym. Chętnie spożywany jako suplement, u wielu osób powoduje działania niepożądane w postaci mrowienia w skórze.
• Cytrulinie i ornitynie – aminokwasy uczestniczące w cyklu mocznikowym. Mogą mieć znaczenie w redukcji powysiłkowego zmęczenia.
• Sarkozynie – aminokwas niebiałkowy, metabolizowany w organizmie do glicyny, a w przemyśle używany do produkcji kreatyny – najpopularniejszego suplementu sportowego.
• Hydroksyprolinie – dzięki uczestnictwie w budowie kolagenu.
• GABA – kwas gamma-aminomasłowy – neuroprzekaźnik, uznawany w sporcie jako suplement mający wspomagać regenerację powysiłkową.

Czy suplementacja aminokwasów ma sens ? Podsumowanie

Najlepszym źródłem wszystkich aminokwasów w optymalnych ilościach jest zbilansowana dieta. Aminokwasy są elementem budulcowym białek oraz pełnią wiele ról fizjologicznych. Dostarczanie jednego aminokwasu, wybranego ze względu na problem, często nie ma przełożenia na efekt kliniczny.

Przykładowo badania wskazują, iż dodatkowa suplementacja proliny, która jest podstawowym elementem budulcowym kolagenu, nie zwiększa syntezy tego białka w organizmie człowieka, pomimo faktu, iż nasza wiedza wskazuje iż tak się powinno dziać.

Jest to kolejny dowód na to, iż organizm człowieka jest złożony i niestety dołożenie jednego elementu, np. w postaci zwiększonego dostarczania wybranego aminokwasu, nie gwarantuje założonego przez nas skutku.

>> Więcej o suplementach i ich jakości znajdziesz w artykule: Czym są suplementy diety i czym się różnią od leków?

Dlatego dla osób bez niedoborów, funkcjonujących w warunkach przeciętnego zapotrzebowania na składniki odżywcze, najlepszym sposobem na dostarczenie wszystkich niezbędnych aminokwasów, jest prawidłowo zbilansowana dieta i odpowiednia podaż białka.

Bibliografia

1. Cięszczyk P., Biochemia sportowa, PZWL, Warszawa 2023
2. Gertig H., Przysławski J., Bromatologia. Zarys nauki o żywności i żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2015
3. Pagacz J., Polaczek J., Synteza pochodnych kwasu asparaginowego. https://repozytorium.biblos.pk.edu.pl/redo/resources/34258/file/suwFiles/PagaczJ_SyntezaPochodnych.pdf
4. Permoda-Osip A., Rybakowski J., Koncepcja glutaminergiczna chorób afektywnych, Psychiatria Polska, 6/2011
5. Barbul A. Proline precursors to sustain Mammalian collagen synthesis. J Nutr. 2008 Oct;138(10):2021S-2024S. doi: 10.1093/jn/138.10.2021S. PMID: 18806118
6. Metcalf JS, Dunlop RA, Powell JT, Banack SA, Cox PA. L-Serine: a Naturally-Occurring Amino Acid with Therapeutic Potential. Neurotox Res. 2018 Jan;33(1):213-221. doi: 10.1007/s12640-017-9814-x. Epub 2017 Sep 19. PMID: 28929385.
7. https://www.urmc.rochester.edu/encyclopedia/content.aspx?contenttypeid=19&contentid=Isoleucine
8. https://sklep.alablaboratoria.pl/centrum-wiedzy/badanie-organix-gastro-jak-czytac-wyniki/