Aminokwasy i ich różnorodność, klasyfikacja, działanie oraz znaczenie w organizmie

Z chemicznego punktu widzenia, aminokwasy są rozległą grupą substancji organicznych, które charakteryzują się wspólnym występowaniem co najmniej jednej zasadowej grupy aminowej i jednej grupy kwasowej hydroksylowej w cząsteczce. Z tego powodu aminokwasy są zaliczane do grupy związków amfolitów, które zachowują się jednocześnie jak kwasy i zasady. Aminokwasy pełnią rolę podstawowych budulców niemalże wszystkich struktur białkowych. Okazuje się jednak, że tylko 20 spośród poznanych do tej pory 300 aminokwasów spełnia funkcję budulcową w organizmie. Nazywa się je aminokwasami białkowymi. Większość z tej grupy, prócz proliny, należą do alfa-aminokwasów. Oprócz aminokwasów białkowych istnieją także niebiałkowe, które również spełniają istotne funkcje fizjologiczne. Przykładem aminokwasu niebiałkowego jest beta-alanina, która wchodzi w skład silnego przeciwutleniacza - koenzymu A. Poniżej przedstawiona jest ogólna struktura chemiczna alfa-, beta- i gamma-aminokwasów. Źródło: Hames H. , Biochemia. Krótkie wykłady, Warszawa 2007. Ze względu na swoją budowę chemiczną przypominającą budowę soli, aminokwasy są substancjami krystalicznymi barwy białej. Temperatura topnienia aminokwasów jest bardzo wysoka. Wszystkie aminokwasy rozpuszczają się dobrze w wodzie, a prolina jest szczególnie dobrze rozpuszczalna.

Kryteria klasyfikacji aminokwasów są bardzo zróżnicowane, tak jak cała grupa. W ramach tej grupy można wyróżnić różne podziały, ale najważniejszy z nich dotyczy podziału aminokwasów białkowych pierwszorzędowych na endogenne i egzogenne (podział ten dotyczy większości kręgowców, u roślin nie ma takiego podziału): – aminokwasy endogenne to te, które organizm ludzki może samodzielnie wytwarzać, bez konieczności pobierania ich ze źródeł pokarmowych. W skład aminokwasów endogennych wchodzą: alanina, asparagina, cysteina, glicyna, glutamina, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, prolina, seryna, tyrozyna, cystyna, cytrulina, homoseryna, hydroksylizyna, hydroksyprolina, karnityna, kwas gamma-aminomasłowy, ornityna i tauryna; – aminokwasy egzogenne to takie, których ludzki organizm nie może samodzielnie syntetyzować. Jest naszym obowiązkiem zapewnić ich odpowiednią ilość w naszym ciele. Do aminokwasów egzogennych należą: fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, walina. Oprócz wymienionych aminokwasów istnieją również arginina i histydyna, które klasyfikowane są jako aminokwasy względnie egzogenne. Oznacza to, że organizm młodego, dorastającego człowieka nie jest w stanie wytworzyć ich wystarczającej ilości (w przypadku człowieka dorosłego ilość ta jest jednak wystarczająca). Poza podziałem na aminokwasy endo- i egzogenne istnieją również podziały na aminokwasy białkowe (budujące białka) i niebiałkowe oraz na aminokwasy alfa-, beta- i gamma-aminokwasy oraz podział ze względu na polarność łańcucha bocznego (niepolarny łańcuch boczny, polarny łańcuch boczny z ładunkiem formalnym ujemnym bądź dodatnim, polarny łańcuch boczny bez ładunku formalnego).

Każdy z aminokwasów białkowych wypełnia w organizmie człowieka określone funkcje. Poniżej przedstawiamy najważniejsze z nich, wraz z ich źródłami żywnościowymi: - Tryptofan - jest aminokwasem egzogennym, znajdującym się w składzie białek ludzkich. Jest składnikiem serotoniny, zwanej też hormonem szczęścia. Przekształca się w melatoninę, hormon odpowiedzialny za prawidłowe funkcjonowanie rytmu dobowego. Tryptofan jest niezbędny również do właściwej syntezy pirydoksyny i niacyny. Ma wpływ na regulację metabolizmu. Do jego najlepszych źródeł pokarmowych należą banany i produkty mleczne. Niedobór tryptofanu w organizmie może obniżyć odporność i zwiększyć ryzyko wystąpienia bezsenności, depresji i stanów lękowych; - Metionina - jest aminokwasem egzogennym zawierającym atom siarki. W organizmie jest niezbędna do właściwej syntezy choliny i lecytyny. Metionina jest aminokwasem, który zapobiega występowaniu miażdżycy oraz chorób metabolicznych, takich jak choroba stłuszczeniowa wątroby. Odpowiednia podaż metioniny zapobiega łamliwości paznokci, wypadaniu włosów i poprawia ogólny stan skóry. Długotrwałe niedobory metioniny predysponują do rozwoju zaburzeń psychicznych, w tym depresji. Najlepszymi źródłami pokarmowymi metioniny są ryż, kasza jaglana, otręby pszenne, grzyby, orzechy włoskie, rośliny strączkowe, a także ryby i mięso; - Fenyloalanina - jest aminokwasem egzogennym, który jest podstawowym budulcem białek ustrojowych. Niezbędna jest do prawidłowego funkcjonowania i rozwoju układu nerwowego. Fenyloalanina jest stosowana w leczeniu bólu migrenowego. Poza tym, aminokwas ten pełni ważną funkcję w produkcji hormonów tarczycy i kory nadnerczy. Zarówno nadmiar, jak i niedobór fenyloalaniny może być niebezpieczny dla zdrowia. Nadmiar występuje najczęściej w przypadku choroby metabolicznej - fenyloketonurii. Osoby chorujące na tę chorobę muszą unikać jej głównych źródeł pokarmowych, czyli mięsa, ryb, mleka, sera, dużej ilości produktów zbożowych, warzyw i owoców; - Lizyna - jest aminokwasem egzogenicznym, który jest niezbędny do syntezy białek ustrojowych. Jest głównym składnikiem białek skóry, ścięgien, chrząstek i kości. Odpowiednia podaż lizyny w diecie zwiększa wychwytywanie wapnia ze światła jelita cienkiego. Lizyna wzmacnia odporność immunologiczną. Jej źródłami pokarmowymi są głównie jajka, drób, ryby, mięso, sery żółte i strączki. Niedobory lizyny w diecie są spotykane niezwykle rzadko. Zdarzają się u osób wycieńczonych, skrajnie niedożywionych lub stosujących przez długi okres restrykcyjne diety eliminacyjne.

Izoleucyna, leucyna oraz walina tworzą grupę rozgałęzionych aminokwasów, szeroko znaną pod nazwą BCAA. Są one egzogenicznymi aminokwasami, które występują w dużych ilościach w produktach zawierających białka (zarówno zwierzęce, jak i roślinne). Niedobory BCAA są niezwykle rzadkie wśród populacji, zdarzają się jedynie u osób spożywających za mało białek w ogóle lub u pacjentów z poważnymi zaburzeniami metabolicznymi. Wymagania dorosłego człowieka na leucynę, walinę oraz izoleucynę wynoszą kolejno 40, 17-25 oraz 19 mg/kg masy ciała. BCAA są chętnie suplementowane przez osoby aktywnie uprawiające sport w celu zwiększenia siły mięśniowej i wspomagania procesów regeneracji. Aminokwasy są na tyle zróżnicowaną grupą związków chemicznych, że znajdują zastosowanie w wielu branżach przemysłowych, włączając w to przemysł spożywczy oraz farmaceutyczny.