Дикарбоновые аминокислоты

Дикарбоновые аминокислоты

Дикарбоновые аминокислоты — понятие широкое; их очень много. В основном это глутаминовая и аспарагиновая кислоты, удельный вес которых в общей массе дикарбоновых кислот очень велик. В данном разделе речь пойдет именно о них. Продукты их превращения (которые, кстати, тоже являются аминокислотами) — глутамин и аспарагин.

Глутаминовая и аспарагиновая кислоты становятся все более и более популярными. Они выпускаются в виде лекарственных препаратов, пищевых добавок, входят в состав сложных композиций спортивного питания и даже выпускаются в качестве вкусовых приправ (соли глутаминовой кислоты). Что же представляют собой эти аминокислоты? Рассмотрим их роль в организме.

Существует такое понятие, как «интеграция азотистого обмена в организме». Каждый продукт питания содержит разный набор аминокислот. В отдельные моменты в организме может не хватать определенных аминокислот, и тогда они синтезируются из других.

Все аминокислоты принято подразделять на две большие группы: заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты — это те, которые способны к взаимному превращению (т.е. организм синтезирует их друг из друга): аргинин, цистин, тирозин, гистидин, аланин, серин, пролин, глицин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Незаменимые аминокислоты — это те, которые к взаимному превращению не способны: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.

Уникальность глутаминовой и аспарагиновой аминокислот как раз и состоит в том, что для взаимного превращения друг в друга все заменимые аминокислоты должны превратиться вначале в глутаминовую или аспарагиновую. Вот почему говорят, что они играют интегрирующую роль в азотистом обмене. Однако эта роль не исчерпывается только компенсацией недополученных с пищей аминокислот — существует еще феномен «перераспределения азота в организме». При нехватке белка в каком-то органе вследствие заболевания или гиперфункции (необходимость рабочей гипертрофии) происходит перераспределение азота: белок «изымается» из одних внутренних органов и направляется в другие. Наиболее частым источником легко мобилизуемого белка являются транспортные белки крови. Когда их запас исчерпан, используются белки селезенки, печени, почек, кишечника. Белки сердца и мозга не «тратятся» никогда, поскольку это самые важные органы организма.

При больших физических нагрузках и одновременном ограничении белка в рационе происходит расходование белка внутренних органов на построение мышечной ткани скелетных мышц и сердца. У спортсменов высокой квалификации могут возникать заболевания печени и почек из-за феномена азотистого перераспределения. Отсюда становится понятно, насколько необходимо получать достаточно большое количество белка с пищей.

При перераспределении в организме азота все заменимые аминокислоты превращаются вначале в глутаминовую и аспарагиновую, а затем уже в те аминокислоты, которых не хватает в рабочем органе.

Гистидин активно участвует в обмене веществ, принимает участие в синтезе карнозина и анзерина — безбелковых азотистых веществ мышечной ткани. Карнозин выполняет антиоксидантные функции, способствует стабилизации клеточных мембран мышечных волокон. Он не способен восстановить работоспособность уже утомленной мышцы, однако активно противодействует развитию в ней утомления, тем самым значительно повышая работоспособность. Анзерин является производным карнозина и действует аналогичным образом.

Помимо синтеза карнозина и анзерина, гистидин выполняет следующие функции:

• улучшает функцию печени, повышает желудочную секрецию и моторную активность кишечника, что благотворно сказывается на переваривающей способности желудочно-кишечного тракта;

• является хорошим противоязвенным средством и способствует заживлению язв желудочно-кишечного тракта;

• обладает хорошим анаболическим действием, стимулируя выброс гипофизом в кровь соматотропного гормона;

• повышает иммунитет, ослабляет воздействие на организм экстремальных факторов;

• нормализует сердечный ритм.

В медицине гистидин применяется при язвенной болезни, гастритах, гепатитах, при снижении иммунитета и атеросклерозе.

Аргинин может быть условно незаменимой аминокислотой — особенно в молодом возрасте, когда синтез его из глутаминовой кислоты ограничен. Выполняет следующие функции:

• обладает ощутимым анаболическим действием, стимулирует выброс в кровь соматотропного гормона;

• совместно с глицерином участвует в синтезе креатина в мышцах, повышая тем самым мышечную работоспособность;

• активизирует синтез тестостерона в организме, заметно повышая при этом половую функцию у мужчин.

В больших дозах аргинин используется при лечении импотенции и для увеличения подвижности сперматозоидов.

Глутаминовая кислота превращается в глутамин, присоединяя молекулу аммиака. Аммиак — высокотоксичное соединение, которое образуется как побочный продукт азотистого обмена и составляет 80% всех азотистых токсинов. Присоединяя аммиак, глутаминовая кислота превращается в нетоксичный глутамин, который, в свою очередь, включается в аминокислотный обмен. В сложных композициях спортивного питания, как и в пищевых добавках, используются глутаминовая кислота и глутамин. Что из них предпочтительнее? Ответ на этот вопрос однозначен. Учитывая дезинтоксикационное действие глутаминовой кислоты, предпочтение следует отдавать ей. Если организму для каких-то целей понадобится именно глутамин, то он с легкостью получит его, соединив глутаминовую кислоту с аммиаком (благо последний всегда присутствует в избытке).

Биосинтез глутаминовой кислоты из углеводов (и в первую очередь — из глюкозы) является чрезвычайно важным резервным механизмом снабжения мозга глюкозой при отсутствии углеводного питания или при очень больших физических нагрузках.

Глюкоза — основной поставщик энергии для головного и спинного мозга. Она усваивается вне инсулиновым путем, т.е. без участия инсулина. Без глюкозы мозг очень быстро умирает, поэтому в организме в процессе эволюции предусмотрены надежные механизмы ее эндогенного синтеза. При дефиците глюкозы в крови сразу же запускается синтез из аминокислот, жиров, молочной и пировиноградной кислот, кетокислот, спиртов и т.п. Процесс синтеза глюкозы в организме носит название «глюконеогенеза», т.е. «новообразования» глюкозы. Наиболее активно глюконеогенез протекает в печени; затем к этому процессу подключаются почки и в последнюю очередь -кишечник. Глутаминовая кислота особенно активно превращается в глюкозу в кишечнике. При этом она не только способна превращаться сама, но и активизирует процесс синтеза глюкозы (глюконеогенеза) из других веществ в печени и почках. Стимуляция глюконеогенеза приводит к утилизации в печени молочной кислоты с образованием глюкозы. За эту способность глутаминовую кислоту называют глюконеогенной аминокислотой. По своей способности стимулировать (прямо или косвенно) глюконеогенез она уступает лишь аланину.

Основным путем синтеза глюкозы является использование аминокислот, и здесь роль глутаминовой кислоты очень высока.

Одномоментный прием после тренировки большой дозы глутаминовой кислоты способен значительно уменьшить утомление — за счет более полной утилизации молочной кислоты, нейтрализации аммиака, энергезирующей функции глутаминовой кислоты, а также по многим другим причинам.

Глутаминовая кислота принимает участие в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, которые, в свою очередь, участвуют в построении молекул ДНК и РНК. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды оказывают отчетливое анаболическое действие, особенно по отношению к быстро делящимся клеткам, поэтому в первую очередь они улучшают кроветворение (кроветворные клетки очень быстро делятся). Несколько слабее их анаболическое действие по отношению к желудочно-кишечному тракту, еще слабее — по отношению к скелетной мускулатуре. Но даже если бы оно полностью отсутствовало, то пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды все равно оказывали бы положительное влияние на рост мускулатуры — хотя бы за счет улучшения переваривающей способности желудочно-кишечного тракта. (Кстати говоря, самым большим содержанием пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов отличаются дрожжи—пекарские и пивные. Сейчас их стали выпускать в качестве отдельной пищевой добавки.)

Фолиевая кислота (витамин Вс ) является ничем иным, как птероилглутаминовой кислотой и синтезируется, естественно, из глутамина. Фолиевая кислота не действует изолированно, сама по себе — она проявляет свою витаминную активность лишь в сочетании с витамином В12 (цианкобаламином). Основная функция фолиевой кислоты — анаболическое действие: она значительно улучшает белковый обмен, активизируя деятельность аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, а также холина. Без фолиевой кислоты невозможно размножение клеток. Вместе с витамином В12 она присутствует в хромосомах и регулирует их деление. Фолиевая кислота активизирует кроветворение, повышая содержание в крови эритроцитов и лейкоцитов, поэтому в медицинской практике (совместно с витамином В12) она активно используется для лечения малокровий разного рода. Стимулируя синтез в организме холина, фолиевая кислота способствует накоплению в организме лецитинов и снижает содержание в организме холестерина, задерживая тем самым развитие атеросклероза.

Поскольку речь зашла о витаминах, необходимо отметить еще один витамин, который синтезируется из глутамина—это п-аминобензойная кислота, или парааминобензойная кислота (сокращенно ПАБК). Вначале считалось, что эта кислота — всего лишь предшественник синтеза фолиевой кислоты, однако впоследствии оказалось, что это не так. ПАБК имеет большое самостоятельное значение для организма: она необходима для нормальной пигментации волос, кожных покровов, радужной оболочки глаза и тд. В данном случае пигментация зависит от особого рода пигмента — меланина. В последние годы было выяснено, что меланин не только способствует пигментации, но также выполняет адаптационную и трофическую функции. Наибольшее содержание меланина — в головном мозгу. Меланин влияет на силу и подвижность нервных процессов. Некоторые авторы считают, что он может быть источником синтеза катехоламинов — нейромедиаторов возбуждающего типа действия. В свете этих исследований появление седины можно трактовать как результат возрастного истощения депо катехоламинов. На их синтез расходуются все имеющиеся запасы меланина и д ля волос его уже не хватает. Из парааминобензойной кислоты делают новокаин — препарат, который всем нам хорошо знаком и без которого невозможно представить современную хирургию.

Глутаминовая кислота — одно из немногих соединений, которое наряду с глюкозой может служить хорошим источником питания для головного мозга. Это связано с ее способностью окисляться в митохондриях через стадию образования кетоглутаровой кислоты с выходом энергии, запасаемой в виде АТФ.

Глутаминовая кислота является самостоятельным нейромедиатором в ряде отделов спинного и головного мозга. Это означает, что существуют большие группы нервных клеток, которые используют ее в качестве единственного вещества, передающего нервный импульс от одной нервной клетки к другой (в основном с ее помощью передаются процессы возбуждения). Однако вследствие того, что из глутаминовой кислоты образуются еще и тормозные нейромедиаторы, ее возбуждающее действие уравновешивается успокаивающим и в целом (за редким исключением) никакого возбуждающего действия она не оказывает.

В головном мозгу глутаминовая кислота превращается в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), которая является основным (хотя и не единственным) тормозным нейромедиатором. ГАМК обладает выраженным анаболическим действием по отношению к мышечной ткани, снижает потребность клеток организма в кислороде — за счет активизации бескислородного окисления энергетических субстратов. ГАМК и сама может окисляться как кислородным, так и бескислородным путем, с выходом большого количества энергии. При попадании человека в экстремальную ситуацию (чрезмерное нервно-психическое перенапряжение, физическая перегрузка, высокая или низкая температура воздуха, тяжелая инфекция и т.д.) потребность головного мозга в кислороде значительно повышается. При этом срабатывает так называемый аминобутиратный шунт, в процессе которого большие количества глутаминовой кислоты превращаются в гамма-аминомасляную кислоту, а последняя уже окисляется в митохондриях нервных клеток, обеспечивая их необходимой в экстремальной ситуации энергией. Способность организма противостоять стрессам лимитирована прежде всего энергетическими возможностями нервных клеток. Потребность организма в гистаминовой кислоте в такой ситуации значительно возрастает.

Не обладая собственно ни возбуждающим, ни тормозным действием, глутаминовая кислота в энергетическом аспекте проявляет очень сильное антистрессовое действие — как по отношению к центральной нервной системе, так и по отношению к организму в целом. В данном случае она является своеобразным адаптогеном.

Глутаминовая кислота принимает участие в синтезе аденозинмонофосфата (АМФ), который в дальнейшем превращается в циклический аденозинмонофосфат (ц-АМФ). Многие нейромедиаторы (катехоламины) и гормоны (инсулин) не проникают внутрь клетки, а воздействуют на поверхностные рецепторы наружной клеточной мембраны. Обмен веществ в клетке изменяется благодаря существованию внутриклеточного посредника гормонального сигнала — ц-АМФ. Воздействие на рецепторы запускает синтез ц-АМФ, а ц-АМФ, в свою очередь, запускает цепь обменных реакций внутри клетки. При больших физических нагрузках организм вначале приспосабливается к ним за счет выброса в кровь большего количества гормонов и нейромедиаторов. В дальнейшем, по мере повышения уровня тренированности, организм начинает приспосабливаться и реагирует на нагрузку не столько выбросом гормонов и медиаторов, сколько увеличением внутриклеточного синтеза ц-АМФ. Это более экономичная реакция: она помогает «экономить» гормональные и медиаторные резервы организма, оберегает их от истощения. Таким образом, сложным путем превращения глутаминовая кислота повышает чувствительность клеток к гормональным и медиаторным сигналам. Это помогает организму более точно и адекватно реагировать на большие физические нагрузки и быстрее к ним приспосабливаться.

Поскольку речь зашла о ц-АМФ, то этот внутриклеточный посредник гормонального сигнала косвенно повышает чувствительность клеток и к половым гормонам, одновременно стимулируя их выброс в кровь и увеличивая их содержание в мышечной ткани. Таким образом мышечный анаболизм значительно усиливается.

Когда еще не существовало такого вида спорта, как культуризм, глутаминовая кислота в качестве анаболизирующего фактора применялась для лечения наследственных мышечных дистрофий.

Глутаминовая кислота способна служить источником глуанидинмонофосфата (ГМФ), который затем превращается в организме в циклический глуанидинмонофосфат (ц-ГМФ). Ц-ГМФ, подобно ц-АМФ, является внутриклеточным посредником гормональных и медиаторных сигналов — только уже других. Так, например, ц-ГМФ выступает в роли внутриклеточного посредника действия на мышечные и другие клетки ацетилхолина. Ацетилхолин является нейромедиатором в тех нервных клетках, которые составляют двигательные центры, проводят двигательные импульсы и передают их непосредственно на мышцу. Повышение чувствительности нервных и мышечных клеток к ацетилхоли-ну значительно увеличивает мышечную силу и активизирует анаболические процессы в самой мышце. Ацетилхолин является также медиатором нервного возбуждения в парасимпатической нервной системе; естественно, что повышение чувствительности нейронов к ацетилхолину значительно увеличивает ее активность. Одна из основных функцийпарасимпатической нервной системы — усиление анаболических процессов. Это еще один механизм анаболического действия глутаминовой кислоты. Кстати говоря, глутаминовая кислота усиливает синтез в нервных клетках и самого ацетилхолина, но незначительно.

Энергезирующее действие глутаминовой кислоты отчасти связано с тем, что она принимает участие в синтезе НАД (никотинанидадениндинуклеотида). НАД - специфический фермент, участвующий в процессах биологического окисления, протекающих в митохондриях. В дыхательной цепи (цепи окислительно-восстановительных реакций) НАД является переносчиком электронов и ионов водорода.

Глутаминовая кислота способна превращаться в незаменимую аминокислоту триптофан. При недостатке в организме никотиновой кислоты (витамина РР) триптофан превращается в нее в организме, тем самым предупреждая развитие авитаминоза. Из триптофана синтезируется серотонин—один из тормозных нейромедиаторов центральной нервной системы. Серотонин обладает анаболическим действием, усиливает синтез белка в организме и, замедляя его распад, активизирует кору надпочечников и выброс в кровь глюкокортикоидных гормонов во время интенсивной физической работы.

Глутаминовая кислота несколько повышает проницаемость клеток для ионов калия, способствуя накоплению этого микроэлемента внутри клетки. Для скелетных мышц это имеет особое значение, т.к. мышечное сокращение требует достаточно высокого содержания калия в клетках.

Для медицинского применения глутаминовая кислота выпускается в таблетках по 0,25 г. В аптечной упаковке есть инструкция, согласно которой необходимо принимать ее в очень смешных дозах — по 1 таблетке 3 раза вдень (0,75 г в сутки).

Еще 10 лет тому назад глутаминовую кислоту назначали не более 10 г в сутки при особо тяжелых отравлениях. Сейчас общепринятые дозировки возросли до 20—25 г в сутки. В спортивной практике глутаминовую кислоту используют в еще больших дозах — по 30 г в сутки и более. Она не обладает токсичностью; ее побочные действия, которые теоретически могут иметь место, на практике никогда не проявляются. Указанные дозы могут показаться не такими уж большими, если учесть, что каждые 100 г белковой пищи содержат 25 г глутаминовой кислоты. Если спортсмен потребляет всутки 200 г животного белка, то с ним он получает не менее 50 г глутаминовой кислоты. А ведь есть спортсмены высокой квалификации, которые съедают до 500 г белка в сутки, получая только с пищей 125 г глутаминовой кислоты.

В некоторых книгах о спорте также еще можно встретить рекомендации для тяжелоатлетов употреблять глутаминовую кислоту по 2 таблетки 3 раза в день. Это значит, что атлеты весом по 120 кг, потребляющие по несколько сотен граммов белка в сутки и только с пищей получающие до 100 г глутаминовой кислоты, «с целью улучшения аминокислотного обмена» должны принимать ее по 1,5 г в сутки — а это нелепо!

Правильные дозировки чистой глутаминовой кислоты должны быть соизмеримы с пищевым рационом. Медицинские дозировки, которые существуют в неизменном виде с 1962 г., конечно же, должны быть пересмотрены в сторону увеличения.