Masarykova univerzita v Brně Lékařská fakulta BÍLKOVINY

Masarykova univerzita v Brně Lékařská fakulta

BÍLKOVINY Bakalářská práce v oboru Nutriční terapeut

Vedoucí bakalářské práce:

Autor:

doc. MUDr. Jan Šimůnek, CSc.

Vojtěch Strbáček

Brno 2010

Jméno a příjmení autora: Vojtěch Strbáček Studijní obor: Nutriční terapeut, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Název bakalářské práce: Bílkoviny Pracoviště: Ústav preventivního lékařství Vedoucí bakalářské práce: doc. MUDr. Jan Šimůnek, CSc. Počet stran: 56 Rok obhajoby bakalářské práce: 2010 Anotace: Teoretická část bakalářské práce pojednává o důležitosti aminokyselin pro lidský organismus. Shrnuje současné poznatky o jejich fyziologických a biochemických funkcí, detailně popisuje metabolismus aminokyselin v lidském těle a jejich význam pro správný chod organizmu. Dále se zabývá některými metabolity aminokyselin, které jsou pro lidský organizmus nepostradatelné. Praktická část se zabývá zhodnocením příjmu bílkovin ve stravě u rizikových skupin obyvatelstva. Klíčová slova: bílkoviny, aminokyseliny, metabolismus, metabolity Annotation: The theoretical part of this bachelor thesis is about the importance of amino acids for human organism. It summarizes current knowledge of physiological and biochemici functions, describes in detail the metabolism of amino acids in the human body and their importance for the correct operation of the organism. It also deals with some metabolites of amino acids which essential for the human organism. The praktical part of this bachelor thesis focuses on intake of proteins in diet of risk groups in population. Key words: proteins, amino acids, metabolism, metabolites

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Bílkoviny“ vypracoval samostatně pod vedením doc. MUDr. Jana Šimůnka, CSc. a uvedl v seznamu všechny použité literární a odborné zdroje. Souhlasím, aby práce byla půjčována ke studijním účelům a byla citována dle platných norem.

V Brně dne …………………………………………………………………………………………………... Vojtěch Strbáček

Poděkování Chtěl bych poděkovat doc. MUDr. Janu Šimůnkovi, CSc. za odborné vedení a za cenné rady poskytnuté při zpracování této práce. Dále děkuji Paed.Dr. Vladimíru Kolouchovi Ph.D. za poskytnutou literaturu.

Obsah: 1 ÚVOD

7

2 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA AMINOKYSELIN 2.1 Struktura aminokyselin 2.2 Peptidová vazba 2.3 Rozdělení aminokyselin 2.3.1 Kódované aminokyseliny 2.3.2 Deriváty kódovaných aminokyselin 2.3.3 Nekódované aminokyseliny 2.4 Aminokyselinový pool

8 8 8 9 9 9 10 11

3 KLASIFIKACE KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN 3.1 Klasifikace podle schopnosti organismu syntézy kódovaných aminokyselin 3.2 Klasifikace podle polarity postranního řetězce 3.3 Klasifikace podle struktury postranního řetězce a jeho funkčních skupin 3.4 Klasifikace podle osudu uhlíkové kostry při metabolismu aminokyselin

12 12 13 14 15

4 METABOLISMUS AMINOKYSELIN 4.1 Absorpce aminokyselin 4.2 Transport krví 4.3 Obecné reakce degradace aminokyselin 4.3.1 Transaminace 4.3.1.1 Mechanismus transaminace 4.3.2 Oxidační deaminace 4.3.3 Dekarboxylace

16 16 17 17 17 18 18 19

5 METABOLISMUS KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN 5.1 Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem 5.2 Lyzin 5.3 Metionin 5.4 Treonin 5.5 Aromatické aminokyseliny 5.5.1 Fenylalanin 5.5.2 Tryptofan 5.6 Arginin 5.7 Histidin 5.8 Cystein 5.9 Tyrozin 5.10 Kyselina glutamová 5.11 Glutamin 5.12 Serin 5.13 Glycin 5.14 Prolin 5.15 Alanin 5.16 Kyselina asparagová a asparagin

20 20 21 21 22 22 23 23 23 24 25 25 26 26 27 27 27 28 28

6 FUNKCE KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN 6.1 Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem 6.2 Lyzin 6.3 Metionin 6.4 Treonin

30 30 31 31 31

6.5 Aromatické aminokyseliny 6.5.1 Fenylalanin a tyrozin 6.5.2 Tryptofan 6.6 Arginin 6.7 Histidin 6.8 Cystein 6.9 Kyselina glutamová 6.10 Glutamin 6.11 Serin 6.12 Glycin 6.13 Prolin a hydroxyprolin 6.14 Alanin 6.15 Kyselina asparagová a asparagin

32 32 32 33 33 34 34 35 35 36 36 36 37

7 VÝZNAMNÉ METABOLITY KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN 7.1 Karnitin 7.2 Metabolity tryptofanu 7.2.1 Serotonin 7.2.2 Melatonin 7.2.3 Niacin 7.3 Metabolity fenylalaninu a tyrozinu 7.3.1 Trijodtyronin a tyroxin 7.3.2 Katecholaminy 7.3.3 Melanin 7.4 Histamin 7.5 Metabolity argininu 7.5.1 Oxid dusnatý (NO) 7.5.2 Ornitin 7.6 Metabolity cysteinu 7.6.1 Taurin 7.6.2 Glutation 7.7 Kyselina -aminomáselná (GABA) 7.8 Kyselina pantotenová

38 38 38 38 39 39 40 40 40 41 41 41 41 42 42 42 43 43 44

8 PRAKTICKÁ ČÁST 8.1 Úvod 8.2 Cíl práce 8.3 Metodika 8.4 Výsledky 8.5 Diskuze

45 45 46 46 47 50

9 ZÁVĚR

52

10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

53

11 PŘÍLOHY

55

1

ÚVOD Bílkoviny patří společně se sacharidy a tuky k hlavním živinám. Jsou základními

stavebními kameny živé hmoty a jsou součástí všech buněk organismu. Bílkoviny mají také v organismu funkci energetickou, ale jejich energetický obsah je nízký (asi 4 kcal/g). Bílkoviny jsou složené z L--aminokyselin, které jsou charakteristické přítomností aminoskupiny (NH2) a karboxylové skupiny (COOH). Aminokyseliny mají tedy úlohu jako stavební složky tělesných bílkovin, ale mají také svoji speciální roli v metabolických i regulačních systémech, slouží jako neuromediátory v centrálním nervovém systému, jako stavební složky pro biogenní aminy nebo mohou být prekurzorem pro tvorbu glukózy. Cílem teoretické části bakalářské práce je shrnout aktuální informace týkající se aminokyselin, ze kterých se skládají bílkoviny. Tyto aminokyseliny se nazývají kódované, protože informace o jejich zařazení do bílkovin je uložena v nukleových kyselinách prostřednictvím genetického kódu, a v organizmu mají nespočetné množství funkcí, bez kterých by lidský organizmus nedokázal přežít. Praktická část se věnuje příjmu bílkovin u jednotlivých skupin obyvatel, které jsou ohroženy jejich nedostatkem. Zabývá se popisem kazuistik tří osob ohrožených deficitem bílkovin, zhodnocením jejich nutričního stavu a závěrečným doporučením.

7

2

OBECNÁ CHARAKTERISTIKA AMINOKYSELIN

2.1

Struktura aminokyselin Struktura aminokyselin je odvozena od organických kyselin (14). Centrálním bodem

v aminokyselinové struktuře je čtyřboký -uhlík (Ckterý je kovalentně připojen k aminoskupině a karboxylové skupině (3). Atom uhlíku, na který jsou vázané čtyři různé substituenty, je označován jako chirální. Kromě glycinu, který má místo R atom vodíku, jsou všechny čtyři skupiny vázající se na atom -uhlíku aminokyselin odlišné (13). V neutrálním roztoku se karboxylová skupina vyskytuje ve formě -COO- a aminoskupina jako -NH3+ (3). Karboxylová skupina může odštěpovat ionty H+ a aminoskupina může H+ ionty přijímat (18). Protože výsledná aminokyselina obsahuje jeden pozitivní a jeden negativní náboj, je neutrální molekula nazývána obojetný ion. K tomuto -uhlíku je také vázaný vodík a variabilní postranní řetězec. Tento postranní řetězec, pojmenovaný také jako R skupina, uděluje každé aminokyselině vlastní identitu (3). Aminokyseliny mohou existovat ve dvou formách pojmenovaných D a L. Zatímco se obě formy nacházejí v přírodě a mají biologické účinky, pouze forma L se nachází v proteinech (4).

2.2

Peptidová vazba Zásadní vlastnost aminokyselin, která jim dovoluje polymerizovat do formy peptidů

a proteinů, je existence jejich dvou identifikačních chemických skupin - aminoskupiny (-NH3+) a karboxylové (-COO-) skupiny (3). Při tvorbě proteinů jsou aminokyseliny spojeny společně peptidovou vazbou, ve které se bazická aminoskupina jedné aminokyseliny připojí ke karboxylové skupině jiné aminokyseliny s vyloučením molekuly vody (4). Pokud se více aminokyselin spojí dohromady, vzniká peptidový řetězec. Výsledný aminokyselinový řetězec má proto aminoskupinu na jednom konci (N-konec) a karboxylovou skupinu na konci druhém (C-konec). Zbytky pospojovaných aminokyselin, které odstupují od osy řetězce, se nazývají postranní řetězce (13).

8

2.3

Rozdělení aminokyselin Asi 90% aminokyselin vyskytujících se v potravinách tvoří 20 kódovaných

aminokyselin vázaných v bílkovinách. Zbytek je tvořen jejich deriváty a aminokyselinami, které nejsou kódovány (23). 2.3.1

Kódované aminokyseliny

Bylo objeveno více než 700 aminokyselin a většina z nich jsou -aminokyseliny (1). Po analýze velkého množství bílkovin z mnoha různých zdrojů bylo zjištěno, že všechny proteiny jsou složeny z 20 základních aminokyselin (24). Mezi kódované amonikyseliny patří lyzin, metionin, treonin, izoleucin, leucin, valin, fenylalanin, tryptofan, histidin, arginin, alanin, kyselina asparagová, kyselina glutamová, asparagin, glutamin, cystein, glycin, serin, prolin a tyrozin (19). Těchto dvacet aminokyselin, které jsou využívány v živých buňkách k syntéze proteinů pod genovou kontrolou, jsou ve speciální kategorii, protože jsou elementární pro všechny formy života jako stavební bloky pro peptidy a proteiny. Jsou pojmenovány jako kódované aminokyseliny nebo proteinogenní, protože informace o jejich zařazení do bílkovin je uložena v nukleových kyselinách prostřednictvím genetického kódu (1). Devatenáct z nich jsou -aminokyseliny, protože mají karboxylovou skupinu i primární aminoskupinu na stejném -uhlíku. Jedinou výjimkou je prolin, neboť obsahuje sekundární aminoskupinu, a tak je -iminokyselinou (24). Existuje několik způsobů klasifikace kódovaných aminokyselin. Nejznámější je rozdělení podle schopnosti organismu jejich syntézy. Známá je také klasifikace, která je založena na polaritě postranních řetězců nebo klasifikace, která je založena na struktuře postranního řetězce a v něm přítomných funkčních skupin. 2.3.2

Deriváty kódovaných aminokyselin

Do této skupiny řadíme aminokyseliny, které vznikají specifickou modifikací aminokyselinových zbytků v již dříve syntetizovaném bílkovinném řetězci. Mezi deriváty kódovaných aminokyselin řadíme běžně se vyskytující L-cystin (23). Jsou zde zahrnuty hydroxylysin a hydroxyprolin (3). 4-hydroxyprolin je důležitou strukturní složkou kolagenu, želatiny a polypeptidu buněčných stěn rostlin extensinu. V malém množství jej doprovází jeho isomer L-3-hydroxyprolin a také derivát lysinu L-5-hydroxylysin, který bývá v glykoproteinech vázán jako O-glykosid (23). Dále do této skupiny aminokyselin patří tyroxin a 3,3´,5-trijodtyronin, což jsou jodizované aminokyseliny, které se nachází pouze

9

v tyroglobulinu. Některé proteiny svaloviny obsahují metylované aminokyseliny zahrnující metylhistidin, -N-metyllysin a -N,N,N-trimetyllysin. -karboxyglutamová kyselina se nachází v některých proteinech zapojených v krevním srážení a pyroglutamová kyselina se nachází

v jedinečném

světlempoháněném

a

protonpumpujícím

proteinu

zvaném

bakteriorodopsin. Několika proteinům zapojených do buněčného růstu a regulace je reversibilně fosforylována –OH skupina serinových, treoninových a tyrozinových zbytků (3). Serin je ve fosfoproteinech vázán na kyselinu fosforečnou ve formě O-fosfoserinu (23). Kyselina aminoadipová se nachází v proteinech izolovaných z obilí. N-metylarginin a N-acetyllysin se nachází v histonových proteinech asociovaných s chromozomy (3). Několik

málo

aminokyselin,

které

jsou

strukturně

příbuzné

kódovaným

aminokyselinám, mohou být zabudovány do proteinů v laboratorních podmínkách. Toho je dosaženo biosyntézou proteinů v prostředí, které postrádá nezbytné kódované aminokyseliny, ale které obsahuje blízké analogy. Například to dokazuje začlenění azetidin-2-karboxylové kyseliny namísto prolinu a začlenění norleucinu (postranní řetězec CH2CH2CH2CH3) namísto metioninu (postranní řetězec CH2CH2SCH3) (1). 2.3.3

Nekódované aminokyseliny

Kromě aminokyselin nacházejících se v proteinech, se v potravinách nacházejí i takové aminokyseliny, které jsou často vázány v peptidech nebo jsou přítomny jako volné aminokyseliny. Tyto nebílkovinné aminokyseliny se řadí mezi tzv. sekundární metabolity, protože se většinou jedná o produkty různých metabolických pochodů a prekurzory biosyntézy nebílkovinných dusíkatých sloučenin (23). Některé z těchto volných aminokyselin mají v organismu důležité funkce. Příkladem je S-adenosyl-L-metionin, který je zásobovačem buněčných metylových skupin, například pro biosyntézu neuroaktivních aminů a také pro biosyntézu

mnoha

metylovaných

látek.

Další

fyziologicky

důležitá

-aminokyselina v této kategorii je 3,4-dihydroxyfenylalanin neboli DOPA. Je prekurzorem dopaminu v mozku, který se používá při léčbě nemocí jako Parkinsonova choroba, a uskutečňuje návrat z některých komatózních stavů, které mohou být indukovány 3,4-dihydroxyfenylalaninem (1). -aminomáselná kyselina neboli GABA je produkována dekarboxylací glutamové kyseliny a je velice účinný neurotransmiter. Histamin, který je syntetizován dekarboxylací histidinu, a serotonin, který je derivátem tryptofanu, simulují funkce neorotransmiterů a regulátorů. -alanin se nachází v peptidech karnosinu a anserinu a je komponentou pantotenové kyseliny, které je součástí koenzymu A. Epinefrin, známý jako

10

adrenalin, je derivátem tyrozinu a je důležitým hormonem. Penicilamin je složkou penicilinových antibiotik. Ornitin, betain, homocystein a homoserin jsou důležité metabolické intermediáty. Citrulin je prvotním prekurzorem argininu (3). (podrobněji viz níže)

2.4

Aminokyselinový pool Aminokyseliny, které se neváží do struktury proteinových molekul, tvoří

aminokyselinovou hotovost neboli pool (8). Z velkého obsahu tělních aminokyselin není jen malé množství vázáno do proteinových struktur. Pouze 0.5-1% aminokyselin je přítomno v těle jako volné aminokyseliny a tvoří tento pool. Aminokyselinový

pool

představuje

nejaktivnější

část

tělních

proteinů

a aminokyselinové obsahu. Tento pool je tvořen volnými aminokyselinami v krevní plasmě a v intracelulárním a extracelulárním prostoru. Vyšší koncentraci aminokyselin má intracelulární pool. Aminokyseliny přítomné v části plazmy a v částech extracelulárního poolu jsou v druhové rovnováze s aminokyselinami v intracelulárním poolu. Protože tato rovnováha mezi intracelulární a extracelulární částí aminokyselinového poolu je nejčastěji způsobena aktivním transportem aminokyselin, není to pravá rovnováha, ale ve skutečnosti jakýsi rovnoměrný stav, který je založený na obou koncentracích aminokyselin a existenci metabolické rovnováhy. Jako takové se hladiny volných a do proteinů vázaných aminokyselin značně mění. Měření jedné části poolu bez druhé může dát falešný dojem přesunu nebo toku aminokyselin skrz volný aminokyselinový pool. Dodávka aminokyselin z extracelulárního do intracelulárního poolu je důležitá při syntéze a odbourávání proteinů, protože vyšší intracelulární hladiny zvyšují syntézu a snižují odbourávání a tím umožňují nárůst svaloviny (4). Skladba i velikost aminokyselinového poolu je regulována prostřednictvím mnoha nervových a humorálních působení. V období, ve kterém převažují anabolické reakce, je aminokyselinový pool doplňován hlavně aminokyselinami uvolněnými při štěpení potravy. Zvýšené množství stravy na proteiny má pozitivní účinek na aminokyselinový pool a má pozitivní účinek na proteinový metabolismus. V období, ve kterém převažují katabolické děje je aminokyselinový pool zásoben z endogenních zdrojů a to především z kosterního svalstva (4), (8).

11

3

KLASIFIKACE KÓDOVANŹCH AMINOKYSELIN

3.1

Klasifikace podle schopnosti organismu syntézy kódovaných aminokyselin Schopnost lidského těla přeměnit jednu aminokyselinu v druhou je do jisté míry

omezená. Této přeměny je dosaženo v játrech procesem nazývaným transaminace, čímž je aminoskupina přesazena z jedné molekuly na druhou pod vlivem enzymu aminotransferázy. Koenzymem těchto chemických reakcí je pyridoxal-5-fosfát (4). Podle schopnosti organismu syntetizovat jednotlivé kódované aminokyseliny se ty aminokyseliny dělí do 3 skupin: esenciální, neesenciální a zvláštním případem jsou semiesenciální aminokyseliny. Esenciální aminokyseliny, také nazývané nepostradatelné aminokyseliny, musí být dodávány ve stravě buď jako volné aminokyseliny nebo jako složky potravních proteinů (25). Termín esenciální vyjadřuje závislost organismu na některých přijatých aminokyselinách, které nedokáže lidský organizmus syntetizovat (1). Do skupiny esenciálních aminokyselin se řadí 8 aminokyselin. Jsou to valin, leucin, izoleucin, lyzin, metionin, treonin, fenylalanin, tryptofan (25). Esenciální aminokyseliny jsou dále děleny na totálně esenciální (lyzin, treonin) a na aminokyseliny, které je lidské tělo schopno syntetizovat, pokud mu je poskytnut jejich uhlíkový skelet (8). Esenciální aminokyseliny byly objeveny v první polovině 20. století badatelem W. C. Rose. Ten prováděl ve 30. a 40. letech mnoho experimentů u dobrovolníků, kteří přijímali olej, škrob a směs aminokyselin, z nichž jedna byla vždy limitující. Na základě dlouhodobých bilančních pokusů charakterizoval aminokyseliny, které není lidský organismus schopen syntetizovat a které je nutné k dietě přidat (19). Nejdříve bylo definováno osm esenciálních aminokyselin, jejichž potravní deficit směřoval k rozvoji negativní dusíkové bilanci. Dodatečně byl do seznamu doplněn histidin a arginin, které jsou esenciální jen za určitých podmínek, a to ve fetálním období vývoje dítěte a při spermatogenezi (8). Některé kódované aminokyseliny dokáže lidský organismus syntetizovat z jiných aminokyselin, glukózy, mastných kyselin aj. Ty se pak nazývají neesenciální aminokyseliny (23). Patří mezi ně histidin, arginin, alanin, kyselina asparagová, asparagin, cystein, kyselina glutamová, glutamin, glycin, serin, prolin, tyrozin. Za určitých patologických okolností nebo v určitém věku může být syntéza některých neesenciálních aminokyselin nedostatečná a 12

aminokyseliny musí být do organismu samostatně přiváděny. Označují se jako semiesenciální (19). Do skupiny semiesenciálních aminokyselin se řadí ty aminokyseliny, pro jejichž syntézu je zapotřebí přítomnost některé z esenciálních aminokyselin, a ty, jejichž deficit se rozvíjí u některých zátěžových stavů (8). Mezi semiesenciální aminokyseliny se řadí histidin, arginin, tyrozin, cystein, glutamin, kyselina glutamová, ale také taurin, citrulin a ornitin, ale ty nepatří mezi kódované aminokyseliny (19).

3.2

Klasifikace podle polarity postranního řetězce Nejrozšířenějším způsobem klasifikace 20 kódovaných aminokyselin je rozdělení

podle polarity jejich postranního řetězce a jeho iontové formy (24). Aminokyseliny jsou rozděleny do následujících kategorií: 1) hydrofobní aminokyseliny s nepolárním postranním řetězcem, 2) hydrofilní aminokyseliny s polárním postranním řetězcem, které se pak podle iontové formy, ve které se v organismu vyskytují, dělí na a) neutrální, b) kyselé, c) bazické (23). Aminokyseliny s nepolárním postranním řetězcem neboli hydrofobní zahrnují všechny aminokyseliny s alifatickým postranním řetězcem (alanin, valin, leucin a izoleucin), stejně jako prolin (s neobvyklou cyklickou strukturou), metionin (jedna ze dvou síru obsahujících aminokyselin) a aromatické aminokyseliny tyrozin, fenylalanin a tryptofan (3). Tryptofan, alanin a také glycin jsou aminokyselinami amfifilními (obojetnými) a tvoří přechod mezi aminokyselinami hydrofobními a hydrofilními (23). Tyrozin disponuje nejnižší rozpustností ve vodě z 20 běžných aminokyselin. Glycin, nejjednodušší aminokyselina, má pouze jediný vodík na R skupině a tento vodík není dobrý tvůrce vodíkové vazby. Rozpustné vlastnosti glycinu jsou hlavně ovlivněny jeho polární aminoskupinou a karboxylovou skupinou (3). Aminokyseliny s polárním řetězcem neboli hydrofilní obsahují R skupiny, které mohou tvořit vodíkové vazby s vodou. Tudíž tyto aminokyseliny jsou obvykle více rozpustné ve vodě než nepolární aminokyseliny (). Do skupiny aminokyselin s polárními nenabitými postranními řetězci řadíme serin, treonin, cystein, kyselina asparagová a glutamová, také asparagin a glutamin, dále lyzin, arginin a histidin (23). Serin a treonin mají R-skupiny tvořeny hydroxylovými skupinami. Asparagin a glutamin mají R-skupiny s amidovou vazbou. Cystein vlastní thiolovou skupinu, takže může vytvářet s jinými cysteinovými zbytky oxidací thiolových skupin disulfidové můstky (24). Hydrofilní aminokyseliny jsou děleny podle iontové formy, ve které se vyskytují v organismu (23). 13

Mezi neutrální aminokyseliny, jejichž postranní řetězec nemá v neutrálním prostředí elektrický náboj, patří většina hydrofilních aminokyselin (23). Mezi kyselé aminokyseliny patří asparagová a glutamová kyselina, jejichž R skupiny obsahují karboxylovou skupinu. Tyto karboxylové skupiny postranního řetězce jsou slabší kyseliny než -COOH skupina, ale jsou dostatečně lidické na to, aby existovali ve formě -COO- při neutrálním pH. Asparagová a glutamová kyselina mají tudíž čistě negativní náboj při pH 7 (3). Tři z běžných aminokyselin mají postranní řetězce s čistě pozitivními náboji při neutrálním pH a jsou řazeny mezi zásadité aminokyseliny. Patří sem histidin, arginin a lyzin. Ionizovaná skupina histidinu je imidazolium, v argininu je to guanidinium a lyzin obsahuje protonizovanou alkyl-aminoskupinu. Postranní řetězce posledních dvou aminokyselin jsou úplně protonizované při pH 7, ale histidin s pKa postranního řetězce 6.0 je pouze z 10% pronizovaný při pH 7 (3). Při pH 6 je postranní imidazolvá skupina histidinu disociována jen z 50% (24).

3.3

Klasifikace podle struktury postranního řetězce a jeho funkčních skupin Glycin, alanin, valin, leucin a izoleucin se řadí do skupiny alifatických aminokyselin

s nesubstituovaným postranním řetězcem. Glycin se také někdy řadí mezi aminokyseliny bez postranního řetězce. Do skupiny alifatických hydroxykyselin patří serin a treonin. Mezi alifatické sirné aminokyseliny se řadí cystein a metionin. Asparagová kyselina a glutamová kyselina se zařazují do skupiny aminokyselin s karboxylovou skupinou v postranním řetězci. Další skupinou jsou aminokyseliny s karboxyamidovou skupinou v postranním řetězci. Patří sem asparagin a glutamin, což jsou monoamidy kyseliny asparagové a kyseliny glutamové. Do skupiny aminokyselin s bazickými funkčními skupinami v postranním řetězci patří diaminomonokarboxylová kyselina lyzin, arginin s guanidylovou skupinou v postranním řetězci a také histidin, který je derivát imidazolu. Fenylalanin, tyrozin a tryptofan jsou aminokyseliny

s aromatickým

a

heterocyklickým

postranním

aminokyselinou, jejíž funkční skupina se účastní tvorby cyklu (23).

14

řetězcem.

Prolin

je

3.4

Klasifikace podle osudu uhlíkové kostry při metabolismu aminokyselin Aminokyseliny se po absorpci a začlenění do vnitřního prostředí těla přeměňují

různými cestami (10). Uhlíkové skelety aminokyselin se napojují na hlavní metabolické cesty sacharidů a lipidů a jsou využity pro tvorbu energie (8). Bylo zjištěno, že určitá aminokyselina má možnost se přeměnit na cukry, tuky, nebo na obojí (13). Glukogenní aminokyseliny se degradují na pyruvát nebo na některou ze složek citrátového cyklu (8). Tyto intermediáty mohou poskytovat glukózu. Tato schopnost vytvoření glukózy se týká většiny aminokyselin, ale některé mají navíc schopnost se přeměnit i na ketolátky. Mezi tyto aminokyseliny řadí izoleucin, tyrozin, tryptofan a fenylalanin (10). Ketogenní aminokyseliny poskytují přímo acetoacetát nebo acetyl-CoA, který se přeměňuje na ketolátky. Čistě ketogenní aminokyseliny jsou jen leucin a pravděpodobně lyzin (10).

15

4

METABOLISMUS AMINOKYSELIN

Poté, co se bílkoviny potravy v trávicím traktu postupně hydrolyzují na krátké peptidy až aminokyseliny, se aminokyseliny vzniklé štěpením bílkovin potravy, nebo vlastního těla, použijí jako zdroj energie, ale jejich část se použije k syntéze pro vybudování vlastních bílkovin. Další aminokyseliny se přeměňují na jiné látky dusíkaté i nedusíkaté. Vzniklé aminokyseliny se absorbují ve střevě a ve vnitřním prostředí se setkávají s aminokyselinami z degradovaných bílkovin tkání vlastního těla. Tímto způsobem se vytvoří pool aminokyselin. Tělo vytváří aminokyseliny a využívá je k několika účelům. Aminokyseliny jsou využity buď k dějům anabolickým, jako k syntéze vlastních bílkovin a k tvorbě důležitých produktů, nebo se využijí jako zdroj energie. Touto cestou vznikají produkty jako CO2, H2O a NH3, který se musí téměř stoprocentně detoxikovat. Aminokyseliny se také zapojují do celkového metabolismu těla a stávají se východiskem pro tvorbu tuků a sacharidů (10).

4.1

Absorpce aminokyselin Osudem aminokyselin je proniknout do enterocytu a absorbovat se (10). Vedle trávení

proteinů a absorpce aminokyselin se střevo podílí i na metabolismus některých aminokyselin. Za normálních podmínek získává střevo oxidací glutaminu až 35% energie. V buňkách střevní sliznice se také utilizují kyselina glutamová, asparagová a asparagin. Vznikají zde také aminokyseliny jako alanin, citrulin a amoniak (8). Přenos L-aminokyselin přes membránu je aktivní děj, který se uskutečňuje za spotřeby energie z ATP a umožňují jej přenašeči (10). Jednotlivé transportní systémy aminokyselin se liší strukturou transportního proteinu, způsobem regulace a afinitou k jednotlivým aminokyselinám. Z energetického pohledu je možné je rozdělit na Na+-dependentní a Na+-independentní. Prvně zmiňované systémy získávají energii z elektrochemického gradientu, který je tvořen Na+,K+-ATPázou. Na+-indepedentní systémy pomocí proteinového kanálu umožňují transport určité skupiny aminokyselin ve směru koncentračních gradientů. Na bazolaterálním pólu enterocytu se nachází jiný typ přenašečů umožňující vstup aminokyselin z enterocytu do řečiště vena portae (8).

16

4.2

Transport krví Do krevního oběhu se dostane, ve srovnání se skladbou potravy, více alaninu, glycinu,

citrulinu a amoniaku a méně glutaminu, glutamátu, asparátu a asparaginu (8). Aminokyseliny se dostávají do jater portální žílou. Játra zadrží a zpracují většinu aminokyselin, kromě rozvětvených aminokyselin, které procházejí játry beze změny a využívají se až ve svalovině a v mozku. Z volných aminokyselin krve má největší koncentraci glutamin, valin, alanin a glycin, zatímco koncentrace esenciálních aminokyselin jsou nízké. Nejnižší koncentraci má metionin. Volné aminokyseliny v cirkulaci jsou většinou ty, které mají hydrofilní charakter, a vázané na proteiny jsou ty, které mají relativně hydrofobní charakter. Z tkání jsou vychytávány cirkulující aminokyseliny především svaly. Jejich přenos má charakter aktivního transportu, který je závislý na insulinu. Předpokládá se, že aminokyseliny jsou přenášeny přes membránu buňky vázané na -glutamyl z glutationu (10)

4.3

Obecné reakce degradace aminokyselin Každá aminokyselina má svůj vlastní osud a také své specifické funkce v organismu.

Existují ale reakce, které se uplatňují při metabolismu většiny aminokyselin. Jedná se o transaminaci, deaminaci a dekarboxylaci (12). Prozatímní produkty vznikají beze změn uhlíkové kostry při transaminaci i oxidační deaminaci. Jsou to 2-oxokyseliny vznikající různým mechanismem. Při transaminaci se „stěhuje“ aminoskupina, ale neuvolňuje se, a při deaminaci se uvolňuje amoniak. Uhlíkové kostry se dotýká až dekarboxylace, při které se uvolňuje CO2 a vzniká biogenní amin (13). 4.3.1

Transaminace

Prvním krokem degradace aminokyselin je téměř vždy odstranění -aminoskupiny (10). K této reakci dochází proto, aby mohl být odstraněn z organismu přebytečný dusík a degradována uhlíková kostra (24). Uvolněný dusík může být podle aktuální fyziologické potřeby reutilizován v anabolických procesech, jako je syntéza proteinů, nebo je ve formě močoviny vyloučen z organismu (13). Aminoskupina se uvolní buď jako amoniak, anebo se přenese na akceptor. Tímto akceptorem je 2-oxokyselina (10). Převažujícím akceptorem aminoskupiny je 2-oxoglutarát měnící se na glutamát (24). Tato druhá reakce, která je označována jako transaminace, se týká největšího počtu aminokyselin z celkového 17

aminokyselinového poolu. Při transaminaci se nemusí přenášet jen -aminoskupina, ale podléhá ji také -aminoskupina ornitinu (10). Aminokyseliny, jejichž aminoskupina nepodléhá transaminaci, jsou lyzin, treonin, prolin a hydroxyprolin (8). Jedná se o reakci aminokyseliny s -oxokyselinou, při níž je produktem jiná aminokyselina a další oxokyselina. Transaminace je katalyzována aminotransferázami a je to typicky vratná reakce. Největší význam z množství existujících aminotransferáz mají pro savce dvě: aspartátaminotransferáza (AST), alaninaminotransferáza (ALT), ale také aminotransferáza rozvětvených aminokyselin. Tyto enzymy pracují jedině za přítomnosti pyridoxal-fosfátu, což je koenzym, který je fosforylovaným derivátem vitaminu B6 pyridoxalu (10). 4.3.1.1

Mechanismus transaminace

Koenzym je připoután na aminokyselinu a vytvoří se aldiminová vazba. Přitom je koenzym, přes -aminoskupinu jeho lyzinového zbytku, kovalentně vázaný na enzym. Vzniká ketimin přesunutím dvojné vazby v aldiminu. Poté se hydrolyticky odštěpí -oxokyselina z ketiminu, přičemž -NH2

skupina zůstává na komplexu enzymu

s pyridoxalfosfátem. Nakonec se -oxokyselina přemění na aminokyselinu a další oxokyselina znovu vytvoří Schiffovu bazi a ta obráceným postupem hydrolyticky uvolní koncovou aminokyselinu (10). 4.3.2

Oxidační deaminace

Další degradační reakcí je oxidační deaminace. Od transaminace se zásadně liší v tom, že odtržená NH2 skupina se nepřenáší na oxokyselinu, ale uvolní se jako amoniak. Reakce je katalyzována dvěma enzymy. Aminooxidáza je flavinový enzym, jehož prostetickou skupinou je flavinmononukleotid (10). Tento enzym je přítomný v játrech a ledvinách a oxiduje aminokyseliny na aminokyseliny, které se rozkládají na odpovídající ketokyselinu a amoniak, čemuž předchází adice vody. Aminooxidáza se vyskytuje v organismu ve dvou formách. Laminooxidáza s velmi malou aktivitou a D-aminooxidíza, která katabolizuje vzácněji se vyskytující D-aminokyseliny, jejichž přítomnost negativně ovlivňuje aktivitu mnoha enzymů (8). Hlavním deaminačním enzymem je mitochondriální glutamátdehydrogenáza, který má za úkol katalyzovat přeměnu glutamátu na -oxoglutarát. I když tento enzym působí jen na

18

glutamát a ne na ostatní aminokyseliny, dochází proto ke spojení transaminace s následnou deaminací. Tento proces se nazývá transdeaminace. 4.3.3

Dekarboxylace

Dekarboxylace aminokyselin je další cesta katabolismu aminokyselin, zároveň se touto cestou může zahajovat syntéza významných látek (10). Dekarboxylací vznikají z aminokyselin biogenní aminy. Vzniklé produkty jsou velmi účinné látky (8). Dekarboxylázy aminokyselin patří do skupiny lyáz a jejich koenzym je pyridoxalfosfát. U savců se nachází několik dekarboxyláz, např. speciální dekarboxyláza, která reaguje s aromatickými a heterocyklickými aminokyselinami, pak další, která dekarboxyluje jen aminokyseliny aromatické. Dalším enzymem je histidindekarboxyláza (10). Patří

sem

také

pyruvátdehydrogenáza,

která

oxiduje

pyruvát

na

acetyl-CoA,

a dehydrogenáza, která dekarboxyluje ketokyseliny s rozvětveným řetězcem vzniklé z aminokyselin s rozvětveným řetězcem (8).

zdroj tyrozin

Produkt dekarboxylace

Hlavní význam

noradrenalin

neurotransmiter, hormon nadledvin

adrenalin

hormon nadledvin

DOPA

melaniny

dopamin

neurotransmiter

oktopamin

„falešný“ neurotransmiter

histidin

histamin

vazodilatace, neuromodulátor

tryptofan

melatonin

hormon epifýzy

serotonin

vazokonstrikce

tryptamin

hnití bílkovin ve střevě

putrescin

předchůdce polyaminů

polyaminy

reakce s DNA, růstový faktor

ornitin glutamát

neurotransmiter

GABA (-aminobutyrát)

serin

ethanolamin

složka fosfolipidů

asparát

-alanin

složka CoA a pantotenátu

cystein

cysteamin

Složka CoA, radioprotektor

Tabulka 1: Významné produkty dekarboxylace a jejich hlavní význam (10)

19

5

METABOLISMUS KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN

5.1

Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem Valin, leucin a izoleucin patří do skupiny esenciálních aminokyselin s rozvětveným

řetězcem (také BCAA; branched-chain amino acids), ale mohou být odvozeny od jejich -ketoforem (27). Mají také výjimečné postavení v metabolismu, a proto se uplatňují i v klinické praxi (10). Katabolismus BCAA je z počátku společný a až následně se liší, což závisí na délce a uspořádání postranního řetězce. Metabolismus těchto aminokyselin začíná transaminací a pokračuje oxidační dekarboxylací. Transaminace je katalyzována společnou aminotransferasou. Tato reakce je reverzibilní a vzniklé 2-oxokyseliny mohou nahrazovat v dietě samotné aminokyseliny. Z

leucinu

vzniká

2-oxokapronát,

z valinu

vzniká

2-oxoisovalerát

a

z izoleucinu

2-oxomethylvalerát. Probíhající reakce dále pokračuje v mitochondriích, kde 2-oxokyseliny podlehnou dehydrogenaci a dekarboxylaci multienzymovou dehydrogenázou. Reakcí vzniká acyl-CoA, který je o uhlík kratší než výchozí 2-oxokyselina. Při hladovění se organizmus snaží zabránit ztrátě větvených aminokyselin tím, že oxidační dekarboxylaci oxokyselin ve svalu zpomalí, protože dehydrogenáza má vysokou aktivitu ve svalu. V další reakci podlehne acyl-CoA stejné reakci, jakou vzniká z acylu dehydrogenací nenasycený acyl při katabolismu mastných kyselin. Produktem je -nenasycený acyl-CoA. Touto reakcí společná dráha končí. Z valinu vzniká propionyl-CoA a z něj sukcinyl-CoA, z izlouecinu vzniká také propionyl-CoA, který je také štěpen na sukcinyl-CoA, a acetyl-CoA. Z leucinu vzniká -hydroxy--metylglutaryl-CoA (10), který je za přítomnosti HMG-CoA-lyázou štěpen na acetyl-CoA a acetoacetát, který může být přeměněn na 2 molekuly acetyl-CoA (24). 3-hydroxy-3-metyl-glutaryl-CoA je intermediární metabolit při syntéze izoprenoidů a cholesterolu. Propionyl-CoA je důležitý pro glukoneogenezi (27). Z BCAA vzniká přesunem jejich aminoskupiny na -ketoglutarát v kosterním svalu kyselina glutamová, která je zdrojem aminoskupiny pro syntézu alaninu z pyruvátu nebo může být použita pro syntézu glutaminu (8).

20

5.2

Lyzin Lyzin je esenciální bazická aminokyselina (8). Katabolismus lyzinu je neobvyklý,

protože nezačíná transaminací. Lyzin se v játrech slučuje s 2-oxoglutarátem a vznikne přechodný produkt zvaný sacharopin, který se okamžitě štěpí na kyselinu glutamovou a allyzin (-aminoadipát-6-semialdehyd). Z allyzinu vzniká oxidací -aminoadipát (10). 2-aminoadipát je v řadě dekarboxylačních a dehydrogenčních reakcí přeměněn na acetyl-CoA (8). Lyzin je také nezbytný pro tvorbu karnitinu a také jeho nevratnou dekarboxylací vzniká biogenní amin kadaverin (4).

5.3

Metionin Navzdory skutečnosti, že menší množství metioninu vzniká v lidském těle,

a to z cholinu přes homocystein, je metionin esenciální aminokyselina. Metionin má zásadní význam nejen pro syntézu vlastních bílkovinných struktur, ale i pro svou schopnost metylovat mnohé látky (10). Forma přenášející metylovou skupinu je S-adenosylmetionin, někdy nazývaný aktivní metionin. S-adenosylmetionin vzniká adenylací metioninu pomocí adenosyltransferázy (8). Metionin poskytuje ve své katabolické dráze cystein. Výchozí látkou je S-adenosylmetionin, který se konvertuje odštěpením metylu na S-adenosylhomocystein. Hydrolyticky se odštěpí adenozylová část molekuly a zůstane homocystein (10). Homocystein může být přeměněn buď na metionin, pokud je dostatek donorů metylových skupin, nebo se v transsulfurační cestě spojuje se serinem za vzniku cystationinu (8). Cystationin se rozpadá, zůstává atom síry na serinové kostře a tím se serin transformuje na cystein, který je přísně vzato někdy považován za esenciální aminokyselinu, protože při deficitu metioninu, je deficitní i cystein. Ve skutečnosti k tomu dochází jen zřídka, protože v proteinech potravy je cystein v dostatečném množství. Z homocysteinové kostry zůstává po ztrátě síry homoserin, ze kterého se tvoří propionyl-CoA a ten skončí jako sukcynyl-CoA (10).

21

5.4

Treonin Treonin je jedna z mála aminokyselin, která nepodléhá transaminaci, ale štěpí se

treoninaldolázou na acetaldehyd a glycin. Nestálý acetaldehyd se rychle převádí na acetyl-CoA prostřednictvím dehydrogenázy (10). Treonin může být také degradován přes 2-oxobutyrát a propionyl-CoA na sukcinyl-CoA, který je součástí citrátového cyklu (10).

5.5

Aromatické aminokyseliny Organismus člověka nedokáže vytvářet aromatické jádro, a proto jsou fenylalanin

a tryptofan esenciální aminokyseliny (8). Znalost katabolismu aromatických kyselin je pro lékaře důležitá, protože poruchy katabolismu těchto aminokyselin jsou velmi časté a klinicky závažné (10). Fenylketonurie je vrozená porucha, jejíž příčinou je chybění nebo nízká aktivita fenylalaninhydroxylázy a to způsobuje, že fenylalanin se nepřeměňuje na tyrozin (8), (10). Hladina fenylalaninu v krvi výrazně stoupá (hyperfenylalaninemie) a nadbytečné množství fenylalaninu podléhá transaminaci za vzniku fenylpyruvátu (24). Hydroxylační reakce může také poklesnout z důvodů způsobené chyběním dárce vodíku (tetrahydrobiopterinu) (10). Pokud není tato nemoc zjištěna a léčena v krátké době po narození, dochází během několika měsíců k těžké mentální retardaci (24). Alkaptonurie je autozomálně recesivní onemocnění, jejíž podstatou je chybění homogentisátoxygenázy, která štěpí homogentisát (10). Kyselina homogentisová se vylučuje ve velkém množství močí a po oxidaci vzdušným kyslíkem se mění na hnědý pigment (8). Tento pigment se podobá melaninu a ve struktuře obsahuje benzochinonové kruhy (10). Tyrozinemie je skupina onemocnění vzniklá poruchou metabolismu tyrozinu na různých úrovních (8). Tyrozinemie typu I je způsobena pravděpodobně defektem fumarylacetacetáthydrolázy. U tyrozinemie typu II (Richnerův-Hahartův syndrom) je pravděpodobnou enzymatickou poruchou defekt tyrozintransaminázy a u neonatální tyrozinemie je tato porucha výsledkem deficitu p-hydroxyfenylpyruváthydroxylázy (13).

22

5.5.1

Fenylalanin

Zásadní cestou metabolismu fenylalaninu je nevratná hydroxylace na tyrozin pomocí fenylalaninhydroxylázy (10). Tento enzym obsahuje atom FeIII a vyžaduje kofaktor biopterin. Při hydroxylaci fenylalaninu je aktivní forma biopterinu 5,6,7,8-tetrahydrobiopterin oxidován na 7,8-dihydrobiopterin (24). Asi 50% veškeré aktivity fenylalaninhydroxylázy v lidském organismu je přítomno v ledvinách, které produkují okolo 1g tyrozinu (8). 5.5.2

Tryptofan

Tato esenciální aromatická aminokyselina je nezbytná pro syntézu proteinů a řady fyziologicky významných látek (8). Metabolismus tryptofanu probíhá několika cestami. Kvantitativně nejvýznamnější cesta je kynurenin-antranilátová. Katabolismus začíná rozštěpením

kruhu

enzymem

tryptofanoxygenázou

neboli

pyrrolázou.

Vzniklý

N-formylkynurenin se dále štěpí na kynurenin, ze kterého se odštěpí postranní řetězec alaninu a vznikne 3-hydroxykynurenin, který se hydroxyluje na 3-hydroxyantranilát, jehož další degradace vede ke vzniku 2-oxoadipátu (24) (10). Z 2-oxoadipátu vzniká acetyl-CoA a z alaninu pyruvát. Z menší části se touto cestou syntetizuje kyselina nikotinová a nikotinamid (niacin), který je ve formě koenzymů NAD+ a NADP+ součástí oxidoredukčních koenzymů (8). Z tryptofanu pomocí tryptofan-5-monooxygenázy vzniká 5-hydroxytryptofan, který je dekarboxylován 5-hydroxytryptofandekarboxylázou na inhibiční neuromediátot serotonin (5-hydroxytryptamin). Serotonin je degradován na 5-hydroxyindolacetát, který se vylučuje močí (8), (10). V nepatrném množství vzniká dekarboxylací tryptofanu tryptamin. Část potravního tryptofanu zůstává v tlustém střevě a je napadán střevní flórou, přičemž vzniká indol, který se dostává do moče jako indoxyl-sulfát. Jinými bakteriemi je tryptofan přeměněn na skatol, který přispívá k nepříjemnému zápachu stolice (8), (10).

5.6

Arginin Arginin je esenciální aminokyselina, ale jen v dětském věku v období růstu.

V dospělém těle se jej tvoří dostatek v průběhu močovinového cyklu. Zdrojem argininu může být glutamát, který se převede na -semialdehyd glutamátu, ten na ornitin, který se převede na arginin (10).

23

Syntéza argininu se odehrává v ledvinách, játrech a mozku, ale v těchto orgánech nevzniká z ornitinu, nýbrž z citrulinu. Windmiller v experimentu prokazoval, že glutamin, který je zachycený ve střevě, je rychle měněn na citrulin a uvolněně do oběhu, ze kterého je vychytáván ledvinami a po jeho přeměně ledviny uvolňují arginin (27). Arginin je prekurzorem pro biosyntézu významných látek. Společně s ornitinem je výchozí látkou pro syntézu dekarboxylačních produktů spermidinu a sperminu (10). Agmatin vzniká v ledvinách a nervové tkáni dekarboxylací argininu (8). Arginin je výchozí látkou pro syntézu kreatinu. Kreatin je sloučenina, která vzniká ze tří aminokyselin – z argininu, glycinu a metioninu. V ledvinách je z argininu transamiázou odštěpena guanidinová skupina a je napojena na glycin. Vzniklý guanidinoacetát se v játrech metyluje metylem z S-adenozylmetioninu za spoluúčasti ATP na kreatinfosfát, který se ve svalech nevratně dehydratuje na kreatinin (10). Oxidativní cestou dává arginin vznik molekule oxidu dusnatého (27). Tento oxid dusíku vzniká z guadininové skupiny se NO-syntázou. Zbytkovým produktem této reakce je citrulin (10).

5.7

Histidin Histidin není esenciální aminokyselina, výjimku tvoří pacienti s uremií, renální

insuficiencí a je také esenciální pro rostoucí děti (8), (27). Při degradačních procesech histidin nejdříve podlehne účinku histidinamoniaklyázy, která přemění histidin odštěpením amoniaku na urokanát. Ten se hydratuje, mizí dvojná vazba a vzniká 4-imidazolon-5-propionát, ze kterého vznikne rozštěpením imidazolového cyklu N-formiminoglutamát, jehož formiminová skupina se přenese na kyselinu tetrahydrolistovou a vznikne glutamát, který je oxidační deaminací přeměněn na 2-oxoglutarát (8), (10). Dekarboxylací histidinu dekarboxylázou aromatických L-aminokyselin vzniká biogenní amin histamin (10). Dále se histidin nachází ve vysoké koncentraci v hemoglobinu a je prekurzorem anserinu, karnozinu a ergotioneinu. Od anserinu je zřejmě odvozen 1-methylhistidin a posttranslační metylací histidinu, který je přítomný v molekulách aktinu a myozinu, vzniká 3-methylhistidin (8).

24

5.8

Cystein Cystein je zahrnutý v katabolické dráze metioninu. S-adenosylmetionin, který je

výchozí

látkou,

se

konvertuje

odštěpením

metylu

na

S-adenosylhomocystein.

Po hydrolytickém odštěpení adenosylové části molekuly zůstane homocystein, který se sloučí se serinem na meziprodukt cystation. Po rozpadu cystationu zůstane atom síry na serinové kostře a vzniká cystein (10). Tuto syntézu umožňují cystation--syntáza, která katalyzuje syntézu cystationu z homoserinu, a -cystationáza, která katalyzuje syntézu cysteinu z cystationu. Oba enzymy se vyskytují v ledvinách, játrech, tenkém střevě a pankreatu (8). Významný oxidoredukční systém představuje přeměna cysteinu na cystin konverzí dvou -SH skupin na vazbu S-S (8). Zásadně důležitý pro udržování konformace a funkce bílkovin a enzymů je poměr mezi oběma stavy ( -SH : -S-S) (10). S aminokyselinami glutamátem a glycinem poskytuje cystein glutation. Dekarboxylací cysteinu vzniká cysteamin, jehož oxidací vzniká cystamin, což je látka s radioaktivním působením. Kyselina cysteová vzniká oxidací SH-skupiny cysteinu a dekarboxylací se mění na taurin (10). Kvantitativně nejvýznamnější je oxidační cesta, která končí tvorbou anorganických sulfátů a uvolnění pyruvátu (10). Cysteindioxygenáza katalyzuje přeměnu cysteinu na cysteinsulfinát a ten je pravděpodobně transaminován na 3-sulfinylpyruvát, který dosud nebyl izolován. 3-sulfinylpyruvát je poté přeměněn na pyruvát (13). Specifická

cysteintransamináza

katalyzuje

reverzibilní

transaminaci

cysteinu

na 3-merkaptopyruvát, který může být desulfurován za vzniku pyruvátu a H2S (13).

5.9

Tyrozin Za účasti fenylalaninhydroxylázy vzniká tyrozin nevratnou hydroxylací fenylalaninu

(8). Tyrozin je neesenciální aminokyselinou, ale v případě sníženého příjmu fenylalaninu nebo nedostatečnosti hydroxylázového systému je také tyrozin esenciální (27). Transaminace tyrozinu na p-hydroxyfenylpyruvát je prvním krokem jeho katabolismu (8). Na tuto 2-oxokyselinu poté působí p-hydroxyfenylpyruváthydroxyláza, která katalyzuje vznik homogentisátu. Působením dioxygenázy pronikne kyslík do molekuly homogentisátu a rozštěpí jeho aromatický kruh. Jako koncové produkty katabolismu se po několika dalších krocích objeví fumarát a acetoacetát (10).

25

Mimo této hlavní katabolické cesty může katabolismus tyrozinu poskytnout i jiné produkty (10). Tyrozin je výchozí látkou při vzniku hormonů štítné žlázy (trijodtyroninu a tyroxinu), katecholaminů (dopaminu, adrenalinu a noradrenalinu) a melaninu. Metabolizace katecholaminů probíhá za účasti katechol-O-metyltransferázy a monoaminooxidázy. Hlavními katabolity jsou kyselina homovanilová a vanilmandlová (8). Amin vznikající z tyrozinu je oktopamin, který působí jako „falešný“ neurotransmiter (10).

5.10 Kyselina glutamová Kyselina glutamová je transaminací běžně tvořena z 2-oxoglutarátu. Dalším zdrojem kyseliny glutamové je katabolismus některých aminokyselin. Vedle glutaminu se na kyselinu glutamovou mohou přeměnit ještě prolin, arginin a histidin. Z glutaminu se tvoří kyselina glutamová hydrolytickým účinkem glutaminázy za současného odštěpení NH3. Degradace kyseliny glutamové se děje oxidační deaminací za vzniku 2-oxoglutarátu a uvolnění amoniaku. Tato reakce je katalyzována glutamátdehydrogenázou. Kyselina glutamová je prekurzorem glutaminu, prolinu, glutationu a dalších látek. Je také zdrojem -aminomáselné kyseliny, která vzniká její dekarboxylací. Této reakce se účastní enzym glutamátdekarboxyláza. Kyselina glutamová je kromě toho také zdrojem 3-hydroxybutyrátu (8),(10).

5.11 Glutamin V tělních tekutinách je nejrozšířenější aminokyselinou právě glutamin. Největší zásoby glutaminu má kosterní sval a je hlavním zdrojem této aminokyseliny pro většinu tkání. Do krve je v menším množství uvolňován glutamin z plic. Většina glutaminu je za fyziologických podmínek utilizována střevní sliznicí, ledvinami a játry. Jeho syntéza probíhá v mitochondriích z glutamátu a je katalyzována enzymem glutaminsyntetázou. Její aktivita je vysoká v kosterním svalstvu, plicích, ledvinách a játrech. Nízká je v žaludku, tenkém a tlustém střevě. Degradace glutaminu na glutamát probíhá jako hydrolýza katalyzovaná účinkem glutaminázy a odštěpí se NH3.

26

5.12 Serin Serin je alifatická neesenciální aminokyselina a patří do skupiny aminokyselin konvertujících na pyruvát, a proto se jedná o glukogenní aminokyselinu (10). Hlavním zdrojem pro tvorbu serinu jsou sacharidy (10). Serin je syntetizován z produktu glykolýzy, kterým je 3-fosfoglycerát (27). Ten se přeměňuje na 3-fosfoserin, který se po odštěpení fosfátového zbytku mění na serin a naopak se serin také podílí zpětnými reakcemi na vytváření 3-fosfoglycerátu a tím zvyšování jeho koncentrace (10). Serin je dehydratační reakcí katalyzovanou serindehydrogenázou přeměňován na pyruvát. Aminoakrylát, který je produktem dehydratace, se tautomerně bez přispění enzymů přeměňuje na imin, který je spontánně hydrolyzován na pyruvát a amoniak (24). Jiná degradační cesta serinu, která u člověka převažuje, je produkce glyoxalátu a oxalátu, tedy stejných produktů, jaké dává glycin (10). Serin je důležitým substrátem pro tvorbu fosfolipidů, cysteinu a glycinu (8). Při konverzi serinu na glycin se uplatňuje funkce tetrahydrofolátu, který má schopnost přenášet

jednouhlíkaté

zbytky.

Při

této

vratné

reakci,

která

je

katalyzována

hydroxymetyltransferázou, je přenesena -CH2OH serinu za vzniku glycinu (10).

5.13 Glycin Hlavní cestou degradace glycinu je jeho štěpení na amoniak a oxid uhličitý pomocí mitochondriálního enzymu glycinsyntázou, který se nachází v jaterních buňkách. Další možností katabolismu je buď vratná transaminace, nebo oxidační deaminace na glyoxalát, který se spálí na CO2 a formyl-tetrahydrofolát, anebo z něj vzniká oxalát. Jak již bylo řečeno dříve, glycin vzniká vratnou reakcí ze serinu a také působením treoninaldolázy z treoninu. Glycin a serin jsou výchozími substráty četných syntéz a mají mimořádné postavení v metabolismu mnoha důležitých látek jako kreatinu, glutationu, porfyrinu, hemu, purinů (8), (10).

5.14 Prolin Prolin je neesenciální aminokyselina, jejíž postranní řetězec se připojuje na -uhlík i na aminoskupinu, což vede ke vzniku cyklické struktury (8). Prolin patří do skupiny

27

aminokyselin, které poskytují 2-oxoglutarát, a proto je glukogenní (10). Prolin se nachází ve vysokých koncentracích v kolagenu společně s hydroxyprolinem (8). Kromě endogenních a exogenních proteinů je zdrojem prolinu jeho syntéza z histidinu, argininu a glutamátu (8). Všechny tři zmíněné aminokyseliny se převedou na -semialdehyd glutamátu a ten se cyklizuje na pyrrolidinkarboxylát, který je po dehydrogenaci přeměněn na prolin (10) Degradace prolinu probíhá jako obrácená syntéza glutamátu, který se pak transaminuje na 2-oxoglutarát. Etanol ovlivňuje rychlost degradace. Pravidelné užívání destilátů degradaci zpomaluje. Hladina prolinu se v buňce zvyšuje a jeho vysoké nahromadění se projeví na syntéze kolagenu. Po čase vznikne patologická fibróza jater, protože volný prolin stimuluje syntézu kolagenu (10). Hydroxyprolin není při translaci zařazován do polypeptidového řetězce, protože se do něj včleňuje prolin, který se hydroxyluje až posttranslačně. Tato reakce vyžaduje přítomnost O2, železa a askorbátu. Hydroxyprolin se degraduje na pyruvát a glyoxalát (10).

5.15 Alanin Při hladovění, tělesné zátěži a u většiny proteokatabolických onemocnění je ve svalu aktivována syntéza alaninu. Alanin je syntetizován v kosterním svalstvu z pyruvátu, který poskytuje acetyl-CoA, nebo z něj vznikne glukóza. Jedná se o vratnou transaminační reakci. Hlavní dárcem aminoskupiny jsou aminokyseliny s rozvětveným řetězcem, které ji předávají na pyruvát prostřednictvím glutamátu. Játra jsou hlavním místem katabolismu alaninu, kde pyruvát, který vznikl z alaninu transaminací, je využit jako energetický substrát, nebo je dále převeden až na aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (8), (10).

5.16 Kyselina asparagová a asparagin Transaminační reakcí vzniká kyselina asparagová z oxalacetátu, kde je zdrojem aminoskupiny glutamin a reakce je katalyzována pyridoxalfosfátem. Katabolismus kyseliny asparagové se může ubírat dvěma směry. Hlavní katabolická cesta je transaminace na oxalacetát. Další, fyziologicky významnou katabolickou dráhou je

28

vystup do ornitinového cyklu prostřednictvím argininsukcinátu, jehož štěpením vzniká arginin a fumarát, který vstupuje do citrátového cyklu (8). Asparagin, polární aminokyselina, snadno vytváří vodíkové vazby a zvyšuje rozpustnost bílkovin ve vodě. Asparagin je v reakci, která je hydrolyzována asparaginázou, přeměněn na kyselinu asparagovou a poté přeměněn na oxalacetát stejným způsobem jako kyselina asparagová (8), (24).

29

6

FUNKCE KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN

6.1

Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (BCAA) - valin, leucin a izoleucin jsou tímto

způsobem pojmenovány, protože každá z těchto aminokyselin má uhlíkový řetězec, který se větví a odklání se od hlavní lineární uhlíkové kostry. Ačkoliv jsou strukturně podobné, mají tyto

aminokyseliny

a

jejich

metabolity

různé

funkce

v proteinech

a

v syntéze

neurotransmiterů (4). Leucin, izoleucin a valin se účastní přímo a nepřímo mnoha důležitých biochemických funkcí v mozku. Zahrnují proteinovou syntézu, produkci energie, syntézu neurotransmiteru - serotoninu a katecholaminů - dopaminu a noradrenalinu, které jsou odvozené z aromatických aminokyselin tryptofanu a fenylalaninu a tyrozinu. BCAA obsažené v plazmě jsou transportovány do mozku přenašeči, kteří jsou umístěni na kapilárních endotelových buňkách v centrální nervové soustavě (5). BCAA jsou důležitým substrátem pro syntézu proteinů, zasahují do regulace jejich syntézy a degradace, snižují katabolismus, jsou energetickým substrátem pro sval a podílí se na syntéze glutaminu a alaninu (8), (19). Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem jsou oxidovány hlavně kosterním svalem. Tempo oxidace BCAA ve svalu je stimulováno hladověním, hormonální činností, stresem, diabetem a dalšími stavy spojenými s ničením svalových proteinů a negativní dusíkovou bilancí. Oxidace BCAA dodává energii svalu a dusík pro syntézu glutaminu ve svalu (6). U nemocných s pokročilou cirhózou se podáním aminokyselin s rozvětveným řetězcem zlepšuje tolerance bílkovin. Jejich aplikace má také příznivý vliv na léčbu jaterní encefalopatie. U těchto chorob dochází k poklesu BCAA a častěji než u jiných nemocí se projevuje jejich pozitivní vliv na proteinovou bilanci (8),(19). -hydroxy--metylbutyrát je často používaným dietním suplementem pro zvýšení svalové síly, protože má proteoanabolický efekt a je u něj popisován inhibiční vliv na produkci kortizolu a expresi genů aktivujících ubiquitin-proteazomový systém, který má do jisté míry vliv na katabolismus svalových bílkovin u nádorových onemocnění. Proto je v současné době diskutována funkce BCAA při léčbě nádorové kachexie a je prokázán jejich pozitivní prospěch jako proteinové komponenty v totální parenterální výživě právě při nádorové kachexii (4), (8), (19).

30

6.2

Lyzin Molekula lyzinu má elektrický náboj a obsahuje dvě aminoskupiny, což umožňuje

velké množství interakcí, především s peptidy a proteiny a vznik pevných, kovalentních vazeb v elastinu a kolagenu prostřednictvím -aminoskupiny. Pomocí hydroxylázy vzniká po inkorporaci lyzinu do peptidového řetězce hydroxylyzin (8). Lyzin je také prekurzorem pro biosyntézu karnitinu, který hraje důležitou úlohu v -oxidaci, a také jeho nevratnou dekarboxylací vzniká biogenní amin kadaverin (4).

6.3

Metionin Metionin má v těle mnoho funkcí. Metionin, síru obsahující aminokyselina, je

esenciální pro metylaci, která se odehrává v syntéze DNA, RNA, proteinů a dalších látek (7). Forma, která je schopna přenášet metylovou skupinu, je S-adenosylmetionin. Existuje velké množství

specifických

metyltransferáz

umožňujících

přenos

metylové

skupiny

z S-adenosylmetioninu na akceptor. Taro reakce se využívá při syntéze adrenalinu a kreatinu. Další možností je přenos metylové skupiny za vzniku S-adenosylahomocysteinu (8). Multifunkční úloha metioninu kromě metylace zahrnuje jeho účast v syntéze karnitinu, kreatinu, glutationu, nukleových kyselinách a katecholaminů (4). S-adenosylametionin se také přímo podílí na biosyntéze spermidinu a sperminu (13). Metionin je nelimitovanější aminokyselinou pro udržování tělních proteinů a dusíkové bilance a také pro účinek reutilizace jiných aminokyselin. Přestože je metionin nutričně nepostradatelná aminokyselina, svojí nepřetržitou dostupností ve volném aminokyselinovém poolu je důležitý pro udržování anabolického stavu pro syntézu proteinů (4). Totální parenterální výživa obsahující metionin má synergický účinek s 5-fluorouracilem v ložisku tumoru a její aplikace v kombinaci s touto sločeninou vykazuje zřetelný antikancerogenní účinek (7).

6.4

Treonin Treonin snadno vytváří prostřednictvím vodíkových vazeb interakce s mnoha látkami,

zvyšuje rozpustnost bílkovin ve vodě a reverzibilně váže fosfátovou skupinu. Společně se serinem se uplatňuje při aktivaci a inaktivaci enzymů. Treonin je prekurzorem pro syntézu proteinů, glycinu a serinu (8).

31

6.5

Aromatické aminokyseliny 6.5.1

Fenylalanin a tyrozin

Fenylalanin a jeho produkt tyrozin tvoří dvojici aminokyselin, z nichž je esenciální fenylalanin a tyrozin je při dostatku fenylalaninu neesenciální (27). Aromatická kyselina tyrozin je tradičně považován za neesenciální aminokyselinu pro dospělého člověka. Tyrozin je syntetizován výhradně z fenylalaninu hydroxylací, proto je jeho koncentrace závislá na přívodu fenylalaninu potravou. U předčasně narozených dětí je tyrozin považován za esenciální aminokyselinu. Snížení jeho endogenní syntézy se také může vyskytovat u donošených dětí. Při renálním selhání je koncentrace tyrozinu nízká, což je opakovaně připisováno snížené oxidaci tyrozinu z fenylalaninu. To je způsobeno částečnou inhibicí enzymu fenylalaninhydroxylázy (15). Tyrozin je také výchozí látkou při vzniku hormonů štítné žlázy (trijodtyroninu a tyroxinu), katecholaminů (dopaminu, adrenalinu a noradrenalinu) a melaninu (8). 6.5.2

Tryptofan

Esenciální aminokyselina tryptofan je důležitým prekurzorem pro řadu fyziologicky významných substrátů, jako jsou serotonin, melatonin a niacin, je také nezbytný pro syntézu proteinů a má malý, ale významný účinek na růstový hormon (8), (4). 80-90% tryptofanu je v krvi transportována ve vazbě na albuminy, o kterou soutěží s mastnými kyselinami. Koncentrace volného tryptofanu tak stoupá při lipomobilizaci a následném vzrůstu plazmatických koncentrací mastných kyselin. Nárůst koncentrace tohoto volného tryptofanu při namáhavé fyzické zátěži v důsledku jeho vytěsnění z vazby na albumin mastnými kyselinami vede ke zvýšení transportu tryptofanu do mozku a tím je stimulována tvorba serotoninu, který je jeden z faktorů navozujících pocit únavy (8). Transport tryptofanu do mozku není regulovaný pouze koncentrací tryptofanu v krevním řečišti, ale také koncentrací jiných neutrálních aminokyselin, především aminokyselin s rozvětveným řetězcem, které kompetují s tryptofanem o vazbu na přenašečový systém, který je transportuje do mozku (15).

32

6.6

Arginin Arginin je nezbytný pro syntézu proteinů a je prekurzorem mnoha fyziologicky

důležitých látek, jako jsou oxid dusnatý, ornitin, močovina, polyaminy (spermin, spermidin a putrescin), prolin, kreatin, agmatin a kyselina glutamová (8). Má také antioxidační účinek, má účinek na funkci cévního endotelu, zvyšuje vazodilataci, inhibuje agregaci krevních destiček, snižuje krevní tlak, má imunomodulační účinek a pozitivně působí při hojení ran (4). Arginin má anabolický efekt, který je připisován stimulačnímu vlivu na sekreci růstového hormonu, který brání katabolismu bílkovin (19). K zesílení anabolických procesů pomáhá arginin i tím, že je stimulátor vylučování inzulinu. Stimuluje také sekreci prolaktinu a luteinizačního hormonu. Zvýšením pozitivní dusíkové bilance působí v poúrazových stavech roztoky bohaté na arginin. Dále má arginin pozitivní účinek na zvýšení trofiky a má stimulační efekt na imunitní systém v období po úrazu a v postagresivních stavech. Zlepšenou transformaci lymfocytů po mitogenech a zvýšení počtu lymfocytů lze sledovat po podání roztoků bohatých na arginin (27). Arginin má také účinek na karcinom a na stresující situace jako operace, popáleniny a infekce. In vitro bylo demonstrováno, že zvýšená koncentrace argininu měla za následek zvýšenou aktivitu tzv. natural killer cells (4). Arginin je považován za esenciální aminokyselinu také při spermatogenezi, v období fetálního vývoje a u novorozenců. Příznivý vliv na spermatogenezi a sexuální funkce má arginin díky své podpoře na produkci oxidu dusnatého, luteinizačního hormonu, polyaminů a protaminů. Ty zastupují histony ve struktuře chromozomů v průběhu zrání spermií (8). Jde také o aminokyselinu, která se podílí na regulaci zánětlivé a regenerační reakce během tkáňového poškození (19).

6.7

Histidin Histidin snadno tvoří komplexy s těžkými kovy a bývá součástí aktivních center

enzymů. Je prekurzorem karnozinu, anserinu a ergotioneinu. Karnozin a anserin se ve vyšších koncentracích vyskytují ve svalech, ergotionein v červených krvinkách a v játrech. Právě histidin je z těchto látek uvolňován při jeho deficitu. Histidin je považován za esenciální aminokyselinu od té doby, kdy byl po příjmu bezhistidinové diety prokázán pokles koncentrace hemoglobinu, který odpovídal uvolnění 240 mg histidinu za den. Vyšší potřeba histidinu je u dětí a pacientů s renální insuficiencí (8).

33

6.8

Cystein Cystein je využíván pro syntéza proteinů, syntézu glutationu a produkci taurinu.

Cystein je nepostradatelný pro tvorbu kůže a vlasů. Přispívá k pevnému spojení tkání a k činnosti antioxidantů, podporuje proces hojení, stimuluje aktivitu bílých krvinek a pomáhá snižovat bolest při zánětu (4). Síru obsahující aminokyselina cystein může být u zdravých lidí syntetizována z metioninu v játrech specifickou transsulfurační cestou. Aktivita cystationázy, která je klíčovým enzymem v transsulfuraci, je v jaterní tkáni plodů, předčasně narozených a narozených dětí nízká nebo nezjistitelná. Při jaterním onemocnění nemůže být potřeba cysteinu patřičně uspokojena, protože je zmenšena transsulfurační kapacita. V této specifické situaci je cystein považován za esenciální aminokyselinu (7).

6.9

Kyselina glutamová Kyselina glutamová je neesenciální aminokyselina, která se stává esenciální při

katabolických stavech, jako je malnutrice, protože pozitivně ovlivňuje dusíkovou bilanci a je důležitým prekurzorem pro tvorbu glutaminu. Kyselina glutamová je z kvantitativního hlediska nejvíce zastoupenou v živočišných i rostlinných bílkovinách. Její sůl je glutamát, zejména glutamát sodný, dodává potravinám typickou chuť a je základní součástí látek, které se používají k ochucování potravin. V dietě běžně přijímáme asi 15-20 g této aminokyseliny (19). V tělních tekutinách se vyskytuje volný glutamát, který pochází z exogenních a endogenních proteinů nebo vzniká katabolismem některých aminokyselin, jako jsou glutamin, arginin, prolin a histidin. Kyselina glutamová je důležitým intermediátem propujující metabolismus aminokyselin s citrátovým cyklem a v játrech umožňuje přenos jejich aminoskupiny do reakcí, které se odehrávají v ornitinovém cyklu. Je také prekurzorem některých látek, mezi které patří i glutamin, prolin, glutation a kyselina -aminomáselná, která z ní vzniká dekarboxylací. Kyselina glutamová je hlavní excitační neurotransmiter v mozku (8).

34

6.10 Glutamin Glutamin je nejrozšířenější aminokyselinou v lidském svalu a plazmě a nachází se v relativně vysokých koncentracích v mnoha lidských tkáních. Glutamin tvoří přes 50% celkové aminokyselinového poolu. Tato neutrální aminoksyelina představuje více jak 60% všech intramuskulárních aminokyselin (4). Tvorba glutaminu se soustřeďuje hlavně do tkáně svalstva, plic, tukové tkáně a jater. Některá tkáně jsou na glutaminu závislé. Mezi tyto tkáně patří střevo, kostní dřeň a lymfatická tkáň, ledviny a v menší míře játra (27). Glutamin je prekurzorem, který předává dusík pro syntézu purinů, pirimidinů, nukleotidů, glutationu a je důležitým substrátem pro renální amoniogenezi. Glutamin slouží jako dusíkový přenašeč mezi různými tkáněmi a také představuje hlavní metabolické palivo pro buňky gastrointestinálního traktu a pro mnoho rychle proliferujících buněk včetně těch imunitního systému. Suplementace glutaminu může být prospěšná při léčení stresových a malnutričních pacientů. Suplementace glutaminu enterální nebo parenterální výživou je spojena se zvětšující tloušťkou střevní sliznice, obsahem DNA a proteinů, redukcí bakteriální translokace po radiaci a ochranou střevní sliznice během parenterální výživy. Glutamin také brání atrofii střevní sliznice (7). Při zátěžových stavech, zejména u kritických pacientů, je spotřeba glutaminu pro dělící se buňky a reparaci tkání tak vysoká, že se glutamin dostává do pozice esenciální aminokyseliny. Glutamin je důležitým substrátem, který umožňuje proliferaci buněk poškozených tkání, a je nepostradatelný pro udržení střevní bariéry v případě střevního poškození. V této situaci se uvolňují toxické látky a endotoxiny do oběhu, což vede produkci cytokinů, které stimulují uvolnění glutaminu ze svalstva a plic. Zvýšená koncentrace glutaminu, který je transportovaný do střeva, vede k reparaci střevní mukózy, a tím i střevní bariéry (27).

6.11 Serin Patří mezi polární aminokyseliny, zvyšuje rozpustnost bílkovin a interaguje s řadou látek. Serin je součástí O-glykosidických vazeb glykoproteinů a esterových vazeb fosfoproteinů. Serin je také důležitým substrátem při syntéze cysteinu a fosfolipidů. Bylo prokázáno, že serin má specifické funkce v metabolismu nervové tkáně, protože vytváří vhodné prostředí pro funkci nervových buněk a řízení aktivity N-metyl-D-aspartát receptorů (8).

35

Serin je používán pro syntézu různých proteinů a je důležitý glukogenní substrát ve vysoko proteinové dietě. Serin je také základní komponentou fosfolipidu fosfatidylserinu a reguluje jeho tvorbu a míru jeho dekarboxylace na fosfatidyletanolamin (4).

6.12 Glycin Jedná se o nejmenší aminokyselinu. Na glycin jsou bohaté laminy, keratin a kolagen. Glycin je prekurzorem při syntéze hemu, purinů a kreatinu. Součástí mnoha detoxikačních mechanizmů je konjugace s glycinem. Konjugace glycinu se žlučovými kyselinami umožňuje jejich transport přes biologické membrány a vylučování žlučí. Zejména v mozkovém kmeni a míše působí glycin jako inhibiční neurotransmiter. Vazba glycinu na strychnin-senzitivní receptory na postsynaptické membráně vede k otevření kanálů pro chloridové ionty, které vstupují do plazmy, což vede k hyperpolarizaci a snížení excitability postsynaptockých neuronů (8).

6.13 Prolin a hydroxyprolin Tyto dvě aminokyseliny obsahují esenciální pyrolový kruh a vyskytují se v kolagenu a dalších proteinech pojivové tkáně. Některé studie předpokládají, že prolin může být esenciální aminokyselinou během kojení a pro předčasně narozené děti (4).

6.14 Alanin Alanin je neesenciální aminokyselina, která se nachází ve třech formách – L-alanin, D-alanin a -alanin. L-alanin, kromě leucinu, je druhá nejvíce používaná aminokyselina v proteinové syntéze a zodpovídá za 7.8% primární struktury ve vzorku 1150 proteinů. D-alanin se vyskytuje v buněčné stěně bakterií a v peptidových antibioticích. -alanin se přirozeně nenachází v proteinech, ale používá se pro syntézu pantotenové kyseliny a má hepatoprotektivní efekt (4). Alanin se poměrně často vyskytuje v tělních tekutinách ve vysokých koncentracích. Tato neesenciální glukoplastická aminokyselina je jedna ze dvou základních pojítek mezi metabolizmem aminokyselin a sacharidů a má důležitou úlohu v udržování glykemie u zátěžových stavů, protože z něj v játrech vzniká transaminací pyruvát, který je využit jako energetický substrát, nebo pro syntézu glukózy (8). 36

6.15 Kyselina asparagová a asparagin Taty glukoplastické neesenciální aminokyseliny jsou nezbytné při syntéze purinů a pyrimidinů a je jednou ze dvou excitačních aminokyselin v mozku, to druhou je glutamová kyselina. Kyselina aspartová je součástí umělého sladidla aspartamu, které je tvořeno kyselinou asparagovou a fenylalaninem (8).

37

7

VÝZNAMNÉ METABOLITY KÓDOVANÝCH AMINOKYSELIN

7.1

Karnitin Karnitin se syntetizuje z lyzinu a aktivovaného metioninu a také se do těla dostává

masitou a mléčnou potravou. Karnitin je specifický přenašeč, který je součástí vnitřní membrány a slouží k přestupu acylu vyšší mastné kyseliny do nitra mitochondrie. Obsah karnitinu je také důležitým faktorem pro výživu myokardu a kosterního svalu, protože svalovina se „živí“ do značné míry tuky (10). Více než 95% veškerých zásob karnitinu v těle se nachází uvnitř v kosterní svalové tkáni buď jako volný karnitin nebo jako acyl-karnitin. Karnitin je považován za esenciální nutriet, který má důležité funkce v energetickém metabolismu a metabolismu makronutrientů. Některé studie ukazují, že karnitin snižuje produkci některých prozánětlivých cytokinů a má protizánětlivý a imunomodulační účinek (4). V těle je obsažen karnitin ve velkých zásobách a za normálních podmínek, ani při extrémní fyzické zátěži, není jeho suplementace potřebná. Organizmus dokáže uvolňovat ze svých zásob potřebné množství karnitinu pro transport dlouhých mastných kyselin a také jeho syntéza je při přívodu metioninu a lyzinu dostačující (27).

7.2

Metabolity tryptofanu 7.2.1

Serotonin

Je tvořen a uskladněn v enterochromafinních buňkách, v serotoninnergních neuronech mozkového kmene, v enterickém nervovém systému a v okolí cév. Vlivem mechanických či nervových podnětů je vyplaven a vychytáván trombocyty. Volný serotonin je rychle biodegradován převážně účinkem monoaminooxidázy a je vylučován močí ve formě 5-hydroxyindoloctové kyseliny (12). Serotonin je vysoce účinný biogenní amin, který je významným vazokonstriktorem, stimulantem kontrakce hladkých svalů a podílí se na imunitních pochodech (10). Jako neurotransmiter působí v mozku a v epifýze slouží jako prekurzor v syntéze melatoninu (27).

38

Na serotonin jsou nejbohatším zdrojem rafeální jádra v mozkovém kmeni, odkud vedou četné serotoninergní dráhy do hypotalamu, limbického systému a neokortexu. Vysoké koncentrace serotoninu se nachází v epifýze. Na úrovni míchy serotonin tlumí pocit bolesti (17). Serotonin je meziproduktem v syntéze melatoninu. Nízké hladiny tryptofanu v krevní plazmě a pravděpodobně koncentrace serotoninu v mozku mají za následek sníženou noční sekrece melatoninu v lidském těle (4). 7.2.2

Melatonin

Melatonin, také označován jako hormon tmy, vzniká ze serotoninu za přítomnosti N-acetyltransferázy. Tvorba melatoninu prudce stoupá kolem 21:00 hodiny a maximálních hodnot dosahuje kolem 3:00 hodiny. Přes den je jeho koncentrace velmi nízká. Melatonin se tvoří v šišince převážně v noci a do krve je vydáván v pulzech. Melatonin zlepšuje kvalitu spánku, působí jako antioxidant proti volným radikálům, zpomaluje stárnutí, informuje o vnitřním čase biologických hodin, nastavuje a synchronizuje biologické hodiny a bylo také popsáno příznivé působení u savců proti nádorům závislým na hormonech (17). 7.2.3

Niacin

Niacin obsahuje kyselinu nikotinovou a nikotinamid. Druhý zmiňovaný je součástí dvou

koenzymů,

nikotinamid-adenin-dinukleotidu

(NAD)

a

nikotinamid-adenin-

dinukleotidfosfátu (NADP), které jsou zapojené do buněčných oxidací. Je také koenzymem mnoha dehydrogenáz a připravuje sloučeniny o vodík a tím je oxiduje. Denní potřeba niacinu je 15-20 mg a vyskytuje se hlavně v mase, rybách, mléce, kvasnicích a listové zelenině. 1 mg kyseliny nikotinové vznikne ze 60 mg tryptofanu (17), (27). Při nedostatečném příjmu niacinu vzniká onemocnění zvané pelagra, které může být také indukováno při nadměrném přívody leucinu, který inhibuje chinolinátfosforibozyltransferázu, což je klíčový enzym při přeměně tryptofanu na niacin. Pelagra je nazývána nemocí tří D, protože jejími hlavními symptomy jsou demence, diarrhoea a dermatitida (8). V našich oblastech se mnohem častěji vyskytuje sekundární deficit niacinu, který vzniká vlivem chronického alkoholizmu, při onemocnění štítné žlázy, malabsorpčních stavech, nádorových onemocněních, popálení a při terapii tuberkulózy izoniazidem. Farmakologické dávky niacinu, které jsou ve formě kyseliny nikotinové, se používají k redukci celkového cholesterolu a LDL cholesterolu (27). Některé studie potvrdily, že tryptofan a niacin mají pozitivní vliv na růst dětí (18).

39

7.3

Metabolity fenylalaninu a tyrozinu 7.3.1

Trijodtyronin a tyroxin

Tyto dva hormony jsou produkovány štítnou žlázou a jejich sekrece je řízena nabídkou jodu a řídícími hormony z hypotalamu a hypofýzy (tyreotropním hormonem a tyreoideu stimulujícím hormonem). Součástí hormonů štítné žlázy je jod, který je aktivně vychytáván z krve jodidovou pumpou, je oxidován a poté je začleněn do organické vazby v molekule tyrozinu. Poté vzniká monojodtyrozin a dijodtyrozin, jejichž kondenzací vznikají trijodtyronin a tyroxin. Dle potřeby jsou uvolňovány do krve, kde jsou vázány na bílkoviny, a dále jsou předávány do potřebných tkání. Trijodtyronin a tyroxin mohou zvyšovat bazální metabolismus, tím zvyšují spotřebu kyslíku a vznik zbytkového tepla ve tkáních. Dále ovlivňují proteosyntézu a růst, stimulují metabolismus cukrů, zvyšují mobilizaci a oxidaci tuků, zvyšují srdeční frekvenci a minutový krevní oběh a ovlivňují rychlost vedení vzruchu. Porucha sekrece těchto hormonů vede ke vzniku strumy, která vzniká při hypofunkci i při hyperfunkci (17). 7.3.2

Katecholaminy

Hlavním místem tvorby dopaminu v mozku jsou neurony substantia nigra, proto jej nalézáme v nigrostriatálnách drahách, v nucleus caudatus a v putamen. Na dopamin je bohatý i hypotalamus (17). Noradrenalin a adrenalin jsou syntetizovány v dřeni nadledvin. Pro život dostačujícím množstvím jsou produkovány v mozku a sympatických gangliích, kde tyrozin vstupuje do nesynaptického zakončení a je přeměněn na dihydroxyfenylalanin, který se dekarboxyluje na dopamin. Ten je ukládán v nesynaptických vezikulách, kde je hydroxylován na noradrenalin, který podléhá N-metylaci na adrenalin. Noradrenalin a malé množství dopaminu a adrenalinu je vyplavováno do synaptické štěrbiny a plní funkci mediátorů (12). Noradrenalin a adrenalin se přiřazují mezi stresové hormony, protože jejich sekreci stimuluje jakákoli stresová zátěž. Jejich účinky zprostředkovávají receptory umístěné na povrchu buněk. Protože je více typů receptorů, má adrenalin různé účinky (17). Tyto receptory se dělí na dva typy -  a , které můžeme rozdělit na  a  Adrenalin působí na myokard pozitivně inotropně, chronotropně, dromotropně a bathmotropně. Vazodilatačně působí na koronární arterie. Adrenalin způsobuje dilataci cév kosterních svalů a mozku, zvyšuje srdeční výdej, systolický tlak a vyšší dávky vyvolávají 40

vazokonstrikci v kožní a útrobní oblasti. Na bronchy působí dilatačně. Adrenalin dále aktivuje glykogenolýzu, zvyšuje utilizaci kyseliny mléčné a snižuje motilitu a sekreci trávicího traktu (17). U noradrenalinu převažují stimulující účinky. Na myokard působí pozitivně inotropně. Vazodilatačně působí na koronární arterie, Vazokonstrikčně působí ve svalech i v CNS, zvyšuje krevní tlak systolický i diastolický a aktivuje katabolismus lipidů (17). 7.3.3

Melanin

Melanin je pigment, který se nachází v povrchové ochranné vrstvě kůže a chrání organismus před působením ultrafialového záření (17).

7.4

Histamin Prekurzorem histaminu je histidin, ze kterého vzniká dekarboxylací. Histamin je

bazický amin, který je uložen ve většině tkání, zejména v plicích, v kůži a gastrointestinálním traktu. Vysoké koncentrace dosahuje na buněčné úrovni v intracelulárních granulích žírných buněk a bazofilech. Jako neurotransmiter působí v CNS, podílí se na regulaci sekrece kyseliny chlorovodíkové v žaludku. Histamin je uvolňován zejména exocytózou z mastocytů během zánětlivé a alergické reakce. Volný histamin je degradován na neúčinné metabolity, které jsou vylučovány močí. Pro histamin jsou známy tři typy receptorů. Působením na H1 receptory je aktivována vazodilatace, bronchokonstrikce a je zvýšena permeabilita cévní stěny. Aktivací H2 receptorů se zvyšuje sekrece žaludeční šťávy a HCl a vzniká tachykardie a stimulací H3 receptorů umístěných nesynapticky je inhibováno uvolnění neurotransmiterů na nervových synapsích (12).

7.5

Metabolity argininu 7.5.1

Oxid dusnatý (NO)

Mezi nejdůležitější funkce oxidu dusnatého patří to, že způsobuje relaxaci hladkého svalstva cév, zlepšuje místní prokrvení, a vyvolává pokles krevní tlaku. Oxidem dusíku je z cévního endotelu uvolňován endoteliální relaxační faktor, který určuje bazální cévní tonus, včetně vázodilatace jako odpovědi na hormonální a chemické reakce.

41

Při zvýšeném nitrožaludečním tlaku zprostředkovává oxid dusíku nonadrenergní dilataci žaludku, a proto je nezbytný pro fyziologickou funkci žaludku. Oxid dusíku způsobuje vazodilataci přívodných cév do corpora cavernosa, je také zodpovědný za erekci a zvyšuje také prokrvení vylučovacího systému. Při infekcích se v neutrofilních leukocytech a v makrofázích ve zvýšené míře tvoří oxid dusnatý, který proniká do bakterií a nádorových buněk, váže se na mitochondriální enzymy a blokuje syntézu kyseliny deoxyribonukleové v jádře. Oxid dusnatý působí také cholinergní neurony v předním mozku. Tímto způsobem se zlepšuje průtok krve mozkem (17). 7.5.2

Ornitin

Ornitin má řadu regulačních funkcí, které jsou podobné argininu. Ornitin stimuluje sekreci růstového hormonu, má trofický vliv na střevní sliznici, příznivě ovlivňuje proteinovou bilanci a je prekurzorem pro polyaminy putrescin, spermidin a spermin, které mají nezastupitelnou roli v regulaci buňky, jsou nezbytné pro stabilizaci sekundární a terciární struktury nukleových kyselin a proteinů, mají významnou roli v regulaci aktivity enzymů a také v proliferaci a diferenciaci buněk (8).

7.6

Metabolity cysteinu 7.6.1

Taurin

I když není taurin součástí proteinů, patří k aminokyselinám, které mají v tělních tekutinách nejvyšší koncentraci, a ve většině potravin se vyskytuje v dostatečném množství (8). Taurin patří mezi -aminokyseliny a má místo karboxylové skupiny zbytek kyseliny sulfonové. Ve větších koncentracích ho můžeme hledat v centrálním nervovém systému, dále je obsažen ve velkém množství v retině, plicích a také v kosterním a srdečním svalstvu (27). Mezi nejznámější funkce taurinu patří konjugace žlučových kyselin a xenobiotik, je důležitý pro regulaci buněčného objemu, agregaci trombocytů, slouží i jako neurotransmiter v mozku a stabilizátor buněčných membrán. U taurinu je zřejmý značný transmembránový gradient a současně společný transportní mechanismus se sodíkovým kationtem. Tento jev vysvětluje stabilizační vliv taurinu na buněčné membrány. Další funkcí taurinu je vazba chloru a reaktivních molekul, které jsou produkovány neutrofily a monocyty enzymem myeloperoxidázou. Z tohoto aktivního chloridového iontu vzniká taurin-chloramin, což je 42

mnohem stabilnější a méně toxická sloučenina. Taurin má také neuroprotektivní funkce, protože je strukturně podobný inhibitorům neurotransmiteru kyseliny -aminomáselné. Pro své příznivé účinky na dlouhodobou hypotermní ochranu orgánů se taurin uplatňuje v transplantační medicíně (19), (27). Projevy nedostatku taurinu jsou u lidí vzácné, protože jsou zásoby taurinu v těle vysoké, ale přesto je taurin v některých případech považován za esenciální aminokyselinu Nízké hladiny taurinu se vyskytují u novorozenců živených syntetickou dietou nefortifikovanou taurinem a u novorozenců živených pouze kravským mlékem, které obsahuje velmi málo taurinu ve srovnání s mlékem mateřským. U katabolických stavů, jako jsou nádorová onemocnění, sepse, popáleniny a chronická renální insuficience, je potlačena aktivita důležitého enzymu cysteindekarboxylázy, který rozhoduje o rychlosti syntézy taurinu (8), (27). 7.6.2

Glutation

Jde o peptid, který se běžně vyskytuje v živočišných tkáních, rostlinných pletivech i mikroorganismech. Glutation je tripeptid, ve kterém se N-koncový glutamát navazuje na

aminoskupinu

cysteinu

svým

-karboxylem.

V buňkách

je

glutation

jedním

z nejdůležitějších redukčních prostředků a antioxidantů. Vysoká koncentrace glutationu v erytrocytech chrání Fe2+ hemoglobinu před oxidací. Účastní se rozkladu peroxidu vodíku a organických hydroxidů za účasti enzymu glutationperoxidázy a účastní se také metabolismu xenobiotik (13).

7.7

Kyselina -aminomáselná (GABA) Kyselina -aminomáselná vzniká z kyseliny glutamové dekarboxylační reakcí.

Otevřením Cl- kanálů způsobuje hyperpolarizaci postsynaptické membrány. Podílí se na presynaptickém i na postsynaptickém útlumu. Kyselina -aminomáselná se nachází v bazálních gangliích, je mediátorem Purkyňových buněk mozečku a také vyvolává útlum mozkové kůry, kde se nachází hlavně v interneuronech. Barbituráty a benzodiazepiny zvyšují její tlumivý účinek (17).

43

7.8

Kyselina pantotenová Strukturně je tato kyselina složena z kyseliny pantoové, která je vázaná s -alaninem.

Kyselina pantotenová se řadí do skupiny vitaminů B, které jsou rozpustné ve vodě. Jako součást koenzymu A, což je komplex proteinu přenášející acyl a komplex syntetázy mastných kyselin, se kyselina pantotenová účastní uvolňování energie ze sacharidů, tuků a ketoplastických aminokyselin, účastní se glukoneogeneze, syntézy hemu a sterolů. Kyselina pantotenová je také nezbytná pro syntézu tuků, protože je součást proteinu přenášejícího acyl (27). Kyselina

pantotenová

působí

proti

stresu,

protože

stimuluje

vyplavování

protistresových kortikoidů, a zvyšuje odolnost proti infekcím a alergiím. Významný účinek má kyselina pantotenová na cholesterol, protože zpomaluje přestup LDL do stěn cév a zvyšuje hladinu HDL. Podporuje také peristaltické pohyby střev a zabraňuje nadýmání. Kyselina pantotenová se vyskytuje hlavně v droždí, játrech, mase, rybách, mléce a vejcích Denní potřeba se pohybuje v rozmezí 6-8 mg na den. Její deficit způsobuje poruchu imunity, nedostatečnou tvorbu protilátek a zvýšenou citlivost k infekcím (10).

44

8

PRAKTICKÁ ČÁST

8.1

Úvod Bílkoviny

jsou

základní

biologické

makromolekuly,

které

jsou

složené

z polypeptidových řetězců obsahujících 100-2000 aminokyselinových zbytků spojených peptidovou vazbou. Bílkoviny, nebo jinak také proteiny, jsou nepostradatelnými látkami veškerého života. Plní funkci stavební, a to především pro svalová vlákna, katalyzují buněčné reakce a mají význam pro transkripci genetické informace obsažené v genové DNA (22), (11). Podle funkce, jakou v organizmu vykonávají, se rozlišují bílkoviny strukturní, katalytické, transportní, pohybové, obranné, zásobní, senzorické, regulační a výživové (14). Bílkoviny jsou také nezbytnou složkou potravy a tvoří 12 - 18 % tělesné hmotnosti člověka. Tělo dospělého člověka denně obnoví 3 - 4 g bílkovin na jeden kilogram hmotnosti. Nedostatečný přívod bílkovin vede k poruchám tělesného i duševního vývoje (2). Nejnižší prahová dávka pro pokrytí ztrát dusíku činí 0,45 g proteinů/kg tělesné hmoty. Pro krytí této minimální ztráty proteinů je potřebný 130 - 140% ekvivalent vysoce kvalitních bílkovin ve stravě, což představuje 0,60 g proteinů/kg/den. Pro dospělou populaci byla stanovena hodnota doporučené denní dávky na hodnotu 0,75 – 0,8 g proteinů/kg tělesné hmotnosti (22). Některé zdroje uvádí doporučenou dávku 0,8 – 1,1 g proteinů/kg/den (19). Pro člověka jsou nejlepším zdrojem bílkoviny živočišného původu – vejce, maso, mléko a mléčné výrobky, ale i rostlinného původu – obiloviny, luštěniny včetně sóji (2). Některé skupiny obyvatel mají vyšší potřebu bílkovin, než je doporučená hodnota. Mezi tyto rizikové skupiny patří děti v období růstu, těhotné a kojící ženy, geriatrická populace, sportovci a pacienti při katabolických stavech. V průběhu těhotenství se navyšuje potřeba bílkovin o 10 – 15 g za den (9). Bílkoviny v těhotenství zajišťují normální růst plodu a mateřských tkání, vývoj placenty, syntézu plazmatických proteinů a hemoglobinu. Jsou také součástí plodové vody a vytváří zásoby v tkáních matky, jejíž tělo se připravuje na porod a laktaci (9), (16). Při stresu u akutního pacienta nebo u pacienta v rekonvalescenci dochází ke zvýšené potřebě bílkovin až na 1,6g/kg (22). Při těžkých katabolických stavech může potřeba bílkovin stoupat až na 2,0 – 2,5g/kg/den (19). O adekvátním množství bílkovin ve stravě sportovců se vedou neustálé spory a probíhají četné výzkumy. Doporučované dávky pro normální populaci jsou značně nižší. Sportovci podle výzkumů potřebují větší množství bílkovin. Při vytrvalostním výkonnostním 45

sportu jsou doporučené dávky bílkovin 1,2 – 1,4 g/kg hmotnosti a u sprinterů a silových sportů může být doporučována dávka do 1,7 g/kg hmotnosti (22). Z nutričního hlediska je ve stáří významný úbytek svalové hmoty, a proto bývá problémem většinou nedostatečný příjem bílkovin. Jejich potřeba je vyšší o 0,2g/kg než u dospělého člověka mladšího a středního věku (2).

8.2

Cíl práce Praktická část se zabývá zhodnocením příjmu bílkovin ve stravě u jednotlivých osob

různých populačních skupin, a to formou kazuistik. Průzkum byl zaměřen na rizikové skupiny osob, které by mohly být potenciálně ohroženy nedostatkem bílkovin. Konkrétně byl zjišťován příjem bílkovin u těhotné ženy, kulturisty a u muže ze seniorské populace. Cílem mé práce bylo zjistit, zda jsou vybraní respondenti ohroženi nedostatkem bílkovin, jestli je nutné doporučit jim potraviny s vyšším obsahem bílkovin a zhodnotit, jestli je pro ně vhodné užívání doplňků stravy obsahující vysoké množství bílkovin.

8.3

Metodika Sběr dat jsem prováděl formou pohovoru. Poté respondenti zaznamenávali všechny

zkonzumované potraviny a vypité nápoje do třídenního záznamového formuláře, který se týkal dvou všedních dnů a jednoho víkendového dne. Tyto formuláře byly vyhodnoceny pomocí počítačového programu NutriDan. Pro každý ze tří dnů byl zhodnocen přívod bílkovin. Ze tří hodnot byla následně vypočtena průměrná hodnota přívodu bílkovin u dané osoby. Výsledky byly porovnány s návrhem výživových doporučených dávek Společnosti pro výživu. Dále jsem propočetl i jejich celkový energetický příjem a příjem tuků a sacharidů, aby mohla být zhodnocena celková nutriční potřeba.

46

8.4

Výsledky

Slečna Tereza M. Těhotná žena v 17. týdnu těhotenství, věk 18 let. Výška 163 centimetrů, aktuální tělesná hmotnost 62 kilogramů, před otěhotněním vážila 56 kg. Jedná o první těhotenství, které probíhá bez komplikací. Krevní tlak je v normě. Netrpí žádnou alergií, potravinovou alergií či intolerancí. Nevyznává žádný alternativní způsob stravování. Dlouhodobě neužívá žádné léky, nekouří a alkohol nepije. Výsledky: Energie

Bílkoviny

Tuky

Sacharidy

pondělí

8 220 kJ

81 g

71 g

228 g

čtvrtek

8 410 kJ

63 g

73 g

253 g

sobota

8 825 kJ

82 g

70 g

267 g

průměr

8 152 kJ

75 g

71 g

249 g

DDD

10 000 kJ

80 g

75 g

340 g

Hodnocení a doporučení: Slečna Tereza přijímá potravou průměrně 75 g bílkovin denně. Doporučená denní dávka pro těhotnou ženu je 80 g bílkovin denně. V pondělí a ve čtvrtek doporučenou denní dávku splnila a mírně přesáhla. Pouze ve čtvrtek nebylo doporučení dodrženo. Jako důvod uvedla slečna Tereza vynechání dopolední svačinky z důvodů návštěvy lékaře. V tomto případně bych jí doporučil si vzít s sebou 500 ml kefír, který obsahuje na 100 ml 3,5 g bílkovin. Průměrný energetický příjem této těhotné slečny je 8 152 kJ, doporučený příjem je však o 1 848 kJ vyšší. Denní dávka tuků je prakticky ekvivalentní s denní doporučenou dávkou. Měla by zvýšit příjem sacharidů ve formě polysacharidů. Navrhl bych, aby žena zařadila do jídelníčku více sacharidů ve formě ovesných vloček nebo celozrnného pečiva, což jí zvýší i příjem energie a také vlákniny, která předchází zácpě, ke které v době těhotenství dochází často. Dále bych slečně Tereze doporučil zařadit do jídelníčku 2x týdně rybí maso. Jinak není slečně Terez co vytknout. Její jídelníček je pestrý, pravidelně zařazuje ovoce a zeleninu, mléčné výrobky i maso. Její pitný režim se skládá z balené neperlivé vody značky Rajec a plnotučného mléka. 47

Pan Jan K. Dospělý muž, 23 let, student Stavební fakulty v Brně. Jeho výška je 186 centimetrů a tělesná hmotnost 85 kilogramů. Respondent se zabývá 4x týdně kulturistikou a 2x týdně navštěvuje thai box. Trpí nepravidelnými bolestmi zad z doposud neznámé příčiny. Momentálně je jeho zdravotní stav dobrý. Netrpí žádnou potravinovou alergií ani intolerancí a není zastáncem žádného alternativního způsobu stravování. Neužívá žádné léky. Užívá proteinový potravní doplňky Amino Protein 70% značky Aminostar. Tohoto doplňku spotřebuje denně 50 g, což odpovídá příjmu 35 g bílkovin a 15 g sacharidů. Kouří přibližně 4 cigarety denně. Příležitostně pije víno a pivo. Energie

Bílkoviny

Tuky

Sacharidy

pondělí

10 021 kJ

112 g

85 g

268 g

čtvrtek

10 850 kJ

121 g

76 g

335 g

sobota

11 032 kJ

98 g

78 g

356 g

průměr

10 634 kJ

110 g

80 g

319 g

DDD

10 870 kJ

70 g

75 g

380 g

B: 1,2 – 1,4 g/kg

102 – 119 g

Hodnocení a doporučení: Průměrný denní příjem bílkovin u pana Jana byl 110 g bílkovin. Je to dávka, která značně převyšuje doporučenou denní dávku bílkovin pro dospělého muže, která je stanovena na 70 g bílkovin. Jelikož pan Jan zatěžuje svůj organismus 6x týdně asi po 1,5 – 2,5 hodině, je pro něj denní doporučná dávka bílkovin vyšší a pohybuje se v rozmezí 1,2 – 1,4 g/kg/den. Pro pana Jana odpovídá tato hodnota 102 – 127 g bílkovin přijatých potravou, což splňuje díky proteinovému potravnímu doplňku, v jehož formě příjme denně 35 g bílkovin. Jeho průměrný denní příjem je 10634 kJ a je totožný s doporučovanou hodnotou denního příjmu energie pro dospělého muže. Příjem tuků je také v normě. Denní příjem sacharidů je poněkud nižší než doporučovaný, ale tato hodnota je do jisté míry ovlivněna začínající dietou, kterou se pan Jan snaží odbourat podkožní tuk. Jídelníček pana Jana je pestrý, je v něm dostatek ovoce, zeleniny i kvalitních bílkovin, které jsou přijímány v mase, vejcích a mléčných výrobcích. Vyhýbá se uzeninám, přepalovaným tukům a rychlým cukrům. Jeho pitný režim se skládá z obyčejné vody z kohoutku. 48

Pan Marek L. Muž ve věku 73 let, měří 181 centimetrů a momentální váha je 76 kilogramů. Respondent je aktivním důchodcem. Netrpí žádnou potravinovou alergií či intolerancí. V roce 2008 prodělal radioterapii pro nález karcinomu prostaty. Momentálně je jeho zdravotní stav dobrý. Kouří 5 cigaret denně a alkohol pije jen příležitostně. Denně pije 1 lit stolní vody. Energie

Bílkoviny

Tuky

Sacharidy

pondělí

7 520 kJ

49 g

55 g

256 g

čtvrtek

8 021 kJ

61 g

49 g

286 g

sobota

7 920 kJ

63 g

64 g

245 g

průměr

7 720 kJ

58 g

56 g

262 g

DDD

8 400 kJ

65 g

55 g

305 g

Hodnocení a doporučení: Průměrný denní příjem bílkovin činní u pana Marka 58 g, což je o 11% pod hranicí denní doporučené dávky bílkovin pro staršího muže. Chybějící množství bílkovin ke splnění denní doporučené dávky 65 g není velké a lze je jednoduše nahradit vypitím 250 ml mléka nebo kefíru, které obsahují 7,5 g bílkovin, nebo hrstí ořechů či jednou porcí mléčného výrobku. Průměrný denní příjem pana Marka je 7 720 kJ, avšak doporučený denní příjem energie pro staršího muže je 8 400 kJ. Jelikož si pan marek udržuje stálou váhu po dobu 5 let, nezvyšoval bych příjem energie. Denní příjem tuků odpovídá doporučovaným dávkám a průměrný příjem sacharidů je nepatrně snížený oproti denní doporučené dávce. Jídelníček pana Marka se převážně skládá ze snídaňových cereálií, mléčných výrobků, ovoce a pečiva. Každý den obědvá maso s přílohou. Snaží se jíst 5x denně. Celkově bych doporučil přijímat panu Markovi více zeleniny, protože se v jídelníčku vyskytuje maximálně jedenkrát denně. Pan Marek vůbec nejí ryby, proto bych mu doporučil alespoň jednu ryby týdně.

49

8.5

Diskuze Výsledky praktické části prakticky nepoukázaly na snížený přívod bílkovin potravou

u rizikových skupin. Těhotná žena přijímala v úterý i sobotu dostatečné množství bílkovin, které i minimálně přesahovalo 80 g doporučenou denní dávku. Ve čtvrtek slečna Tereza tuto dávku nedodržela a přijala jen 83% této dávky. Tento deficit lze jednoduše doplnit velkou sklenicí mléka, kefíru, nebo přidáním 50 g kuřecího masa navíc k hlavnímu jídlu. U sportovce přesahoval příjem bílkovin doporučenou denní dávku pro dospělého muže o 57%. Doporučená denní dávka pro neaktivního dospělého muže se ale značně liší od denní doporučené dávky pro sportovce. Tato hodnota činí 1,2 - 1,4 g/kg/den, což u pana Jana odpovídá jeho příjmu i potřebám. Této hodnoty dosahuje sportovec užíváním dávky 50 g proteinového potravního doplňku, která obsahuje 35 g bílkovin. U starého muže byl příjem bílkovin kolem 90% z doporučené denní dávky pro muže nad 60 let. V tomto případě lze deficit nahradit jednou porcí mléčného výrobku, nebo ořechů v množství 50 g. Pro přesnější zhodnocení příjmu bílkovin a celkového výživového stavu u vybraných respondentů by bylo vhodnější dlouhodobější sledování jejich výživových zvyklostí. Nejvhodnější by bylo zvolit metodu 7 denního záznamu, či 7 denního recallu. Vybrané tři dny v týdnu nemuseli být pro respondenty typické. Také je nutné poukázat na to, že energetický příjem a příjem základních živin byl srovnáván s návrhem doporučených denních dávek Společnosti pro výživu. Tyto návrhy jsou obecné a nezohledňují některé individuální parametry, které hrají při posuzování nutriční spotřeby velkou roli. Mezi tyto parametry patří tělesná hmotnost, výška, nebo tělesná aktivita daného jedince. Většina studií je zaměřena na nedostatečný příjem bílkovin u různých skupin obyvatelstva. Nedostatek bílkovin se projevuje pomalým vývinem kosterního svalstva u mladých lidí. Jelikož tvorba protilátek vyžaduje přívod aminokyselin, nedostatečný přívod bílkovin způsobuje snížení odolnosti proti infekcím v důsledku oslabení imunitní obrany. Nedostatečný příjem bílkovin vede také ke špatnému hojení ran, snížení vitality a případně ke snížení detoxikační schopnosti jater. U dětí vzniká Kwashiorkor a infantilní marasmus. Tato onemocnění vznikají převážně u dětí v rozvojových zemích. Zajímavostí je, že Papuánci na Nové Guinei mají jen 4,4% z celkové energetické hodnoty potravy ve formě bílkovin, protože na základě trvalého sníženého příjmu bílkovin se u nich vyvinul adaptační mechanismus, který umožňuje prostřednictvím mikrofóry trávicího ústrojí částečně využívat dusík močoviny vylučované do tlustého střeva. Jsou zdraví a svalnatí, i když vykonávají těžkou práci, netrpí srdečními chorobami, cukrovkou, vysokým krevním tlakem a rakovinou (20).

50

V zemích Evropské unie, tedy i v ČR, je všeobecný dostatek kvalitních zdrojů bílkovin, a je tedy nepravděpodobné, že by se u občanů ČR projevil deficit bílkovin z jejich nedostupnosti. Relativní deficience se vyskytují u osob, které nejsou seznámeny s problematikou bílkovin, a proto nedbají na jejich vhodný příjem, nebo naopak příjem bílkovin se u nich vykytuje v nadbytku. Nadbytek bílkovin je podle některých autorů závažným zdravotním rizikem v hospodářsky vyspělých státech, i když někteří odborníci na výživu tvrdí, že nadbytek bílkovin v potravě zdraví nepoškozuje a je prospěšné. Důležitým faktem je, že důkladná nutriční edukace rizikových skupin osob, u kterých hrozí deficit, je významným faktorem, pomocí něhož můžeme případnému deficitu předcházet. Nutriční edukace v oblasti příjmu bílkovin by se měla konat již na základních a středních školách. Také budoucí matky by měly být edukovány v gynekologických ambulancích. Tato zodpovědnost by měla připadat na Ministerstvo zdravotnictví a samotnou edukaci by měli provádět nutriční specialisté.

51

9

ZÁVĚR Všechny uvedené poznatky o aminokyselinách a z nich složených bílkovinách svědčí

o tom, že bychom jim v naší výživě měli věnovat dostatečnou pozornost. Nedostatek bílkovin, a tím i aminokyselin, způsobuje mnoho závažných komplikací a problémů pro náš organizmus. Bílkoviny jsou jediným zdrojem dusíku a síry pro organizmus, jsou stavebními kameny podpůrných orgánů a svalstva, katalyzují buněčné reakce a plní mnoho fyziologických reakcí. I samotné aminokyseliny mají pro naše tělo ohromný význam. Toto jsou dostačující argumenty pro to, abychom důsledně sledovali, zda každý člověk dodržuje svůj doporučený denní příjem bílkovin. Pro zdravé fungování organizmu je samozřejmostí přijímat v doporučeném množství i ostatní živiny. Nedostatkem bílkovin jsou ohroženy především rizikové skupiny, mezi které patří děti v období růstu, těhotné a kojící ženy, geriatrická populace, sportovci a pacienti při katabolických stavech. U těchto skupin osob by sem měl klást větší důraz na dostatečný příjem bílkovin. Není-li možné doporučených denních dávek dosáhnout příjmem potravy, lze přistoupit na užívání bílkovinných doplňků stravy.

52

10

SEZNAM POUŽITÉ LITERARTURY

1. BARRET, G. C. – ELMORE, D. T. Amino acids and peptides. 2nd. edition. Cambridge University Press, 2004, 224 s. ISBN 0-511-03952-2. 2. BLATTNÁ, J. aj. Výživa na začátku 21. Století aneb o výživě aktuálně a se zárukou. 1. vyd. Praha: Společnost pro výživu Nadace NutriVIT, 2005, 79 s. ISBN 80-239-6202-7. 3. CRISER, H. Principles of biochemistry with a human focus. 5th. edition. Cambridge Universite Press, 2005, 850 s. ISBN 3-13-545005-8. 4. DI PASQUALE, M. G. Amino acids and proteins for athlete. 2nd. edition. Ontario: CRC Press, Taylor and francis group, 2008, 434 s. ISBN 13:978-1-4200-4380-8. 5. FERNSTROM, J. D. Branched chain amino acids and brain fiction. The journal of nutrition. 2005, vol. l2, no. 5, 1539 - 1546 s. 6. FREUND, H. M. D. aj. Infusion of the branched chain amino acids in postoperative patiens. Amino acid infusion. 1979, vol. 190, no. 1, 18-23 s. 7. FÜRST, P, Old and new substrates in clinical nutrition. The journal of nutrition. 1998, vol. 128, no. 1, 789-796 s. 8. HOLEČEK, M. Regulace metabolizmu cukrů, tuků, bílkovin a aminokyselin, Praha: Grada, 2006, 288 s. ISBN 10: 80-247-1562-7. 9. HRONEK, M. Výživa ženy v obdobích těhotenství a kojení. 1. vyd. Praha: Maxdorf, 2004, 316 s. ISBN 80-7345-013-5. 10. LEDVINA, M. - STOKLASOVA, A. - CERMAN, J. Biochemie pro studující medicíny 1. a 2. díl. Praha: Univerzita Karlova – Vydavatelství Karolinum, 2004, 562 s. ISBN - 80246-0851-0 11. KONOPKA, P. Sportovní výživa. 1.vyd. České Budějovice: KOPP nakladatelství, 2004, 125 s. ISBN 80-7232-228-1. 12. MARTÍNKOVÁ, J. Farmakologie pro studenty zdravotnických oborů. Praha: Grada, 2007. 379 s. ISBN 978-80-247-1356. 13. MURRAY, R. K. Harperova biochemie. 23. vyd. Praha: Nakladatelství H+H, 2002, 872 s. ISBN 80-7319-013-3. 14. NEČAS. O. Obecná biochemie pro lékařské fakulty. 3. vyd. Praha: Nakladatelství H+H, 2000, 554 s. ISBN 80-86022-46-3. 15. NEWSHOLME, E. A. – BLOMSTRAND, E. Branched chain amino acids and central fatigue. The journal of nutrition. 2006, vol. 22, no. 6, 274-276 s.

53

16. POKORNÁ, J. - BŘEZKOVÁ, V. - PRUŠA, T. Výživa a léky v těhotenství a při kojení. 1. vyd. Brno: ERA group, 2008, 132 s. ISBN 978-80-7366-136-6. 17. ROKYTA, R. Fyziologie. Praha: ISV nakladatelství, 2000, 359 s. ISBN 80-85866-45-5. 18. SALMON, W. D. The signifikance of amino acid imbalance in nutrition. The journal of nutrition. 1958, vol. 6, no. 5, 487-496 s. 19. SOBOTKA, L. Bílkoviny a aminokyseliny ve výživě. Postgraduální medicína. 2007, vol. 9, no. 8, 861-866 s. 20. STRATL, P. ABC zdravé výživy. 1. vyd. Brno: vydal autor, 1993, 346 s. ISBN 80-9000298-6. 21. STIPANUK, M. H. Biochemical and physiological aspects of human nutrition. Philadelphia: W. B. Saunders company, 2000, 997 s. ISBN 0-7216-4452-X. 22. SVAČINA, Š. aj. Klinická dietologie. 1. vyd. Praha: Grada, 2008, 384 s. ISBN 978-80247-2256-6. 23. VELÍŠEK, J. Chemie potravin 1. díl. Tábor: OSSIS, 1999, 328 s. ISBN 232-45-251-2258. 24. VOET, D. – VOETOVÁ, J. G. Biochemie. Victoria publishing, 1995, 1325 s. ISBN 8085605-44-9. 25. WOLINSKY, I. – DRISKELL, J. A. Sports nutrition – energy metabolism and exercise. New York: CRC Press, Taylor and Francis group, 2008, 272 s. ISBN 13: 978- 0-84937950-5. 26. YAMAZAKI, S. Synergistic effect of metionin. The journal of nutrition. 1995, vol. 86, no. 10, 484-489 s. 27. ZADÁK, Z. Výživa v intenzivní péči. 2. vyd. Praha: Grada, 2008, 542 s. ISBN 978-80247-2844-5.

54

11

PŘÍLOHY

JÍDELNÍ ZÁZNAMY PONDĚLÍ

Druh snězeného jídla/potraviny/nápoje1

Množství2

Druh snězeného jídla/potraviny/nápoje1

Množství2

Snídaně

Svačina

Oběd Svačina Večeře Ostatní

ČTVRTEK Snídaně

Svačina

Oběd Svačina Večeře Ostatní

55

SOBOTA

Druh snězeného jídla/potraviny/nápoje1

Snídaně

Svačina

Oběd Svačina Večeře Ostatní

1

vypsat konkrétní druh potraviny

2

uvádět v gramech, mililitrech, lžíce, šálky,…..

56

Množství2