Aminokyseliny – základní stavební kameny bílkovin

Základní informace

Aminokyseliny jsou jednoduché molekuly, které se označují zkratkou AMK nebo AK a tvoří základní stavební složky proteinů neboli bílkovin. Aminokyseliny jsou za sebou vázány tzv. peptidovou vazbou do řetězce. Počet jednotlivých aminokyselin a především jejich pořadí v řetězci udávají konečné vlastnosti finálního peptidu nebo proteinu. Proteiny jsou jedny z nejdůležitějších složek všech živých organismů a mají obrovské množství nezastupitelných funkcí.

Podle počtu aminokyselin v jednom řetězci se rozlišují:

• Oligopeptidy – obsahují 2 až 10 aminokyselin
• Polypeptidy – obsahují 11 až 100 aminokyselin
• Proteiny neboli bílkoviny – obsahují více než 100 aminokyselin

Grafické schéma aminokyselin, peptidového řetězce a proteinu:

Je až neuvěřitelné, že veškeré proteiny jsou složeny nespočtem kombinací jen omezeného množství aminokyselin. V přírodě již bylo objeveno více než 400 různých aminokyselin. Jen některé z nich se významněji uplatňují při syntéze bílkovin – jde o 20 základních proteinogenních (biogenních) aminokyselin. Z pohledu výživy člověka jsou k těmto 20 aminokyselinám přiřazovány ještě další 3 a celkově se uvádí 23 základních aminokyselin.

Seznam základních aminokyselin s jejich zkratkami:

Název	Zkratka		Název	Zkratka
Glycin	GLY	G	Fenylalanin	PHE	F
Alanin	ALA	A	Serin	SER	S
Valin	VAL	V	Threonin	THR	T
Leucin	LEU	L	Tyr	TYR	Y
Isoleucin	ILE	I	Tryptofan	TRP	W
Kyselina asparagová	ASP	D	Methionin	MET	M
Asparagin	ASN	N	Cystein	CYS	C
Kyselina glutamová	GLU	E	Prolin	PRO	P
Glutamin	GLN	Q	Selenocystein*	SeCYS
Arginin	ARG	R	Pyrolysin*	PYL
Lysin	LYS	K	N-formylmethionin*	f-MET
Histidin	HIS	H

*přidružené AMK   

Další rozdělení aminokyselin je podle nutnosti jejich příjmu ve stravě. Z 23 aminokyselin, které se běžně vyskytují v naší potravě je 15 tzv. neesenciálních a 8 nepostradatelných – tzv. esenciálních.

Esenciální aminokyseliny – nepostradatelné – lidský organismus si je nedovede sám vytvořit a je nezbytně nutný jejich příjem v potravě.

• tryptofan
• valin
• leucin
• isoleucin
• lysin
• fenylalanin
• methionin
• threonin

Zbývajících 15 aminokyselin označujeme jako neesenciální a náš organismus si je v případě nouze dokáže sám vytvořit. U těhotných žen jsou oproti běžné populaci značně zvýšené nároky na příjem tryptofanu a lysinu. U novorozenců je mnohem větší potřeba izoleucinu a tryptofanu. V období růstu a vývoje organismu u dětí jsou zvýšeny potřeby argininu a histidinu. Přestože se jedná o aminokyseliny, které si náš organismus dokáže běžně sám vyrobit, v období růstu a vývoje je jejich potřeba tak vysoká, že vlastní syntéza je pro tělo nedostatečná a je nutný jejich příjem ve stravě.

Esenciální aminokyseliny jsou nutné pro plnohodnotný vývoj a funkci celého organismu. Jejich dočasný (krátkodobý a nemajoritní) nedostatek však není život ohrožující. Na druhou stranu neesenciální aminokyseliny jsou zcela nezbytné pro zajištění základních životních procesů. Proto jsou pro živý organismus vlastně mnohem důležitější než aminokyseliny esenciální.

Označení postradatelné a nepostradatelné aminokyseliny může být z jistého úhlu pohledu poněkud zavádějící. Někdo může jednoduše nabýt dojmu, že esenciální aminokyseliny jsou pro organismus důležitější než aminokyseliny neesenciální. Pokud dojde k deficitu postradatelné aminokyseliny, organismus je schopen si ji vyrobit. Pokud ale dojde k deficitu esenciální (nepostradatelné) aminokyseliny, organismus si ji vyrobit nedokáže a pokud není obsažena v přijímané stravě, musí se organismus obejít i bez ní a musí dojít k omezení některých činností.

Pokud se ale na tuto problematiku podíváme z pohledu evolučního vývoje, zjistíme, že je situace poněkud jiná. Předpokládá se, že na začátku vývoje organismů měly prvotní buňky vše potřebné pro svou existenci k dispozici v okolním roztoku. Veškeré potřebné živiny přijímaly zvenčí. Postupem času došlo k úbytku živin, které měly buňky k dispozici, a tak se postupně musely naučit některé látky si samy vyrábět. Z tohoto pohledu jsou postradatelné aminokyseliny pro buňky mnohem důležitější, protože bez nich by buňky zahynuly. Buňka se je musela naučit syntetizovat právě proto, aby byla nezávislá na jejich příjmu zvenčí. Na druhou stranu esenciální aminokyseliny jsou pro buňky méně důležité a jejich krátkodobý nedostatek není ohrožující pro život buňky ani organismu.

Funkce v organismu člověka

Jak jsme si již vysvětlili, tak aminokyseliny jsou základní stavební kameny peptidů a bílkovin. Peptidy a bílkoviny jsou jedny za základních stavebních kamenů celého lidského organismu a mají obrovské množství funkcí, které jsou nenahraditelné.

Funkce aminokyselin resp. proteinů v organismu:

• stavební – např. keratin (vlasy, chlupy), kolagen (pojivové tkáně)
• zajištění transportu látek – např. hemoglobin, který transportuje kyslík
• zajištěni pohybu – např. aktin a myosin ve svalech
• řídící a regulační molekuly – např. hormony (parathormon, růstový hormon, inzulin…)
• biokatalyzátory chemických reakcí – např. enzymy
• ochranná a obranná funkce – např. proteinové látky v imunitním systému (imunoglobuliny)

Zjednodušeně můžeme všeobecně říci, že aminokyseliny mají zásadní vliv na naše zdraví a správnou funkci celého našeho organismu. Naprostá většina aminokyselin (kromě prolinu) se běžně vyskytuje ve dvou formách, které označujeme jako L-forma a D-forma. Lidské tělo využívá pro stavbu vlastních bílkovin (až na zcela výjimečné situace) výhradně jen L-formy. Na druhou stranu D-formy některých aminokyselin, které lidské tělo nedokáže využít pro stavbu peptidů a proteinů, vykazují zajímavé účinky v našem organismu.

Příklady aminokyselin s metabolickými účinky v našem organismu:

• D-fenylalanin – potlačuje bolest a zmírňuje depresivní stavy, využívá s u pacientů s bolestmi hlavy, migrénami nebo revmatismem, důležitý pro činnost nervové soustavy, slouží k tvorbě neurotransmiterů – přenašečů nervových vzruchů – dopaminu, adrenalinu a nor-adrenalinu
• Lysin – aminokyselina důležitá pro tvorbu svalové hmoty, zvýšený přísun ve stravě efektivně potlačuje některá virová onemocnění, např. virus herpes simplex, který je původcem oparů, stimuluje imunitu
• Tryptofan – aminokyselina, která je v lidském organismu přeměňována na serotonin, který působí proti nespavosti a uvolňuje napětí a stres
• Arginin – ovlivňuje spalování tuků a podporuje tvorbu svalové hmoty, může ovlivňovat pohyblivost a množství vyprodukovaných spermií,
• Cystein – může zpomalovat rozvoj artritidy a revmatismu, podporuje zdravý růst a vzhled vlasů a má detoxikační a antioxidační účinky
• Alanin – v případě vyčerpání zásob energie ve svalech ji lze využít jako zdroj energie
• Kyselina asparagová – může být nosičem draslíku a hořčíku v podpůrných směsích se zaměřením na výkon
• Kyselina glutamová – nezbytně nutná v celkové látkové výměně a pro činnost mozku
• Leucin, isoeucin a valin – jde o tzv. větvené aminokyseliny, které někdy označujeme jako BCAA, patří mezi nejpoužívanější a aminokyseliny s anabolizujícím efektem
• Methionin – pužívá se ve směsích zaměřených na spalování tuků
• Taurin – stimuluje zdrav jater a podporuje tvorbu žluči, v kulturistice se používá jako psychostimulant na zvýšení výkonu nebo jako součást povzbuzujících nápojů
• Tyroxin – je základním stavebním kamenem hormonů štítné žlázy, které jsou velmi důležité pro celkově správný metabolismus
• Karnitin – využívá se při nadměrné fyzické zátěži a podporuje spalování tuků

Trávení bílkovin a vstřebávání aminokyselin

Bílkoviny neboli proteiny jsou na rozdíl od sacharidů tráveny až v žaludku. Jejich trávení zabezpečují enzymy, které se nazývají pepsiny a patří do skupiny endopeptidáz. Tyto enzymy štěpí peptidické vazby uvnitř bílkovinných řetězců. Pepsiny jsou produkovány žaludeční sliznicí ve formě neaktivního pepsinogenu, který je aktivován kyselinou chlorovodíkovou v žaludku na pepsin. Kyselina chlorovodíková také denaturuje bílkoviny v žaludku, a připravuje tak podmínky pro působení proteolytických enzymů. K úplnému rozkladu bílkovin dochází v tenkém střevě působením pankreatických proteáz (trypsin, chymotrypsin a elastáza). Tyto enzymy patří mezi endopeptidázy - to znamená, že odštěpují aminokyseliny z konce řetězce.

Výsledkem trávení bílkovin v trávicím traktu je jejich rozložení na jednotlivé aminokyseliny. Ty se vstřebávají především aktivním transportem do krevního oběhu, do jater a do dalších orgánů. Aminokyseliny se v organismu využívají pro syntézu nových peptidů a bílkovin.

Všeobecně známé účinky aminokyselin

Kromě výše zmiňovaných všeobecně důležitých funkcí v lidském organismu se aminokyseliny a proteiny často využívají například ve sportovní výživě. Všeobecně známé účinky aminokyselin z pohledu sportovní výživy:

• výživa a růst svalů, šlach, kůže a kostí,
• podpora novotvorby svalové hmoty,
• ochrana svalové hmoty před poškozením namáhavým fyzickým výkonem,
• ochrana svalové hmoty před devastací v průběhu snižování nadváhy,
• zkrácení doby regenerace,
• spalování tuků a redukce nadváhy.

​

Historie

Již v dávné historii lidé věděli, že konzumace masa, mléka nebo obilovin je pro ně velmi důležitá a že tyto potraviny obsahují hodnotné složky, které je udrží v dobré fyzické kondici a zasytí je. Brzy také lidé zjistili, že tyto potraviny brzy podléhají zkáze, pokud nejsou tepelně nebo jinak konzervačně ošetřeny. Například díky telenému zpracování masa dojde ke koagulaci bílkovin, čímž se prodlouží jeho trvanlivost.

První, kdo zkoumal stavbu proteinů, byl francouzský chemik a farmaceut Henri Braconnot na přelomu 18. a 19. století. Mimo mnoha dalších prací se věnoval základním vlastnostem a složení bílkovin a aminokyseliny charakterizoval jako základní štěpné produkty bílkovin.

Dalším významným vědcem, který se zapsal do historie bílkovin a aminokyselin byl německý chemik Hermann Emil Fischer. Zkoumal analytické metody separace a identifikace aminokyselin. Podařilo se mu v laboratorních podmínkách syntetizovat aminokyseliny, které se přirozeně vyskytují v přírodě. H. E. Fischer je také objevitelem v té době nových a nepoznaných aminokyselin – například prolinu. Jako první také charakterizoval a pojmenoval peptidickou vazbu, kterou se spojují aminokyseliny do peptidů. Na začátku 20. století získal za svou práci Nobelovu cenu za chemii.

Nejvýznamnějším vědcem 20. století, který se přidal k výzkumům proteinů a aminokyselin byl americký kvantový fyzik a biochemik Linus Carl Pauling. Pauling byl v anglickém vědeckém časopise New Scientist zařazen mezi 20 nejvýznamnějších vědců v historii. Studoval strukturu a stavbu bílkovin a podílel se na objevu jejich prostorové stavby. Pauling velmi významně přispěl i do řady dalších oborů jako je například molekulární biologie, anorganická a organická chemie, metalurgie, imunologie, anesteziologie nebo dokonce psychologie. V roce 1954 získal Nobelovu cenu za chemii za svou práci, ve které se věnoval chemickým vazbám a vysvětloval je pomocí kvantové mechaniky.

Od těchto výzkumů již uběhlo téměř celé století, ale bílkoviny a aminokyseliny jsou stále v zájmu vědců z mnoha oborů. Stále probíhají četné výzkumy ohledně možností využití proteinů a aminokyselin ve vědě, výzkumu, lékařství, farmacii a mnoha dalších oborech. V současnosti se klade obrovský význam na roli proteinů ve výživě člověka, a to především u vrcholových sportovců.

Na přelomu 19. a 20. století se studiem proteinů a aminokyselin zabýval i americký chemik James Batcheller Sumner. Jde o nositele Nobelovy ceny za chemii z roku 1946, za objevení krystalizace enzymů. J. B. Sumner se věnoval především stavbě a funkci enzymů a dokázal, že enzymy mají bílkovinnou povahu. Pracoval také na metodách izolace čistých bílkovin a jako první dokázal izolovat bílkovinu krystalizací – jednalo se o enzym ureázu.

Zdroje aminokyselin ve výživě

Aminokyseliny přijímáme přirozeně ve stravě v podobě bílkovin, které naše tělo v rámci trávicího procesu zpracuje a rozloží na jednotlivé části – aminokyseliny. Bílkoviny rozdělujeme podle jejich původu na rostlinné a živočišné. O jejich rozdílech z nutričního hlediska se dočtete v kapitole Doporučený denní příjem.

Přehled potravin bohatých na aminokyseliny:

• živočišné – maso (např. hovězí, drůbeží, jehněčí, králičí), vejce, mléko, mléčné výrobky, ryby (např. tuňák, sardinky, losos, makrela),
• rostlinné – luštěniny (např. čočka, hrách, fazole, cizrna), obiloviny (např. ovesné vločky, rýže, pohanka), jádra ořechů (např. mandle, vlašské ořechy, lískové ořechy, kešu) semena (slunečnicová, dýňová, sezamová nebo chia),
• ostatní – houby, pivovarské kvasnice.

Doporučený denní příjem

Všeobecně můžeme říci, že bílkoviny by měly v naší stravě tvořit asi 15 až 30 % denního energetického příjmu. Jejich příjem by v žádném případě neměl klesnout pod 0,6 g na 1 kilogram tělesné hmotnosti – znamená, že například pro 75-ti kilového muže by byl minimální příjem bílkovin 45 gramů a pro 60-ti kilovou ženu 36 gramů. Rozmezí doporučeného příjmu je však poměrně široké a záleží především na věku, pohlaví, sportovní aktivitě nebo případně držení speciální diety a podobně. Pro běžného dospělého člověka se většinou doporučuje příjem okolo 1 gramu bílkovin na 1 kg tělesné hmotnosti. Sportovci, kteří se zaměřují na nabírání svalové hmoty, často konzumují 1,5 až 2 gramy bílkovin na 1 kg tělesné hmotnosti. Dlouhodobý nadměrný příjem bílkovin může být obrovskou zátěží pro organismus.

Bílkoviny můžeme podle spektra obsažených aminokyselin rozdělovat na plnohodnotné a neplnohodnotné.

Pro využívání aminokyselin z potravy platí tzv. Rubnerův zákon limitní aminokyseliny. Jde o to, že využívání aminokyselin z bílkovin potravy závisí vždy na množství nejméně zastoupené esenciální aminokyseliny. Jinými slovy to znamená, že z přijatých aminokyselin se do proteinů zabuduje jen tolik aminokyselin, kolik je nejméně zastoupené esenciální aminokyseliny. Nejčastěji jde o lysin nebo methionin. Lysin je limitující aminokyselina v obilovinách a metionin je limitující v luštěninách. Právě proto je velmi vhodné kombinovat různé zdroje bílkovin v naší stravě a nezaměřovat se jen jednostranně. Ideální je rozmanité zdroje bílkovin pravidelně střídat a správně kombinovat. Velkou nevýhodou bílkovin, respektive aminokyselin je to, že si z jejich nadbytku dokáže lidský organismus (na rozdíl od sacharidů a tuků) vytvořit poze omezenou zásobu – tzv. „aminokyselinový pool“.

Plnohodnotné zdroje bílkovin

• mají vysokou využitelnost v organismu
• živočišné zdroje – maso, vejce, mléko a mléčné výrobky

Neplnohodnotné zdroje bílkovin

• mají nižší využitelnost (nevyvážený poměr zastoupených aminokyselin)
• rostlinné zdroje – luštěniny, obiloviny a ořechy

Pokud ale vhodně zkombinujeme rostlinné zdroje bílkovin, mohou se z nich stát plnohodnotné pokrmy s výborným nutričním zastoupením. Některá semena, např. konopná nebo chia semínka nebo rostlinné zdroje, např. quinoa nebo sójové boby obsahují bílkoviny s kompletním zastoupením esenciálních aminokyselin. Kombinováním rostlinných a rostlinných a živočišných bílkovin docílíme zvýšení využitelnosti bílkovin, zplnohodnotnění pokrmu a především zvýšení biologické hodnoty bílkovin.

3 aspekty kombinování zdrojů bílkovin:

• Biologická hodnota bílkovin

Biologická hodnota bílkovin vyjadřuje teoretické množství tělesných bílkovin, které si organismus dokáže vytvořit ze 100 gramů bílkovin z potravy. Nejvyšší biologickou hodnotu mají bílkoviny vajec (biologická hodnota = 100). Všechny ostatní zdroje mají nižší hodnoty. Například arašídy, kukuřice nebo hrách mají ve srovnání s vejci biologickou hodnotu asi poloviční. Vhodným kombinováním potravin lze biologickou hodnotu pokrmu efektivně zvýšit.

Například:

maso + brambory
chléb + sýr
tofu + bulgur
mléko + pšenice

 

• Plnohodnotnost bílkovin

Ne každý rostlinný zdroj bílkovin obsahuje všechny esenciální aminokyseliny, a proto je potřeba zdroje bílkovin vhodně kombinovat, aby byla zajištěna plnohodnotnost zdrojů bílkovin. Pokud některá aminokyselin ve stravě chybí, dochází k výraznému poklesu využití bílkovin jako takových.

Příklady vhodných kombinací:

obiloviny + luštěniny
kukuřice + luštěniny
rýže + luštěniny
ořechy + luštěniny

• Využitelnost a vstřebatelnost bílkovin

Využitelnost bílkovin je velmi rozdílná a je ovlivněna mnoha faktory. Například syrové vejce nebo syrové maso jsou pro tělo mnohem hůře stravitelné, jejich bílkoviny jsou mnohem hůře dostupné a aminokyseliny hůře vstřebatelné, než pokud by se jednalo o tepelně zpracované produkty. Jako doplněk stravy se často využívá syrovátkový proteinový izolát, který má využitelnost téměř 100 %. Využitelnost bílkovin je značně ovlivněna také kombinací několika jejich druhů. Například samotná sója má využitelnost přibližně 60 % a pšeničná bílkovina má využitelnost okolo 55 %. Pokud jsou ovšem konzumovány společně, ideálně v poměru 1:6, stoupne razantně jejich využitelnost a to až na 80 %. Toto procento využitelnosti je srovnatelné s využitelnosti bílkovin z mléka.

Toxicita

Bílkoviny patří mezi základní makronutrienty bez jejichž příjmu by náš organismus nemohl správně fungovat. Výživová doporučení ohledně příjmu makronutrientů se v čase vyvíjí a často se mohou měnit. Dříve býval vyšší příjem bílkovin ve stravě nespravedlivě kritizován a hodnocen negativně. Tvrdilo se, že nadměrný příjem bílkovin může způsobovat řadu zdravotních problémů, včetně osteoporózy nebo poškození ledvin. Později však žádná z těchto teorií nebyla vědecky potvrzena. U zdravých dospělých osob nebyl prokázán žádný negativní vliv vyššího denního příjmu bílkovin.

Na druhou stranu u osob s ledvinovými poruchami bylo prokázáno, že snížení denního příjmu bílkovin má pozitivní účinky na jejich zdraví. Bylo potvrzeno, že vyšší příjem bílkovin pomáhá snižovat krevní tlak a pomáhá bojovat s diabetem 2. typu. Toto jsou dva hlavní rizikové faktory pro vznik onemocnění ledvin. Vědecké studie také potvrdily, že vyšší příjem bílkovin ve stravě podporuje prevenci vzniku osteoporózy. Všeobecně můžeme říci, že optimální příjem kvalitních bílkovin je klíčovým pro udržení pevného zdraví a dobře fungujícího organismu. Extrémně vysoký příjem bílkovin se všeobecně nedoporučuje, ale mírné navýšení jejich příjmu oproti klasickým výživovým doporučením lze hodnotit jako pozitivní.

Schválená zdravotní tvrzení

Dle aktuálního seznamu schválených zdravotních tvrzení, který vydal EFSA (Evropský úřad pro bezpečnost potravin) není možné pro aminokyseliny používat žádná zdravotní tvrzení.

Zajímavosti

• Slovo „protein“ pochází z řeckého slova „protos“ což znamená „první“.
• České označení „bílkovina“ vznikl od slova „bílek“. Bylo to proto, že právě v bílku bylo objeveno asi 40 různých bílkovin s vysokým zastoupením esenciálních aminokyselin.

Syntéza bílkovin z jednotlivých stavebníhch kamenů, aminokyselin, je komplex mnoha složitých biochemických rekací, na jejichž správném průběhu závisí bez nadsázky život každé buňky v organismu. Problematiku proteosyntézy přibližuje následující video.

Zdroj: www.youtube.com

--- konec článku ---