- Aminokwasy białkowe to związki wchodzące w skład białek, pełniące istotne funkcje w organizmie człowieka.
- Wyróżniamy 20 podstawowych aminokwasów białkowych, spośród których 8 to aminokwasy egzogenne, czyli konieczne do zapewnienia organizmowi z zewnątrz.
- Największa produkcja przemysłowa aminokwasów obejmuje kwas glutaminowy, lizynę i metioninę.
- Aminokwasy białkowe stosuje się w różnych obszarach przemysłu: spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym, rolniczym i chemicznym.
Aminokwasy biogenne to aminokwasy, które występują naturalnie w organizmie człowieka, wchodząc w skład białek. Wyróżniamy 20 podstawowych aminokwasów białkowych, które są niezbędne dla poprawnego działania wielu funkcji naszego organizmu. Spełniają również ważne role w przemyśle kosmetycznym, w produkcji suplementów diety i dodatków do pasz. Dlaczego aminokwasy białkowe są tak ważne, jakie aminokwasy biogenne wyróżniamy i w jakich obszarach są wykorzystywane?
Czym są aminokwasy białkowe?
Aminokwasy białkowe to grupa organicznych związków chemicznych wchodzących w skład białek. Według różnych klasyfikacji, jest ich 20-23, podczas gdy aminokwasów niebiałkowych wyróżniamy ponad 300.
Aminokwasy białkowe łączą się ze sobą w określonej kolejności (określonej przez DNA danego organizmu) za pomocą wiązań peptydowych, tworząc peptydy i białka.
Podstawowe aminokwasy białkowe to: alanina, cysteina, kwas asparaginowy i glutaminowy, fenyloalanina, glicyna, histydyna, izoleucyna, lizyna, leucyna, metionina, asparagina, prolina, glutamina, arginina, seryna, treonina, walina, tryptofan i tyrozyna. Dodatkowo często wymienia się także selenocysteinę i pirolizynę, które również mogą tworzyć białka, jednak mechanizm ich wbudowywania w strukturę tych związków jest odmienny.
Aminokwasy niebiałkowe to na przykład: kwas GABA, L-DOPA, tauryna czy trójjodotyronina.
Właściwości aminokwasów białkowych
Aminokwasy białkowe występują naturalnie w ciałach organizmów żywych. Zawierają w sobie zasadową grupę aminową i kwasową grupę karboksylową. W związku z tym w warunkach fizjologicznego pH występują najczęściej w postaci jonowej, tworząc tzw. jon obojnaczy czy związek dipolarny, zawierający grupy zjonizowane o przeciwnych ładunkach.
W takiej postaci aminokwasy mają właściwości typowe dla soli – występują w formie krystalicznej, mają wysokie temperatury topnienia, są rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w węglowodorach.
Aminokwasy białkowe pod względem budowy cząsteczki to α-aminokwasy posiadające asymetryczny atom węgla o konfiguracji L (poza glicyną) – konfiguracja D występuje w przypadku mikroorganizmów czy roślin. Aminokwasy biogenne posiadają łańcuch boczny, który może być polarny lub niepolarny, a w jego skład wchodzić może: pierścień aromatyczny, łańcuch alifatyczny, siarka, grupa wodorotlenowa, a także dodatkowa grupa aminowa lub karboksylowa.
Podział aminokwasów białkowych
Wszystkie aminokwasy białkowe można podzielić na kilka różnych sposobów. Kryteria ich podziału to na przykład:
- polarność łańcucha bocznego;
- charakter chemiczny (obojętny, kwaśny lub zasadowy);
- możliwość biosyntezy w organizmie człowieka (aminokwasy endogenne lub egzogenne);
- szlak kataboliczny i główny produkt rozpadu aminokwasu (aminokwasy ketogeniczne i glukogeniczne, których finalnym produktem są odpowiednio ciała ketonowe i glukoza).
Najbardziej istotny jest podział na aminokwasy endogenne i egzogenne, ponieważ aminokwasy egzogenne to tzw. aminokwasy niezbędne, których organizm człowieka nie produkuje samodzielnie, więc muszą być mu dostarczane w pożywieniu. Aminokwasy w ciele bowiem nie tylko budują białka (czyli tym samym: mięśnie, hormony, enzymy, neuroprzekaźniki), ale też odpowiadają za pozyskiwanie energii, metabolizm węglowodanów i tłuszczów, regenerację komórek oraz gospodarkę hormonalną, zapewniając prawidłowe funkcjonowanie organizmu.
Do aminokwasów egzogennych zaliczamy: lizynę, metioninę, treoninę, leucynę, izoleucynę, walinę, tryptofan i fenyloanalinę. Aminokwasami względnie egzogennymi, czyli wytwarzanymi przez organizm, jednak w niewystarczającej ilości, są arginina i histydyna. Tyrozyna i cysteina natomiast to aminokwasy syntetyzowane przez organizm człowieka, ale z innych aminokwasów egzogennych.
Zastosowanie aminokwasów białkowych
Aminokwasy białkowe produkowane na skalę przemysłową mają zastosowanie w wielu różnych obszarach. Najbardziej znaną pochodną aminokwasów jest glutaminian sodu stosowany jako wzmacniacz smaku. Wiele aminokwasów używanych jest powszechnie jako dodatki do pasz zwierzęcych czy suplementów diety.
Przemysł spożywczy
Niektóre aminokwasy białkowe stosowane są jako dodatki do żywności. Szczególne znaczenie ma tu glutaminian sodu będący solą kwasu glutaminowego. Jest on używany głównie jako wzmacniacz smaku i zapachu, będąc składnikiem: zup instant, sosów, konserw i mieszanek przyprawowych. Smak, jaki zapewnia glutaminian sodu, nazywany jest umami.
Wiele aminokwasów egzogennych jest ponadto stosowanych jako składniki produktów żywienia specjalistycznego i klinicznego, przeznaczonych dla pacjentów niedożywionych i posiadających specjalne potrzeby żywieniowe.
Dodatki do pasz i nawozów
Jako dodatki do pasz zwiększające ich wartość odżywczą stosowane są głównie metionina i lizyna. Mogą być dodawane także do pasz ekologicznych. Wzbogacenie paszy aminokwasami pozwala na lepsze wykorzystanie pożywienia przez zwierzę i produkcję w jego organizmie wszelkich niezbędnych białek. Szczególne znaczenie ma to w przypadku bydła mlecznego czy drobiu – dodatek metioniny czy lizyny pozwala na zwiększenie produkcji mleka i jaj oraz efektywniejszy przyrost masy mięśniowej zwierząt.
Ważnym aminokwasem jest też treonina, która podawana jest zwierzętom jako dodatek do pasz, szczególnie w celu złagodzenia zapalenia jelit i zaburzeń metabolizmu energetycznego. Wpływa ona pozytywnie na układ pokarmowy i odpornościowy.
Metionina podawana jest także jako suplement dla psów w celu zmniejszenia ryzyka kamicy nerkowej. W rolnictwie metionina stosowana jest również jako nietoksyczny pestycyd przeciwko niektórym gąsienicom będącym szkodnikami upraw pomarańczy. Lizyna również może być stosowana jako dodatek do nawozów, wspomagając wzrost roślin i poprawiając ich wartość odżywczą.
Sprawdzone, dobrej jakości aminokwasy do stosowania jako dodatek do pasz czy nawozów oferuje sklep Foodcom.
Leki i suplementy diety
Aminokwasy białkowe, szczególnie rozgałęzione, takie jak leucyna, walina i izoleucyna, mogą przynosić pozytywne efekty w przypadku przyjmowania ich przez osoby uprawiające sport. Aminokwasy te bowiem wspomagają budowanie masy mięśniowej i regenerację mięśni, a także zmniejszają uczucie zmęczenia.
Ponadto wiele aminokwasów jest składnikiem suplementów diety, które wspomagają pracę układu nerwowego, pomagają w problemach ze snem i obniżonym nastrojem, wzmacniają układ odpornościowy, a także pomagają w walce z chorobami krążenia czy kłopotami trawiennymi. W lekach aminokwasy mogą pełnić też rolę wspomagającą, np. leucyna używana jest jako środek dyspergujący w lekach do inhalacji.
Tryptofan jest stosowany w lekach i suplementach diety jako środek wspomagający leczenie depresji i bezsenności, jako że jest przekształcany do 5-hydroksytryptofanu i następnie do serotoniny.
Ciekawym aminokwasem stosowanym w suplementach diety jest tauryna, która jest aminokwasem niebiałkowym, składającym się z metioniny i cysteiny, występującym naturalnie w organizmie człowieka. Aminokwas ten wpływa pozytywnie na funkcje widzenia, obniża ciśnienie krwi, chroni wątrobę, wspomaga utratę tkanki tłuszczowej i podnosi energię, przez co jest stosowany w napojach energetycznych.
Przemysł kosmetyczny
W przemyśle kosmetycznych aminokwasy białkowe spełniają znaczącą rolę w produkcji kosmetyków do pielęgnacji skóry, szczególnie twarzy. Często zawierają je kremy przeciwzmarszczkowe mające na celu wzmacniać i nawilżać skórę oraz zmiękczać i uelastyczniać naskórek przez uzupełnianie niedoborów wody w komórkach skóry. Działa tak m.in. treonina i prolina, a także glicyna czy lizyna. Aminokwasy te są prekursorami do produkcji kolagenu, który nadaje skórze elastyczność i jędrność. Poza kremami i balsamami do twarzy, aminokwasy biogenne możemy znaleźć także w maseczkach, peelingach oraz szamponach i odżywkach do włosów.
Zastosowanie w badaniach naukowych i przemyśle chemicznym
Niektóre z aminokwasów białkowych są szeroko wykorzystywane w badaniach naukowych, np. dotyczących starzenia czy metabolizmu białek. Z fenyloalaniny w laboratorium można otrzymać amfetaminę.
Aminokwasy są ponadto kluczowe w biotechnologii – służą jako substraty w procesach fermentacyjnych przeprowadzanych w celu produkcji enzymów, antybiotyków i innych związków aktywnych biologicznie.
W przemyśle chemicznym aminokwasy mogą być wykorzystywane w syntezie polimerów, tworzyw sztucznych i specjalistycznych materiałów chemicznych.
Rynek aminokwasów biogennych
Obecnie aminokwasy białkowe produkowane są na różne sposoby. Może to być synteza chemiczna i enzymatyczna, jednak dominuje synteza poprzez fermentację bakteryjną (np. przez bakterie Corynebacterium glutamicum). Przykładowo, kwas glutaminowy i jego sole otrzymuje się przez fermentację głównie nasion soi.
Roczna produkcja glutaminianu sodu w 2005 roku wyniosła 1,7 mln ton, natomiast w 2018 roku – już 4,7 mln ton, z czego ponad 75% wyprodukowano w Chinach. Kwas glutaminowy i jego sole stanowią największą część produkowanych aminokwasów biogennych. Na podium znajdują się też metionina i lizyna, których synteza wraz z produkcją kwasu glutaminowego stanowi 90-95% światowej produkcji aminokwasów biogennych. Produkcja aminokwasów w 2016 roku osiągnęła 7 mln ton i stale rośnie – mówi się o wzroście o nawet 7% w skali roku.
