- Белковыеаминокислоты — этосоединения, входящиевсоставбелковивыполняющиеважныефункцииворганизмечеловека.
- Существует 20 основныхбелковыхаминокислот, изкоторых 8 являютсянезаменимыми, тоестьнеобходимымидляпоступленияворганизмизвне.
- Крупнейшеепромышленноепроизводствоаминокислотвключаетвсебяглутаминовуюкислоту, лизиниметионин.
- Белковые аминокислоты используются в различных областях промышленности: пищевой, косметической, фармацевтической, сельскохозяйственной и химической.
Биогенные аминокислоты — это аминокислоты, которые естественным образом встречаются в организме человека, входя в состав белков. Существует 20 основных белковых аминокислот, которые необходимы для правильного функционирования многих функций нашего организма. Они также играют важную роль в косметической промышленности, при производстве пищевых добавок и кормовых добавок. Почему белковые аминокислоты так важны, какие биогенные аминокислоты мы различаем и в каких областях они используются?
Что такое белковые аминокислоты?
Белковые аминокислоты — это группа органических химических соединений, из которых состоят белки. По различным классификациям их насчитывается 20-23, в то время как небелковых аминокислот выделяют более 300.
Белковые аминокислоты соединяются между собой в определенном порядке (определяемом ДНК соответствующего организма) с помощью пептидных связей, образуя пептиды и белки.
Основные белковые аминокислоты: аланин, цистеин, аспаргиновая и глутаминовая кислоты, фенилаланин, глицин, гистидин, изолейцин, лизин, лейцин, метионин, аспарагин, пролин, глутамин, аргинин, серин, треонин, валин, триптофан и тирозин. Кроме того, часто упоминаются селеноцистеин и пиролизин, которые также могут образовывать белки, но механизм их встраивания в структуру этих соединений иной.
К небелковым аминокислотам относятся, например, ГАМК, L-ДОФА, таурин или трийодтиронин.
Свойства белковых аминокислот
Белковые аминокислоты естественным образом встречаются в телах живых организмов. Они содержат основную аминогруппу и кислую карбоксильную группу. Поэтому в физиологических условиях pH они чаще всего находятся в ионной форме, образуя так называемый гермафродитный ион или диполярное соединение, содержащее ионизированные группы с противоположными зарядами.
В таком виде аминокислоты обладают свойствами, характерными для солей — они встречаются в кристаллическом виде, имеют высокие температуры плавления, растворимы в воде и нерастворимы в углеводородах.
Белковые аминокислоты по молекулярной структуре представляют собой α-аминокислоты с асимметричным атомом углерода с L-конфигурацией (кроме глицина) — D-конфигурация встречается у микроорганизмов или растений. Биогенные аминокислоты имеют боковую цепь, которая может быть полярной или неполярной, и может включать: ароматическое кольцо, алифатическую цепь, серу, гидроксильную группу, а также дополнительную аминную или карбоксильную группу.
Деление белковых аминокислот
Все белковые аминокислоты могут быть разделены несколькими различными способами. Критерии их разделения включают, например:
- полярностьбоковойцепи;
- химическаяприрода (нейтральная, кислаяилиосновная);
- возможностьбиосинтезаворганизмечеловека (эндогенныеилиэкзогенныеаминокислоты);
- путькатаболизмаиосновнойпродуктраспадааминокислоты (кетогенныеиглюкогенныеаминокислоты, конечнымипродуктамикоторыхявляютсякетоновыетелаиглюкозасоответственно).
Деление на эндогенные и экзогенные аминокислоты является наиболее актуальным, так как экзогенные аминокислоты — это так называемые незаменимые аминокислоты, которые организм человека не вырабатывает самостоятельно, поэтому они должны поступать к нему с пищей. Это связано с тем, что аминокислоты в организме не только строят белки (то есть мышцы, гормоны, ферменты и нейротрансмиттеры), но и отвечают за выработку энергии, углеводный и жировой обмен, регенерацию клеток и гормональный обмен, обеспечивая нормальное функционирование организма.
К экзогенным аминокислотам относятся: лизин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, валин, триптофан и фениланалин. Аминокислоты, которые являются относительно экзогенными, то есть вырабатываются организмом, но в недостаточном количестве, — это аргинин и гистидин. Тирозин и цистеин, напротив, являются аминокислотами, синтезируемыми человеческим организмом, но из других незаменимых аминокислот.
Использование белковых аминокислот
Белковые аминокислоты, производимые в промышленных масштабах, находят применение в самых разных областях. Самым известным производным аминокислоты является глутамат натрия, который используется в качестве усилителя вкуса. Многие аминокислоты широко используются в качестве добавок в корма для животных или диетических добавок.
Пищевая промышленность
Некоторые белковые аминокислоты используются в качестве пищевых добавок. Особое значение здесь имеет мононатриевый глутамат, который является солью глутаминовой кислоты. В основном он используется как усилитель вкуса и аромата и является ингредиентом: супов быстрого приготовления, соусов, консервов и смесей приправ. Вкус, придаваемый глутаматом натрия, называется умами.
Кроме того, многие незаменимые аминокислоты используются в качестве ингредиентов в специализированных и клинических продуктах питания для недоедающих пациентов и людей с особыми потребностями в питании.
Добавки к кормам и удобрениям
Метионин и лизин в основном используются в качестве кормовых добавок для повышения их питательной ценности. Их также можно добавлять в органические корма. Обогащение корма аминокислотами позволяет животному лучше усваивать пищу и вырабатывать все необходимые белки в своем организме. Это особенно важно для молочного скота или птицы — добавление метионина или лизина позволяет увеличить производство молока и яиц и более эффективно наращивать мышечную массу животного.
Треонин также является важной аминокислотой, которую дают животным в качестве кормовой добавки, особенно для снятия воспаления кишечника и нарушения энергетического обмена. Он оказывает положительное влияние на пищеварительную и иммунную системы.
Метионин также дают в качестве добавки собакам для снижения риска образования камней в почках. В сельском хозяйстве метионин также используется в качестве нетоксичного пестицида против некоторых гусениц — вредителей апельсиновых культур. Лизин также может использоваться в качестве добавки к удобрениям для ускорения роста растений и повышения их питательной ценности.
Проверенные, качественные аминокислоты для использования в качестве корма или удобрения предлагает магазин Foodcom.
Лекарства и диетические добавки
Белковые аминокислоты, особенно аминокислоты с разветвленной цепью, такие как лейцин, валин и изолейцин, могут оказывать положительный эффект при приеме людьми, занимающимися спортом. Это связано с тем, что данные аминокислоты способствуют наращиванию мышечной массы и восстановлению мышц, а также снижают чувство усталости.
Кроме того, многие аминокислоты входят в состав БАДов, которые поддерживают нервную систему, помогают справиться с проблемами сна и сниженным настроением, укрепляют иммунную систему, а также помогают в борьбе с болезнями системы кровообращения или проблемами пищеварения. В лекарственных препаратах аминокислоты также могут играть вспомогательную роль, например, лейцин используется в качестве диспергирующего агента в ингаляционных препаратах.
Триптофан используется в лекарствах и БАДах как средство для лечения депрессии и бессонницы, поскольку он преобразуется в 5-гидрокситриптофан, а затем в серотонин.
Интересной аминокислотой, используемой в БАДах, является таурин — небелковая аминокислота, состоящая из метионина и цистеина, естественно встречающаяся в организме человека. Эта аминокислота положительно влияет на зрительную функцию, снижает кровяное давление, защищает печень, способствует потере жира и повышает энергию, поэтому ее используют в энергетических напитках.
Косметическая промышленность
В косметической промышленности белковые аминокислоты играют важную роль в производстве средств по уходу за кожей, особенно за лицом. Они часто входят в состав антивозрастных кремов, призванных укреплять и увлажнять кожу, смягчать и делать эпидермис более эластичным за счет восполнения дефицита воды в клетках кожи. В частности, так действуют треонин и пролин, а также глицин и лизин. Эти аминокислоты являются предшественниками для выработки коллагена, который придает коже эластичность и упругость. Помимо кремов и лосьонов для лица, биогенные аминокислоты можно найти в масках, скрабах, шампунях и кондиционерах для волос.
Применение в научных исследованиях и химической промышленности
Некоторые из белковых аминокислот широко используются в научных исследованиях, например, в области старения или белкового обмена. Из фенилаланина в лабораторных условиях можно получить амфетамин.
Кроме того, аминокислоты играют ключевую роль в биотехнологии — они служат субстратами в процессах ферментации, проводимых для получения ферментов, антибиотиков и других биологически активных соединений.
В химической промышленности аминокислоты могут использоваться в синтезе полимеров, пластмасс и специальных химических материалов.
Рынок биогенных аминокислот
В настоящее время белковые аминокислоты производятся различными способами. Они могут быть химически синтезированными и ферментативно синтезированными, но преобладает синтез путем бактериальной ферментации (например, с помощью бактерии Corynebacterium glutamicum). Например, глутаминовую кислоту и ее соли получают путем ферментации в основном соевых бобов.
Ежегодное производство глутамата в 2005 году составляло 1,7 млн тонн, а в 2018 году — уже 4,7 млн тонн, из которых более 75 % было произведено в Китае. Наибольшая доля производимых биогенных аминокислот приходится на глутаминовую кислоту и ее соли. На пьедестале также метионин и лизин, на синтез которых вместе с производством глутаминовой кислоты приходится 90-95 % мирового производства биогенных аминокислот. В 2016 году производство аминокислот достигло 7 миллионов тонн и неуклонно растет — отмечается увеличение до 7 % в год.
