Аминокислоты — виды, свойства и функции

Аминокислоты — это органические соединения, выполняющие важные функции в организме. 

В этой статье мы подробно рассмотрим, что из себя представляют аминокислоты в питании, какие их виды существуют, роль аминокислот в организме, и какие аминокислотные добавки необходимы для повышения спортивных результатов.

Что такое аминокислоты?

Аминокислоты — это органические молекулы, которые содержат две функциональные группы: аминогруппу и карбоксильную группу, а также уникальную боковую цепь, называемую R-группой или радикалом. Эта R-группа отличается у разных аминокислот и определяет их химические и физические свойства, включая размер, форму, реакционную способность и растворимость. В структуре аминокислоты также есть центральный (альфа) атом углерода, к которому присоединены эти группы и R-группа. 

Аминокислоты соединяются вместе в молекулярные цепи — полипептиды, которые являются строительными блоками белков. Белки, в свою очередь, образуют мышцы, ткани, гормоны, ферменты, а также нейромедиаторы — вещества, передающие сигналы в мозг. 

Всего известно около 500 природных аминокислот, из которых выделяют 20 основных, входящих в состав белков. Их называют протеиногенными. 

Из них 9 являются незаменимыми — они не могут синтезироваться в организме, поэтому должны поступать с пищей. Остальные 11 аминокислот организм способен вырабатывать самостоятельно. 

Термин «аминокислота» часто используют по отношению к специализированным пищевым добавкам. Аминокислоты в таких продуктах получают с помощью микроорганизмов. 

Они необходимы для роста и восстановления тканей (особенно мышечной массы), а также могут выступать источником энергии во время интенсивных физических нагрузок.

Какие существуют виды аминокислот? 

Аминокислоты классифицируются по разным признакам, главным образом по свойствам боковых цепей (R-групп), а также по питательной значимости и другим критериям. 

Классификация аминокислот по свойствам боковых цепей:

1. Неполярные, неароматические аминокислоты. К ним относятся глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин и пролин. Их боковые цепи гидрофобны, поэтому в структуре белка они, как правило, группируются в гидрофобное ядро внутри молекулы, минимизируя контакт с водой. Это помогает белку сохранять свою форму и стабильность. Метионин содержит серу и часто служит стартовой аминокислотой при синтезе белков. Пролин уникален циклической структурой, ограничивающей гибкость белка (часто встречается в поворотах и петлях белков).
2. Ароматические аминокислоты — фенилаланин, тирозин и триптофан — содержат ароматические кольца в боковых цепях. Фенилаланин — неполярная гидрофобная аминокислота, он часто участвует в образовании ядра, стабилизируя структуру белка. Тирозин полярен благодаря гидроксильной группе и играет ключевую роль в сигнальных путях с тирозинкиназными рецепторами (они принимают сигналы из внешней среды и запускают в клетке реакцию: расти, изменяться, выживать и тратить энергию). Триптофан — это самая большая аминокислота со сложным двойным кольцом, включающим атом азота, которая играет важную роль во взаимодействиях белков между собой.
3. Полярные, незаряженные аминокислоты. Эти аминокислоты имеют боковые цепи, способные образовывать водородные связи с водой, что делает их гидрофильными. Серин, треонин часто участвуют в фосфорилировании (добавление фосфатных групп, что важно для правильной работы сигнальных путей); цистеин образовывает дисульфидные связи, которые имеют решающее значение для стабильности белка; аспарагин и глутамин часто участвуют в образовании водородных связей.
4. Заряженные аминокислоты. Эти аминокислоты можно разделить на кислые и основные в зависимости от заряда боковой цепи. Они часто важны для ферментативной активности и создания электростатических взаимодействий, способствующих стабилизации структуры белка.

• Кислые (отрицательно заряженные): аспартат и глутамат, содержащие карбоксильные группы, играют важную роль в активных центрах ферментов и ионных взаимодействиях.
• Основные (положительно заряженные): лизин, аргинин и гистидин. Гистидин уникален своей имидазольной группой, способной принимать и отдавать протоны, что важно для катализа ферментов.

Другие классификации:

• По гидрофобности: аминокислоты делятся на гидрофобные и гидрофильные, что влияет на структуру белков и их взаимодействие с водой.
• По функциональному назначению: аминокислоты участвуют не только в строительстве белков, но и в передаче сигналов, метаболизме и иммунных реакциях. 

Также аминокислоты делятся по питательной значимости на заменимые и незаменимые. Рассмотрим их подробнее. 

Что такое незаменимые аминокислоты? 

Незаменимые аминокислоты (НАК) — это 9 аминокислот, которые человеческий организм не может вырабатывать самостоятельно и должен получать с пищей. 

Для каких процессов важны девять незаменимых аминокислот? 

1. Гистидин участвует в выработке гистамина — нейромедиатора, который задействован в иммунном ответе, пищеварении и регуляции сна. Он также помогает поддерживать миелиновую оболочку (защитный барьер, окружающий нервные клетки).
2. Изолейцин — аминокислота с разветвлённой цепью (BCAA), поддерживает метаболизм мышц, иммунную функцию, производство гемоглобина и регуляцию энергии. Концентрируется преимущественно в мышечных тканях.
3. Лейцин — ещё одна BCAA, которая критически важна для синтеза белка, восстановления мышц, регуляции уровня сахара в крови, заживления ран и производства гормона роста.
4. Лизин — играет ключевую роль в синтезе белка, усвоении кальция, производстве гормонов и ферментов, поддержке иммунитета, а также в формировании коллагена и эластина.
5. Метионин необходим для метаболизма и роста тканей, детоксикации и усвоения минералов, таких как цинк и селен. Также он поддерживает производство антиоксидантов.
6. Фенилаланин — предшественник нейромедиаторов тирозина, дофамина, эпинефрина и норэпинефрина. Он играет важную роль в процессе создания и поддержания правильной структуры белков, обеспечивает корректную работу ферментов и участвует в производстве других аминокислот в организме.
7. Треонин — значимый компонент структурных белков коллагена и эластина, которые формируют основу кожи и соединительных тканей. Также они участвуют в образовании тромбов, что помогает предотвратить кровотечения. Кроме того, треонин способствует жировому обмену веществ и укрепляет иммунную систему организма.
8. Триптофан поддерживает азотистый баланс организма и участвует в синтезе серотонина — нейромедиатора, который регулирует настроение, аппетит и сон.
9. Валин — третья аминокислота с разветвленной цепью (BCAA), стимулирует рост и регенерацию мышц, участвует в производстве энергии.

Что такое замещаемые аминокислоты? 

Замещаемые аминокислоты — это аминокислоты, которые организм человека может вырабатывать самостоятельно из других соединений через различные метаболические пути. 

Всего к замещаемым аминокислотам относят 11 соединений: аланин, аспарагин, аспартат, глутамат, серин, а также аминокислоты, считающиеся условно незаменимыми — аргинин, цистеин, глутамин, глицин, пролин и тирозин.

Замещаемые аминокислоты играют важную роль в обмене веществ и синтезе белков. Например, аланин участвует в переносе азота и энергетическом обмене, аспартат и глутамат — в работе нервной системы и метаболизме аминокислот, серин — в синтезе фосфолипидов (строительный материал для клеточных мембран) и нуклеотидов (основные строительные блоки для ДНК и РНК).

Что такое условно незаменимые аминокислоты? 

Условно незаменимые аминокислоты (УНАК) — это аминокислоты, которые организм обычно способен вырабатывать самостоятельно, но при определённых условиях их производство становится недостаточным, и тогда они должны поступать с пищей или добавками. Такими факторами могут стать: стресс, травмы, болезни, интенсивные физические нагрузки и периоды быстрого роста.

К числу условно незаменимых аминокислот относятся такие важные соединения, как аргинин, глутамин, тирозин, цистеин, пролин и серин.

• Аргинин участвует в синтезе оксида азота — важной сигнальной молекулы. Благодаря тому, что оксид азота расширяет сосуды, аргинин улучшает кровообращение. Кроме того, он напрямую участвует в синтезе белка и может стимулировать высвобождение гормона роста, что в сочетании с тренировками способствует увеличению мышечной массы.
• Глутамин поддерживает иммунитет и функцию кишечника. Для чего ещё может быть полезен глютамин? Читайте в статье. 
• Глицин участвует в синтезе ДНК и коллагена, восстановлении тканей и работе мозга.
• Тирозин способствует выработке гормонов щитовидной железы и нейромедиаторов, влияющих на настроение и внимание.
• Цистеин помогает защищать клетки от вредных веществ благодаря своим антиоксидантным свойствам.

Во время болезни или стресса организм переходит в катаболическое состояние, при котором мышечные белки разрушаются для обеспечения аминокислотами таких важных функций, как восстановление тканей и иммунный ответ. В этот период потребность в УНАК резко возрастает, и их недостаток может замедлить выздоровление и ухудшить общее состояние.

Условно незаменимые аминокислоты особенно важны для спортсменов, пациентов после операций, людей с хроническими заболеваниями и тех, кто испытывает сильные физические или психологические нагрузки. Правильное питание и, при необходимости, дополнительный приём УНАК помогают ускорить восстановление, поддержать иммунитет и сохранить мышечную массу.

Свойства аминокислот

Основные свойства аминокислот:

• Амфотерность. Уникальное строение аминокислот наделяет их амфотерными свойствами, то есть они могут проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от условий среды. Благодаря этой особенности аминокислоты играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса живых организмов. 
• Разнообразие боковых цепей придаёт аминокислотам разные химические и физические свойства. Боковые цепи определяют, как аминокислоты формируют гидрофобные взаимодействия, водородные и ионные связи. Это напрямую влияет на трехмерную структуру белка, его стабильность и функциональную активность. Например, заряженные и полярные аминокислоты часто располагаются на поверхности белков, взаимодействуя с водой и ионами, тогда как гидрофобные — внутри, образуя ядро. 
• Способность образовывать пептидные связи. Аминокислоты соединяются между собой пептидными связями, образуя полипептидные цепи — основу белков. Особое строение пролина с циклической боковой цепью вводит изгибы в полипептидную цепь.
• Ультрафиолетовая абсорбция. Ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин, триптофан) содержат бензольные кольца, которые поглощают ультрафиолетовый свет в диапазоне 270-290 нм. Это свойство используется для количественного определения белков в биохимии.
• Образование дисульфидных связей. Аминокислота цистеин содержит специальную химическую группу — сульфгидрильную (-SH). Когда две таких группы рядом, они могут объединяться, теряя по одному атому водорода, и образуют прочную связь — дисульфидный мостик (-S-S-). Эти мостики действуют как «стяжки», которые помогают белку сохранять свою форму и быть устойчивым. Особенно они важны в таких белках, как инсулин и кератин, где нужна сильная и стабильная структура.

Для чего нужны аминокислоты в организме? 

Аминокислоты и здоровье неотделимы друг от друга. 

Во-первых, аминокислоты — основные строительные блоки белков. Белки участвуют в росте, восстановлении тканей, синтезе ферментов и гормонов, а аминокислоты обеспечивают их образование.

Аминокислоты могут служить источником энергии в случае, если в организме недостаточно углеводов и жиров. Некоторые аминокислоты могут метаболизироваться для производства энергии, поддерживая жизнедеятельность в условиях дефицита питательных веществ.

Аминокислоты также участвуют в синтезе нейромедиаторов — химических посредников, которые передают сигналы в мозге и нервной системе. Например, триптофан необходим для производства серотонина, регулирующего настроение, сон и аппетит, а фенилаланин — предшественник дофамина и норадреналина.

Некоторые аминокислоты влияют на работу сердечно-сосудистой системы. Аргинин необходим для синтеза оксида азота — молекулы, расширяющей кровеносные сосуды, что способствует снижению кровяного давления и улучшению кровотока. Это важно для профилактики атеросклероза и поддержания здоровья сердца.

Аминокислоты поддерживают иммунную систему. Три аминокислоты — глутамат, цистеин и глицин — образуют глутатион, мощный антиоксидант, защищающий клетки от повреждений. Гистидин входит в состав гемоглобина, служит основой для синтеза карнозина и ансерина — веществ, которые защищают мышцы от негативного воздействия молочной кислоты, а также является предшественником гистамина — вещества, участвующего в аллергических реакциях, работе желудка и нервной системы. 

Источники аминокислот — белковая пища: мясо, рыба, яйца, молочные продукты, соя, бобовые.

Сбалансированный рацион с достаточным количеством аминокислот, особенно незаменимых, имеет решающее значение для здоровья. 

Как проявляется дефицит аминокислот и как его предотвратить? 

Дефицит аминокислот может привести к серьёзным проблемам со здоровьем, поэтому важно знать признаки их недостатка и способы его предотвращения.

Симптомы дефицита аминокислот:

1. Потеря концентрации и ухудшение памяти. Тирозин, незаменимая аминокислота, участвует в производстве нейромедиаторов (дофамин, эпинефрин), которые отвечают за фокусировку и когнитивные функции. Его недостаток приводит к снижению внимания и памяти.
2. Хроническая усталость. Аминокислоты участвуют в энергетическом обмене. Их дефицит вызывает упадок сил, постоянное чувство усталости и снижение выносливости.
3. Слабый иммунитет и замедленное восстановление. Аргинин и глутамин поддерживают иммунную систему. Их нехватка ослабляет защитные функции организма и увеличивает время выздоровления после болезней.
4. Депрессия и расстройства настроения. Аминокислоты необходимы для синтеза серотонина и норадреналина — нейромедиаторов, регулирующих настроение. Их дефицит может вызывать депрессивные состояния и перепады настроения.
5. Потеря мышечной массы и слабость. При недостатке аминокислот организм начинает разрушать мышечную ткань для получения энергии, что ведёт к снижению силы и выносливости.
6. Переедание. Недостаток аминокислот влияет на нейромедиаторы, контролирующие чувство сытости, что может привести к перееданию и набору лишнего веса.

Если вы замечаете какие-либо из этих симптомов, не игнорируйте их — консультация специалиста и корректировка рациона помогут избежать осложнений. 

Как предотвратить дефицит аминокислот:

• Сбалансированное питание. Включайте в рацион разнообразные источники белка: мясо, рыбу, яйца, молочные продукты, бобовые и орехи. Это поможет обеспечить организм всеми необходимыми аминокислотами.
• Контроль состояния здоровья. При появлении симптомов дефицита рекомендуется обратиться к врачу и сдать анализы крови для определения уровня аминокислот.
• Приём добавок при необходимости. В некоторых случаях, особенно при заболеваниях или повышенных нагрузках, может потребоваться дополнительный приём аминокислотных комплексов.

Поддержание общего состояния здоровья. Регулярные физические нагрузки и отказ от вредных привычек способствуют оптимальному обмену веществ и усвоению аминокислот.

Какие существуют аминокислотные добавки? 

Аминокислотные добавки — это концентрированные препараты, содержащие аминокислоты в легкоусвояемой форме, которые помогают восполнить их дефицит при повышенных нагрузках, несбалансированном питании или в период восстановления после травм и болезней. 

Среди популярных добавок выделяют несколько видов аминокислот:

• BCAA (лейцин, изолейцин, валин) — комплекс из трёх незаменимых аминокислот с разветвлённой цепью. Они стимулируют синтез белка, способствуют росту и восстановлению мышечной ткани, а также обеспечивают организм энергией во время тренировок. BCAA помогают предотвратить катаболизм — разрушение мышц, особенно при интенсивных физических нагрузках.
• Лизин — незаменимая аминокислота, необходимая для синтеза коллагена, который поддерживает здоровье кожи, костей и соединительной ткани. Лизин также способствует усвоению кальция и укреплению иммунитета.
• Глютамин — условно незаменимая аминокислота, которая играет ключевую роль в восстановлении мышц, поддержании иммунной системы и улучшении работы кишечника. Глютамин создаёт анаболическую среду, способствуя росту мышечной массы и снижая усталость.
• Аргинин — аминокислота, улучшающая кровообращение и снабжение мышц питательными веществами за счёт расширения сосудов (эффект пампинга). Аргинин повышает выносливость и способствует выработке гормона роста.
• Бета-аланин — помогает уменьшить накопление молочной кислоты в мышцах, что снижает усталость и ускоряет восстановление после интенсивных тренировок.
• L-тирозин — это важная аминокислота, широко используемая в спортивном питании благодаря своим свойствам повышать выносливость, энергию и умственную работоспособность. L-тирозин помогает защитить мышечную ткань от разрушения во время аэробных нагрузок и способствует сохранению мышечной массы.

Аминокислотные добавки выпускаются в различных формах: порошки, капсулы, таблетки, жидкости. Выбор зависит от личных предпочтений, аминокислотного профиля и удобства приёма. Например, порошки удобно растворять в воде или соке, капсулы легко брать с собой, а жидкие формы подходят тем, кто испытывает трудности с проглатыванием таблеток.

Важно выбирать добавки с чистым составом, без лишних красителей и консервантов, чтобы получить максимальную пользу. Аминокислотные комплексы, содержащие гидролизаты белков и витамин В6, улучшают усвоение и помогают организму эффективнее использовать поступающие нутриенты.

Обычному человеку при сбалансированном питании и умеренных нагрузках дополнительный приём аминокислотных комплексов может быть не нужен. Однако людям, ведущим активный образ жизни, и спортсменам аминокислоты необходимы для быстрого восстановления, увеличения мышечной массы и поддержки сил и выносливости.