Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Аминокислота с разветвленной углеродной цепью
Amino acid with a branched carbon chain
Аминокислота с разветвленной цепью (BCAA) – это аминокислота, имеющая алифатическую боковую цепь с разветвлением (центральный атом углерода, связанный с тремя или более атомами углерода). Среди протеиногенных аминокислот выделяют три BCAA: лейцин, изолейцин и валин. К непротеиногенным BCAA относятся 2-аминоизобутировая кислота и аллоизолейцин. Три протеиногенных BCAA входят в число девяти незаменимых аминокислот для человека, составляя 35% незаменимых аминокислот в мышечных белках и 40% предварительно сформированных аминокислот, необходимых млекопитающим. Синтез BCAA происходит во всех частях растений, внутри пластид клетки, что подтверждается наличием мРНК, кодирующих ферменты метаболического пути. Окисление BCAA может усиливать окисление жирных кислот и играть роль в развитии ожирения. С физиологической точки зрения, BCAA участвуют в работе иммунной системы и функционировании мозга. BCAA эффективно расщепляются ферментами дегидрогеназами и декарбоксилазами, экспрессируемыми иммунными клетками, и необходимы для роста, пролиферации лимфоцитов и цитотоксической активности Т-лимфоцитов. Для человека весом 70 кг это соответствует 2,9, 1,3 и 1,7 г в сутки. Диеты, обеспечивающие или превышающие рекомендуемую суточную норму потребления общего белка (0,8 г/кг/день; 56 граммов для человека весом 70 кг), также обеспечивают или превышают рекомендуемую суточную норму аминокислот с разветвленной цепью.
A branched chain amino acid (BCAA) is an amino acid having an aliphatic side chain with a branch (a central carbon atom bound to three or more carbon atoms). Among the proteinogenic amino acids, there are three BCAAs: leucine, isoleucine, and valine. Non proteinogenic BCAAs include 2 aminoisobutyric acid and alloisoleucine. The three proteinogenic BCAAs are among the nine essential amino acids for humans, accounting for 35% of the essential amino acids in muscle proteins and 40% of the preformed amino acids required by mammals. Synthesis for BCAAs occurs in all locations of plants, within the plastids of the cell, as determined by presence of mRNAs which encode for enzymes in the metabolic pathway. Oxidation of BCAAs may increase fatty acid oxidation and play a role in obesity. Physiologically, BCAAs take on roles in the immune system and in brain function. BCAAs are broken down effectively by dehydrogenase and decarboxylase enzymes expressed by immune cells, and are required for lymphocyte growth and proliferation and cytotoxic T lymphocyte activity. For a 70 kg (154 lb) person this equates to 2.9, 1.3 and 1.7 g/day. Diets that meet or exceed the RDA for total protein (0.8 g/kg/day; 56 grams for a 70 kg person), meet or exceed the RDAs for branched chain amino acids.
Синтез
Пять ферментов участвуют в параллельных путях синтеза изолейцина, валина и лейцина: треониновая дегидрогеназа, ацетогидроксиацидная синтаза, кетокислотная редуктоизомераза, дигидроксиацидная дегидрогеназа и аминотрансфераза. В этих путях задействованы аминотрансфераза с разветвленной цепью и 3-метил-2-оксибутаноатдегидрогеназа.
Five enzymes participate in the parallel synthesis pathways for isoleucine, valine, and leucine: threonine dehydrogenase, acetohydroxyacid synthase, ketoacid reductoisomerase, dihydroxyacid dehydrogenase and aminotransferase. Enzymes involved are branched chain aminotransferase and 3 methyl 2 oxobutanoate dehydrogenase.
болезнь мочи кленового сиропа
В крысиной модели заболевания кленового сиропа, острое введение BCAA увеличивает повреждение ДНК в области гиппокампа мозга. На рисунке показан путь деградации BCAA и, в частности, ключевая роль недостаточной активности BCKDH при заболевании кленового сиропа. Хроническое введение BCAA, по сравнению с острым, увеличило повреждение ДНК не только в гиппокампе, но и в области стриатума мозга. Введение изолейцина или валина по отдельности не оказывало влияния на рост мышц, хотя введение лейцина по отдельности, по-видимому, почти так же эффективно, как полная смесь BCAA. Лейцин косвенно активирует p70 S6 киназу, а также стимулирует сборку комплекса eIF4F, который необходим для связывания мРНК при инициации трансляции. В состоянии покоя инфузия белка стимулирует синтез белка через 30 минут после начала инфузии, и синтез белка остается повышенным еще в течение 90 минут. Инфузия лейцина в состоянии покоя оказывает шестичасовой стимулирующий эффект и увеличивает синтез белка за счет фосфорилирования p70 S6 киназы в скелетных мышцах. Высокий уровень глюкозы в крови запускает процесс сигнального пути mTOR, в котором лейцин играет косвенную роль. Сочетание глюкозы, лейцина и других активаторов вызывает начало сигнализации mTOR для пролиферации бета-клеток и секреции инсулина. Более высокие концентрации лейцина вызывают гиперактивность пути mTOR, и активируется S6 киназа, что приводит к ингибированию субстрата инсулинового рецептора посредством серинового фосфорилирования. Высокий уровень молочной кислоты приводит к остановке метаболизма глюкозы, чтобы предотвратить дальнейшее снижение pH. Показано, что добавление BCAA снижает уровень молочной кислоты в мышцах, позволяя продолжать метаболизм глюкозы. Это приводит к снижению скорости гликогенолиза в печени и, следовательно, к снижению уровня глюкозы в плазме. Однако исследования долгосрочного воздействия BCAA на уровень глюкозы показали, что постоянное добавление BCAA не оказывает существенного влияния на уровень глюкозы в крови вне тренировок. Снижение поглощения триптофана в мозге приводит к снижению синтеза и высвобождения серотонина (у крыс). Снижение уровня серотонина может достигать 90%; низкий уровень серотонина уменьшает ощущение усталости, но также приводит к недостатку концентрации, плохому контролю импульсов, агрессивному поведению и плохому планированию. BCAA также ингибируют поглощение тирозина в мозге (тирозин является еще одной ароматической аминокислотой, как и триптофан); снижение поглощения подавляет синтез и высвобождение катехоламинов в мозге. Катехоламины связаны с повышением физической работоспособности. Одновременное снижение синтеза катехоламинов и серотонина может объяснить относительно нейтральное влияние BCAA на физическую работоспособность. Также было обнаружено, что BCAA снижают повышение уровня аммиака в сыворотке крови, которое происходит во время тренировок. Это достигается за счет увеличения количества аммиака, используемого в синтезе глутамина, предотвращая чрезмерное накопление аммиака в крови. Кроме того, добавление BCAA показало снижение уровня креатинкиназы в мышечных клетках после тренировки. Креатинкиназа является индикатором повреждения мышц и отвечает за перенос фосфатной группы из АТФ для создания молекулы фосфокреатина. Доказано, что добавление BCAA снижает уровень креатинкиназы, что приводит к повышению уровня внутриклеточного АТФ и уменьшению чувства усталости. См. также DOMS.
In a rat model of maple syrup urine disease, acute administration of BCAAs increases DNA damage in the hippocampus region of the brain. The nearby Figure shows the degradation pathway of BCAAs and specifically the key role of inadequate BCKDH in maple syrup urine disease. Chronic administration of BCAAs, compared to acute administration, increased DNA damage not only in the hippocampus but also in the striatum region of the brain. Administration of either isoleucine or valine alone had no effect on muscle growth, although administration of leucine alone appears to be nearly as effective as the complete mixture of BCAAs. Leucine indirectly activates p70 S6 kinase as well as stimulates assembly of the eIF4F complex, which are essential for mRNA binding in translational initiation. At rest protein infusion stimulates protein synthesis 30 minutes after start of infusion, and protein synthesis stays elevated for another 90 minutes. Infusion of leucine at rest produces a six hour stimulatory effect and increased protein synthesis by phosphorylation of p70 S6 kinase in skeletal muscles. High glucose in the blood begins the process of the mTOR signaling pathway, in which leucine plays an indirect role. The combination of glucose, leucine, and other activators cause mTOR to start signaling for the proliferation of beta cells and the secretion of insulin. Higher concentrations of leucine cause hyperactivity in the mTOR pathway, and S6 kinase is activated leading to inhibition of insulin receptor substrate through serine phosphorylation. High levels of lactic acid cause glucose metabolism to stop in order to reduce further reduction of pH. BCAA supplementation has been shown to decrease levels of lactic acid in the muscle, allowing glucose metabolism to continue. This results in reduced rates of glycogenolysis in the liver and consequently lower plasma levels of glucose. However, studies done regarding long term effects of BCAAs on glucose levels have shown that consistent supplementation of BCAAs do not have a notable effect on blood glucose levels outside of exercise. The reduction in tryptophan uptake in the brain leads to a reduction in serotonin synthesis and release (in rats.) The reduction in serotonin can be as great as 90%; low levels of serotonin decrease sensations of fatigue, but also leads to a lack of focus, poor impulse control, aggressive behavior and poor planning. BCAA also inhibits tyrosine uptake in the brain (tyrosine being another aromatic amino acid, like tryptophan); the reduced uptake depresses catecholamine synthesis and release in the brain. Catecholamines are associated with enhanced physical performance. The simultaneous reductions in both catecholamine and serotonin synthesis may account for the relatively neutral effect of BCAA on physical performance. BCAAs are also found to reduce the increase in serum levels of ammonia that occurs during exercise. This is done by increasing the amount of ammonia used in glutamine synthesis, preventing an over accumulation of ammonia in the blood. In addition, BCAA supplementation has been shown to decrease levels of creatine kinase in muscle cells post exercise. Creatine kinase is an indicator of muscle damage, and is responsible for transferring a phosphate group from ATP to create a phosphocreatine molecule. BCAA supplementation has been shown to decrease levels of creatine kinase, leading to higher levels of intracellular ATP and a lessened sense of fatigue. See also DOMS.
Исследования
Диетические БЦАА использовались в попытках лечения некоторых случаев печеночной энцефалопатии. Они могут облегчать симптомы печеночной энцефалопатии, но нет доказательств того, что они влияют на уровень смертности, улучшают питание или общее качество жизни, поскольку необходимы дальнейшие исследования. Некоторые исследования предположили возможную связь между высокой заболеваемостью боковым амиотрофическим склерозом (БАС) среди профессиональных игроков американского футбола и итальянских футболистов и определенными спортивными добавками, включая БЦАА. Однако связь между БЦАА и БАС еще предстоит полностью установить. Хотя БЦАА могут вызывать гиперактивность, схожую с той, что наблюдается у мышей с БАС, текущие исследования не показывают, что диета, обогащенная БЦАА, при длительном применении, действительно вызывает симптомы, подобные БАС. Диеты с ограничением БЦАА улучшают толерантность к глюкозе и способствуют снижению веса у мышей с нормальным весом, восстанавливают чувствительность к инсулину и нормальную массу тела у мышей с ожирением, а также повышают чувствительность к инсулину у крыс с ожирением. У худых и тучных мышей эти преимущества ограничения БЦАА обусловлены изолейцином и валином, а не ограничением лейцина. Ограничение потребления БЦАА в рационе продлевает жизнь мух, в то время как ограничение БЦАА у мышей увеличивает продолжительность жизни самцов и снижает их хрупкость, но не увеличивает продолжительность жизни самок. У мышей добавление в пищу только БЦАА сокращает продолжительность жизни и способствует ожирению. Однако употребление добавки, обогащенной незаменимыми аминокислотами и БЦАА, продлевает жизнь мышей.
Dietary BCAAs have been used in an attempt to treat some cases of hepatic encephalopathy. They can have the effect of alleviating symptoms of hepatic encephalopathy, but there is no evidence they benefit mortality rates, nutrition, or overall quality of life as further research is necessary. Certain studies suggested a possible link between a high incidence of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) among professional American football players and Italian soccer players, and certain sports supplements including BCAAs. Yet any link between BCAAs and ALS remains to be fully established. While BCAAs can induce a hyperexcitability similar to the one observed in mice with ALS, current work does not show if a BCAA enriched diet, given over a prolonged period, actually induces ALS like symptoms. BCAA restricted diets improve glucose tolerance and promote leanness in normal weight mice, restores insulin sensitivity and normal body weight to obese mice and promotes insulin sensitivity in obese rats. In lean and obese mice, these benefits of BCAA restriction are mediated by isoleucine and valine, and not by restriction of leucine. Restriction of dietary BCAAs extends lifespan in flies, while restriction of BCAAs in mice extends male lifespan and decreased frailty, but does not extend female lifespan. In mice, dietary supplementation with BCAAs alone decreases lifespan and promotes obesity. However, consumption of a BCAA enriched essential amino acid supplement extends the lifespan of mice.