W dzieciństwie miałam małego pieska i wtedy poinformowano mnie o tym, że nie może on jeść surowych jajek, bo wyłysieje. Syndrom „białka jaja kurzego”. Gotowane są nieszkodliwe, a wręcz zdrowe. Po wielu latach dowiedziałam się, że w białku jaja występuje proteina awidyna, która wiąże trwale biotynę i w ten sposób nie dopuszcza do jej wchłonięcia z przewodu pokarmowego także u nas (1). Awidyna po ugotowaniu traci swoje właściwości. Te informacje opierano na obserwacji W.G. Batemana (rok 1916) (2) według, której dieta bogata w surowe jaja powoduje toksyczne objawy u psów, kotów, królików (one w naturze nie jedzą jaj, są weganami) i ludzi. Dziesięć lat później M. Boas i H, Parsons wykazały „szkodliwość białek jaja” stosowanych w diecie szczurów. W1936 roku F. Kögl i B. Tönnis wyizolowali omawianą przeze mnie witaminę z drożdży. Wtedy też powstała nazwa „biotyna” – od greckiego bios: żyć. Z kolei węgierski naukowiec P. Gyorgy otrzymaną przez siebie tę samą substancję nazwał w roku 1939 witamina H (z języka niemieckiego: Haar und Haut; włosy i skóra). Kontynuował swoją pracę i 1941 roku wykazał, że substancją wiążącą trwale witaminę H jest obecna w białku surowego jaja kurzego proteina (białko) – awidyna. Podkreślam, że niedobór witaminy H powoduje łysienie, ale suplementacja nią nie poprawia kondycji włosów, paznokci i skóry. Z pozoru wydaje się to paradoksalne, ale w naszym metabolizmie tak bywa. Witamina biotyna (H) jest siódmą z kolei opisaną witaminą rozpuszczalną w wodzie i dlatego jest B7.
Po prostu
biotyna
Biotyna jest pochodną dwóch skondensowanych układów
pierścieniowych — imidazolowego i tetrahydrotiofenowego. Jest to kwas
heksahydro-2′-okso-2H-tieno-(3,4-d)-imidazolo-2-pentanowy. Związek ten
występuje w postaci izomerów, ale tylko D-biotyna jest aktywna biologicznie
(6). Witamina H jest trwale związana z białkiem enzymatycznym, staje się jego
grupą prostetyczną (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”).
Biotyna, którą
pokazuję na poniższym schemacie jest produkowana przez rośliny, grzyby i bakterie:
Nasza flora
jelitowa też jest do tego zdolna, ale nie jest do końca udokumentowane, że może
to źródło być wystraczające (3).
Enzymy z
biotyną
Wolna biotyna z
diety jest aktywnie transportowana z jelita do krwi, a także przez barierę
krew-mózg, a następnie jest przyłączana do kilku karboksylaz (enzymy z klasy Syntetaz,
czyli wykorzysujących do swego działania energię z ATP; zapraszam: „Działanie
bez sił witalnych…”). Białko enzymatyczne to apoenzym, a po przyłączeniu kofaktora
to holoenzym. Biotynylacja to przyłączenie biotyny do reszty lizyny w białku
enzymatycznym. Katalizuje tę reakcję (biotynylację) odpowiednia syntetaza
(syntetaza holokarboksylazy (z ang.: holocarboxylase synthetase, HCS). Niestety
zdarza się uwarukowane genetycznie uszkodzenie aktywności tego enzymu. Po
przyłączeniu do białka enzymatycznego biotyna staje się grupą prostetyczną
enzymu karboksylazy. Na poniższym schemacie pokazuję ten proces (3):
Powstaje u nas pięć
holoenzymów z biotyną, pięć karboksylaz, czyli enzymów katalizujących
przyłączenie do acylokoenzymów A i pirogronianu jednej reszty karboksylowej
(-COOH). Posiłkują się one energią z ATP. Reakcja jest dwuetapowa. Najpierw do
reszt biotyny przyłączona jest reszta karboksylowa (karboksylacja reszt biotyny
w enzymie), a następnie ta reszta jest przeniesiona na substrat (karboksylacja
substratu). W zależności od substratu tworzone są nazwy karboksylaz:
karboksylaza acetylo-CoA (są dwie), karboksylaza pirogronianowa, karboksylaza propionianowa
i karboksylaza 3-metylokrotonoylo-CoA.
Karboksylazy
acetylo-CoA (z ang.:
ACC, acetyl-CoA carboxylase) występują u nazw postaci dwóch izoform ACC1 i
ACC2. Rozpoczynają one syntezę kwasów tłuszczowych karboksylując dwuwęglowy
acetylo-CoA do trzywęglowego malonylo-CoA. Są one kodowane przez różne geny i
mają różną lokalizację (4). Na poniższym schemacie pokazuje powiązania
metaboliczne między ACC1 i ACC2 (3):
W zależności od
aktywności metabolicznej danej tkanki, narządu przeważa w nim jedna bądź druga
forma enzymu, czyli cytoplazmatyczna bądź mitochondrialna, albo występują w
zrównoważonej ilości obie. ACC2 wspomaga działanie ACC1 w kierunku syntezy
kwasów tłuszczowych (anabolizm).Produkowany przez ACC2 malonylo-CoA hamuje
transport kwasów tłuszczowych (acyle) do mitochondriów po to, aby powstrzymać
ich katabolizm (b-oksydacja) w
sytuacji, gdy są syntetyzowane nowe kwasy tłuszczowe.
Karboksylaza
pirogronianowa (z ang.:
PC, pyruvate carboxylase) katalizuje powstanie szczawiooctanu, który może być
substratem w glukoneogenezie (syntezie glukozy ze związków nie będących cukrami).
PC w kombinacji z karboksykinazą fosfoenolopirogronianową (z ang.:
phosphoenolopyruvate – PEP – fosfoenolopirogronian) stymuluje tworzenie się
fosfoenolopirogronianu z prekursorów zawierających trzy atomy węgla. Omawiana
przemiana jest kluczową reakcją glukoneogenezy, w której glukoza powstaje z substratów
nie będących węglowodanami, takich jak: pirogronian, mleczan, a także
glukoneogenne aminokwasy. Na poniższym schemacie pokazuję powiązanie PC z ACC1
(3):
Jak widać PC
odgrywa obok ACC1 również ważną rolę w lipogenezie. Otóż, jak już wspomniałam acetylo-CoA
nie przenika przez błony mitochondrialne. Nie może do nich „wejść” i nie może z
nich „wyjść”. W mitochondriach i w cytoplazmie są odrębne „zamknięte” jego
pule. W mitochondriach reszta acetylowa ulega najpierw kondensacji ze
szczawiooctanem i powstaje cytrynian, jak to zwykle bywa w cyklu Krebsa.
Jednak, jeżeli komórka chce syntetyzować kwasy tłuszczowe na przykład z
glukozy, a acetylo-CoA nie może przejść do cytoplazmy, gdzie ten proces
zachodzi, to wtedy PC przyczynia się do zwiększenia syntezy szczawiooctanu. Z
niego powstanie cytrynian, który przemieszcza się z mitochondriów do
cytoplazmy, gdzie jest katabolizowany do acetylo-CoA i szczawiooctanu przy
udziale enzymu liazy cytrynianowej. Następnie acetylo-CoA może być wykorzystany
przy udziale ACC1 do syntezy malonylo-CoA, który rozpocznie syntezę kwasów
tłuszczowych .
Karboksylaza
propionylo-CoA (z ang.:
PCC, propionyl-CoA carboxylase) wykorzysta jako substrat propionylo-CoA
pochodzący z katabolizmu aminokwasów (metionimy, waliny i izoleucyny), kwasów
tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla oraz cholesterolu do syntezy
metylomalonylo-CoA. Z kolei ten związek będzie substratem dla mutazy z witaminą
B12 (zapraszam: „Czy jeść
witaminy garściami? Witamina krwiotwórcza”), która przekształci go w
bursztynylo-CoA i może on stać się substratem w syntezie porfiryn (na przykład:
cytochromy, grupa prostetyczna peroksydaz, katalazy, hem). Na poniższym
schemacie pokazuje te zależności metaboliczne (3):
Jak widać na
schemacie zasięg udziału biotyny w metabolizmie jest bardzo szeroki, ponieważ
od różnych grup związków odłączany jest trójwęglowy propionian.
Karboksylaza
3-metylokrotonoylo-CoA (z
ang.: MCC, 3-methylcrotonyl carboxylase) przekształca go w kolejny katabolit
3-metyloglutakonoylo-CoA szlaku katabolizmu aminokwasu leucyny (Leu). Dalszy
ciąg przemian tego produktu prowadzi do powstania acetylo-CoA i ciał
ketonowych. Na poniższym schemacie pokazuję te zależności metaboliczne (3):
Występuje wada
genetyczna powodująca brak aktywności tego enzymu.
Cykl biotyny
Oczywiście, jak
wszystkie substancje w naszym organizmie i karboksylazy ulegają degradacji.
Holoenzym ulega proteolizie do biocytyny (biotyna z resztą lizyny) i małych
biotynylo-peptydów. Biocytyna jest hydrolizowana przez biotynidazę do wolnej
biotyny i lizyny. I tak witamina H ponownie może być użyta do biotynylacji.
Wolna biotyna z
pożywienia, biocytyna lub biotyna uwolniona przez enzym biotynidazę z
biotynylowanych peptydów wchodzi w cykl przemian, który pokazuję na poniższym
schemacie:
Jak widać
biotyna na terenie naszego organizmu jest odzyskiwana i może być ponownie użyta
do aktywności karboksylaz. Jeżeli jest w nadmiarze to wydalana jest z moczem.
Nie występuje u nas problem z nadmiarem witaminy H, z hiperwitaminozą.
Niestety znany
jest dziedziczny niedobór biotynidazy, a jego objawy pojawiają się niedługo po
urodzeniu. Wtedy nie może przebiegać recykling biotyny i uwalnianie jej z
żywności. Suplementacja witamina B7 czasem może poprawić stan zdrowia. Zdarza
się też niedobór biotynidazy o tak zwanym póżnym początku (5, 6). Problemy ze
zdrowiem pojawiają się podczas chorób, głodzenie, czy stresu. Wtedy może
wystąpić hypotonia, świąd skóry i wypadanie włosów. Podawanie biotyny nie
dopuszcza do tych problemów ze zdrowiem. Jeśli mamy wątpliwości to można
przeprowadzić test na aktywność biotynidazy w naszym organizmie.
Opisano
genetycznie uwarunkowany deficyt biotynidazy i syntetazy holokarboksylazy
(HCS). Obie wady genetycznie mogą dawać objawy niedoboru witaminy H.
Inne biotynylacje
Biotyna jest
grupą prostetyczną enzymów, a więc na stałe jest związana z białkiem
enzymatycznym. Przyłączenie witaminy H do białek enzymatycznych (biotynylacja)
jest katalizowane, jak wspomniałam przez syntetazę holokarboksylaz (HCS – z
ang. holocarboxylase synthetase). Takiej przemianie mogą ulegać też białka
histonowe (składniki chromatyny w chromosomie) (3). W
efekcie biotynylacja jest też procesem prowadzącym do udziału biotyny w
regulacji ekspresji genów.
Wpływ biotyny na skórę, włosy i paznokcie Chcę podkreślić, że wrodzone zaburzenia w metabolizmie biotyny (recykling) powoduje między innymi wypadanie włosów i świąd skóry. Jednak u zdrowego człowieka stosującego prawidłową dietę ten problem nie występuje (3, 7, 8).
Jak powstał mit
„biotyna – skóra, włosy, paznokcie”? Otóż w USA przeprowadzono przed 1990
rokiem badania kliniczne z podawaniem 2,5 mg biotyny na dobę przez kilka
miesięcy, ale bez prowadzenia grupy kontrolnej otrzymującej placebo. Ogłoszono
po nich korzystne działanie suplementacji biotyną. Niestety nie ma badań
klinicznych przeprowadzonych prawidłowo. Jednak od tamtej pory biotyna jest
dodawana do produktów reklamowanych jako te, które mają poprawiać jakość naszej
skóry, a szczególnie włosów i paznokci u zdrowych osób. Okazuje się, że
witamina H nie musi być stosowana jako uzupełnienie diety, czyli suplement
powodujący poprawienie się jakości włosów i paznokci. Oczywiście brak biotyny
daje przykre objawy skórne, łysienie. Jednak nadmiar nasz organizm po prostu usuwa z moczem.
Nie wykorzystuje ich.
Dieta
Bardzo duże dawki witaminy B7
mogą obniżyć wchłanianie biotyny z przewodu pokarmowego, ale nie są szkodliwe (3).
Aczkolwiek zawartość dużej ilości biotyny we krwi może zaburzyć badania
diagnostyczne na przykład przy oznaczaniu hormonów (9). Niestety w Polsce
suplementy diety zawierają często dawkę biotyny, która wielokrotnie przekracza
dzienne zapotrzebowanie. Niestety osoby przyjmujące suplementy
zawierające biotynę są szczególnie narażone na ryzyko nieprawidłowych wyników
badań. Niewiele
osób wie, że przed oceną TSH, czy FT4 i/lub FT3 powinno się odstawić
preparaty zawierające biotynę. Jeśli chcemy mieć pewność, że wyniki badań
rzeczywiście odzwierciedlają naszą gospodarkę hormonalną, to zgodnie z
zaleceniami preparaty biotyny powinniśmy odstawić optymalnie na 2-7 dni
przed planowanymi badaniami (9, 10).
Zalecane
dobowe spożycie witaminy H u różnych grup wiekowych człowieka (3)
Kobiety w ciąży
30 mikrogramów na dobę, a karmiące 35 mikrogramów na dobę. Nie ma specjalnych
rekomendacji dla osób po 50 roku życia.
Zawartość w pokarmach
Najbardziej wydajne naturalne źródła
witaminy H to wątroba (gotowana), jaja (gotowane), a niezwierzęce to drożdże,
strączkowe, kalafior, ziarna słonecznika, orzechy arachidowe i włoskie. Podaję
przykłady zawartości w 100g (lub ml) produktu: kiełki pszenicy – 350 µg, wątróbka
– 250 µg, szpinak –200 µg, żółtko jaj kurzych –155 µg, sałata -140 µg, szparagi
120µg,soczewica –100µg, migdały –18µg, brokuły –85µg, kalafior –70µg.
Witamina B7 bierze udział w
przetworzeniu żywności w użyteczną dla nas energię i jeśli potrzeba to w
syntezie glukozy. Jedno całe jajo kurze, ale oczywiście ugotowane (bez aktywnej
awidyny) da nam 13 – 25 mikrogramów biotyny. Dzienne rekomendowane spożycie tej
witaminy powinno być na poziomie 30 mikrogramów. Wniosek staje się oczywisty
jedzmy zdenaturowane cieplnie jaja kurze, a nasz metabolizm nie ucierpi z
powodu braku biotyny, która, jak opisałam jest niezbędna dla kluczowych enzymów
naszego organizmu. Biotynylowane enzymy włączają się w przemiany cukrów,
lipidów i aminokwasów, a sama biotynylacja dotyka też kwasów nukleinowych,
oddziałując na nasz materiał genetyczny.
Literatura
1. Water
Soluble Vitamins Clinical Research and Future Applications, ed. O.H. Stanger,
Springer 2012 ; ISBN 978-94-007-2198-2)
Na początku podkreślam, że witamina B3 to nie tylko energia, ale także modyfikacje białek i „walka” z cholesterolem. Pijąc czarną kawę nie przypuszczamy, że jest bogatym źródłem witaminy B3, nazywanej niacyną, na którą składa się kwas nikotynowy i jego amid. Okazuje się, że w mocno uprażonej kawie zawartość B3 jest niemal dwudziestokrotnie większa niż w nasionach kawy nie poddawanych obróbce cieplnej (1). Przyrost zawartości kwasu nikotynowego w kawie prażonej wynika z przekształcenia trygoneliny (kwasu N-metylo-3-irydylokarboksylowego) w kwas nikotynowy, substancję dobrze rozpuszczalną w wodzie i dostępną z wodnych ekstraktów mielonej kawy. Pokazuję w tabeli zawartość B3 w kawie (1):
Kawa palona, w odróżnieniu od surowej, jest bogatym źródłem
witaminy B3. Pijemy napar kawy, a więc witamina rozpuszczalna w
wodzie, jaką ona jest, dostaje się do naszego napoju.
Szczęśliwie dla nas obok czarnej kawy jest jeszcze wiele
innych składników naszej diety zawierających tę witaminę. Niacyną są nazywane
dwa związki: kwas nikotynowy i amid kwasu nikotynowego (choć niektórzy naukowcy
uważają, że powinny być badane i opisywane oddzielnie). Niacyna została
pierwszy raz opisana przez Hugo
Weidela w 1873 roku, w jego opracowaniach z badań
nad nikotyną (organiczny związek chemiczny z grupy alkaloidówpirydynowych; naturalnie występuje w liściach i korzeniachtytoniu szlachetnego (Nicotiana
tabacum)) (to proponuję jako odnośnik poza tekstem) (2). Niacyna będąca również pirydyną została
wyodrębniona z wątroby przez Konrada
Elvehjema, który ją nazywał „czynnikiem
zapobiegającym pelagrze„. Pelagra to rumień lombardzki – choroba
wywołana niedoborem niacyny; nazwa pochodzi od łac.pellis aegra, co znaczy: chora skóra. Kiedy
biologiczne znaczenie kwasu nikotynowego zostało odkryte, postanowiono zmienić
nazwę. Zmiana ta, miała na celu podkreślenie, że nie ma związku pomiędzy bogatą
w niacynę żywnością a nikotyną, a także pomiędzy nikotyną a witaminami. W
rezultacie tego angielska nazwa niacyny – niacin – została złożona z nicotinic acid(z
ang.: kwas nikotynowy) + vitamin (witamina). Niacyna jest również nazywana
witaminą B3, ponieważ była odkryta jako trzecia witamina z
grupy witamin B, a także
witaminą PP od pierwotnej anglojęzycznej nazwy „Pellagra-Preventing
factor” (z ang.: czynnik zapobiegający pelagrze)
Pirydyny
Do znaczacych biologicznie pirydyn należą kwas nikotynowy i
amid kwasu nikotynowego. Dla podkreślenia budowy chemicznej kwas nikotynowy (nikotynian
– forma zjonizowana w roztworze wodnym) nazywa się niacyną, a amid tego kwasu
niacynamidem. Trochę jest z tymi nazwani zamieszania. W każdym razie chodzi o
witaminę B3. Na poniższym schemacie pokazuję ich budowę obu
substancji:
Jak widać na schemacie powyższe związki różnią się resztami
karboksylową -COOH (kwas) i amidową -CONH2 (amid).
Może to nie do końca witamina
Z definicji witamin wynika, że są to substancje egzogenne
(z zewnątrz, z pokarmu). A tu niespodzianka: kwas nikotynowy powstaje w naszym
organizmie w wyniku przekształcenia tryptofanu (aminokwas egzogenny; zapraszam:
„Criminal story…”) w szlaku kynureniowym (4). Podkreślam, że pochodna witaminy
B6 (zapraszam: „ Spokojne nerwy …”) jest
niezbędna do syntezy NAD+(5). Okazuje się, że 60 mg tryptofanu), dostarczanego
z dietą powstanie u nas około 1 mg kwasu nikotynowego. Dzienne zapotrzebowanie
na B3 jest około 15-20 mg i połowa z tego może pochodzić z
tryptofanu (3).
Mononukleotyd, dinukleotydy – koenzymy NAD+
i NADP+
Wspólną cechą kwasu nikotynowego i jego amidu jest ich
skuteczność w leczeniu pelagry oraz innych stanów niedoboru witaminy B3.
Z żywnością obok niacyny dostają się do naszego przewodu pokarmowego NAD i NADP
(nukleotydy). Są one hydrolizowane. Także amid kwasu nikotynowego ulega
deaminacji. Tylko niacynian jest substratem do biosyntezy NAD+ [3, 5]. W
naszych komórkach następuje synteza koenzymów. Do niacynianu jest przyłączana
fosforyboza z wytworzeniem mononukleotydu (NMN, z ang.: Nicotinamide adenine Mono Nucleotide
). Następnie do NMN jest przyłączany mononukleotyd adeninowy. Ten sam, który występuje
w RNA, ATP. W efekcie otrzymujemy dinukleotyd nikotynadeninow (5). Teraz do reszty
kwasu nikotynowego w dinukleotydzie przyłączana jest reszta amidowa pochodząca
z glutaminy (aminokwasu Gln) i mamy NAD+ (z ang.: Nicotinamide Adenine Dinucleotide). Jego ufosforylowana forma to NADP+.
Reszta fosforanowa jest przyłączona do rybozy w nukleotydzie adeninowym, a jej
dawcą jest ATP. Bywają zapisywane akronimem razem: NAD(P)+, (NAD(P)H,
H+). Może to być czasem mylące, ponieważ biorą udział w różnych
reakcjach: forma zredukowana to NADH,H+, NADPH,H+ i
forma utleniona NAD+, NADP+.
Każdy dinukleotyd wiąże jeden proton (jon H+) i
dwa elektrony. Wtedy ulega redukcji, a związek, z którym reagował, ulega
utlenieniu. Gdy oddaje to ulega utlenieniu, a związek, z którym reagowała ulega
redukcji. W ten sposób NADH,H+ oddaje energię na „łańcuch
oddechowy”. Można w uproszczeniu powiedzieć, że go redukuje.
Opisywane dinukleotydy są koenzymami i wiążą się
przejściowo (nie są związane na stałe, jak grupy prostetyczne z białkiem
enzymatycznym) z enzymami należącymi do dehydrogenaz z klasy Oksydoreduktaz
(zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”).
Reakcje enzymatyczne
Witamina B3 uważana jest za „głównego
rozgrywającego” w przemianach katabolicznych jako koenzym NAD (postać
utleniona), a w przemianach anabolicznych jako koenzym NADPH (postać
zredukowana).
W wyniku działania związanych
z nimi dehydrogenaz (enzymy należące do klasy Oksydoreduktaz; zapraszam:
“Działanie bez sił witalnych …”) nie powstaje woda, ponieważ jony wodorowe są
przenoszone na substrat, którym nie jest tlen. Duża liczba tych enzymów
posiłkuje się pochodną witaminy B3, jako koenzymem. Koenzymy NAD+/NADH
i z NADP+/NADPH pełnią dwie podstawowe funkcje:
– przenoszą jon wodoru i
elektrony (energię) na substrat z wytworzeniem zredukowanego produktu
utlenionego substratu lub odwrotnie – odbierają jon wodoru i elektrony od
substratu i przenoszą je na produkt. Jak już wspomniałam takie reakcje są
sprzężone z utlenieniem lub redukcją koenzymu.
– koenzym NAD+/NADH jest elementem
“łańcucha oddechowego” w mitochondriach.
Na poniższym schemacie
pokazuję udział pochodnych witaminy B3 w naszym ogólnym metabolizmie
(5):
Jak widać w degradacji (katabolizmie} w naszym organizmie
bierze udział NAD+ ,a w powstawaniu nowych substancji, w anabolizmie
bierze udział NADPH,H+. Z tego wynika, że NAD+ zbiera
energię, którą następnie przekazuje na „łańcuch oddechowy”, a z kolei NADPH,H+
jest dawcą energii do syntez wielu substancji.
Dinukleotydy nikotynadeninowe są koenzymami w przemianach
cukrów, związków azotowych, w syntezie cholesterolu, syntezie kwasów
tłuszczowych, w detoksykacji wielu substancji w tym etanolu, redukcji kwasu
foliowego (zapraszam: „Liście życia…”), cyklu Krebsa, „łańcuchu oddechowym” i
jeszcze kilku. „Zasięg metaboliczny”
pochodnych witaminy B3 jest bardzo szeroki.
Ładowanie nukleotydów
W wielu reakcjach utleniania podczas katabolizmu nukleotyd NAD+ jest „ładowany” energią i powstaje NADH,H+. Ostatecznie ta energia jest utylizowana w „łańcuchu oddechowym” w mitochondriach z wytworzeniem ciepła i ATP (fosforylacja oksydacyjna) (zapraszam: „Energia – część 1 – witamina B2
Ładowanie nukleotydów
W wielu reakcjach
utleniania podczas katabolizmu nukleotyd NAD+ jest „ładowany”
energią i powstaje NADH,H+. Ostatecznie ta energia jest utylizowana
w „łańcuchu oddechowym” w mitochondriach z wytworzeniem ciepła i ATP
(fosforylacja oksydacyjna) (zapraszam: „Energia – część 1 – witamina B2”).
Inaczej jest z drugim nukleotydem, a mianowicie NADP+. Jest on dawcą energii do biosyntez wielu związków. Jego ładowanie następuje tylko w trzech przemianach. W cyklu heksozomonofosforanowym (cyklu pentozowym) w rekcjach utleniania i towarzyszy dehydrogenazie glukozo-6-fosforanu i dehydrogenazie 6-fosfoglukonianowej. Jednak cykl pentozowy nie występuje we wszystkich rodzajach tkanek, komórek. Jak one sobie radzą? Otóż mamy na terenie cytoplazmy dehydrogenazę jabłczanową dekarboksylującą („enzym jabłczanowy”). W odróżnieniu od tej dehydrogenazy jabłczanowej występującej w cyklu Krebsa w mitochondriach. Substratem dla „enzymu jabłczanowego” jest jabłczan, a produktem pirogronian i dwutlenek węgla. W wyniku tej reakcji ładowany jest nukleotyd i powstaje jego zredukowana forma NADPH,H+. Zdolna do udziału w biosyntezach. Istnieje też możliwość przekazywania energii z NADH,H+ na NADP+ i wtedy powstanie nukleotyd biorący udział w anabolizmie, czyli NADPH,H+ (6).
Wskaźnik NAD+/NADH i NADP+/NADPH
W komórce NAD najwięcej jest w mitochondriach aż do 70% jej zasobów (13). Proporcja między formą utlenioną tego koenzymu a zredukowaną (wskaźnik NAD+/NADH) jest istotna dla możliwości metabolicznych komórki, ponieważ zależy od niej aktywność wielu enzymów i „łańcucha oddechowego”. oraz dehydrogenaz kluczowych dla glikolizy, zachodzącej w każdej komórce. W cytoplazmie jest więcej NAD+, czyli ma być więcej utleniania różnych związków dającego korzyści energetyczne komórce – katabolizm (na przykład glikoliza). Z kolei wskaźnik NADP+/NADPH mówi nam o kierunku przemian w komórce (anabolizm czy katabolizm), ponieważ ten koenzym jest potrzebny do syntezy na przykład kwasów tłuszczowych, czyli anabolizmu. Zwracam uwagę na to, że bierze też udział w detoksykacji wielu substancji w wątrobie.
Detoksykacja Wiele substancji dostających się do naszego organizmu i zbędnych katabolitów jest przetwarzane w wątrobie przy udziale układu z NADPH. Związki źle rozpuszczalne w wodzie, zamieniane są w takie, które mogą nas opuścić z moczem. Również wiele leków jest „uzdatnianych” w takich przemianach. Bez witaminy B3 nie miałaby miejsca też detoksykacja, w której etanol przetwarzany jest przy udziale dehydrogenazy alkoholowej, a powstały z niego aldehyd dehydrogenaza aldehydowa zamienia w kwas octowy. Jednak oba enzymy zawierają pochodną NAD+, ponieważ jest to utlenianie etanolu. W odróżnieniu z NADPH,H jest hydroksylacja, jakby synteza związku lepiej rozpuszczalnego w wodzie. Przy bardzo dużym przewlekłym zatruciu etanolem też włącza się układ z tym koenzymem – MEOS (z ang.: microsomal ethanol oxidizing system – mikrosomalny system utleniajcy etanol) .
Modyfikacje białek
Ostatnie lata badań przyniosły informacje o tym, że NAD+ bierze
udział w stabilizacji struktury DNA.
Chroni je przed niekorzystnymi modyfikacjami. NAD+ zawiera w swej cząsteczce
dwa nukleotdydy ijest źródłem
nukleotydu adeninowego w procesie nazywanym „ADP-rybozylacją” (7). Jest to
modyfikacja obejmująca różne białka i w tym te będące składnikami chromosomów. W
metabolicznych reakcjach utleniania i redukcji oba dinukleotydy (NAD i NADP)
przenoszą energię i nie zmieniają zasadniczo swej budowy. Z kolei w reakcji
ADP-rybozylacji substratem jest NAD+ i modyfikowane białko. Nukleotyd
adeninowy z rybozą zostaje przeniesiony na modyfikowane białka i uwolniona jest
amid kwasu nikotynowego. Dinukleotyd przestaje istnieć. Szeroko przebadaną
grupą są enzymy PARP – polimerazy poli ADP-rybozy. Katalizują one przyłączenie
wielu cząsteczek ADP-rybozy do białek docelowych. Zaangażowane są w mechanizmy
naprawcze DNA, przekazywanie sygnału w komórce, transkrypcję, regulację
apoptozy, modulowanie struktury chromatyny i szeroko rozumiane różnicowanie
komórek.
Modyfikowane białka mogą ostatecznie zawierać jedną
ADP-rybozę lub kilka, a także cykliczną formę ADP-rybozy. (7). Co ciekawe, niektóre chrobotwórcze bakterie również
posługują się mechanizmem ADP-rybozylacji podczas inwazji. Przeprowadzają ją bakteryjne
egzotoksyny ADP rybozylujace (z ang. : Bacterial ADP-ribosylating
exotoxins). Dzieje się tak przy cholerze, krztuścu, błonicy i jadzie
kiełbasianym.
Sirtuiny
Nazywane enzymami długowieczności sirtuiny (Białka Sir -z
ang.: Silent information regulator) działają poprzez utrzymanie stabilności
genomu i regulację transkrypcji (8)
Sirtuiny należą do NAD+-zależnych deacetylaz, enzymów katalizujących reakcję deacetylacji, czyli reakcję odszczepienia reszty kwasu octowego (-CH2COO–) od białkowych substratów. Przedstawiam to schematycznie: Białka chromatyny-acetylowane + NAD+ > Białka chromatyny + acetylowane NAD+
Dowiedziono, że pewne polifenole, takie jak składnik
czerwonego wina, resweratrol (zapraszam: „Starzenie – a na co nam to? resweratrol rsv”)
aktywują sirtuiny podobnie jak niskokaloryczna dieta.
Modulator
Podczas przemian
metabolicznych powstaje z NAD+ pochodna cADPR (z ang.: cyclic
ADP-ribose), a z NADP+ pochodna NAADP (z ang.: Nicotinic Acid
Adenine Dinucleotide Phosphate) i P-cADPR (phospho-cyclic-ADP-Ribose).
Są to cząsteczki regulatorowe istotne dla obronności naszego organizmu o ciągle
wyjaśnianym działaniu (9).).
„Walka” z cholesterolem
Niacynę uważa się za najstarsze oręże w walce o właściwy
profil lipidowy (zapraszam: „Polub swój cholesterol”). Zacytuję tytuł z pracy z
2019 roku: „ Niacyna stary
lek na lipidy w nowej NAD+ sukni” (z ang: „Niacin: an old lipid drug
in a new NAD + dress) (10). Lipidogram (profil lipidowy) obejmuje badanie
następujących wskaźników: trójglicerydów (TG), cholesterolu całkowitego,
lipoprotein o niskiej i wysokiej gęstości (frakcji cholesterolu zawierających
odpowiednio LDL i HDL). Właściwości farmakologiczne nikotynamidu i kwasu
nikotynowego są jednak różne. Według niektórych naukowców nie powinno się
łączyć tych substancji w jednej nazwie niacyna. Kwas nikotynowy jest lekiem obniżającym stężenie LDL-cholesterolu
i triacylogliceroli, a podwyższającym zawartość HDL-cholesterolu we krwi, z
kolei nikotynamid nie wpływa na stężenie lipidów we krwi (11). Poniżej pokazuję porównanie, jak kwas
nikotynowy i różne terapeutyki mogą wpływać na zawartość HDL, LDL i TG (10):
Wyraźnie widać, że kwas nikotynowy może być skutecznie używany jako lek w leczeniu hiperlipidemii. W wysokich dawkach rozszerza obwodowe naczynia krwionośne, zmniejsza uwalnianie kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej i hamuje wytwarzanie VLDL w wątrobie. Te efekty farmakologiczne nie mają związku z działaniem dehydrogenaz, a więc z NAD i NADP jako koenzymy, czyli substancjami związanymi z enzymami. Poniżej pokazuję schemat obrazujący wpływ witaminy B3: kwasu nikotynowego na nasze lipidy osocza (12):
Jak wspomniałam dawka kwasu nikotynowego stosowana
w terapii hiperlipidemii jest bardzo duża, a więc jej podawanie wymaga ze
strony lekarza dużej ostrozności. Nie róbmy tego samodzielnie.
Dieta
W produktach roślinnych występuje głównie kwas nikotynowy.
W produktach pochodzenia zwierzęcego dominuje nikotynamid. Witamina B3 jest
rozpuszczalna wodzie, a więc dostaje się do wody podczas gotowania potraw.
Uszkadza ją obecność substancji kwaśnych.
Górnym limitem podaży niacyny u osób dorosłych jest 35 mg
na dobę. Jest to kolejna witamina rozpuszczalna w wodzie, której nadmiar jest
szkodliwy (zapraszam: „Czy jeść witaminy…”). Naturalna żywność nie spowoduje
zatruć witaminą B3, ale wysokie dawki kwasu nikotynowego i jego
amidu mogą spowodować zaburzenia w funkcjonowaniu całego organizmu. Nie zawsze
przemijają po odstawieniu i skutkują dysfunkcją ogólnoustrojową. Omawiana
witamina nie jest magazynowana, ale związana jest ze znaczną liczbą enzymów w
każdej komórce. W związku z tym jest jej dużo w naszym organizmie. Wiele
multiwitamin (tabletek) zawiera 20 – 30 mg witaminy B3. Trzeba być
ostrożnym w ich stosowaniu.
Aminokwas leucyna jest inhibitorem enzymu
(fosforybozylotrnsferazy chinolinowej) biorącego udział w ciągu przemian
prowadzących do powstania nikotynianu z tryptofanu (5). Sorgo – proso
afrykańskie zawiera dużo leucyny (egzogenny aminokwas) i spożywanie tego ziarna
powodowało u jego konsumentów problemy ze zdrowiem.
Z kolei kukurydza zawiera
duże ilości witaminy B3, ale jest ona w niej w formie niedostępnej
dla człowieka. Jest to kwas nikotynowy w związany w formie niacytyny (1). W 1951 roku K.J. Carpenter odkrył, że niacynian
z kukurydzy
jest biologicznie niedostępny i może być uwolniony tylko w wysoko zasadowym
roztworze o pH 11 (2). Opierając się na tym ziarna kukurydzy gotuje się w wodzie
wapiennej lub w wodzie z dodatkiem popiołu drzewnego. Dzięki temu nie ma
objawów pelagry w Meksyku, czy Gwatemali. W poniższej w tabeli pokazuję
zawartość kwasu nikotynowego w ziarnach kukurydzy(1):
Dla
„dobra” ludzkości kukurydzę atakuje grzyb głownia kukurydzy (Ustilago
maydis) i co
ciekawe tak chorobowo zdeformowanakukurydza stała
się dla nas daniem bogatym w składniki odżywcze, a w tym i witaminy. Huitlacoche lub cuitlacoche, bo tak
się nazywa danie, znane już przez Azteków. Nazywane jest też ‘trufla
meksykańska”. Ale tę truflę uważam za przesadę, ponieważ spróbowałam. Nie ma
aromatu, a smak zależy od dodanych przypraw. Okazuje się, ze są sposoby na
wykorzystanie kukurydzy, jak naszego pożywienia.
W poniższej tabeli pokazuję zawartość B3 w
wybranych produktach spożywczych (1):
Jak widać bardzo dobrym źródłem witaminy B3
są orzechy arachidowe. Sporo tej witaminy zawierają mięsa, ale także pszenica
nie jest nisko witaminowa.
Można powiedzieć, że powstające z witaminy B3
pochodne – kiedyś umieszczane obok pochodnych witaminy B2 –
„prześcignęły” ją w swoich możliwościach. Przyniosły tę wiedzę lata badań.
Wykazano, że nie tylko występują w układach związanych z przenoszeniem energii,
ale też służą do modyfikowania różnych białek. To z kolei wpływa na ogólny
metabolizm w bardzo szerokim zakresie. Nawet mogą być użyte jako leki w celu
poprawienia profilu lipidowego lub leczeniu osób z nowotworami złośliwymi.
Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001
Mol Psychiatry. 2020 Jan;25(1):131-147. The kynurenine pathway: a finger in every pie” doi: 10.1038/s41380-019-0414-4. Epub 2019 Apr 12).
Ciepło z palącego się węgla podgrzewa wodę do tego stopnia, że para wprawia w ruch lokomotywę parową ciągnącą za sobą wiele wagonów. Powstaje realna siła jazdy. Nowocześniejsze pojazdy używają energii z: palącej się ropy, benzyny, energii elektrycznej lub gazowej, a nawet atomowej czy jądrowej. W pewnym sensie elektrownią atomową jest każda elektrownia spalająca: węgiel kamienny, brunatny, czy gaz. Reakcje w tym wypadku zachodzą na poziomie atomu, a w elektrowni jądrowej na poziomie jądra atomu, stąd nazwa.
Kiedy mamy do czynienia z energią atomową?
Atom,
jak wiadomo, zbudowany jest z jądra i powłok elektronowych. Wszystkie procesy
chemiczne są procesami atomowymi w tym sensie, że zachodzą z udziałem powłok
elektronowych atomu. Ściśle mówiąc – reakcje chemiczne to domena zewnętrznych
powłok elektronowych, tzw. elektronów walencyjnych („zewnętrznych)”. Każde
spalanie, które jest gwałtownym utlenianiem, to reakcja chemiczna pomiędzy
atomami. W naszym organizmie oczywiście nie zachodzi żadne spalanie, ale
reakcje utleniania (nie zawsze wiąże się z tlenem) oraz redukcji. Podczas tych
procesów elektrony walencyjne przeskakują z jednego związku na drugi.
Do pewnych granic są one ze sobą sprzężone i wiążą się z
reakcjami utleniania i redukcji, czyli „przeskakiwania elektronów”.
Utlenianie i redukcja
Siła całego naszego metabolizmu opiera się na utlenianiu i
redukcji – „przeskakiwaniu elektronów”. Jest to upraszczając dawanie i branie
energii wraz z elektronami. Na poniższym schemacie pokazuję, o co w tym chodzi:
Podsumowując: związek będący reduktorem
oddaje elektrony i się utlenia, bo je utracił, a z kolei związek przyjmujacy
elektrony jest utleniaczem, bo przyjął elektrony i się zdredukował.
Jesteśmy „przetwórnią” energetyczną
Zachodzą u nas procesy chłonące energię – endoergiczne i procesy egzoergiczne – uwalniające ją.
Powstaje energia chemiczna, woda i ciepło. Na poniższym
schemacie pokazuję zależności energetyczne (1):
Przemiana metabolitu A
w metabolit B przebiega z uwolnieniem energii (reakcja egzoergiczna). Ta
energia jest w postaci ciepła i w postaci energii chemicznej. W efekcie
przemiana A w B jest sprzężona z inną reakcją, w której wykorzystywana jest
energia do przemiany metabolitu C w metabolit D (reakcja endoergiczna).
Można nawet porównać nas do lokomotywy, może nie tak
wielkiej i opływającej oliwą, jak opisana przez Juliana Tuwima, ale zawsze
produkującej energię. U nas jest ona w postaci wody metabolicznej, ciepła
ogrzewającego nasze ciało i „siły” do aktywności metabolicznej, na którą
składają się reakcje syntezy, skurcz mięśni, impulsy nerwowe i transport przez
błony (tak zwany aktywny transport). Energia do tych procesów zamykana jest w
wysoko energetycznych związkach chemicznych. Najbardziej popularnym związkiem
wysokoenergetycznym jest ATP (adenozyno trójfosforan). Ma ono w swej cząsteczce
wiązania wysokoenergetyczne à
oddające energię.
ATP
Ciąg przemian prowadzących do powstania ATP to fosforylacja
z ”ładowaniem energetycznym”. Obok energii potrzebne jest ADP (adenozyno
difosforan powstały w wyniku wysoce energiochłonnej syntezy) i jeszcze reszta
fosforanowa, która pochodzi z pokarmu. Pokazuję to na poniższym schemacie:
Enzymy, które katalizują tę reakcję i inne przenoszące
reszty fosforanowe, nazywają się kinazy i są to transferazy (zapraszam:
„Działanie bez sił witalnych…”). ATP oddając energię, ulega „rozbrajaniu” i
powstaje z niego ADP (adenozynodifosforan) i wolna reszta fosforanowa. W
niektórych reakcjach reszta fosforanowa jest przyłączana do substratu i wtedy
produkt staje się fosforanem. W reakcji aktywacji kwasu tłuszczowego (acylu) do
wielu przemian, czyli powstania acylo-CoA i aktywacji aminokwasu do biosyntezy
białka, czyli powstania aminoacylo-tRNA zużywane są aż dwa wiązania z ATP, a z
tych reakcji wychodzi AMP(adenozynomonofosforan) i reszta pirofosforanu.
Szacunkowe dzienne zapotrzebowanie na ATP w różnych
tkankach jest następujące (g ATP/g tkanki): serce 16 g, mózg 6 g, nerki 24 g,
wątroba 6 g, mięśnie szkieletowe w spoczynku 0,3 g, mięśnie szkieletowe podczas
biegu 23,6 g.
Status metaboliczny komórki określany jest wartością jej
„ładunku energetycznego”, opisywanego zależnością między stężeniem ATP, ADP i
AMP. Jego wartość jest od zera do 0,83. Dąży do jedności, ale nigdy jej nie
osiąga, ponieważ zawsze produkowane jest ciepło. „Ładunek energetyczny” obniża
się przy niedoborze tlenu (warunki hipoksji) i intensywnej pracy mięśni oraz w
chorobach wyniszczających. Wartość zero to śmierć komórki.
ATP jest przenośnikiem
energii i przechodzi po jej oddaniu w ADP, ono musi być ponownie ładowane. Na
poniższym schemacie pokazuję cykl metaboilczny tego przenośnika (1).
Na schemacie znajdują się związki dające energię podczas
fosforylacji substratowej: z glikolizy, a mianowicie fosfoenolopirogronian i
1,3 dwufosfoglicerynian oraz z cyklu Krebsa bursztynylo-CoA. Zaznaczona jest
także fosforylacja oksydacyjna i energia pochodząca z magazynu, jakim jest
fosfokreatyn (fosfagen).
Poza ATP i nukleotydami (trójfosforany nukleotydów
występujących na przykład w RNA i DNA), jak już wspomniałam do związków
wysokoenergetycznych należą trzy fosforany: fosfoenolopirogronian,
dwufosfoglicerynian i fosfokreatyna. Te dwa fosforany są dawcami energii dla
ATP w fosforylacji substratowej podczas glikolizy. Koenzym będący pochodną
witaminy B5 – koenzym A (CoA), łączy się zawsze z kwasem tłuszczowym
wiązaniem wysokoenergetycznym, ale poprzez siarkę (wiązanie tiolowe). W takiej
postaci kwas tłuszczowy jest doprowadzany do wszelkich przemian. W cyklu Krebsa
powstaje bursztynylo-CoA, który oddaje energię wyjątkowo z wytworzeniem GTP (guanylo
trifosforanu) i to jest fosforylacja substratowa. Wiązanie wysokoenergetyczne
występuje w jeszcze jednej przemianie, a mianowicie jest to biosynteza białka
(zapraszam: „Zrozumieć białko – metabolizm”). W niej jest połączenie
wysokoenergetyczne miedzy aminokwasem a tRNA z wytworzeniem aminoacylo tRNA
uczestniczącym następnie w powstawaniu wiązania peptydowego. Z kolei
fosfokreatyna (fosfagen) przechowuje energię w mięśniach dla ich pracy i w
momencie zapotrzebowania na nią przekazuje resztę fosforanową z energię na ADP,
z którego powstaje potrzebne komórce mięśniowej ATP.
„Ładowanie” energetyczne
Są trzy drogi metaboliczne, w których ma miejsce „ładowanie” ATP. Jest to: „fosforylacja substratowa”, „fosforylacja oksydacyjna” i działanie kinaz. Pierwsza z nich przebiega bez udziału tlenu cząsteczkowego, na poziomie substratu, podczas glikolizy, a więc może zachodzić nawet w erytrocytach (strukturach pozbawionych mitochondriów) i w czasie niedoboru tlenu w normalnej komórce. Kiedy działają mitochondria, to fosforylacja substratowa zachodzi też w cyklu Krebsa. Przy właściwej zawartości tlenu w komórce działają obecne w niej mitochondria i wtedy bez przeszkód jest w nich generowana energia. Pochodzi ona z syntezy wody, czyli spalania wodoru w tlenie. Jak wiadomo jest to mieszanina wybuchowo piorunująca i powstaje w niej bardzo dużo energii.
Synteza wody
W mitochondriach nic by nie było z wykorzystania energii
dla naszych celów, gdyby nie „łańcuch oddechowy”. Tam gwałtowna reakcja syntezy
wody jest spowalniana i nie dochodzi do gwałtownego jej uwolnienia – „wielkiego
bum”. W bardzo zabawny sposób zilustrował „łańcuch oddechowy” Szymon Kobyliński
(grafik, twórca „Piórkiem i węglem” rysownik, karykaturzysta, satyryk, historyk, scenograf głównie
teatralny, ale także filmowy, jeden z prekursorów polskiego komiksu) w książce
„Życie bakterii” autorstwa profesora Władysława Kunickiego Goldfingera.
Pokazuję tę ilustrację poniżej:
Jak zaznaczył grafik elementami „łańcucha oddechowego” są
różne kofaktory związane z białkami błony mitochondrialnej. Właśnie jednym z
nich jest pochodna witaminy B2 (na ilustracji jest to FAD). Elementy
zawierające energię (zredukowane – z wodorem i elektronami) wchodzą do
„łańcucha oddechowego”, a potem w formie utlenionej (oddały energię, wodór i
elektrony) oczekują na „naładowanie” w wyniku przemian katabolicznych w
komórce. Z wodoru i tlenu powstaje woda metaboliczna. Produkujemy jej około 300
mililitrów na dobę. 40% z uwolnionej w sposób stopniowy energii daje nam
ciepło. Tak na marginesie to najcieplej jest w wątrobie – ogromnej przetwórni
metabolicznej. 60% uwalnianej energii zamykane jest w ATP w wyniku fosforylacji
nazywanej oksydacyjną („tlenową”). Enzymem katalizującym tę fosforylację jest
bardzo złożona w swej budowie i działaniu syntaza ATP. Składa się na nią wiele
białek i działa jak „przepompownia” dla jonów wodorowych w błonie
mitochondrialnej.
Trzecia droga powstawania ATP i innych trójfosforanów
nukleotydów obdarzonych energią to działanie enzymów kinaz przenoszących
energię z resztą fosforanową na potrzebne na danym etapie metabolicznym
nukleotydy. Ta kinaza, która przenosi energię z fosfokreatyny, nazywa się
miokinaza i jest niezwykle ważna dla metabolizmu mięśni.
Ryboflawina – czy witamina B2 ma coś
wspólnego z rybą?
Żółty związek (łac:flavus – żółty), pierwszy raz opisany w
1879 roku, okazał się laktoflawiną, bo znaleziono go w mleku. (2). Ponad 50 lat
później odkryto enzymy flawinowe. W 1932 roku O.H. Warburg i W. Christian
wyodrębnili z drożdży (nadal są uważane za świetne źródło witaminy B2)
FMN (mononukleotyd flawinowy). Z kolei w 1938 sam O.H. Warburg odkrył FAD
(dinukleotyd flawinowy). Witamina B2 to żółto zabarwiony związek,
którym jest ryboflawina. Syntetyzują ją rośliny i mikroorganizmy (3).
Obecnie E101 – ryboflawina, jest to naturalnym barwnik
otrzymywany z drożdży lub na drodze syntezy. Nadaje on produktom spożywczym
żółtopomarańczową barwę. Ryboflawinę stosuje się przy produkcji płatków kukurydzianych (także zbożowych), masła orzechowego, napojów kakao podobnych i kawy. Wykorzystuje się
ją również jako substancję barwiącą w niektórych mieszankach przyprawowych,
budyniach w proszku oraz napojach energetycznych.
Poniżej
pokazuję cząsteczkę ryboflawiny (4):
W
cząsteczce witaminy B2 występuje flawina (dimetyloizoaloksazyna)
kowalencyjnie związana z rybitolem. Z kolei rybitol jest alkoholem pięciowęglowym
wielowodorotlenowy (cukrol) i pewnie jego nazwa pochodzi nie od ryby, ale od
pięciowęglowego cukru rybozy.
Jemy flawoproteiny i
tabletki z ryboflawiną
W
diecie występują flawoproteiny (ryboflawina związana z białkami komórkowymi), z
których na drodze trawienia uwalniana jest ryboflawina. Wchłaniana jest w
jelicie cienkim przy udziale energiochłonnych transporterów białkowego.
Następnie we krwi związana z białkami dociera do komórek. Tu poprzez
transportery błonowe dostaje się do ich wnętrza. Wspominam o tym szeregu
różnych transporterów, ponieważ każda z tych struktur białkowych może ulec
mutacji i być przyczyną chorób. Występują one niezwykle rzadko, ale jednak są i
zakłócają szczególnie pracę mitochondriów (5).
W naszych
komórkach z ryboflawiny i ATP syntetyzowane są koenzymy FMN (mononukleotyd
flawinowy – ester kwasu fosforowego i ryboflawiny), a z niego FAD (dinukleotyd
flawinowy – ester kwasu fosforowego i ryboflawiny połączony z adenylanem –
AMP). Enzymami katalizującym te reakcje są odpowiednie kinazy. Aktywność tych
kinaz jest hamowana przez podobne pod względem budowy chemicznej do ich
substratów fenotiazyny (fenotizyny – leki antypsychotyczne) (7). Może wystąpić
defekt genetyczny związany z ich działaniem. Na poniższym schemacie pokazuję
powstawanie FMN i FAD w komórce:
Sama
ryboflawina nie jest najlepiej rozpuszczalna w wodzie i pewnie dlatego wymaga
do transportu różnych białek. Ostatecznie powstaje z niej w mitochondriach i
cytoplazmie FMN i FAD. FMN to nukleotyd sam w sobie ryboflawina zestryfikowana
resztą fosforanową. Zarówno FMN,
jak i jego sól sodowa (FMN-Na) stosowane są jako żółte barwniki spożywcze (oznaczane odpowiednio jako E101a i E106. Przyłącza on dwa elektrony i przechodzi wtedy w formę
zredukowaną FADH2. FAD to
dinukleotyd, czyli FMN z dołączonym nukleotydem adenylanowym (AMP).
Tylko utlenianie i redukcja
FMN i FAD są związkami współdziałającymi z enzymami
należącymi do klasy oksydoreduktaz (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”).
Są na stałe związane z białkiem enzymatycznym jako grupa prostetyczna.
Uczestniczą w procesie przenoszenia elektronów. Mogą reagować z tlenem
cząsteczkowym. Obecnie znanych jest ponad 100 flawoprotein. Częściej w nich
występuje FAD niż FMN. W wielu przemianach enzymy flawinowe pośredniczą w
przenoszeniu elektronów na NAD (pochodna witaminy B3). Poniżej
wymieniam przykładowo kilka oksydoreduktaz mających kluczowe znaczenie w
metabolizmie. Reduktaza dihydroliponamidowa (NAD+, stanowiąca
element wieloenzymatycznego układu dehydrogenazy pirogronianowej, dehydrogenazy
2-okso-glutaranianiowej i dehydrogenazy (zapraszam „Czy płukać ryż -witamina B1”).
Dehydrogenaza NADH (to nazwa enzymu, ma jako grupę aktywną
FMN), katalizuje przeniesienie elektronu z NADH na odpowiedni akceptor, np. na
układ cytochromów w „łańcuchu oddechowym”. Dehydrogenaza bursztynianowa (z
FAD), katalizująca proces utleniania bursztynianu do fumaranu w cyklu Krebsa
przekazuje energię na „łańcuch oddechowy”. Z katabolizmu kwasów tłuszczowych i
aminokwasów FADH2 będzie dowoził energię do łańcucha oddechowego.
Na poniższym schemacie pokazuję udział pochodnych B2
(żółte koła) w generowaniu energii w mitochondriach (5):
Fosforylacja
oksydacyjna, czyli powstanie ATP w wyniku działania łańcucha oddechowego łączy
się z chemiosmozą
Fosforylacja oksydacyjna polega na przemieszczaniu protonów przez błony białkowo-lipidowe (błony mitochondrialne) z wytworzeniem ATP na drodze chemiosmozy. Pojęcie to wprowadził Peter D. Mitchell, tłumacząc powstawanie ATP w mitochondriach, polegające na zamianie energii zgromadzonej w postaci gradientu elektrochemicznego na energię wiązań w ATP. W 1978 otrzymał za tę pracę Nagrodę Nobla. Mitchell zaproponował, że transport elektronów i fosforylacja oksydacyjna (synteza ATP) są powiązane ze sobą przez gradient protonów w poprzek wewnętrznej błony mitochondrium. Zgodnie z tym stopniowy przepływ elektronów z NADH lub FADH2 przez układ przenośników elektronów na tlen powoduje uwalnianie energii. Jest ona wykorzystywana do przepompowania protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrium do przestrzeni międzybłonowej.
Poznano ponad 100 enzymów
Z pośród ponad 100 enzymów mających w swej cząsteczce
nukleotyd FMN lub FAD (częściej) podam kilka przykładów.
Reduktaza metylenotetrahydrofolianu (MTHFR) wpływa na
metabolizm pochodnej kwasu foliowego (zapraszam: „Liście życia – kwas foliowy”)
Flawoproteiny katalizują
pierwszy etap, tj. odwodorowanie kwasów tłuszczowych w procesie ich utleniania
(beta-oksydacji), czyli katabolizmu;
Z kolei w katabolizmie aminokwasów biorą udział oksyksydazy aminokwasowe (zapraszam: „Criminal story…”).
W produkcji kwasu moczowego
jest oksydaza ksantynowa, katalizująca proces utleniania ksantyny do kwasu
moczowego.
Oksydaza monoaminowa (MAO) i
oksydaza diaminowa (DAO), katalizują odpowiednio oksydatywną deaminację
monoamin i diamin; są one zaangażowane w metabolizm neuroprzekaźników.
Monooksygenazy flawoproteinowe, monooksygenaza
kinureninowa, której działanie prowadzi do syntezy amidu kwasu nikotynowego
(witamina B3) z egzogennego aminokwasu tryptofanu (zapraszam:
„Criminal story…”).
Enzymy flawinowe są zaangażowane w procesy wolnorodnikowe i
są istotne u nas w procesie fagocytozy.
Działanie pochodnych witaminy B2 to utlenianie i
redukcja, „przeskakiwanie elektronów”. Procesy te są rozpowszechnione we
wszystkich naszych komórkach.
Zalecane dobowe spożycie witaminy B2 u różnych grup wiekowych człowieka (bez uwzględnienia ciąży) (7) :
Najbardziej wydajne naturalne źródła witaminy B2
(w kolejności malejącej zawartości): drożdże, nabiał, mięso ssaków, ptaków i
ryb („owoców morza”), zboża.
Gotowanie, wysoka temperatura nie niszczy witaminy B2,
natomiast jej straty w żywności powoduje wystawianie jej na działanie promieni
słonecznych; na przykład podczas jej suszenia, ponieważ ryboflawina jest
fotolabilna (uszkadza ją ultrafiolet). Ubytki B2 powstają także w
wyniku przemiału zbóż, ponieważ najwięcej jej jest w zarodkach i otrębach (3).
Osoby
powyżej 50. roku życia powinny zażywać 1,6 – 2,2 mg ryboflawiny na dobę w celu
zredukowania ryzyka rozwinięcia się u nich zaćmy (6).
Ryboflawina
jest niewątpliwie niezbędna dla naszej kondycji i zdrowia. Aktywność jej
pochodnych jest potrzebna we wszystkich komórkach, gdzie „przeskakują”
elektrony. Nie odnotowuję się jej niedoborów i nie podkreśla szkodliwości
nadmiaru. Ten ostatni można spowodować tylko droga iniekcji ogromnych ilości
ryboflawiny. Zapraszam na drugą część, w której przedstawię powiązanie
aktywności FMN i FAD z pochodnymi witaminy B3 i jej udziale w naszym
metabolizmie .
Dla szczególnie zainteresowanych polecam opracowanie z 2020
roku: „Ryboflavin: The Health Benefits of Forgotten Natural Vitamin” (z ang:
„Ryboflawina: zdrowotna korzyść z zapomnianej naturalnej witaminy”) (2).
Literatura
Marks’Basic Medical Biochemistry ISBN 9781496387721
Int J Mol Sci, 2020, 21, 950; doi: 103390/ijms21030950
Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001 W szerokim zakresie korzystałam z WIKIPEDIA [pvc_1]
problem alternatywnych źródeł białka zwierzęcego,
którym byłyby owady. To przypomniało mi słynnego swego czasu kryla
antarktycznego (skorupiak) i pewien problem z witaminą B1. Podczas
pory deszczowej w Nigerii ludzie chorowali na tak zwaną sezonową ataksję. Ataksja to
niezborność ruchów (ze staro greckiego: ἀταξία, ataxiā, łac.ataxia)
− zespół objawów określających zaburzenia koordynacji ruchowej ciała. Stanowi
jedną z manifestacji wielu chorób ośrodkowego układu nerwowego (1). Okazało się, że
spowodowane jest to zjadaniem dużych ilości larw ćmy afrykańskiej (Anaphe venatana zwanych African silk worm) obficie pojawiających
się w tym okresie. Jest to bardzo dobre źródło białka. Tylko, że niespecjalnie
przeznaczonego dla człowieka. Dlaczego larwy są trujące dla człowieka?
Zawierają one bardzo aktywny enzym niszczący witaminę B1, a mianowicie
tiaminidazę. Okazało się, że szybkie podanie witaminy B1 znosi objawy
patologiczne w 72 godziny. Istotna okazała się edukacja żywieniowa w tym
zakresie.
Witamina B1
to tiamina.
Składa się ona z
pierścienia pirydynowego i tiazolowego połączonych mostkiem metylenowym.
Organizmy zwierzęce, w tym człowiek, mają zdolność syntezy pirofosforanu
tiaminy z tiaminy przy udziale kolejno fosforylujących dwóch kinaz współdziałających
z ATP-Mg 2+. Powstały u nas pirofosforn tiaminy (TPP) i trójfosforan
tiaminy (TPPP) obok samej tiaminy (T) są aktywne metabolicznie. Na poniższym schemacie
pokazuję pirofosforan tiaminy.
Dlaczego nie należy
płukać ryżu i innych kasz?
Tiamina jest pierwszą
opisaną witaminą z rozpuszczalnych w wodzie. W ogóle od nie zaczęło się
zwracanie uwagi na substancje odżywczych.
Na przełomie XIX i XX
wieku w japońskiej marynarce generał Takaki Kanehiro
zauważył związek między stosowaniem w diecie marynarzy „ryżu polerowanego” a
chorobą ber-beri (śmiertelna choroba układu
nerwowego).
Ryż polerowany to biały ryż poddany procesowi tzw. polerowania, podczas którego pozbawiany jest łupiny, otrębów i zarodka. Jest on uboższy w składniki odżywcze, ale za to cechuje się dłuższym okresem przydatności do spożycia, delikatnym smakiem, jest tani i ma krótki czas gotowania: 10-15 min. (2) Ryż – co warto wiedzieć o jego rodzajach i właściwościach – Kuchnie Świata S.A. (kuchnieswiata.com.pl). Od 1905 roku generał usunął z diety marynarzy ”ryż polerowany”, ponieważ wykrył, że w otrębach ryżowych znajduje się czynnik anty ber-beri i zastąpił go pełnym ryżem oraz jęczmieniem (3). W związku z tym nazwano go „Jęczmienny Baron”.
W 1910 roku japoński
chemik Umetaro
Suzuki z Tokijskiego Uniwersytetu Cesarskiego wyizolował
tiaminę z otrębów ryżu i nazwał ją najpierw „aberic acid”, a później „orizanin”.
Niestety, były trudności z rozpowszechnieniem tej wiedzy na cały świat ze
względu na izolację Japonii.
Na polu odkrywania
witaminy B1 zasługi odniósł też polski biochemik Kazimierz Funk,
który wyizolował tę substancję z otrębów ryżu i został twórcą nauki o
witaminach. On właśnie wymyślił nazwę „witaminy” – aminy życia. Jednak nie scharakteryzował
całkowicie tego związku. W 1926 roku chemik Barend
Coenraad Petrus Jansen wraz z Willemem Frederikiem Donathem wyizolowali tę
aktywną substancję, a jej strukturę opisał dopiero w 1934 chemik z USA Robert
Runnels Williams. Też on wymyślił nazwę tiamina – „thio” (z greckiego: θεῖονtheîon = siarka, czyli substancja
zawierająca siarkę). W tym wypadku wzorował się na Funku, bo dodał: „amina”. Po
ustaleniu struktury przyszedł czas na badanie metabolizmu. Zadawano sobie
pytanie o chorobę beri-beri. W moim artykule skupię się na metabolizmie tiaminy
w naszym organizmie, a zajmowano się nim intensywnie do późnych lat
pięćdziesiątych XX wieku, a i obecnie pozostaje on przedmiotem badań.
Teraz odpowiedź na
pytanie „dlaczego nie należy płukać ryżu” jest prosta. Ponieważ wypłukiwana
jest z ziaren witamina B1. Także nie powinno się gotować kasz w dużej
ilości wody, którą się potem odlewa razem z witaminami rozpuszczalnymi w
wodzie. Podkreślam, że gotowanie kasz w „systemie torebkowym” pozbawia je
substancji odżywczych rozpuszczalnych w wodzie i zubaża naszą dietę.
Wchłanianie i
stojące na jego drodze przeszkody
Tiamina pochodząca
z żywności jest rozpuszczalna w wodzie i wchłaniana z przewodu pokarmowego na
drodze aktywnego transportu. Mechanizm działania błonowego transportera (hTHTR-1
i hTHTR-2 – human thiamin transporter – z ang. ludzki tiaminowy transporter)
tiaminy jest zależny od pH i jonów sodowych (Na+) (4)).
Szkodliwe dla naszej diety jest
wypłukiwanie witaminy B1, z produktów spożywczych i łączenie
pokarmów zawierających ją z tymi, które mają aktywną tiaminazę lub substancje
dezaktywujące ją.
Zawsze ostrzegam przed
piciem soków owocowych produkowanych bezpośrednio z surowych warzyw i owoców.
Poza tym, że mogą zawierać różne niepożądane substancje z gleby, to jeszcze do
tego ich naturalne związki nie są odpowiednie dla naszego przewodu pokarmowego
i mogą zaburzać wchłanianie jedne drugich.
Gotowanie w wodzie (nie na parze) powoduje wypłukanie
witaminy B1 do wywaru, czyli zupa nie jest jej pozbawiona. Chlorowanie
wody przyczynia się do zmniejszenia jej ilości. Podczas obróbki kulinarnej
pokarmów utracie ulega 20-50% tej witaminy (11). Mąka jest zwykle wzbogacana w
tiaminę w celu zrekompensowania strat podczas obróbki ziarna.
Często groszek i fasola są przygotowywane w środowisku
zasadowym i to źle wpływa na tiaminę. Również kwaśny odczyn szkodzi tej
witaminie. Tiaminę destabilizują też czynniki utleniające stosowane jako konserwanty
(pirosiarczyn sodu) przy suszeniu owoców lub w winie. Powstają wtedy tiochromy
i inne produkty oksydacji (5)
Czynniki antytiaminowe występują w wielu roślinach. W
betelu – rodzaj znanej od
starożytności używce – są to taniny. Nie powinno się pić herbaty podczas posiłku,
ponieważ jest w niej kwas taninowy, kwas kawowy i kwas chlorogenowy. Ten
ostatni jest też w yerba mate.
W niektórych owocach występuje kwas chlorogenowy i
flawonoidy (należy do nich kwercetyna i rutyna) źle wpływające na tiaminę. W
brukselce są izocjaniany, a w burakach antocjany. Tiamina tworzy z nimi
nieprzyswajalne przez nas dwusiarczki. Zawsze ostrzegam przed tak obecnie
modnym piciem soków z surowych roślin.
Z kolei obecna w wielu naszych pokarmach witamina C (kwas
askorbinowy) może chronić tiaminę.
Teraz należy
wrócić do tiamianzy. Kiedyś nazywanej „aneurynaza”. Są znane dwa enzymy tiaminaza
I (Pirydynylaza tiaminy należąca do klasy transferaz) i tiaminaza II
(aminohydrolaza aminopirymidyny należąca do klasy hydrolaz)). (zapraszam:” Działanie bez sił witalnych – enzymy”).
Enzymy te produkowane są przez mikroorganizmy (tiaminaza II) i występują też w
tkankach zwierząt (tiaminaza I). Właśnie tiaminaza I występuje w larwach
afrykańskich ciem, będących tak szkodliwym pokarmem dla człowieka. Enzym ten
występują też w niektórych rybach i skorupiakach.
Dystrybucja
ogólnoustrojowa
W osoczu tiamiana występuje w połączeniu z albuminą.
Podkreślam, że nie magazynujemy tej witaminy. W związku z tym musimy ją jeść
codziennie. U osób zdrowych stężenie tiaminy
w surowicy wynosi 0,5-1,3 µg/100 ml (14,8-38,5 nM). We krwi znajduje się
tylko około 1% całkowitej ustrojowej tiaminy, z czego 90% występuje
w erytrocytach. Fosforany
tiaminy występują w naszym organizmie w połączeniu z enzymami i na bieżąco może
to być 25 – 30 mg. Najwięcej jest w mięśniach szkieletowych, sercu, mózgu (10% z
tej ogólnoustrojowych zasobów), w wątrobie i nerkach. Monofosforan
tiaminy i wolna tiamina są obecne w mleku koniecym, płynie mózgowo-rdzeniowym i
innych płynach pozakomórkowych. Wapń i magnez wpływają na ogólnoustrojową
dystrybucję witaminy B1 . Niedobór magnezu może powodować deficyt
tej witaminy.
Oddziaływanie w
komórce – udział w metabolizmie
Do
komórek tiamina dostaje się poprzez transport aktywny, czyli wymagający energii
z ATP i tam ulega fosforylacji. U nas
aktywne biologicznie są dwa fosforany tiaminy, a mianowicie dwufosforan
tiaminy, czyli pirofosforan tiaminy (TPP; związany z enzymami) i trójfosforan
tiaminy oraz wolna tiamina w postaci kationu (T+)
Tworzenie fosforanów wymaga ATP, a z kolei od
aktywnego metabolitu TPP zależy produkcja tego związku w komórce. Koło się
zamyka. We wszystkich komórkach zachodzi glikoliza i cykl Krebsa, przemiany
kataboliczne generujące właśnie ATP. Rolą TPP jest bycie koenzymem w kompleksach
enzymatycznych, czyli układach wieloenzymatycznych, mających różne obok tej
substancji pochodne witamin. TPP związany jest też z pojedynczym enzymem
transketolazą.
Czego dotyczy dekarboksylacja alfa-ketokwasów
Podczas przemian katabolicznych w komórce powstają alfa-ketokwasy:
pirogronowy(ostatnia reakcja glikolizy i katabolizm innych związków między
innymi aminokwasów) i a-ketoglutaranowy (2-oksoglutarowy) (katabolizm wielu
związków, między innymi aminokwasów i przemiana w cyklu Krebsa) oraz alfa-ketokwasy
z aminokwasów rozgałęzionych (leucyna, izoleucyna i walina; zapraszam: „Criminal story – aminokwasy”). Ulegają one
oksydatywnej dekarboksylacji katalizowanej przez układ enzymatyczny występujący
w mitochondriach o nazwie dehydrogenaza plus nazwa alfa-ketokwasu do
odpowiedniego acylo-CoA. Jest to reszta kwasu połączona z koenzymem A (pochodna
witaminy B5) skrócona o jeden węgiel właśnie w wyniku działania kompleksu
dehydrogenazy. Na każdy kompleks
enzymatyczny składa się podjednostka E1 właśnie z TPP, E2 z kwasem liponowym,
E3 z pochodna witaminy B2. Z trzeciej podjednostki energia
przekazywana jest na pochodną witaminy B3, zaangażowaną w procesy
redukcji, między innymi daje energię do łańcucha oddechowego. W wyniku przemian
w tym łańcuchu generowana jest energia kumulowana w postaci ATP. Ciąg
przemian rozpoczyna się od przyłączenia alfa-kwasu do TPP, a następnie odłącza
się CO2. Powstały związek jest przeniesiony z TPP na kwas liponowy i
tu kończy się rola witaminy B1. Dalsze przemiany prowadzą do
powstania odpowiedniego w stosunku do substratu acylo CoA i przeniesienia
energii poprzez FAD (pochodna witaminy B2) na NAD (witamina B3)
z wytworzeniem NADH. Z kolei NADH towarzyszy enzymom redukującym. Na poniższym
schemacie pokazuję udział witaminy B1 w metabolizmie komórki.
Oksydacyjna dekarboksylacja alfa-ketokwasów jest
przemianą istotną dla katabolizmu komórki, a co za tym idzie pozyskiwania w
wyniku tego procesu energii z żywności oraz niezbędnego do życia ATP. Jeśli nie
ma witaminy B1, to cała nasza „maszyneria” podąża niekorzystnym dla
nas torem. Poza brakiem życiodajnej energii powstają toksyczne metabolity.
Należy do nich między innymi nadmiar kwasu mlekowego. Istnieją wady
uwarunkowane genetycznie dotykające dekarboksylazy alfa ketokwasów powstających
z aminokwasów rozgałęzionych i wtedy udaje się polepszyć stan zdrowia
terapeutycznymi (dużymi) dawkami tiaminy. Niestety, produkcja toksycznych
metabolitów pogłębia stan patologiczny. Taką wadę metaboliczną nazwano Chorobą
Syropu Klonowego (Maple syrup
urine disease – MSUD), ponieważ najbardziej charakterystyczną cechą choroby jest słodki,
podobny do syropu klonowego zapach moczu. Jest to choroba bardzo
rzadka w USA 1 noworodek na 180 000, a w Australii nawet na 250 000
noworodków.
Przeniesienie fragmentu dwuwęglowego
W cyklu heksozomonofosforanowym (fosforanów monocukrów
i cukrów pięciowęglowych, inaczej nazywany „cyklem pentozowym” ) istotną rolę
odgrywa enzym związany z tiaminą, a mianowicie transketolaza. Reaguje on z
odpowiednim fosforanem cukru (ketozą) i tworzy produkt pośredni, będący
połączeniem TPP z resztą aldehydu glikolowego (jednostką dwuwęglową mającą grupę
ketonową). Dwuwęglowy fragment jest przenoszony na kolejny fosforan cukru (aldozę).
Na przykład na 5-fosforybozę i wtedy może powstać fosfosedoheptuloza lub
fosfofruktoza.
„Cykl pentozowy” zachodzi
w wątrobie, erytrocytach, tkance tłuszczowej, jądrze
(gonadzie męskiej), korze
nadnerczach i gruczołach mlekowych. W jego wyniku dostarczana jest
komórce energia pochodząca z przemian fosforanów cukrów w postaci NADPH (pochodna
witamina B3) i wytwarzane są fosforany monocukrów. Należy do nich
fosforyboza, która jest substratem do syntezy nukleotydów wchodzących w skład
koenzymów i kwasów nukleinowych. Z kolei NADPH w erytrocycie potrzebne jest do
utrzymania jonu żelaza w hemoglobinie na odpowiednim stopniu utlenienia, tak
aby reagowała z tlenem. W innych tkankach NADPH dostarcza energii do syntez, a
wątrobie dodatkowo do detoksykacji.
Na poniższym schemacie
pokazuję udział witaminy B1 w cyklu pentozowym komórki i jak to się
wiąże z pracą mitochondriów.
Fosforany monocukrów w zależności od zapotrzebowania
komórki na energię ulegają przemianom w cyklu pentozowym i/lub w glikolizie, z
której pirogronian jest wykorzystywany w cyklu Krebsa.
Wpływ witaminy B1 na układ
nerwowy
10% ogólnoustrojowego fosforanu
tiaminy występuje w tkance nerwowej. Przyczynia się on tam do powstania w
wyniku dekarboksylacji kwasu pirogronowego – acetylo-CoA. Właśnie ten związek
jest substratem obok choliny dla acylotransferazy cholinowej i w wyniku jej
działania syntetyzowana jest acetylocholina, będąca neurotransmiterem zarówno w
tkance nerwowej, jak i w płytce motorycznej (połączenie nerwowo-mięśniowe). Jednak to nie jedyne
działanie witaminy B1 w układzie nerwowym. W tej tkance obok
pirofosforanu tiaminy aktywny jest jeszcze trójfosforan tiaminy. Oddziałuje on
na kanał chlorkowy w komórkach nerwowych poprzez wpływ na fosforylację i
aktywację tego kanału. (6).
Funkcja
nieenzymatyczna samej tiaminy (T+) jest związana z błonami:
aksonalną, mitochondrialną i synaptyczną. Wiadomo, że witamina uczestniczy
w procesach mielinogenezy, wzrostu aksonów i formowaniu synaps (7,8).
Wspominany kation T+ oddziałuje na transmisję sygnału w tkance
nerwowej, wpływając na przewodnictwo błony oraz uczestniczy w pobudzaniu
funkcji i aktywności móżdżku i rdzenia kręgowego. Kation T+ jest
aktywny również w przewodnictwie nerwowym jako cząsteczka wahadłowa
w transporcie przez błony biologiczne, przekazując swój ładunek dodatni.
Tiamina bierze udział w naprawie tkanki nerwowej i modulacji sygnału
nerwowego (6). Ponadto redukuje stężenie RNS (z ang.: reactive nitrogen species
– reaktywne formy azotu – zapraszam: „Starzenie
– a na co nam to? resweratrol rsv”), ale nie ROS (z ang.:reactive
oxygen species – reaktywne formy tlenu) w komórkach nerwowych. Tiamina
uczestniczy w wychwycie neuroprzekaźników, m.in. serotoniny, która wpływa
na działalność móżdżku, podwzgórza i hipokampa. Jej brak prowadzi do
dysfunkcji neuronalnych oraz chorób zwyrodnieniowych układu nerwowego. Tiamina
bierze udział w wychwycie GABA (neuroprzekaźnik), niedobór którego zaburza
czynność móżdżku i stanowi o strukturze i aktywności jego
komórek. TD (łagodny niedobór tiaminy – z ang.: thiamine deficyte) upośledza funkcje
poznawcze i ruchowe w wyniku uszkodzenia obszarów wzgórza, tj. kory,
rdzenia i struktur układu limbicznego (9).
Wydalanie
Tiamina
jest dobrze rozpuszczalna w wodzie i wydalana jest z moczem. Istniej
niebezpieczeństwo wystąpienia awitaminozy przy nadmiernym wydalaniu moczu na
przykład przy stosowaniu leków moczopędnych.
Zalecane dzienne
spożycie
Zapotrzebowanie dobowe przedstawiam w tabeli; zostały
w niej uwzględnione obok płci grupy wiekowe (bez uwzględnienia ciąży) (10)
Wyższe zapotrzebowanie na witaminy B1 mają:
– osoby ciężko pracujące fizycznie
– sportowcy
– kobiety ciężarne i karmiące
– palący wyroby tytoniowe
– osoby nadużywające alkohol.
Niedobór tiaminy powoduje większą podatność na
ukąszenia owadów – przyczyną jest niższy poziom substancji odstraszających
owady w skórze. Tiamina przyspiesza gojenie się ran. Wykazuje działanie uśmierzające
ból.
Naturalne źródła
pokarmowe
Najbardziej wydajne naturalne źródła witaminy B1
(w kolejności malejącej zawartości) znajdują się w poniższej tabeli
Jak widać powyżej godny polecenia jest pasztet z
drożdży, czy z soczewicy. Przecież coraz mniej osób jada mięso.
Aż
strach pomyśleć, jakie są konsekwencje płukania ryżu, a także dodawania do
naszej normalnej diety różnych „niesprawdzonych” organizmów. Możliwości
nowoczesnych technik badawczych pozwalają dostarczać nowych dowodów na
rzeczywistą rolę tiaminy w naszym metabolizmie. Polecam preparaty
zawierające duże ilości witaminy B1, które są na receptę.
Szczególnie ważne jest wspomaganie się tą witaminą w obliczu Covid 19.
Said H.M., Balamurugan K., at al., Expression and functional contribution of hTHTR-2 in thiamin absorption in human intestine,, Am. J. Physiol. Gastrointest Liver Physiol., 2004, 286, G491-G498
Rola tiaminy w chorobach neurodegeneracyjnych, Postepy Hig Med Dosw 2015; 69 : 1096-1106
[ Alexi T., Borlongan C.V., Faull R.L., Williams C.E., Clark R.G., GluckmanP.D., Hughes P.E.: Neuroprotective strategies for basal gangliadegeneration: Parkinson’s and Huntington’s diseases. Prog. Neurobiol.,2000; 60: 409-47;
Fattal-Valevski A.: Thiamine (vitam ;in B1). J. Evid. Based ComplementaryAltern. Med., 2011; 16: 12-20; ].
Manzetti S., Zhang J., van der Spoel D.: Tiamin function, metabolism,uptake, and transport. Biochemistry, 2014, 53: 821-835)
Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001
Oczywiste jest to, że witaminy działają w naszym organizmie. Współdziałają ze sobą, wspierając się w kształtowaniu przemian. Pisałam wcześniej o witaminie B12 (zapraszam: „Czy jeść witaminy garściami? Witamina krwiotwórcza”) i kwasie foliowym (zapraszam: „Liście życia”), a ten artykuł będzie o kolejnej witaminie, która tak jak poprzednie jest między innymi zaangażowana w przemianę homocysteiny (zapraszam: „Cryminal story – aminokwasy”). O wielu innych procesach metabolicznych z jej udziałem opowiem poniżej. Na tytułową witaminę B6 składa się kilka substancji pochodnych pirydyny: pirydoksal, pirydoksyna, pirydoksamina. Pokazuję to na poniższym schemacie
Aktywna metabolicznie forma związana z licznymi enzymami
powstaje u nas i jest nią fosforan pirydoksalu – PLP (z ang. – PirydoksalPhosphate)
(wzór poniżej).
Fosforan pirydoksalu występuje w ponad 100 enzymach i to w
dodatku należących do różnych klas (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych – enzymy”).
Witaminę B6 odkrył w 1934 roku węgierski lekarza Paula
Gyoergy przy okazji choroby skóry u szczurów (1).Wyizolował ją w 1938 Samuel
Lepkovski (polski żywieniowiec) z ryżu.
W suplementach diety witamina B6 łączona jest z magnezem
(jonem metalu). Zarówno do transportu do komórek, jak i do powstania fosforanu
pirydoksalu (działanie kinaz) potrzebny jest ATP. Z kolei ATP i ADP występują
zawsze w połączeniu z jonami magnezu (Mg++). Może stąd wziął się
pomysł na preparat „MagneB6”, który zawiera witaminę i magnez. Na
poniższym schemacie pokazuję mój ulubiony schemat, na którym właśnie jest ATP z
jonem magnezu (2).
Wszędzie tam gdzie ATP/ADP – tam magnez
Udział witaminy B6 w ogólnym metabolizmie
aminokwasów
Od aminokwasów odłączane są grupy aminowe (zapraszam
„Criminal story..) i mogą one być przenoszone na kwasy karboksylowe, W wyniku
działania enzymów transaminaz z PLP powstają nowe aminokwasy. Nie ma tylko
transaminazy dla aminokwasów lizyny (Liz) i proliny (Pro). W diagnostyce
oznacza się aktywność naszej aminotransferazy alaninowej (ALT) i
asparaginianowej (AST) (tak zwane enzymy wątrobowe). W wyniku ich działania
powstanie alanina i asparaginian – aminokwasy endogenne oraz do wykorzystania w
przemianach energetycznych pojawi się pirogronian i alfa-ketoglutaran.
Po to, aby zdegradować aminokwas serynę i cysteinę, używamy
enzym z PLP. Odpowiednio jest to dehydrataza serynowa i sulfhydraza cysteinowa.
W wyniku ich działania otrzymujemy pirogronian.
Przypominam, że w naszym metabolizmie używamy tylko izomery
aminokwasów L-aminokws. Jednak czasami trafiają do nas D-aminokwasy i wtedy
enzym z PLP racemaza przekształca izomer D- w izomer dla nas przydatny L-.
Reakcja anafilaktyczna – uczulenie
Fosforan pirydoksalu jest zaangażowany w aktywność enzymów dekarboksylaz
odłączających grupę karboksylową od aminokwasów. Powstają wtedy aminy biogenne,
czyli nasze. Histydyna po dekarboksylacji daje histaminę. Aby powstrzymać
reakcję uczuleniową podaje się „sterydy” i one właśnie hamują ten enzym (dekarboksylazę
histaminy), powstrzymując na przykład
powstawanie obrzęku. Histamina jest także neuroprzekaźnikiem na obwodzie.
Działanie na poziomie neurologicznym
W tytule napisałam o działaniu witaminy B6 dla
naszych spokojnych nerwów. Chodzi o to, że PLP bierze udział w powstawaniu neuroprzekaźników.
A z kolei one są niezbędne do funkcjonowania naszego układu nerwowego. Ich
działanie wiąże się z przekazywaniem impulsów nerwowych w ośrodkowym układzie
nerwowym (oun – mózgu). W wyniku dekarboksylacji aminokwasów powstaną aminy
biogenne będące neuroprzekaźnikami GABA z kwasu glutaminowego i serotonina z
pochodnej tryptofanu (5-hydroksytryptofanu). GABA jest neuroprzekaźnikiem w
ośrodkowym układzie nerwowym (oun) hamującym wiele niepożądanych reakcji. Z
kolei serotonina jest neuroprzekaźnikiem także w oun , ale regulującym nasze
zachowanie, zdolności poznawcze, antydepresyjne i jest też czynnikiem
działającym na obwodzie.
PLP również uczestniczy w powstawaniu L-Dopy (droga do
syntezy noradrenaliny, a z niej adrenaliny) i kilku innych neuroprzekaźników
będących aminokwasami.
Z powyższego wynika, że witamina B6 jest niezbędna dla
naszych spokojnych nerwów, czyli funkcjonujących bez zaburzeń rzutujących na
naszą psychikę.
Podwójne oblicze aminoketonów
Aminoketony są substancjami wpływającymi na nasz metabolizm.
Mogą potęgować stres oksydacyjny (3). Przy działaniu syntazy aminoacetonu z PLP
powstaje z acetylo-CoA i glicyny aminoaceton (aminoketon). Szczęśliwie dla nas
rzadko pojawia się nadmiar acetyl-CoA, który będzie kierowany do tej syntezy.
Również do aminoketonów należy kwas deltaminolewulinowy (z and. – ALA – delta-aminolevulinic
acide), o którego korzystnym u nas zastosowaniu piszę poniżej.
Synteza porfiryn
Syntezę
ALA, który także jest aminokwasem, ale niebiałkowym, katalizuje enzym
wyposażony w PLP. Substratami dla niego są glicyna i bursztynylo-CoA (może to
być ten powstały przy udziale witaminy B12 – zapraszam: „Czy jeść witaminy garściami? Witamina krwiotwórcza”). Jest to pierwsza
przemiana prowadząca do powstania porfiryn. Można powiedzieć, że „naczelną”
porfiryną u nas jest hem w hemoglobinie znajdującej się w erytrocytach,
czerwonych komórkach krwi, transportujących związany z nią życiodajny tlen do
wszystkich tkanek.
W mięśniach hem wchodzi w skład mioglobiny – białka
wiążącego tlen dla ich metabolizmu. We wszystkich typach komórek porfiryny
wchodzą w skład cytochromów „łańcucha oddechowego”. Są też w cytochromach P-450,
katalazie, peroksydazach, syntazie tlenku azotu (NOS – zapraszam: „Obojętny składnik powietrza azot i jego zaskakujące tlenki”),
oraz w cyklazie guanylanowej na terenie cytoplazmy (sGC z z ang.:soluble
Guanylate Cyclase; przekazywanie sygnału w komórce).
PLP, a
witamina B3
Niewielkie ilości witaminy B3 powstają u nas z
tryptofanu przy udziale PLP. Przy jego deficycie i braku podaży z dietą
witaminy B3 grozi nam katastrofa àpelagra.
Glicyna a PLP, kwas foliowy i DNA
Napisałam w „Liście
życia – kwas foliowy” o tym, że witamina kwas foliowy przekształcana jest w
tetrahydrofolian (THF) i staje się u nas składową enzymów przenoszących grupy
jednowęglowe. W zależności od sytuacji metabolicznej są to różne grupy. Właśnie
enzymy z PLP katalizują reakcje przyłączania tych grup do THF.
W syntezie DNA (replikacji) jednym z
substratów niezbędnych do zajścia tego procesu jest zasada zawierająca tyminę
(tymidylan – nukleotyd z tyminą i deoksyrybozą) i właśnie w syntezie tej
substancji bierze udział metylenoTHF (N5N10metylenoTHF) otrzymujący
grupę metylową z aminokwasu glicyny (Gly) przy udziale enzymu z PLP
Selen
Podczas biosyntezy białka powstaje u
nas selenocysteina znajdująca się w wybranych białkach (zapraszam: „Zrozumieć
białko – metabolizm”). Ten niezwykły aminokwas powstaje przy udziale PLP
Sieć witamin B12, kwas foliowy i B6
a choroby
Istotny w chorobie niedokrwiennej serca jest metabolizm
homocysteiny (zapraszam: „Criminal story –
aminokwasy”). Składa się na niego przekształcenie metioniny (Met) w
homocysteinę (Hcy) i dalszy metabolizm homocysteiny. Podkreślam, że przy za
niskiej podaży w diecie B6 grozić nam może niedobór aminokwasu
cysteiny (Cys) i homocystynemia (za dużo Hcys we krwi). A za tym idące
patologie, jak aterogeneza, choroby serca, rak jelita grubego, udar mózgu (4). Na
poniższym schemacie podkreślam zależności między witaminami działającymi na
korzyść naszego systemu obronnego – B12, kwas foliowy, B6
(5).
Przypomnę
dla zaciekawionych referencyjne stężenie (tak zwana „norma”) homocysteiny w
surowicy powinno być 5–15 μmol/L, w
zależności od płci i wieku. Niedobór jednej z witamin, czyli B12,
kwas foliowy lub B6 może spowodować poważny uszczerbek na zdrowiu.
Patologią wywołaną przez nadmiar Hcys może być wrzodziejące zapalenie jelit, a
nawet rak jelita grubego. Na schemacie GALT (z ang. – gut-associated lymphoid tissue)
– określenie na całość tkanki limfatycznej występującej w obrębie przewodu
pokarmowego; Hcys – homocysteina.
U zdrowych młody osób przejściowe obniżenie PLP nie jest
istotne (6), ale u osób powyżej 50. roku życia zaleca się zwracanie uwagi na tę
witaminę, jako składnika zdrowej diety w ilości 2 – 3mg na dobę (7).
Metabolizm lipidów
Do powstania substancji lipidowych, którymi jest grupa
sfingolipidów potrzebna jest sfingozyna, a łańcuch syntezy tego związku
rozpoczyna reakcja aminokwasu seryny z palmityloCoA. Palmitylo-CoA to
zaktywowany koenzymem A (pochodna witaminy B5) kwas tłuszczowy
palmitynowy. Wspomniana reakcję katalizuje enzym z PLP.
Receptory hormonów steroidowych
Spostrzeżono, że PLP jest modulatorem receptorów dla
hormonów steroidowych (estrogen, progesteron, testosteron) (8). Okazuje się, że
B6 to ciągle aktualny temat, ponieważ w opracowaniu z 2020 zwraca
się uwagę na jej powiązanie z zależnym od hormonów steroidowych rakiem piersi,
macicy i prostaty. Odnotowano, że wysokie dawki tej witaminy mogą potęgować
niepożądane efekty uboczne stosowania estrogenów (9).
Oszczędzanie PLP
Fosforan pirydoksalu, ani witamina B6
(pirydoksal, pirydoksyna, pirydkasina) nie są u nas magazynowane. PLP
niezwiązany z enzymami jest niezwłocznie defosforylowany, a jego katabolit
wydalany. Jednak nasz organizm jest „zapobiegliwy” i może pozostawić PLP w
ilości od 3,7 do 250 mg/kg masy naszego ciała. Co ciekawe około 80% tych
zasobów związane jest z enzymem fosforylazą glikogenu mięśni szkieletowych. Nie
jest to przechowywanie, ale swoista konieczność metaboliczna. Mianowicie w
wątrobie i w mięśniach szkieletowych glukoza jest magazynowana w postaci
glikogenu (polimer glukozy). Przy okazji wyjaśnię jaką rolę odgrywa u nas
fosforylaza glikogenu (10). Uwalnianie glukozy, katabolizm glikogenu, jest
regulowane hormonalnie i z tego powodu też istotne fizjologicznie i na przykład
w cukrzycy. Co za tym idzie fosforylaza glikogenowa zarówno w wątrobie, jak i w
mięśniach szkieletowych jest regulowana hormonalnie, a więc ogólnoustrojowo,
jednak nie tak samo. Fosforylaza glikogenu odłącza glukozę od glikogenu w
postaci glukozo-1-fosforanu przy udziale PLP. Następnie glukozo-1-fosforan
przekształcany jest do glukozo-6-fosforanu, który może być włączony w przemiany
komórkowe prowadzące do pozyskania energii. Tak dzieje się w mięśniach
szkieletowych. Trochę inaczej może być w wątrobie, gdzie występuje enzym
glukozo-6-fosfataza, która odłącza resztę fosforanową od glukozy, a ta w „wolnej”
postaci może przejść do krwi i zasilić nasze różne tkanki. Podkreślam tylko
„wolna” glukoza jest transportowana do komórek, a w mięśniach szkieletowych nie
ma enzymu glukozo-6-fosfataza. W związku z tym, jeżeli glukoza dostanie się do
nich, to ich już nigdy nie opuści. Czasowo będzie zmagazynowana w postaci
glikogenu, a w razie potrzeby użyta, ale tylko w przemianach energetycznych
mięśni szkieletowych. W wątrobie glukoza zmagazynowana również w postaci
glikogenu będzie dostępna dla całego organizmu, ponieważ w postaci „wolnej”
dostanie się do krwi. Zależności te pokazuję na poniższym schemacie (11).
To, że 80% fosforanu pirydoksalu naszego organizmu znajduje
się w mięśniach szkieletowych związane z fosforylazą glikogenu nie znaczy, że
jest to rezerwa PLP dla naszego organizmu. Nie jest ona uwalniana z tej
struktury podczas jej deficytu, natomiast z mięśni szkieletowych do krwi
dostaje się pirydoksal podczas głodu i to wtedy, gdy rezerwa glikogenu jest w
nich wyczerpana. Na marginesie dodam, że substratem energetycznym dla mięśni
obok glukozy są kwasy tłuszczowe. Nie ma już „zajęcia” dla fosforylazy
glikogenu, ponieważ nie ma glikogenu (brak substratu – enzym nie jest
potrzebny). Powoduje to drastyczne obniżenie aktywności fosforylazy
glikogenowej (nie ma glikogenu, nie ma substratu, nie ma „co robić”). W takiej
sytuacji witamina pirydoksal może być jest wykorzystywana w wątrobie i nerce do
przemian aminokwasów. Na przykład do syntezy z nich glukozy, która będzie mogła
zasilić podczas głodu tkankę nerwową.
Dieta – dostępność
Najbogatszym
źródłem witaminy B6 są drożdże (polecam pasztet wegański z suszonych
drożdży), wątroba, mięso, rośliny strączkowe, warzywa liściaste i produkty
zbożowe pełnoziarniste. W poniższej tabeli zamieściłam kilka informacji o zawartości
witaminy B6 w różnych produktach spożywczych.
Witamina B6
jest rozpowszechniona w przyrodzie i występuje w bardzo wielu produktach
żywnościowych. Osobami szczególnie zagrożonymi jej niedoborem są kobiety w
ciąży, ludzie nadużywający alkohol, a także osoby w podeszłym wieku (powyżej 75
lat), chorzy na miażdżycę oraz różne neuropatie. Szczególnie ważne jest
zabezpieczenie pod względem witaminy B6 rekonwalescentów po Covid19.
Szkodliwość
Wykazano zaistnienie neurologicznych problemów bólowych
tylko przy nadmiernej podaży jednej z form witaminy B6, a mianowicie
pirydoksysny (). Przy pewnych terapiach podawano 200 -1000 mg na dobę i to u
niektórych powodowało zaburzenia neurologiczne. Obecnie zaleca się ograniczenie
pirydoksyny do 100 mg/dobę.
Pierwszy raz o szkodliwości nadmiaru witaminy
rozpuszczalnej w wodzie dowiedziałam się z książki Olivera Sacksa „Mężczyzna,
który pomylił swoją żonę z kapeluszem”. Tytułowe spostrzeżenie nie dotyczy
witaminy B6.
Oliver Sacks to angielski psychiatra
i neurolog, który w przedstawianej publikacji porusza trudne i równocześnie
niezwykle ciekawe problemy związane z neurologią i neuropsychologią. Dzięki
ostatniej z wymienionych dziedzin poszerzana jest wiedza dotycząca ludzkich zachowań.
Poprzez analizowanie opisanych w tej książce postaw czytelnik skłonny jest do
zadawania sobie podstawowych pytań związanych z egzystencją i, co ważne,
poszukiwania odpowiedzi na nie. Na tę niezwykle ciekawą pozycję szczególną
uwagę powinni zwrócić ci, którzy są zainteresowani szeroko pojętą psychologią
czy neurologią (tyle recenzja – taniaksiazka.pl), a ja dodam od siebie – i
witaminami.
Wszystkie organizmy
odżywiają się, ale tylko człowiek gotuje, preparuje i modyfikuje żywność oraz
poszukuje nowych kompozycji smakowych. W pierwszej połowie XIX wieku Jean Anthelme Brillat-Savarin francuski prawnik,
polityk i pisarz, zdobył sławę jako epikurejczyk i gastronom. Jest on
autorem dzieła, które Balzac uznał nie tylko za wspaniały traktat kulinarny,
ale również za jedno z najciekawszych stylistycznie dzieł stworzonych w języku
francuskim. „Fizjologia smaku, lub, medytacja nad transcendentnością gastronomii;
teoretycznie, historycznie i poprzez aktualne prace, dedykowana gastronomom
Paryża przez profesora, członka wielu oficjalnych i naukowych towarzystw” (J.A.
Brillant-Savarin, Physiologie du gout, J.P. Meline, Bruksela 1835; wyd polskie
A. Brillant-Savarin, Fizjologia smaku albo Medytacje o gastronomii doskonałej,
przeł. J Guze, PIW, Warszawa 2015). Autor stwierdzał w niej: „Powiedz mi, co
jesz, a powiem Ci, kim jesteś”. Propagował pogląd: „Rozkosze stołu są
przywilejem każdego wieku, każdej kondycji, każdego kraju, każdego dnia, mogą
być w zgodzie z wszelką przyjemnością i one na ostatek są nam pociechą po utracie
innych”. Przez dziesiątki lat powstała ogromna literatura kulinarna fachowa,
beletrystyczna i biograficzna oraz wiele programów telewizyjnych, filmów, a
nawet całych kanałów poświęconych gotowaniu.
Jeżeli chodzi o
beletrystykę, to należy podkreślić książkę „Anegdoty o przeznaczeniu”,
później wydawane jako „Uczta Babette” (1958), Karen Blixen, autorki „Pożegnania
z Afryką”, jak twierdziła dla pieniędzy wydała książkę o jedzeniu na konsumpcyjnym
rynku amerykański (film powstał w 1987 rok).
Czy jemy
tylko, aby zaspokoić głód?
Z całą pewnością
zaspakajamy głód i musimy poprzez odpowiednie dania dostarczyć organizmowi
konieczne składniki odżywcze. Często jemy zbyt dużo, z łakomstwa, czasem
kompulsywnie i potem mamy wyrzuty sumienia. Demon obżarstwa czyha – trzeba być
czujnym.
Poniżej pokazuję
wyniki ankiety przeprowadzonej przez Ośrodek SW Research dla Tesco Polska
opublikowanej w piśmie KUCHNIA, październik 2018.
Jak widać niespełna
30% ankietowanych uważa, że jedzenie jest tylko zaspokojeniem głodu. Dla
niektórych może być nawet sztuką. W swej książce profesor Charls Spence
(GASTROFIZYKA Nowa wiedza o jedzeniu, Świat książki, Warszawa 2018) pisze, że
immersyjność – obcowanie z posiłkami wykracza poza sferę doznań
fizjologicznych, a wkracza w sferę odczuć psychologicznych.
Gdzie jest granica
przejścia ze sfery fizjologicznej do psychicznej? Pewnie się zaciera, ale
wtedy, gdy już nie jesteśmy głodni.
Postrzegamy otoczenie
wszystkimi danymi nam zmysłami. Tak też analizujemy jedzenie.
„Kuchnia
molekularna”, która nie jest dziedziną biologii molekularnej, ale została
stworzona nie tylko przez kucharzy, ale przez chemika, fizyka, neurologa –
uwzględnia doznania polisensoryczne i kształtowanie sensoryczne potraw. Dla
niektórych jest sztuką, ponieważ oddziałuje na nasze poczucie estetyki.
Powstał „Food pairing” (za
ang. łączenie w pary). Metoda ta oparta jest na zasadzie, według której
poszczególne produkty spożywcze komponują się w przyjemną w naszym odczuciu
całość, gdy w swoim składzie mają podobne cząsteczki związków chemicznych.
Kucharzem, który zapoczątkował trend „food pairingu” jako dziedziny z przełomu
nauki i gastronomii, był Heston Blumenthal, szef kuchni w restauracji „The Fat
Duck”, o którym po dziś dzień jest głośno w środowisku kucharzy gotujących
molekularnie. W latach 90. poprzedniego stulecia rozegrała się historia, która
miała ogromny wpływ na kształtowanie się nauki o kombinacjach smaków. Wtedy to
właśnie Blumenthal nauczony, że odrobina soli dodana do czekolady wzmacnia jej
smak i łagodzi słodycz, postanowił odnaleźć inne słone dodatki, które spełnią
tę rolę równie dobrze. W tym celu wypróbował m.in. marynowaną szynkę z kaczki,
anchois i wreszcie kawior, który okazał się być najlepszą kombinacją: „Głęboka gładkość czekolady i maślana słoność
kawioru rozpuściły się i pysznie połączyły w ustach . Po tym
odkryciu, Blumenthal, posiłkując się bazą Volatile Compounds in Food (z ang:
Lotne związki w żywności) oraz Perfume and Flavour Materials of Natural Origin
(z ang. – Wonie i smaki materiałów naturalnego pochodzenia) Steffena
Arctandera, zaczął sporządzać swoją własna bazę molekularnych profili żywności.
Rozpoczęło to ogólnoświatową kulinarną modę. Nie tylko szefowie kuchni, ale
także specjaliści od miksologii przetrząsali naukową literaturę, próbując
ustalić, jakie smaki mogą dać dobre połączenia. W efekcie powstało mnóstwo
zaskakujących kombinacji. Prezentuję kilka z nich według Blumenthala: kawa
i czosnek, truskawka i kolendra,
mandarynka i tymianek, ogórek i fiołek, łosoś i lukrecja, karmelizowany
kalafior i kakao, banan i pietruszka, ziemniak, kawa i kapary, mango i ekstrakt
sosnowy, ostrygi i marakuja, mięta i musztarda
Wzrok
Czy „jedzenie
oczami” może sprzyjać tyciu? TAK! Podczas jedzenia zmysł wzroku może
zakłócać inne sygnały odbierane przez nasz mózg, także ten o poczuciu sytości.
Przeprowadzono eksperyment naukowy, który polegał na tym, że jedna grupa osób
zjadała posiłek z przewiązanymi oczami, a druga widząc zawartość talerza. Osoby
pozbawione podczas posiłku zmysłu wzroku zjadały średnio o 25% mniej w
porównaniu z widzącymi. Jedni i drudzy zapewniali, że czują się w pełni
nasyceni (Thibault L, Dieta dla mózgu, 2003 Francja,ISBN 83-7404-012-2). Ograniczenie
zmysłu wzroku zmusza nas do zwracania większej uwagi na sygnały z innych, informujące
o osiągnięciu stanu sytości, ale zazwyczaj traktujemy je drugoplanowo i
przestajemy jeść dopiero na widok pustego talerza albo… dna torebki z
czekoladkami.
Są restauracje
eliminujące zmysł wzroku – jest w nich zupełnie ciemno, a wyostrzone są zmysły:
dotyku, słuchu, węchu i oczywiście smaku. Jednak taka sytuacja jest krepująca i
nie sprzyja komfortowi biesiadowania.
Wolimy widzieć i być
poinformowanym o jakości żywności oraz estetyce potraw. Ważne dla naszej
degustacji jest kolorystyka potraw i otoczenia, a nawet barwa talerza. Niebieski
(siny), ale nie kobaltowy, hamuje apetyt. Kiedyś w ramach eksperymentu zrobiłam
pyszny sernik,
jak zawsze, ale podkolorowany na niebiesko. Niestety, cieszył się mniejszym powodzeniem
niż naturalny – żółtawy.
Powstał „plating” (z
ang. plate – talerz)- po polsku „robienie talerza” – prezentacja dania na
talerzu. Towarzyszą temu dekoracje i wypracowana estetyka, podnosząca jakość dania.
Często łącząca się z nielogicznym wysiłkiem ustawiania kolumn na talerzu,
dodawania „maźnięć” z sosu. W efekcie taka misterna „budowla” bywa trudna do
pokonania sztućcami, a czasem jest tak piękna, że nie chce się jej tknąć.
Podobno „plating” jest sztuką. Dla mnie szczytem pomysłowości jest podanie
potrawy na laptopie. Dokonała tego Elana Arzak w modernistycznej restauracji „Arzak”
w San Sebastian. Wykorzystuje ona elektronikę do wzmocnienia doznań podczas
posiłków. W tle jest też muzyka (GASTROFIZYKA Nowa wiedza o jedzeniu, Charls
Spence, Świat książki, Warszawa 2018).
Słuch –
dźwięk
Lubimy chrupać i
dźwięk chrupiących dań. Bodźce te dochodzą do nas z zewnątrz i z chrupania w
jamie ustnej. Z psychologii wiadomo, że proces żucia powoduje relaksację
napiętych mięśni twarzy. Pewnie dlatego lubimy sięgać po orzeszki i różne
chrupki. Jest dostępna na telefon aplikacja „akustyczne chipsy” – chrupkość +
kruchość = zwiększenie doznań i relaks („Gastrofizyka Nowa wiedza o jedzeniu”
Charles Spence, Świat książki, Warszawa 2018).
Są producenci
żywności, którzy zwracają szczególną uwagę na jej dźwięczność. Pojawiły się cukierki,
lody, czekolada z cukrem „strzelającym”.
Wiadomo, że duży hałas
wywołuje obniżenie zawartości potasu (potas bierze udział w przekazywaniu
bodźca do narząd słuchu) i podwyższenie stężenia glukozy (niebezpieczne dla
cukrzyka) we krwi, zmniejsza też percepcję barw. Taki wpływ na nas może mieć
bardzo głośna dyskoteka.
30% pasażerów samolotu
wybiera sok pomidorowym z sosem Worchesreshire (słodki i słony – może glukoza i
potas). W hałasie samolotu najsłabiej czuje się smak umami (smakowity;
zapraszam dalej).
Muzyka łagodzi
obyczaje i też wzbogaca nasze biesiadowanie. Już od połowy XVI wieku
wprowadzono „Tafelmusik” (muzyka do posiłku). Profesor Charles Spence w
„Gastrofizyce” opisuje pozytywny wpływ na zwiększenie popytu w restauracji „włoskie
na wynos” podczas puszczanej z głośnika arii śpiewanej przez Pavarottiego – „Nessun
dorma” (Turandot Pucciniego). Z kolei „Feeling good” – Nina Simone i „One for
My Baby” – Frank Sinatra – bez względu na rodzaj jedzenie zwiększało jego
konsumpcję. W eleganckich restauracjach muzyka klasyczna powodowała to, że klienci
wydawali o 10% więcej na jedzenie. Zwracanie uwagi na muzykę do jedzenia
potraktowali bardzo poważnie właściciele sieci „Chipotle” (1500 restauracji) w
USA. Zaangażowano specjalistę, który siedzi w jednej z restauracji i obserwuje:
jaka muzyka sprzyja zamawianiu największej liczby potraw („Gastrofizyka Nowa
wiedza o jedzeniu” Charles Spence, Świat książki, Warszawa 2018). Potem właśnie
te utwory puszcza się w całej sieci.
Ważna jest zgodność
rodzaju restauracji, klienteli i rodzaju muzyki. Jednak w zależności od obyczajowości
nie odpowiadają nam niektóre odgłosy podczas posiłku. Czasem nawet preferowana
jest cisza, jak w restauracjach koreańskich i japońskich.
Dotyk
Przyzwyczajeni
jesteśmy do określonych kształtów, struktur i konsystencji potraw. Zadziwia nas
makaron z zielonej herbaty, pianka z parmezanu, żurek lub mus owocowy w kulkach
– „kawior”, „rawiolki”, purre ziemniaczane w postaci piany z syfonu.
Trudno nam pobierać
pokarm bez sztućców, dotykać go. Aczkolwiek w kuchni arabskiej i niektórych
innych jest preferowany ten sposób – je się ręcznie lepiąc kulki z ryżu lub
zagarniając sos plackiem zbożowym. Pokarm bywa gorący, zimny, lepki,
ociekający, szorstki, a taki pyszny. Niektórzy preferują żywy – ostrygi. Pewien
pan mnie straszył, że jak ostryga nie piśnie podczas przełykania, to znaczy, że
nie była świeża. Okropne!
Czujemy w ustach temperaturę,
ilość pobranego pokarmu, objętość, masę, gęstość, suchość, szorstkość, kanciastość,
lepkość, śliskość, galaretowatość, sprężystość, chrupkość, ból (często nazywany
„ostrością”). Te wszystkie doznania przekazują nam komórki czuciowe, reagujące
na dotyk.
Stosujemy od dawna w
naszej kuchni zioła, jako przyprawy. Pamiętamy o ich aromacie (percepcja przez
zmysł zapachu), okazuje się, że mięta powoduje uczcie zimna, tymianek, oregano,
cząber i wanilia odczuwamy, jako ciepło. Czosnek bywa piekący, a papryka ostra,
paląca. Z kolei substytut cukru ksylitol powoduje uczucie zimna. Te wszystkie
doznania są percepowane przez zmysł dotyku.
Używamy paprykę i to
co raz ostrzejszą, ale nie opisujemy wrażeń po kontakcie z nią, jako ból, tylko
„ostry smak”. A tymczasem kapsaicyna substancja z papryki oddziałuje na
receptory bólowe (zmysł dotyku) w całym przewodzie pokarmowym począwszy od jamy
ustnej. Niestety, czujemy ją też wtedy, gdy nas „opuszcza”. Nie każdy ma do
niej przystosowany organizm i może ją źle znosić (reagować podrażnieniem
nabłonka). Zwyczajowo służyła ona do dezynfekcji jedzenia.
Na poniższej
ilustracji pokazuję skalę wprowadzoną przez amerykańskiego chemika Wilbura
Scoville’a w 1912 roku. Jest to skala ostrości, czyli pikantności, a właściwie
bólu wywoływanego jedzeniem papryki SHU – Scoville Hotness Unit (ang.) –
jednostka ostrości Scoville’a. Określa ona ilość kapsaicyny w roślinie. (Tabela wg Piotr Koluch „Świat
Konsumenta”, KUCHNIA 2009).
Restauratorzy dbają
nie tylko o muzykę, ale także o wygodne siedziska. Dla kontrastu – w sieci
McDonald znajdują się krzesła, na których trudno wysiedzieć dłużej niż 10 minut
(„Gastrofizyka Nowa wiedza o jedzeniu” Charles Spence, Świat książki, Warszawa
2018). Konsument nie powinien gościć tu zbyt długo.
Istotne w zastawie
stołowej są nie tylko talerze, ale też sztućce, ich kształt i masa.
Dla mnie
najdziwniejszym sztućcem jest widelec HAPIfork (poniższa ilustracja; http://agdlab.pl/aktualnosci/Inteligentny.widelec,3292) do trenowania
prawidłowych nawyków żywieniowych – diody rozbłyskują, a uchwyt wibruje, gdy
posiłek jest spożywany zbyt szybko. Tempo jedzenia posiłku do 15-20 minut jest
korzystne. Uważa się, że istotnym czynnikiem w dietetyce jest czas i szybkość
wkładania jedzenia do ust. Dzięki temu widelcowi użytkownik zjada mniej kalorii
i jednocześnie zaspokajając łaknienie.
Zapach
Zmysł informujący o środowisku i oczywiście jakości pokarmu – zmysł powonienia. Zapachy pobieramy przez nos i docierają one też z jamy ustnej. Odoranty są to związki chemiczne mające dla nas zapach – oddziałujące na odpowiedni receptor (Węch: Dlaczego świat nam pachnie | O zmyśle węchu i nie tylko (techlandlab.pl))
W roku 2004 przyznano Nagrodę Nobla za odkrycia związane z receptorami węchowymi i z organizacją układu węchowego dwojgu amerykańskim naukowcom: Lindzie B. Buck i Richardowi Axelowi. Na poniższym schemacie pokazuję położenie nabłonka węchowego, nie jest on w nosie, ale głębiej w kierunku mózgu (www.ppr.pl/wiadomosci/aktualnosci/skad-sie-biora-piekne-zapachy-152747).
U człowieka
obszar ten zajmuje około 3 cm2 i występuje w nim ponad
5 mln komórek węchowych. Większość estrów cechuje przyjemny, intensywny,
owocowy aromat, np. ester kaprynowo-etylowy charakteryzuje przyjemny zapach
koniaku, ester kapronowo-etylowy – trwały zapach owocowy a laurynian etylu –
aromat kwiatowy. Zapach wielu estrów kojarzy się z konkretnym owocem, np. octan
etylu z zapachem jabłka, maślan etylu z ananasem, czy octan amylu z zapachem
gruszek (Dondela B, Chrząstek
L. (2009) Wybrane estry zapachowe stosowane w kosmetyce, Chemia i Ochrona Środowiska, Prace naukowe Akademii im.
Jana Długosza w Częstochowie, 13, 29-34;
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5359574/)
Na poniższym
schemacie pokazuję czułość naszego węchu, który odróżnia od siebie izomery
chemiczne (skład, ten sam, ale inne ułożenie w przestrzeni) miętę i kminek (Berg JM., Tomyczko JL, Stryer L ,Biochemia, PWN, Warszawa 2007).
Kwas kaprowy
(sześciowęglowy, z ang. caproic acid) nadaje nieprzyjemny zapach serom („capi”,
nazwa tego kwasu pochodzi od kozy – capra). Z kolei zjełczały zapach to kwas
3-metylo maślan, a gotowana kapusta to dimetylo trójsiarczek.
Na zapachu jedzenia –
masy z orzechów arachidowych „maśle orzechowym” – opiera się test na chorobę Alzheimera. Jednym z pierwszych obszarów
mózgu dotkniętych chorobą Alzheimera jest przednia część płata skroniowego, która
wyewoluowała z układu węchowego i odpowiedzialna jest za tworzenie nowych
wspomnień. Na poniższej ilustracji pokazuję przeprowadzenie testu. Testowany ma
zamknięte oczy. Masło orzechowe (ok 14 g; łatwo dostępne) jest przysuwane
wzdłuż centymetra do prawej dziurki nosa (lewa zatkana) potem do lewej (prawa
zatkana). Jeżeli lewą dziurką czuje się bliżej nosa to prawdopodobnie mogą to
być początki choroby Alzheimera (www.wuft.org/news/2013/10/09/uf-study-uses-peanut-butter-to-help-confirm-alzheimers-diagnoses/).
Czy test
jest miarodajny – należy zapytać neurologa.
Lubię
odwiedzać pewną sieć sklepów, w której na ogół kupuje się taniej markowe
ubrania. Ja zawsze oglądam tam akcesoria kuchenne. Pewnego razu „odkryłam”
bardzo dziwny widelec (na ilustracji poniżej).
Można
go opisać: brzoskwinia w czekoladzie, ale tylko z zapachu oczywiście czekolada.
Na końcu widelca umieszcza się kawałek brzoskwini, a do otworu wkłada zapach.
Zamyka się oczy (bez zmysłu wzroku) zajada się brzoskwinię w czekoladzie według
zapachu (bez zmysłu dotyku, który zidentyfikuje przecież „nagą” brzoskwinię). Przy
świadomości spożycia mniejszej liczby kalorii osiągamy przyjemne uczucie
jedzenia „brzoskwini w czekoladzie”.
Smak
Abyśmy poczuli smak, konieczna jest ślina. Oczywiście
flora naszej jamy ustnej też nie pozostaje bez wpływu na nasze doznania
smakowe.
Wielokomórkowe kubki smakowe zawierają receptory, które
przekazują informację do oun (ośrodkowego układu nerwowego), ale smaków jest
tylko 5 – 6, odorantów dających zapachy bardzo dużo. Na poniższym schemacie
pokazuję porównanie małej liczby bodźców smakowych w porównaniu z bogactwem
percepowanych przez nas zapachów.
Często opisujemy zapach jakiegoś
dania, jak jego smak.
Po
związaniu substancji smakowej z receptorem następuje kaskada reakcji
przekazująca sygnał do odpowiedniego nerwu i dalej do naszego mózgu.
Nawet, jeśli jemy tylko po to, aby żyć, to musimy
pozyskiwać różne związki z otoczenia i pomaga nam w tym zmysł smaku.
Rozróżniamy ich tylko kilka. Słony zapewnia pobieranie jonów sodu (ok.1,5 g
dziennie). Kwaśny ostrzega przed zepsutym pokarmem. Gorzki ostrzega przed
truciznami. Słodki zapewnia substraty energetyczne. Smakowity (umami) zapewnia
niezbędne aminokwasy. Tłusty ma nas chronić przed otyłością.
Na poniższym schemacie pokazuję uproszczony model detekcji
smaków percepowanych przez receptory białkowe znajdujące się w błonach
komórkowych (Inge Depoortere Gut 2014;63:179-190).
Te białka będące receptorami smaku nazwano alfa-gustducynami.
Odpowiednie ich grupy są wyspecjalizowane do wiązania substancji słodkich,
gorzkich, umami (smakowitych – tak tłumaczy się „umami”) i kwasów tłuszczowych.
Tak kwasów tłuszczowych. Pierwsze doniesienia na temat odróżniania wśród smaków
smaku „tłustego” ukazały się w 2010 roku. Osoby obdarzone tymi receptorami są
szczuplejsze.
Smak kwaśny i słony są odbierane
przez receptory w postaci kanałów błonowych.
Różna jest czułość receptorów na „bodziec smakowy”. Na
poniższej ilustracji pokazuję to (Tablice biologiczne,W. Mizerski, 2004 ISBN
83-7350-059-6). Wydaje się, że im bardziej niebezpieczny bodziec, tym
reaktywność receptora jest większa przy niskim jego stężeniu. (przypominam:
1gram to 1000 miligramów, a 1 litr to 1000 mililitrów).
Gorzki smak ostrzega nas przed trucizną i pewnie
dlatego czułość wykrywania go jest największa. Jednak nic nam nie zastąpi
goryczy naszej ulubionej kawy (palona) czy herbaty (taniny). Gorzkawy przyjemny
dla nas smak i aromat jest wynikiem reakcji Maillarda (odkryta przez niego w
1913 roku) – nieenzymatyczne oddziaływanie między resztą aminokwasu a cukrem. Chociaż reakcję Maillarda bada się od prawie
stu lat, jej złożony charakter powoduje, iż wiele cząstkowych reakcji nie
zostało jeszcze poznanych. Na zapach i barwę ostatecznego produktu ma wpływ
wiele czynników. Należą do nich: pH, rodzaj aminokwasu i
cukru, temperatura, czas, obecność tlenu, zawartość wody, aktywność wody i inne
składniki żywności. W wielu produktach, na przykład w kawie, aromat tworzy
mieszanina produktów reakcji Maillarda i karmelizacji. Jednakże, karmelizacja
zachodzi w temperaturze powyżej 120-150 °C, podczas gdy reakcja Maillarda
już w temperaturze pokojowej.
Wiele potraw (chleb czy inne wypieki, smażone mięsa, słodycze takie,
jak: krówki, toffi, kajmak) dzięki niej uzyskuje swoje charakterystyczne cechy
– barwę, smak i aromat. Powstające melanoidyny mają korzystne
właściwości przeciwutleniające. Z kolei akrylamid, substancja nie zawsze obojętna
dla zdrowia, powstaje też w reakcji reszty cukru z resztą aminokwasu w
temperaturze od 180oC. (Hervé
This. Kuchnia i nauka, Warszawa 1998 (tyt. oryginału Les secrets de
la casserole; ŻYWNOŚĆ. Nauka Technologia. Jakość, 2007,2 (51), 5 – 16.) Na
poniższym schemacie pokazuje powstawanie akrylamidu.
Od roku 2002, kiedy to szwedzcy eksperci po raz pierwszy opublikowali
dane o wysokiej zawartości akrylamidu w niektórych produktach spożywczych,
problem ten interesuje i niepokoi wielu konsumentów. Niestety tak lubiane frytki,
gdy są przegrzane (powyżej 180oC) mogą zawierać niekorzystny dla naszego
zdrowia akrylamid.
Cierpkość należy do smaku
gorzkiego, ale też wiąże się nie tylko z pobudzeniem odpowiedniego receptora
alfa-gustducyny. W produktach roślinnych występują taniny (garbniki
roślinne, garbniki naturalne, E181). Są one grupą organicznych związków chemicznych, pochodnych fenoli, naturalnie wytwarzanych przez rośliny. Służą do
garbowania skór. Masa cząsteczkowa tanin porównywalna jest ze średniej
wielkości białkami. Wyróżniane są taniny łatwo hydrolizujące oraz
skondensowane. Przypominam też o kongenerach występujących w napojach
alkoholowych (zapraszam: „Puste kalorie – wódeczka”). Na poniższym schemacie
pokazuję zachowanie się tanin w naszej jamie ustnej (https://talesofthecocktail.com/in-depth/
sandpaper-tea-science-astringency).
Oddziałują one z białkami śliny i powodują nieprzyjemne
uczucie cierpkości i „trampka w gębie”. Okazuje się, że nie zawsze łączy się to
z zaburzeniem gospodarki wodno-elektrolitowej.
Słony jest jon Na+ i jest dla nas niezbędny
do życia. Musimy zjeść codziennie jego odpowiednią ilość (towarzyszy mu także
niezbędny dla nas jon chlorkowy – Cl–). Źródłem sodu poza pokarmem
są wody mineralne. Sól jest szeroko stosowanym konserwantem. Atrakcyjne sole
smakowe, czyli z dodatkiem różnych substancji, nawet czerwonego wina
(wysuszone) goszczą w Kuchni molekularnej.
Co jest interesujące, to fakt, że słony smak moduluje odczuwanie innych smaków i na to zwrócili uwagę
twórcy Kuchni molekularnej.
Kwaśny
Kwaśny smak ostrzega nas przed zepsutą żywnością.
Jednak nie stronimy od cytryn, kiszonej kapusty, ogórków, buraków, żurku,
marynat oraz rozmaitych octów. Kiszenie potraw stało się sposobem na ich
konserwację i okazało się, że tą drogą możemy otrzymać prozdrowotną żywność.
Kwaśny jest smakiem kwasu organicznego lub
nieorganicznego, a kwas to protony [H+ ] i to one oddziałują na receptor.
Zaskakujące jest to, że bardzo słodka coca-cola ma pH 3,5,
a ocet z grzybków też pH 3,5 (roztwór kwasu octowego – CH3COOH).
Okazuje się, że przy smaku słodkim kwaśny jest przyjemniejszy.
Umami, czyli smakowity
Na początku XX wieku profesor Kikunae
Ikeda of Tokyo Imperial University zastanawiał się,
jaki związek łączy
smak szparagów,
pomidorów,
sera i mięsa,
ale nie jest jednym z dobrze znanych smaków słodkim,
kwaśnym,
gorzkim czy słonym.
Zbadał
kombu – roślinę morską używaną do
gotowania tradycyjnej japońskiej zupy. 100 g suszonego kombu
zawiera l g glutaminianu sodu. Nazwał ten smak „umami”
. To smak aminokwasów (Glu – glutaminianu, Asp – asparaginianu i pokrewnyh).
Dopiero w 2000 roku opisano receptor przekazujący
smak umami.
Jednosodowy Glu (glutaminian monosodowy, MSG, E621)dodany
do wielu potraw poprawia ich smak (główny składnik
sosu sojowego).
Glutaminian (E620) w naszym organizmie jest składnikiem
peptydów i białek oraz glutationu (GSH – działanie oksydoredukcyjne). Jest
neuroprzekaźnikiem, substratem energetycznym, aminokwasem glukogennym,
substancją do syntezy aminokwasów oraz wpływającą na ich metabolizm (zapraszam:
„Criminal story”)
Obok wspomnianych aminokwasów również nukleotydy, jak IMP (inozynomonofosforan) i GMP (guanozynomonofosforan) wywołują podobne wrażenia. Są one stosowane w produkcji żywności.
Tłusty
Osoby odnajdujące tłusty smak w potrawach mają niższe
BMI (body mass index – ang. = masa ciała podzielona przez kwadrat wzrostu) (Stewart
JE, Feinle-Bisset C,Golding M, Delahunty C,
Clifton PM, Keast RSJ. Oral sensitivity to fatty acids,
food consumption and BMI in human subjects. Brit J Nutr 104(2010) pp 145-152
doi:10.1017/S0007114510000267). Generalnie są szczuplejsze.
Oleje to kwasy tłuszczowe i nie mają przyjemnego smaku,
ale jesteśmy do nich przyzwyczajeni. Z kolei masło jest też tłuszczem, ale
składa się głównie z trójacylogliceroli (ma znikome ilości wolnych kwasów
tłuszczowych) i jedząc je odczuwamy smak substancji towarzyszących pochodzących
z mleka. W maśle klarowanym jest ich bardzo mało i niespecjalnie jest ono dla
nas smakowite.
Słodki
W percepcji glukozy, fruktozy i innych cukrów bierze
udział 30% wszystkich receptorów smakowych wyposażonych w odpowiednią
alfa-gustducyną.
Słodki smak mają też pochodne cukrów alkohole występują
w owocach: sorbitol (sześciowęglowy, E 420), erytrol – erytrytol (czterowęglowy,
E 967), ksylitol (pięciowęglowy, E 967). Substancja ta pozyskiwana z brzozy,
oddziałuje też na zmysł dotyku, ponieważ rozpuszczając się w wodzie, absorbuje
ciepło i to powoduje uczucie zimna (Kowalowski P, Kowalowska M, Stanowska K,
Burczyk J, Naturalne środki słodzące w świetle dopuszczalności ich spożycia w
Polsce i krajach Unii Europejskiej, Postępy Fitoterapii 1/2004, s. 4-9).
Na poniższym schemacie pokazuję naturalne substancje
słodzące.
Na powyższym schemacie zwracam uwagę na kaloryczność i IG (indeks
glikemiczny, tak ważny dla dietetyki).
Dla producentów żywności ważne jest odczuwanie
przez konsumentów słodkiego smaku. W związku z tym nasze odczucie smaku słodkiego jest
analizowane pod kątem hodowli odpowiednio słodkich odmian jabłek (Sweet taste
in apple: the role of sorbitol, individual sugars, organic acids and volatile
compounds Sci Rep. 2017; 7: 44950).
Niestety, od roku 2021 będą opodatkowane produkty o dużej zawartości cukru
(chyba chodzi o dwucukier sacharozę).
Oszukiwanie receptora słodkiego smaku –
słodziki
Wiele dobrego dla osób „łaknących” słodyczy zrobiło
wykrycie różnych słodzików. Na poniższym schemacie pokazuję przykłady:
sacharyna (niesłusznie zniesławiona), aspartam i cyklaminian sodu.
Na poniższym schemacie pokazuję naturalne substancje
słodzące – udające słodki smak (Kowalowski P, Kowalowska M, Stanowska K,
Burczyk J, Naturalne środki słodzące w świetle dopuszczalności ich spożycia w
Polsce i krajach Unii Europejskiej, Postępy Fitoterapii 1/2004, s. 4-9)
Ich słodycz odczuwamy z różną
intensywnością. Na powyższym schemacie w owalach podałam informację ile razy
bardziej są one dla nas słodsze od sacharozy, czyli cukru z cukierniczki.
Smak niezwykły – durian
Poniższe zdjęcie duriana zrobiłam na targu w Pekinie
DURIAN (zybuczkowiec właściwy, Durio zibethinus
z rodziny wełniakowatych, Bombacaceae) to olbrzymie drzewo, dochodzi do
50 m wysokości, o owocach owalnych, pokrytych grubymi kolcami, mogą mieć 30 cm
długości i 15 cm średnicy, a ważyć ponad 2 kg. Owoc to torebka pięciokomorowa,
w każdej komorze znajduje się kilka nasion wielkości kasztanów otoczonych
kleistą, budyniowatą osnówką. Właśnie ta osnówka przyciąga smakoszy. Różne są
opisy smaku durianu i rozkoszy związanych z jego jedzeniem. Prof. Pieniążek tak
pisze: „Smak miąższu jest niezwykle wykwintny. Można w nim doszukać się smaku
sera śmietankowego i migdałów, sosu cebulowego i sherry. Miąższ rozpływa się w
ustach. Im więcej się je duriana, tym trudniej jest się go wyrzec. Podobno popełniano
morderstwa dla zdobycia tych owoców. Nie nadaje się do transportu ze względu na
nieprzyjemny zapach”.
Ojej nie czuję smaku czosnku
Właśnie
tak, jak odbieramy zmysłami czosnek, tak opisujemy smak potraw. Czosnku w ogóle
nie odbieramy zmysłem smaku. Może po upieczeniu czosnek jest trochę słodki i to
jest jego jedyny smak. Czujemy jego silny odorant – zapach i czasami „ostrość”,
ale tę oczywiście percepujemy zmysłem dotyku – receptorami bólowymi. Pytam: czy
czosnek ma smak? O, tak dla nas, jak najbardziej, ale to nieprawda.
Obecnie w obliczu chorowania na Covid19 niektóre osoby tracą przejściowo smak i węch lub mają zaburzenia w ich odczuwaniu. Zadaję pytanie, czy rzeczywiście potrafimy oddzielić bogactwo węchu od skromnego odczuwania smaku?
W ciemnozielonych
liściach szpinaku odkryto kwas foliowy nazywany też folacyną. Jest to witamina
rozpuszczalna w wodzie i nie kumulująca się w naszym organizmie, jak np.
witamina B12. Wspominam tu o B12, ponieważ działanie
metaboliczne kwasu foliowego i tej witaminy jest ze sobą powiązane.
Wracając do liści
szpinaku, to właśnie z nich w 1941 roku Herschel K. Mitchell, Esmond E. Snell
i Roger J. Williams wyizolowali poprzez ekstrakcję substancję, którą nazwali „folic”. Po
łacinie folium znaczy liść. Nazywana ona była też witaminą B9, Bc
(od badań prowadzonych na kurczakach – z ang. chicken) i M (od badań prowadzonych
na małpach – z ang. monkey).
Produkowana jest
przez rośliny, ale występuje w żywności dla nas dostępnej pochodzenia
roślinnego i zwierzęcego.
Struktura
Kwas foliowy to grupa związków pochodnych pterydyny,
kwasu para-aminobenzoesowego (PABA) i kwasu glutaminowego (aminokwasy tworzą
„ogon” z polimeru), z których powstaje kwas pteroiloglutaminowy – PteGlu. Na
poniższym schemacie pokazuję ten związek
W naszym organizmie aktywność metaboliczną ma kilka
pochodnych terahydrofolianu (THF). Duże znaczenie dla aktywności metabolicznej
THF ma długość łańcucha z reszt glutaminianu (od 2 do 12). Na przykład: penta-
i heksaglutaminian jest przenośnikiem grupy metylowej, podczas gdy
heptaglutaminian występuje głównie w postaci wolnego THF. Można przypuszczać,
że istnieje określony związek między rodzajem przenoszonego fragmentu
jednowęglowego a długością łańcucha poliglutaminianowego (Moszczyński P., Pyć
R, “Biochemia witamin”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Łódź 1999).
Przetwarzanie w
przewodzie pokarmowym
W żywności występuje forma pteroilo-poliglutaminianu (z
„ogonem”od 3 do 7 cząsteczek kwasu glutaminianowego). Jest ona w jelicie
hydrolizowana do monoglutaminianu. Folacyna jest wchłaniana w jelicie i duża
jej część ulega redukcji do THF przy udziale enzymu reduktazy folianowej
współdziałającej z NADPH (pochodna witaminy B3). W osoczu najwyższe
stężenie jest pochodnej 5-metyloTHF (5-MTHF). Ta substancja też występuje w
suplementach diety w postaci soli wapnia. Nadmierna podaż tego produktu
spożywczego może powodować zaburzenie wchłaniania witaminy z naturalnej żywności.
Dystrybucja
ogólnoustrojowa
Foliany z nabłonka jelita z krwią dostają się do wątroby i tam ulegają przemianie w formę aktywną. Metabolicznie aktywne formy wydzielane są z żółcią do jelita (krążenie wątrobowo-jelitowe), w którym są wchłaniane, a następnie przenoszone przez krew do tkanek. Na poniższym schemacie pokazuję wędrówkę witaminy z przewodu pokarmowego do tkanek (Folate, Folinic Acid & Methyltetrahydrofolate | FX Medicine).
Poznano dwa transportery zaangażowane we wchłanianie do komórki docelowej pochodnych kwasu foliowego. Jeden transporter o wysokiej wydajności, ale małym powinowactwie RFC (folate reduced carrier – z ang.). Drugi transporter o wysokim powinowactwie dla 5-MTHF, który nazywa się folianowy receptor (FR – z ang folate receptor). RFC znajdowany jest w wielu tkankach, natomiast FR występuje w normalnie zróżnicowanej tkance nabłonkowej, w łożysku, nerce, nabłonku pigmentowym siatkówki, w mózgu (choroid plexus), w płucach. Wykrywany jest też w wielu tkankach nowotworowych pochodzenie nabłonkowego: macicy, jajników, sutka, jelita. (Michele M. Doucette M.M., Stevens V.L., Point Mutations Alter the Cellular Distribution of the Human Folate Receptor in Cultured Chinese Hamster Ovary Cells, J. Nutr., 2004, 134, 308 – 316).
Oddziaływanie w
komórce docelowej – metabolizm
THF jest koenzymem enzymów należących do klasy
Transferaz (zapraszam: „Działanie
bez sił witalnych – enzymy”), które przenoszą fragmenty
jednowęglowe.
Koenzymami są różne pochodne kwasu terahydrofoliowego. THF przyjmuje grupę jednowęglową i przenosi ją na odpowiednie akceptory. W organizmie występują następujące formy reaktywne THF : metylo-, metyleno-, metenylo-, formylo-, formimino- THF.) Forma metyleno-THF przekształcana jest w formę metenylo-THF, a ta druga przekształcana jest z kolei w formę metylo-THF przy udziale NADPH (witamina B3). Z kolei metylo-THF jest przekształcany w THF pod wpływem działania syntazy metioniny (witaminaB12). Jest to istotna dla ogólnoustrojowego metabolizmu droga regeneracji wolnego THF (Meisenberg G., Simmons W.H.„Principials of Medical Biochemistry”, 2. wydanie , Mosby Elsevier, 2006). Głównymi dawcami jednowęglowych grup, które przenoszą THF, są: glicyna, seryna (aminokwas egzogenny), cholina (amina czwartorzędowa), histydyna (aminokwas względnie egzogenny) oraz mrówczan (przy zatruciu alkoholem metylowym). Jednowęglowa grupa przenoszona przez THF ze względu na swą strukturę chemiczną występuje na jednym z trzech poziomów utlenienia — mrówczanu, formaldehydu lub metanolu. Na poniższym schemacie pokazuję te zawiłe zależności.
Z
lewej strony na schemacie znajdują się „dawcy” grupy jednowęglowej, a po prawej
stronie „biorcy”. Zawsze w przenoszenie zaangazowany jest jeden z folianów.
Dla
czytelników bardziej wnikliwych zamieściłam schemat bardziej „drobiazgowy” z
Biochemii Harpera.
Na powyższej
ilustracji zaznaczone jest, jak niedobór różnych substancji wpływa na
metabolizm i dostępność folianów.
THF jest przenośnikiem jednowęglowych grup potrzebnych
do syntezy puryn, pirymidyn i niektórych aminokwasów.
We wszystkich reakcjach, poza jedną, THF nie ulega
degradacji i dezaktywacji. Tą jedyną przemianą jest utlenienie THF do
dihydrofolianu podczas syntezy nukleotydu –deoksytymidylanu (dTTP), który jest
niezbędny do powstania DNA. Reakcję tę katalizuje syntaza tymidylanowa, której
koenzymem jest metyleno-THF. Do deoksyurydylanu zostaje przyłączona grupa
jednowęglowa i jednocześnie następuje redukcja. W efekcie powstaje
deoksytymidylan i dihydroterahydrofolian DHF. Następnie w celu zregenerowania
THF działa na DHF reduktaza (z koenzymem będącym pochodną witaminy B3).
Istotną reakcją dla przeżywalności komórki jest regeneracja tetrahydrofolianu
(THF), czyli redukcja dihydrofolianu (DHF à
THF).
Działanie pozostałych
enzymów z THF nie powoduje jego utlenienia – pozostaje zawsze tetrahydrofolian.
Do tych enzymów należy hydroksymetylo transferaza serynowa, która katalizuje
odwracalną przemianę seryny w glicynę (potrzebna jest też witaminaB6)
z wytworzeniem metyleno-THF.
Z kolei ważna dla
metabolizmu metioniny i jej pochodnych jest aktywność syntazy metioninowej
(metylotransferazy tetrahydropteroilo-glutaminianowej), katalizującej
metylowanie homocysteiny do metioniny, przy czym dawcą grupy metylowej jest
metylo-THF. W wyniku tej reakcji następuje też powstawanie wolnego THF (forma
wolna od reszt jednowęglowych). Syntaza metioniny (zapraszam „Ciriminal story –
aminokwasy” i „Czy jeść witaminy garściami?
Witamina krwiotwórcza”) jest cytoplazmatycznym enzymem związanym z witaminą
B12. Forma aktywna tego enzymu powstaje w wyniku metylacji kobalminy
przy udziale 5-metylo-THF. Produktami tej reakcji jest metylokobalamina
związana z enzymem i wolny THF. Następnie syntaza metioniny wchodzi w reakcję z
homocysteiną. Produktem przemiany są metionina i kobalamina połączona z
enzymem. Ostatecznie na stężenie homocysteiny w osoczu wpływają trzy witaminy:
folacyna, B12 i B6. Poniżej pokazuję te zależności (Proceedings of the Nutrition Society (2019), 78,
449–462). Ten schemat jest według artykułu naukowego z 2019 roku, okazuje się,
że ciagle kwas foliowy jest w kręgu zainteresowań badaczy.
Na schemacie są cztery koła/cykle metaboliczne, a elementem
wspólnym jest folian. Krąg fioletowy to opisana już przemiana homocysteiny w
metioninę, która z kolei wchodzi w skład koenzymu S-adenozylo metioniny (SAM).
SAM ostarcza do wielu metabolitów resztę jednowęglową, podobnie jak enzymy z
folianami, ale tylko metylową (-CH3). Pośrednio ma to wpływ na
homeostazę oksydoredukcyjną komórki. Pewna ilość homocysteiny (nie zużyta do
syntezy metioniny i jednocześnie regeneracji THF) będzie uczestniczyć poprzez
kilka przemian w syntezie glutation (GSH). Istotnej dla naszych komórek
substancji redukującej (GSH) i utleniającej (GSSG). W zielonym kole pokazany
jest cykl folianowy. Należy zwrócić uwagę na wpływ metabolizmu folianów: jedna pochodnaTHF
uczestniczy w syntezie deoksytymidylanu (substratu w syntezie DNA), a inne
pochodne THF w syntezie puryn. Jak już wspomniałam tylko w syntezie deoksytymidylanu
THF towarzyszący enzymowi syntazie tymidylanowej jest degradowany do DHF (THF
ma 4 wodory, a DHF 2). Jest to kluczowa reakcja ograniczająca metabolizm folianów.
Gdyby nie natychmiastowa regeneracja THF z DHF poprzez działanie enzymu reduktazy
THF (DHFR – z ang. dihydro tetrafolic reductase) współpracującej z pochodną
witaminy B3 praca metaboliczna witaminy folacyny na naszą rzecz
skończyłaby się. Działanie DHFR jest wykorzystane w leczeniu meteotrekastem
osób z reumatoidalnym zapaleniem stawów. Metotreksat jest podobny w swej
budowie do DHF i skutecznie hamuje kompetycyjnie działanie DHFR. Metabolizm
komórek szybko dzielących się na rzecz patologii jest uszkadzany, a ich
namnażanie jest zredukowane. Lek ten jest z powodzeniem stosowany od blisko
czterdziestu lat.
W zielonym kole znajdują się też puryny, które są
substratami w syntezy nukleotydów, a te z kolei substratami do powstawania DNA,
RNA i wielu kofaktorów, między innymi też SAM i tetrahydrobiopteryny (HB4).
BH4 jest substancją endogenną wyprodukowana przez nasz organizm z
nukleotydu GTP. Bierze ona udział w następujących reakcjach enzymatycznych:
– hydroksylaza tryptofanu (TPH) – przekształcenie
tryptofanu w 5-hydroksytryptofan – z niego powstaje serotonina –
neuroprzekaźnik i hormon tkankowy,
– hydroksylaza fenyloalaniny PAH) – przekształcenie
fenyloalaniny w tyrozynę – aminokwas o wielu zastosowaniach, między innymi
bierze udział w powstawaniu hormonów jodowanych tarczycy,
– hydroksylaza tyrozyny (TH) – przekształcenie tyrozyny w
DOPA – z niego powstaje neuroprzekaźnik dopamin, noradrenalina i barwniki
naszego ciała,
W
reakcjach metabolicznych tetrahydrobiopteryna oddaje dwa z czterech wodorów
(utlenia się), a jej regeneracja może być katalizowana przez specyficzny w
stosunku do BH2 enzym reduktazę
dihydropterydyny (QDPR – z ang.: quinoid dihydropteridine
reductase) (QDPR) (MedlinePlus
Genetics). Drugi enzym katalizujacy tę reakcje to wspomniany
już enzym regenerujący THF z DHF, czyli ten kluczowy dla przemian folianów
DHFR. Co prawda DHFR ma większe powinowactwo do DHF (woli ten substrat), ale
zawsze konkurencja pozostaje. Szczególnie w sytuacji nadmiernej suplementacji
właśnie BH4. Na poniższej ilustracji pokazuję tę zależność i
znaczenie jej dla ogólnego metabolizmu.
Podkreślam, że powstanie
tetrahydrobiopteryny zależy od syntezy puryny guaniny (składnik GTP, w syntezie
puryn uczestniczą pochodne THF), a z kolei jej regeneracja jest konkurująca o
enzym z dihydrofolianem. Z kolei BH4 bierze udział w syntezie
neuroprzekaźników. Łatwo więc o wniosek, że stosowanie folianów w depresji może
być pomocne (Fava M, Mischoulon D. Folate in depression: efficacy, safety,
differences in formulations, and clinical issues. J Clin Psychiatry 2009;70
Suppl 5:12-17). W tym miejscu, jak zawsze, pragnę przestrzec
przed suplementami – odżywkami. Można zmierzyć we krwi stężenie homocysteiny,
która podkreślam, jest wskaźnikiem niedoboru kwasu foliowego, a także oznaczyć
kwas foliowy i witaminę B12. Suplementowanie się BH4 też
jest dostępne, ale to temat na inny artykuł. Tu skupiam się na folianach.
Nawiązując do
oznaczeń stężeń i popularnej używki etanolu, to stężenie witaminy
B12 u osób nadużywających alkoholu jest wyższe niż w grupie
kontrolnej (gdzie średnie spożycie alkoholu nie przekraczało 20 g dziennie
(poniżej 140 g/ tydzień). Nadużywanie alkoholu zwiększa też stężenie
homocysteiny we krwi. Paradoksem jest to, że w takich przypadkach występuje dużo
B12 , ale za mało kwasu foliowego, aby przekształcić homocysteinę w
metioninę i może to wiązać się ze znacznym niedoborem folianów w diecie. W
opisanej sytuacji korzystnie poprawi stan zdrowia podaż folianów, która
zmniejszy hyperhomocystynemię (http://kosmos.icm.edu.pl/PDF/2012/57.pdf).
Jednak nie można pozostawić suplementacji bez kontroli stężenia homocysteiny we
krwi.
Naturalne źródła
pokarmowe folacyny
Folacyna w żywności występuje w postaci mono- i
poliglutaminianów. Najbardziej wydajne naturalne źródła folacyny to: szpinak, jarmuż,
brokuły, brukselka, kalafior, sałata, drożdże oraz żółtko jaj i wątroba.
Oczywiście warzywa są najlepszym i najważniejszym
źródłem folianów dla naszego organizmu, a na szczególną uwagę zasługuje
szpinak, który jest jednym z najbogatszych źródeł kwasu foliowego, ale
jednocześnie zawiera bardzo aktywną koningazę — enzym, katalizujący rozkład
poliglutaminianowych pochodnych folianu. Inaktywacja tego enzymu, np. przez
blanszowanie mikrofalowe, w istotnej mierze zmniejsza straty folianów.
Podczas gotowania warzyw powstają straty kwasu
foliowego, ponieważ jest on wypłukiwany do wody, w której się gotuje.
Przykładowo: surowa kapusta zawiera 30 mg kwasu foliowego w 100 g surowca, a po
ugotowaniu w wodzie już tylko 16 mg; brokuły surowe 170 mg, a po ugotowaniu już
tylko 65 mg.
Uważa się, że w społeczeństwie mogą być niedobory
folianów i tak, jak kiedyś zaczęto dodawać jod do soli spożywczej – NaCl (co
obecnie jest zupełnie bez sensu), tak chciano je dodawać do mąki. Robi się tak
w niektórych krajach. Należy pamiętać, że folacyna – jest doskonale
rozpuszczalna w wodzie – w zależności od sposobu przygotowywania potraw do
gotującej wody może przejść nawet ponad 90% kwasu foliowego. Należy gotować
krótko w małej ilości wody i wykorzystywać ją do sporządzania np. zup, sosów. W
czasie przemiału zbóż na jasną mąkę lub podczas produkcji kasz
wysokooczyszczonych (kasza manna) tracone jest 60-80% witaminy.
W
celu oceny spożycia folianów FAO i WHO wprowadziły pojęcie równoważnika folianów (DFE, ang.dietary folate
equivalents). Przyjmuje się, że 1 μg syntetycznego kwasu foliowego,
obecnego w spożytej żywności wzbogaconej, dostarcza 1,7 μg równoważnika
folianów, a w formie suplementu diety pobranego na czczo – 2 μg
równoważnika folianów (ROCZN.
PZH 2011, 62, Nr 3, 247 – 256). Obecnie dla osób dorosłych proponuje się
spożycie folianu na poziomie 400 mikrogramów dziennie. Zalecane jest zwracanie
uwagi na kwas foliowy u osób planujących prokreację i to zarówno u przyszłych
mam, jak i ojców. Kobiety w ciąży i karmiące też na ogół suplementują się tą
witaminą w ilości zalecanej przez terapeutę.
Argumenty za zwracaniem uwagi nasz kwas
foliowy
Istnieje kilka mechanizmów wyjaśniających skuteczność
terapii kwasem foliowym (Kosmos Tom 68 2019 Numer 2 (323) Strony 249–257). Jak
już wspomniałam foliany wpływają na metaboliz BH4, niezbędnego
kofaktora w mechanizmie produkcji tlenku azotu przez śródbłonkową syntazę
tlenku azotu. Tlenek azotu jest odpowiedzialny za rozszerzenie tętnicy
ramiennej (indukowanej przepływem) wyłącznie u ludzi. Ponad to kwas foliowy obniża
stężenia homocysteiny (jest przekształcana przy jego udziale w metioninę),
która może być czynnikiem rozwoju zmian miażdżycowych. Folacyna może
przyczyniać się do poprawy funkcji śródbłonka. Mając na uwadze wielokierunkowe
biologiczne działanie folianów, ich wpływ na nasze zdrowie oraz ryzyko
niedoboru, ocena ich spożycia oraz oznaczanie stężenia we krwi, a szczególnie
homocysteiny (wskaźnika niedoboru folianu) powinny być cyklicznie wykonywane w
ramach monitoringu medycznego i dietetycznego.
Na zakończenie pytanie: „jesz zielone”? Odpowiedź: „jem zielone dla pozyskania folianu”
Obywatel USA, Linus Carl Pauling (ur. 1901– zm. 19 sierpnia1994) (https://pl.wikipedia.org/wiki/Linus_Pauling) dwukrotnie dostał nagrodę Nobla:- jedną w dziedzinie chemii (1954) za prace nad wiązaniami chemicznymi i ich zastosowanie w wyjaśnieniu budowy związków kompleksowych oraz Pokojową Nagrodę Nobla (1962) za wysiłki na rzecz rozbrojenia i kampanię przeciwko próbom jądrowym. W latach 1935–1939 koncentrował się na problemach z obszaru interdyscyplinarnego – między fizykochemią i biologią, czyli nauką o życiu. Interesowała go biologia molekularna, ściśle powiązana z genetyką, biochemią, biofizyką, cytologią i innymi obszarami nauki, w których istotne jest pojęcie aktywności biologicznej. Pauling był zwolennikiem kontroli sprzedaży i reklamy witamin, jednak sprzeciwiał się traktowaniu ich jako leki. Sam jadł je podobno garściami i gdy miał 80 lat, nadal aktywnie uczestniczył w konferencjach dotyczących zagadnień naukowych, obrony pokoju i innych. Propagował podawanie dożylnie dużych dawek witaminy C w celu leczenia osób chorych na raka, a z kolei przy schizofrenii zalecał witaminę B3 (podawaną doustnie).
Zaproponował kontrowersyjną zmianę w medycynie – wprowadzenie
„medycyny ortomolekularnej” (Science 1968, Orthomolecular medicine describes
the practice of preventing and treating disease by providing the body with
optimal amounts of substances which are natural to the body). Można obecnie
porównać to do stosowania w rozsądny sposób suplementów będących naturalnymi
składnikami naszego organizmu w celu zapobiegania chorobom i podczas terapii. Instutut imienia Linusa Pauling zajmuje się nadal witaminami
(Higdon J., Drake V.
J., Mock D., Linus Pauling Intitute’s Micronutrient Information Center, Oregon
State University, 2000 – 2008, http://lpi.oregonstate.edu/infoceter/vitamins/).
Witaminy należą do tych substancji, których organizm ludzki
nie wytwarza, a występują one w naturalnych dla nas pokarmach. W sytuacjach, w
których uważamy, że nasza dieta jest niewystarczająca, sięgamy po witaminy
syntetyczne lub ich oczyszczone i zagęszczone formy, pochodzenia naturalnego.
Występują one nie tylko w postaci preparatów doustnych, czy iniekcjach, ale
także w kremach.
Tabletki lub krople dostają się do naszego przewodu
pokarmowego. Tam, podobnie jak inne składniki żywności ulegają strawieniu, a
następnie wchłonięciu. Z krwią żyłą wrotną dostają się do wątroby, największej
przetwórni naszego organizmu. W tym narządzie witaminy ulegają właściwym dla
każdej z nich przemianie metabolicznej prowadzącej do ich „uzdatnienia”, jako
substancji biologicznie czynnej. W wątrobie też syntetyzowane są białka osocza,
będące transporterami witamin we krwi. Z osoczem witaminy lub ich metabolity
dostarczane są do komórek docelowych.
Substancje rozpuszczalne w tłuszczach i oczywiście też witaminy rozpuszczalne w tłuszczach mogą dostawać się do organizmu nie tylko przez przewód pokarmowy, ale też bezpośrednio poprzez nabłonek (błony śluzowe) i skórę (krem, maść na przykład z witaminą A). Witaminy z tej grupy w przewodzie pokarmowym, w którym jest środowisko wodne, podlegają takiemu transportowi, jak inne substancje tłuszczowe. Wymagają formowania micelli z udziałem kwasów żółciowych. Jeżeli witaminę rozpuszczalną w lipidach naniesie się na powłoki naszego ciała, to powinna ona być wchłonięta do organizmu człowieka, podobnie jak niektóre leki (na przykład nitrogliceryna – związek dobrze rozpuszczalny w tłuszczach). Z kolei witaminy rozpuszczalne w wodzie nie powinny pokonywać bariery, jaką jest skóra, chroniąca nas przed środowiskiem zewnętrznym, ale czasami w kosmetykach lub lekach występują liposomy (lipidowe kuleczki) wypełnione związkami rozpuszczalnymi w wodzie. Właśnie zastosowanie liposomów jest specjalną drogą podawania substancji rozpuszczalnych w wodzie poprzez bariery lipidowe do komórek. Są takie preparaty witaminy C o zwiększonej przyswajalności dzięki zastosowaniu liposomów. Jeśli zaś chodzi o stosowanie kremów z witaminami rozpuszczalnymi w wodzie to stworzono z nich preparaty lipofilne („tłuszczolubne”). Przykładem tego jest ester kwasu askorbinowego (witamina C) z kwasem palmitynowym (palmitynian askorbinylu nie jest z kolei rozpuszczalny w wodzie). Związki transdermalne dostają się do krwi obwodowej i z nią docierają do tkanek. Omijają w ten sposób wątrobę i nie ulegają tam transformacji przed bezpośrednim kontaktem z komórka docelową.
Dla właściwego zaopatrzenia naszego organizmu w witaminy
istotne jest utrzymanie w należytej kondycji mikroflory jelitowej, ponieważ ona
generuje dla człowieka niektóre witaminy. Jednak ostatnio propaguje się dla wegan
rozważną suplementację. Należy zwrócić uwagę na fakt, że substancje uwalniane
przez symbiotyczne bakterie jelitowe dostają się do tkanek obwodowych z
pominięciem wątroby lub nie są w ogóle wchłaniane. Konsekwencje tego faktu mogą
być różne.
Witaminy są niewielkimi cząsteczkami organicznymi, które na
terenie naszego organizmu stają się istotnymi elementami struktur biorących
udział w katalizowaniu wielu reakcji anabolicznych i katabolicznych. Należą do nich kofaktory reakcji, bywają związane z białkami
enzymatycznymi i strukturalnymi oraz działają jak antyoksydanty, a także
hormony. Niektóre z nich mogą być
magazynowane na terenie naszego organizmu, ale mimo to powinny być składnikami naszej codziennej
diety. W ciągu wielu dziesięcioleci badań naukowych prowadzonych nad naszym
„uzależnieniem” od tych substancji egzogennych wykryto, że ludzki organizm jest
w stanie syntetyzować niektóre z nich (A, D, B3).
Witaminy podzielono bardzo dawno temu na rozpuszczalne w
wodzie i rozpuszczalne w tłuszczach, ale badania ostatnich dziesięcioleci
przyniosły nowe spojrzenie na niektóre z tych substancji egzogennych.
Przykładem wyników tych badań jest witamina D. Otóż, podczas jednego z
posiedzeń Konferencji Polskiego Towarzystwa Biochemicznego na początku lat
90-tych zeszłego wieku padło pytanie, kiedy powinniśmy opisywać ją, jako
witaminę, a kiedy jako hormon. Wtedy profesor Edward Bańkowski odpowiedział, że
jeżeli nasz organizm potrafi wyprodukować związek w ilościach utrzymujących nas
w zdrowiu to jest to hormon, a jeżeli pobieramy go z zewnątrz, staje się
witaminą. Obecnie podobnie, jak z witaminą D, jest też z witaminą A, którą nasz
organizm wytwarza z b-karotenu.
Pojęcia określające stan organizmu pod względem
zawartości w nim witamin
Awitaminoza – bardzo duży niedobór jednej lub wielu witamin, na przykład powodujący szkorbut (brak witaminy C), krzywicę (brak witaminy D), pelagrę (brak witaminy B3), anemię złośliwą (brak B12), ber-beri (brak B1), kurzą ślepotę (brak witaminy A, beta-karotenu).
Hipowitaminoza – patologiczny stan wywołany zbyt małą ilością
jednej lub kilku witamin w organizmie. Występuje na skutek niedoboru
witamin w diecie (hipowitaminoza
pierwotna) lub w efekcie upośledzenia wchłaniania witamin z pokarmu, działania leków albo zwiększonego zapotrzebowania w przebiegu chorób lub w czasie ciąży (hipowitaminoza wtórna).
Subkliniczny niedobór – długotrwały stan niewielkich
niedoborów witaminy lub witamin rzutujący na zaburzenia metaboliczne stające się
chorobą.
Hiperwitaminoza – patologiczny stan wywołany nadmiarem witamin w organizmie. Najczęściej dotyczy witaminy A (nadmiar beta-karotenu uszkadza wątrobę) i D.
Zapotrzebowanie człowieka na witaminy
Zapotrzebowanie na witaminy utrzymujące człowieka w zdrowiu powinno odnosić się do jego grupy wiekowej, płci i trybu życia oraz ciąży i karmienia przez kobietę oseska własnym mlekiem. Powinno też uwzględniać naszą masę i stan zdrowia. Przy okazji opisywania poszczególne witamin będę podawała nasze na nie zapotrzebowanie. Nasze dobowe zapotrzebowanie na witaminy jest rzędu mikro- i miligramów w zależności od witaminy. Pewnie związane jest to z ich funkcją. Jest ono znacznie mniejsze niż na inne składniki pokarmu. Ilości witamin konieczne do prawidłowego funkcjonowania organizmu są niewielkie, ponieważ ich biodostępność (pozyskiwanie z naturalnej żywności) jest odpowiednio mało wydajne. Dopiero pojawienie się witaminowych leków i suplementów diety, czyli żywności stanowiącej skoncentrowane źródło substancji odżywczych, oferowanych w celu uzupełnienia spożycia, spowodowało zagrożenie związane z przedawkowaniem witamin. Aczkolwiek już od bardzo dawna są znane przykłady związane z zatruciem witaminami rozpuszczalnymi w tłuszczach – hiperwitaminoza. Ekstremalnym przykładem jest zatrucie witaminą D po zjedzeniu przez człowieka wątroby niedźwiedzia polarnego, będącej magazynem bardzo dużych ilości tej substancji. Jednak nie są znane przypadki zatrucia witaminami rozpuszczalnymi w wodzie, jeżeli jest to żywność naturalna biologicznie. Inaczej jest z suplementacją witaminową. Wtedy nadmierne ilości nawet witamin rozpuszczalnych w wodzie mogą być groźne. Przykładem są zaburzenia neurologiczne przy nadmiarze witaminy B6, mimo to, że nie jest kumulowana w organizmie i teoretycznie szybko powinna nas opuścić z moczem. Z kolei nadmiar witaminy C powoduje uszkodzenie nerek. Problemem dla wegan może stać się nadmiar witaminy B12, (magazynowana w wątrobie), którą z lęku przed niedoborem będą się suplementować w nadmiarze.
Oczywiście obok rzadko występującej hiperwitaminozy groźne
są niedobory, a w naszym zindustrializowanym świecie niebezpieczne stają się,
gdy są utajone (subkliniczny niedobór) trwające dłuższy czas. Nie zawsze dają wyraźne objawy kliniczne i mogą
stać się przyczyna choroby. Zauważyć możemy tylko „czubek góry lodowej”, która
po wielu latach przeistoczy się w katastrofę metaboliczną ustroju.
Przetwarzanie żywności w przewodzie pokarmowym –
pozyskiwanie witamin
W kolejnych etapach trawienia pokarm zawierający witaminy
zawarte w naturalnych strukturach tkankowych podlega mechanicznemu
rozdrabnianiu, nasycaniu sokami trawiennymi i hydrolizie enzymatycznej. Na tej
drodze witaminy są uwalniane ze struktur komórkowych spożywanego pokarmu lub ze
spożywanych preparatów, tabletek lub kapsułek. Witaminy rozpuszczalne w wodzie
bez specjalnych nośników są wchłaniane w odpowiednim odcinku przewodu pokarmowego
do krwiobiegu poza witaminą B12, (zapraszam dalej „Witamina krwiotwórcza”).
Z kolei witaminy lipidowe (te rozpuszczalne
w tłuszczach) wymagają uformowania micelli (struktur złożonych z lipidów i soli
kwasów żółciowych). Tak pokrótce wygląda droga wędrówki witamin do naszego
organizmu, ale jeszcze nie do naszych
komórek. Na tym etapie skład pokarmu i stopień przetworzenia składników pokarmowych
ma wpływ na biodostępność witamin. Substancje, które będą obniżały wchłanianie
lipidów (błonniki), będą też oddziaływały na wchłanianie witamin lipidowych.
Również wewnątrzustrojowa przemiana lipoprotein (transportujących lipidy wraz z
cholesterolem – zapraszam „Polub swój cholesterol,,,”) i metabolizm
cholesterolu, a (w tym także synteza kwasów żółciowych) będą miały znaczący
wpływ na wchłanianie witamin rozpuszczalnych w tłuszczach.
Jak już wspomniałam, produkty trawienia dostają się do krwi
i żyłą wrotną dostają się do wątroby. W
tym narządzie są odpowiednio przetwarzane i na nośnikach białkowych lub w
postaci wolnej z krwią docierają do
komórek docelowych.
Nasza wątroba jest też narządem magazynującym niektóre
witaminy. Ma to miejsce też u zwierząt i z tego faktu wypływają tak znakomite
właściwości odżywcze dań z „wątróbką” .
Oddziaływanie
witamin w komórkach docelowych
Komórki docelowe dla substancji metabolicznie czynnych to te,
w których dany związek będzie powodował efekt biologiczny. Efekty biologiczne
można podzielić na szybkie i długotrwałe. Do efektów biologicznych szybkich
należy bezpośredni wpływ na aktywność enzymów, a do długotrwałych – oddziaływanie
na ekspresję genów, przejawiające się w biosyntezie określonego białka
enzymatycznego lub strukturalnego.
Okres półtrwania poszczególnych witamin w naszym organizmie
jest różny i odpowiednio regulowany. Ostatecznie katabolity witamin wydalane są
z kałem oraz z moczem.
Diagnostyka laboratoryjna witamin
W poniższej tabeli pokazuję metody diagnostyki laboratoryjnej stosowane do oznaczania witamin (Gaw A., Murphy M.J., Cowan R.A., O’Reilly D. „Clinical biochemitry”, Churchill Livingstone, 2001).
Należy zwrócić uwagę na fakt, że nie zawsze jest oznaczane stężenie samej witaminy, często ich aktywność jest oceniana poprzez ilościowe efekty metaboliczne.
Witaminy – składniki żywności
Na poniższej ilustracji pokazuje te witaminy, które
pozyskujemy z roślin.
Jak widać nie wszystkie
witaminy są pochodzenia roślinnego, ale znakomita większość. Na naszą żywność
składają się tkanki roślinne (w tym grzyby – szczególnie drożdże są dobrym
źródłem niektórych witamin) i zwierzęce. W tabeli przedstawiam wartości procentowego
udziału poszczególnych witamin w różnych rodzajach żywności. (Nadolna I.,
Zachowanie witamin w procesach kulinarnych i technologicznych, nowa Medycyna,
Witaminy, 1995, 11, 20 – 23).
Dla biodostępności witamin istotna jest budowa anatomiczna i
strukturalna spożywanej tkanki oraz obecność w niej naturalnych lub
syntetycznych induktorów lub inhibitorów. Czasem jeden składnik spożywczy
będzie zaburzał lub pobudzał wchłanianie innego. Tak też dzieje się w przypadku
witamin. Ważny jest nawet skład śliny i oczywiście przyjmowane leki oraz ogólny
stan zdrowia
Na ogół nasza żywność jest poddawana różnym obróbkom w celu sporządzenia z niej składników potraw odpowiadających nawykom żywieniowym danej grupy ludności. W poniższej tabeli przedstawiam straty w zawartości witamin w żywności powodowane procesem przygotowywania potraw (Nadolna I., Zachowanie witamin w procesach kulinarnych i technologicznych, nowa Medycyna, Witaminy, 1995, 11, 20 – 23).
. * z odlewaniem wywaru usuwamy witaminy rozpuszczone w wodzie
Pierwsza witamina, którą opiszę, to witamina B12, ponieważ ma ona najbardziej skomplikowane przyswajanie i nie jest produkowana ani przez rośliny, ani przez zwierzęta, ale przez bakterie niesymbiotyczne, czyli nie naszą florę jelitową.
Witamina krwiotwórcza jest czerwona
Co ciekawe w 1926 roku zaobserwowano, że spożywanie wątroby zwierzęcej leczy osoby cierpiące na anemię złośliwą. Wtedy rozpoczęły się badania nad kobalaminą. Wiemy, że magazynowana jest w wątrobie, także w naszej, w ilości 1 mikrogram na 1 gram tkanki. Blisko dwadzieścia lat później (rok 1948) otrzymano postać krystaliczną tej witaminy i jest ona czerwoną substancją (tak na marginesie hemoglobina jest ciemnobrązowa). Strukturę przestrzenną witaminy B12 z trwałymi wiązaniami węgiel-metal rozwiązano za pomocą badań rentgenograficznych w 1956 roku, za co Dorothy Crowfoot Hodgkin otrzymała Nagrodę Nobla z chemii w 1964 roku. Witamina B12 jest jedyną witaminą, która zawiera w swej bardzo rozbudowanej cząsteczce jon metalu kobalt. Cechuje jej budowę układ korynowy (cztery pierścienie pirolowe – nie jest porfiryną) i obecność jonu kobaltu (metal). Zapotrzebowanie dorosłego człowieka na witaminę B12 wynosi 2-3 mikrogramy na dobę. Kobiety w ciąży i karmiące piersią powinny spożywać 4 mikrogramy witaminy na dobę (1) Prawidłowe stężenie witaminy B12 w surowicy krwi wynosi od 200 do 1000 pmol/L (piko – 10 do minus 12). Za alarmujące uważa się stężenie poniżej 150 pmol/L (2). Nie zawsze musi to odzwierciedlać nasycenie nią enzymów komórkowych. Z tego powodu obok oceny stężenia kobalaminy oznacza się kwas foliowy, homocysteinę i kwas metylomalonowy (wytłumaczę w dalszej części dlaczego). Z kolei przy stosowaniu przez dłuższy czas bardzo dużych dawek tej witaminy zaobserwowano u niektórych ludzi objawy uczuleniowe i nieprawidłowości w obrazie krwi. Szczególnie narażone na to są osoby suplemenujące się witamina B12 z powodu diety, w której nie ma produktów zwierzęcych. Przy bardzo wysokich dawkach może wystąpić krwotok z jam nosowych. Kobalamia w dużej części dostaje się do żółci i z niej może ponownie być wchłonięta do naszego organizmu. To jest swego rodzaju „oszczędzanie”. Wydalana jest przez nerki, ale w nich też jej część jest wchłaniana zwrotnie. Jej okres półtrwania (czas, w którym połowa substancji zniknie) w organizmie wynosi w przybliżeniu 6 dni, w wątrobie aż 400 dni. Zapasy 2-3 mg i wystarczają na 3–4 lata (3).
Zalecane do spożycia ilości obliczane są przy założeniu, że wchłonięcie witaminy wynosi 50 %. Zatem dawka dobowa 2 µg powinna wystarczyć, aby uniknąć u większości ludzi choćby najmniejszych oznak niedoboru tej witaminy. Cyjanokobalamina jest kumulowana w tkankach zwierzęcych, zwłaszcza w wątrobie, a jej niedobory mogą wystąpić co najwyżej po 5-6 latach od przyjęcia ostatniej dawki. Przy normalnym spożyciu mięsa dzienne zapotrzebowanie jest z zaspakajane w nadmiarze, jednak problemy mogą się pojawić u wegan, wegetarian i ludzi z zaburzeniami wchłaniania w przewodzie pokarmowym (4). Najbogatszym źródłem B12 są ścieki, obornik, gleba i muł, w którym żyją odpowiednie bakterie zdolne do jej produkcji. Trudno to jeść! Nasuwa się pytanie, jak tę witaminę wprowadzić do naszych komórek. Spokojnie – dla nas jest dostępna w produktach zwierzęcych, zwierzęta pozyskują ją ze swej mikroflory przewodu pokarmowego. Jest nie tylko w mięsie, ale także w nabiale oraz produkuje ją nasza mikoroflora jelitowa (małe ilości).
Droga B12 do naszych komórek jest skomplikowana i wymaga obecności kilku białek.
Na poniższym schemacie pokazuję tę wędrówkę.
Wchłanianie B12 w 99% jest procesem aktywnym. Uwolniona ze strawionego pokarmu łączy się z białkiem utworzonym w śliniankach i spływającym do przewodu pokarmowego ze śliną – białko R (haptokoryna, transkobalamina I – TCI) (5). Wynika z tego, że dla uwolnienia kobalaminy z pokarmu ważne jest trawienie już w jamie ustnej, a następnie w żołądku. Białko śliny chroni witaminę B12 przed działaniem soku żołądkowego, ponieważ nie niszczy go ani kwas solny, ani pepsyna (enzym proteolityczny). Dopiero w dwunastnicy trypsyna z soku trzustkowego niszczy te strukturę, ale kobalamina od razu jest chroniona przez kolejne białko. Jest nim czynnik wewnętrzny (IF, z ang – Intrinstinc Factor) nazywany czynnikiem Castle’a. Ta glikoproteina jest produkowana przez komórki okładzinowe żołądka i wraz z treścią pokarmową dostaje się do dwunastnicy. Nowo powstały kompleks jest oporny na trawienie i przemieszcza się nietknięty do końca okrężnicy (ileum ). Tam łączy się ze specyficznym receptorem, który znajduje się na komórkach nabłonkowych rąbka szczoteczkowego. Przyłączenie do receptora zachodzi w pH neutralnym, do wchłonięcia (endocytozy) potrzebne są jony wapnia. Wchłanianie kompleksu jest ograniczone. Dawka 1 mikrograma jest wchłonięta w połowie w ciągu 6 godzin. We krwi wiązana jest przez kolejne białka transportujące osocza: haptokorynę (HC, TCI) i przez transkobalaminę (TCII). Transkobalamina jest syntetyzowana w wątrobie i innych tkankach. Kobalamina z białkiem chroniącym/transportującymi ją we krwi dociera do receptorów komórek docelowych i dostaje się do ich wnętrza.
Powodem niedoboru B12 najczęściej jest zaburzenie wchłaniania – problemy w przewodzie pokarmowym. Czasem nawet nadmiernie rozbudowana flora bakteryjna może być szkodliwa (zużywa naszą kobalaminę). Zwracam uwagę na fakt, że nieobecność jednego z białek chroniących/transportujących zaburza dotarcie witaminy do celu i kończy się awitaminozą. Problemem jest stosowanie niektórych leków oraz uszkodzenie ślinianek, żołądka i jelita. Niestety, szkodliwe są bardzo popularne leki, obecnie nawet sprzedawane bez recepty, hamujące pompę protonową (na nadkwasotę), a także metformina (lek stosowany w cukrzycy typu 2 i czasem niestety w otyłości – tak zwany „glukożerca”) . Na poniższym schemacie pokazuję właśnie ten problem (2). Białka ochronno/transportujace na schemacie to HC (haptokoryna), IF (czynnik wewnętrzny), TCII (transkobalamina).
Bezpośredni wpływ kobalaminy na metabolizm
komórki
W naszych komórkach współdziałają z enzymami dwie postacie kobalaminy. W cytoplazmie występuje metylokobalamina (MeCbl), a w mitochondriach deoksyadenozylokobalamina (dACbl) (2). Na poniższym schemacie pokazuję położenie w komórce enzymów z kobalaminą.
Metylokobalamina wchodzi w skład enzymu syntazy
metioniny (z ang. Methionine Synthase – MS) (zapraszam „Criminal story…”),
która katalizuje metylację homocysteiny do metioniny z jednoczesnym odebraniem
właśnie grupy metylowej od 5-metylotetrahydrofolianu (Kwas foliowy – zapraszam
do śledzenia „Cyklu o witaminach”) i powstania THF (tetrahydrofolianu) zdolnego
do dalszych reakcji metabolicznych. Dzięki aktywności syntazy metioniny
zmniejsza się stężenie szkodliwej homocysteiny i zyskujemy THF odgrywający
kluczową rolę w reakcjach przenoszenia grup jednowęglowych w wielu przemianach.
Między innymi prowadzącymi do syntezy DNA.
Z kolei deoksyadenozynokobalamina działa z enzymem
mutazą metylo malonylo-CoA (z ang. Muthyl Malonyl CoA Mutase -MCM) (zapraszam
„Criminal story…”) w mitochondriach i centralnie położony jon kobaltu musi być
zredukowany do Co +1. W utrzymaniu kobaltu na odpowiednim w tym
wypadku poziomie redukcji z Co+3 na Co+1 zaangażowany
jest mitochondrialny układ NADH/H+ i FADH2 (koenzymy redukowane w
wyniku działania „łańcucha oddechowego” zachodzącego w mitochondriach). Chcę
przy okazji zwrócić uwagę na fakt, że w sporcie w ostatnich latach stosowano
kobalt jako środek dopingujący nie tylko u ludzi, ale także u koni wyścigowych
(Zapraszam też do lektury „Obojętny składnik atmosfery…”). Tam wspominam o
wpływie podtlenku azotu na jon kobalt.
Fizjologicznie aminokwasy egzogenne, czyli metionina, treonina, izoleucyna oraz kwasy tłuszczowe o nieparzystej liczbie atomów węgla ulegają katabolizmowi i w wyniku szeregu przemian enzymatycznych powstaje z nich trzywęglowy kwas przyłączony do koenzymu A. Powstaje propionylo-CoA. Także w wyniku degradacji cholesterolu, odłączany jest od niego fragment trzy węglowy – propionian. W komórkach powstaje z niego też propionylo CoA i jest on utylizowany na drodze karboksylacji. Enzym katalizujący tę reakcję zawiera biotynę witaminę H (biotyna). Powstaje czterowęglowy metylomalonylo -CoA. Do tego też związku jest katabolizowana walina (też aminokwas egzogenny). Następnie metylomalonylo-CoA ulega przekształceniu w bursztynylo-CoA, także czterowęglowy, ale o innym ułożeniu w przestrzeni. Enzym (MCM) katalizujący tę reakcję posiłkuje się właśnie witaminą B12. Nowo powstały bursztynylo-CoA może ulec katabolizmowi, jeżeli jest w komórce zapotrzebowanie na energię. Jeżeli komórka ma możliwości energetyczne do prowadzenia syntezy, to właśnie ten czterowęglowy związek stanie się substratem do syntezy porfiryn lub pójdzie w kierunku syntezy glukozy.
Konsekwencje niedoboru w komórce kobalaminy związane są
przede wszystkim z brakiem wolnego THF, który w naszym metabolizmie jest
uczestnikiem wielu przemian związanych z przenoszeniem grup jednowęglowych
(C1). Dlatego nie bezpośrednio od witaminy B12 zależy wiele procesów, ale
właśnie od THF, który dzięki niej powstaje w optymalnych ilościach dla naszego
metabolizmu. Często uogólnia się znaczenie kobalaminy i odnosi się jej działanie
do wielu procesów, a to właśnie chodzi o THF. Szczególnie istotny jest THF w
komórkach szpiku kostnego, gdzie powstają szybko dzielące się komórki krwi i
prekursory innych komórek tkanek łącznych. W związku z tym, aby ocenić niedobór
witaminy B12, należy oznaczyć u nas stężenie kwasu foliowego i
homocysteiny oraz kwasu metylomalonowego. Zapraszam też do lektury „Criminal
story…” tam opisuję wadę metaboliczną związana z enzymem, którego składową jest
deoksyadenozynokobalamina.
Z przedstawionych opisów roli B12 jako koenzymu w efekcie istotnego w przemianach węglowodanów, białek, tłuszczów czy nukleotydów wynika, że kumulujące się homocysteina i kwas metylomalonowy powinny być wszechstronnymi biomarkerami niedoboru B12 wskazującymi, że działanie enzymów syntazy metioniny i mutazy metylomalonianowej i jest nieprawidłowe. Jednak z drugiej strony takim biomarkerem może być również brak metioniny i kwasu foliowego (6). Wiele badań z ostatnich lat wskazuje, że witamina B12 jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania mózgu. Niedobory B12 w mózgu (ale nie w surowicy) zaobserwowano u osób w podeszłym wieku, obciążonych chorobą Alzheimera oraz u pacjentów z autyzmem, jak również cierpiących na schizofrenię (7) Za niedobory te może być odpowiedzialny wadliwy transport B12 przez barierę krew-mózg. Podkreślam, że dla właściwego składu naszej krwi, naszej tkanki nerwowej – mózgu ważna jest witamina B12, kobalt, kwas liponowy, witamina B6 i wszystkie pozostałe niezbędne substancje egzogenne, które musimy po prostu zjeść. Często pytałam moich studentów, jakie witaminy potrzebne są do właściwego metabolizmu kości. Odpowiedź dziwi, ale wszystkie, ponieważ jesteśmy całością, a nie hodowlą odrębnych tkanek.
Literatura
H. Ciborowska, A. Rudnicka DIETETYKA ŻYWIENIE ZDROWEGO I CHOREGO CZŁOWIEKA, Polskie Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2010).
Nutrients 2013, 5, 5031-5045; doi:10.3390/nu5125031, Clinical Medicine 2015 Vol 15, No 2: 145–50)
W. S. Nowak, A.B. Skotnicki, Z. Salamańczuk „Podstawy diagnostyki hematologicznej” w „ Diagnostyka Laboratoryjna z elementami biochemii klinicznej, Red A. Dębińska-Kieć, J. W. Naskalski; wyd III, Elsevier& Urban Wrocław 2010).
Reynolds E., 2006, Vitamin B12, folic acid, and the nervous system, Lancet Neurol., 5, 949-960
Zhang Y., Hodgson N. W., Trivedi M. S., Abdolmaleky H. M., Fournier M., Cuenod M., Do K. Q., Deth R. C., 2016, Decreased brain levels of vitamin B12 in aging, autism and schizophrenia, PLoS ONE 11, 1-19).
Kończy się lato, a wraz z nim beztroskie objadanie się
owocami, które wszak zdrowe, ale kaloryczne są tak, jak drinki, zwłaszcza z
sokiem i oczywiście inne napoje roślinne, jak wino i piwo, a nawet wódka.
Będę używała zamiennie w stosunku do słowa etanol i alkohol
określenia EtOH. Oczywiście w chemii organicznej znanych jest wiele alkoholi,
ale w języku potocznym wiadomo o jaki alkohol chodzi, oczywiście o rozcieńczony
etanol, czyli wódeczkę.
Co to są kalorie?
Potocznie kilokalorie nazywane są kaloriami, czyli jednostki wykazywane na różnych opakowaniach są to kalorie x 1000 – kcal. Odpowiednio podaje się też wartości w kilodżulach – kJ. Nasze przemiany metaboliczne to także przemiany energetyczne (zapraszam: „Metabolizm – co to jest?”). Wartość energetyczna to ilość energii w danym produkcie, jaką organizm może przyswoić przez trawienie. Wartość energetyczna wyrażana jest na etykiecie w liczbach (kcal) kilokalorii i kilodżuli (kJ) w przeliczeniu na 100 g lub 100 ml produktu. Czy ktoś to widział na etykiecie wódki, wina czy piwa? Nie ma nawet na piwie bezalkoholowym – alkohol „0”, a przecież na produktach spożywczych (bezalkoholowych) takie dane są obowiązkowo podawane.
1 kaloria jest
to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 g wody o 1 stopień
Celsjusza z 14,5°C do 15,5°C. W dietetyce dla wygody celowo stosuje się
„kilokalorie”, zamiast prawidłowo „kalorie” np. 1 kcal =
1000 cal = podgrzanie 1 kg wody o 1°C. Wiedząc, że zapotrzebowanie na kalorię
mało aktywnego dorosłego człowieka wynosi około 2000
kcal, daje to łącznie 2 000 000 cal (https://pl.wikipedia.org/wiki/Warto%C5%9B%C4%87_energetyczna).
Czasami w literaturze anglosaskiej można spotkać się z określeniem „duża kaloria”
(ang. large calorie) stosowanym w stosunku do kcal (1 kcal = 1 Cal = 1 Kaloria)
i „mała kaloria” (ang. small calorie) w stosunku do cal (1 kcal =
1000 cal = 1000 kalorii). Zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek
Miar oraz
konsensusem FAO/WHO/UNU z 1971 r.
energia wyrażana jest w dżulach (J), oraz dodatkowo kaloriach (cal). 1 kcal
jest równa 4,184 kJ. Wartość energetyczna produktów na etykiecie musi być wyrażona w
kcal, jak i kJ w przeliczeniu na 100 g lub 100 ml produktu. Na początku XX
wieku Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (ang.United States Department of
Agriculture) opracował procedurę mierzenia wartości energetycznej, która
pozostaje w użyciu do dziś. Badana żywność jest całkowicie spalana w kalorymetrze,
a uwolnione w wyniku spalania ciepło jest mierzone. Ta wartość jest używana do
określenia fizycznej wartości energetycznej żywności. Potem dokonuje się
odpowiedniej korekty opartej na rzeczywistym sposobie przyswajania energii
przez organizmy zwierzęce. W przypadku całkowitej resorpcji identycznej
jak fizjologiczna wartość energetyczna (całkowita energia) wynosi ona
dla węglowodanów 410 kcal/100 g, tłuszczów 930 kcal/100 g, natomiast dla białek
z uwagi na fakt, że każde białko ma inny skład aminokwasowy, nie można
wyznaczyć jednolitej wartości energetycznej, jednak jest ona zbliżona do
wartości energetycznej węglowodanów. Przykładowo fizjologiczna wartość
energetyczna białka z mleka kazeiny wynosi
425 kcal/ 100 g. Niestety, 100 g EtOH dostarcza nam aż 700 kcal, czyli 7 kcal
na 1 gram. Ze 100 g 40-procentowej wódki uzyskamy 231 kcal. Ze 150 ml wina uzyskamy
100 – 130 kcal, a z 330 ml piwa – do 200 kcal. Mała butelka
piwa jasnego pełnego (0,33 l) ma 162 kcal, a piwa ciemnego pełnego – 224 kcal.
Duża butelka (500 ml) piwa jasnego to 245 kcal, a piwa ciemnego – 340 kcal. Dla
porównania najbardziej kaloryczne wino białe słodkie w jednym kieliszku (120
ml) zawiera 114 kcal. W filmie dokumentalnym „Cała prawda o
alkoholu” NETFLIX jest to bardzo obrazowo pokazane, ponieważ koło porcji trunku
stoi porcja ciastek, które odpowiadają jej kaloryczności.
Należy zdawać sobie sprawę z umowności wartości
energetycznej potraw. Policzenie energii posiłku na podstawie informacji o
wartości energetycznej poszczególnych składników wcale nie oznacza, że właśnie
tyle energii dostarczymy naszemu organizmowi. To, jak przebiegnie nasz
metabolizm i ile energii wydobędzie z pożywienia nasz organizm, zależy od cech
osobniczych każdego człowieka. Nie oznacza to jednak, że należy ignorować
wartość energetyczną potraw. Szczególnie osoby otyłe nie powinny. Liczenie
kalorii to świetny sprawdzian pomiaru wielkości posiłku. Często zdarza się, że
jemy ogromne porcje, myśląc, że mają bardzo mało kalorii. Zwrócenie uwagi na
to, ile energii pochodzi z tłuszczu, ile z węglowodanów i porównanie tej wiedzy
z informacjami o zawartości tłuszczów i węglowodanów w produktach, może
uchronić nas nie tylko od otyłości, ale także licznych chorób takich, jak np.
nadciśnienie tętnicze czy cukrzyca.
Co to jest standardowa jednostka alkoholu
(SJA)?
W napojach alkoholowych ilość alkoholu jest podana w procentach objętości. Czyli mamy na przykład 40% alkoholu w wódce, 5% alkoholu w piwie, 12% alkoholu w winie i tym podobnie. Nie jest to jednoznaczne z ilością gramów alkoholu w 100g napoju. Spirytus spożywczy zawiera maksymalnie 95,6% etanolu.To jest też etanol z apteczny z recept: Ethanolum 95°, Aethanolum 95°. Etanolowe płyny do dezynfekcji są 70-procentowe (procenty objętości). W takim stężeniu etanol wdziera się do organizmów, aby je zniszczyć. Z kolei etanol 99,9-procentowy (etylowy alkohol bezwodny) to roztwór specjalnie odwadniany – suszony. Użycie takiego EtOH do dezynfekcji spowodowałoby „przypieczenie” błony komórkowej bez możliwości dostania się do wnętrza komórki (poza tym szybko odparowuje) i dlatego stosuje się ten 70-procentowy. Funkcjonuje standardowa jednostka alkoholu (SJA, zwana także standardową porcją alkoholu) (https://pl.wikipedia.org/wiki/Standardowa_dawka_alkoholu). 1 SJA, w przeliczeniu na najczęściej spożywane rodzaje napojów alkoholowych zawarta jest w: 200 g piwa 5-procentowego 100 g wina 10-procentowego 25 g wódki 40-procentowego. Jej zastosowanie pomaga określić zawartość alkoholu w konkretnych objętościach napojów alkoholowych bez konieczności wykonywania przeliczenia jednostki objętości na jednostkę masy, to taka ściąga (dla uproszczenia SJA są zaokrąglone do pełnych wartości): 1SJA = 10 g lub 12,5 ml czystego alkoholu etylowego. Poniżej podaję SJA dla popularnych napojów: 330 ml piwa (małe piwo) 4,5-procentowe to 14,85 ml/11,9 g EtOH (1,19 SJA) 500 ml piwa (duże piwo) 4,5 – procentowe to 22,5 ml/18 g alkoholu (1,8 SJA), 175 ml wina (kieliszek) 12-procentowe to 21 ml/16,8 g alkoholu (1,68 SJA), 50 ml wódki 40-procentowej to 20 ml/16 g alkoholu (1,6 SJA). Za niosące małe ryzyko zdrowotne dla mężczyzn uważa się spożywanie do 4 SJA dziennie (125 ml wódki albo 0,4 l wina albo 2 „duże” piwa), najwyżej 5 razy w tygodniu. W przypadku kobiet liczba ta wynosi 2-3 SJA. W nowoczesnych społeczeństwach zaleca się 14 SJA tygodniowo dla kobiet po 55 roku w celu poprawienia ich gospodarki hormonalnej.
Indeks glikemiczny rządzi
Indeks glikemiczny (IG) jest to pole pod krzywą
opisującą stężenie glukozy po zjedzeniu tego cukru i innych posiłków. Na
rysunku pokazuję wykres obrazujący pojęcie indeksu glikemicznego; cukrem jest
oczywiście glukoza, dla której wartość indeksu glikemicznego jest 100 (całe
szare pole pod krzywą – w przybliżeniu trójkąt).
Podniesione stężenie glukozy we krwi indukuje
wydzielanie insuliny z trzustki. Hormon ten „wtłacza” glukozę do komórek od
niej zależnych, ale nie tylko. Otóż indukuje syntezę tłuszczu zapasowego
gromadzonego w tkance tłuszczowej, jakim są trójglicerydy (TG). Ostatecznie
powoduje otyłość. Na poniższym schemacie pokazuję zależność między kaloriami a
IG.
W odniesieniu do IG glukozy równym 100 stworzono klasyfikację
produktów żywnościowych w zależności od wysokości omawianego wskaźnika: IG <55 – produkty o niskim indeksie glikemicznym
(na przykład surowa marchewka IG 30); IG 55–69 – produkty
o średnim indeksie glikemicznym; IG od 70 – produkty
o wysokim indeksie glikemicznym (na przykład marchewka ugotowana IG85). Alkohol
z wodą – wódka, biały rum i aromatyzowany gin, whisky, tequila nie ma indeksu
glikemicznego, ponieważ jest on zero.
Piwo to jedyny napój z indeksem glikemicznym wyższym niż czysta glukoza aż 110, ponieważ zawiera maltozę (jest dwucukrem z dwóch glukoz). Wódka (IG 0) pijana jest głównie z tak zwaną popitką, czyli colą lub „sokiem” kartonowym, czyli bombą cukrową (https://www.nie-slodka.pl/alkohole-czego-unikac-a-na-co-mozemy-sobie-pozwolic/). Jeśli już musimy, to należy wybierać jako dodatek colę zero, sok pomidorowy lub słodzony słodzikiem. Nalewki, to sama natura, ale niestety przepis na każdą nalewkę uwzględnia dodatek ogromnej ilości cukru (sacharozy – dwucukier z glukozy i fruktozy). Koktajle w stylu pinacolada czy mojito są bardzo dosładzane. Wino słodkie i półsłodkie, a nawet wytrawne zawiera czystą glukozę z winogron. IG wina czerwonego półsłodkiego i słodkiego ma wartość 30, a wina białego półsłodkiego lub słodkiego 50, bardzo wytrawnego podobno wynosi 0, a cydru 40. EtOH – podobnie jak hałas – powoduje obniżenie stężenia glukozy we krwi, hamując wydzielanie glukozy z wątroby. Wspominam o hałasie, ponieważ często zakrapiane imprezy odbywają się w hałasie. Jeżeli przyjmujemy leki na cukrzycę (w tym insulinę), powinniśmy bardzo uważać, ponieważ alkohol obniża poziom cukru we krwi, narażając nas na hipoglikemię. Wtedy to połączenie może być problemem. Zwracam uwagę na fakt, że następnego dnia po alkoholu hipoglikemia trwa i obfite śniadanie może poprawić nasze samopoczucie, a przy tym nasz metabolizm szybciej wróci do „normy” dla nas optymalnej. Kiedyś pewien neurofizjolog przeprowadził eksperyment, w którym udowodnił, że osoby, które odczuwają słodki smak po wypiciu wódki (40% etanol), mają duże szanse na zostanie alkoholikami. Pewnie tak jest, ale nie w każdym przypadku.
Wchłanianie etanolu
Po wypiciu etanol jest wchłaniany w jamie ustnej, przez
śluzówki, w przełyku, w żołądku i w jelicie cienkim. Tłuszcz obecny w żołądku
spowalnia ten proces. Jedzenie zawarte w żołądku rozcieńcza alkohol i
powstrzymuje jego przemieszczenie do jelita. Należy podkreślić, że EtOH zaburza
wchłanianie witamin (https://sites.duke.edu/apep/module-1-gender-matters/content/content-how-is-alcohol-absorbed-into-the-body/).
Przeciętnie 20 procent wypitego alkoholu wchłaniane jest przez żołądek, a 80
procent przez jelito cienkie. Zapełnianie żołądka potrawami i napojami opóźnia
jego ogólne wchłanianie, ale nie zmniejsza ilości. Wchłonie się tego alkoholu
tyle, ile się wypiło. EtOH przemieszcza się drogą dyfuzji zgodnie z gradientem
stężeń, czyli podąża tam, gdzie go nie ma. Szybko dostaje się do naszego
krwiobiegu, a krew transportuje go do komórek. Etanol może też być wchłonięty
przez skórę oraz drogą wziewną przez płuca i śluzówki. Tak też można się „napić”
rozlewając alkohol w gorącej saunie. Nastąpi wchłonięcie oparów. Pamiętam fiński
film o podróży w śniegach – bohater umieścił dwa tampony nasączone spirytusem na
rozdrapanej łysej skórze głowy, których sznureczki zawiązał po brodą i tą drogą
zakosztował nieco trunku.
Etanol, którego wzór to – CH3CH2OH (C2H5OH), jest utleniany w naszych komórkach tak, jak wiele substancje, które katabolizujemy (zapraszam „Metabolizm – co to jest?”). W pierwszej reakcji powstaje z niego aldehyd octowy (acetaldehyd, etanal) – C2H3CHO. Jest to substancja podobna w swych właściwościach do formaliny, która z kolei powstaje z metanolu. Drugi etap katabolizmu (druga reakcja) to utlenienie aldehydu octowego do kwasu octowego – CH3COOH. Ten związek jest dla nas naturalnym metabolitem i występuje w środowisku wodnym naszego organizmu w postaci anionu kwasu octowego CH3COO– (octanu). W komórkach jest łączony z koenzymem A (pochodna witaminy B5) i może być wykorzystany jako źródło energii. Powstanie wtedy z niego woda metaboliczna i dwutlenek węgla, który opuści nas z wydychanym powietrzem i oczywiście energia – ATP i ciepło. W podstawowym katabolizmie etanolu biorą udział oksydoreduktazy (zapraszam „Działanie bez sił witalnych – enzymy”), których koenzymem jest NAD+ (pochodna witaminy B3). Pierwszą reakcję, a mianowicie powstania aldehydu octowego, katalizuje dehydrogenaza alkoholowa (z ang.: alcohol dehydrogenase – ADH). Enzym o tej aktywności występuje nie tylko w wątrobie, ale i w wielu tkankach naszego organizmu. Są to izoenzymy, czyli enzymy o zbliżonej budowie i o tej samej aktywności w stosunku do EtOH. W skład enzymów wchodzą dwie podjednostki z różnych białek – alfa, beta, gamma – zawierające 374 aminokwasy. Są one kodowane na trzech genach w 4. chromosomie. Mamy kombinacje z białek: alfa alfa, beta beta, gamma gamma, alfa beta, alf gamma, beta gamma. U większości Europejczyków występuje podjednostka beta1 utleniająca 110 mg EtOH w godzinę na kilogram masy ciała, a u większości Azjatów jest wersja beta 2 utleniająca 130 mg/kg/godzinę. W centrum aktywnym dehydrogenazy alkoholowej znajduje się jon cynku (Zn++). Ostrzegam, że przy suplementacji cynkiem będzie wzrastała aktywność tego enzymu. Czyli szybciej z etanolu będzie powstawał acetaldehyd.
Chroniczne nadużywanie EtOH powoduje, że dehydrogenaza alkoholowa nie daje sobie rady z przetwarzaniem nadmiernej jego ilości. Zminiejsza się też dostępność koenzymu NAD+, przeważa koenzym w formie zredukowanej NADH. Wtedy włączają się dodatkowe dostępne w komórce mechanizmy metaboliczne. EtOH utlenia katalaza (oksydoreduktaza) znajdująca się w organellum komórkowym peroksysomach. Drugim mechanizmem wspomagającym jest tak zwany mikrosomalny (mikrosomy to fragmenty siateczki endoplazmatycznej) system utleniania etanolu (z ang.: microsomal ethanol oxidation system – MEOS). Elementem aktywnym jest tu cytochrom P450 (żelazoporfiryna). W tej przemianie metabolicznej powstają RFT (reaktywne formy tlenu (zapraszam „Starzenie – a na co nam to? Resweratrol – RSV”) jako szkodliwe półprodukty. Cytochrom P-450 2E1 (CYP2E1) jest kluczowym enzymem w MEOS. Energia z tego procesu nie jest utylizowana przez komórkę, tak jak to ma miejsce w przypadku działania ADH. Pokazano to w eksperymencie na trzech grupach osób: jedzących czekoladę i tych pijących alkohol w umiarkowanych ilościach oraz alkoholikach. Po dwóch tygodniach trwania doświadczenia u osób z dwóch pierwszych grup masa ciała wzrosła, natomiast u alkoholików nie zmieniła się.
W drugim etapie odtruwania organizmu z etanolu mamy do
czynienia z bardziej od niego samego toksycznym acetaldehydem (aldehydem
octowym podobnym do formaliny – aldehydu mrówkowego). Do przemiany tej
substancji w nieszkodliwy dla nas anion octanowy jesteśmy wyposażeni w dwie
dehydrogenazy acetaldehydu (z ang.: adehyde
dehydrogenases – ALDH). ALDH1 znajdującą się w
cytoplazmie i ALDH2 w mitochondriach. Te enzymy również współpracują z koenzymem
NAD+, tak jak dehydrogenaza alkoholowa. Na poniższym schemacie
pokazuję rozmieszczenie ADH i ALDH w komórce.
Każda z ALDH składa się z czterech podjednostek zbudowanych
z 500 aminokwasów. Gen dla izoenzym ALDH1 (cytozolowy) jest na 9. chromosomie,
a dla ALDH2 na 12. W 68 procentach ich białka są takie same. Enzym
mitochondrialny jest bardziej aktywny.
Interesujący jest fakt, że typowe stężenie we krwi
etanolu wynosi 5 milimola/L, a o wiele bardziej toksycznego aldehydu tylko 2 mikromole/L.
Na poniższym schemacie pokazuję przemiany zachodzące w
wątrobie zaraz po spożyciu EtOH przez pijącego okazjonalnie i w zaawansowanym
alkoholizmie. Intensywność aktywności ADH i ALDH określa stężenie etanolu w milimol/L
(10 -3 ), acetaldehydu w mikromol/L (10 -6 ) i na koniec
octanu w milimol/L (10 -3 ). Wynika z tego, że ALDH jest 1000 razy
bardziej reaktywna niż dwa pozostałe enzymy, ponieważ do jej aktywności
wystarczy 1000 razy mniej substratu, czyli acetaldehydu. Dla naszego organizmu
najważniejsze jest usunięcie acetaldehydu, który jest bardzo toksyczny (https://www.intechopen.com/books/the-recent-topics-in-genetic-polymorphisms/genetic-polymorphisnd-alcohol-metabolism).
W konsekwencji przemiany 1. nieprzetworzony acetaldehyd uszkadza kwasy nukleinowe komórki, tworzy z nimi tak zwane addukty. W konsekwencji przemiany 2. powstają niekorzystne ilości reaktywnych form tlenu (zapraszam Starzenie – a na co nam to? Resweratrol RSV”). W konsekwencji przemianie 3. z powodu zwiększonej ilości NADH kosztem NAD+ zaburzony jest metabolizm w komórce i w organizmie.
Tempo przemian EtOH u pijących okazjonalnie i
umiarkowanie jest zależne od ogólnego osobniczego metabolizmu i warunkuje je
stan odżywienia, gospodarki hormonalnej, statusu energetycznego, tempa przemian
acetyloCoA, stężenia ciał ketonowych, kwasów tłuszczowych i cholesterolu.
„Uczulenie” na alkohol
W Polsce pewna pani z dyplomacji źle się czująca nawet
po małej ilości służbowego koniaczku była bardzo podejrzana. Na szczęście uwierzono
w jej problem, jak teraz wiemy genetyczny, a nie związany z chęcią donoszenia
na koleżeństwo, bo kto nie pije ten „kabluje”. Okazuje się, że w Polsce też
może wystąpić tego rodzaju problem alkoholowy.
Nie jest to z pewnością alergia na EtOH, ale
dysfunkcja w przetwarzaniu acetaldehydu w octan. Wadą genetyczną jest dotknięta
ALDH2. Dotyczy ona wymiany tylko jednego aminokwasu (w białku enzymu w 487
pozycji zamiast glutaminianu występuje lizyna). U osób z wadą acetaldehyd jest
metabolizowany znacznie wolniej, ponieważ tylko przez ALDH1. W konsekwencji w
kilka minut po wypiciu EtOH wzrasta dramatycznie we krwi stężenie acetaldehydu
wydostającego się z komórek. Które już przetworzyły – utleniły – skonsumowany EtOH.
Podczas, gdy u Europejczyków dzięki aktywnej ALDH2 przy stężeniu EtOH 0,5
promila stężenie acetaldehydu będzie poniżej 2 milimoli/L, to u Japończyków z
uszkodzoną ALDH2 wyniesie 35 milimoli/L. Oczywiście tak wysoka zawartość
aldehydu powoduje szybko gwałtowne objawy kaca. Podobne objawy może wywołać
antabus (lek stosowany w leczeniu alkoholizmu) u osób, które nie mają defektu
genetycznego, ponieważ całkowicie hamuje aktywność ALDH2.
W poniższym zestawieniu pokazuję występowanie
uszkodzenia ALDH2 u różnych grup etnicznych:
Chińczycy w tym Mongołowie 30% , Zuang 25%, Han 45%, Indonezyjczycy 39%, Japończycy 44%, Koreańczycy Pdn 27%, Wietnamczycy 53%, a Egipcjanie, Kenijczycy, Liberyjczycy, Sudańczycy, Niemcy, Węgrzy, Turcy 0%
Wiemy
już ile jest gramów alkoholu w danej objętości. Przeliczanie tych wartości i
ich zapamiętywanie jest dość kłopotliwe, dla ułatwienia więc zapamiętajmy ile
standardowych jednostek alkoholu znajduje się w jednym trunku. Czy wypicie kieliszka
wina (200 ml), czyli 2 jednostek alkoholu etylowego oznacza, że te 19,2g
etanolu od razu zostanie usunięte z krwi? Nie!
Przykładowo po wypiciu 500 ml piwa 6,2-procentowego, które zawiera 25 g
ETOH, znika on z krwi po 2 godzinach i 30 minutach, a po wypiciu100 ml „setki” 40-procentowej
wódki, która zawiera 32 g EtOH, znika on z krwi po 3 godzinach i 15 minutach.
To jest ostrzeżenie dla prowadzących samochód rano po nocnej imprezie.
Kongenery
fermentacji alkoholowej
Podczas fermentacji, czyli przetwarzania przez drożdże cukru w EtOH, powstaje wiele innych substancji nazywanych kongenerami tego procesu. Właśnie one wpływają na smak trunku, ale nie jest w pełni udowodnione, że powodują kaca. Czysty roztwór alkoholowy, w pełni dobrze przedestylowany i nie zawierający kongenerów też powoduje kaca. Z kolei substancje towarzyszące EtOH w napoju, mogą być dla naszego organizmu przydatne, a nawet dobroczynne tak, jak niektóre nalewki i resweratrol z czerwonego wina (zapraszam – „Starzenie – a na co nam to? Resweratrol – RSV”).
Oczywiście w czystych napitkach alkoholowych, jak
dżin, biały rum, wódka, tequila zawartość kongenerów jest zerowa. Wino białe ma
ich 28 mg/g, czerwone 53 mg/g, whisky 26 mg/g, brandy 34 mg/g, cydr 16 mg/g,
porter 30 mg/g, piwo Lager 21 mg/g. Oczywiście zawartość kongenerów zależy od
producenta.
Ciągle
dokładnie nie wiadomo, jak jest z kacem. Poza podrażnieniem śluzówki żołądka
przez ETOH może być zatrucie aldehydem octowym lub reakcja alergiczna na
wybrane kongenery. Etanol też indukuje markery stanu zapalnego w organizmie.
Znane
nam jest dobroczynne działanie substancji wyekstrahowanych etanolem – syropy.
Dużo zwraca się uwagi na polifenole i resweratrol zawarte w czerwonym winie
(zapraszam „Starzenie – a na co nam to? Resweratrol – RSV”).
Jednak „głód” tych substancji nie może usprawiedliwiać picia większych ilości
tego alkoholu. Polifenole zjemy z wieloma pokarmami – na przykład z jabłkami,
czy z orzechami włoskimi. Można chronić swoje naczynia krwionośne bez napoju
alkoholowego – wina.
Puste kalorie z wódeczki
W czystym alkoholu nie ma cukrów, tłuszczów, białek, witamin,
minerałów ani żadnych substancji odżywczych. Są tylko puste kalorie. Dodatkowo
alkohol nie powoduje uczucia sytości i w konsekwencji pobudza apetyt. Piwo,
które nie jest czystym alkoholem poza tym, że niesie w sobie cukier (4 kcal na
1 gram), to wzmaga apetyt i ma wysoki IG. Uważa się, że tycie wiscelarne,
trzewne, centralne – wielki brzuch piwny powodowany jest właśnie obżarstwem
przy kufelku.
Jak już wspomniałam ze 100 g etanolu wyprodukujemy sobie 700 kcal. Jeżeli napitek będzie słodki, drink z sokiem to wysoki IG spowoduje odkładnie się tłuszczu w naszym organizmie. Na kacu napijemy się znowu dużo słodkiego soku i zjemy obfite śniadanie. W konsekwencji, ale już nie bezpośrednio nasz organizm „dobrze” wszystko wykorzysta i odłoży jeszcze sporo na zapas. Zdecydowanie nie chcemy pustych kalorii.
Do napisanie tego artykułu zainspirowało mnie pytanie
czytelnika o obecny u nas na rynku od ładnych paru lat preparat – suplement
diety – niemieckiej firmy, która ma za hasło przewodnie: „być na drodze natury,
koncept żywieniowy”. Przeanalizowałam bardzo dokładnie skład proponowanej
odżywki, która ma poprawić metabolizm ogólny, ale ze szczególnym uwzględnieniem
regeneracji mięśni. Przy okazji przeszukiwania fachowej literatury natrafiłam
na HAMLET (z ang. Human
Alpha-lactalbumin Made LEthal to Tumor ) – Ludzka Alfa-laktalbumina
Powodująca Śmierć Guza). Przypomniałam sobie wtedy, jak zbawienny wpływ ma
ludzkie mleko podczas rekonwalescencji uszkodzonego organizmu po terapii w
walce ze złośliwym nowotworem. Niestety, nie wystarczy, a może w ogóle nie
koniecznie trzeba pić mleko, ale o tym w dalszej części.
Na poniższym schemacie przedstawiłam losy aminokwasów
naszym organizmie, ponieważ o nie głownie chodzi w odżywce.
Oczywiście, jeżeli zjemy białko, to w konsekwencji zostaną
uwolnione z niego w naszym przewodzie pokarmowym aminokwasy i w następstwie
zasilą one nasz organizm. W poniższej tabeli zamieściłam porównanie zawartości
aminokwasów egzogennych (zapraszam „Criminal story…”) w jajach kurzych, wołowinie
(befsztyk), pszenicy (chleb/bułka – w mące może być 9-13% białka), soi (kotlety
wegan) oraz krowiej serwatce (preparat z mleka), kazeinie (białko pełnego mleka).
Umieściłam w tabeli także a-laktalbuminę, która jest składnikiem odżywki,
o którą pytał czytelnik. Zawartość aminokwasów jest wyliczona w mg na 1 gram
białka danego pokarmu (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5934683/).
*Mąki pszenne mają różną zawartość białka – od 9 do
prawie 14% (mąka MANITOBA).
Poniżej przedstawiam tabelę, w której jest porównane
dzienne zapotrzebowanie człowieka o masie 70 kg na aminokwasy egzogenne i
zawartość tych aminokwasów w jednej porcji dziennej odzywki, o którą pytał
czytelnik. Przy czym prawdopodobnie aminokwasy są zawarte w 80% koncentracie a-laktalbuminy
(opis preparatu) – cokolwiek to znaczy.
Wędrówka aminokwasów w naszym organizmie zależna jest od składu posiłku, trawienia, wchłaniania, dystrybucji i metabolizmu komórkowego oraz regulacji tych procesów na kolejnych etapach przez wiele czynników. Na poniższym schemacie pokazuję wędrówkę aminokwasów między naszymi organami po posiłku (stan absorpcyjny) zawierającym białka.
Zwracam uwagę na to, że walina (Val), leucyna (Leu) i izoleucyna (Ile) – BCAA (z ang. Branched Chain Amino Acids – aminokwasy rozgałęzione), którym dietetyka dla sportowców poświęca wiele badań, tylko w 20% są przetwarzane w wątrobie, a reszta idzie na „obwód”. Zasilają one w niezmienionej formie inne tkanki. BCAA stanowią bardzo popularny suplement diety. Zmniejszają uczucie zmęczenia po treningu, poprzez obniżenie ilości tryptofanu we krwi, a to prowadzi do spadku stężenia serotoniny (odpowiedzialnej za uczucie senności i zmęczenia) w mózgu, dlatego są często spożywane w postaci suplementów przez sportowców. Wykazują również potencjał antykataboliczny (spowalniają katabolizm) w komórkach mięśniowych, gdyż zwiększają pobieranie energii z tkanki tłuszczowej przez organizm, ograniczając zużywanie aminokwasów do procesów energetycznych oraz pozytywnie wpływają na regenerację tkanki mięśniowej po treningu (https://pl.wikipedia.org/wiki/Aminokwasy_rozga%C5%82%C4%99zion). Po stanie absorpcyjnym nie zwiększa się już ilość składników odżywczych, a organizm zadawala się substancjami, które przetworzył poprzez metabolizm ogólnoustrojowy następuje stan poabsorpcyjny. Na poniższym schemacie pokazuję wymianę aminokwasów między naszymi organami jakiś czas po posiłku.
Widać, że głównym źródłem aminokwasów dla organizmu są mięśnie szkieletowe, a z alaniną (Ala), glutaminą (Gln) i seryną (Ser) płynącymi do wątroby detoksykowany jest jon amonowy (powstawanie mocznika, zapraszam „Criminal story…”).
Dużym wyzwaniem dla dietetyki jest opracowanie właściwej strategii żywieniowej dla osób dotkniętych chorobami wycieńczającymi organizm. Szczególnie w kacheksji, która dosłownie oznacza „zły stan ciała”. Jest to stopniowe wyniszczanie organizmu wynikające z choroby lub zażywania leków. Następuje przewlekłe osłabienie i wycieńczenie, a organy przestają prawidłowo pracować. Następuje wówczas intensywny katabolizm białek i zużywanie aminokwasów między innymi jako „paliwa energetycznego” i to powoduje spadek masy ciała połączony właśnie z zanikiem mięśni
Na wielkość masy mięśni ma przede wszystkim wpływ masa zawartych w
nich białek (budujących je). W poważnych badaniach przeprowadzonych na
zdrowych, dorosłych osobach wykazano, że dieta zarówno niskobiałkowa (0,7g /kg
masy ciała), jak i dieta wysokobiałkowa (1,5 g/kg masy ciała) nie intensyfikuje
biosyntezy białek mięśniowych po posiłku (Am J Clin Nutr 2017;105:332–42).
Oczywiście podawane białka były pełnowartościowe. Podkreślam osobom zdrowym, u
których parametry metaboliczne były w normie. Nasz organizm nie jest prostym
naczyniem kuchennym, w którym powstanie danie zależne od ilości nawrzucanych
składników. Ważnych jest wiele czynników.
Serwatka – białka terapeutyczne
Serwatka często dodawana do żywności w przemyśle
spożywczym wzbogaca produkty spożywcze w składniki odżywcze – aminokwasy. Dodawany
jest koncentrat, izolat (odżywka zawierająca do 90% białka), hydrolizat,
frakcje białek.
Popularne jest suplementowanie białkami z serwatki
otrzymywanymi w różnych procesach technologicznych i układanie różnych
kompozycji z proteinowych podfrakcji odpowiednich w stosunku do profilu diety.
Udało mi się znaleźć ilustrację, na której porównana jest serwatka z mleka
krowiego i ludzkiego (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5934683/). Krowa
i człowiek to gatunki. Stosuje się też określenie białka bydlęce.
Ludzka serwatka zawiera mniej białka niż krowia. Krowia zawiera b-laktoglobulinę, której w ludzkim nie ma. Niestety, może ona u człowieka powodować przykre w konsekwencji alergie. Zwracam uwagę na α-laktalbuminę, której u człowieka jest znacznie więcej.
Wielką popularnością wśród odżywek cieszy się białko serwatki. http://bartoszguran.pl/2017/12/bialko-serwatki-aminokwasy/ według Pharmacol Res 144 (2019)245 – 256). Jest w nim dużo BCAA i EAA(z ang. essential amino acid – aminokwasy egzogenne), a szczególnie jest cenione za leucynę (zapraszam do tabeli powyżej; 122 mg/g białka). Być może jest ona odpowiedzialna za działanie anaboliczne. Spośród trzech aminokwasów rozgałęzionych tylko leucyna była w stanie samodzielnie stymulować wzrost mięśni. I tutaj mamy ciekawostkę. Przykładowo koktajl z 6 g białka serwatki uzupełnionego leucyną lub mieszaniną EAA bez leucyny powodował stymulację syntezy białek mięśniowych, jak po zjedzeniu 25 g białka serwatkowego w warunkach spoczynku. Jednak po treningu siłowym najlepsze wyniki uzyskano po koktajlu z 20 g białka serwatki, 5 g leucyny i 10 g EAA. Wykazano, że koktajl z EAA można wypić przed i po treningu, oraz dodatkowo go wzbogacać o różne kombinacje, zależne od celu trenującego. Tu przypominam, że na nasz metabolizm składa się wiele przemian i nie żyjemy tylko aminokwasami. Zwracam uwagę na organizmy nam towarzyszące w jelicie grubym. One, tak jak my, korzystają z naszej diety. Przy ich udziale powstają pofragmentowane białka, niewielkie peptydy, które są wchłaniane do naszego organizmu i nie pozostajemy wobec nich obojętni (http://www.heraldopenaccess.us/openaccess/food-proteins-and-bioactive-peptides-functional-diets). Najczęściej ta symbioza nam pomaga, ale czasem pojawiają się problemy.
Co z tym mlecznym
cukrem – laktozą?
Mleczny cukier – laktoza, ponieważ występuje tylko w mleku prawie wszystkich ssaków, z wyjątkiem pewnego gatunku uchatki patagońskiej, której dzieci wolą dietę bezcukrową. Syntetyzowany jest w gruczole mlecznym podczas laktacji. Substratami są zaktywowana galaktoza (Gal) w postaci UDPGal (UDP – urydylodifosforan) i glukoza (Glc): UDP-Gal + Glc à laktoza + UDP. Katalizuje tę reakcję enzym galaktozylotransferaza, a zachodzi ona w aparacie Golgiego. Po zjedzeniu laktoza ulega strawieniu w naszym przewodzie pokarmowym do glukozy i galaktozy. Te cukry proste są wchłaniane. Hydrolizę katalizuje enzym laktaza. U dojrzałych osób aktywność tego enzymu maleje lub całkowicie zanika. Wówczas przetwarzaniem laktozy zajmują się bakterie jelitowe i wtedy pojawiają się przykre konsekwencje ich działania. Pokazuję to na poniższym schemacie.
Mikroflora jelitowa powoduje przetworzenie laktozy w związki powodujące problemy jelitowe (wzdęcia, gazy i biegunkę), ale nie u wszystkich.
Dla celów
przemysłowych laktozę pozyskuje się z serwatki. Krowie mleko zawiera w 100 g – od 4,6 do
4,9 g laktozy, jogurt 4,6-5 g, a ser żółty (tak zwany fermentowany) znikomą
ilość – do 0,1g.
Po co nam jest α –laktalbumina?
Tak jak cukier laktoza, α -laktalbubina ( α LA), jest syntetyzowana w gruczole mlekowym podczas laktacji. Pobudza tę syntezę hormon przysadkowy prolaktyna. Już w końcu lat 60-tych zauważono związek między laktozą a α LA. Podczas syntezy laktozy białko to wiąże się odwracalnie z enzymem galaktozylotransferazą (beta4GALT) i aktywuje go (https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/lactose-synthase). Laktoza powstaje w aparacie Golgiego przy normalnym stężeniu glukozy w jego świetle, a enzym katalizujący jej syntezę znajduje się w błonie. Glukoza jest transportowana do komórki i do błon aparatu Golgiego transporterem błonowym dla glukozy – (GLUT1), a UDPGal do błon aparatu Golgiego transporterem SLC352A (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001448271530135X). Pokazuję to na poniższym schemacie.
Enzymy: E1- glukokinaza HK (heksokinaza), E2 – PGM (fosfoglukomutaza), E3 – UGP2 (pirofosforylaza UDP:glukoza), E4 – GALE(4’-epimerzaz UDP galaktoza), E5 – beta4GALT(b-1,4-galaktozylotransferaza). Laktoza i αLA są pakowane do pęcherzyków sekrecyjnych, których zawartość jest uwalniana na drodze egzocytozy z komórek nabłonkowych podczas laktacji. Laktoza i αLA są wydzielane do mleka. Ludzka αLA okazała się niezwykłą substancją terapeutyczną, ale uwaga – nie bezpośrednio wypita z mlekiem, nawet ludzkim.
HAMLET
HAMLET (z ang. Human Alpha-lactalbumin Made LEthal to Tumor –
Ludzka Alfa-laktalbumina Powodująca Śmierć Guza). Preparat medyczny jest
kompleksem a- laktalbumiiny z ludzkiego mleka z nośnikiem
lipidowym. Nie trzeba pić mleka, ponieważ w nim nie ma tego terapeutyku.
Badania rozpoczęte nad leczniczym działaniem
ludzkiej α-laktalbuminy rozpoczęto w połowie lat
90-tych (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC41287/)
i ciągle jeszcze są prowadzone. Praca, na której się opieram, jest z 2019 roku (Biol. Chem. 2019 294: 19511). HAMLET jest kompleksem ludzkiej α-laktalbuminy
z kwasem tłuszczowym oleinowym (oleinianem) (18 węglowy, jednonienasycony,
omega 9, występujący w oliwie i tranie). Pokazuję na poniższej ilustracji, jak
HAMLET powstaje z połączenia z tłuszczem ułatwiającym mu przenikanie przez błony
komórkowe (Biochemical and Biophysical Research Communications 482 (2017)
454e458).
Preparat HAMLET jest zabójczy dla wielu bakterii Gram-dodatnich. Powoduje on zahamowanie procesów życiowych w tych bakteriach – glikolizę – produkcję ATP i kwasu mlekowego. Sama α-laktalbumina nie hamuje tych aktywności, ani sam oleinian. Musi być połączenie białka z nośnikiem lipidowym i dzięki temu cały kompleks może przeniknąć przez błony do wnętrza komórki. Wspomaga w niektórych przypadkach działanie antybiotyków na bakterie. HAMLET indukuje obumieranie komórek guza, natomiast nie oddziałuje na zdrowe komórki. Powoduje autofagię (apoptozę, samozniszczenie) komórek raka i to ma skutek terapeutyczny. Niszczy komórki guzów o różnej etiologii. Wśród terapeutyków jest też BAMLET (z ang – Bovin Alpha-lactalbumin Made LEthal to Tumor – Bydlęca Alfa-laktalbumina Powodująca Śmierć Guza), α -laktalbumina bydlęca ma podobny skład do ludzkiej (Mljekarstvo 66 (1), 3-11 (2016)).
Konkluzja
Poszukując odpowiedzi na pytanie o zwykłą, drogą, jak na polskie kieszenie, odżywkę – suplement diety można dowiedzieć się o niezwykłych odkryciach związanych z terapią nowotworową. Stosowanie mieszanek aminokwasów ma sens tylko przy odżywianiu osób wyjątkowo wycieńczonych lub przy specjalnych zaleceniach dla sportowców. Mieszanki witaminowe polecane w suplementach pozostają raczej bez wpływu na nasz organizm i możemy znaleźć też takie, które nie obciążą znacznie naszej kieszeni. Zwracam uwagę na fakt, że witamina C bez względu na to, z jakiej rośliny jest otrzymana, pozostaje tą samą substancją niezbędną dla naszego metabolizmu. Ciekawostka, że w Polsce głównym źródłem witaminy C są ziemniaki. Witamina C jest antyoksydantem i bierze udział w kilku przemianach enzymatycznych. Jest rozpuszczalna w wodzie, tak więc lepiej zjeść kartoflankę niż odlać witaminę do zlewu. Z kolei witaminay B12 (jak i kobaltu, jej składnika) nigdy nie można brać bez sensownych wskazań medycznych, ponieważ mimo to, że jest rozpuszczalna w wodzie to (ciekawostka) jest kumulowana w wątrobie. Znajomi weganie podawali bez należytej kontroli tę witaminę swojemu dziecku i w konsekwencji miało zaburzenia w obrazie komórek krwi. Po odstawieniu witaminy B12 wszystko wróciło do normy. Zapraszam na opowiadanie o argininie i innych aminokwasach („Obojętny składnik powietrza…”,„Starzenie a na co…”, „Gdy zjemy białko…”, „Zrozumieć białko…”, „Criminal story… „ ). Suplementy mają nie szkodzić, a czy mogą pomagać? Na pewno oddziałują na naszą psychikę w postaci dobrze spełnionego w stosunku do siebie obowiązku i na naszą kieszeń, jak nie zapłacimy i to dużo – to nie działa, jakby natura tego chciała, W dodatku na naszą wyobraźnię oddziałują informacje o naturalnych składnikach zawartych w odżywkach, czyli tych pochodzenie roślinnego.
A dieta każda jest dobra, jeżeli się zwraca sensownie uwagę na to, co się je i szczególnie na to, ile się je (kilokalorie). Do właściwego utrzymania diety jedzenie należy ważyć. Trzeba mieć wagę dla kontroli naszej masy i dla masy substancji, które mamy zjeść.