Förgrenad aminosyra

En grenad aminosyra ( BCAA ) är en aminosyra som har en alifatisk sidokedja med en gren (en central kolatom bunden till tre eller flera kolatomer). Bland de proteinogena aminosyrorna finns tre BCAA: leucin , isoleucin och valin . Icke-proteinogena BCAA inkluderar 2-aminoisosmörsyra .

A chemical structure diagram of leucine
Leucin
A chemical structure diagram of isoleucine
Isoleucin
A chemical structure diagram of valine
Valine

De tre proteinogena BCAA:erna är bland de nio essentiella aminosyrorna för människor och står för 35 % av de essentiella aminosyrorna i muskelproteiner och 40 % av de förformade aminosyrorna som däggdjur kräver. Syntes för BCAA sker på alla platser av växter, inom plastiderna i cellen, vilket bestäms av närvaron av mRNA som kodar för enzymer i den metaboliska vägen.

BCAA fyller flera metaboliska och fysiologiska roller. Metaboliskt främjar BCAA proteinsyntes och omsättning, signalvägar och metabolism av glukos. Oxidation av BCAA kan öka fettsyraoxidationen och spela en roll vid fetma. Fysiologiskt tar BCAA roller i immunsystemet och i hjärnans funktion. BCAA bryts effektivt ned av dehydrogenas- och dekarboxylasenzymer som uttrycks av immunceller och krävs för lymfocyttillväxt och -proliferation och cytotoxisk T-lymfocytaktivitet. Slutligen delar BCAA samma transportprotein in i hjärnan med aromatiska aminosyror (Trp, Tyr och Phe). Väl i hjärnan kan BCAA ha en roll i proteinsyntes, syntes av neurotransmittorer och produktion av energi.

Krav

Food and Nutrition Board (FNB) vid US Institute of Medicine fastställde rekommenderade dietary Allowances (RDA) för essentiella aminosyror 2002. För leucin, för vuxna 19 år och äldre, 42 mg/kg kroppsvikt/dag; för isoleucin 19 mg/kg kroppsvikt/dag; för valin 24 mg/kg kroppsvikt/dag. För en person på 70 kg (154 lb) motsvarar detta 2,9, 1,3 och 1,7 g/dag. Dieter som uppfyller eller överskrider RDA för totalt protein (0,8 g/kg/dag; 56 gram för en person på 70 kg), uppfyller eller överskrider RDA för grenkedjiga aminosyror.

Forskning

Dietary BCAAs har använts i ett försök att behandla vissa fall av leverencefalopati . De kan ha effekten av att lindra symtom på leverencefalopati, men det finns inga bevis för att de gynnar dödlighet, näring eller övergripande livskvalitet eftersom ytterligare forskning är nödvändig.

Vissa studier antydde ett möjligt samband mellan en hög förekomst av amyotrofisk lateralskleros (ALS) bland professionella amerikansk fotbollsspelare och italienska fotbollsspelare, och vissa sporttillskott inklusive BCAA. I musstudier visades BCAA orsaka cellhyper-excitabilitet som liknar den som vanligtvis observeras hos ALS-patienter. Den föreslagna underliggande mekanismen är att cellhyperexcitabilitet resulterar i ökad kalciumabsorption av cellen och därmed orsakar celldöd, speciellt av neuronala celler som har särskilt låg kalciumbuffrande förmåga. Ändå återstår ett samband mellan BCAA och ALS att fastställas fullt ut. Medan BCAA kan inducera en hyperexcitabilitet som liknar den som observerats hos möss med ALS, visar nuvarande arbete inte om en BCAA-berikad diet, som ges under en längre period, faktiskt inducerar ALS-liknande symtom.

Blodnivåerna av BCAA är förhöjda hos överviktiga, insulinresistenta människor och i mus- och råttmodeller av dietinducerad diabetes, vilket tyder på möjligheten att BCAA bidrar till patogenesen av fetma och diabetes. BCAA-begränsade dieter förbättrar glukostolerans och främjar magerhet hos normalviktiga möss, återställer insulinkänslighet och normal kroppsvikt hos överviktiga möss och främjar insulinkänslighet hos överviktiga råttor. Hos magra och feta möss förmedlas dessa fördelar med BCAA-restriktion av isoleucin och valin, och inte genom restriktion av leucin.

Hos flugor förlänger begränsningen av BCAA i kosten livslängden, medan begränsningen av BCAA hos möss förlänger hanarnas livslängd och minskar skörheten, men förlänger inte kvinnans livslängd. Hos möss minskar kosttillskott med enbart BCAA livslängden och främjar fetma. Men konsumtion av ett BCAA-berikat tillskott av essentiella aminosyror förlänger livslängden för möss.

Syntes

Fem enzymer spelar en viktig roll i de parallella syntesvägarna för isoleucin, valin och leucin: treonindehydrogenas, acetohydroxisyrasyntas, ketosyrareduktoisomeras, dihydroxisyradehydrogenas och aminotransferas . Treonindehydrogenas katalyserar deamineringen och dehydreringen av treonin till 2-ketobutyrat och ammoniak. Isoleucin bildar en negativ återkopplingsloop med treonindehydrogenas. Acetohydroxisyrasyntas är det första enzymet för den parallella vägen som utför kondensationsreaktionen i båda stegen – kondensation av pyruvat till acetolaktat i valinvägen och kondensation av pyruvat och 2-ketobutyrat för att bilda acetohydroxibutyrat i isoleucinvägen. Därefter reducerar ketosyrareduktoisomeras acetohydroxisyrorna från föregående steg för att ge dihydroxisyror i både valin- och isoleucinvägarna. Dihydroxisyradehydrogenas omvandlar dihydroxisyrorna i nästa steg. Det sista steget i den parallella vägen utförs av aminotransferas, vilket ger slutprodukterna av valin och isoleucin. En serie av ytterligare fyra enzymer – isopropylmalatsyntas, isopropylmalat-isomeras, isopropylmalatdehydrogenas och aminotransferas – är nödvändiga för bildandet av leucin från 2-oxolsovalerat.

Degradering

Nedbrytningen av leucin , isoleucin och valin . Metioninnedbrytningsvägen visas också .

Nedbrytning av grenkedjiga aminosyror involverar det grenade alfa-ketosyradehydrogenaskomplexet ( BCKDH). En brist på detta komplex leder till en uppbyggnad av de grenkedjiga aminosyrorna ( leucin , isoleucin och valin ) och deras giftiga biprodukter i blodet och urinen, vilket ger tillståndet namnet lönnsirapsurinsjukdom . Å andra sidan orsakar okontrollerad aktivitet av detta komplex grenkedjig ketosyradehydrogenaskinasbrist .

BCKDH-komplexet omvandlar grenkedjiga aminosyror till acyl-CoA- derivat, som efter efterföljande reaktioner omvandlas antingen till acetyl-CoA eller succinyl-CoA som går in i citronsyracykeln .

Enzymer som är involverade är grenad aminotransferas och 3-metyl-2-oxobutanoatdehydrogenas .

Lönnsirap urinsjukdom

I en råttmodell av lönnsirapsurinsjukdom ökar akut administrering av BCAA DNA-skador i hippocampusregionen i hjärnan. Den närliggande figuren visar nedbrytningsvägen för BCAA och specifikt nyckelrollen för otillräcklig BCKDH i lönnsirapsurinsjukdom. Kronisk administrering av BCAA, jämfört med akut administrering, ökade DNA-skador inte bara i hippocampus utan även i striatumregionen i hjärnan. Antioxidantbehandling kunde förhindra DNA-skador i dessa hjärnregioner, vilket tyder på att BCAA orsakar DNA-skador genom produktion av oxidativ stress .

Cellsignalering

Medan de flesta aminosyror oxideras i levern, oxideras BCAA främst i skelettmuskulaturen och andra perifera vävnader. Effekterna av BCAA-administrering på muskeltillväxt i råttmembran testades och drog slutsatsen att inte bara en blandning av BCAA enbart har samma effekt på tillväxten som en komplett blandning av aminosyror, utan en aminosyrablandning med alla utom BCAA har ingen effekt på muskeltillväxt hos råttor. Administrering av antingen isoleucin eller valin enbart hade ingen effekt på muskeltillväxt, även om administrering av enbart leucin verkar vara nästan lika effektiv som den fullständiga blandningen av BCAA. Leucin aktiverar indirekt p70 S6-kinas samt stimulerar sammansättningen av eIF4F-komplexet , vilket är väsentligt för mRNA-bindning vid translationsinitiering. P70 S6-kinas är en del av däggdjursmålet för rapamycinkomplexets (mTOR) signalväg och har visats möjliggöra adaptiv hypertrofi och återhämtning av råttmuskel. I vila stimulerar proteininfusion proteinsyntesen 30 minuter efter start av infusionen och proteinsyntesen förblir förhöjd i ytterligare 90 minuter. Infusion av leucin i vila ger en sextimmars stimulerande effekt och ökad proteinsyntes genom fosforylering av p70 S6 kinas i skelettmuskler. Efter motståndsträning, utan BCAA-administrering, påverkar ett motståndsträningspass inte mTOR-fosforyleringen och ger till och med en minskning av Akt-fosforyleringen. Viss fosforylering av p70 S6-kinas upptäcktes. När BCAA administrerades efter ett träningspass indikerade tillräcklig fosforylering av p70 S6 kinas och S6 aktivering av signalkaskaden.

Roll i diabetes mellitus typ 2

Förutom cellsignalering spelar mTOR-vägen också en roll i betacelltillväxt som leder till insulinutsöndring . Högt glukos i blodet startar processen för mTOR-signalvägen, där leucin spelar en indirekt roll. Kombinationen av glukos, leucin och andra aktivatorer gör att mTOR börjar signalera för proliferation av betaceller och utsöndring av insulin. Högre koncentrationer av leucin orsakar hyperaktivitet i mTOR-vägen, och S6-kinas aktiveras vilket leder till hämning av insulinreceptorsubstratet genom serinfosforylering. I cellen orsakar den ökade aktiviteten av mTOR-komplex eventuell oförmåga hos betaceller att frigöra insulin och den hämmande effekten av S6-kinas leder till insulinresistens i cellerna, vilket bidrar till utvecklingen av typ 2- diabetes .

Metformin kan aktivera AMP-kinas som fosforylerar proteiner involverade i mTOR-vägen, samt leder till progression av mTOR-komplex från dess inaktiva tillstånd till dess aktiva tillstånd. Det föreslås att metformin fungerar som en kompetitiv hämmare av aminosyran leucin i mTOR-vägen.

Effekter av BCAA-tillskott på träning

BCAA har en insulinliknande effekt på glukos , vilket orsakar en minskning av glukosnivåerna. BCAA som intas före träning kan oxideras av skelettmuskulaturen och användas som energi under träningen, vilket minskar behovet för levern att öka nivåerna av glykogenolys . Under anaerob träning pyruvatmolekylerna som resulterar från glukosmetabolismen till mjölksyra , vars uppbyggnad kan leda till metabolisk acidos med pH-nivåer så låga som 6,4. Höga nivåer av mjölksyra gör att glukosmetabolismen stannar för att minska ytterligare sänkning av pH. BCAA-tillskott har visat sig minska nivåerna av mjölksyra i muskeln, vilket gör att glukosmetabolismen kan fortsätta. Detta resulterar i minskad glykogenolys i levern och följaktligen lägre plasmanivåer av glukos. Studier gjorda angående långtidseffekter av BCAA på glukosnivåer har dock visat att konsekvent tillskott av BCAA inte har någon märkbar effekt på blodsockernivåer utanför träning.

Nyligen genomförda studier har också visat att BCAA minskar nivåerna av cirkulerande fria fettsyror (FFA) i blodet. FFAs konkurrerar om bindningsställen på albumin med tryptofan , och när nivåerna av FFAs i blodet minskar, minskar även nivåerna av fritt tryptofan när mer binds av albumin. Under träning ökar nivåerna av fritt tryptofan som kommer in i hjärnan, vilket orsakar en ökning av 5-hydroxitryptamin (5-HT, aka serotonin ), som bidrar till trötthetskänslan . Genom att de minskar nivåerna av FFA i blodet kan BCAA hjälpa till att minska nivåerna av fritt tryptofan som kommer in i hjärnan, och hjälpa till att minska känslan av trötthet till följd av ansträngning. Minskningen av tryptofanupptaget i hjärnan leder till en minskning av serotoninsyntesen och frisättningen (hos råttor.) Minskningen av serotonin kan vara så stor som 90 %; låga nivåer av serotonin minskar känslan av trötthet, men leder också till bristande fokus, dålig impulskontroll, aggressivt beteende och dålig planering.

BCAA hämmar också tyrosinupptaget i hjärnan (tyrosin är en annan aromatisk aminosyra, som tryptofan); det minskade upptaget hämmar katekolaminsyntesen och frisättningen i hjärnan. Katekolaminer är förknippade med förbättrad fysisk prestation. De samtidiga minskningarna av både katekolamin- och serotoninsyntes kan förklara den relativt neutrala effekten av BCAA på fysisk prestation.

BCAA har också visat sig minska ökningen av serumnivåerna av ammoniak som uppstår under träning. Detta görs genom att öka mängden ammoniak som används vid glutaminsyntes , vilket förhindrar en överackumulering av ammoniak i blodet. Ökade nivåer av ammoniak i hjärnan resulterar i lägre nivåer av GABA och glutamat , vilket orsakar en ökning av central trötthet . Ökade nivåer av ammoniak i muskelvävnaden ökar också fosfofruktokinasaktiviteten (PFK), vilket leder till en ökning av mjölksyra, en stor bidragande orsak till muskeltrötthet.

Dessutom har BCAA-tillskott visat sig minska nivåerna av kreatinkinas i muskelceller efter träning. Kreatinkinas är en indikator på muskelskada och är ansvarig för att överföra en fosfatgrupp från ATP för att skapa en fosfokreatinmolekyl . BCAA-tillskott har visat sig minska nivåerna av kreatinkinas, vilket leder till högre nivåer av intracellulär ATP och en minskad känsla av trötthet. Se även DOMS .

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Branched-chain_amino_acid&oldid=1137933475 "