מתיונין: פונקציות

מתיונין ממלא את התפקיד בחילוף החומרים כספק של קבוצות מתיל (CH3), הנדרשות לביוסינתזות חיוניות. כדי לבצע פונקציה זו, תחילה יש להפעיל את חומצת האמינו החיונית באמצעות ATP (אדנוזין טריפוספט). שלבי התגובה של מתיונין ההפעלה מזורזת על ידי מתיונין אדנוזיל טרנספרז. כתוצאה מהמחשוף של הטריפוספט, משתחררת אנרגיה שהטרנספרז דורש להעברת ה אדנוזין שאריות ל מתיונין. נוצר S-adenosylmethionine, או בקיצור SAM. S-adenosylmethionine הוא הצורה הפעילה מטבולית של מתיונין. בשל קבוצת המתיל המגיבה מאוד בקבוצת הסולפוניום, S-adenosylmethionine מסוגל ליזום תהליכי טרנס-מתילציה המזורזים על ידי האנזים methyltransferase. כתוצאה מכך, SAM הוא גם מצע וגם תורם לקבוצת מתיל למתיל טרנספרז. בשלב ראשון, SAM מעביר את קבוצת המתיל למתיל-טרנספרז, אשר בשלב שני מעביר את שאריות ה- CH3 למצעים ספציפיים, אשר עוברים בדרך זו שינויים מבניים. בחילוף החומרים המתווך, טרנסמיטילציות הן תגובות חשובות בביוסינתזה של החומרים האנדוגניים הבאים.

• אדרנלין, הורמון שנוצר במדולה האדרנלית ומופרש לדם במצבי לחץ, שנוצר מנוראדרנלין על ידי העברת קבוצת מתיל; כקטכולאמין, לאדרנלין יש השפעה מגרה בקולטני האלפא והבטא הסימפטטיים של מערכת הלב וכלי הדם - הוא מעלה את לחץ הדם ומגביר את קצב הלב; במערכת העצבים המרכזית, האדרנלין משמש כמעביר עצבי - חומר שליח או משדר - ובכך הוא אחראי על העברת מידע מנוירון אחד (תאי עצב) למשנהו באמצעות נקודות המגע של הנוירונים, הסינפסות
• כולין - מסונתז מאתנולמין על ידי העברת קבוצה CH3; כמונוהידרי העיקרי כּוֹהֶל, כולין הוא יסוד מבני של שניהם נוירוטרנסמיטר אצטילכולין - חומצה אצטית אסתר של כולין - ו לציטין ו phosphatidylcholine, בהתאמה - חומצה זרחתית אסתר של כולין - שהוא מרכיב חיוני בכל הביוממברנות; בנוסף, כולין משמש גם כתורם לקבוצת מתיל בחילוף החומרים המתווך; במקרה של מחסור במתיונין, קיימים כמויות מספיקות של כולין לסינתזה של החשוב נוירוטרנסמיטר אצטילכולין - גירעון ארוך טווח של מתיונין יכול בסופו של דבר לגרום לחרדה ו דכאון.
• קריאטין, חומצה אורגנית שנוצרה כתוצאה מטרנסמתילציה מגואנידינו אצטט; בצורה של קריאטין פוספט, קריאטין נדרש להתכווצות שרירים ותורם לאספקת אנרגיה לשרירים.
• חומצות גרעין - בצורה של RNA (חומצה ריבונוקלאית) ו- DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית), המשמש כמוביל מידע גנטי.
• פוליאמינים - putrescine ו- SAM decarboxylated מולידים זרעון, ובתור ביניים, spermidine; לשני הפוליאמינים תפקיד מכריע בחלוקת התאים ועוזרים לסנתז תאים גדלים חומצות גרעין ו חלבונים כתוצאה מכך, לפוליאמינים יש השפעה מייצבת על ה- DNA. הזרעון הפוליאמין עשוי להגביר את המעיים בריאות וכך תורמים לשיפור החסינות. מחקרים בתאים כמו גם במודלים של בעלי חיים מראים שזרע זרעמידין תזונתי מעדיף את הבידול של תאי עוזר T כלפי תאי T רגולטוריים (Tregs).
• גלוטתיון - L-glutamyl-L-cysteinylglycine, בקיצור GSH - טריפפטיד שנוצר מה חומצות אמינו חומצה גלוטמית, ציסטאין וגליצין; כמצע של גלוטתיון פרוקסידאז, ל- GSH יש נוגד חמצון פעילות ומגן על תאים, דנ"א ומקרומולקולות אחרות מפני נזק חמצוני, למשל, נזקי קרינה.
• L- קרניטין - מתיונין יחד עם ליזין מוביל להיווצרות L- קרניטין, אשר ממלא תפקיד מפתח בוויסות חילוף החומרים של שומן, פחמימות וחלבונים.
• מלטונין - הורמון השולט בקצב יום-לילה של גוף האדם; הוא נוצר מהמתילציה של N-acetylserotonin.
• תרופת מתיל - דטוקסיפיקציה of תרופות.
• גרעין מתוכתי בסיסים של DNA ו- RNA - הגנה על DNA מפני השפלה.

מתילציה DNA

S-adenosylmethionine חיוני למתילציה של ה- DNA. בתהליך זה, קבוצות CH3 המסופקות על ידי SAM מועברות לאתרים ספציפיים בתוך ה- DNA הדו-גדילי בעזרת מתיל טרנספרזות DNA על גרעין בסיסים כגון אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין. לכן מדובר בשינוי DNA או בשינוי כימי במבנה הבסיסי של ה- DNA. מכיוון שמתילציה של ה- DNA לא עוֹפֶרֶת לשינוי ברצף ה- DNA - רצף אבני הבניין של ה- DNA - זה הנושא של אפיגנטיקה או ירושה אפיגנטית. אפיגנטיקה הוא העברת תכונות לצאצאים על בסיס שינויים תורשתיים ב גֵן ויסות וביטוי, ולא סטיות ברצף ה- DNA. שינויים אפיגנטיים יכולים להתבצע על ידי כימיים או פיזיקליים גורמים סביבתיים. אזורי ה- DNA בעלי חשיבות מיוחדת למתילציה נקראים איי CpG. בקטעי DNA אלה, הדינוקליאוטיד ציטוזין-גואנין נמצא בתדירות גבוהה פי עשרה עד עשרים משאר הגנום. במחקר גנטי אנושי, איי CpG משמשים לעתים קרובות להקצאת גנים מחלות גנטיות. למתילציה של DNA יש פונקציות ביולוגיות מרובות. בפרוקריוטים מתילציה של DNA מספקת הגנה מפני DNA זר. ה- DNA transferases אחראי על מתילציה עוֹפֶרֶת להיווצרות דפוס מתילציה על ידי העברת קבוצות CH3 לגרעין מוגדר בסיסים של ה- DNA של התא עצמו. בהתבסס על דפוס מתילציה זה, הגבלה אנזימים מסוגלים להבחין בין DNA משלו של תא לבין DNA שנכנס לתא מבחוץ. ל- DNA זר יש בדרך כלל דפוס מתילציה שונה מזה של ה- DNA עצמו. אם מזהים DNA זר, הוא נחתך ומסולק על ידי הגבלה אנזימים וגרעינים אחרים כך שלא ניתן לשלב את ה- DNA הזר ב- DNA של התא עצמו. יתר על כן, מתילציה של DNA מועילה לפרוקריוטים לתיקון שגיאות במהלך שכפול DNA - שכפול זהה של DNA. כדי להבדיל בין גדיל ה- DNA המקורי לבין הגדיל המסונתז החדש במהלך תיקון שגיאות, מערכות תיקון DNA משתמשות בדפוס המתילציה של הגדיל המקורי. באיקריוטים, מתילציה של ה- DNA פונקציה של סימון אזורים פעילים ולא פעילים של ה- DNA. באופן זה, מצד אחד, ניתן להשתמש באופן סלקטיבי בקטעי DNA מסוימים לתהליכים שונים. מצד שני, מתילציה משתיקה או מפעילה גנים. עבור פולימראזות RNA ואחרות אנזימים, בסיסי גרעין מתיליים על DNA או RNA הם סימן לכך שאין לקרוא אותם לצורך ביוסינתזה של חלבונים. מתילציות של DNA משמשות בסופו של דבר למניעת היווצרות פגומים, פתוגניים חלבונים או לבטל את הסינתזה שלהם. ישנם גנים שמנוהלים באופן סלקטיבי, מה שמכונה גֵן ויסות או ביטוי גנטי דיפרנציאלי. אזורים במעלה הזרם של א גֵן עשויה להיות רמת מתילציה ספציפית הנבדלת מהאזור שמסביב ועשויה להשתנות במצבים שונים. זה מאפשר תדירות קריאה סלקטיבית של הגן שמאחוריו. דוגמה לאתרים מתילטיים באופן סלקטיבי הנמצאים במעלה הזרם של הגן הם איי ה- CpG. מכיוון שאלו נתונים ללחץ מוטציה גבוה, למתילציה כמנגנון להשתקת גנים מדכאי גידולים יש חשיבות עליונה במניעה. מחלות גידולים. אם מתילציה מדוכאת, ניתן לצמצם את הציטוזינים של איי ה- CpG באופן חמצוני לתימין ולאורציל, בהתאמה, בגלל חוסר היציבות שלהם. זה מוביל להחלפת בסיס ובכך למוטציה קבועה המגדילה משמעותית את הסיכון לגידול. מקרה מיוחד של ויסות גנים הוא הטבעה גנומית. מכיוון שלתאי נבט זכרים ונקבות יש דפוסי מתילציה של DNA שונים, ניתן להבדיל בין אללים אבהיים לבין אללים אימהיים. במקרה של גנים הכפופים להטבעה, משתמשים רק באלל האימהי או האבהי, המאפשר ביטוי ספציפי למין של תכונות פנוטיפיות. מתילציה מוגזמת או לא מספקת של אזורי DNA במעלה הזרם יכולה עוֹפֶרֶת להתפתחות מחלות כתוצאה מפעילות גנטית מופחתת או מוגברת וירושה לתאי הבת. לדוגמה, תאי גידול מראים לעתים קרובות דפוסי מתילציה השונים באופן משמעותי מאלו של רקמות בריאות. בנוסף לבסיסי גרעין בודדים ב- DNA, חלבונים ואנזימים ניתנים לשינוי באמצעות מתילטרנספרז. לפיכך, העברת קבוצת מתיל לאנזימים מובילה לשינוי בתכונותיהם, לפיו ניתן לעכב או לקדם את פעילות האנזים.

השפלה וסינתזה של מתיונין - מחזור המתיונין

חשיבות מיוחדת, הן לחילוף החומרים האנושי והן לצורך הטיפול הקליני, היא השפלה של מתיונין. חומצת האמינו החיונית מתיונין הנבלעת במזון מושפלת ל- S-adenosylmethionine בהשתתפות ATP. כתוצאה מהמחשוף של קבוצת המתיל, אשר נלקחת על ידי מתילטרנספרז ומועבר למצעים אחרים, נוצר ה- SAM- ביניים S-adenosylhomocysteine ​​(SAH) מ SAM, אשר הידרוליזה על ידי SAH הידרולאז הומוציסטאין ו אדנוזין. מכיוון ש- SAH מעכב תהליכי מתילציה, השפלה שלו ל הומוציסטאין דרוש בדחיפות כדי לשמור על תגובות מתילציה. ה גופריתחומצת אמינו מכילה, שאינה חלבונית הומוציסטאין, שהוא תוצאה של מחזור המתיונין, ניתן לסבול בכמה דרכים. מצד אחד, הומוציסטאין מושפל באמצעות תהליך ההחלפה עם היווצרות ה גופרית- המכילה חומצת אמינו ציסטאין. מצד שני, ניתן לעבור חילוף חומרים על הומוציסטאין על ידי תגובת רמי-מתילציה. הר-מתילציה של הומוציסטאין מובילה לסינתזה מחדש של מתיונין. בתהליך של סולספציה, מתיונין מגיב בשלב ראשון עם סרין דרך ציסטתיונין ß- סינתזה תלוי בוויטמין B6 ויוצר ציסטתיונין עם מחשוף של הומוציסטין. Cystathionine הוא ביקוע בשלב השני כדי homoserine ואת גופרית- המכילה חומצת אמינו ציסטאין. תגובה זו מזורזת על ידי ציסטתיונאז, שהוא גם תלוי בוויטמין B6. לפיכך, כאשר מתפרק מתיונין המכיל גופרית, נוצרת חומצת האמינו האחרת המכילה גופרית ציסטאין, ואילו צריכת צריכת הסרין. או ציסטאין יכול להיות מושפל בחילוף החומרים של חומצות אמינו קטבוליות לסולפט ו מַיִם, או להוביל לסינתזה של ציסטין על ידי תגובה עם מולקולת ציסטאין אחרת. בנוסף, מולקולת הציסטאין משמשת אבן הבניין ההתחלתית להיווצרות טאורין, חומצה ß-aminoethanesulfonic הנושאת קבוצת חומצה סולפונית במקום קבוצת carboxyl אופיינית חומצות אמינו. טאורין אינו משמש בגוף לביוסינתזה של חלבונים, אך הוא אחראי במידה רבה לייצוב הנוזל לאזן בתאים. אם צריכת מתיונין נמוכה מדי, הסינתזה של ציסטאין ממתיונין או הומוציסטאין היא שולית בלבד, מה שאומר שחומצת האמינו החציונית למחצה ציסטאין יכולה להפוך לחומצת אמינו חיונית ויש לספק אותה יותר באמצעות דיאטה. ההומוסרין הנובע ממחשוף ציסטתיונין מומר על ידי דימינציה לאלפא-קטובוטיראט, המושפל לפרופיוניל-CoA וכתוצאה מדקרבוקסילציה ובעקבותיו B12 ויטמין- סידור מחדש תלוי של קבוצת הקרבוקסיל, לסוקסיניל-CoA. האחרון הוא מטבוליט של מחזור הציטראט בו, בין היתר, מתקבלת אנרגיה בצורה של GTP (גואנוזין טריפוספט) ומקבילות ההפחתה NADH ו- FADH2, המובילות לייצור אנרגיה בצורת ATP (אדנוזין טריפוספט) בשרשרת הנשימה שלאחר מכן. תהליך ההחלפה יכול להתרחש רק ברקמות מסוימות. אלו כוללים כבד, כליה, לבלב (לבלב) ו מוֹחַ. בתהליך הר-מתילציה, סינתזת הומוציסטאין ממתיונין הפוכה. לפיכך, הומוציסטאין מגיב לראשונה עם אדנוזין ויוצר S-adenosylhomocysteine ​​(SAH) עם מחשוף של מַיִם. לאחר מכן, בהשפעת ה- B12 ויטמין-סינתאז מתיונין תלוי, העברת קבוצת מתיל מתרחשת עם היווצרות S-adenosylmethionine (SAM). קבוצת המתיל מסופקת על ידי 5-מתיל-טטרהידרופולאט (5-MTHF), המעביר את קבוצת CH3 לקואנזים של סינתאז מתיונין, B12 ויטמין (קובלאמין). עמוס במתיל קובלאמין, מתיונין סינתאז מעביר את קבוצת CH3 ל- SAH, ומסנתז את SAM. לבסוף, ניתן לשחרר מתיונין מ- S-adenosylmethionine. 5-MTHF היא הצורה הפעילה המתיל של חומצה פולית (ויטמין B9) ויש לו את הפונקציה של מקבל ומשדר קבוצות מתיל בחילוף החומרים המתווך. שחרור קבוצת CH3 לקובלאמין של סינתאז מתיונין גורם לחומצה טטרהידרופולית פעילה, אשר זמינה כעת להעברת קבוצות מתיל חדשות. ויטמין B12 פועל באופן דומה. בצורה של מתיל קובלאמין, הוא משתתף בתגובות אנזימטיות ואחראי על ספיגתם ושחרורם של קבוצות מתיל. לבסוף, מחזור מתיונין קשור ישירות אליו חומצה פולית ומטבוליזם של ויטמין B12 ב כבד ו כליה, ניתן למתיל מחדש את ההומוציסטאין למתיונין באמצעות הומוציסטאין מתיל טרנספרז (BHMT). קבוצת המתיל הנדרשת לסינתזת מתיונין מסופקת על ידי בטאין, תרכובת אמוניום רביעית עם שלוש קבוצות מתיל, ומועברת למתיל טרנספרז. Betaine הוא לפיכך גם תורם מצע וקבוצת מתיל ל- BHMT. המתילטרנספרז מעביר כעת את שאריות CH3 להומוציסטאין ליצירת מתיונין ודימתילגליקין. מסלול הרמתילציה של הומוציסטאין או סינתזת מתיונין באמצעות BHMT אינו תלוי ב חומצה פולית וויטמין B12. כתוצאה מכך, מַיִם-מסיס B ויטמינים חומצה פולית, B12 ו- B6 מעורבים בחילוף החומרים הכללי של מתיונין והומוציסטאין. אם יש גירעון של אפילו אחד כזה בלבד ויטמינים, השפלה של הומוציסטאין מעוכבת. התוצאה היא עלייה משמעותית ברמת הפלזמה של ההומוציסטאין. לכן זה יכול לשמש סמן לאספקת חומצה פולית, ויטמין B6 ו- B12. עלייה ברמות ההומוציסטאין ב דם ניתן לנרמל על ידי הגדלה מנהל מכל שלושת ב ' ויטמינים בשילוב. בגלל ה מנהל של חומצה פולית בלבד יכולה להוריד משמעותית את רמות ההומוציסטאין בפלזמה, נראה כי אספקה ​​מספקת של חומצה פולית חשובה במיוחד.

גורם סיכון הומוציסטאין

ליקויים בוויטמינים B6, B9 ו- B12 גורמים לחוסר היכולת להחזיר הומוציסטאין מחדש למתיונין וכתוצאה מכך להצטבר בחללים החוץ-תאיים ובתוך התא. ריכוזי הומוציסטאין של 5-15 µmol / l נחשבים נורמליים. ערכים מעל 15 מיקרומול / ליטר מציינים היפרהומוציסטינמיה - רמות הומוציסטאין גבוהות. מספר מחקרים מצביעים על כך שרמת הומוציסטאין בפלזמה מעל 15 µmol / l מהווה גורם סיכון בלתי תלוי לשניהם דמנציה ומחלות לב וכלי דם, במיוחד טרשת עורקים (התקשות העורקים). הסיכון לכליליות לֵב נראה כי מחלה (CHD) גוברת ברציפות עם הגברת ההומוציסטאין ריכוז ב דם. על פי החישובים האחרונים, 9.7% ממקרי המוות מ לֵב מחלה בארצות הברית נובעת מרמות מוגזמות של הומוציסטאין. ריכוזים מוגברים של הומוציסטאין ב דם לעיתים קרובות ניתן לראות עם עלייה בגיל עקב צריכה לא מספקת של ויטמינים, כולל ויטמינים B6, B9 ו- B12. בממוצע, גברים מגיל 50 ונשים מגיל 75 הם בעלי רמת פלזמה של הומוציסטאין העולה על 15 µmol / l. בהתאם, אנשים מבוגרים נמצאים בסיכון גבוה במיוחד למחלות לב וכלי דם במוח. על מנת להפחית סיכון זה, על אנשים בגיל מתקדם להעדיף שפע של פירות, ירקות ומוצרי דגנים, אך גם מזון ממוצא מן החי, כגון ביצים, דג ו חלב ומוצרי חלב, מכיוון שאלו מספקים כמויות מספקות של ויטמיני B B6, B9 ו- B12 בפרט. הומוציסטאין יכול להוביל לשינויים טרשת עורקים במערכת כלי הדם באמצעות היווצרות רדיקלים חופשיים. עם זאת, הומוציסטאין עצמה גם מסוגלת להתערב ישירות בתהליך של טרשת עורקים. בהשפעת יון המתכת המעבר נחושת או אוקסידאז המכיל נחושת caeruloplasmin, הומוציסטאין מחומצן להומוציסטין, ומייצר הידרוגנציה חמצן (H2O2). H2O2 הוא תגובתי חמצן מינים (ROS) המגיבים בנוכחות ברזל (Fe2 +) באמצעות תגובת פנטון ליצירת רדיקל הידרוקסיל. רדיקלים הידרוקסיל הם מאוד תגובתי מולקולות העלול לפגוע, בין היתר, ב אנדותל של דם כלי, חלבונים, חומצות שומן, ו חומצות גרעין (DNA ו- RNA). הומוציסטאין יכול גם לקבל אופי רדיקלי עצמו בשל קבוצת התיול הסופית שלו (קבוצת SH). למטרה זו, המתכת הכבדה ברזל בצורה של Fe2 + מושך אלקטרון מקבוצת SH של הומוציסטאין. ההומוציסטאין מקבל אפוא אפקט פרוקסידנטי ומשתדל לחטוף אלקטרונים מאטום או מולקולה, וכתוצאה מכך נוצרים רדיקלים חופשיים. אלה מסירים גם אלקטרונים מחומרים אחרים, ובדרך זו תגובת שרשרת מובילה לעלייה מתמדת במספר הרדיקלים בגוף (חמצון לחץחמצון לחץ הוא לעתים קרובות הגורם לשינויים בביטוי גנים המאופיין, למשל, בהפרשה מוגברת של ציטוקינים וגורמי גדילה, בהתאמה. ציטוקינים, כגון אינטרפרונים, אינטרלוקינים וגידול נֶמֶק גורמים, מופרשים מ אריתרוציטים (כדוריות דם אדומות) ו לויקוציטים (תאי דם לבנים) כמו גם פיברובלסטים ומקדמים נדידה של תאי שריר חלק בדפנות הדם כלי מתקשורת הטוניקה - שכבת השריר הנמצאת באמצע כלי הדם - לטוניקה אינטימה - רקמת חיבור שכבה עם תאי אנדותל המצפים את החלק הפנימי כלי דם שכבה לכיוון צד הדם. התפשטות מיוציטים חלקים (תאי שריר) מתרחשת לאחר מכן ב tunica intima. ריבוי מיוציטים נגרם לא רק על ידי הרדיקלים החופשיים, אלא גם על ידי הומוציסטאין עצמו באמצעות אינדוקציה של cyclin D1 ו- cyclin A mRNA. הומוציסטאין מסוגל גם לגרום לביוסינתזה של קולגן, המהווה מרכיב במטריצה ​​החוץ-תאית (מטריצה ​​חוץ-תאית, חומר בין-תאי, ECM, ECM), בתאי שריר חלק בתרבית ברמת ה- mRNA. התוצאה היא ייצור מוגבר של המטריצה ​​החוץ תאית. מחמצן לחץ פוגע בקירות התא ורכיבי התאים ובדרך זו יכול לגרום לאפופטוזיס, מוות של תאים מתוכנת. זה משפיע במיוחד על תאי האנדותל של דפנות כלי הדם. חידוש תאי האנדותל בכלי הדם מעוכב על ידי הומוציסטאין, ככל הנראה באמצעות ירידה בקרבוקסימילציה של p21ras, כך שלא ניתן לעצור את התקדמות הנזק הסלולרי. p21ras הוא חלבון האחראי על בקרת מחזור התא. כלי הדם הפגום אנדותל מוביל להידבקות מוגברת (דבקות) של נויטרופילים (תאי דם לבנים), כמו מונוציטים, המהווים מרכיב במערכת קרישת הדם ובמיוחד "נדבקים" לתאי האנדותל הפגועים כדי להיסגר פצעים. הידבקות מוגברת של נויטרופילים מפעילה אותם לייצר הידרוגנציה חמצן, אשר פוגע עוד יותר בתאי האנדותל. בנוסף, נזק לדופן כלי הדם גורם למעבר של מונוציטים ומחומצן LDL מזרם הדם לאינטיקה של הטוניקה, שם מונוציטים מתמיינים למקרופאגים ותופסים את ה- LDL המחומצן ללא הגבלה. ריכוזים רלוונטיים פתופיזיולוגית של הומוציסטאין -50 עד 400 מיקרומול / ליטר משפרים את הידבקותם של נויטרופילים ל אנדותל ונדידתם לאחר מכן דרך האנדותל (diapedesis). באינטימיקה של הטוניקה מקרופאגים מתפתחים לתאי קצף עשירים בשומנים המתפוצצים ומתים במהירות כתוצאה מעומס שומנים בדם. שברי השומנים הרבים ששוחררו בתהליך, כמו גם פסולת התאים מהמקרופאגים, מופקדים כעת באינטימה. גם תאי השריר המתרבים וגם תאי הקצף ומשקעים בצורה של שומנים, לימפוציטים, פרוטאוגליקנים, קולגן ואלסטין מוביל לעיבוי של האינטימה או הפנימית כלי דם שִׁכבָה. במהלך נוסף נוצרים שינויים בכלי הדם הטרשיים האופייניים - יצירת פסי שומן, נֶמֶק (מוות של תאים), טרשת (התקשות של רקמת חיבור) והסתיידות (אחסון של סידן). תופעות אלה במערכת כלי הדם ידועות גם בשם פלאקים סיביים. במהלך התקדמות טרשת העורקים, הפלאקים עלולים להיקרע ולגרום לקרע האינטימה. מוּגדָל טסיות (קרישי דם) מצטברים על אנדותל כלי הדם הפגוע כדי לסגור את הפצע, מה שמביא ליצירת פקקי דם (קרישי דם). טרומבי יכול לחסום לחלוטין את כלי דם, הפוגעת משמעותית בזרימת הדם. ככל שהאינטימיקה של הטוניקה מתעבה בגלל צמיחה של פלאקים טרשת עורקים, לומן הדם כלי הופך להיות צר יותר ויותר. התפתחות הטרומבי תורמת עוד יותר להיצרות (היצרות). ההיצרות מובילה ל הפרעות במחזור הדם ולמלא תפקיד מרכזי בפתוגנזה של מחלות לב וכלי דם. הרקמות והאיברים המסופקים על ידי חולה עורק סובל מ חמצן מחסור עקב פגיעה בזרימת הדם. כאשר עורק הצוואר (גדול עורקי הצוואר) מושפע, ה מוֹחַ אינו מספק חמצן, מגדיל את הסיכון לאפופולקסיה (שבץ). אם ה עורקים כליליים מושפעים מהיצרות, לֵב לא ניתן לספק מספיק חמצן ואוטם שריר הלב (התקף לבבמקרים רבים, רובדים סיביים מתפתחים בעורקי הרגליים, אשר לעתים קרובות לא קשורה למחלה חסימת עורקים (PAVD), המכונה גם מחלת חלון הראווה, מה שמוביל ל כְּאֵב בעגל, ירך, או שרירי עכוז לאחר הליכה ממושכת. מחקרים רבים מצאו כי חולים במחלות לב וכלי דם ושיתוק מוחין, במיוחד אלו הסובלים מטרשת עורקים, שבץ, מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסוןוסנילי דמנציה, יש רמות גבוהות של הומוציסטאין בפלזמה. ממצא זה מאשר כי הומוציסטאין מהווה גורם סיכון מרכזי לטרשת עורקים ולהשלכותיה. בנוסף לרמות הומוציסטאין בפלזמה גבוהות, השמנה, חוסר פעילות גופנית, יתר לחץ דם (לחץ דם גבוה), היפרכולסטרולמיה, גדל כּוֹהֶל ו קָפֶה צריכה, ו עישון הם גם עצמאיים גורמי סיכון למחלות לב וכלי דם במוח. פונקציות אחרות של מתיונין.

• ליפוטרופיה - מתיונין מציג תכונות ליפוטרופיות, כלומר יש לו השפעה מסיסת שומן ובכך מסייע במניעת אחסון יתר של שומן בכבד; במחקרים, מחסור במתיונין גרם לכבד שומני בחולדות, אך זה יכול להתהפך על ידי תוספי מתיונין - מתיונין תומך בהתחדשות רקמת הכבד והכליות; מתיונין מוצא שימוש גם בהיפרטריגליצרידמיה, מכיוון שהוא מקדם את פירוק הטריגליצרידים
• שימוש בחומרים מזינים וחומרים חיוניים חשובים - שכן יש צורך במתיונין לצורך חילוף החומרים של חלקם חומצות אמינו, כמו גליצין וסרין, הצורך במתיונין עולה בחלבון עתיר דיאטה; רמות פלזמה גבוהות מספיק של מתיונין חשובות גם כדי להבטיח ניצול אופטימלי של יסוד העקבות סלניום בגוף.
• נוגד חמצון - כמזלף רדיקלי מתיונין הופך את הרדיקלים החופשיים ללא מזיקים
• ניקוי רעלים - בקשר עם יסוד העקבות אבץ מתיונין מגביר את הפרשת המתכות הכבדות ובכך יכול למנוע, למשל, הרעלת עופרת
• התחדשות הגוף לאחר שלבי אימון - בשלבים אנאבוליים, למשל לאחר אימון, דרישת המתיונין גבוהה במיוחד עקב התחדשות או התאוששות הכרחית של הגוף הלחץ.
• הורדת ה- היסטמין רמת פלזמה - באמצעות מתילציה של היסטמין, מתיונין משמש כאנטי היסטמין טבעי - ובכך שומר על רמת ההיסטמין בדם נמוכה ולכן מועיל באטופיה - תגובות רגישות יתר - או אלרגיות; היסטמין משוחרר בתגובות אלרגיות בתיווך IgE מסוג "מיידי" - TypeI - או על ידי גורמי השלמה מתאי התורן או מגרנולוציטים בזופיליים ולכן הוא מעורב בהגנה על חומרים אקסוגניים; בנוסף, היסטמין במרכז מערכת העצבים מווסת את קצב השינה-ערות ושליטה בתיאבון.
• דלקות בדרכי השתן - ניתן להשתמש במתיונין בדלקות בדרכי השתן כדי למנוע זיהומים חוזרים; חומצת האמינו החיונית מעבירה את ה- pH של השתן לטווח החומצי, מה שמונע שקיעה של חיידקים פתוגניים וחיידקים ויצירת אבני פוספט בכליה
• לשפר את זיכרון ביצועים ב איידס חולים - מתיונין מסוגל לעכב את התקדמות האנצפלופתיה הקשורה ל- HIV; צריכת מתיונין תזונתית מספקת - עד 6 גרם מדי יום - מגנה על חולים מפני נזק הקשור לאיידס מערכת העצבים, כגון פרוגרסיבי דמנציה, ובכך יכול להשתפר זיכרון ביצועים.

ערכיות ביולוגית

הערך הביולוגי (BW) של חלבון הוא מדד עד כמה יעיל ניתן להמיר חלבון תזונתי לחלבון אנדוגני או להשתמש בו לביוסינתזה של חלבון אנדוגני. זו שאלה האם התוכן של חומצות אמינו חיוניות בחלבון התזונתי מותאם באופן אופטימלי לספקטרום אבני הבניין של החלבון בגוף. ככל שהחלבון התזונתי איכותי יותר, יש צורך לבלוע אותו פחות כדי לשמור על הביוסינתזה של החלבון ולעמוד בדרישות הגוף - בתנאי שהגוף יסופק באנרגיה מספקת בצורה של פחמימות ושומנים, כך שחלבונים תזונתיים לא משמשים לייצור אנרגיה. מעניינים במיוחד הם חומצות אמינו חיוניות, החשובים לביוסינתזה של חלבונים אנדוגניים. כל אלה חייבים להיות נוכחים בו-זמנית להיווצרות חלבונים באתר הסינתזה בתא. גירעון תוך-תאי של חומצת אמינו אחת בלבד יביא לסינתזת החלבון המדובר לקיפאון, מה שאומר שהתת-מולקולות כבר בנוי יהיה צריך להיות מושפל שוב. חומצת האמינו החיונית שהיא הראשונה להגביל את הביוסינתזה של החלבון האנדוגני עקב שאינה מספקת ריכוז בחלבון תזונתי נקרא חומצת האמינו המגבילה הראשונה. מתיונין היא חומצת האמינו המגבילה הראשונה בקטניות כמו שעועית ותורמוסים, בשמרים וב חלב חלבון קזאין. ב פשתן, בשר, ו ג'לטין, מתיונין היא חומצת האמינו המגבילה השנייה בשל תכולתה הנמוכה. במזונות אלה, מתיונין הוא אפוא החומצה האמינית המגבילה השנייה. ערך ביולוגי הוא השיטה הנפוצה ביותר לקביעת איכות החלבון. לשם קביעתו, שני חוקרי התזונה קופרניי וג'קאט פיתחו שיטה מיוחדת בשנת 1964. על פי שיטה זו, עבור כל חלבון בדיקה, כמות מספקת לשמירה על חנקן לאזן נקבע - קביעת מינימום האיזון N. ערך הייחוס הוא חלבון ביצה שלם, שערכו הביולוגי נקבע באופן שרירותי על 100 או 1-100%. יש לו את ה- BW הגבוה ביותר מבין כל החלבונים האישיים. אם משתמשים בחלבון בגוף בצורה יעילה פחות מחלבון ביצה, ה- BW של חלבון זה נמוך מ- 100. לחלבונים ממזון מן החי יש BW גבוה יותר מאשר לחלבונים ממקורות צמחיים בגלל תכולת החלבונים הגבוהה שלהם (חלבון ביצה), שהם בדרך כלל עשיר ב חומצות אמינו חיוניות. במזונות מהצומח יש כמויות נמוכות למדי של חלבון ביחס למשקל. כתוצאה מכך, חלבון מן החי עונה בדרך כלל טוב יותר על צרכי האדם. כדי לתת דוגמה, לבשר חזיר יש BW 85, ואילו לאורז BW 66 בלבד. על ידי שילוב חכם של נושאי חלבון שונים, ניתן לשדרג מזון עם ערך ביולוגי נמוך על ידי איזון הדדי של האמינו המגביל. חומצות. זה ידוע בתור ההשפעה המשלימה של חלבונים שונים. ברוב המקרים, השילוב של חלבון מן הצומח והחי מביא לשיפור. לפיכך, BW האורז הנמוך משודרג משמעותית על ידי אכילתו יחד עם דגים. דגים מכילים אמינו חיוני בשפע חומצות, כמו מתיונין, ולכן הוא בעל ערך ביולוגי גבוה. אך אפילו שילוב של מקורות חלבונים צמחיים גרידא, כגון צריכת מפרקים של תירס ושעועית, משיג ערך ביולוגי של כמעט 100. בעזרת אפקט התוספות של חלבונים בודדים, ניתן להשיג BW גבוה יותר מזה של חלבון ביצה שלם. אפקט הערך המוסף הגדול ביותר מושג על ידי שילוב של 36% ביצה שלמה עם 64% חלבון תפוחי אדמה, שמגיע ל- BW של 136.

השפלה של מתיונין

מתיונין ואמינו אחרים חומצות באופן עקרוני ניתן לחילוף חומרים ולהשפלה בכל התאים והאיברים של האורגניזם. עם זאת, מערכות האנזים לקטבוליזם של חומצות האמינו החיוניות נמצאות בעיקר בהפטוציטים (כבד תאים). כשמתיונין מתפרק, אַמוֹנִיָה (NH3) וחומצה אלפא-קטו משתחררים. מצד אחד, ניתן להשתמש ישירות בחומצות אלפא-קטו לייצור אנרגיה. מצד שני, מכיוון שמתיונין הוא גלוקוגני באופיו, הם משמשים מבשר לגלוקונאוגנזה (היווצרות חדשה של גלוקוזבכבד ובשרירים. למטרה זו, מתיונין מושפל באמצעות מספר שלבי ביניים להומוסרין פירובטה ו succinyl-CoA. שניהם פירובטה ו- succinyl-CoA, שהוא ביניים למחזור הציטראט, יכול לשמש מצעים לגלוקונאוגנזה. גלוקוז מייצג מקור אנרגיה חשוב לגוף. ה אריתרוציטים (כדוריות דם אדומות) ומדולה הכליה תלויים לחלוטין גלוקוז לאנרגיה. ה מוֹחַ רק באופן חלקי, מכיוון שבמטבוליזם הרעב הוא יכול להשיג עד 80% מהאנרגיה שלו מגופי קטון. כאשר גלוקוז מתפרק נוצר ATP (אדנוזין טריפוספט), מקור האנרגיה החשוב ביותר של התא. כשזה פוספט קשרים מבוקעים הידרוליטית על ידי אנזימים, נוצר ADP (אדנוזין דיפוספט) או AMP (אדנוזין מונופוספט). האנרגיה המשתחררת בתהליך זה מאפשרת לתאי הגוף לבצע אוסמוטי (תהליכי הובלה דרך קרומים), כימיים (תגובות אנזימטיות) או עבודה מכנית (שריר התכווצויות). אמוניה מאפשר סינתזה של חומצות אמינו לא חיוניות, פורינים, פורפירינים, חלבוני פלזמה וחלבונים להגנה מפני זיהום. מכיוון ש- NH3 בצורה חופשית הוא רעיל עצבי גם בכמויות קטנות מאוד, עליו להיות קבוע ומופרש.אמוניה עלול לגרום נזק חמור לתאים על ידי עיכוב מטבוליזם אנרגיה ומשמרות pH. קיבוע אמוניה מתרחש באמצעות א גלוטמט תגובת דהידרוגנאז. בתהליך זה מועברת אמוניה המשתחררת לרקמות חוץ-כבדות לאלפא-קטוגלוטרט, וכתוצאה מכך נוצרת גלוטמט. העברת קבוצת אמינו שנייה ל גלוטמט מביא ליצירת גלוטמין. התהליך של גלוטמין סינתזה משמשת כאמוניה ראשונית דטוקסיפיקציה. גלוטמיןשנוצר בעיקר במוח, מעביר את ה- NH3 הקשור ובכך לא מזיק לכבד. צורות אחרות של הובלת אמוניה לכבד הן חומצה אספרטית (אספרטט) ו אלנין. חומצת האמינו האחרונה נוצרת על ידי קשירה של אמוניה ל פירובטה בשרירים. בכבד, אמוניה משתחררת מגלוטמין, גלוטמט, אלנין ואספרטט. NH3 מוחדר כעת להפטוציטים (תאי כבד) לסוף דטוקסיפיקציה באמצעות carbamyl-פוספט סינתזה ב אוריאה ביוסינתזה. שתי אמוניה מולקולות ליצור מולקולה של אוריאה, שאינו רעיל ומופרש דרך הכליות בשתן. דרך היווצרות של אוריאה, ניתן לחסל 1-2 שומות אמוניה מדי יום. היקף סינתזת האוריאה כפוף להשפעה של דיאטה, במיוחד צריכת חלבונים מבחינת כמות ואיכות ביולוגית. בתזונה ממוצעת, כמות האוריאה בשתן יומי היא בטווח של כ -30 גרם.

אנשים עם לקויות כליה התפקוד אינו מסוגל להפריש עודף אוריאה דרך הכליות. אנשים מושפעים צריכים לאכול דיאטה דלת חלבונים כדי למנוע ייצור מוגבר והצטברות אוריאה בכליה עקב התמוטטות חומצות אמינו.