Юрий Гичев
10 431 subscriber

Незаменимые аминокислоты как эволюционный налог

1,1k full reads
Незаменимые аминокислоты как эволюционный налог

В области питания и здоровья человека есть масса парадоксов, но один из главных и самых загадочных – это наличие незаменимых аминокислот. Почему парадокс? Да дело в том, что вся наша жизнь зависит от синтеза белков, для которого нам нужны 20 базовых аминокислот. И все бы ничего, но почти половину из них мы вообще не умеем синтезировать, и если они не поступают с пищей, лавочку можно закрывать. Как природа могла допустить такое?!

Мегавитамины

Во время моих лекций меня часто спрашивают о том, как могло такое случиться, что мы не умеем синтезировать витамины. Пустячные вроде бы формулы, микроскопические количества, да и многие другие живые существа их спокойно синтезируют для собственного блага – но не человек! Если наша жизнь и здоровье так сильно зависят от витаминов, то почему они есть только в пище?!

Так вот, витамины на фоне незаменимых аминокислот – просто цветочки. Судите сами: витамина В12 нам требуется всего 0,000003 грамма в сутки, а такой незаменимой аминокислоты, как валин, – более 3 граммов. Разница в миллион раз! И это при том, что таких незаменимых аминокислот целых восемь и получить мы их можем тоже исключительно с пищей.

Более того, такие аминокислоты, как тирозин и цистеин, лишь формально могут считаться самостоятельно синтезируемыми в нашем организме, так как для этого им нужны незаменимые фенилаланин и метионин. А аргинин и гистидин синтезируются очень сложным путем и в очень небольших количествах – так что и их мы должны получать в основном из пищи.

Аминокислотная арифметика

Вот и получается, что из 20 необходимых человеку аминокислот мы можем самостоятельно обеспечивать себя лишь восемью. И это при том, что если без упомянутого выше витамина В12, витамина С или витамина Е мы хоть и невесело, но можем прожить несколько месяцев, а то и год, то вот без этих 12 аминокислот у нас не будет новых белков, а значит, и жизни. Ведь, как говорил классик диалектического материализма, жизнь – это способ существования белковых тел.

Но, может быть, синтез аминокислот настолько сложен, что мы его в принципе не можем повторить? А вот и нет: все бактерии, дрожжи и другие простейшие организмы, а также все растения и многие примитивные беспозвоночные обладают способностью самостоятельно синтезировать все нужные для жизни аминокислоты. Равно как и многие витамины, кстати.

Эволюционное право сильного

Эта загадка объясняется очень легко: простейшие организмы и растения вынуждены самостоятельно синтезировать все аминокислоты, потому что они не могут их получить в готовом виде. А вот у более сложных животных такая возможность появляется.

Это становится возможным, во-первых, благодаря появлению системы полостного пищеварения и, соответственно, способности поглощать сложные органические структуры. Во-вторых, это симбиоз с бактериями, которые в обмен на защиту и питание готовы обеспечить хозяина аминокислотами и другими полезными веществами.

И все же почему?

Конечно, когда есть возможность прийти на готовое, нет смысла напрягаться самому. Но все же почему природа вообще лишила нас способности синтезировать незаменимые аминокислоты? А вдруг настанет черный день?

Ответ очень прост: синтез большинства аминокислот – это крайне сложный и энергозатратный процесс. Например, для синтеза одной молекулы аминокислоты триптофана (незаменимой для человека) тем организмам, которые его могут синтезировать самостоятельно, требуется 78 молекул АТФ (аденозинтрифосфат – это главный источник энергии в биологических системах).

Чтобы понять, насколько это много, достаточно вспомнить, что для синтеза одной молекулы глюкозы (например, из молочной кислоты), о важности которой для жизни можно не распространяться, требуется всего 6 молекул АТФ.

А, например, для синтеза еще одной незаменимой аминокислоты – фенилаланина – требуется 65 молекул АТФ. Но при этом наша суточная потребность в ней более чем в 5 раз выше, чем в упомянутом триптофане. И при этом есть еще 6 незаменимых аминокислот и еще 4 – только условно синтезируемых в нашем организме. Представляете, сколько бы нам потребовалось энергии, если бы мы синтезировали все это сами?

Аминокислоты в обмен на эволюцию

Получается, что для живого организма наличие адекватного количества белка, с одной стороны, жизненно необходимо, а с другой – съедает львиную долю всей его энергии. Такой организм трудно назвать метаболически эффективным и, образно говоря, у него нет никаких шансов в эволюционной гонке – как у древнего паровоза со смешным КПД.

Даже у простейших бактерий, которые, я напомню, вынуждены сами синтезировать все 20 аминокислот, в процессе эволюции происходит оптимизация белкового состава и постепенное уменьшение потребности в самых энергозатратных аминокислотах и увеличение роли аминокислот, для синтеза которых требуется наименьшее количество энергии (H. Akashi et al, Proc Natl Acad Sci USA, 2002 Mar 19;99(6):3695-3700).

А у сложных многоклеточных организмов, потребность которых в белках возрастает в тысячи раз, вопрос поиска энергоэффективных альтернатив встает вообще очень остро. И переход на готовые аминокислоты извне становится вопросом выживания. Ведь выиграть в эволюционной борьбе могут только те организмы, у которых постоянно повышается энергоэффективность и высвобождается свободная энергии для совершенствования и развития.