Białko

Obszerny przegląd prac z zakresu wpływu dysproporcji w skła­dzie aminokwasów został opracowany przez Harpera (1970), po­dobnie jak toksyczne działanie nadmiaru niektórych aminokwa­sów (Harper 1973 i 1974b). Autor ten rozróżnia trzy typy wza­jemnego oddziaływania aminokwasów występujących w więk­szych lub mniejszych dysproporcjach:

1) spowodowany toksycznością danego aminokwasu poda­nego w nadmiarze,

2)    antagonistycznym działaniem nadmiaru jednego z ami­nokwasów niezbędnych w stosunku do innego,

3)    zaburzeniem równowagi w składzie aminokwasów (zwa­nym przez Harpera amino acid imblance).

Należy podkreślić, że wszystkie wymienione typy dyspro­porcji pomiędzy aminokwasami mają ostrzejsze działanie fizjo­logiczne w przypadku stosowania w żywieniu diet o niskiej za­wartości białka. Zjawisko to jest zrozumiałe, gdyż niska zawar­tość białka pogłębia dysproporcje aminokwasów wchłanianych do krwi. Podwyższenie poziomu białka w diecie łagodzi efekty dys­proporcji.

W żywieniu człowieka przykład niezbilansowania diet wy­stępuje w krajach rozwijających się. Prace Gopalana (1968, 1969, 1970), Belavady (1967) oraz Hankesa i wsp. (1971), rzuciły między innymi światło na etiologię powstawania pelagry na tle toksycz­nego działania nadmiaru leucyny.

Reszty bezazotowe aminokwasów ulegają bezpośredniemu spalaniu na dwutlenek węgla i wodę dostarczając energii metabo­licznej lub są zamieniane na glukozę albo tłuszcz tkanki zapaso­wej.

Wartość biologiczna białka pożywienia zależy więc od za­wartości poszczególnych aminokwasów egzogennych oraz od sumy aminokwasów endogennych. Założenie to nasuwa logiczny wniosek, że poznanie składu aminokwasów białka różnych produktów dostarczy danych, pozwalających na ocenę jego potencjalnej war­tości odżywczej. Co więcej, znajomość zawartości poszczególnych aminokwasów umożliwia dobieranie właściwych zestawów białek o wzajemnie uzupełniającej się wartości odżywczej. Dalszą kon­sekwencją, jaka stąd wypływa, jest możliwość zastosowania do­datku syntetycznych aminokwasów, w celu podwyższenia war­tości odżywczej białka, przez uzupełnienie deficytu określonego aminokwasu.

Podstawowe badania w dziedzinie zdolności syntezy poszcze­gólnych aminokwasów przez organizm człowieka i zwierząt za­inicjowały w konsekwencji ogromną liczbę prac badawczych w dziedzinie analizy składu aminokwasów i ich syntezy. Uzyskane dane dotyczące zawartości aminokwasów niezbędnych w białkach zostały wykorzystane do określenia współczynnika korelacji po­między ich zawartością a biologicznym wykorzystaniem.

W krajach wysoko rozwiniętych obawa przed dysproporcją, aminokwasów w żywieniu człowieka może zachodzić przy zastowaniu syntetycznych aminokwasów jako substancji uzupełniających wartości smakowe, środki słodzące (niektóre dwupeptydy) oraz substancje zapachowe (połączenia aminokwasów z cukrami lub witaminami).

Poznanie właściwych proporcji aminokwasów dla żywienia zwierząt użytkowych ma ogromne znaczenie, z uwagi na możli­wość zastosowania syntetycznych aminokwasów do podwyższenia wartości odżywczej mieszanek pasz. Wiadomo, że nadmierny do­datek jednego z aminokwasów niezbędnych, może wywołać pod­wyższenie zapotrzebowania na inne, nie powodując w efekcie za­mierzonej stymulacji wykorzystania białka pasz. Badania w tej dziedzinie są jeszcze niewystarczające.

Na występowanie dysproporcji w zawartości aminokwasów w produktach naturalnych należy zwrócić szczególną uwagę przy interpretacji wyników badań nad biologiczną oceną białka tych produktów. Jednocześnie, jak wskazują aktualne osiągnięcia w dziedzinie genetyki roślin, istnieją możliwości (przez odpowiednie krzyżowanie roślin) uzyskania takich odmian, w których wystąpi lepsze zbilansowanie aminokwasów. Przykładem tego jest odmia­na kukurydzy Opaque (Mertz 1964, Bressani i wsp. 1973).

Głównym działaniem dysproporcji aminokwasów na zwie­rzęta doświadczalne jest zahamowanie apetytu. Można je obser­wować przy badaniu biologicznym żelatyny, glutenu, kukurydzy itp., gdzie występują wyraźnie dysproporcje w składzie białka w stosunku do zapotrzebowania na aminokwasy zwierząt doświad­czalnych. Konsekwencją zahamowania apetytu jest zahamowanie wzrostu zwierząt. Oba te zjawiska, jak twierdzi Harper (1974a), są mechanizmem obronnym zwierząt przed zatruciem gromadzą­cymi się aminokwasami, będącymi w pokarmie w nadmiarze, w stosunku do możliwości syntezy białka przy zbyt niskim dowozie innych aminokwasów.

Zjawiskiem towarzyszącym spożyciu diety o niezbilansowanym składzie aminokwasów jest zaburzenie normalnego poziomu wolnych aminokwasów w surowicy krwi. Spożycie diety zawie­rającej zbyt niski poziom jednego z niezbędnych aminokwasów, powoduje spadek tego aminokwasu we krwi, a następnie w mięś­niach (Pion 1973) i mózgu (Peng i wsp. 1972).

Podobnie, nadmierne obciążenie jednym z aminokwasów powoduje pojawienie się nadmiaru /tego aminokwasu we krwi i mięśniach. Zwierzęta, którym podano do wyboru diety: bezbiał­kową oraz o jaskrawo niezrównoważonym składzie aminokwasów (Benevenga i wsp. 1968), wybierają raczej dietę bezbiałkową, gdyż nie wprowadza ona zaburzenia w wolnych aminokwasach we krwi, pomimo że dieta bezbiałkową prowadzi do głębszych niedo­borów żywieniowych, nie powoduje jednak zatrucia.

Zdolność enzymatyczna do degradacji (katabolizmu) amino­kwasu pojawiającego się we krwi u zwierząt doświadczalnych, zwłaszcza przy stosowaniu diet niskobiałkowych, jest mała. Ogra­nicza to zdolność usuwania z organizmu wchłoniętych do krwi aminokwasów niedostosowanych do syntezy białka. Ustrój nie ma zdolności do zahamowania procesu wchłaniania aminokwasów z przewodu pokarmowego, natomiast regulacja zachodzi przez zahamowanie apetytu i w konsekwencji tego następuje zahamowanie spożycia diety.

Działanie nadmiaru poszczególnych aminokwasów

Tryptofan. Nadmiar tryptofanu przy niskim poziomie białka po­woduje zahamowanie wzrostu szczurów (Säuberlich 1961). Zwięk­szone dawki tryptofanu są toksyczne dla szczurów. Człowiek to­leruje dawki 10 g tryptofanu podawanego przez szereg dni (Har­per 1973).

Nadmiar aminokwasów zawierających siarkę

Metionina jest najbardziej toksyczna ze wszystkich aminokwa­sów. Dodatek 2% metioniny do diety, zawierającej 10′% białka, powoduje zahamowanie wzrostu (Benevenga i wsp. 1968). Nad­miar metioniny wzmaga zapotrzebowanie na pirydoksynę (wita-minę B₆>. Nadmierne spożycie metioniny powoduje przerost ne­rek, ostre uszkodzenie wątroby i trzustki, nadmierne odkładanie żelaza w śledzionie, przy degradacji jego w hemoglobinie krwi, co jest przyczyną anemii (Muramatsu 1976). Objawy spowodowa­ne nadmiarem metioniny usuwa częściowo zastosowanie dodatku glicyny i seryny (Benevenga i wsp. 1968). Toksyczność metio-niny objawia się już przy dawce zaledwie 3-krotnej w stosunku do zapotrzebowania.

Nadmierne spożycie cystyny ( przy niskobiałkowej diecie) powoduje nekrozę nerek i uszkodzenie wątroby. Są to zupełnie inne objawy od spowodowanych nadmiarem metioniny.

Histydyna. Nadmierne podawanie histydyny przy diecie nisko­białkowej (histydyny) powoduje zahamowanie wzrostu zwierząt doświadczalnych.

Treonina jest najmniej toksycznym aminokwasem. Duże dawki treoniny powodują wysoki jej poziom we krwi, pomimo to nie następuje zahamowanie apetytu. Wynika to prawdopodobnie z faktu, że metabolity treoniny podlegają łatwemu utlenieniu (Harper i wsp. 1970).

Lizyna. Dodatek lizyny do niskobiałkowych diet szczurów (Jones i wsp. 1966)  powoduje depresję wzrostu. Poziom lizyny we krwi podwyższa się proporcjonalnie do zawartości jej w pożywieniu (Zimmerman i Scott 1965).

Aminokwasy aromatyczne: fenyloalanina i tyrozyna podlegają rozległym badaniom, ze względu na dążenie do wywołania u zwie­rząt symptomów analogicznych do fenyloketojiurii i tyrozylurii. Dodatek  fenyloalaniny do niskobiałkowych diet u szczura powoduje depresję apetytu i wzrostu. Uzyskano dowo­dy wpływu nadmiaru fenyloalaniny we krwi szczurów i małp (Wisman i Harlow 1965) na zmiany w ich zachowaniu oraz obni­żenie poziomu serotoniny w mózgu.

Nadmiar tyrozyny u szczurów powoduje swędzenie i opuch­nięcie łapek, ciemne otoczki dookoła oczu oraz histopatologiczne zmiany w wielu tkankach. Dodatek treoniny do diet wysokotyrozynowych obniża szkodliwe działanie tyrozyny.

Arginina. Szczury dobrze tolerują wysokie dawki argininy do niskobiałkowych diet. Dopiero 4% argininy powoduje depresję wzrostu (Harper 1966).

U człowieka dawki argininy stosowano w celu usunięcia nadmiernej koncentracji amoniaku z krwi. 25—50 g argininy na dzień powodowało spadek amoniaku we krwi, poprawę umysło­wej wydolności pacjentów (Fahey i wsp. 1957) przy ciężkich za­truciach mocznikiem.

Wzajemny antagonizm aminokwasów

Nadmierne ilości aminokwasów o rozgałęzionym łańcuchu węglo­wym obniżają wzrost zwierząt doświadczalnych. Efekt nadmier­nej ilości leucyny w dietach niskobiałkowych niweluje zwiększe­nie ilości izoleucyny i waliny w diecie (Benton i wsp. 1956). Z uwagi na podobieństwo budowy cząsteczki tych amino­kwasów, biologiczne ich działanie jest interpretowane jako dzia­łanie antagonistyczne. W dietach doświadczalnych szczurów, w których leucyna jest aminokwasem ograniczającym wzrost zwie­rząt, obniżenie spożycia waliny powoduje poprawę wzrostu. Fak­ty .te wskazują, że nadmiar jednego z aminokwasów o rozgałęzio­nym łańcuchu węglowym zwiększa zapotrzebowanie na jeden lub obydwa aminokwasy tego typu. W badaniach nad zapotrzebowa­niem na aminokwasy Rosę (1957) stwierdzał, że ludzie spożywa­jący diety o ograniczonej zawartości izoleucyny cierpieli na brak apetytu, mdłości i wymioty. Objawy te były ostrzejsze niż przy niedoborze jakiegokolwiek innego aminokwasu. W dietach uży­wanych w badaniach Rosego stosowano wysoki poziom leucyny, co może wskazywać, że u człowieka antagonizm pomiędzy leucy­na i izoleucyną może być wyraźny.

Badania na szczurach, przeprowadzone przez Rakowską i Pliszkę (1972), wskazują na niekorzystne działanie hydrolizatów krwi bydlęcej stosowanych do żywienia dożylnego. Prawdopodob­nie spowodowane to jest niewłaściwym ‘stosunkiem zawartości leucyny (wysoka) i izoleucyny (bardzo niska) w białku tych hy­drolizatów.

Antagonizm pomiędzy lizyną i arginina obserwowano w ży­wieniu kurcząt. Jones (1964) i Nesheim (196’8) stwierdzili pod­wyższone zapotrzebowanie na argininę u kurcząt żywionych die­tą zawierającą kazeinę jako jedyne źródło białka, w związku ze szczególnie wysoką zawartością lizyny w kazeinie. Antagonizm między tymi aminokwasami jest u ssaków mniej ostry z uwagi na zdolność syntezy argininy.

Fizjologiczne działanie wysokiego spożycia aminokwasów i białka

Człowiek, podobnie jak zwierzęta laboratoryjne, może tolerować duże ilości aminokwasów, przekraczające kilkakrotnie zapotrze­bowanie, w dietach gdzie jest zachowany wzajemny ich stosu­nek. Najmniejszą tolerancję wykazują szczury w stosunku do nadmiaru metioniny. Granica tolerancji nadmiaru metioniny wy­nosi, jak już wspomniano powyżej, ok. 3-krotną jej ilość w sto­sunku do zapotrzebowania, podczas gdy tryptofanu 20-krotną. Duży nadmiar aminokwasów (zbyt wysokie spożycie białka u zwierząt laboratoryjnych) powoduje hypertrofię wątroby i ne­rek (Addis i wsp. 1926, 1940) oraz wyraźnie skraca życie zwie­rząt (Ross 1959, 1961).

Aminokwasy niezbędne stosowane w dużych ilościach, 10-krotnie przekraczające zapotrzebowanie u ludzi, powodują bóle głowy i wymioty. Aminokwasy endogenne są tolerowane w znacznie szerszych granicach. Przykładem może być kwas glutamino­wy, który z wyjątkiem nielicznych przypadków uczulenia, jest tolerowany na ogół dobrze. Wyższy procent kalorii z białka, prze­kraczający jego zapotrzebowanie w danym okresie życia, powo­duje spadek jego wykorzystania dla celów anabolicznych (Platt, Miller i Payne 1961, Rafalski 1965). Jednostronne wysokie spo­życie białka, przy obniżonym spożyciu cukrowców i tłuszczu, stosowane np. dla obniżenia nadwagi, może prowadzić do nagro­madzenia się szkodliwych produktów przemiany aminokwasów w ustroju, obciążających metabolizm i system wydalniczy.

Wykorzystanie białka zależnie od jego ilości i jakości

Maksymalne wykorzystanie białka w żywieniu występuje przy dowozie przyswajalnych form aminokwasów egzogennych oraz endogennych (lub odpowiedniej ilości azotu do syntezy tych ostat­nich) w granicach pokrycia zapotrzebowania w danym okresie życia człowieka lub zwierząt.

Według danych -Platta, Millera i Payna (1961) maksymalne wykorzystanie białka w okresie intensywnego wzrostu zachodzi przy 8% NDP_cal, co odpowiada poziomowi 10-12′% energii z biał­ka o wartości biologicznej 80-60%, zakładając pełne pokrycie po­trzeb energetycznych przez cukrowce i tłuszcze. U organizmów dorosłych, po osiągnięciu dojrzałości płciowej, 4% NDP_caI daje maksimum wykorzystania białka dla osiągnięcia równowagi azo­towej. Odpowiada to 6-8% energii z białka o wartości biologicz­nej w granicach 70-50%. Zagadnienie to ma szczególne znaczenie w ekonomicznym (opłacalnym) żywieniu zwierząt użytkowych; Sądząc z badań Rafalskiego (1965) prowadzonych na szczurach karmionych ad libitum, maksimum wykorzystania białka dla wzrostu uzyskuje się przy 6-8% NDPcal. W praktyce żywienia zwierząt można osiągnąć to za pomocą wyższego poziomu (12« -16%) energii z białka o niższej wartości biologicznej równej 50% łub niższego poziomu (10-12%) energii z białka przy wyższej jego wartości równej 70%.