Metabolizm białka — niektóre aspekty wykorzystywane w badaniach biologicznych
Aminokwasy wchłonięte przez przewód pokarmowy przechodzą do żyły wrotnej i wątroby. Część aminokwasów zostaje bezpośrednio wykorzystana w ścianie jelita do regeneracji białka śluzówki, o czym świadczą bardzo aktywne procesy transaminacji komórek jelita (Fouconneau i Michel 1970).
Mc Laughlan i Morrison (1960) stwierdzili, że przy wysokim poziomie białka w diecie, niezrównoważony skład aminokwasów pożywienia daje podobny rozkład wolnych aminokwasów we krwi, który pozostaje nie zmieniony w ciągu kilku godzin, będąc odbiciem składu białka diety i strawności podanych aminokwasów. Spostrzeżenie to zostało wykorzystane w szeregu pracach (np. Pion 1964, Buraezewski i wsp. 1971, Erbersdobler 1973, Eggum 1973a) w celu znalezienia łatwiejszej metody badania przyswajalności (strawności) aminokwasów, zwłaszcza u dużych zwierząt (świnie, przeżuwacze), a także zapotrzebowania na aminokwasy (Longenecker 1973). W okresie po absorpcyjnym poziom wolnych aminokwasów powraca do normalnego stanu, który jest na czczo stały.
W przypadku zbyt małej ilości spożytego białka w stosunku do intensywności procesów jego syntezy u rosnących zwierząt, poziom aminokwasów może nie być odbiciem ich spożycia, gdyż aminokwasy są szybko wychwytywane do syntezy białka tkankowego (Anderson, Linkswiler 1965).
Koncentracja wolnych aminokwasów w mięśniach jest na ogół wyższa niż we krwi, co wskazuje na aktywny ich transport poprzez błonę komórkową. Tempo transportu jest tym intensywniejsze (jak wskazują prace Steina 1967), im wyższa jest koncentracja aminokwasów w płynach ustrojowych. Pobieranie wolnych aminokwasów z krwi do mięśni jest stymulowane przez insulinę (Wood i wsp. 1968), natomiast poziom wolnych aminokwasów w wątrobie jest regulowany przez glukagon (Mallette i wsp. 1969). Poziom wolnych aminokwasów we krwi wpływa stymuluj ąco na wydzielanie zarówno insuliny, jak i glukagonu; stąd dopływ wolnych aminokwasów działa bezpośrednio na tempo ich pobierania do mięśni.
Zachowanie się wolnych aminokwasów w mięśniach studiowali Pawlak i Pion (1968 a), Pion (1973), Pereira i wsp. (1975) w celu wykorzystania zależności pomiędzy spożyciem a poziomem aminokwasów w mięśniach, do oceny przyswajalności aminokwasów i biologicznej wartości białka.
Wątroba jest głównym organem, w którym odbywa się katabolizm białka i równocześnie miejscem syntezy aminokwasów endogennych (glicyny, seryny, alaniny, kwasu asparaginowego i glutaminowego). Wątroba zaopatruje więc tkanki w aminokwasy endogenne. W wątrobie zachodzą procesy degradacji aminokwasów, znajdujących się we krwi w nadmiarze, w stosunku do potrzeb syntezy białka. Skład aminokwasów pożywienia nie dostosowany do potrzeb syntezy białka w ustroju ma wyraźny wpływ na intensywność procesów degradacji ich w wątrobie, czego wyrazem jest wzrost mocznika we krwi, a następnie w moczu. Wątroba jest więc głównym regulatorem składu wewnątrzustrojowej puli aminokwasów dostosowanych do syntezy białka. Wykorzystanie zależności pomiędzy jakością białka pożywienia i poziomem mocznika we krwi jest proponowanym wskaźnikiem w badaniach jakości białka (Eggum 1973a). Poziom azotu lub azot mocznika w wydalanym moczu jest od wielu lat wykorzystywany do badania bilansu azotowego i na jego podstawie przeprowadza się ocenę biologiczną białka.
Gospodarka aminokwasami w organizmie jest z zasady bardzo oszczędna. Jak już wyżej powiedziano, przewód pokarmowy spełnia dużą rolę w wydajnym trawieniu i regulacji wchłaniania aminokwasów do krwi. Z drugiej strony nerki chronią przed utratą wolnych aminokwasów z organizmu. Aminokwasy przepływające przez nerki są wychwytywane w kłębuszkach i przekazywane do obiegu krwi, w wyniku czego poziom wolnych aminokwasów w moczu jest bardzo niski. Nawet przy przeładowaniu diety leucyną, tak że poziom jej wzrasta wyraźnie we krwi, powodując niekorzystne efekty, straty jej w moczu są stosunkowo niewielkie (Tannous 1974).
Podwyższone wydalanie wolnych aminokwasów w moczu następuje dopiero po przekroczeniu progu nerkowego, który prawdopodobnie jest różny dla różnych aminokwasów. Na przykład wykazano, że po przekroczeniu progu nerkowego nadmiar wolnej tyrozyny był wydalany w moczu.
Różne organy i tkanki w różnym czasie wbudowują aminokwasy krążące w płynach ustrojowych. Trzustka, jelito cienkie, a także prawdopodobnie inne organy wy dzielnic ze, wbudowują je we własne białko bardzo szybko. Tarwer (1963) stosując aminokwasy znaczone izotopami wykazał, że mogą być one wykryte w soku trzustkowym już po upływie 1—2 godzin po podaniu ich w diecie szczurom. Natomiast mięśnie znacznie wolniej osiągają stan równowagi z poziomem aminokwasów krążących w płynach. Dzięki swej ogromnej masie, mięśnie stanowią duży rezerwuar wolnych aminokwasów. Wykazują one tendencje do krótkotrwałej kumulacji aminokwasów, gdy koncentracja ich we krwi rośnie po spożyciu posiłku, skąd następnie aminokwasy są, przekazywane do innych tkanek (Harper 1974 c). Działając w ten sposób, mięśnie redukują ilość aminokwasów, które mogłyby zostać niepotrzebnie katabolizowane przez (wątrobę po posiłku obfitującym w białko.
Organizm zwierzęcy nie ma jednak zdolności do tworzenia zapasów aminokwasów, odwrotnie jak np. źródeł energii. Nie istnieją miejsca służące specjalnie do odkładania białka, tak jak dzieje się to w przypadku tłuszczu (w tkance zapasowej) lub cukrowców w postaci glikogenu w wątrobie. Proporcje zawartości, białka w organizmie, jako procent chudej masy ciała u człowieka, pozostają stałe po trzecim roku życia (Munro 1964). Pomimo, że w okresie głodzenia następuje duża utrata białka mięśniowego, żywienie nadmiernymi ilościami białka nie powoduje nagromadzenia ich w większych ilościach.
Zwierzęta w okresie intensywnego wzrostu, po przestawieniu ich na dietę bezbiałkową, przestają przyrastać na wadze; już po kilku godzinach (Bender 1965). Podobnie ujemny bilans- azotowy u człowieka uzyskuje się już po- 24 godzinach (Harper 1974 c), po przestawieniu na dietę, z której wykluczono jeden, z niezbędnych aminokwasów.
Obserwacje te dowodzą braku zapasów białka w organizmie zwierzęcym. Fakt ten rzutuje na brak możliwości wzajemnego uzupełniania białek pomiędzy oddzielnymi posiłkami podanymi w odstępie kilku godzin (Geiger 1948, Spolter, Harper 1961). Podobnie, białka produktów wymagających dłuższego czasu trawienia mogą nie być dobrze uzupełniane przez dodatek wolnych aminokwasów wchłanianych w ciągu bardzo krótkiego czasu.
Jakkolwiek stwierdza się brak zapasów białka w organizmie zwierzęcym, istnieje zdolność do utrzymania jednych narządów kosztem innych w okresie ograniczonego dowozu białka z pożywienia. Zdolność tę nazywano pulą białek rezerwowych lub. W okresie początkowego stadium głodu białka, przy diecie bezbiałkowej lub bardzo niskobiałkowej, następuje szybka utrata białka z organizmu. Są to głównie białka wątroby i jelit.
Następnie utrata jest zwolniona, a przy przedłużającym Mię okresie głodzenia białkowego następuje uruchomienie białek mięśni – tracą one więcej białka niż inne narządy, między innymi układ pokarmowy, mięsień sercowy, mózg. Można sądzić, że aminokwasy mięśni są uwalniane i ponownie służą do syntezy białka innych narządów bardziej potrzebnych dla życia, a także enzymów, zwłaszcza cyklu oddechowego (Waterlow 1968). Białka mózgu i enzymów utleniających są naruszone w okresie głodzenia białkowego w najmniejszym stopniu. Inaczej jednak zachowują się niektóre enzymy u szczurów, którym podano dietę o niskiej zawartości białka, w stosunku do tych, które całkowicie głodzono, jakkolwiek w obu przypadkach warunki te prowadzą do utraty białka. Przy diecie niskobiałkowej ilość enzymów katalizujących aminokwasy w wątrobie spada do bardzo niskiego poziomu, podczas gdy przy głodzeniu .szczurów następuje wzrost poziomu tych enzymów (Harper’ 1974 a). Można stąd wnioskować, że labilność białek ustrojowych jest częścią procesu adaptacji do zmiennych warunków odżywiania (Harper 1965, Waterlow 1968).