Aminokwasy: Cegiełki czy zagrożenia?
Podobnie jak większość pokoleń wykładowców przede mną , opisuję aminokwasy jako klocki protein. Jeżeli nie masz odpowiednich klocków, twoja struktura nie może zostać zbudowana. Podobnie, jeżeli wymagany aminokwas nie jest dostępny, kiedy jest potrzebny, synteza białka nie może nastąpić. Nawet z tym przykładem, studenci czasami gubią się w teoretycznym wyjaśnieniu metabolizmu białek, zwłaszcza gdy są zmuszeni opisać, kiedy brakujący aminokwas może być uznany za zagrożenie w diecie zwierzęcia. Aby pomóc im lepiej zobrazować i zapamiętać ten koncept, używam bardziej rozbudowanego przykładu.
Zrozumienie klocków budulcowych białek
Większość z nas jest zaznajomiona z plastikowymi klockami, które można złożyć w różne kombinacje, tworząc różne obiekty, takie jak samochody czy zamki. Zazwyczaj te zabawki sprzedawane są w zestawach, które zawierają instrukcje i klocki o określonym rozmiarze, kształcie i kolorze, tak że gdy są prawidłowo złożone, mogą przyjąć formę pożądanego obiektu. Mój syn przeszedł fazę Harryego Pottera, podczas której zbierał i składał te zestawy, aby zbudować zamek Hogwart i powiązane z nim budynki, aż nasz cały stół w jadalni był pokryty miniaturką magicznego kampusu. Proces, który mój syn zastosował do zbudowania tego imperium z klocków, nie różni się zbytnio od tego, który pies lub kot używają do syntezy białek, ale wydaje się być łatwiejszy do zrozumienia.
Jednym z najważniejszych elementów tych zestawów jest zestaw instrukcji, które informują użytkownika, jak zmontować poszczególne klocki, aby stworzyć pożądany obiekt. Kartki z instrukcją są zazwyczaj schowane w zapieczętowanej torebce gdzieś pośród paczek z klockami. Mój syn szybko nauczył się, że jego pierwszym krokiem powinno być znalezienie instrukcji, wyjęcie jej z zapieczętowanej torebki, rozłożenie i rozpoczęcie czytania, aby znaleźć krok 1, który opisuje, które klocki powinien znaleźć, aby rozpocząć swój projekt budowy. Te instrukcje są jak DNA zwierzęcia, czyli kod genetyczny, który jest długim ciągiem czterech możliwych nukleotydów o nazwie adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Każdy obiekt zbudowany z DNA - od tygrysów szablozębnych do kota syjamskiego - składa się z różnych kombinacji tych czterech zasad chemicznych. Włączenie i aranżacja tych nukleotydów to cecha charakterystyczna wszystkich genotypów zwierzęcych.
Takie coś może stać się dość długim kodem; domowy pies ma genom składający się z 2,4 miliarda baz, co oznacza 2 400 000 000 nukleotydów. W pierwszym etapie syntezy białka, podwójnie skręcona DNA przechowywana w jądrze jest rozwijana, a nici są rozdzielane. Lustrzane odbicie jednej nici DNA jest tworzone poprzez proces zwanymi transkrypcją; wynikowa pojedyncza nić nazywana jest mRNA, czyli RNA przekaźnikowym. Pojedyncza nić mRNA przenosi się z jądra do rybosomu komórki i służy jako szablon, czyli zestaw instrukcji, do wytworzenia białka. Te kroki rozwijania i rozpakowywania instrukcji są niezbędne, aby synteza białka mogła przebiegać prawidłowo; podobnie jak mój syn polega na instrukcjach z jego zestawu, które pokierują go, jak zidentyfikować i umieścić właściwy klocek w odpowiednim czasie.
Na początku badań nad sekwencjonowaniem genów, naukowcy odkryli, że długie ciągi nukleotydów można podzielić na zestawy trzech nukleotydów zwane kodonem. Na przykład, kod genetyczny, który zawiera następującą sekwencję: -CACGGTTTGATGAACGTA...- można przedstawić jako -CAC GGT TTG ATG AAC GTA...-. Mówię moim studentom, że każdy z tych zestawów trzech nukleotydów jest trochę jak trzy definiujące komponenty każdego klocka - jego rozmiar (od 1 do 4 wypustek długości), kształt (sześcian, prostopadłościan, stożek lub cylinder) i kolor (czerwony, niebieski, żółty lub zielony). Na przykład, -CAC może wskazywać na klocek, który ma 3 wypustki długości, jest w kształcie cylindra i jest żółty. Z kolei GGT może wskazywać na klocek, który ma 1 wypustkę długości, jest w kształcie sześcianu i jest niebieski.
Podobnie, każda kombinacja trzech nukleotydów odpowiada określonemu aminokwasowi. Histydyna to CAC. Glicyna to GGT. W ten sposób szablon mRNA służy jako zestaw instrukcji do wyboru aminokwasów i umieszczenia ich we właściwej kolejności podczas procesu zwanego translacją. Nić mRNA jest odczytywana jeden kodon na raz, a RNA przenośne (tRNA) wybiera i przemieszcza odpowiedni aminokwas do rybosomu, aby mógł być związany z następnym aminokwasem zidentyfikowanym w sekwencji. Po zakończeniu syntezy białka, ten ciąg aminokwasów składa się i pełni funkcję nowego białka. Podobnie, mój syn odczytuje instrukcje swojego zestawu krok po kroku, wybierając klocek o właściwym rozmiarze, kształcie i kolorze, aby mógł być zmontowany we właściwej formie.
Ten skomplikowany proces dobrze działa zarówno u dziecka, jak i rybosomu, dopóki w instrukcjach nie pojawi się określony typ klocka, którego nie można znaleźć w stosie dostępnych klocków. U ssaków, aminokwasy takie jak leucyna (TTG) i lizyna (AAA) są najczęściej używane podczas syntezy białek, podobnie jak większość struktury może być zbudowana z klocków o długości 2 wypustek, w kształcie czerwonych prostopadłościanów, lub klocków o długości 4 wypustek, w kształcie zielonych cylindrów.
Czasami dieta spożywana przez zwierzęta naturalnie zawiera dużą ilość odpowiedniego rodzaju aminokwasów; diety oparte na kukurydzy są bogate w leucynę. W takim przypadku jest dużo dostępnych klocków o odpowiednim rozmiarze, kształcie i kolorze, kiedy tylko są potrzebne. W innych przypadkach, dieta może nie zawierać aminokwasu, który jest często potrzebny; diety oparte na kukurydzy naturalnie są ubogie w lizynę.
Zazwyczaj uważamy lizynę za aminokwas ograniczający w większości diet osobników monogastrycznych, ktora oparta jest na kukurydzy, ponieważ zazwyczaj jest to pierwszy moment, kiedy synteza białka potrzebuje określonego aminokwasu (lizyny), ale ten aminokwas nie jest obecny. W tym przypadku, inny aminokwas nie może zastąpić brakującego, więc synteza białka zatrzymuje się lub jest ograniczona z powodu braku aminokwasu. Podobnie, jeśli mój syn buduje swoją zabawkę i instrukcje wymagają klocka o długości 4 wypustek, w kształcie cylindra i zielonego, a on nie może go znaleźć, jego projekt nie może być kontynuowany.
Oczywiście, może spróbować wcisnąć inny, podobnie ukształtowany klocek na tamto miejsce, ale końcowa struktura będzie miała oczywiste oznaki, że coś jest źle lub inaczej (to nazywamy mutacją). Zamiast tego, mój syn musi przeszukać swój zestaw (lub podłogę), aby znaleźć odpowiedni klocek, albo projekt nie może być kontynuowany, dopóki nie kupimy jednego egzemplarza żeby dodać go do stosu. Nawet wtedy, mógłby kupić tylko jeden potrzebny kawałek lub kupić większy zestaw, który zaowocuje dodatkowymi klockami, których nie użyje do budowy swojego projektu. Ta równowaga między niedostatecznymi a nadmiernymi ilościami różnych klocków to to, z czym dietetycy zmagają się przy balansowaniu diet, aby zawierały idealne ilości aminokwasów.
Kiedy aminokwas ograniczający jest niebezpieczny?
Więc kiedy aminokwas ograniczający stanowi zagrożenie? To zależy od rodzaju syntetyzowanego białka. Jeśli białko jest kluczowe dla zdrowia zwierzęcia lub podstawowej funkcji, niedobór może stanowić zagrożenie. Z drugiej strony, jeśli syntetyzowane białko jest częścią podstawowej identyfikacji zwierzęcia, ale nie jest niezbędne dla jego zdrowia lub przeżycia, ograniczenie nie jest problemem regulacyjnym. To sprowadza nas z powrotem do definicji zagrożenia: dowolnego biologicznego, chemicznego (w tym radiologicznego) lub fizycznego czynnika, który ma potencjał powodowania chorób lub urazów u ludzi lub zwierząt. Jeśli dieta nie zawiera wystarczających poziomów aminokwasu takiego jak lizyna, pies zazwyczaj nie jest w stanie osiągnąć swojego genetycznego potencjału wzrostu mięśni szkieletowych. Chociaż jest to wada, niekoniecznie byłoby to uważane za chorobę lub uraz.
Z drugiej strony, jeśli dieta nie zawiera wystarczających poziomów tauryny lub innych aminokwasów zawierających siarkę, pies może nie być w stanie wystarczająco stymulować mięśnia sercowego, co byłoby szkodliwe dla zdrowia. Podobnie, brakujący klocek mojego syna może doprowadzić zamek Harryego Pottera, do posiadania drzwi, które wyglądają na nieco mniejsze niż planowane, lub może zasadniczo uniemożliwić zamkowi przyjęcie pożądanej formy.
Jesteśmy jeszcze na wczesnym etapie zrozumienia, jak konkretne aminokwasy ograniczające wpływają na zdrowie zwierząt i w jakim zakresie. Przy reanalizie zagrożeń w planie bezpieczeństwa żywności, ważne jest, aby przejrzeć nowe badania łączące aminokwasy z potencjalną chorobą i rozważyć, czy aminokwas ograniczający może być uznany za zagrożenie.
Najważniejsze 5 wniosków
- Aminokwasy można opisać jako cegiełki białek. Jeśli nie masz odpowiednich cegiełek, nie można zbudować wynikowej struktury.
- Każdy obiekt zbudowany z DNA składa się z różnych kombinacji czterech zasad chemicznych: adeniny (A), cytozyny (C), guaniny (G) i tyminy (T).
- Każda kombinacja trzech nukleotydów odpowiada konkretnemu aminokwasowi (np. histydyna to CAC, glicyna to GGT).
- Lizyna jest uważana za aminokwas organiczający w większości diet monogastrycznych opartych na kukurydzy, ponieważ zazwyczaj jest to pierwszy moment, kiedy synteza białka potrzebuje konkretnego aminokwasu (lizyny), ale ten aminokwas nie jest obecny.
- Każdy czynnik biologiczny, chemiczny (w tym radiologiczny) lub fizyczny, który ma potencjał powodowania chorób lub urazów u ludzi lub zwierząt, jest klasyfikowany jako zagrożenie.
Tłumaczenie
Amatorskie tłumaczenie: Marcin Tintoski, Karolina Zabielska
Kopiowanie, reprodukcja lub dystrybucja części lub całości materiałów bez wyraźnej zgody właściciela jest ściśle zabronione i może prowadzić do konsekwencji prawnych.
9:00 - 20:00
SOBOTA10:00 - 16:00
GODZINY PRACY