Свойства бета-аланина

Бета-аланин – родной брат альфа-аланина, с которым его не следует путать, ибо свойств этих соединений различны, хотя отличаются они всего-навсего местом присоединения амино-группы к углеродному скелету.

Биохимики договорились, что атомы углерода называются по  греческим буквам: альфа, бета, гамма и др., начиная от кислотного хвоста СООН. У всех протеиногенных аминокислот, т.е. тех, которые входят в состав белков, аминогруппа присоединяется к первому углероду, т.е. в α – положении. Еще раз посмотрите на отличие альфа и бета-аланина.

ά (альфа) – аланин β (бета) –аланин

Бета-аланин входит в состав дипептидов карнозина и ансерина, а также является частью пантотеновой кислоты (витамин В5). Дипептиды, как явствуют из их названия, это объединенные пептидной связью две аминокислоты, в данном случае бета-аланин объединился с гистидином. Ансерин отличается от карнозина наличием метильной группы СН3, которая прилепилась к гистидину.

 Функции, выполняемые карнозином и ансерином сходные, о них дальше.

В организме бета-аланин вырабатывается из альфа-аланина в ходе его превращения в пируват. Выделяется он и при распаде карнозина и ансерина на составляющие его аминокислоты, а также его генерят кишечные микроорганизмы в ходе пищеварения из аспартата, они же синтезируют пантотеновую кислоту, без которой нам было бы совсем не айс. Свободный бета-аланин по организму не гуляет, он нужен не сам по себе, а в составе пептидов, важнейшим из которых является карнозин. Бета-аланин – единственная природная бета-аминокислота, все другие бета-аминокислоты синтезируются искусственным путем и для организма являются чужеродными веществами.

Карнозин и ансерин в организме накапливается в мышцах, причем, чем сильнее нагрузка, тем больше в них данных дипептидов. В волокнах 2 типа (быстрых), его больше, чем в волокнах 1 типа (медленных), а в скелетной мускулатуре его больше, чем в гладкой. Производные карнозина имеются в сердце. Много карнозина в головном мозге, он содержится в зубчатом ядре, черном теле, мозжечке и больших полушариях. В селезенке, печени, почках карнозин и его производные имеются в ничтожных количествах.

В организме имеются специальные ферменты: одни разрушают карнозин на составляющие его аминокислоты, а другие – из аминокислот собирают данные дипептиды (синтетазы).  Синтез карнозина под воздействием ферментов осуществляется там, где его больше всего, т.е. в мышцах, сердце и головном мозге, а в поджелудочной железе, надпочечниках и сыворотке крови карнозин расщепляется на составляющие. В головном мозге синтетаза штампует карнозин в клетках белого вещества, а его разрушение происходит во внеклеточном пространстве. Следует отметить, что обычные ферменты – пептидазы, разбирающие пептиды на составляющие, которые находятся в основном в сыворотке крови, но также в печени и почках,  почти не действуют на карнозин вследствие того, что он имеет в своем составе уникальную бета-аминокислоту. Карнозин расщепляет его родной фермент карнозиназа, т.е. организм бережет карнозин и не допускает того, чтобы каждая встречная-поперечная пептидаза стригла его на составляющие. Это не даром, ибо карнозин является защитником внутриклеточной среды организма от разрушающего воздействия продуктов обмена веществ, которые выделяются при работе биохимической фабрики.

Функции карнозина и его производных

  • Буферная
  • Антиоксидантная
  • Влияние на антиоксидантные ферменты
  • Антитоксическая
  • Антигликирующее действие.

Карнозин –  буфер – щит

При интенсивной работе мышц в ходе биохимического выделения энергии из энергоемких молекул, в первую очередь АТФ, выделяется много протонов, иначе говоря, активных атомов водорода, которые закисляют внутриклеточную среду мышечного волокна, т.е. снижают рН с нейтрального 7 в область 6 и ниже. Возникает состояние, именуемое мудреным словом ацидоз. Кислятина не является благоприятной средой для работы биохимической фабрики, и пока протонные завалы не будут расчищены, биохимический конвейер будет стоять, что субъективно проявляется в виде чувства утомления.

Карнозин и ансерин являются теми веществами, которые активно связывают протоны, не давая им закислять внутриклеточную среду. Согласно расчетам, эти дипептиды обеспечивают 60% буферной емкости по протону. Начинают они работать уже в зоне нейтрального значения рН, и пока буферная емкость карнозина не  исчерпается, мышца будет сокращаться. В отличие от других буферных систем организма, карнозин работает внутриклеточно, т.е. гасит протоны по мере их образования. Важно также, что карнозин не отвлекается от своей работы в то время как другие буферы принимают участие во многих клеточных реакциях, что снижает их буферные свойства.

Это открытие сделало карнозин иконой бодибилгеров и других качков, ибо стало возможным продлять активную работу мышц и бороться с утомлением естественным путем.

Карнозин вырабатывается из бета-аланина. И да, исследования показали, что дополнительный прием бета-аланина в течение 4 недель увеличивает концентрацию карнозина в мышцах на 42-65%, а при длительном применении бета-аланина (до 12 недель) концентрация карнозина возрастает на 80%. Это значит, что мышцы могут работать на 80% эффективнее. Не хило, согласитесь. Прием бета-аланина повышает порог утомляемости на 9%. При приеме бета-аланина организм легче переносит спортивные нагрузки, эффективность тренировок повышается, растет мышечная масса, а вместе с ней и результаты спортсменов. И бета-аланин – это не допинг, а БАД, т.е. в применяемых концентрациях он полностью безопасен для организма, являясь естественным компонентов питания.

Антиоксидантая функция

Любая работа требует затрат энергии. В биологической системе энергия выделяется в митохондриях при участии  кислорода. Кислород – агрессивный элемент, стремящийся разрушить все, до чего он доберется. Организм его приручил и взял на короткий поводок, но агрессия никуда не делась,  часть кислорода с поводка срывается и отправляется гулять и безобразничать. Такой кислород образует радикалы – соединения с неспаренным электроном (их также называют свободными радикалами) — и активные формы кислорода – настоящие бомбы, причем отнюдь не замедленного действия, ибо они крушат все, к чему прикоснутся. Надо думать, этих агрессивных типов должно фиксировать и разоружать. Этим занимаются антиоксидантные системы.

Активных форм кислорода множество, из них отметим синглетный кислород О с возбужденным электроном на низком старте, супероксид-анион — О2,    гидроксид-радикал  +ОН, анион гипохлорита +ОCl. Эти соединения набрасываются на липидную мембрану клеток и рвут ее в клочья с образованием липидных перекисей – высокоактивных соединений, продолжающих уничтожение мембран и разного рода мусора: альдегидов, спиртов, кетонов, кислот (муравьиной, уксусной, масляной), многие из этих соединений токсичны для клеток. Так происходит перекисное окисление липидов. Его биологический смысл в обновлении клеточных мембран, потому что наряду с распадом происходит синтез. Антиоксидантные системы организма ликвидируют активные формы кислорода, а репарационные системы строят новые мембраны.

Все хорошо, пока сохраняется баланс. Однако действие внешних факторов, усиливающих действие оксидантов (УФ-излучение, тяжелые металлы, радиация) приводят к напряжению антиоксидантной защиты и развивается окислительный стресс.

Оказалось, что карнозин способен нейтрализовать гидроксид радикал и анион гипохлорита,  что препятствует повреждению мембранных липидов и белков в условиях окислительного стресса, а также он взаимодействует с промежуточными продуктами перекисного окисления липидов, снижая образование гидроперекисей, запускающих каскадную реакцию уничтожения мембран клеток,  т.е. карнозин работает как мощный антиоксидант.

Мышечное волокно при интенсивной работе требует много энергии, а значит, выделяется много активных форм кислорода. Кислая среда избытка протонов усиливает их повреждающее воздействие на мембраны клеток, в результате чего тормозится  кальциевый насос. Сокращение мышцы происходит благодаря движению иона кальция  из клетки во внеклеточное пространство, обратно кальций убирается специальным кальциевым насосом, а активный кислород прерывает работу насоса, движение кальция прекращается, и мышца перестает работать.

Карнозин  стоит на страже и быстренько блокирует активный кислород, образуя с ним комплекс с переносом заряда, чем снижает его концентрацию. В результате карнозин препятствует накоплению продуктов перекисного окисления липидов и продлевает активную рабочую фазу. Мышца работает, пока не исчерпаются запасы карнозина.

Сродство карнозина к гидроксид-радикалу существенно выше, чем к супероксид-аниону. Взаимодействие его с супероксид-анионом не приводит к образованию такого токсичного соединения, как перекись водорода Н2О2, которое разлагается на составляющие ферментом пероксидазой. В головном мозгу пероксидаза в дефиците, поэтому возрастает важность антиоксидантной функции карнозина.

Представляет интерес сравнение антиоксидантной эффективности карнозина с другими природными антиоксидантами: аскорбиновой кислотой (витамин С), α-токоферолом (витамин Е), супероксиддисмутазой.  В отношении связывания супероксид — аниона карнозин в 2 раза эффективнее витамина С и Е, хотя уступает супероксидисмутазе. В мышцах содержание карнозина существенно выше, чем витаминов С и Е, что повышает его важность для мышечной ткани, как защитника от активного кислорода.

В качестве мощного мышечного антиоксиданта карнозин продлевает работу кальциевого насоса, что способствует длительной эффективной работе мышц к радости тяжелоатлеатов и бодибилгеров.

Влияние на антиоксидантные ферменты

Кроме того, что карнозин сам нейтрализует активные формы кислорода, он взаимодействует с некоторыми ферментами, функция которых связана со свободнорадикальными соединениями. Так карнозин способен защищать супероксидисмутазу от инактивации свободнорадикальными соединениями в условиях окислительного стресса. В головном мозгу карнозин и ансерин на 50% тормозят тирозингидролазную активность, т.е. опосредованно регулируют синтез биогенных аминов, предохраняя головной мозг от избытка этих соединений.