Podcast o Aminokwasy: Struktura i Właściwości

Přepis

Ben: Większość ludzi uważa, że jeśli chodzi o nasz skład, odpowiedź jest jasna: jesteśmy głównie wodą. Ale co, gdybym wam powiedział, że to tylko połowa prawdy?

Chloe: Dokładnie tak, Ben. Ta druga, i być może jeszcze ciekawsza połowa, dotyczy tego, jak dramatycznie skład naszego ciała różni się od planety, na której żyjemy. To fascynujący paradoks.

Ben: Paradoks? Teraz mnie naprawdę zaciekawiłaś. Słuchacie Studyfi Podcast, gdzie dziś z ekspertką od biochemii, Chloe, zanurkujemy w podstawowe cegiełki życia.

Chloe: Cześć, Ben, cześć wszystkim. A ten paradoks jest prosty — weźmy na przykład węgiel. W skorupie ziemskiej znajdziecie go tylko w znikomych ilościach, ale w naszym ciele stanowi aż niewiarygodne 18% masy!

Ben: Osiemnaście procent? Wow. Więc nie jesteśmy tylko chodzącymi beczkami z wodą.

Chloe: Dokładnie tak. Jesteśmy raczej precyzyjnie złożonymi zbiorami bardzo specyficznych pierwiastków. I właśnie o nich dziś będziemy rozmawiać.

Ben: Dobrze, więc przejdźmy do rzeczy. Jakie są więc te najważniejsze pierwiastki, z których się składamy? Zakładam, że to nie tylko ten węgiel.

Chloe: Zgadza się. Te pierwiastki dzielimy na dwie główne kategorie. Pierwsza to makroelementy. Stanowią one około 99% naszej masy. To taki klub VIP pierwiastków.

Ben: A kto jest w tym klubie?

Chloe: Wielką czwórkę tworzą tlen, węgiel, wodór i azot. Razem to około 95% całego ciała. Resztę klubu uzupełniają na przykład wapń, fosfor, potas czy siarka.

Ben: Więc to jest ta zdecydowana większość. A co z resztą? Ten jeden procent?

Chloe: Na to mówimy mikroelementy. Są to pierwiastki takie jak żelazo, cynk, jod czy selen. Chociaż mamy ich tylko śladowe ilości, są absolutnie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Bez nich cały system by się zawalił.

Ben: To jak z przyprawami w kuchni. Wystarczy szczypta, ale bez niej danie po prostu nie smakuje tak samo.

Chloe: To świetna analogia! Dokładnie tak. Każdy pierwiastek ma swoją niezastąpioną rolę.

Ben: Dobra, klub VIP i przyprawy rozumiem. Ale jednak wody nie możemy całkowicie zignorować. Na początku mówiłaś, że to tylko połowa prawdy, więc jaka jest jej rola?

Chloe: Woda to absolutna podstawa. Stanowi od 50 do 60 procent naszej masy. A co ciekawe, jej udział zmienia się z wiekiem i składem ciała.

Ben: Co masz na myśli? Że starsi ludzie są... bardziej suchi?

Chloe: Można tak powiedzieć. Noworodek ma w ciele około 80% wody, natomiast u osób starszych to spada. I obowiązuje też zasada, że im więcej tłuszczu ma ciało, tym mniej zawiera wody. Tłuszcz i woda po prostu nie przepadają za sobą.

Ben: Aha, więc to jest powód, dlaczego mężczyźni mają ogólnie trochę więcej wody niż kobiety, ponieważ kobiety mają naturalnie wyższy procent tkanki tłuszczowej.

Chloe: Dokładnie tak. Ale najważniejsze w wodzie są jej unikalne właściwości. Dzięki swojej polarności potrafi tworzyć tak zwane wiązania wodorowe.

Ben: Wiązania wodorowe... to brzmi jak coś z klocków. Co to oznacza w praktyce?

Chloe: Oznacza to, że cząsteczki wody świetnie trzymają się razem, co nadaje jej wysokie napięcie powierzchniowe. A co najważniejsze — to doskonały polarny rozpuszczalnik. W zasadzie to środowisko, w którym zachodzą wszystkie reakcje biochemiczne w naszym ciele. Bez wody życie, jakie znamy, po prostu by nie istniało.

Ben: Więc to właściwie scena, na której wszystkie inne pierwiastki odgrywają swoje role.

Chloe: Pięknie powiedziane. Dokładnie tak.

Ben: Przejdźmy teraz do głównych gwiazd — wielkiej czwórki. Tlen, węgiel, wodór i azot. Zacznijmy na przykład od węgla, o którym wspominałaś na początku.

Chloe: Jasne. Węgiel to król chemii organicznej. A w naszym ciele to fascynujące, bo 99% całego węgla jest związane organicznie. To podstawowy budulec wszystkich makromolekuł — cukrów, tłuszczów, białek i kwasów nukleinowych.

Ben: A co ten jeden procent, który nie jest związany organicznie?

Chloe: To głównie w formie buforu wodorowęglanowego. To system, który pomaga utrzymać stabilne pH w naszej krwi. Więc nawet ten nieorganiczny jeden procent jest życiowo ważny.

Ben: Super. A co tlen i wodór? U nich zgadywałbym, że będą głównie w wodzie.

Chloe: Trafiony. Około 80% tlenu i 70% wodoru w ciele jest rzeczywiście w cząsteczkach wody. Reszta jest potem związana organicznie w tych makromolekułach, o których mówiliśmy.

Ben: A tlen oczywiście oddychamy...

Chloe: Tak, i to jest jego druga kluczowa rola. Jest niezbędny do metabolizmu tlenowego, czyli pozyskiwania energii. A w ciele przenosi go hemoglobina w czerwonych krwinkach.

Ben: Zostaje nam azot. Ten kojarzę głównie z atmosferą. Jak dostaje się do nas?

Chloe: Do ciała dostajemy go z pożywienia. I jest absolutnie kluczowy. Tworzy podstawę aminokwasów, z których składają się białka. Jest też w kwasach nukleinowych, czyli w DNA i RNA. I znajdziesz go też w niektórych hormonach, takich jak adrenalina, albo w barwnikach, jak hem w hemoglobinie.

Ben: Więc bez azotu nie mielibyśmy ani mięśni, ani informacji genetycznej. To niesamowite.

Chloe: Dokładnie. Każdy z tej wielkiej czwórki jest absolutnie niezastąpiony.

Ben: Oprócz wielkiej czwórki wspominałaś też o innych makroelementach. Na przykład wapń i fosfor. Te każdy kojarzy z kośćmi, prawda?

Chloe: Tak, to ich najbardziej znana rola. Razem tworzą minerał zwany hydroksyapatytem, który nadaje kościom i zębom ich twardość i wytrzymałość. Ale co najważniejsze, fosfor ma jeszcze inne, absolutnie fundamentalne funkcje.

Ben: Mów, słucham z uwagą.

Chloe: Fosfor jest składnikiem kwasów nukleinowych, DNA i RNA. A co jest być może najważniejsze dla codziennego funkcjonowania — jest składnikiem cząsteczki ATP, czyli adenozynotrifosforanu.

Ben: ATP... to ta waluta energetyczna komórki, zgadza się?

Chloe: Dokładnie! To jak bateria, która napędza praktycznie wszystkie procesy w ciele. Bez fosforu nie byłoby ATP, a więc i energii. Koniec. Kropka.

Ben: Dobrze, dobrze, rozumiem. Będę dbał o fosfor. A co na przykład siarka? Brzmi mi trochę... piekielnie.

Chloe: Siarka jest wręcz anielska! Jest składnikiem dwóch ważnych aminokwasów — metioniny i cysteiny. I to właśnie cysteina potrafi tworzyć tak zwane mostki disiarczkowe.

Ben: Znowu jakieś mostki? Dzisiaj budujemy na potęgę.

Chloe: Tak. A te mostki są kluczowe dla prawidłowej trójwymiarowej struktury białek. Utrzymują je w odpowiednim kształcie, żeby mogły funkcjonować. Znajdziesz ją też w koenzymie A, który jest centralną postacią w metabolizmie.

Ben: Więc nawet jeśli nie ma ich tyle co węgla czy tlenu, bez tych pierwiastków cała budowa naszego ciała po prostu by się rozpadła.

Chloe: Lepiej bym tego nie ujęła. Wszystko idealnie do siebie pasuje.

Ben: Chloe, omówiliśmy pierwiastki, ale przecież nie występują one w ciele tak po prostu swobodnie. Grupują się w związki. Jak moglibyśmy je prosto podzielić?

Chloe: To świetny sposób, żeby to wszystko uporządkować. Zasadniczo możemy wszystkie substancje w żywej materii podzielić na dwie duże grupy: bio nieorganiczne i bio organiczne.

Ben: Dobrze, co wchodzi w skład tej pierwszej grupy, bio nieorganicznych?

Chloe: Tam należy przede wszystkim woda, o której już rozmawialiśmy. Dalej dwutlenek węgla, różne sole i jony, takie jak sodowy, potasowy czy chlorkowy. Są to substancje, które nie zawierają organicznie związanego węgla.

Ben: Rozumiem. A bio organiczne są więc logicznie te, które go zawierają.

Chloe: Dokładnie tak. I to są te cztery podstawowe grupy makromolekuł, które tworzą życie. Węglowodany, lipidy czyli tłuszcze, białka i kwasy nukleinowe.

Ben: Więc wszystkie te złożone struktury, o których się uczymy, są zbudowane z tych kilku zaledwie pierwiastków, które dziś omówiliśmy.

Chloe: Tak. To jak nieskończony zestaw klocków Lego. Masz tylko kilka podstawowych typów klocków, ale możesz z nich zbudować praktycznie wszystko. Od prostej ściany po skomplikowany statek kosmiczny. A natura jest najlepszym architektem.

Ben: To jest niesamowite. Myślę, że teraz mam znacznie lepsze pojęcie o tym, na jakich podstawach właściwie jesteśmy zbudowani. Wielkie dzięki, Chloe.

Chloe: Cała przyjemność po mojej stronie, Ben. To fascynujący świat.

Ben: Więc, skoro już znamy te podstawowe klocki, w następnej części możemy przyjrzeć się pierwszej z dużych konstrukcji — węglowodanom. Cieszycie się? My zdecydowanie tak.

Ben: Więc, Chloe, ostatnio rozłożyliśmy na czynniki pierwsze te szalenie złożone struktury białek – pierwotne, wtórne... aż po czwartorzędowe. Ale teraz najważniejsze pytanie: do czego to wszystko właściwie służy? Dlaczego ciało tak mozolnie je składa?

Chloe: Świetne pytanie, Ben. A odpowiedź brzmi... prawie do wszystkiego! Białka są jak szwajcarski scyzoryk naszych komórek. Mają niewiarygodną ilość funkcji, które są absolutnie fundamentalne dla życia.

Ben: Więc zacznijmy od podstaw. Dosłownie. Słyszałem, że to główne cegiełki budulcowe. Zgadza się?

Chloe: Dokładnie tak. To ich funkcja budulcowa i wspierająca. Zapewniają ją głównie tak zwane białka fibrylarne, czyli włókniste. Wyobraź sobie na przykład kolagen.

Ben: Jasne, ten jest teraz wszędzie w reklamach kremów przeciwzmarszczkowych.

Chloe: Dokładnie ten. Tworzy naszą skórę, kości, chrząstki... i ma ogromną wytrzymałość na rozciąganie. Dzięki niemu nasze ciało po prostu się nie rozpada. Potem mamy keratynę, która tworzy włosy, paznokcie, a nawet kopyta u zwierząt.

Ben: Więc za swoje paznokcie i włosy zawdzięczam keratynie. Ciekawe.

Chloe: A po trzecie, na przykład elastyna. Tę znajdziesz w tkance łącznej lub w ścianach naczyń krwionośnych, gdzie zapewnia elastyczność. Dzięki niej naczynie krwionośne może się rozciągnąć i znowu skurczyć.

Ben: Dobrze, więc budowniczowie. To ma sens. Ale mówiłaś, że robią prawie wszystko. Co dalej?

Chloe: Teraz przechodzimy do zarządzania. Funkcja katalityczna i regulacyjna. Tutaj należą wszystkie enzymy. Każda reakcja chemiczna w naszym ciele potrzebuje swojego specyficznego enzymu, żeby w ogóle zaszła, albo żeby przebiegła wystarczająco szybko.

Ben: Więc bez enzymów nasz metabolizm w zasadzie by się zatrzymał?

Chloe: Dokładnie! I należą tu też hormony peptydowe, takie jak na przykład notorycznie znana insulina czy glukagon. One regulują poziom cukru we krwi. To tacy menedżerowie i posłańcy w naszym ciele.

Ben: A co z transportem? Jak substancje dostają się tam, gdzie powinny?

Chloe: Znowu białka! Na przykład hemoglobina w czerwonych krwinkach. To takie super-taxi dla tlenu. Pobiera go w płucach i rozwozi po całym ciele.

Ben: A co z tłuszczami? Przecież nie mogą tak po prostu pływać we krwi, prawda? Ta jest wodnista.

Chloe: Słuszna uwaga! Do transportu tłuszczów mamy wyspecjalizowane lipoproteiny. Na pewno słyszałeś skróty takie jak cholesterol LDL i HDL. To właśnie one – białka transportowe otoczone tłuszczem.

Ben: Budowniczowie, menedżerowie, taksówkarze... co jeszcze potrafią?

Chloe: Być naszą osobistą armią i służbą ratunkową. To ich funkcja obronna. Przeciwciała, które walczą z wirusami i bakteriami, są tworzone przez białka zwane immunoglobulinami.

Ben: Więc nasz system odpornościowy jest zależny od białek. To niesamowite.

Chloe: I nie tylko. Kiedy się skaleczysz, uruchamia się proces krzepnięcia krwi. A kluczowym graczem jest tu znowu białko – fibrynogen. Ten jest normalnie rozpuszczony we krwi, ale przy urazie zmienia się w nierozpuszczalną fibrynę i tworzy taką sieć, korek, który zatrzymuje krwawienie.

Ben: Więc właściwie tka łatę. To jest genialne.

Chloe: Natura ma to świetnie wymyślone. Ale teraz do czegoś, co jest być może jeszcze ciekawsze i bardzo praktyczne.

Ben: Mów, słucham z uwagą. Co jest w białkach jeszcze tak zaskakującego?

Chloe: To, jak ciało je wykorzystuje. Nie wystarczy tylko zjeść jakieś białko. Żeby ciało mogło zbudować własne, potrzebuje do tego wszystkich niezbędnych aminokwasów w odpowiednich proporcjach. I tutaj obowiązuje tak zwane prawo minimum Liebiga.

Ben: Prawo Liebiga? To brzmi dość naukowo. O co chodzi?

Chloe: Wyobraź sobie beczkę, która jest złożona z klepek różnej długości. Jak wysoko możesz do niej nalać wody? Tylko do krawędzi najkrótszej klepki, prawda?

Ben: Jasne, wtedy zacznie się przelewać.

Chloe: I dokładnie tak działa synteza białek. Tą najkrótszą klepką jest tak zwany aminokwas limitujący. To ten, którego jest najmniej w danym produkcie spożywczym. I nawet jeśli masz nadmiar wszystkich innych, ciało potrafi wytworzyć tylko tyle białek, ile pozwoli mu ten limitujący czynnik.

Ben: Aha! Więc jeśli brakuje mi jednej jedynej kostki Lego, to tego super modelu po prostu nie zbuduję. A co stanie się z tymi pozostałymi aminokwasami, które zostaną?

Chloe: Ciało niestety nie potrafi ich zmagazynować na później. Po prostu je rozkłada i wykorzystuje jako źródło energii. Co jest sporym marnotrawstwem.

Ben: No właśnie. A masz jakiś przykład z praktyki?

Chloe: Oczywiście. Na przykład w zbożach typowym aminokwasem limitującym jest lizyna. A z kolei w roślinach strączkowych, takich jak soczewica czy fasola, jest to metionina. Dlatego tak genialnie jest łączyć zboża z roślinami strączkowymi! Ich profile aminokwasowe doskonale się wzajemnie uzupełniają.

Ben: Więc kombinowanie jedzenia jest kluczowe. To daje mi zupełnie nowe spojrzenie na jadłospis. Czy wiąże się z tym jakoś ta słynna jakość białek?

Chloe: Dokładnie to ująłeś. Do mierzenia tej „jakości” służy wskaźnik zwany Wartością Biologiczną Białka, w skrócie WBB.

Ben: A co oznacza ta liczba?

Chloe: To proste. Wyraża, ile gramów białek ustrojowych nasze ciało potrafi wytworzyć ze 100 gramów białka, które zjemy. Im bardziej skład aminokwasów w jedzeniu przypomina to, czego potrzebujemy, tym wyższa jest wartość biologiczna.

Ben: A co ma najwyższą wartość? Jakiś super stek?

Chloe: Byłbyś zaskoczony! Za referencyjny produkt spożywczy o wartości 100 uważa się białko jaja. Jego skład aminokwasów jest dla naszego ciała niemal doskonały. Dla porównania, takie białko pszeniczne ma wartość tylko około 60.

Ben: Wow, sto i sześćdziesiąt, to ogromna różnica. Więc podsumowując: białka to budowniczowie, menedżerowie, taksówkarze i żołnierze. A żeby je jak najlepiej wykorzystać, musimy pamiętać o prawie Liebiga i łączyć produkty spożywcze, żeby uzyskać jak najwyższą wartość biologiczną. Fascynujące.

Chloe: Widzisz, nie chodzi tylko o ilość, ale głównie o jakość i odpowiednie kombinacje.

Ben: To nas właściwie prowadzi do kolejnego pytania... Co dokładnie dzieje się z tymi zjedzonymi białkami w naszym przewodzie pokarmowym? Jak ciało je rozkłada i wchłania? Na to spojrzymy już w następnej części.

Ben: Więc to były te cztery główne grupy biomolekuł. Ale co z tą absolutnie najbardziej podstawową substancją nieorganiczną w naszym ciele? Mówię oczywiście o wodzie.

Chloe: Dokładnie tak, Ben. Bez wody nic z tego, o czym mówiliśmy, nie mogłoby funkcjonować. To absolutna podstawa.

Ben: Zawsze słyszę, że jesteśmy w dużej mierze tylko wodą. Czy to prawda?

Chloe: Tak, i to od 50 do 60 procent. Ale tutaj jest to ciekawe... ta liczba się zmienia. Kobiety mają ogólnie nieco mniej wody niż mężczyźni.

Ben: Dlaczego tak jest?

Chloe: Wiąże się to z tkanką tłuszczową. Im więcej tłuszczu, tym mniej wody w ciele. A zawartość wody spada również z wiekiem. Taki noworodek to niewiarygodne 80 procent wody!

Ben: Wow, to prawie jak ogórek.

Chloe: Dokładnie tak! Jesteśmy właściwie takimi chodzącymi ogórkami.

Ben: Dobrze, więc oprócz tego, że jesteśmy ogórkami, co sprawia, że cząsteczka wody jest tak specjalna?

Chloe: Jej polarność i przede wszystkim zdolność do tworzenia wiązań wodorowych. To takie słabe wiązania, które łączą cząsteczki wody razem w sieć.

Ben: Jak taka molekularna sieć społecznościowa?

Chloe: To mi się podoba! A dzięki temu woda ma niesamowite właściwości. Na przykład w lodzie te wiązania są stabilne, a cząsteczki są dalej od siebie, dlatego lód pływa.

Ben: Więc woda to nie tylko... no, woda. Jest też nośnikiem innych pierwiastków, prawda?

Chloe: Dokładnie. To główne źródło nieorganicznie związanego wodoru i tlenu w ciele. Prawie cały nieorganiczny wodór i zdecydowana większość nieorganicznego tlenu są właśnie w wodzie.

Ben: Więc kiedy pijemy wodę, uzupełniamy nie tylko płyny, ale i podstawowe cegiełki budulcowe.

Chloe: Dokładnie tak. Działa jako doskonały rozpuszczalnik, który umożliwia wszystkie te reakcje chemiczne, o których opowiemy sobie następnym razem. I tym samym przechodzimy do minerałów...

Ben: Dobrze, omówiliśmy mnóstwo twardych faktów i liczb. Ale co z tymi mniej namacalnymi rzeczami? Na przykład... symbole?

Chloe: Świetne przejście, Ben! Symbole są wszędzie wokół nas i są niewiarygodnie potężne.

Ben: Potężne jak? Przecież symbol serca to tylko zwykły rysunek, prawda?

Chloe: Na pierwszy rzut oka tak. Ale zastanów się, co to właściwie *reprezentuje*. Miłość, współczucie, połączenie... W jednym małym obrazku komunikuje ogromną myśl.

Ben: Aha, więc to taki skrót myślowy dla mózgu.

Chloe: Dokładnie tak! A nasze mózgi kochają skróty. Znak pokoju, logo recyklingu, a nawet emoji... Wszystkie natychmiast przekazują złożone koncepcje bez jednego słowa.

Ben: Więc kiedy wysyłam emoji czaszki, nie wysyłam tylko obrazka kości... ale właściwie mówię, że dosłownie 'umieram' ze śmiechu?

Chloe: Dokładnie! Używasz symbolu do wyrażenia uczucia. I to w skrócie jego siła.

Ben: To ma doskonały sens. Od dawnej historii po współczesne wiadomości, symbole są po prostu podstawową częścią naszej komunikacji.

Chloe: To jest najważniejsze. To uniwersalny język, który przekracza kultury i czas.

Ben: Wow. Kolejny fascynujący temat. Na dziś to niestety wszystko, na co mamy czas. Wielkie dzięki, Chloe, że nam to wszystko wyjaśniłaś.

Chloe: Cała przyjemność po mojej stronie, Ben!

Ben: I dziękujemy wam, nasi słuchacze, że nastroiliście się na Studyfi Podcast. Zadawajcie pytania, bądźcie ciekawi i usłyszymy się znowu następnym razem!