Lizyna - co to jest? Właściwości i działanie

W połowie XX wieku odkryto, że lizyna jest współodpowiedzialna za utrzymanie dodatniego bilansu azotowego u ludzi, który jest niezbędny dla optymalizacji stanu odżywienia. Opracowano metodę, która polegała na pomiarach bilansu azotowego przy dietach zawierających ustalone ilości wszystkich niezbędnych aminokwasów, z wyjątkiem jednego, którego ilość była zmienna. W przypadku niedoboru testowanego aminokwasu bilans stawał się ujemny, gdyż inne aminokwasy nie mogły być wbudowane w białka i ulegały one rozkładowi.

1. Właściwości i działanie lizyny
2. Niedobory lizyny

Właściwości i działanie lizyny

Lizyna w tkance łącznej

Lizyna odgrywa kluczową rolę w produkcji kolagenu, elastyny i keratyny, które są ważnymi białkami strukturalnymi w organizmie.

Lizyna w kolagenie

Kolagen, będący głównym składnikiem tkanki łącznej, zapewnia wytrzymałość i elastyczność skórze, kościom, ścięgnom i chrząstkom. Lizyna uczestniczy w procesie stabilizacji wiązań między włóknami kolagenowymi, co zwiększa integralność strukturalną tkanek.

Lizyna w elastynie

Elastyna, białko odpowiedzialne za elastyczność skóry i naczyń krwionośnych, również zawiera lizynę. Białko to jest potrzebne tkankom do powrotu do pierwotnego kształtu po rozciągnięciu.

Lizyna w keratynie

Tkanki, takie jak włosy i paznokcie, zyskują na wytrzymałości dzięki keratynie, kolejnym białku, w którym lizyna odgrywa rolę budulcową, wpływając odporność na uszkodzenia mechaniczne i czynniki środowiskowe.

Lizyna we krwi

Lizyna jako aminokwas o szerokim spektrum właściwości syntetycznych bierze też udział w produkcji hemoglobiny, białka odpowiedzialnego za transport tlenu z krwią do tkanek, takich jak mięśnie czy przewód pokarmowy. Hemoglobina składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych, których stabilność może być kontrolowana m.in. przez właśnie lizynę. Wpływa ona na wiązania chemiczne, które pomagają utrzymać trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę hemoglobiny, czyli jej ostateczny wygląd oraz funkcje.

Lizyna w mięśniach i układzie nerwowym

Lizyna jest kluczowym aminokwasem niezbędnym do syntezy karnityny, substancji odpowiedzialnej za transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie są one przekształcane w energię. Proces ten rozpoczyna się od przekształcenia lizyny w trimetylo-lizynę, a następnie wymaga przebiegu kilku etapów biochemicznych, uwzględniających udział np. witamin C oraz B6 i żelaza.

Karnityna umożliwia przenoszenie kwasów tłuszczowych przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, co jest niezbędne dla przekształcania tłuszczy w energię użyteczną dla komórek. Niedobór lizyny ogranicza produkcję karnityny, co może prowadzić do zmniejszonej zdolności organizmu do wytwarzania energii, co szczególnie dotyczy mięśni szkieletowych i serca, a także mózgu i obwodowego układu nerwowego.

Lizyna w genomie

Lizyna jest ponadto składnikiem histonów, czyli białek, które odgrywają rolę w zarządzaniu informacją genetyczną w komórkach. Wokół histonów owijają się bardzo długie łańcuchy DNA (kwas deoksyrybonukleinowy), co pomaga w uporządkowaniu informacji genetycznej. Lizyna w histonach może ulegać różnym modyfikacjom chemicznym, co wpływa na to, jak ściśle DNA jest nawinięte na histony. Te modyfikacje mogą aktywować lub wyciszać dane geny.

Wszechstronność lizyny

Niedobory lizyny

Lizyna, będąca aminokwasem niezbędnym, musi być codziennie dostarczana z pożywieniem, gdyż organizm nie jest w stanie jej samodzielnie syntetyzować. Badania wykazały jednak, że zwierzęta na diecie z niedoborem lizyny tracą mniej masy ciała, niż te na diecie z niedoborem innych aminokwasów, co sugeruje, że istnieje pewien swoisty mechanizm oszczędzania tego związku.

Jednym z uzasadnień jest to, że spore pokłady lizyny mogą być uwalniane z licznych białek bogatych w lizynę, takich jak kolagen z elastyną i keratyną, hemoglobina czy karnityna. Mogą też istnieć mechanizmy syntezy lizyny przez mikrobiom jelitowy, bardziej efektywne niż dla innych aminokwasów.

Potencjalne niedobory lizyny wydają się być bardzo ważnym problemem w krajach słabo rozwiniętych, ponieważ jej zawartość jest ograniczona w podstawowych, najłatwiej dostępnych źródłach żywności, takich jak zboża. FAO/WHO określiła wskaźnik aminokwasowy (AAS), który wskazuje, jakie powinny być idealne proporcje każdego aminokwasu w białku, aby maksymalizować syntezę białek. Minimalna zawartość lizyny dla dorosłych wynosi 45 mg na 1 gram białka. Warto jednak zaznaczyć, że wiele produktów spożywczych, takich jak pszenica, kukurydza czy ryż, nie osiąga takiego wyniku.

Źródła:

• Matthews D. E. (2020). Review of Lysine Metabolism with a Focus on Humans. The Journal of nutrition, 150(Suppl 1), 2548S–2555S. https://doi.org/10.1093/jn/nxaa224
• Nitsch, S., Zorro Shahidian, L., & Schneider, R. (2021). Histone acylations and chromatin dynamics: concepts, challenges, and links to metabolism. EMBO reports, 22(7), e52774. https://doi.org/10.15252/embr.202152774
• Hacker, S., Backus, K., Lazear, M. et al. Global profiling of lysine reactivity and ligandability in the human proteome. Nature Chem 9, 1181–1190 (2017). https://doi.org/10.1038/nchem.2826