Какие свойства проявляет глицин

Эта статья о глицине — самой маленькой аминокислоте в природе, чья роль, тем не менее, огромна. Вы узнаете, в состав каких белков и пептидов входит глицин, как синтезируется в организме и предшественником каких веществ является.

Введение в курс дела

Аминокислоты — это одни из самых важных веществ в живой природе. Будучи довольно небольшими молекулами, они играют огромную роль в живых организмах. Подобно жемчужинам в ожерелье, они слагают большие молекулы — белки, из которых построены все живые существа — от мала до велика. Функция аминокислот не исчерпывается только тем, что они становятся строительным материалом для белков. Аминокислоты могут специализироваться на других задачах. Общая формула аминокислот приведена на рисунке 1.

Эта статья посвящена глицину — самой маленькой из всех теоретически возможных аминокислот. Но, несмотря на свою крохотную боковую группу, представленную одним протоном, глицин — неотъемлемый компонент белков и участник нескольких важных процессов. Поговорка «мал, да удал» — это про глицин!

В первой части статьи мы рассмотрим некоторые белки и пептиды, для которых глицин имеет большое значение, а также разберем, откуда глицин в организме вообще берется и в чем, кроме белков, используется. Мы не будем претендовать на абсолютную полноту картины функций глицина, но остановимся на наиболее важных моментах.

Глицин в белках и пептидах

Глицин — вещество не редкое. Почти ни один белок не обходится без него. В среднем глицин составляет чуть больше 7% аминокислотных остатков («жемчужин») в белках [1]. При этом давайте учтем, что разнообразие белковых аминокислот довольно велико, поэтому названная цифра — почти рекорд! А уж где глицина действительно много — так это в коллагене.

Коллаген — сложно устроенный белок, являющийся одним из основных компонентов соединительной ткани. Он присутствует в сухожилиях, коже, кровеносных сосудах, роговице, костях и хрящах, а также в чешуе рыб и шерсти млекопитающих, выполняя структурную роль и составляя до 30% массы позвоночных животных [2]. Таким образом, это один из самых распространенных животных белков. Существует несколько типов коллагена.

Коллаген обеспечивает прочность соединительных тканей, а потому и сам обладает свойством устойчивости к растяжению, и это качество определяется его структурой (рис. 2) [2].

Но причем же тут глицин? Дело в том, что полипептидные нити молекул коллагена, как орнамент, состоят из повторяющегося «узора» — паттерна из трех аминокислотных остатков: Gly—Pro—X и Gly—X—Hyp [3]. Здесь Gly — глицин, Pro — пролин, Hyp — 4-гидроксипролин, X — другая аминокислота.

Из этой формулы видно, что глицин составляет треть аминокислот коллагена! Природа не стала бы играть такими цифрами просто забавы ради. Присутствие глицина — одна из предпосылок к формированию прочных фибрилл и волокон коллагена, необходимых для многих тканей. Три нити, формирующие коллагеновую суперспираль, переплетаются настолько плотно, что между ними нет свободного пространства. И только лишь один глицин со своей крохотной боковой группой способен интегрироваться в эту систему, как кусочек мозаики. Замена глицина на какую-то другую аминокислоту, имеющую более объемную боковую группу (например, серин), может привести к серьезным патологиям, например, к синдрому Элерса—Данлоса (это гетерогенная группа наследственных нарушений соединительной ткани) [4], [5].

Глицином богат еще один структурный белок — фиброин — основной компонент паутины и шелка. Почти половина аминокислотных остатков фиброина — глицин! Как и в случае с коллагеном, там он входит в состав повторяющейся последовательности.

Белкам близка еще одна группа биологических веществ — пептиды. Они тоже сложены из аминокислот, только меньше белков по размерам (но граница между белками и пептидами размыта).

Посмотрим на так называемые антимикробные пептиды. Это, как правило, положительно заряженные (катионные) молекулы, которые участвуют в иммунном ответе, воздействуя на мембраны бактерий или других патогенов [6]. С помощью этих относительно небольших молекул человек и другие животные, включая разнообразных букашек, борются с болезнетворными организмами, которым удалось пробраться во внутреннюю среду. До сих пор не разработано единой классификации антимикробных пептидов, но известно, что те или иные из них характеризуются определенными структурными особенностями. В частности, в них может в большом количестве присутствовать какая-то аминокислота, в том числе и глицин.

К глицин-богатым антимикробным пептидам относят акалолептины из гемолимфы жука-дровосека Acalolepta luxuriosa, акантоскуррин из гемоцитов паука Acanthoscurria gomesiana, аттацины из насекомых отрядов чешуекрылые и двукрылые, гемиптерицин из известного многим клопа-солдатика Pyrrhocoris apterus (рис. 3) и другие (гименоптецин, гловерины, колеоптерицины, риноцерозин, холотрицин-2 и −3). Глицин-богатые домены имеют пептиды гиастатин и крустины [7], [8].

Конечно, глицин присутствует и во многих других белках и пептидах. Это делает его одной из самых распространенных природных аминокислот.

Откуда берется глицин в организме?

Конечно, эта чудесная аминокислота попадает к нам с пищей в составе белков. Тем не менее основной источник глицина — процессы синтеза, проходящие в нашем теле, что позволяет отнести глицин к заменимым аминокислотам.

Главный его предшественник — серин. Это тоже аминокислота, только в ее молекуле на один атом углерода больше. Что же с ним сделать? Здесь природа идет по проторенной дорожке: она передает его на вещество-кофермент тетрагидрофолат, который «любит» одноуглеродные фрагменты. В результате реакции на свет рождается глицин (рис. 4).

У позвоночных животных, включая и нас любимых, есть еще один любопытный способ произвести глицин. Исходными веществами в реакции, катализируемой ферментом глицинсинтазой, являются довольно простые вещества — углекислый газ и аммиак (в виде иона). Эта реакция тоже не обходится без уже известного нам «любителя» одноуглеродных фрагментов:

Voilà! (Извините за мой французский.) Образовавшийся глицин поступает на службу организму.

Гиперактивация серинглицинового биосинтетического пути способна привести к развитию рака, ведь этот путь важен для получения большого количества «строительных» веществ (нуклеиновых кислот, белков, липидов), которые так необходимы активно делящимся раковым клеткам. Антифолатная химиотерапия широко используется в лечении рака [9].

Глицин — предшественник гема

Почему кровь красная? Потому что в ней есть гемоглобин — красный белок, имеющий в своем составе гем. Это железосодержащая порфириновая система, на которую и садится кислород, от легких с кровью поступающий к разным тканям. Глицин является одним из предшественников гема у животных. Реакция с участием глицина представлена на рисунке 5.

Синтез порфиринов — отдельная большая «опера», причем глицин участвует только в первой «арии», и в этой статье мы не будем изучать полную «партитуру». Тем не менее роль глицина в этом фундаментальном процессе огромна.

Глицин как участник других жизненно важных реакций

Что такое ДНК? Правильно! Химический субстрат наследственности. Это знают все. Но не все знают, что каждая из цепей ДНК состоит из «кирпичиков», называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид включает в себя, помимо прочего, азотистое основание. Азотистые основания ДНК бывают двух типов — пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимин и цитозин). Глицин принимает участие в синтезе нуклеотидов с пуриновыми основаниями (рис. 6).

При синтезе пуриновых нуклеотидов de novo азотистое основание «садится» на уже готовую связь с пентозой и наращивается постепенно. На одном из начальных этапов в дело вступает глицин, благодаря которому в состав структуры входят два углеродных атома и один азотный.

Разнообразие комбинаций азотистых оснований в молекуле ДНК является основой биологического разнообразия на планете.

Кроме этого, глицин участвует в синтезе креатина (рис. 7) — вещества-аккумулятора энергии в мышцах и нервных клетках, то есть в тех местах организма, где требуется поддерживать высокий уровень энергии.

1. Doolittle R.F. Redundancies in protein sequences. In: Predictions of protein structure and the principles of protein conformation / ed. by Fasman G.D. NY: Plenum Press, 1989. — P. 599–623;
2. Vincent R. Sherman, Wen Yang, Marc A. Meyers. (2015). The materials science of collagen. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 52, 22-50;
3. Paul Szpak. (2011). Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis. Journal of Archaeological Science. 38, 3358-3372;
4. Нельсон Д. и Кокс М. Основы биохимии Ленинджера (т. 1, изд. 3, испр.). М.: «Лаборатория знаний», 2017. — 696 с.;
5. Paolo Narcisi, Allan J.Richards, Stanley D. Ferguson, F.Michael Pope. (1994). A family with Ehlers — Danlos syndrome type III/articular hypermobility syndrome has a glycine 637 to serine substitution in type III collagen. Hum Mol Genet. 3, 1617-1620;
6. Кокряков В.Н. Очерки о врожденном иммунитете. СПб.: «Наука», 2006. — стр. 137–146;
7. С. В. Баландин, Т. В. Овчинникова. (2016). Антимикробные пептиды беспозвоночных. Часть 1. Строение, биосинтез и эволюция (Обзорная статья). Биоорган. химия. 42, 255-275;
8. S Cociancich, A Dupont, G Hegy, R Lanot, F Holder, et. al.. (1994). Novel inducible antibacterial peptides from a hemipteran insect, the sap-sucking bugPyrrhocoris apterus. Biochem. J.. 300, 567-575;
9. Ivano Amelio, Francesca Cutruzzolá, Alexey Antonov, Massimiliano Agostini, Gerry Melino. (2014). Serine and glycine metabolism in cancer. Trends in Biochemical Sciences. 39, 191-198.

Глицин, или аминоуксусная (аминоэтановая) кислота (пищевая добавка Е640), – аминокислота, которую человеческий организм способен вырабатывать самостоятельно, если не получает в необходимом количестве из пищи.

В печени эта аминокислота производится из серина и треонина, а вот сам глицин служит «сырьем» для пуриновых оснований: гуанина, аденина, ксантина, а также природных пигментов порфиринов.

Эта сладкая на вкус аминокислота впервые была выведена в 1820 году из желатина. В большом количестве также представлена в шелковых волокнах. В организме концентрируется в мышцах, коже и соединительной ткани.

Глицин является наименьшей аминокислотой по размерам и единственной, не имеющей стереоизомеров. Но она играет важную роль для организма, участвует во многих биохимических процессах, а также является одной из 20 аминокислот, участвующих в строительстве белков.

Глицин содержится преимущественно в продуктах животного происхождения, включая мясо, рыбу, птицу и молочную пищу. Также организм может получать дополнительные порции аминокислоты из разного рода БАДов. Учитывая, что человек способен самостоятельно вырабатывать глицин, вещество обладает крайне низкой токсичностью, а его излишки выводятся с мочой.

Кому полезен

Аминоуксусная кислота активно применяется для лечения шизофрении, инсульта, доброкачественной гиперплазии предстательной железы, генетических нарушений обмена веществ. А учитывая благотворное влияние на работу нервной системы, это вещество назначают страдающим бессонницей, а также используют для «усмирения» наркоманов на первых этапах лечения.

Также эта аминокислота крайне важна для правильного функционирования почек. В частности, защищает от побочных воздействий некоторых медикаментов, применяемых после трансплантации органов. Положительное влияние аминоуксусной кислоты ощущает на себе и печень. Особенно, у людей, злоупотребляющих алкоголем. Также это вещество относят к группе противораковых. Используют для заживления язв на разных участках кожи, а также в качестве средства, способного улучшить память.

Роль в организме

Формирование здоровой мышечной ткани и превращение глюкозы в энергию – важные функции глицина. Также это вещество имеет значение для поддержания здоровья центральной нервной и пищеварительной систем. А как показывают результаты исследований, в тандеме с антиоксидантами защищает от некоторых видов рака.

Глицин является важной составной для построения ДНК и РНК-нитей, а они, в свою очередь, выступают генетическим стройматериалом, без которого невозможно правильное функционирование организма. Это одна из трех аминокислот, образующих креатин, необходимый для роста мышечных тканей и производства энергии при физических нагрузках.

Также эта аминокислота входит в состав коллагена, отвечающего за нормальное состояние кожи, связок и сухожилий. Кстати, почти треть коллагена, обеспечивающего коже пластичность и упругость, состоит из глицина. Он способствует абсорбции кальция, что предотвращает дегенерацию мышц. И также играет важную роль в процессе производства гормонов, отвечающих за работоспособность иммунной системы.

Без глицина организм не смог бы восстановить поврежденные ткани. Провисание кожи, раны, незаживающие длительное время, эпидермис, разрушенный УФ-лучами, тело, страдающее от постоянных атак свободных радикалов – все это также возможные последствия полного отсутствия аминоуксусной кислоты в организме.

Глицин помогает организму регулировать уровень сахара и поглощение глюкозы скелетными мышцами для производства энергии. Эти способности делают аминокислоту важной составляющей для диабетиков, страдающих частыми гипогликемиями, людей с анемией или хронической усталостью.

Аминоуксусная кислота обеспечивает нормальную работу органам пищеварительного тракта. Сконцентрированный в желчном пузыре глицин способствует производству фермента, необходимого для переваривания пищевых жиров. Другая польза глицина – способность регулировать кислотно-щелочной баланс соотношение в пищеварительном тракте, а также, защищать от губительного влияния алкоголя.

Аминокислота регулирует выработку нейротрансмиттеров головного мозга, от которых зависит эмоциональное состояние человека и функциональность мозга. Стоит помнить об этом веществе людям, страдающим бессонницей или нарушениями ритма сна.

Функции глицина.

1. Для нервной системы играет функцию тормозного нейромедиатора, предотвращающего эпилептические припадки.
2. Используется при лечении маниакальной депрессии и гиперактивности.
3. Участвует во многих биохимических процессах в организме.
4. Способствует нормальному функционированию простаты.
5. Является частью глутатиона – кофермента, участвующего во многих биохимических реакциях.
6. Обладает антиоксидантными свойствами.
7. Помогает работе центральной нервной системы.

Всасывание

Человеческий организм функционирует таким образом, что не будет накапливать глицин в большем количестве, чем этого понадобится. Эта особенность определяет скорость и интенсивность всасывания вещества. Единственный случай, когда тело ошибается – наличие некоторых генетических болезней, влияющих на способность организма определять недостаток вещества.

Суточная потребность

Считается, что человеческий организм способен синтезировать около 3 граммов глицина, и дополнительно из рациона получает, как минимум, 1,5-3 г вещества.

Но эти дозы не могут удовлетворить суточные потребности организма в аминокислоте. По мнению ученых, взрослый человек нуждается примерно в 10-13 г аминоуксусной кислоты ежедневно. Именно столько глицина, по некоторым подсчетам, необходимо, чтобы обеспечить нормальный синтез коллагена. А он, как известно, почти на 22 процента состоит из глицина.

Согласно другим рекомендациям, взрослые должны получать около 0,3 г вещества ежедневно, а дети – примерно 0,1 г. При тяжелых физических нагрузках суточную норму увеличивают до 0,8 г. Также немного больше общепринятой дневной нормы должны получать люди с нарушениями работы центральной нервной системы и мозга, после инфарктов и инсультов, при интоксикациях (вызванных медикаментами или алкогольным отравлением), в стрессовых ситуациях. А вот беременным, кормящим матерям, людям с гипотонией или непереносимостью аминоуксусной кислоты должны относиться с осторожностью к глицину. Не стоит злоупотреблять БАДами, содержащими аминокислоту, и тем, чья работа требует быстрой реакции.

Применение глицина:

• 16-60 мг ежесуточно – при шизофрении;
• 1-2 г в день – в течение 6 часов после инсульта;
• 10 мг (в форме крема) – язвы на ногах;
• 3 г перед сном – при бессонницах;
• 2-12 г – при лечении наркомании.

И хоть отравление глицином – явление из ряда вон выходящее, но все-таки считается, что максимальная суточная доза аминоуксусной кислоты не должна превышать 50 г.

Дефицит глицина

Недостаточность глицина в организме – явление крайне редкое. Так как, во-первых, организм способен самостоятельно производить аминокислоту, а во-вторых, она в изобилии представлена во многих продуктах питания. Но, если дефицит аминокислоты все-таки возник, то первыми признаками этого послужат нарушения сна, депрессивные состояния, повышение нервозности, слабость и дрожь.

Избыток

Глицин является безопасным для большинства людей. Поскольку организм надолго не задерживает в себе его излишки, опасность отравления аминокислотой крайне низкая. Но все же, прием очень высоких доз вещества в форме биодобавок на протяжении длительного времени может вызвать побочные эффекты. Среди них – аллергия, гиперактивность, одышка, сыпь, зуд, отеки полости рта, тошнота, рвота, расстройство желудка, тахикардия, усталость.

Пищевые источники

Главным образом источниками глицина являются продукты, богатые белком.

Типичный рацион содержит в себе около 2 граммов глицина ежедневно. Также стоит вспомнить, что глицин – это заменимая аминокислота. Это значит, что она регулярно производится в печени из других аминокислот. Поэтому нет острой потребности следить за точным количеством глицина в рационе.

Животные источники: рыба, молочные продукты, мясо, сыр и другие.

Растительные источники: бобы, соя, шпинат, тыква, капуста, цветная капуста, корень лопуха, огурцы, киви, бананы.

Другие источники: холодец, мармелад, соя, нут, семена тыквы и кунжута, орехи (грецкие, арахис, фисташки, кедровые), базилик, фенхель, имбирь.

Более высокими дозами глицина можно обеспечить себя, употребляя кожу и кости (например, готовить бульоны, холодцы из мяса птицы с кожей) или специальные пищевые добавки. При этом важно напомнить, что для создания глицина используются только натуральные компоненты.

Но говорить о пищевых источниках глицина, не вспомнив о факторах, влияющих на более полное усвоение вещества, будет неправильно.

Первая рекомендация не представляет собой ничего нового – стандартный, но, на самом деле, очень важный совет: соблюдать здоровый образ жизни и придерживаться сбалансированного меню.

Во-вторых, для нормального усвоения глицина необходима вода. Правильный питьевой режим (не менее полутора литра жидкости в сутки) поможет организму изъять больше пользы из пищи.

И третий совет: активный образ жизни и регулярные прогулки на свежем воздухе.

Взаимодействие с другими веществами

Надо быть предельно осторожным, принимая одновременно глицин и клозапин (препарат для лечения шизофрении), так как это лекарственное средство на фоне аминокислоты перестает действовать. Сочетание глицина и цистеина – усиливает синтезирование глутатиона, повышает чувствительность к инсулину. Важно знать, что аминоуксусная кислота усиливает всасывание аспирина, а в комбинации с кальцием или железом улучшает их усвоение. Но для самого глицина важно присутствие в организме витаминов В-группы, которые способствуют процессам синтеза аминокислоты.

Интересные факты

Молекулы глицина присутствуют в космосе. Такое заявление сделали американские ученые после анализа космической пыли возрастом более 4,5 миллиарда лет. В ее составе обнаружили молекулы глицина. Это дает основания говорить, что аминокислоты, из которых началась жизнь на нашей планете, попали на Землю из космоса.

Здоровый сон для современных людей – это самый настоящий подарок. Ну не у всех получается высыпаться на фоне постоянных стрессов и психоэмоционального напряжения. Вот и получается, что сердечные болезни, вегето-сосудистая дистония и нарушения функций многих органов в наше время являются обычными болезнями даже для молодых. А избавить от всех этих неприятностей может глицин – наименьшая аминокислота, которую, впрочем, легко получить из продуктов питания. Просто надо знать: что, когда и с чем есть.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru