اسید آمینه های ضروری و غیرضروری چه هستند و چرا دانستن این مطب برای هر فردی مهم است؟
به گزارش مجله جغتای، اسیدهای آمینه (Amino Acids) الفبای حیات و بلوک های سازنده پروتئین در بدن ما هستند. تصور کنید بدن انسان یک عمارت بزرگ است؛ اسیدهای آمینه آجرهایی هستند که نه تنها دیوارها (عضلات)، بلکه سیستم های امنیتی (آنتی بادی ها) و پیغام رسان ها (هورمون ها) را نیز می سازند. ما 20 نوع اسید آمینه اصلی داریم که به دو دسته ضروری (Essential) و غیرضروری (Non-essential) تقسیم می شوند. تفاوت این دو دسته در توانایی فراوری بدن نهفته است؛ اسیدهای آمینه ضروری باید به وسیله رژیم غذایی تامین شوند، در حالی که نوع غیرضروری به وسیله خود بدن سنتز می گردد.
درک این تمایز تنها یک بحث خشک علمی نیست، بلکه کلید دستیابی به سلامت روان، رشد عضلانی و پیشگیری از بیماری های مزمن است.
01
نبرد 9 در برابر 11؛ تقسیم بندی کلاسیک
در زیست شناسی انسانی، ما با 20 اسید آمینه استاندارد سر و کار داریم. 9 مورد از آن ها ضروری هستند؛ یعنی بدن ما فاقد ماشین آلات آنزیمی لازم برای ساختن آن ها از ابتدا (De novo synthesis) است. این 9 مورد شامل لوسین (Leucine)، ایزولوسین (Isoleucine)، والین (Valine)، هیستیدین (Histidine)، لیزین (Lysine)، متیونین (Methionine)، فنیل آلانین (Phenylalanine)، ترئونین (Threonine) و تریپتوفان (Tryptophan) هستند. 11 مورد به جای مانده غیرضروری نامیده می شوند، اما این نام گذاری کمی فریبنده است؛ چرا که آن ها برای بقا به میزان گروه اول حیاتی هستند، با این تفاوت که کبد ما می تواند با استفاده از نیتروژن و کربنِ سایر مولکول ها، آن ها را فراوری کند.
02
کشف تاریخی؛ آخرین قطعه پازل
تا اوایل قرن بیستم، دانشمندان به طور دقیق نمی دانستند کدام اسید آمینه ها برای زندگی ضروری هستند. در سال 1935، ویلیام کامینگ رز (William Cumming Rose) با انجام آزمایش های تغذیه ای دقیق روی دانشجویان داوطلب، آخرین اسید آمینه ضروری یعنی ترئونین را کشف کرد. او رژیم های غذایی حاوی اسیدهای آمینه خالص را طراحی کرد و با حذف تک تک آن ها، واکنش بدن را سنجید. این کشف انقلابی در علم تغذیه بود و باعث شد استانداردهای دنیای برای پروتئین های کامل و ناقص شکل بگیرد. قبل از این، مردم فکر می کردند همه پروتئین ها ارزش یکسانی دارند، اما رز ثابت کرد که کیفیت پروتئین به محتوای دقیق این 9 اسید آمینه وابسته است.
03
اسیدهای آمینه مشروط؛ وقتی غیرضروری ها ضروری می شوند
یک دسته خاکستری به نام اسیدهای آمینه مشروط (Conditionally Essential) وجود دارد که معمولاً در فهرست غیرضروری ها هستند اما در شرایط خاص، بدن توان فراوری کافی آن ها را از دست می دهد. برای مثال، آرژنین (Arginine) در حالت عادی غیرضروری است، اما در زمان سوختگی های شدید، جراحی های سنگین یا رشد سریع دوران کودکی، بدن نمی تواند با سرعت کافی آن را بسازد. در این لحظات بحرانی، منابع خارجی باید وارد عمل شوند. این موضوع در پزشکی مراقبت های ویژه بسیار حیاتی است؛ زیرا عدم تامین این مواد می تواند منجر به اختلال در بهبود زخم ها و تضعیف شدید سیستم ایمنی بیمار گردد.
04
تریپتوفان و پیوند میان رژیم غذایی و شادی
ارتباط میان اسیدهای آمینه و روانپزشکی یکی از مجذوب نماینده ترین حوزه های علم مدرن است. تریپتوفان، یک اسید آمینه ضروری، پیش ساز مستقیم سروتونین (Serotonin) یا همان هورمون شادی است. بدن نمی تواند بدون تریپتوفانِ دریافتی از غذا، این انتقال دهنده عصبی را بسازد. کمبود مزمن این اسید آمینه با اختلالات خلقی، اضطراب و بی خوابی مرتبط است. به همین علت است که بعضی رژیم های غذایی بسیار سخت گیرانه که منابع تریپتوفان را حذف می نمایند، به سرعت باعث تحریک پذیری فرد می شوند. جالب است بدانید که در فرهنگ عامه غربی، خواب آلودگی بعد از خوردن بوقلمون در عید شکرگزاری را به تریپتوفان بالای آن نسبت می دهند، هرچند این یک اغراق علمی است و عوامل دیگری هم در آن نقش دارند.
05
افسانه پروتئین کامل در رژیم های گیاه خواری
یک سوءبرداشت قدیمی وجود دارد که گیاه خواران نمی توانند تمام اسیدهای آمینه ضروری را دریافت نمایند. در حالی که بیشتر منابع حیوانی پروتئین کامل (Complete Protein) هستند (یعنی هر 9 اسید آمینه را دارند)، گیاهان اغلب در یک یا دو مورد فقیر هستند. مثلاً برنج متیونین دارد اما لیزین کمی دارد، و لوبیا لیزین دارد اما متیونین کمی دارد. اما نکته کلیدی اینجاست: لازم نیست تمام اسیدهای آمینه در یک وعده خورده شوند. بدن دارای یک استخر اسید آمینه (Amino acid pool) است که می تواند آن ها را در طول روز ترکیب کند. خوردن برنج و لوبیا در کنار هم، یک پروتئین کامل ایجاد می نماید که از نظر بیولوژیکی با گوشت برابری می نماید.
06
فنیل کتونوری؛ وقتی یک اسید آمینه سم می گردد
برای بیشتر مردم، فنیل آلانین یک جزء ضروری و مفید است، اما برای افراد مبتلا به بیماری ژنتیکی فنیل کتونوری (PKU)، این اسید آمینه می تواند باعث آسیب مغزی شدید گردد. بدن این افراد فاقد آنزیم لازم برای تجزیه فنیل آلانین است. این موضوع به قدری حیاتی است که روی قوطی های نوشابه رژیمی که حاوی آسپارتام (منبع فنیل آلانین) هستند، هشدار مخصوص برای این بیماران درج می گردد. این تداخل ژنتیک و تغذیه نشان می دهد که چگونه یک ماده ضروری برای توده مردم، می تواند برای یک اقلیت خاص به یک چالش زیستی بزرگ تبدیل گردد و احتیاج به مدیریت دقیق رژیم غذایی از بدو تولد داشته باشد.
07
بازتاب در رسانه ها؛ مکمل های BCAA و فرهنگ پاپ
اسیدهای آمینه شاخه دار یا BCAA (Branched-Chain Amino Acids) شامل لوسین، ایزولوسین و والین، ستاره های دنیای بدنسازی و رسانه های ورزشی هستند. در فیلم های اکشن و مستندهای ورزشی، اغلب ورزشکارانی را می بینیم که پودرهای رنگی را در آب حل می نمایند. این ها در واقع همان اسیدهای آمینه ضروری هستند. لوسین به تنهایی مسئول روشن کردن کلید سنتز پروتئین در عضلات (mTOR pathway) است. این موضوع باعث شده تا اسیدهای آمینه از محیط های آزمایشگاهی خارج شده و به بخشی از هویت بصری سبک زندگی سالم در اینستاگرام و یوتیوب تبدیل شوند، هرچند بحث های علمی زیادی درباره ضرورت مصرف مکمل در برابر غذای واقعی همچنان جریان دارد.
08
اومامی؛ طعم اسید آمینه غیرضروری
شاید فکر کنید اسیدهای آمینه فقط برای ساخت عضله هستند، اما آن ها مسئول یکی از لذت بخش ترین تجربه های انسانی یعنی طعم نیز هستند. گلوتامات (Glutamate) یک اسید آمینه غیرضروری است که مسئول طعم پنجم یا اومامی (Umami) است. طعم گوشتی و لذیذی که در سس سویا، پنیر پارمزان و گوجه فرنگی پخته حس می کنید، در واقع شناسایی این اسید آمینه به وسیله گیرنده های زبان شماست. مونو سدیم گلوتامات (MSG) که در صنایع غذایی استفاده می گردد، نمک همین اسید آمینه است. این نشان می دهد که بدن ما برای شناسایی بلوک های سازنده پروتئین، یک سیستم پاداش چشایی تکامل داده است تا ما را به مصرف غذاهای مغذی ترغیب کند.
09
چرا تکامل توانایی ساخت آن ها را حذف کرد؟
از نظر تکاملی، حذف ژن های مسئول فراوری اسیدهای آمینه ضروری در پستانداران یک معمای بزرگ است. فرضیه این است که اجداد ما به قدری از منابع پروتئینی متنوع تغذیه می کردند که بدن برای صرفه جویی در انرژی، کارخانه فراوری این 9 اسید آمینه را تعطیل کرد. نگهداری کدهای ژنتیکی و آنزیم های مورد احتیاج برای سنتز این مولکول های پیچیده، هزینه متابولیک بالایی دارد. وقتی محیط اطراف به میزان کافی این مواد را فراهم می کرد، بدن ترجیح داد این آجرهای پیش ساخته را وارد کند تا اینکه خودش آن ها را بسازد. این وابستگی به محیط، یک استراتژی بقا بود که به ما اجازه داد انرژی بیشتری را صرف توسعه مغز و سایر ارگان ها کنیم.
10
قانون حداقل لیبیگ؛ بن بست پروتئین سازی
در بیوشیمی، مفهومی به نام اسید آمینه محدودنماینده (Limiting Amino Acid) وجود دارد. اگر بدن شما برای ساختن یک پروتئین خاص به 100 واحد از هر 9 اسید آمینه ضروری احتیاج داشته باشد و شما از یکی از آن ها فقط 10 واحد داشته باشید، بدن تنها می تواند 10 واحد از آن پروتئین را بسازد؛ حتی اگر از بقیه اسیدهای آمینه 1000 واحد موجود باشد. این دقیقاً مانند بشکه ای است که تخته های آن طول متفاوتی دارند؛ ظرفیت بشکه به کوتاه ترین تخته محدود می گردد. این فکت فنی شرح می دهد که چرا رژیم های غذایی تک محصولی (مثلاً فقط ذرت) منجر به سوءتغذیه شدید می شوند، حتی اگر فرد کالری زیادی دریافت کند.
11
تاثیرات فقر پروتئین بر جوامع و سیاست
کمبود اسیدهای آمینه ضروری، به ویژه در منطقه ها فقیر دنیا، منجر به بیماری کواشیورکور (Kwashiorkor) می گردد. این بیماری که با تورم شکم شناخته می گردد، نتیجه کمبود شدید پروتئین با وجود دریافت کالری است. در تاریخ سیاسی دنیا، دسترسی به منابع غنی از اسیدهای آمینه (مانند گوشت و حبوبات) همیشه با قدرت بدنی سربازان و بهره وری کارگران مرتبط بوده است. در دوران جنگ های دنیای، جیره بندی غذا به گونه ای طراحی می شد که حداقل اسیدهای آمینه ضروری برای جلوگیری از فروپاشی عضلانی جمعیت تامین گردد. این موضوع نشان می دهد که بیوشیمی چگونه می تواند مسیر پیروزی یا شکست یک ملت را مشخص کند.
12
آینده؛ فراوری اسید آمینه در آزمایشگاه
امروزه دانشمندان با استفاده از باکتری های اصلاح شده ژنتیکی، اسیدهای آمینه ضروری را در مقیاس صنعتی فراوری می نمایند. این تکنولوژی نه تنها برای مکمل های ورزشی، بلکه برای غنی سازی مواد غذایی در کشورهای در حال توسعه و بعلاوه فراوری گوشت های آزمایشگاهی (Lab-grown meat) استفاده می گردد. در آینده، ما ممکن است بتوانیم با استفاده از بیولوژی مصنوعی (Synthetic Biology)، گیاهانی فراوری کنیم که تمام اسیدهای آمینه ضروری را به اندازه کافی داشته باشند. این اتفاق می تواند به معنای انتها سوءتغذیه پروتئینی در دنیا و کاهش فشار بر منابع حیوانی باشد.
نتیجه گیری؛ تعادلی که نباید نادیده گرفت
اسیدهای آمینه ضروری و غیرضروری، فراتر از نام های پیچیده بیوشیمیایی، نگهبانان سلامت روزمره ما هستند. از تنظیم خلق وخو به وسیله تریپتوفان گرفته تا بازسازی بافت ها به وسیله لوسین، هر یک از این مولکول ها نقشی بی بدیل در سمفونی بدن ایفا می نمایند. دانستن تفاوت بین این دو دسته به ما یاری می نماید تا آگاهانه تر غذا بخوریم، اسیر تبلیغات کاذب مکمل ها نشویم و درک کنیم که چرا تنوع در رژیم غذایی یک انتخاب نیست، بلکه یک ضرورت بیولوژیکی است. بدن ما یک کارخانه هوشمند است که بخشی از قطعات خود را می سازد و بخش دیگر را از دنیای بیرون تقاضا می نماید؛ احترام به این چرخه، اولین قدم در مسیر طول عمر و شادابی است.
دکتر علیرضا مجیدی
پزشک، نویسنده و بنیان گذار وبلاگ خبرنگاران
دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیان گذار وبلاگ خبرنگاران .
بیش از دو دهه در زمینه سلامت، پزشکی، روان شناسی و جنبه های فرهنگی و اجتماعی آن ها می نویسد و کوشش می نماید دانش را ساده اما دقیق منتقل کند.
پزشکی دانشی پویا و همیشه در حال تغییر است؛ بنابراین، محتوای این نوشته جایگزین ویزیت یا تشخیص پزشک نیست.
دربارهٔ علیرضا مجیدی در خبرنگاران