Mohly by nám v jídle stačit pouze esenciální aminokyseliny?

Obsah jednotlivých konkrétních aminokyselin v proteinech se zdá být klíčový pro zachování zdravého metabolizmu. Změna složení vynecháním některých aminokyselin vede k přejídání, ale také k většímu maření energie na teplo, takže se netloustne. Na nedávných studiích na myších modelech je jasně vidět, že zde hrají svoji zajímavou úlohu rozvětvené a sirné aminokyseliny. Zatímco u rozvětvených je mechanizmus zatím velmi nejasný, u sirných aminokyselin se jeví sulfhydratace enzymů jako nejpravděpodobnější mechanizmus účinku. U rozvětvených kyselin bych si tipoval, že hlavním mechanizmem je transaminace na glutamát, který je metabolizován v TCA cyklu dvěma různými způsoby podle stavu metabolizmu. Buď je dále zpracován přes oxaloacetát na glukózu, pak vše funguje normálně, nebo je zpracován reverzním chodem IDH2 na citrát a potom na tuk. A to je zásadní rozdíl, který ale není popsán ve studiích, protože není žádný myší model, který by to umožňoval. Vždy se předpokládá pouze standardní metabolizmus glutamátu na oxaloacetát.

Z poznatků studií vyplývá, že právě složení proteinů má zcela zásadní vliv na příjem potravy a dlouhověkost. Podívejte se například na tuto zajímavou studii, kdy myším dávali stravu obsahující buď pouze neesenciální aminokyseliny, pouze esenciální aminokyseliny, kasein nebo kaseinový ekvivalent jako směs aminokyselin. Vždy podávali stejné ekvivalentní množství 20 % hmotnostních ve stravě.

Délka života myší při různém složení proteinů ve stravě. StD - standardní potrava, EAA - esenciální aminokyseliny, Casein-AA směs aminokyselin odpovídající kaseinu, Casein-Prot - jako protein, NEAA - neesenciální aminokyseliny.

Délka života nám vypovídá, která strava pokryla potřeby nejlépe. Vidíme, že pouze neesenciální aminokyseliny myši neuživí. Esenciální aminokyseliny prostě musí tělo získat z potravy, nevyrobí si je. Dokonce ani mléčná bílkovina kasein, která obsahuje téměř 50 % esenciálních aminokyselin, přesto není optimálním proteinem. Trochu lépe se jeví směs aminokyselin se stejným složením, jako má kasein. Proč? Asi se část dostane až do tlustého střeva kde ho bakterie metabolizují dle své potřeby, takže tělu chybí. Pokud ale smícháme směs aminokyselin, ta do tlustého střeva nedojde a do těla se tak dostane víc esenciálních aminokyselin.

Nedostatek esenciálních aminokyselin dělá z neesenciálních aminokyselin pouze energetický zdroj. K výrobě proteinů potřebuje tělo všechny aminokyseliny, pokud ty esenciální dojdou, nic se dál nevyrobí a musí se to spálit jako nepotřebný odpad. To je jasně vidět. Pokud ale myši dostávaly pouze esenciální aminokyseliny, ostatní neesenciální aminokyseliny si dokázaly snadno vyrobit. Zdá se, že nadbytek esenciálních aminokyselin nečiní žádné zásadní problémy, právě naopak. Ovšem přebytek neesenciálních aminokyselin problémem být může.

EAA - esenciální aminokyseliny, NEAA - neesenciální aminokyseliny

Zopakujme si, že nedostatek esenciálních aminokyselin se nám v některých situacích ukázal prospěšný. Je to tak trochu paradox. Jak je to možné? Asi to není metoda pro celoživotní chování, ale dokáže organismus povzbudit k větší aktivitě. Už víme, že je to hlavně vliv hormonu FGF21, který aktivuje dráhu PPP a obnoví hladinu NADPH použitím glukózy na jeho výrobu. To zvýší aktivitu metabolizmu v tukových tkáních, aktivuje senescentní kmenové buňky, zvýší produkci tepla a v mozku hlásí nedostatek aminokyselin, takže se zvýší konzumace jídla. Pokud vypneme tvorbu FGF21, bude záležet čistě na poměru esenciálních a neesenciálních aminokyselin v bílkovinách. Nedostatek esenciálních aminokyselin dovolí přeměnu neesenciálních aminokyselin na glykogen, to sníží potřebu doplňovat glykogen konzumací jídla bez aktivace termogeneze, může to znamenat hubnutí. Ale dostatek jaterního glykogenu může také podpořit tvorbu nových tuků, což zase může konzumaci jídla navýšit a znamenat tloustnutí. Tyto situace nastávají, pokud je bílkovin ve stravě hodně.

Vypnutí tvorby FGF21 (Fgf21 KO) potlačuje účinek snížení množství proteinů (LP) ve stravě. EE - výdej energie teplem, BW Change - změna tělesné hmotnosti, food intake - příjem potravy.

Nedostatek esenciálních aminokyselin je tedy poměrně zásadní modulátor metabolizmu. Jak je regulován příjem aminokyselin? Studie nám říkají, že je to hormon FGF21, který signalizuje nedostatek esenciálních aminokyselin. Mozek vyhodnocuje hladinu FGF21 a podporuje vyšší konzumaci, přednostně bilkovin. Myši při nedostatku bílkovin dokážou vyhodnotit, v které stravě je více esenciálních aminokyselin a tu preferují. Tuková tkáň reaguje na FGF21 zvýšenou aktivitou v ukládání i spalování termogenezí, především hnědá tuková tkáň. To zvýší výdej energie, který se odrazí ve vyšší konzumaci a tedy i vyšším příjmu esenciálních aminokyselin. Navýšení spalování zvýší poměr mezi esenciálními aminokyselinami a jinými energetickými makro živinami. O to tu zřejmě jde.

První týdny je oříjem potravy je téměř stejný pro všechny skupiny, velký nedostatek esenciálních aminokyselin snižuje hmotnost ale zkracuje život, jejich dostatek zajistí růst.

Výhradně esenciální aminokyseliny místo směsi všech aminokyselin zajistí nejnižší příjem potravy a nízkou hmotnost i nejdelší život, a to bez ztráty velikosti (délky).

Pojďme nyní volně pokračovat v sérii...

Kdo nám řekne, že jsme snědli dost jídla? (3)

...tentokrát o bílkovinách...

Jak by se dalo zařídit, abychom snadno zjistili, jestli máme dostatek nebo nedostatek materiálu a paliva pro získávání energie? Celkem jednoduše, já bych to udělal tak, že počkám, co tělo zpracuje, a přebytky bych převedl na jednu látku, hádejte jakou? Už jsem to tu jednou zmínil, jaterní glykogen. Přebytečné materiály, u kterých to jde, lze podobně jako u sacharidů, převést na oxaloacetát a následně na glukózu a glykogen. Nedostatek glykogenu aktivuje enzymy potřebné ke glukoneogenezi, naopak přebytek aktivuje tvorbu a ukládání nových tuků. Pokud tedy například přebývají některé neesenciální aminokyseliny, pro které není uplatnění, doplní se jimi zásoba jaterního glykogenu a sníží se příjem potravy, nebo se začnou přeměňovat přímo na tuky. U tuků je to jinak, tam se do jaterního glykogenu inverzně započítává de novo lipogeneze.

Funguje tento model i pro příjem bílkovin? V zásadě ano, pokud na myším modelu vypneme tvorbu FGF21 (FGF21 KO). Rozdíl v tělesné hmotnosti při změně obsahu všech aminokyselin (bílkovin) ve stravě je pak minimální. Pokud se nezmění poměr mezi esenciálními a neesenciálními aminokyselinami, glykogen se musí doplnit ze sacharidů, v případě myší tučné stravy se tedy navýší i příjem tuků. Snížení množství bílkovin tak mírně zvýší ukládání tuků a mírně přidá na hmotnosti.

Jinak je to při aktivním FGF21. Hodně bílkovin aktivuje tvorbu svalů i tuků, ale omezení bílkovin aktivuje FGF21 a termogenezi. Veškeré nepotřebné materiály se spálí a výrazně se zlepší poměr mezi esenciálními aminokyselinami a zbytkem nepotřebného materiálu. Pravda, svaly tak nenarostou, ale metabolizmus se dostane na optimální hodnoty a prodlouží se dožití.

Vliv střídání stravy se standardním obsahem bílkovin (normal protein) a stravy s nízkým (low protein) obsahem bílkovin pro normální myší (C57BL/6J) a pro myši s vypnutou tvorbou FGF21 (FGF21 KO).

Esenciální aminokyseliny mají tedy svou vlastní samostatnou regulaci dostatku příjmu z potravy. Tou regulací je právě jaterní hormon FGF21. Jednak upravuje metabolizmus tak, aby se spálilo více nepotřebných neesenciálních aminokyselin v hnědé tukové tkáni, uvolnilo se teplo a aby se přebytečná energie nemusela ukládat do tuků, jednak řídí organizmus tak, aby vyhledával zdroje aminokyselin, například myši nějak zjistí, že jim chybí bílkoviny a dávají pak přednost vodě s kaseinem (mléčná bílkovina). Je to velmi pozoruhodné, protože chutí to asi rozlišit nedokážou. Pokud u myší vypneme tvorbu FGF21, začne se příjem potravy normálně řídit jaterním glykogenem, tedy energetickou spotřebou těla bez ohledu na množství esenciálních aminokyselin. Pokud jsou nějaké přebytky, přetvoří se na jaterní glykogen, pokud nejsou, musí se víc jíst to, co je k dispozici, tedy nějaká směs sacharidů, tuků a bílkovin. Tělo si poměry metabolicky převede dle potřeb. Pokud v tomto případě budou chybět esenciální aminokyseliny, tělo přestane fungovat, nebude jíst víc potravy, nebude ani hledat bílkoviny, zemře předčasně. FGF21 je prostě životně důležitý pro přežití na stravě obsahující pouze málo bílkovin.

Myslím, že právě tento efekt vidíme na příkladu stravy s výhradně neesenciálními aminokyselinami nebo při jejich velké převaze (NEAA100%, EAA30%). Tělo nemá dost materiálu na produkci FGF21 nebo prostě produkci nezapne. Nezjistí, že má nedostatek esenciálních aminokyselin. Výsledkem je podvýživa a brzká smrt.

V případě vysokého obsahu kaseinu ve stravě nedojde k aktivaci FGF21, přestože obsahuje cca 50 % esenciálních aminokyselin. Jako přímý poměr je to málo, ale na aktivaci FGF21 je pravděpodobně aminokyselin celkově moc. Aktivuje se tvorba tuků. Dojde k navýšení konzumace potravy a zkrácení života. Myslím že pouhé snížení procentního obsahu kaseinu ve stravě by významně prodloužilo život myší. Bylo by méně esenciálních i přebytečných aminokyselin a možná by se podařilo aktivovat FGF21. Tím by se přebytečné palivo spálilo. Je k tomu ale potřeba glukóza.

Co by udělala nízkosacharidová nízkoproteinová strava? Tedy hodně tučná strava. Ještě více FGF21. Máme výsledky jiné studie. Je ale otázka, jestli to aktivuje termogenezi (UCP1). Na následujícím obrázku vidíme, že moc ne. Termogenezi aktivuje hlavně strava s relativně nízkým obsahem tuků a sníženým obsahem bílkovin. K termogenezi je potřeba glukóza.

CON - běžná strava (20 % kaseinu), LP - běžná strava se sníženým obsahem bílkovin (5% kaseinu), HFCON - tučná strava (60 % tuků), HFLP - tučná strava (se sníženým obsahem bílkovin. UCP1 aktivuje maření energie, Acc1/Scd1/Fas/Pparg aktivují tvorbu tuků.

Jak už jsem zde mnohokrát ukazoval, při přebytku energie má tělo dvě možnosti. Buď aktivuje termogenezi, nebo může místo toho spustit tvorbu nových tuků a buněčnou senescenci. Takto to probíhá vždy, tělo prostě má dvě možnosti, jak se s přebytky vyrovnávat, přepíná podle toho, jestli má dostatek molekul NADPH pro recyklaci GSH a tedy pro antioxidační ochranu zvýšeného metabolizmu. Pokud nemá, nemůže zvýšený metabolizmus aktivovat a přepne na tvorbu tuků a buněčnou senescenci. Hormon FGF21 umí zřejmě usnadnit tělu volbu směrem k termogenezi, k omezení tvorby tuků i buněčné senescence. Zdá se, že aktivace FGF21 je poměrně snadná, stačí omezit množství proteinů alespoň u některých jídel. Střídání proteinových a nízkoprotenových jídel může být tím klíčem, který hledáme. Když se tak zamýšlím nad způsobem stravování cca před 100 nebo více lety, proteinová jídla byla „sváteční“, podávaná pouze v neděli. Ve všedních dnech mnoho bílkovin v jídle nebylo.