الأحماض الأمينية الأساسية

الأحماض الأمينية الأساسية ، أو الأحماض الأمينية التي لا غنى عنها ، هي أحماض أمينية لا يستطيع الجسم تصنيعها من الصفر بالسرعة الكافية لتلبية احتياجاته، ولذلك يجب الحصول عليها من الغذاء. من بين الأحماض الأمينية الـ 21 المشتركة بين جميع الكائنات الحية، هناك تسعة أحماض أمينية لا يستطيع الإنسان تصنيعها، وهي: الفالين ، والإيزولوسين ، واللوسين ، والميثيونين ، والفينيل ألانين ، والتريبتوفان ، والثريونين ، والهيستيدين ، والليسين . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تُعتبر ستة أحماض أمينية أخرى أساسية مشروطة في النظام الغذائي البشري، أي أن تصنيعها قد يكون محدودًا في ظل ظروف مرضية خاصة، مثل الولادة المبكرة عند الرضع أو الأفراد الذين يعانون من اضطرابات هدمية شديدة . ^{[ 2 ]} هذه الأحماض الستة هي: الأرجينين ، والسيستين ، والجليسين ، والجلوتامين ، والبرولين ، والتيروسين . في المقابل، تُعتبر ستة أحماض أمينية أخرى غير أساسية ( يمكن الاستغناء عنها ) في الإنسان، أي يمكن تصنيعها بكميات كافية في الجسم. هذه الأحماض الستة هي: الألانين ، وحمض الأسبارتيك ، والأسباراجين ، وحمض الجلوتاميك ، والسيرين ، ^{[ 2 ]} والسيلينوسيستين (الذي يُعتبر الحمض الأميني الحادي والعشرين). أما البيروليسين ( الذي يُعتبر الحمض الأميني الثاني والعشرين)، ^{[ 3 ]} والذي يُستخدم في تكوين البروتينات فقط في بعض الكائنات الدقيقة، فلا يُستخدم من قِبل معظم الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان، وبالتالي فهو غير أساسي لها.

الحمض الأميني المحدد هو الحمض الأميني الأساسي الذي لا يفي بالمتطلبات الغذائية. ^{[ 4 ]} يُعد هذا المفهوم مهمًا عند تحديد اختيار الأطعمة وعددها وكميتها: فحتى عند استيفاء متطلبات البروتين الكلي وجميع الأحماض الأمينية الأساسية الأخرى، إذا لم يتم استيفاء متطلبات الحمض الأميني المحدد، فإن الوجبة تُعتبر محدودة غذائيًا بسبب هذا الحمض الأميني. ^{[ 3 ]}

(*) لا يستخدم جسم الإنسان البيروليسين ، الذي يعتبر أحيانًا "الحمض الأميني الثاني والعشرين". ^{[ 7 ]}

من بين الأحماض الأمينية العشرين المشتركة بين جميع الكائنات الحية (باستثناء السيلينوسيستين )، لا يستطيع الإنسان تصنيع تسعة منها: الهيستيدين ، والإيزولوسين ، واللوسين ، والليسين ، والميثيونين ، والفينيل ألانين ، والثريونين ، والتريبتوفان ، والفالين . إضافةً إلى ذلك، تُعتبر الأحماض الأمينية الأرجينين ، والسيستين ، والجلوتامين ، والجليسين ، والبرولين ، والتيروسين أساسيةً مشروطةً ^{[ 8 ]،} ما يعني أن فئاتٍ معينةً من السكان، ممن لا يستطيعون تصنيعها بكمياتٍ كافية، كالأطفال حديثي الولادة والأشخاص المصابين بأمراض الكبد غير القادرين على تصنيع السيستين، يجب عليهم الحصول على واحدٍ أو أكثر من هذه الأحماض الأمينية الأساسية المشروطة من نظامهم الغذائي. ^{[ 9 ] [ 10 ]} على سبيل المثال، يتم تصنيع كميةٍ كافيةٍ من الأرجينين بواسطة دورة اليوريا لتلبية احتياجات البالغين، ولكن قد لا تكفي لتلبية احتياجات الأطفال في طور النمو. تُسمى الأحماض الأمينية التي يجب الحصول عليها من النظام الغذائي بالأحماض الأمينية الأساسية .

تستطيع حقيقيات النوى تصنيع بعض الأحماض الأمينية من ركائز أخرى . ونتيجة لذلك، فإن مجموعة فرعية فقط من الأحماض الأمينية المستخدمة في تخليق البروتين تُعد مغذيات أساسية .

تُنتَج الأحماض الأمينية غير الأساسية في الجسم. وتنشأ مسارات تخليقها من مسارات أيضية أساسية. يحفز إنزيم نازع هيدروجين الغلوتامات عملية الأمينة الاختزالية لحمض ألفا-كيتوغلوتاريك إلى غلوتامات . ويحدث تفاعل نقل الأمين في تخليق معظم الأحماض الأمينية، حيث تُحدَّد في هذه المرحلة الكيرالية للحمض الأميني. يُصنَّع الألانين والأسبارتات عن طريق نقل الأمين من البيروفات والأوكسالوأسيتات ، على التوالي . يُصنَّع الغلوتامين من أيون الأمونيوم (NH₄⁺ ) ^{والغلوتامات} _، ويُصنَّع الأسباراجين بطريقة مماثلة. يُشتق كل من البرولين والأرجينين من الغلوتامات. يُعد السيرين ، المُكوَّن من 3-فوسفوجليسيرات ، الناتج عن تحلل الجلوكوز ، طليعةً للجليسين والسيستين . يُصنَّع التيروسين عن طريق هيدروكسلة الفينيل ألانين ، وهو حمض أميني أساسي.

لقد ثبت أن تقدير الاحتياج اليومي للأحماض الأمينية الأساسية أمرٌ صعب؛ وقد خضعت هذه الأرقام لمراجعات كبيرة على مدى العشرين عامًا الماضية. يوضح الجدول التالي الكميات اليومية الموصى بها حاليًا للأحماض الأمينية الأساسية لدى البالغين (ما لم يُذكر خلاف ذلك)، بالإضافة إلى اختصاراتها القياسية المكونة من حرف واحد.

تتراوح الكمية اليومية الموصى بها للأطفال من سن ثلاث سنوات فما فوق بين 10% و20% أعلى من مستويات البالغين، وقد تصل هذه الكمية للرضع إلى 150% أعلى في السنة الأولى من العمر. يحتاج الرضع والأطفال في طور النمو دائمًا إلى السيستين (أو الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت)، والتيروسين (أو الأحماض الأمينية العطرية)، والأرجينين . ^{[ 11 ] [ 14 ]} يُصنف الميثيونين والسيستين معًا لأن أحدهما يُمكن تصنيعه من الآخر باستخدام إنزيم ميثيونين إس-ميثيل ترانسفيراز والمحفز ميثيونين سينثاز . ^{[ 15 ]} يُصنف الفينيل ألانين والتيروسين معًا لأن التيروسين يُمكن تصنيعه من الفينيل ألانين باستخدام إنزيم فينيل ألانين هيدروكسيلاز . ^{[ 16 ]}

تاريخيًا، كانت احتياجات الجسم من الأحماض الأمينية تُحدد بحساب التوازن بين كمية النيتروجين المُتناولة في النظام الغذائي والنيتروجين المُفرز في الفضلات السائلة والصلبة، لأن البروتينات تُمثل المصدر الأكبر للنيتروجين في الجسم. ويحدث التوازن الإيجابي عندما يكون استهلاك النيتروجين أكبر من المُفرز، مما يدل على أن الجسم يستخدم جزءًا من النيتروجين لبناء البروتينات. أما التوازن السلبي فيحدث عندما يكون إفراز النيتروجين أكبر من استهلاكه، مما يدل على عدم كفاية الكمية المُتناولة للحفاظ على صحة الجسم. في دراسة أُجريت على طلاب دراسات عليا في جامعة إلينوي، تم إطعامهم بنظام غذائي اصطناعي لتحقيق توازن نيتروجيني إيجابي طفيف. ثم تم حذف حمض أميني واحد، وسُجل التوازن النيتروجيني. إذا استمر التوازن الإيجابي، يُعتبر هذا الحمض الأميني غير أساسي. أما إذا حدث توازن سلبي، فقد أُعيد هذا الحمض الأميني تدريجيًا حتى استقر التوازن النيتروجيني الإيجابي الطفيف، وسُجلت الكمية الدنيا. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

استُخدمت طريقة مماثلة لتحديد محتوى البروتين في الأطعمة. أُطعمت عينات الاختبار نظامًا غذائيًا خاليًا من البروتين، وسُجلت كمية النيتروجين المفقودة. خلال الأسبوع الأول أو أكثر، يحدث فقدان سريع للبروتينات القابلة للتحلل . بمجرد استقرار كمية النيتروجين المفقودة، تُحدد هذه الكمية الأساسية كحد أدنى مطلوب للحفاظ على وظائف الجسم. بعد ذلك، أُطعمت عينات الاختبار كمية محددة من الطعام قيد الاختبار. الفرق بين النيتروجين الموجود في ذلك الطعام وكمية النيتروجين المفقودة فوق المستوى الأساسي هو الكمية التي احتفظ بها الجسم لإعادة بناء البروتينات. تُسمى كمية النيتروجين المحتفظ بها مقسومة على إجمالي كمية النيتروجين المتناولة صافي استخدام البروتين . تُسمى كمية النيتروجين المحتفظ بها مقسومة على (كمية النيتروجين المتناولة مطروحًا منها كمية النيتروجين المفقودة فوق المستوى الأساسي) القيمة البيولوجية ، وعادةً ما تُعطى كنسبة مئوية. ^{[ 18 ]}

تستخدم التقنيات الحديثة تقنية كروماتوغرافيا التبادل الأيوني لتحديد المحتوى الفعلي للأحماض الأمينية في الأطعمة. وقد استخدمت وزارة الزراعة الأمريكية هذه التقنية في مختبراتها لتحديد محتوى 7793 نوعًا من الأطعمة ضمن 28 فئة. ونشرت الوزارة قاعدة البيانات النهائية للجمهور في عام 2018. ^{[ 19 ]}

يعتمد الحمض الأميني المحدد على الاحتياجات البشرية، وهناك حاليًا مجموعتان من الاحتياجات البشرية من مصادر موثوقة: إحداهما منشورة من قبل منظمة الصحة العالمية ^{[ 11 ]} والأخرى منشورة من قبل وزارة الزراعة الأمريكية . ^{[ 12 ]}

عرف العلماء منذ أوائل القرن العشرين أن الفئران لا تستطيع البقاء على قيد الحياة بنظام غذائي يعتمد على الزين ، المستخلص من الذرة ، كمصدر وحيد للبروتين، لكنها تتعافى عند تغذيتها بالكازين المستخلص من حليب البقر. قاد هذا الاكتشاف ويليام كامينغ روز إلى اكتشاف الحمض الأميني الأساسي ثريونين . ^{[ 24 ]} ومن خلال تجارب على أنظمة غذائية مختلفة للقوارض، تمكن روز من إثبات أن عشرة أحماض أمينية ضرورية للفئران: الليسين ، والتريبتوفان ، والهيستيدين ، والفينيل ألانين ، والليوسين ، والإيزوليوسين ، والميثيونين ، والفالين ، والأرجينين ، بالإضافة إلى الثريونين. وأظهرت دراسات لاحقة أجراها روز أن ثمانية أحماض أمينية ضرورية للإنسان البالغ، وأن الهيستيدين ضروري أيضًا للرضع. وأكدت دراسات طويلة الأمد أن الهيستيدين ضروري أيضًا للإنسان البالغ. ^{[ 25 ]}

يُعدّ التمييز بين الأحماض الأمينية الأساسية وغير الأساسية غير واضح تمامًا، إذ يمكن إنتاج بعض الأحماض الأمينية من أحماض أخرى. فالأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت ، الميثيونين والهوموسيستين ، يمكن تحويلها إلى بعضها البعض، لكن لا يمكن لأي منهما أن يُصنّع من الصفر في جسم الإنسان. وبالمثل، يمكن تصنيع السيستين من الهوموسيستين ، لكن لا يمكن تصنيعه بشكل مستقل. لذا، ولتبسيط الأمر، تُعتبر الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت أحيانًا مجموعة واحدة من الأحماض الأمينية المتكافئة غذائيًا، كما هو الحال مع زوج الأحماض الأمينية العطرية ، الفينيل ألانين والتيروسين . وبالمثل، يُعتبر الأرجينين والأورنيثين والسيترولين ، القابلة للتحويل المتبادل عبر دورة اليوريا ، مجموعة واحدة.

إذا لم يتوفر أحد الأحماض الأمينية الأساسية بالكميات المطلوبة، فسيتوقف تخليق البروتين، بغض النظر عن توافر الأحماض الأمينية الأخرى. ^{[ 2 ]} وقد ثبت أن نقص البروتين يؤثر على جميع أعضاء الجسم والعديد من أجهزته، فعلى سبيل المثال، يؤثر على نمو الدماغ لدى الرضع والأطفال الصغار؛ ويُعيق عمل الجهاز المناعي، مما يزيد من خطر الإصابة بالعدوى؛ ويؤثر على وظيفة الغشاء المخاطي للأمعاء ونفاذيته، مما يقلل من الامتصاص ويزيد من قابلية الإصابة بالأمراض الجهازية ؛ ويؤثر على وظائف الكلى. ^{[ 2 ]} تشمل العلامات الجسدية لنقص البروتين الوذمة ، وفشل النمو لدى الرضع والأطفال، وضعف العضلات، وبهتان الجلد، وشعر رقيق وهش. وتشمل التغيرات الكيميائية الحيوية التي تعكس نقص البروتين انخفاض مستوى الألبومين في الدم وانخفاض مستوى الترانسفيرين في الدم . ^{[ 2 ]}

تم تحديد الأحماض الأمينية الأساسية في النظام الغذائي البشري من خلال سلسلة من التجارب التي قادها ويليام كامينغ روز . شملت هذه التجارب إعطاء وجبات غذائية أساسية لطلاب دراسات عليا ذكور أصحاء. تكونت هذه الوجبات من نشا الذرة ، والسكروز ، ودهن الزبدة الخالي من البروتين، وزيت الذرة ، والأملاح غير العضوية، والفيتامينات المعروفة ، و"حلوى" بنية كبيرة مصنوعة من مستخلص الكبد بنكهة زيت النعناع (لتوفير أي فيتامينات غير معروفة)، ومخاليط من أحماض أمينية فردية عالية النقاء. كان المقياس الرئيسي للنتيجة هو توازن النيتروجين . لاحظ روز أن أعراض العصبية والإرهاق والدوار ظهرت بدرجات متفاوتة كلما حُرم المشاركون من حمض أميني أساسي. ^{[ 17 ]}

ينبغي التمييز بين نقص الأحماض الأمينية الأساسية وسوء التغذية البروتينية-الطاقية ، الذي قد يتجلى في صورة هزال أو كواشيوركور . كان يُعزى الكواشيوركور سابقًا إلى نقص البروتين فقط لدى الأفراد الذين يستهلكون سعرات حرارية كافية ("متلازمة الطفل السكري"). إلا أن هذه النظرية قد تم دحضها بعد اكتشاف عدم وجود فرق في النظام الغذائي للأطفال المصابين بالهزال مقارنةً بالكواشيوركور. ^{[ 26 ]} مع ذلك، على سبيل المثال، في المدخول الغذائي المرجعي (DRI) الذي تحتفظ به وزارة الزراعة الأمريكية ، يُوصف نقص واحد أو أكثر من الأحماض الأمينية الأساسية بأنه سوء تغذية بروتينية-طاقية . ^{[ 2 ]}

• الأحماض الدهنية الأساسية
• الجينات الأساسية
• قائمة الأحماض الأمينية القياسية
• نظام غذائي منخفض البروتين ، نظام غذائي عالي البروتين
• الطب التقويمي الجزيئي
• الأحماض الأمينية الكيتونية
• الأحماض الأمينية المولدة للجلوكوز

• محتوى الأحماض الأمينية في بعض الأطعمة النباتية على موقع veganhealth.org.
• ملامح الأحماض الأمينية لبعض الأعلاف الشائعة في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا .
• التعبيرات الجزيئية: مجموعة الأحماض الأمينية في جامعة ولاية فلوريدا . تتضمن معلومات مفصلة وصورًا بلورية لكل حمض أميني.
• vProtein ، أداة برمجية عبر الإنترنت لتحليل خصائص الأحماض الأمينية الأساسية للأطعمة النباتية المفردة والمزدوجة بناءً على الاحتياجات البشرية.