أرجينين

يُستخلص تقليديًا عن طريق تحلل مصادر بروتينية مختلفة، مثل الجيلاتين . ^{[ 12 ]} ويُستخلص تجاريًا عن طريق التخمير. وبهذه الطريقة، يمكن إنتاج 25-35 غ/لتر، باستخدام الجلوكوز كمصدر للكربون. ^{[ 13 ]}

يُصنف الأرجينين كحمض أميني شبه أساسي أو أساسي مشروط ، وذلك تبعًا لمرحلة النمو والحالة الصحية للفرد. ^{[ 14 ]} لا يستطيع الأطفال الخدج تصنيع الأرجينين داخليًا، مما يجعله ضروريًا لهم من الناحية الغذائية. ^{[ 15 ]} لا يحتاج معظم الأصحاء إلى مكملات الأرجينين لأنه مكون أساسي في جميع الأطعمة الغنية بالبروتين ^{[ 16 ]} ويمكن تصنيعه في الجسم من الجلوتامين عبر السيترولين . ^{[ 17 ] [ 18 ]} بالإضافة إلى ذلك، يُعد الأرجينين الغذائي ضروريًا للأفراد الأصحاء الذين يتعرضون مؤقتًا لضغط فسيولوجي، على سبيل المثال أثناء التعافي من الحروق أو الإصابات أو الإنتان، ^{[ 18 ]} أو إذا انخفضت وظيفة أي من الموقعين الرئيسيين لتصنيع الأرجينين، وهما الأمعاء الدقيقة والكليتان ، لأن الأمعاء الدقيقة تقوم بالخطوة الأولى من عملية التصنيع، بينما تقوم الكليتان بالخطوة الثانية. ^{[ 3 ]}

الأرجينين حمض أميني أساسي للطيور، لعدم امتلاكها دورة اليوريا . ^{[ 19 ]} أما بالنسبة لبعض الحيوانات اللاحمة، كالقطط والكلاب ^{[ 20 ]} والنموس، فالأرجينين ضروري ^{[ 3 ]،} لأنه بعد تناول الطعام، ينتج عن هدم البروتين عالي الكفاءة كميات كبيرة من الأمونيا التي يجب معالجتها عبر دورة اليوريا، وإذا لم يتوفر ما يكفي من الأرجينين، فقد تكون سمية الأمونيا الناتجة قاتلة. ^{[ 21 ]} لكن هذا لا يمثل مشكلة في الواقع، لأن اللحوم تحتوي على كمية كافية من الأرجينين لتجنب هذه الحالة. ^{[ 21 ]}

تشمل المصادر الحيوانية للأرجينين اللحوم ومنتجات الألبان والبيض، ^{[ 22 ] [ 23 ]} وتشمل المصادر النباتية البذور بجميع أنواعها، على سبيل المثال الحبوب والبقوليات والمكسرات. ^{[ 23 ]}

يُنتَج الأرجينين في الكائنات الحية عبر التخليق الحيوي من الجلوتامين، الذي يتميز ببنية كيميائية أبسط. كما يُنتَج الأرجينين كوسيط في دورة اليوريا، ولكنه يُستَهلَك فيها بنفس القدر (أي لا يوجد إنتاج صافٍ). في دورة اليوريا، يُعدّ التكوين المؤقت للأرجينين خطوة ضرورية في إنتاج اليوريا وإخراجها .

التخليق من الصفر

تبدأ عملية التخليق الحيوي للأرجينين في الإنسان من الجلوتامين . يُنزع الأمين من هذا المركب ليتحول إلى حمض الجلوتاميك، ثم يتحول إلى جلوتامات-5-سيمي ألدهيد . ينتج عن نقل الأمين من جزيء حمض الجلوتاميك الثاني الأورنيثين، الذي يدخل دورة اليوريا. ^{[ 24 ]}

في جسم الإنسان، تُنتج الخلايا الظهارية للأمعاء الدقيقة السيترولين، بشكل أساسي من الجلوتامين والجلوتامات ، والذي يُفرز في مجرى الدم الذي ينقله إلى خلايا الأنابيب الكلوية القريبة ، حيث تستخلص السيترولين وتحوله إلى أرجينين، الذي يعود بدوره إلى الدم. هذا يعني أن ضعف وظائف الأمعاء الدقيقة أو الكلى قد يُقلل من إنتاج الأرجينين، وبالتالي يُنشئ حاجة غذائية إليه. بالنسبة لهذا الشخص، يُصبح الأرجينين "ضروريًا".

يحدث تخليق الأرجينين من السيترولين أيضًا بمستوى منخفض في العديد من الخلايا الأخرى، ويمكن زيادة قدرة الخلية على تخليق الأرجينين بشكل ملحوظ في ظل ظروف تزيد من إنتاج إنزيم أكسيد النيتريك سينثاز المحفز (NOS) . يسمح هذا بإعادة تدوير السيترولين، وهو ناتج ثانوي لإنتاج أكسيد النيتريك المحفز بواسطة NOS، إلى أرجينين في مسار يُعرف باسم مسار السيترولين إلى أكسيد النيتريك (سيترولين-NO) أو مسار الأرجينين-سيترولين. ويتضح ذلك من خلال حقيقة أنه في العديد من أنواع الخلايا، يمكن دعم تخليق أكسيد النيتريك إلى حد ما بواسطة السيترولين، وليس فقط بواسطة الأرجينين. ومع ذلك، فإن إعادة التدوير هذه ليست كمية، لأن السيترولين يتراكم في الخلايا المنتجة لأكسيد النيتريك جنبًا إلى جنب مع النترات والنتريت ، وهما الناتجان النهائيان المستقران لتحلل أكسيد النيتريك. ^{[ 25 ]}

في البكتيريا، تتم عملية التخليق الحيوي عبر وسائط الأسيتيل . يُؤَسْتَل الغلوتامات إلى N-أسيتيل غلوتامات ، ثم يُحوَّل إلى N-أسيتيل أورنيثين عبر N-أسيتيل غلوتاميل فوسفات و N-أسيتيل غلوتامات سيمي ألدهيد . يؤدي إزالة مجموعة الأسيتيل إلى إنتاج الأورنيثين، الذي يدخل دورة اليوريا. يمكن أن تحدث عملية إزالة الأسيتيل إما من خلال التحلل المائي البسيط (بواسطة أسيتيل أورنيثيناز ) أو عن طريق نقل مجموعة الأسيتيل إلى حمض الغلوتاميك مع إعادة تكوين N- أسيتيل غلوتامات. يُفترض أن الأسيتيل يعمل على فصل مسارات التخليق الحيوي للأرجينين والبرولين، حيث أن غلوتامات-5-سيمي ألدهيد غير المؤَسْتَل يتحلق بسهولة إلى حمض بيرولين-5-كربوكسيليك . ^{[ 26 ]}

لا يقتصر مسار التخليق الحيوي للأورنيثين، باعتباره طليعة للأرجينين، عبر N- أسيتيل جلوتامات مع استعادة مجموعة الأسيتيل، على العديد من البكتيريا فحسب، بل يوجد أيضًا في النباتات والفطريات ، ولكنه لا يوجد في الحيوانات. ويتشكل الأرجينين لاحقًا من الأورنيثين عبر دورة اليوريا. ^{[ 27 ]}

السلسلة الجانبية للأرجينين ذات طبيعة مزدوجة ، إذ تحتوي عند درجة الحموضة الفسيولوجية على مجموعة غوانيدينيوم موجبة الشحنة، وهي شديدة القطبية، في نهاية سلسلة هيدروكربونية أليفاتية كارهة للماء . ولأن البروتينات الكروية ذات تجاويف داخلية كارهة للماء وأسطح محبة للماء، ^{[ 38 ]} يوجد الأرجينين عادةً على السطح الخارجي للبروتين، حيث يمكن للمجموعة الرأسية المحبة للماء التفاعل مع البيئة القطبية، على سبيل المثال من خلال المشاركة في الروابط الهيدروجينية والجسور الملحية. ^{[ 39 ]} لهذا السبب، يوجد بكثرة عند السطح الفاصل بين بروتينين. ^{[ 40 ]} أحيانًا يبقى الجزء الأليفاتي من السلسلة الجانبية أسفل سطح البروتين. ^{[ 39 ]}

يمكن أن تخضع بقايا الأرجينين في البروتينات لعملية نزع الأمين بواسطة إنزيمات PAD لتكوين السيترولين، وذلك في عملية تعديل ما بعد الترجمة تُسمى السيترولين . تُعد هذه العملية مهمة في نمو الجنين، وجزءًا من عملية المناعة الطبيعية، بالإضافة إلى تنظيم التعبير الجيني، كما أنها ذات أهمية في أمراض المناعة الذاتية . ^{[ 41 ]} يتضمن تعديل آخر للأرجينين بعد الترجمة عملية المثيلة بواسطة إنزيمات ميثيل ترانسفيراز البروتين . ^{[ 42 ]}

ينتج عن نزع الكربوكسيل من الأرجينين بواسطة إنزيم أرجينين ديكاربوكسيلاز الأغماتين ، الذي يعمل كمعدل عصبي ، ويُعدّ طليعة بديلة لتخليق البوليامينات . في الثدييات، تُعدّ هذه البوليامينات ضرورية للعديد من التعديلات اللاحقة للترجمة ، بما في ذلك تلك التي تشمل الهستونات . ^{[ 39 ]} يمكن تحويل الأغماتين إلى N-كاربامويلبوتريسين ، ثم إلى بوتريسين . بدلاً من ذلك، يتكون البوترسين عن طريق نزع الكربوكسيل من الأورنيثين . يمكن بعد ذلك تحويل البوترسين إلى سبيرميدين ، ثم إلى سبيرمين ، وهما من البوليامينات الأخرى. ^{[ 43 ]} لم تُفهم بعدُ المساهمات النسبية للأغماتين والأورنيثين في تكوين البوترسين فهمًا كاملاً. ^{[ 39 ]}

تُصنّع النباتات قلويدات نباتية متنوعة ، مثل النيكوتين وقلويدات التروبان (الكوكايين ، والهيوسيامين ، والسكوبولامين )، من البوترسين. يُشتق هذا المركب عادةً من الأورنيثين، ولكنه قد يُشتق أيضًا من الأرجينين. ^{[ 44 ]} وبالمثل، يتكون الهوموسبرميدين ، وهو طليعة قلويدات البيروليزيدين (مثل السينيسيونين )، من الأرجينين أو الأورنيثين عبر البوترسين. ^{[ 45 ]}

يمكن تحويل كل من الأرجينين والأورنيثين إلى بوتريسين في البكتيريا. ويعتمد المسار المستخدم على ما إذا كان الأرجينين يتحول إلى أورنيثين أو يُستقلب عبر مسارات بديلة، بالإضافة إلى مدى توافره. تشمل بدائيات النوى التي تمتلك إنزيم ديكاربوكسيلاز الأرجينين البكتيريا المعوية ، والمتفطرات ، وأنواعًا من جنسي إيروموناس وبسودوموناس . ^{[ 46 ]}

يُعدّ الأرجينين (L -Arginine) السلف الوحيد لأكسيد النيتريك (NO) في الإنسان والعديد من الحيوانات الأخرى، وهو أحد أصغر المواد الناقلة في جسم الإنسان. يتحول الأرجينين، بفعل إنزيمات أكسيد النيتريك سينثاز (NO synthases)، إلى عامل الاسترخاء المشتق من البطانة (EDRF)، والذي يُعرف باسم أكسيد النيتريك. فيزيولوجيًا، يُحفز عامل الاسترخاء المشتق من البطانة توسع الأوعية الدموية عن طريق نشر أكسيد النيتريك في طبقة العضلات الملساء الوعائية. هناك، يُنشط إنزيم غوانيلات سيكلاز القابل للذوبان ، مما يؤدي إلى استرخاء العضلات الملساء وانخفاض توتر الأوعية الدموية. تشير الدراسات إلى أن الأرجينين يُمكن أن يُخفض ضغط الدم المرتفع بشكل ملحوظ من خلال هذا التأثير الموسع للأوعية الدموية. ^{[ 47 ]}

يُعد الأرجينين أيضًا طليعةً لليوريا والأورنيثين والأغماتين ؛ وهو ضروري لتخليق الكرياتين ؛ ويمكن استخدامه أيضًا في تخليق البوليامينات (بشكل رئيسي من خلال الأورنيثين ، وبدرجة أقل من خلال الأغماتين والسيترولين والغلوتامات). ويُثبط وجود ثنائي ميثيل أرجينين غير المتماثل (ADMA)، وهو قريب منه، تفاعل أكسيد النيتريك؛ ولذلك، يُعتبر ADMA مؤشرًا على أمراض الأوعية الدموية ، تمامًا كما يُعتبر الأرجينين علامةً على سلامة بطانة الأوعية الدموية . ^{[ 48 ]}

في الثدييات، يمكن تحويل الأرجينين إلى برولين عبر غلوتامات-5-سيمي ألدهيد وبيرولين -5-حمض الكربوكسيليك . ^{[ 39 ]} كما يحدث تحويل الأرجينين إلى أحماض أمينية أخرى في البكتيريا؛ فعلى سبيل المثال، تستطيع أنواع من جنس العصوية تحويل الأرجينين إلى برولين أو حمض غلوتاميك عبر الأورنيثين. ^{[ 49 ]}

تُصنّع قلويدات سولانوم ( من عائلة النباتات الباذنجانية ) وقلويدات فيراتروم (جنس فيراتروم ) من الكوليسترول عبر عملية التخليق الحيوي . ويُضاف النيتروجين من الأرجينين من خلال عملية نقل الأمين . ^{[ 50 ]}

الفارجولين هو لوسيفيرين تُنتجه المحار من الأرجينين والتريبتوفان والإيزولوسين ، ويُستخدم لإنتاج التلألؤ البيولوجي على شكل ضوء أزرق. خلال عملية التلألؤ البيولوجي، يُولّد تفاعل اللوسيفيرين مع إنزيم اللوسيفيراز جزيئًا مُثارًا طاقيًا يُصدر الضوء. يوجد الفارجولين في جنسي الفارجولا والسيبريدينا ، بالإضافة إلى بعض أنواع الأسماك التي تتغذى على المحار وتحصل على هذا المركب من خلال نظامها الغذائي . ^{[ 51 ]}

تستطيع أنواع مختلفة من البكتيريا استخدام الأرجينين كمصدر للطاقة. يُحوّل الأرجينين مبدئيًا بواسطة إنزيم أرجينين دياميناز إلى سيترولين ، ثم بواسطة إنزيم أورنيثين ترانسكارباميلاز إلى أورنيثين وكاربامويل فوسفات . ويمكن توليد جزيء واحد من أدينوسين ثلاثي الفوسفات من أدينوسين ثنائي الفوسفات من خلال تحلل كاربامويل فوسفات بواسطة إنزيم كاربامات كيناز إلى بيكربونات الأمونيوم . تستخدم العديد من بدائيات النوى الأرجينين كمصدر وحيد للطاقة، بما في ذلك أنواع من الميكوبلازما ، والعصوية ، واللولبية ، وأنواع من البكتيريا المحبة للملوحة ضمن العتائق ، بالإضافة إلى المكورات المعوية والزائفة الزنجارية . مع ذلك، يحدث هذا المسار الأيضي أيضًا في أنواع من الأيروموناس والسبيروبلازما ، وأنواع أخرى من الزائفة ، بالإضافة إلى المطثيات والبكتيريا الزرقاء . تُفرز العديد من البكتيريا التي تستخدم هذا المسار كميات كبيرة من الأورنيثين، مما يشير إلى أن الغوانيدين هو المركب الوحيد الذي يتم استقلابه. في بعض أنواع البكتيريا، يمكن أن يكون الأرجينين أيضًا المصدر الوحيد للنيتروجين، كما هو الحال في بكتيريا Aeromonas formicans أو Bacillus licheniformis . ^{[ 52 ]} يتضمن مسار تحلل آخر للأرجينين، والذي لوحظ على سبيل المثال في أنواع مختلفة من بكتيريا Pseudomonas ، إنزيم أرجينين سكسينيل ترانسفيراز . في هذا المسار، تتحول ذرة الكربون في مجموعة غوانيدينو الأرجينين إلى ثاني أكسيد الكربون، ويتم إنتاج NADH . ^{[ 53 ]}

السيانوفيسين هو بوليمر يتكون من سلسلة أساسية من وحدات حمض الأسبارتيك مع سلاسل جانبية من الأرجينين. يتم تصنيعه بواسطة البكتيريا الزرقاء وأنواع أخرى من البكتيريا إما مباشرة من الأرجينين وحمض الأسبارتيك أو من ثنائي الببتيد المقابل ، بيتا-أسبارتيل أرجينين ، ويعمل كمركب لتخزين النيتروجين. ^{[ 54 ]}

في النباتات ، وخاصة الأشجار ، يلعب الأرجينين دورًا في تخزين النيتروجين. في ظل ظروف زيادة توافر النيتروجين، يُصنّع الأرجينين - الذي يحتوي على أعلى نسبة من النيتروجين بين الأحماض الأمينية - ويُخزّن بشكل تفضيلي إما كحمض أميني حر أو ضمن البروتينات. تمتلك الأشجار أيضًا بروتينات ناقلة لامتصاص الأرجينين من التربة، ويمثل مصدرًا مفضلًا للنيتروجين في الصنوبريات . أظهرت دراسات عديدة أن نسيج الخشب في الأشجار يحتوي على تركيزات عالية من الأرجينين الحر مقارنةً بالأحماض الأمينية الأخرى، كما هو الحال في الحمضيات . يُحرّر الأرجينين من بروتينات التخزين المحتوية عليه عند الحاجة. كما أنه يُستخدم كمصدر للنيتروجين أثناء الإنبات ، كما هو موضح في دراسات أُجريت على الصنوبر البحري . ^{[ 55 ]}

يُستخدم الأرجينين المُعطى وريديًا في اختبارات تحفيز هرمون النمو ^{[ 57 ]} لأنه يُحفز إفراز هرمون النمو . ^{[ 58 ]} وخلصت مراجعة للتجارب السريرية إلى أن الأرجينين المُتناول عن طريق الفم يزيد من هرمون النمو، ولكنه يُقلل من إفرازه، وهو ما يرتبط عادةً بالتمارين الرياضية. ^{[ 59 ]} ومع ذلك، أفادت تجربة أحدث أنه على الرغم من أن الأرجينين المُتناول عن طريق الفم يزيد من مستويات الأرجينين في البلازما، إلا أنه لا يُسبب زيادة في هرمون النمو. ^{[ 60 ]}

أشارت الأبحاث التي أجريت عام 1964 حول متطلبات الأحماض الأمينية لفيروس الهربس البسيط في الخلايا البشرية إلى أن "...نقص الأرجينين أو الهيستيدين ، وربما وجود الليسين ، من شأنه أن يعيق بشكل ملحوظ عملية تخليق الفيروس"، لكنها خلصت إلى أنه "لا يوجد تفسير جاهز متاح لأي من هذه الملاحظات". ^{[ 61 ]}

خلصت مراجعات أخرى إلى أن "فعالية الليسين في علاج الهربس الشفوي قد تكمن في الوقاية أكثر من العلاج"، وأن "استخدام الليسين لتقليل شدة أو مدة النوبات" غير مدعوم، مع الحاجة إلى مزيد من البحث. ^{[ 62 ]} وخلصت دراسة أجريت عام 2017 إلى أنه "يمكن للأطباء أن ينصحوا المرضى بأن هناك دورًا نظريًا لتناول مكملات الليسين في الوقاية من تقرحات الهربس البسيط، لكن الأدلة البحثية غير كافية لدعم ذلك. وينبغي تحذير المرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية أو المرارة من المخاطر النظرية". ^{[ 63 ]}

أظهر تحليل تجميعي أن الأرجينين يخفض ضغط الدم بتقديرات مجمعة تبلغ 5.4 ملم زئبق لضغط الدم الانقباضي و2.7 ملم زئبق لضغط الدم الانبساطي. ^{[ 64 ]}

يُساهم تناول مكملات إل -أرجينين في خفض ضغط الدم الانبساطي وإطالة فترة الحمل لدى النساء المصابات بارتفاع ضغط الدم الحملي ، بما في ذلك النساء المصابات بارتفاع ضغط الدم كجزء من تسمم الحمل . ولم يُلاحظ انخفاض في ضغط الدم الانقباضي أو تحسن في وزن الطفل عند الولادة . ^{[ 65 ]}

أظهرت كل من تقنيات الاستشراب السائل والاستشراب السائل/مطياف الكتلة أن أنسجة دماغ المتوفين المصابين بالفصام تُظهر اضطرابًا في استقلاب الأرجينين. كما أكدت هذه التقنيات انخفاضًا ملحوظًا في مستويات حمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA)، بينما ارتفعت مستويات الأغماتين ونسبة الغلوتامات/GABA في حالات الفصام. وأشارت تحليلات الانحدار إلى وجود ارتباطات إيجابية بين نشاط الأرجينيز وعمر بدء المرض، وبين مستوى الأورنيثين ومدة المرض. علاوة على ذلك، كشفت تحليلات التجميع أن الأرجينين ومستقلباته الرئيسية - السيترولين والأورنيثين والأغماتين - تُشكل مجموعات متميزة، وقد لوحظ تغيرها في مجموعة مرضى الفصام. على الرغم من ذلك، لا يزال الأساس البيولوجي لمرض الفصام غير مفهوم بشكل جيد، وقد تم ربط عدد من العوامل، مثل فرط نشاط الدوبامين، ونقص نشاط الغلوتامات، ونقص حمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA)، واختلال وظائف الجهاز الكوليني، والتعرض للإجهاد، واضطراب النمو العصبي، بأسباب المرض و/أو الفيزيولوجيا المرضية له. ^{[ 66 ]}

لقد ثبت أن تناول الأرجينين عن طريق الفم يعكس نخر الأصابع في متلازمة رينود . ^{[ 67 ]}