Метионин: Функции

Метионин играе ролята в метаболизма като доставчик на метилови групи (СН3), които са необходими за основните биосинтези. За да изпълни тази функция, основната аминокиселина трябва първо да се активира с АТФ (аденозин трифосфат). Реакционните стъпки на метионин активирането се катализира от метионин аденозил трансфераза. В резултат на разцепването на трифосфат се освобождава енергия, която трансферазата се изисква за трансфера на аденозин остатък до метионин. Образува се S-аденозилметионин или накратко SAM. S-аденозилметионинът е метаболитно активната форма на метионин. Поради силно реактивната метилова група върху сулфониевата група, S-аденозилметионинът е в състояние да инициира процеси на трансметилиране, катализирани от ензима метилтрансфераза. Следователно SAM е едновременно субстрат и донор на метилова група за метилтрансфераза. В първия етап SAM транспортира метиловата група до метилтрансферазата, която във втори етап прехвърля остатъка СН3 към специфични субстрати, които по този начин претърпяват структурни промени. При междинния метаболизъм трансметилирането е важна реакция в биосинтеза на следните ендогенни вещества.

  • Адреналин, хормон, образуван в надбъбречната медула и секретиран в кръвта по време на стресови ситуации, който се образува от норепинефрин чрез прехвърляне на метилова група; като катехоламин, адреналинът има стимулиращ ефект върху симпатиковите алфа и бета рецептори на сърдечно-съдовата система - повишава кръвното налягане и увеличава сърдечната честота; в централната нервна система адреналинът действа като невротрансмитер - пратеник или предаващо вещество - и по този начин е отговорен за предаването на информация от един неврон (нервни клетки) до следващия чрез контактните точки на невроните, синапсите
  • Холин - синтезира се от етаноламин чрез трансфер на СН3 група; като първичен монохидратен алкохол, холинът е структурен елемент и на двете невротрансмитер ацетилхолин - оцетна киселина естер на холин - и лецитин и фосфатидилхолин, съответно - фосфорна киселина естер на холин - който е съществен компонент на всички биомембрани; освен това холинът действа и като донор на метилова група в междинния метаболизъм; в случай на дефицит на метионин са налични недостатъчни количества холин за синтеза на важното невротрансмитер ацетилхолин - дългосрочен дефицит на метионин в крайна сметка може да предизвика безпокойство и депресия.
  • Креатинът, органична киселина, образувана в резултат на трансметилиране от гуанидиноацетат; под формата на креатин фосфат, креатин е необходим за мускулна контракция и допринася за снабдяването на мускулите с енергия.
  • Нуклеинова киселина - под формата на РНК (рибонуклеинова киселина) и ДНК (Дезоксирибонуклеинова киселина), който служи като носител на генетична информация.
  • Полиамини - путресцин и декарбоксилиран SAM дават началото на спермин и като междинен продукт спермидин; и двата полиамина играят решаваща роля в клетъчното делене и подпомагат синтеза на растящите клетки нуклеинова киселина намлява протеини - следователно, полиамините имат стабилизиращ ефект върху ДНК. Полиаминът спермидин може да увеличи чревния тракт здраве и по този начин допринасят за подобряване на имунитета. Изследвания върху клетъчни, както и върху животински модели показват, че хранителният спермидин благоприятства диференциацията на Т хелперните клетки към регулаторните Т клетки (Tregs).
  • Глутатион - L-глутамил-L-цистеинилглицин, накратко GSH - трипептид, образуван от аминокиселини глутаминова киселина, цистеин и глицин; като субстрат на глутатион пероксидаза, GSH има антиоксидант активност и предпазва клетките, ДНК и други макромолекули от окислително увреждане, например радиационно увреждане.
  • L-карнитин - метионин заедно с лизин води до образуването на L-карнитин, който играе ключова роля в регулирането на метаболизма на мазнините, въглехидратите и протеините.
  • Мелатонинът - хормон, който контролира дневно-нощния ритъм на човешкото тяло; образува се от метилирането на N-ацетилсеротонин.
  • Метилиран фармакон - детоксикация of наркотици.
  • Метилиран нуклеинов бази на ДНК и РНК - защита на ДНК от разграждане.

ДНК метилиране

S-аденозилметионинът е от съществено значение за метилирането на ДНК.При този процес СН3 групите, доставяни от SAM, се прехвърлят на определени места в двуверижната ДНК с помощта на ДНК метилтрансферази върху нуклеиновите бази като аденин, гуанин, цитозин и тимин. Следователно това е ДНК модификация или химическа промяна в основната структура на ДНК. Тъй като ДНК метилирането не го прави олово до промяна в ДНК последователността - последователността на ДНК градивни блокове - това е обектът на епигенетиката или епигенетично наследство. Епигенетика е предаването на черти на потомството въз основа на наследствени промени в ген регулация и експресия, а не отклонения в ДНК последователността. Епигенетичните промени могат да бъдат инициирани от химически или физически фактори на околната среда. ДНК регионите от особено значение за метилирането се наричат ​​CpG острови. В тези ДНК сегменти динуклеотидът цитозин-гуанин присъства с десет до двадесет пъти по-голяма честота от останалата част от генома. В човешкото генетично изследване CpG островите често се използват за присвояване на гени генетични заболявания. ДНК метилирането има множество биологични функции. При прокариотите метилирането на ДНК осигурява защита срещу чужда ДНК. ДНК метилтрансферазите, отговорни за метилирането олово до образуването на модел на метилиране чрез прехвърляне на СН3 групи към определени нуклеинови бази на собствената ДНК на клетката. Въз основа на този модел на метилиране, ограничение ензими са в състояние да различават собствена ДНК клетка от ДНК, която е влязла в клетката отвън. Чуждата ДНК обикновено има различен модел на метилиране, отколкото собствената ДНК на клетката. Ако чуждата ДНК бъде разпозната, тя се изрязва и елиминира чрез ограничение ензими и други нуклеази, така че чуждата ДНК не може да бъде интегрирана в собствената ДНК на клетката. Освен това, метилирането на ДНК е полезно за прокариотите за корекция на грешки по време на репликация на ДНК - идентично дублиране на ДНК. За да се разграничи оригиналната верига на ДНК от новосинтезираната верига по време на корекция на грешки, системите за възстановяване на ДНК използват модела на метилиране на оригиналната верига. При еукариотите ДНК метилирането има функцията да маркира активни и неактивни области на ДНК. По този начин, от една страна, определени ДНК сегменти могат да се използват избирателно за различни процеси. От друга страна, метилирането заглушава или деактивира гените. За РНК полимерази и други ензими, метилирани нуклеинови бази върху ДНК или РНК са знак, че те не трябва да се четат за биосинтеза на протеини. ДНК метилирането в крайна сметка служи за предотвратяване на образуването на дефектни, патогенни протеини или да прекрати синтеза им. Някои гени са селективно метилирани, което се означава като ген регулация или диференциална генна експресия. Зони нагоре по веригата на a ген може да има специфично ниво на метилиране, което се различава от околността и може да варира в различните ситуации. Това дава възможност за селективна честота на четене на гена зад него. Пример за селективно метилирани места, разположени нагоре по течението на гена, са островите CpG. Тъй като те са подложени на високо мутационно налягане, метилирането като механизъм за заглушаване на туморни супресорни гени е от първостепенно значение за предотвратяване туморни заболявания. Ако метилирането бъде потиснато, цитозините на CpG островите могат да бъдат окислително дезаминирани съответно до тимин и урацил поради тяхната нестабилност. Това води до обмен на база и по този начин до постоянна мутация, която значително увеличава туморния риск. Специален случай на генна регулация е геномното импринтиране. Тъй като мъжките и женските зародишни клетки имат различни модели на метилиране на ДНК, бащините алели могат да бъдат разграничени от майчините алели. В случай на гени, подлежащи на импринтиране, се използва само майката или бащиния алел, което дава възможност за специфичната за пола експресия на фенотипни белези. Прекомерно или недостатъчно метилиране на ДНК областите нагоре по веригата може олово до развитието на болести поради произтичащата от това намалена или повишена генна активност и наследяване на дъщерните клетки. Например, туморните клетки често показват модели на метилиране, които се различават значително от тези на здравите тъкани. В допълнение към отделните нуклеинови бази в ДНК, протеини и ензимите също могат да бъдат модифицирани от метилтрансферази. По този начин, прехвърлянето на метилова група към ензими води до промяна в техните свойства, при което ензимната активност може или да бъде инхибирана, или насърчена.

Разграждане и ресинтез на метионин - цикълът на метионин

От особено значение както за метаболизма при човека, така и за клиничната практика е разграждането на метионин. Есенциалната аминокиселина метионин, погълната с храна, се разгражда до S-аденозилметионин с участието на АТФ. В резултат на разцепването на метиловата група, която се поема от метилтрансферазата и се прехвърля към други субстрати, от SAM се образува междинният S-аденозилхомоцистеин (SAH), който се хидролизира от SAH хидролаза до хомоцистеин намлява аденозин. Тъй като SAH инхибира процесите на метилиране, неговото разграждане до хомоцистеин е спешно необходимо за поддържане на реакциите на метилиране. The сяра-съдържаща, непротеиногенна аминокиселина хомоцистеин, който е резултат от цикъла на метионин, може да се катаболизира по няколко начина. От една страна, хомоцистеинът се разгражда чрез процеса на транссулфатиране с образуването на сяра-съдържащ аминокиселина цистеин. От друга страна, хомоцистеинът може да се метаболизира чрез реакция на реметилиране. Реметилирането на хомоцистеин води до ресинтеза на метионин. В процеса на транссулфатиране, метионинът реагира на първи етап със серин чрез зависимата от витамин В6 цистатионин ß-синтаза, образувайки цистатионин с разцепване на хомоцистин. Цистатионинът се разцепва във втора стъпка до хомосерин и сяра-съдържащ аминокиселина цистеин. Тази реакция се катализира от цистатионаза, която също зависи от витамин В6. По този начин, когато се разгражда съдържащ сяра метионин, се образува другата съдържаща сяра аминокиселина цистеин, докато серинът се консумира. Цистеинът може да се разгради в метаболизма на катаболните аминокиселини до сулфат и вода, или да доведе до синтеза на цистин чрез реакция с друга цистеинова молекула. В допълнение, молекулата на цистеин служи като изходен градивен елемент за образуването на подобен на бик, ß-аминоетансулфонова киселина, която носи сулфонова киселинна група вместо карбоксилна група, типична за аминокиселини. Подобен на бик не се използва в организма за биосинтеза на протеини, но до голяма степен отговаря за стабилизирането на течността баланс в клетките. Ако приемът на метионин е твърде нисък, синтезът на цистеин от метионин или хомоцистеин е само незначителен, което означава, че полуесенциалната аминокиселина цистеин може да се превърне в основна аминокиселина и трябва да се доставя повече чрез диета. Хомосеринът, получен от разцепването на цистатионин, се превръща чрез дезаминиране в алфа-кетобутират, който се разгражда до пропионил-КоА и в резултат на декарбоксилиране и последващо витамин B12-зависимо пренареждане на карбоксилната група към сукцинил-КоА. Последният е метаболит от цитратния цикъл, в който освен всичко друго се получава енергия под формата на GTP (гуанозин трифосфат) и редукционните еквиваленти NADH и FADH2, които водят до производството на енергия под формата на АТФ (аденозин трифосфат) в следващата дихателна верига. Процесът на транссулфация може да се осъществи само в определени тъкани. Те включват черен дроб, бъбрек, панкреас (панкреас) и мозък. В процеса на реметилиране, хомоцистеиновият синтез от метионин се обръща. По този начин хомоцистеинът първо реагира с аденозин, за да образува S-аденозилхомоцистеин (SAH) с разцепване на вода. Впоследствие под влияние на витамин B12-зависима метионин синтаза, прехвърлянето на метилова група става с образуването на S-аденозилметионин (SAM). Метиловата група се доставя от 5-метил-тетрахидрофолат (5-MTHF), който пренася СН3 групата в коензима на метионин синтазата, витамин B12 (кобаламин). Заредена с метил кобаламин, метионин синтазата транспортира СН3 групата до SAH, синтезирайки SAM. И накрая, метионинът може да се освободи от S-аденозилметионин. 5-MTHF е метилираната активна форма на фолиева киселина (витамин В9) и има функцията на акцептор и предавател на метилови групи в междинния метаболизъм. Освобождаването на СН3 групата в кобаламина на метионин синтазата води до активната тетрахидрофолиева киселина, която вече е достъпна за трансфери на нова метилова група. Витамин В12 функционира по подобен начин. Под формата на метил кобаламин той участва в ензимни реакции и е отговорен за поемането и освобождаването на метиловите групи. И накрая, цикълът на метионин е пряко свързан с фолиева киселина и метаболизма на витамин В12 в черен дроб намлява бъбрек, хомоцистеинът също може да бъде реметилиран до метионин чрез бетаин хомоцистеин метилтрансфераза (BHMT). Метиловата група, необходима за синтеза на метионин, се доставя от бетаин, кватернерно амониево съединение с три метилови групи, и се прехвърля в метилтрансферазата. По този начин бетаинът е едновременно субстрат и донор на метилова група за BHMT. Сега метилтрансферазата транспортира остатъка СН3 върху хомоцистеин, за да образува метионин и диметилглицин. Пътят на реметилиране на хомоцистеин или метионин синтез чрез BHMT е независим от фолиева киселина и витамин В12. Следователно, вода-разтворим Б витамини фолиевата киселина, В12 и В6 участват в общия метаболизъм на метионин и хомоцистеин. Ако има дефицит дори само на един от тях витамини, разграждането на хомоцистеин се инхибира. Резултатът е значително повишено ниво на хомоцистеин в плазмата. Следователно това може да се използва като маркер за доставката на фолиева киселина, витамин В6 и В12. Повишени нива на хомоцистеин в кръв може да се нормализира чрез увеличаване администрация от трите Б витамини в комбинация. Защото администрация само на фолиева киселина може значително да понижи плазмените нива на хомоцистеин, адекватното снабдяване с фолиева киселина изглежда особено важно.

Рисков фактор хомоцистеин

Недостигът на витамини В6, В9 и В12 води до невъзможността да се реметилира хомоцистеин до метионин и следователно да се натрупва както в извънклетъчното, така и в вътреклетъчното пространство. Концентрациите на хомоцистеин от 5-15 µmol / l се считат за нормални. Стойности над 15 µmol / l показват хиперхомоцистеинемия - повишени нива на хомоцистеин. Няколко проучвания показват, че плазменото ниво на хомоцистеин над 15 µmol / l е независим рисков фактор и за двамата деменция и сърдечно-съдови заболявания, особено атеросклероза (втвърдяване на артериите). Рискът от коронарна болест сърце заболяване (ИБС) се увеличава непрекъснато с увеличаване на хомоцистеина концентрация в кръв. Според последните изчисления 9.7% от смъртните случаи от сърце заболяване в САЩ се дължи на прекомерни нива на хомоцистеин. Повишени концентрации на хомоцистеин в кръв често може да се наблюдава с увеличаване на възрастта поради недостатъчен прием на витамини, включително витамини В6, В9 и В12. Средно мъжете на възраст над 50 години и жените на възраст над 75 години имат плазмено ниво на хомоцистеин над 15 µmol / l. Съответно възрастните хора са изложени на особено висок риск от сърдечно- и мозъчно-съдови заболявания. За да се намали този риск, хората в напреднала възраст трябва да отдават предпочитание на много плодове, зеленчуци и зърнени продукти, но също така и на храни от животински произход, като яйца, риба и мляко и млечни продукти, тъй като те осигуряват достатъчно количество витамини В6, В9 и В12 по-специално. Хомоцистеинът може да доведе до атеросклеротични промени в съдовата система чрез образуването на свободни радикали. Въпреки това, самият хомоцистеин също е в състояние да се намеси директно в процеса на атеросклероза. Под въздействието на йона на преходния метал мед или съдържащата мед мед оксидаза церулоплазмин, хомоцистеинът се окислява до хомоцистин, като се получава водород пероксид (H2O2). H2O2 е реактивен кислород вид (ROS), който реагира в присъствието на желязо (Fe2 +) чрез реакцията на Fenton за образуване на хидроксилен радикал. Хидроксилните радикали са силно реактивни молекули които могат да навредят, наред с други неща, на ендотел кръв съдове, протеини, мастни киселини, и нуклеинова киселина (ДНК и РНК). Хомоцистеинът може също така да придобие радикален характер поради своята терминална тиолова група (група SH). За тази цел тежкият метал желязо под формата на Fe2 + изтегля електрон от групата SH на хомоцистеин. По този начин хомоцистеинът получава прооксидантно действие и се стреми да грабне електрони от атом или молекула, което води до образуването на свободни радикали. Те също така отнемат електрони от други вещества и по този начин верижната реакция води до постоянно увеличаване на броя на радикалите в тялото (окислително стрес). Окислително стрес често е причина за промени в генната експресия, характеризираща се например с повишена секреция на цитокини и растежни фактори, съответно. Цитокини, като интерферони, интерлевкини и тумор некроза фактори, се секретират от еритроцити (червени кръвни клетки) и левкоцити (бели кръвни телца), както и фибробласти и насърчават миграцията на гладкомускулните клетки в стените на кръвта съдове от tunica media - мускулният слой, разположен в средата на кръвоносните съдове - до tunica intima - съединителната тъкан слой с ендотелни клетки, който огражда вътрешната кръвоносен съд слой към кръвната страна. След това в туниката на интимата се получава пролиферация на гладки миоцити (мускулни клетки). Пролиферацията на миоцитите се индуцира не само от свободните радикали, но и от самия хомоцистеин чрез индукцията на mRNA на циклин D1 и циклин А. Хомоцистеинът също е в състояние да индуцира биосинтеза на колаген, който е компонент на извънклетъчния матрикс (извънклетъчен матрикс, междуклетъчно вещество, ECM, ECM), в култивирани гладки мускулни клетки на ниво иРНК. Това води до повишено производство на извънклетъчния матрикс. Окислително стрес уврежда клетъчните стени и клетъчните компоненти и по този начин може да предизвика апоптоза, програмирана клетъчна смърт. Това засяга особено ендотелните клетки на съдовите стени. Обновяването на съдовите ендотелни клетки се инхибира от хомоцистеин, вероятно чрез намалено карбоксиметилиране на p21ras, така че прогресията на клетъчното увреждане не може да бъде спряна. p21ras е протеин, отговорен за контрола на клетъчния цикъл. Увредената съдова ендотел води до повишена адхезия (прилепване) на неутрофилите (бели кръвни телца), като моноцити, които са компонент на системата за съсирване на кръвта и конкретно се „залепват“ за увредените ендотелни клетки, за да се затворят рани. Повишената адхезия на неутрофилите ги активира да произвеждат водород пероксид, който допълнително уврежда ендотелните клетки. В допълнение, увреждането на съдовата стена води до преминаването на моноцити и се окислява LDL от кръвния поток в туниката интима, където моноцитите се диференцират в макрофаги и поемат окисления LDL без ограничение. Патофизиологично значимите концентрации на хомоцистеин-50 до 400 µmol / l-усилват адхезията на неутрофилите към ендотел и последващата им миграция през ендотела (диапедеза). В tunica intima макрофагите се развиват в богати на липиди пяна клетки, които бързо се спукват и умират в резултат на липидно претоварване. Многобройните липидни фракции, освободени в процеса, както и клетъчните отломки от макрофагите, сега се отлагат в интимата. Както пролифериращите мускулни клетки, така и пянастите клетки и отлагания под формата на липиди, лимфоцити, протеогликани, колаген и еластин водят до удебеляване на интимата или вътрешността кръвоносен съд слой. В по-нататъшния ход се формират типичните атеросклеротични съдови промени - образуване на мастни ивици, некроза (клетъчна смърт), склероза (втвърдяване на съединителната тъкан) и калциране (съхранение на калций). Тези явления в съдовата система са известни още като фиброзни плаки. По време на прогресията на атеросклерозата плаките могат да се разкъсат, причинявайки разкъсване на интимата. Увеличен тромбоцити (кръвни съсиреци) се натрупват върху увредения съдов ендотел, за да затворят раната, предизвиквайки образуването на тромби (кръвни съсиреци). Тромби може напълно да запуши кръвоносен съд, значително увреждащи кръвния поток. Тъй като tunica intima се удебелява поради растежа на атеросклеротични плаки, луменът на кръвта съдове става все по-тясна. Развитието на тромби допълнително допринася за стеноза (стесняване). Стенозите водят до нарушения на кръвообращението и играят основна роля в патогенезата на сърдечно-съдовите заболявания. Тъканите и органите, доставени от болен артерия страда от кислород дефицит поради нарушен кръвен поток. Когато каротидна артерия (голям артерии на шията) е засегнат, мозък е недостатъчно с кислород, увеличаващ риска от апоплексия (удар). Ако коронарни артерии са засегнати от стеноза, сърце не може да бъде снабден с достатъчно кислород и миокарден инфаркт (сърдечен удар) В много случаи в артериите на краката се развиват фиброзни плаки, което не рядко се свързва с артериална оклузивна болест (pAVD), известна също като заболяване на витрини, което води до болка в прасеца, стегнат, или седалищни мускули след продължително ходене. Многобройни проучвания са установили, че пациенти със сърдечно-съдови заболявания и церебрална парализа, особено тези с атеросклероза, удар, болест на Алцхаймер, болестта на Паркинсон, и сенилна деменция, имат повишени плазмени нива на хомоцистеин. Това откритие потвърждава, че хомоцистеинът е основен рисков фактор за атеросклероза и нейните последствия. В допълнение към повишените плазмени нива на хомоцистеин, затлъстяване, физическо бездействие, хипертония (високо кръвно налягане), хиперхолестеролемия, увеличен алкохол намлява кафе консумация, и пушене също са независими рискови фактори за сърдечно- и мозъчно-съдови заболявания. Други функции на метионин.

  • Липотрофия - метионинът проявява липотрофни свойства, което означава, че има разтварящ мазнините ефект и по този начин помага да се предотврати прекомерното съхранение на мазнини в черния дроб; в проучванията дефицитът на метионин причинява затлъстяване на черния дроб при плъхове, но това може да бъде обърнато чрез добавяне на метионин - метионинът подпомага регенерацията на черния дроб и бъбречната тъкан; метионинът намира приложение и при хипертриглицеридемия, тъй като насърчава разграждането на триглицеридите
  • Използване на важни хранителни и жизненоважни вещества - тъй като метионинът е необходим за метаболизма на някои аминокиселини, като глицин и серин, нуждата от метионин се увеличава при високо протеин диета; достатъчно високи плазмени нива на метионин също са важни за осигуряване на оптимално използване на микроелемента селен в тялото.
  • Антиоксидант - като чистач на радикали метионинът прави свободните радикали безвредни
  • Детоксикация - във връзка с микроелемента цинк метионин увеличава отделянето на тежки метали и по този начин може да предотврати, например, отравяне с олово
  • Регенерация на тялото след фази на тренировка - при анаболни фази, например след тренировка, потребността от метионин е особено висока поради необходимата регенерация или възстановяване на стресираното тяло.
  • Намаляване на хистамин плазмено ниво - чрез метилиране на хистамин, метионинът действа като естествен антихистамин - по този начин поддържа нивото на хистамина в кръвта и следователно е полезно при атопия - реакции на свръхчувствителност - или алергии; Хистаминът се освобождава при IgE-медиирани алергични реакции от „непосредствен тип“ - Тип I - или чрез фактори на комплемента от мастоцитите или базофилни гранулоцити и по този начин участва в защитата на екзогенни вещества; в допълнение, хистамин в централната нервната система регулира ритъма на сън и събуждане и контрол на апетита.
  • Инфекции на пикочните пътища - метионинът може да се използва при инфекции на пикочните пътища за предотвратяване на рецидивиращи инфекции; есенциалната аминокиселина измества рН на урината в киселинния диапазон, което предотвратява заселването на патогенни микроби и бактерии и образуването на фосфатни камъни в бъбреците
  • Подобряване на памет изпълнение в СПИН пациенти - метионинът е в състояние да инхибира прогресията на свързаната с ХИВ енцефалопатия; адекватен хранителен прием на метионин - до 6 g дневно - предпазва пациентите от свързано със СПИН увреждане на нервната система, като прогресивна деменция, и по този начин може да се подобри памет производителност.

Биологична валентност

Биологичната стойност (BW) на протеина е мярка за това колко ефективно диетичният протеин може да се превърне в ендогенен протеин или да се използва за ендогенна биосинтеза на протеини. Въпросът е дали съдържанието на незаменими аминокиселини в диетичния протеин е оптимално съчетан със спектъра на протеиновите градивни елементи в тялото. Колкото по-високо е качеството на хранителния протеин, толкова по-малко от него трябва да бъде погълнат, за да се поддържа биосинтеза на протеини и да отговаря на изискванията на организма - при условие, че тялото е адекватно снабдено с енергия под формата въглехидрати и мазнини, така че хранителните протеини да не се използват за производство на енергия. От особен интерес са незаменими аминокиселини, които са важни за ендогенния биосинтез на протеини. Всички те трябва да присъстват едновременно за образуване на протеин на мястото на синтеза в клетката. Вътреклетъчният дефицит само на една аминокиселина би спрял синтеза на въпросния протеин, което би означавало, че суб-молекули вече изградените ще трябва да бъдат влошени отново. Есенциалната аминокиселина, която е първата, която ограничава ендогенния биосинтез на протеини поради недостатъчната му концентрация в диетичния протеин се нарича първата ограничаваща аминокиселина. Метионинът е първата ограничаваща аминокиселина в бобовите растения като боб и лупин, в дрождите и в мляко протеин казеин. В ленено семе, месо и желатин, метионинът е втората ограничаваща аминокиселина поради ниското си съдържание. По този начин метионинът е втората ограничаваща аминокиселина. Биологичната стойност е най-често срещаният метод за определяне на качеството на протеините. За да го определят, двамата изследователи по хранене Kofranyi и Jekat разработиха специален метод през 1964 г. Според този метод за всеки тестван протеин количеството, достатъчно за поддържане на азот баланс се определя - определяне на N-балансовия минимум. Референтната стойност е пълноценен яйчен протеин, чиято биологична стойност е произволно зададена на 100 или 1-100%. Той има най-високото BW сред всички отделни протеини. Ако протеинът се използва от тялото по-малко ефективно от яйчния протеин, BW на този протеин е под 100. Протеините от животински храни имат по-високо BW от протеините от растителни източници поради високото съдържание на протеини (яйчен белтък), които са обикновено богат на незаменими аминокиселини. Растителните храни имат доста ниски количества протеин спрямо теглото. Следователно животинският протеин обикновено отговаря по-добре на човешките нужди. За пример е свинското месо с 85%, докато оризът има 66%. Чрез хитро комбиниране на различни протеинови носители, храни с ниска биологична стойност могат да бъдат надградени чрез взаимно балансиране на ограничаващата амино киселини. Това е известно като допълнителен ефект на различни протеини. В повечето случаи комбинацията от растителни и животински протеини води до подобрение. По този начин ниското тегло на ориз се подобрява значително, като се яде заедно с риба. Рибата съдържа изобилие от основни аминокиселини киселини, като метионин, и следователно е с висока биологична стойност. Но дори и комбинация от чисто растителни протеинови източници, като например съвместния прием на царевица и боб, постига биологична стойност от почти 100. С помощта на добавъчния ефект на отделните протеини е възможно да се постигне BW, което е по-високо от това на цели яйчни протеини. Най-големият ефект на добавена стойност се постига чрез комбинацията от 36% пълно яйце с 64% картофени протеини, което достига BW от 136.

Разграждане на метионин

Метионин и други амино киселини може по принцип да се метаболизира и разгражда във всички клетки и органи на организма. Ензимните системи за катаболизъм на основните аминокиселини обаче се намират предимно в хепатоцитите (черен дроб клетки). Когато метионинът се разгради, амоняк (NH3) и алфа-кето киселина се освобождават. От една страна, алфа-кето киселините могат да се използват директно за производство на енергия. От друга страна, тъй като метионинът е глюкогенен по своята същност, те служат като предшественик на глюконеогенезата (ново образуване на гликоза) в черния дроб и мускулите. За тази цел метионинът се разгражда чрез няколко междинни етапа до хомосерин до пируват и сукцинил-КоА. И двете пируват и сукцинил-КоА, който е междинен продукт на цитратния цикъл, може да служи като субстрат за глюконеогенеза. Глюкоза представлява важен енергиен източник за тялото. The еритроцити (червените кръвни клетки) и бъбречната медула са напълно зависими от гликоза за енергия. The мозък само частично, тъй като при гладния метаболизъм той може да получи до 80% от енергията си от кетонни тела. Когато глюкозата се разгради, се образува АТФ (аденозин трифосфат), най-важният енергиен източник на клетката. Когато си фосфат връзките се разцепват хидролитично от ензими, образува се ADP (аденозин дифосфат) или AMP (аденозин монофосфат). Освободената в този процес енергия позволява на клетките на тялото да извършват осмотична (транспортни процеси през мембраните), химическа (ензимни реакции) или механична работа (мускули контракции). амоняк дава възможност за синтез на несъществени аминокиселини, пурини, порфирини, плазмени протеини и протеини за защита на инфекцията. Тъй като NH3 в свободна форма е невротоксичен дори в много малки количества, той трябва да бъде фиксиран и отделен.амоняк може да причини сериозно увреждане на клетките чрез инхибиране енергиен метаболизъм и рН измества. Фиксирането на амоняк става чрез a глутамат дехидрогеназна реакция. В този процес, амонякът, освободен в екстрахепаталните тъкани, се прехвърля в алфа-кетоглутарат, което води до глутамат. Прехвърлянето на втора амино група към глутамат води до образуването на глутамин, Процесът на глутамин синтезът служи като предварителен амоняк детоксикация. Глутаминът, който се образува главно в мозъка, транспортира свързания и по този начин безвреден NH3 до черния дроб. Други форми на транспорт на амоняк до черния дроб са аспарагинова киселина (аспартат) и аланин. Последната аминокиселина се образува чрез свързване на амоняк с пируват в мускулите. В черния дроб амонякът се освобождава от глутамин, глутамат, аланин и аспартат. Сега NH3 се въвежда в хепатоцитите (чернодробните клетки) за окончателно детоксикация използвайки карбамил-фосфат синтетаза в урея биосинтеза. Два амоняка молекули образуват молекула на урея, който е нетоксичен и се екскретира през бъбреците с урината. Чрез образуването на урея, 1-2 мола амоняк могат да се елиминират ежедневно. Степента на синтез на урея зависи от влиянието на диета, особено приема на протеини по отношение на количеството и биологичното качество. При средна диета количеството урея в дневната урина е от порядъка на около 30 грама.

Лица с увреждания бъбрек функцията не са в състояние да отделят излишната урея през бъбреците. Засегнатите лица трябва да ядат диета с ниско съдържание на протеини, за да се избегне повишено производство и натрупване на урея в бъбреците поради разграждане на аминокиселини.