L-izoleucyna – informacje w pigułce (podsumowanie farmaceuty)
L-izoleucyna – to naturalny aminokwas egzogenny, czyli taki, który musimy dostarczyć do organizmu wraz z pożywieniem. Znajduje się praktycznie w każdym białku, a duże jego ilości są w kazeinie, hemoglobinie i białkach osocza krwi. Izoleucyna odgrywa ważną rolę w regeneracji tkanek i mięśni, pozytywnie wpływa na włosy i paznokcie, wspomaga proces gojenia się ran oraz bierze udział w procesie krzepnięcia krwi. Ponadto reguluje poziom cukru we krwi i stosuje się ją w walce z fenyloketonurią, późną dyskinezą czy zespołem wyniszczenia nowotworowego.
Izoleucyna w farmacji dostępna jest w postaci różnego rodzaju suplementów diety. Najpopularniejszym jest BCAA, w którego skład oprócz izoleucyny wchodzi również leucyna i walina. BCAA polecane są głównie osobom aktywnym fizycznie. Izoleucyna występuje również jako jeden ze składników m.in mleka modyfikowanego, produktów do postępowania dietetycznego w fenyloketonurii i alergiach na białko mleka krowiego.
Niedobór izoleucyny zdarza się rzadko, najczęściej u osób, u których występuje ograniczona ilość białka w diecie. Niedobór może objawiać się bólami i zawrotami głowy, apatią, sennością, zaburzeniami pamięci i koncentracji, zmęczeniem i depresją.
Izoleucynę możemy znaleźć w produktach zwierzęcych, takich jak jajka, produkty mleczne, mięso, ryby oraz w dyni, soczewicy, migdałach, orzeszkach ziemnych, maku i ziarnach sezamu. Zróżnicowana dieta dostarcza wystarczającej ilości izoleucyny, aby organizm mógł funkcjonować prawidłowo.
Możliwe działania niepożądane: Produkty złożone zawierające izoleucynę stosowane w zalecanych dawkach nie wykazują skutków ubocznych.
Opracowanie: Aleksandra Rutkowska – technik farmaceutyczny – nr dyplomu T/50033363/10
L-izoleucyna – niezbędny aminokwas rozgałęziony – właściwości, zastosowania i znaczenie medyczne
L-izoleucyna należy do grupy trzech najważniejszych aminokwasów rozgałęzionych (BCAA) obok leucyny i waliny, odgrywając kluczową rolę w metabolizmie organizmu człowieka. Ten niezbędny aminokwas egzogenny, który nie może być syntetyzowany przez ludzki organizm, musi być stale dostarczany wraz z pożywieniem lub suplementacją. Stanowi on fundamentalny element budowy białek mięśniowych – składa się na 14-18% wszystkich aminokwasów w tkance mięśniowej. Charakteryzuje się unikatową budową chemiczną z łańcuchem bocznym rozgałęzionym, co nadaje mu szczególne właściwości metaboliczne i terapeutyczne. W przeciwieństwie do innych aminokwasów, L-izoleucyna jest metabolizowana głównie w mięśniach, a nie w wątrobie, co sprawia, że ma bezpośredni wpływ na funkcjonowanie tkanki mięśniowej. Jej znaczenie w medycynie wykracza daleko poza odżywianie sportowe – znajduje zastosowanie w leczeniu różnych schorzeń metabolicznych, wspomaganiu regeneracji tkanek oraz jako składnik żywienia pozajelitowego w stanach krytycznych.
Budowa chemiczna i właściwości biochemiczne
L-izoleucyna (kwas 2-amino-3-metylowalerianowy) to organiczny związek chemiczny będący izomerem leucyny. Izoleucyna posiada dwa centra chiralności, a więc istnieją jej cztery stereoizomery, ale w środowisku istotną rolę pełni tylko L-izoleucyna (kwas 2-amino-3-metylowalerianowy) z konfiguracją 2S,3S posiada znaczenie fizjologiczne.
Aminokwas ten charakteryzuje się hydrofobową naturą, co oznacza słabą rozpuszczalność w wodzie. L-Izoleucyna po raz pierwszy została wyodrębniona z odcukrzonej melasy przez Feliksa Ehrlicha w 1904 roku. Jej budowa chemiczna z rozgałęzionym łańcuchem bocznym nadaje jej unikalne właściwości metaboliczne, odróżniające ją od innych aminokwasów.
W organizmie człowieka największe stężenia L-izoleucyny występują w:
- Hemoglobinie – białku transportującym tlen
- Białkach osocza krwi
- Kazeinie – głównym białku mleka
- Tkance mięśniowej szkieletowej
Metabolizm i transport w organizmie
Transport przez błony komórkowe
BCAAs, wraz z methioniną, tryptofanem i treoniną w składnikach odżywczych, są przyjmowane głównie przez zależny od Na+ system kotransportu aminokwasów B0 przez błonę szczytową komórek nabłonkowych jelita. Transport L-izoleucyny odbywa się również przy udziale transportera LAT1 (SLC7A5), który jest obecny w większości komórek i odgrywa kluczową rolę w pobieraniu aminokwasów rozgałęzionych z płynu pozakomórkowego.
Szlaki metaboliczne
Początkowy i wspólny etap katabolizmu wszystkich trzech aminokwasów rozgałęzionych (BCAA) – leucyny, izoleucyny i waliny – obejmuje odwracalną transaminację BCAA w celu wytworzenia alfa-ketokwasów rozgałęzionych (BCKA). Konkretnie, leucyna daje α-ketoisokaproid (KIC), izoleucyna daje α-keto-ß-metylowalerian (KMV), a walina daje α-ketovaleriat (KIV).
Ten proces transaminacji jest katalizowany przez dwa różne izoenzymy aminotransferazy aminokwasów rozgałęzionych (BCAT):
- BCAT1 – izoforma cytoplazmatyczna, znajdująca się głównie w centralnym systemie nerwowym
- BCAT2 – izoforma mitochondrialna, zlokalizowana w większości tkanek pozaneuronalnych
Następnie wszystkie trzy BCKA podlegają nieodwracalnemu utleniającemu dekarboksylacji przez kompleks dehydrogenazy alfa-ketokwasów rozgałęzionych (BCKDH).
Funkcje fizjologiczne w organizmie
Synteza białek i budowa tkanek
L-izoleucyna jest niezbędnym składnikiem syntezy białek, szczególnie w tkankach mięśniowych. Izoleucyna jest aminokwasem niezbędnym do syntezy protein, w tym także hemoglobiny transportującej tlen do wszystkich komórek organizmu. To właśnie m.in. obecność izoleucyny warunkuje prawidłowy przyrost tkanki mięśniowej u osób trenujących siłowo.
Regulacja metabolizmu energetycznego
L-izoleucyna pełni istotną funkcję w regulacji metabolizmu glukozy. Stanowi źródło energii, zwłaszcza u osób spożywających zbyt małe ilości węglowodanów. Może stanowić jej zapasowe źródło podczas długotrwałej i intensywnej aktywności fizycznej. Dlaczego? Kiedy energia z cukru oraz glikogenu się wyczerpuje, izoleucyna w wątrobie zamieniana jest w glukozę.
Działanie antykataboliczne i regeneracyjne
Izoleucyna posiada podobne działanie do kwasu 3-hydroksy-3-metylomasłowego. Bierze ona udział w hamowaniu szkodliwych reakcji katabolicznych, a także stymuluje reakcje anaboliczne. Dodatkowo izomer leucyny wspomaga proces syntezy protein w tkance mięśniowej oraz w wątrobie.
Aminokwas wykazuje również właściwości regeneracyjne, wspierając:
- Regenerację potreningową mięśni
- Odnawianie tkanek skóry
- Wzrost włosów i paznokci
- Gojenie się ran i urazów tkanek
Źródła pokarmowe L-izoleucyny
L-izoleucyna występuje powszechnie w produktach zawierających białko, zarówno pochodzenia zwierzęcego, jak i roślinnego.
Źródła zwierzęce (wysokie stężenia):
- Mięso czerwone i drobiowe
- Ryby i owoce morza
- Jaja
- Produkty mleczne (ser, mleko, jogurt)
- Serwatka
Źródła roślinne:
- Rośliny strączkowe (soczewica, fasola, groch)
- Orzechy i nasiona (migdały, orzeszki ziemne)
- Ziarna sezamu i mak
- Nasiona dyni
- Produkty sojowe
- Ziarna zbóż
| Produkt spożywczy |
Zawartość L-izoleucyny (mg/100g) |
| Białko serwatki |
6500-7000 |
| Mięso wołowe |
1200-1500 |
| Kurczak (pierś) |
1400-1600 |
| Jaja |
800-900 |
| Mleko krowie |
200-250 |
| Soczewica |
900-1100 |
Zastosowania medyczne i terapeutyczne
Wsparcie żywieniowe w stanach krytycznych
Obok innych białek Isoleucinum stanowi ważny składnik w żywieniu pozajelitowym. L-izoleucyna jest rutynowo stosowana w roztworach do żywienia pozajelitowego u pacjentów w stanach krytycznych, po poważnych operacjach lub u osób z zaburzeniami wchłaniania.
Choroby metaboliczne
L-izoleucyna znajduje zastosowanie w leczeniu kilku rzadkich chorób metabolicznych:
Choroba syropu klonowego (MSUD) Maple syrup urine disease (MSUD) to dziedziczna choroba metaboliczna charakteryzująca się brakiem kompleksu enzymatycznego (dehydrogenaza alfa-ketokwasów rozgałęzionych), który jest wymagany do rozkładu trzech aminokwasów rozgałęzionych – leucyny, izoleucyny i waliny w organizmie.
Leczenie MSUD wymaga:
- Ścisłej kontroli spożycia aminokwasów rozgałęzionych
- Stosowania specjalistycznych preparatów bez BCAA
- Regularnego monitorowania stężeń aminokwasów we krwi
- Wysokoenergetycznej diety z ograniczonym białkiem
Wspomaganie funkcji układu nerwowego
W mózgu, BCAA mają dwa ważne wpływy na produkcję neurotransmitterów. Jako dawcy azotu przyczyniają się do syntezy pobudzającego glutaminianu i hamującego kwasu gamma-aminomasłowego (GABA).
Leczenie farmakologiczne zaburzeń związanych z L-izoleucyną
W farmakoterapii stosuje się następujące strategie lecznicze:
Preparaty zawierające L-izoleucynę:
- Kompleksy BCAA – zawierające leucynę, izoleucynę i walinę w optymalnych proporcjach (zazwyczaj 2:1:1 lub 4:1:1)
- Roztwory do żywienia pozajelitowego – zawierające wszystkie niezbędne aminokwasy
- Preparaty ketoanalogów – stosowane w chorobach nerek jako substytut aminokwasów
Leki specjalistyczne:
- Preparaty bezazotowe BCAA – stosowane w ostrych dekompensacjach metabolicznych u pacjentów z MSUD
- Suplementy izoleucyny i waliny – podawane dzieciom z MSUD w celu utrzymania prawidłowych stężeń bez nadmiaru leucyny
Zalecane leczenie składa się z diety wysokokalorycznej z ograniczonym spożyciem białka oraz specjalnych formuł zawierających niezbędne aminokwasy, z wyjątkiem tych nagromadzonych w MSUD. To leczenie będzie utrzymywane przez całe życie, dostosowywane zgodnie z potrzebami żywieniowymi pacjentów i stężeniem BCAA.
Niedobory i ich konsekwencje zdrowotne
Objawy niedoboru L-izoleucyny
Niedobór izoleucyny jest możliwy w przypadku niedoborów białka w diecie. Wówczas pojawiają się zawroty i bóle głowy, zmęczenie, apatia, stany depresyjne czy splątanie.
Długotrwałe niedobory mogą prowadzić do:
- Zaniku masy mięśniowej
- Zaburzeń regeneracji tkanek
- Osłabienia układu odpornościowego
- Problemów z gojeniem ran
- Zaburzeń neurotransmisji
Grupy wysokiego ryzyka
Zwiększone zapotrzebowanie na L-izoleucynę występuje u:
- Sportowców i osób intensywnie trenujących
- Osób starszych (sarcopenia)
- Pacjentów po operacjach i urazach
- Chorych z zaburzeniami wchłaniania
- Osób na dietach wegetariańskich i wegańskich
Nadmiar i działania niepożądane
Jeśli chodzi o nadmiar, izoleucyna jest bezpieczna. Nie można jej przedawkować, zarówno konsumując duże ilości białka w postaci mięsa, jajek czy nabiału, jak i stosując suplementy diety BCAA.
Jednak przy długotrwałym przekraczaniu zalecanych dawek mogą wystąpić:
- Niedobór tyrozyny i spadek dopaminy
- Wahania nastroju i stany depresyjne
- Niestrawność i dolegliwości żołądkowe
- Zwiększone oddawanie moczu
- Przejściowe nadciśnienie
- Nudności i wymioty
Suplementacja i dawkowanie
Zasady suplementacji
Izoleucyna nie jest dostępna jako pojedynczy suplement diety. Łączy się ją z leucyną i waliną (należą do grupy aminokwasów rozgałęzionych stosowanych zazwyczaj jako ich kompleks pod postacią BCAA).
Zalecane proporcje BCAA:
- Klasyczne 2:1:1 (leucyna:izoleucyna:walina)
- Wzmocnione 4:1:1 dla zwiększenia syntezy białek
Dawkowanie:
- Osoby zdrowe: 2-5 g BCAA, 2-3 razy dziennie
- Sportowcy: 10-15 g dziennie w podzielonych dawkach
- Terapia medyczna: dawkowanie indywidualne pod nadzorem lekarza
Optymalny czas przyjmowania
- Przed treningiem – ochrona przed katabolizmem
- Po treningu – wsparcie regeneracji
- Przed snem – nocna synteza białek
- Na czczo rano – uzupełnienie po nocnym okresie katabolizmu
Interakcje z innymi substancjami
Synergizm metaboliczny
L-izoleucyna współdziała z:
- Leucyną – wzajemne wzmacnianie syntezy białek
- Waliną – optymalizacja metabolizmu energetycznego
- Witaminami grupy B – koniecznymi w metabolizmie aminokwasów
- Magnezem – aktywatorem enzymów metabolicznych
Konkurencja o transportery
Poziom, hydrofobowość i ładunek łańcuchów bocznych aminokwasów to główne czynniki określające parowanie z transporterem. Poszczególne aminokwasy są zazwyczaj przenoszone przez więcej niż jeden transporter, z pewnym preferencjami dla swoich partnerów.
Badania naukowe i perspektywy rozwoju
Rola w onkologii
BCAA były badane w dziedzinie onkologii i przypisano im złożoną rolę w rozwoju i progresji nowotworów. Zmieniony metabolizm BCAA był powiązany z różnymi aspektami wzrostu guza i tworzenia przerzutów.
Aktualne badania wskazują na dwukierunkową rolę BCAA w nowotworach – mogą zarówno wspierać, jak i hamować wzrost guza, w zależności od typu nowotworu i stadium choroby.
Metabolizm i cukrzyca typu 2
Podwyższone poziomy BCAA w krążeniu były silnie powiązane z insulinoopornością i cukrzycą typu 2. Najnowsze dowody sugerują dalej, że ograniczenie BCAA w diecie może potencjalnie poprawić zdrowie i długowieczność u samców myszy, podczas gdy wysokie spożycie BCAA wywołuje otyłość i skraca żywotność u myszy.
Te odkrycia mogą prowadzić do nowych strategii dietetycznych w prewencji i leczeniu zaburzeń metabolicznych.
Czy L-izoleucyna jest bezpieczna dla każdego?
L-izoleucyna jest generalnie bezpieczna dla większości ludzi w normalnych dawkach dietetycznych. Jednak osoby z chorobą syropu klonowego (MSUD), chorobami wątroby lub nerek powinny skonsultować suplementację z lekarzem.
Kiedy najlepiej przyjmować suplementy BCAA z L-izoleucyną?
Optymalne momenty to przed treningiem (30 minut wcześniej), bezpośrednio po treningu oraz przed snem. Na czczo rano również może być korzystne dla osób trenujących intensywnie.
Czy wegetarianie mogą mieć niedobór L-izoleucyny?
Tak, osoby na dietach roślinnych mogą być narażone na niedobór, ponieważ białka roślinne często zawierają mniej BCAA niż zwierzęce. Warto włączyć do diety rośliny strączkowe, orzechy i nasiona.
Jakie są różnice między L-izoleucyną a D-izoleucyną?
Tylko L-izoleucyna ma znaczenie biologiczne w organizmie człowieka. D-izoleucyna nie występuje naturalnie w białkach i nie może być wykorzystana przez organizm.
Czy można przedawkować L-izoleucynę?
Przedawkowanie z naturalnych źródeł pokarmowych jest praktycznie niemożliwe. Długotrwałe przyjmowanie bardzo wysokich dawek suplementów może prowadzić do zaburzeń równowagi innych aminokwasów.
Jak L-izoleucyna wpływa na układ nerwowy?
L-izoleucyna uczestniczy w syntezie neurotransmiterów, szczególnie GABA i glutaminianu. Wspiera również funkcje poznawcze i może pomagać w redukcji zmęczenia umysłowego.
Czy dzieci mogą przyjmować suplementy z L-izoleucyną?
U zdrowych dzieci spożywających zrównoważoną dietę suplementacja nie jest potrzebna. W przypadkach medycznych, takich jak MSUD, wymagana jest specjalistyczna opieka pediatryczna.
Jak długo trwa działanie L-izoleucyny po spożyciu?
L-izoleucyna osiąga maksymalne stężenie we krwi w ciągu 1-2 godzin po spożyciu. Jej wpływ na syntezę białek może trwać 3-6 godzin, dlatego zaleca się regularne dawkowanie.
Czy L-izoleucyna pomaga w utracie wagi?
L-izoleucyna może wspierać utrzymanie masy mięśniowej podczas diety redukcyjnej, co jest korzystne dla metabolizmu. Jednak nie ma bezpośredniego działania spalającego tłuszcz.
Jakie badania laboratoryjne mogą wykryć niedobór L-izoleucyny?
Podstawowym badaniem jest oznaczenie poziomu aminokwasów rozgałęzionych w surowicy krwi. W przypadkach specjalistycznych może być potrzebne badanie aminokwasów w moczu czy płynie mózgowo-rdzeniowym.
Bibliografia
- Holeček M. Branched-chain amino acids in health and disease: metabolism, alterations in blood plasma, and as supplements. Nutr Metab (Lond). 2018;15:33. DOI: 10.1186/s12986-018-0271-1 PMID: 29755574
- Yu D, Richardson NE, Green CL, Spicer AB, Murphy ME, Flores V, Jang C, Kasza I, Nikodemova M, Wakai MH, Tomasiewicz JL, Yang SE, Miller BR, Pak HH, Brinkman JA, Rojas JM, Quinn WJ 3rd, Cheng EP, Konon EN, Haider LR, Finke M, Sonsalla M, Alexander CM, Rabinowitz JD, Baur JA, Malecki KC, Lamming DW. The adverse metabolic effects of branched-chain amino acids are mediated by isoleucine and valine. Cell Metab. 2021;33(5):905-922.e6. DOI: 10.1016/j.cmet.2021.03.025 PMID: 33887198
