Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: karnozyna, karnozylacja, glukoza, fruktoza, glikacja, AGEs, mięśnie, serce, mózg, sarkopenia, niewydolność serca, choroby neurodegeneracyjne, procesy starzenia się organizmu.
Naszą miłość do słodyczy znakomicie wyrazili bracia Golec w jednej ze swoich piosenek. Ta miłość – to efekt przystosowania do środowiska: słodki smak informuje nas o obecności w pożywieniu cukru, czyli podstawowego paliwa napędzającego procesy życiowe, przebiegające w komórkach naszego organizmu. To, co dzisiaj nazywamy cukrem, to w zasadzie dwa węglowodany – glukoza i fruktoza. Nasi przodkowie odbierali ich smak jako nadzwyczaj atrakcyjny, co motywowało ich do poszukiwania w otoczeniu pokarmów, szybko dostarczających wysokich porcji energii. A że życie to energia – atrakcyjność słodkiego smaku ułatwiała przetrwanie w środowisku.
Ponieważ w dawnych czasach niełatwo było znaleźć w przyrodzie lub wydrzeć jej coś słodkiego (dojrzały owoc, soczysty korzeń czy też strzeżony rojem żądeł miód) a cukry nie tworzyły zazwyczaj więcej, jak kilka procent masy naturalnego łakocia, dlatego nasze zmysły niezwykle wyczuliły się na słodki smak a słodycz stała się bodaj najbardziej pożądanym ze smaków. Kiedy weszliśmy więc w erę gospodarki towarowej i zaczęło rządzić nami prawo popytu i podaży, nauczyliśmy się zaspokajać popyt na słodycze, rozpoczynając od udomowienia pszczół, kończąc na izolacji cukru z buraków i trzciny cukrowej.
Problem w tym, że cukier jest nam niezbędny do życia, jednak tylko w ilościach, jak dawniej, naturalnie występujących w powszednim pożywieniu. Natomiast w obecnie spożywanych dawkach – sprowadza liczne problemy zdrowotne i ostatecznie… zabija.
Oskarżona – glukoza
Zapewne wszyscy wiemy, że synonimem nazwy cukrów są węglowodany. Ponieważ większość przyswajanych przez nasz organizm węglowodanów przemienia się ostatecznie w glukozę, dlatego też, mówiąc o zgubnych skutkach spożywania nadmiaru węglowodanów (głównie słodyczy), najczęściej mamy w rzeczywistości na myśli szkodliwą aktywność glukozy. (Chociaż ostatnio podnosi się równie często kwestię szkodliwej aktywności fruktozy.)
A musimy wiedzieć, że niezbędna do życia glukoza jest w wysokich stężeniach toksyczna dla organizmu, które to zjawisko nazywamy glukotoksycznością. Dlatego organizm dba o utrzymanie w miarę wyrównanego poziomu cukru we krwi, w określonych zakresach wartości uznawanych za prawidłowe. Glukoza jest szczególnie toksyczna dla takich komórek, do których może wnikać bezpośrednio, bez pośrednictwa przenośników uruchamianych przez insulinę i podobnie działające hormony, wykorzystując różnicę stężeń pomiędzy zewnętrzną a wewnętrzną stroną błony komórkowej – czyli głównie dla komórek trzustki i śródbłonka naczyniowego. Dlatego permanentnie podwyższony poziom cukru we krwi (hiperglikemia) może prowadzić do cukrzycy, zakłócając funkcje życiowe komórek beta trzustki produkujących insulinę, jak również do rozmaitych schorzeń o podłożu naczyniowym (angiopatii), takich jak: uszkodzenie siatkówki (retinopatia), uszkodzenie nerek (nefropatia), uszkodzenie nerwów (neuropatia), choroba niedokrwienna serca, choroba niedokrwienna kończyn dolnych czy choroba naczyń mózgowych.
Chociaż naukowcy wskazują kilka mechanizmów odpowiedzialnych za toksyczność glukozy, niezmiennie na pierwszy plan wysuwa się zawsze jeden z nich – glikacja, w którą może być również zaangażowana, wymiennie do glukozy, fruktoza. Glikacja to spontaniczny, nieenzymatyczny proces wiązania się cukrów z białkami. Musimy ją odróżnić od procesu glikozylacji, w którym organizm, w określonych strukturach ciała, wiąże planowo przy użyciu enzymów cukry z białkami, w celu wytworzenia niezbędnych do życia substancji, takich jak np. glikoproteiny czy proteoglikany. Natomiast glikacja tworzy nieprzydatne indywidua chemiczne, które w efekcie kolejnych przemian przekształcają się do bardzo szkodliwych molekuł, nazywanych końcowymi produktami zaawansowanej glikacji (AGEs – advanced glycation end products).
Tak więc nadmierne spożycie węglowodanów przyczynia się do wzmożonego wytwarzania AGEs, które są bardzo szkodliwe dla zdrowia i zostały uznane przez specjalistów za jedną z głównych przyczyn postępu procesów starzenia się organizmu. AGEs realizują swój plan zniszczenia głównie poprzez aktywację czynników transkrypcyjnych, pobudzających nasze geny do produkcji hormonów tkankowych, odpowiedzialnych za inicjację procesów zapalnych. A utrzymujący się permanentnie stan zapalny tkanek prowadzi do ich patologicznej przebudowy, skutkującej chorobami i postępem procesu starzenia się organizmu.
Zaznaczmy jednak, że również tłuszcze nie są tutaj bez winy… Chodzi o to, że glikacja zachodzi na skutek spontanicznej reakcji grupy aldehydowej cukru z grupą aminową białka, natomiast z kwasów tłuszczowych powstają w organizmie aldehydy. Tak więc zastąpienie cukru tłuszczem, jak proponują np. piewcy diet wysokotłuszczowych, wcale nie jest najprostszym rozwiązaniem, a właściwą drogę wskazuje nam ogólne umiarkowanie w spożywaniu energetycznych składników pokarmowych, przynajmniej gdy mówimy o osobnikach o niskiej aktywności ruchowej. Natomiast aktywnym fizycznie poleca się często ograniczenie spożycia węglowodanów, nie tyle jednak na korzyść tłuszczów, co białek.
Karnozyna kontra glukoza
Karnozynę znaleziono niemal w każdej tkance (Flancbaum, 1990; Manhiani, 2010), jednakże w organizmach ssaków i ludzi, jak dowodzą badania, produkowana jest ona, magazynowana i aktywowana głównie w mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym i mózgu (Kohen, 1988; Jackson, 1996; Kalaz, 2012; Miyaji, 2012). Karnozyna jest dipeptydem, czyli maleńkim białkiem, zbudowanym z dwóch aminokwasów – beta alaniny i histydyny. Karnozyna jest najpowszechniej występującym, niebędącym pełnowymiarowym białkiem, związkiem azotowym, tworzącym od 0.2 do 0.5% masy niektórych tkanek i narządów. W tkankach pełni wiele pożytecznych funkcji; m.in. działa antyoksydacyjnie i odkwaszająco oraz kontroluje gospodarkę wapniową i energetyczną. Jednocześnie jest przy tym jednym z najsilniejszych związków przeciwglikacyjnych, a ponieważ gromadzi się głównie w mięśniach, sercu i mózgu, odgrywa niezwykle doniosłą rolę w ochronie tych narządów przed toksycznym oddziaływaniem cukrów.
Choć serce i mózg to strategiczne organy życiowe, mięśnie szkieletowe są niezwykle ważne dla utrzymania ogólnej zdrowotności. Mięśnie są głównym konsumentem glukozy, którą zużywają w celu zaspokojenia potrzeb energetycznych wykonywanej pracy. Kiedy więc z wiekiem ulegają zanikowi (atrofii), organizm ma problem z utrzymaniem właściwego poziomu glukozy we krwi, co skutkuje rozwojem cukrzycy typu starczego. Natomiast wysoki poziom cukru (hiperglikemia), jak już wiemy, jest niezwykle szkodliwy dla naczyń krwionośnych, które niszczy na drodze glikacji. W tym miejscu tworzy się błędne koło, gdyż AGEs hamują szlak sygnalizacyjny insuliny – hormonu przenoszącego glukozę z krwiobiegu do mięśni (Miele, 2003; Cassese, 2008; Chiu, 2016), co znowu skutkuje wzrostem glikemii i glikacji, a glikcja jest z kolei zabójcza dla tkanki mięśniowej. Tę prawdę potwierdzono licznymi badaniami, a płynący z nich, ostateczny wniosek prezentuje się w sposób następujący: im większy stopień glikacji – tym mniejsze rozmiary muskułów (Halsbeck, 2005; la Maza, 2008; Dalal, 2009; Momma, 2011; Tanaka, 2015; Chiu, 2016; Mastrocola, 2016).
Istnieje też silna korelacja pomiędzy stężeniem AGEs we krwi a rozwojem i stopniem nasilenia niewydolności mięśnia sercowego. AGEs i glikacja odgrywają bowiem kluczową rolę w rozwoju i progresji chorób układu krążenia, powodując zmiany struktury, funkcji i mechanicznych właściwości tkanek, poprzez sieciowanie białek komórkowych i macierzy pozakomórkowej oraz poprzez modulowanie procesów komórkowych, na drodze wiązania receptorów ulokowanych w błonach komórkowych. I również te fakty potwierdzono licznymi badaniami, a większość z nich zestawił Hegab w swojej szerokiej metaanalizie z 2012 roku.
Glikcja jest jednocześnie zabójcza dla mózgu. W komórkach piramidowych hipokampu wykazano narastające z wiekiem nagromadzenie AGEs, co dało nam pewność, że glikacja wnosi znaczący udział w proces starzenia się neuronów i rozwój choroby Alzheimera. W innym degeneracyjnym schorzeniu mózgu – chorobie Picka – ustalono udział AGEs jako pierwszoplanowych czynników patogennych. W typowych dla tej choroby tworach histopatologicznych – w tzw. ciałkach Picka i w komórkach balonowatych – stwierdzono bowiem obecność końcowych produktów zaawansowanej glikacji. W podobny sposób powiązano glikację i AGEs z rozwojem dwóch kolejnych chorób neurodegeneracyjnych – Parkinsona i Creutzfeldta-Jakoba (Takeuchi, 2004; Muntane, 2006; Sato, 2006; Muench, 2010).
Jak już wiemy, poza innymi niezwykle ważnymi życiowo funkcjami, karnozyna pełni dodatkowo rolę wyjątkowo skutecznego czynnika przeciwglikacyjnego, chroniącego białka komórkowe przed atakiem reaktywnych cukrów i podobnych związków o charakterze aldehydów, tworząc swojego rodzaju pułapkę na drobnocząsteczkowe związki aldehydowe (Price, 2001). Takie jej cechy możemy wytłumaczyć faktem, że karnozyna jest również, jakby nie było, białkiem, tyle że maleńkim, zbudowanym bowiem jedynie z dwóch aminokwasów. Przy czym, z uwagi na szczególnie duże stężenie w określonych tkankach, odgrywa główną rolę w dezaktywacji szkodliwych produktów glikacji w mięśniach, sercu i mózgu.
Jednak karnozyna nie tylko wyłapuje i unieszkodliwia reaktywne związki aldehydowe, ale jednocześnie wchodzi w reakcje z grupami aldehydowymi białek zmienionych na drodze glikacji, co nazywamy procesem karnozylacji a co polega na tworzeniu złożonych kompleksów aldehydowo-karnozynowo-białkowych, całkowicie pozbawionych szkodliwej aktywności biologicznej (Hipkiss, 2000).
Główna droga eliminacji kompleksów cukrowo-białkowych (tak samo zresztą, jak innych białek zużytych przez komórkę, zniszczonych lub niefunkcjonalnych) prowadzi poprzez proces proteolizy, przebiegający w złożonych kompleksach enzymatycznych, nazywanych proteasomami. Proteasomy możemy porównać więc w skali komórki do utylizujących śmieci, lokalnych oddziałów przedsiębiorstwa oczyszczania miasta. Jednakże warunkiem proteolizy degradowanych przez komórkę białek jest przyłączenie do nich pewnego, szczególnego znacznika białkowego – ubikwityny. Problem w tym, że zmodyfikowane glikacyjnie białka są oporne na działanie enzymów proteolitycznych, więc w konsekwencji hamują nawet aktywność proteasomów. Karnozyna maskuje natomiast grupy aldehydowe zmodyfikowanych cukrami białek, wciskając się niejako pomiędzy cukier a białko, a tym samym ułatwia wiązanie ubikwityny i przebieg procesu proteolizy oraz stymuluje utylizacyjną aktywność proteasomów względem niefunkcjonalnych białek, sprzyjając ostatecznie eliminacji szkodliwych produktów glikacji (Hipkiss, 2000).
Pamiętaj o karnozynie
Pełniąc swoje zadania życiowe, karnozyna ulega degradacji, w związku z czym musi być na bieżąco odtwarzana. Problem w tym, że wraz z wiekiem słabnie zdolność organizmu do odbudowy karnozyny. I chociaż przyczyny takiego stanu rzeczy nie są do końca poznane, uważa się, że główną winę ponosi tutaj pogłębiający się z wiekiem niedobór hormonów płciowych, pobudzających syntezę karnozyny (Tallon, 2005; Caruso, 2012). Niemniej tkanki młodszych osobników rozmiłowanych w słodyczach, dysponujących zazwyczaj wysokim zasobem hormonów płciowych, też mogą nie nadążać z wytwarzaniem karnozyny, kiedy pozostają pod ciągłym wpływem toksycznych stężeń glukozy.
Ponieważ zmodyfikowane cukrami białka, jak pamiętamy, stają się oporne na degradację proteolityczną, dlatego też, jeżeli tkanki nie dysponują odpowiednim zasobem karnozyny, szkodliwe produkty glikacji kumulują się z czasem w mięśniach, sercu i mózgu, prowadząc do ich degeneracji. Jak wynika z niektórych, wyżej omówionych badań, to właśnie kumulujące się w tkankach AGEs, przy upośledzonej syntezie karnozyny, są jedną z głównych przyczyn rozwoju sarkopenii (postępującego z wiekiem zaniku i osłabienia mięśni), niewydolności serca oraz neurodegeneracyjnych chorób mózgu, czyli większości problemów zdrowotnych, towarzyszących procesom starzenia się organizmu.
Jeżeli więc kochasz słodycze – pamiętaj o uzupełnianiu karnozyny!
