Metionin spiller rollen i stoffskiftet som leverandør av metylgrupper (CH3), som kreves for essensielle biosynteser. For å utføre denne funksjonen må den essensielle aminosyren først aktiveres med ATP (adenosin trifosfat). Reaksjonstrinnene til metionin aktivering katalyseres av metioninadenosyltransferase. Som et resultat av spaltingen av trifosfat frigjøres energi som transferasen krever for overføring av adenosin rester til metionin. S-adenosylmetionin, eller forkortet SAM, dannes. S-adenosylmetionin er den metabolisk aktive formen av metionin. På grunn av den svært reaktive metylgruppen på sulfoniumgruppen, er S-adenosylmetionin i stand til å initiere transmetyleringsprosesser katalysert av enzymet metyltransferase. Derfor er SAM både et substrat og en metylgruppedonor for metyltransferase. I et første trinn transporterer SAM metylgruppen til metyltransferasen, som i et andre trinn overfører CH3-resten til spesifikke substrater, som på denne måten gjennomgår strukturelle endringer. I mellomliggende metabolisme er transmetyleringer viktige reaksjoner i biosyntese av følgende endogene stoffer.
- Adrenalin, et hormon dannet i binyrene og utskilt i blodet under stressende situasjoner, som dannes av noradrenalin ved overføring av en metylgruppe; som katekolamin har adrenalin en stimulerende effekt på de sympatiske alfa- og beta-reseptorene i det kardiovaskulære systemet - det øker blodtrykket og øker hjertefrekvensen; i sentralnervesystemet fungerer adrenalin som en nevrotransmitter - messenger eller transmitter substans - og er dermed ansvarlig for overføring av informasjon fra ett nevron (nerveceller) til det neste via kontaktpunktene til nevronene, synapsene
- Kolin - syntetiseres fra etanolamin ved CH3 gruppeoverføring; som en primær monovann alkohol, er kolin et strukturelt element i begge nevrotransmitter acetylkolin - eddiksyre ester av kolin - og lecithin og fosfatidylkolin, henholdsvis - fosforsyre ester av kolin - som er en viktig komponent i alle biomembraner; i tillegg fungerer kolin også som en metylgruppedonor i mellomliggende metabolisme; i tilfelle metioninmangel er utilstrekkelige mengder kolin tilgjengelig for syntesen av det viktige nevrotransmitter acetylkolin - et langsiktig underskudd av metionin kan til slutt forårsake angst og depresjon.
- Kreatin, en organisk syre dannet som et resultat av transmetylering fra guanidinoacetat; i form av kreatin fosfat, kreatin er nødvendig for muskelsammentrekning og bidrar til tilførsel av energi til musklene.
- Nukleinsyrer - i form av RNA (ribonukleinsyre) og DNA (deoksyribonukleinsyre), som fungerer som bærer av genetisk informasjon.
- Polyaminer - putrescin og dekarboksylert SAM gir opphav til spermin og som mellomprodukt spermidin; begge polyaminer spiller en avgjørende rolle i celledeling og hjelper til med å syntetisere voksende celler nukleinsyrer og proteiner - derfor har polyaminer en stabiliserende effekt på DNA. Polyamin-spermidin kan øke tarmene Helse og dermed bidra til forbedret immunitet. Studier i celle så vel som dyremodeller viser at spermidin i kosten favoriserer differensiering av T-hjelperceller mot regulatoriske T-celler (Tregs).
- Glutation - L-glutamyl-L-cysteinylglycin, kort sagt GSH - et tripeptid dannet fra aminosyrer glutaminsyre, cystein og glycin; som et substrat av glutationperoksidase, har GSH antioksidant aktivitet og beskytter celler, DNA og andre makromolekyler mot oksidativ skade, for eksempel strålingsskader.
- L-karnitin - metionin sammen med lysin fører til dannelsen av L-karnitin, som spiller en nøkkelrolle i reguleringen av fett-, karbohydrat- og proteinmetabolisme.
- Melatonin - et hormon som styrer dag-natt-rytmen i menneskekroppen; den dannes fra metylering av N-acetylserotonin.
- Metylert farmakon - avgiftning of narkotika.
- Metylert nukleinsyre baser av DNA og RNA - beskyttelse av DNA mot nedbrytning.
DNA metylering
S-adenosylmetionin er viktig for DNA-metylering. I denne prosessen overføres CH3-gruppene levert av SAM til spesifikke steder i dobbeltstrenget DNA ved hjelp av DNA-metyltransferaser på nukleins baser slik som adenin, guanin, cytosin og tymin. Dette er derfor en DNA-modifisering eller en kjemisk endring i grunnstrukturen til DNA. Siden DNA-metylering ikke gjør det føre til en endring i DNA-sekvensen - sekvensen av DNA-byggesteiner - det er gjenstand for epigenetikk eller epigenetisk arv. Epigenetikk er overføring av trekk til avkom basert på arvelige endringer i gen regulering og uttrykk, snarere enn avvik i DNA-sekvensen. Epigenetiske endringer kan initieres av kjemiske eller fysiske miljøfaktorer. DNA-regionene som er spesielt viktige for metylering kalles CpG-øyene. I disse DNA-segmentene er dinukleotidcytosin-guanin til stede ti til tjue ganger så ofte som resten av genomet. I human genetisk forskning brukes ofte CpG-øyene for å tildele gener til genetiske sykdommer. DNA-metylering har flere biologiske funksjoner. I prokaryoter gir DNA-metylering beskyttelse mot fremmed DNA. DNA-metyltransferaser som er ansvarlige for metylering føre til dannelsen av et metyleringsmønster ved å overføre CH3-grupper til definert nukleinsyre baser av cellens eget DNA. Basert på dette metyleringsmønsteret, begrensning enzymer er i stand til å skille celle-eget DNA fra DNA som har kommet inn i cellen utenfra. Fremmed DNA har vanligvis et annet metyleringsmønster enn cellens eget DNA. Hvis fremmed DNA blir gjenkjent, blir det kuttet og eliminert ved begrensning enzymer og andre nukleaser slik at det fremmede DNA ikke kan integreres i cellens eget DNA. Videre er DNA-metylering gunstig for prokaryoter for feilretting under DNA-replikasjon - identisk duplisering av DNA. For å skille den opprinnelige DNA-strengen fra den nylig syntetiserte strengen under feilretting, bruker DNA-reparasjonssystemer metyleringsmønsteret til den opprinnelige strengen. I eukaryoter har DNA-metylering den funksjonen å markere aktive og inaktive områder av DNA. På denne måten kan visse DNA-segmenter selektivt brukes til forskjellige prosesser. På den annen side, tetter metylering eller inaktiverer gener. For RNA-polymeraser og annet enzymer, metylerte nukleinbaser på DNA eller RNA er et tegn på at de ikke skal leses for proteinbiosyntese. DNA-metyleringer tjener til slutt for å forhindre dannelse av defekt, patogen proteiner eller for å avbryte syntesen. Noen gener er selektivt metylerte, noe som kalles gen regulering eller differensial genuttrykk. Områder oppstrøms for en gen kan ha et spesifikt nivå av metylering som er forskjellig fra det omkringliggende området og kan variere i forskjellige situasjoner. Dette muliggjør selektiv lesefrekvens for genet bak. Et eksempel på selektivt metylerte steder lokalisert oppstrøms for et gen er CpG-øyene. Siden disse er utsatt for høyt mutasjonelt trykk, er metylering som en mekanisme for å dempe tumorsuppressorgener av største betydning for å forhindre svulstsykdommer. Hvis metylering undertrykkes, kan cytosinene på CpG-øyene bli oksidativt deaminert til henholdsvis tymin og uracil på grunn av deres ustabilitet. Dette fører til baseutveksling og dermed til en permanent mutasjon som øker tumorrisikoen betydelig. Et spesielt tilfelle av genregulering er genomisk avtrykk. Siden mannlige og kvinnelige kimceller har forskjellige DNA-metyleringsmønstre, kan faderlige alleler skille seg fra mors alleler. Når det gjelder gener som er underlagt avtrykk, brukes bare moder- eller faderallelen som muliggjør kjønnsspesifikk uttrykk for fenotypiske trekk. Overdreven eller utilstrekkelig metylering av oppstrøms DNA-regioner kan føre til utvikling av sykdommer på grunn av den resulterende reduserte eller økte genaktivitet og arv til dattercellene. For eksempel viser tumorceller ofte metyleringsmønstre som skiller seg betydelig fra sunt vev. I tillegg til individuelle nukleinbaser i DNA, proteiner og enzymer kan også modifiseres med metyltransferaser. Således fører overføringen av en metylgruppe til enzymer til en endring i deres egenskaper, hvorved enzymaktiviteten enten kan inhiberes eller fremmes.
Nedbrytning og resyntese av metionin - metioninsyklusen
Spesielt viktig, både for menneskelig metabolisme og for klinisk praksis, er nedbrytningen av metionin. Den essensielle aminosyren metionin inntatt med mat blir nedbrutt til S-adenosylmetionin med deltakelse av ATP. Som et resultat av spaltingen av metylgruppen, som tas opp av metyltransferase og overføres til andre substrater, dannes det mellomliggende S-adenosylhomocystein (SAH) fra SAM, som hydrolyseres av SAH hydrolase til homocystein og adenosin. Siden SAH hemmer metyleringsprosesser, blir dets nedbrytning til homocystein er presserende behov for å opprettholde metyleringsreaksjoner. De svovel-holdig, ikke-proteinogen aminosyre homocystein, som er resultatet av metioninsyklusen, kan kataboliseres på flere måter. På den ene siden nedbrytes homocystein via prosessen med transsulfering med dannelsen av svovel-holdig aminosyre cystein. På den annen side kan homocystein metaboliseres ved en remetyleringsreaksjon. Remetylering av homocystein fører til resyntesen av metionin. I prosessen med transsulfering reagerer metionin i et første trinn med serin via vitamin B6-avhengig cystathionin ß-syntase for å danne cystathionin med spaltning av homocystin. Cystathionine spaltes i et andre trinn til homoserin og svovel-holdig aminosyre cystein. Denne reaksjonen katalyseres av cystathionase, som også er vitamin B6-avhengig. Når svovelholdig metionin brytes ned, dannes den andre svovelholdige aminosyren cystein, mens serin forbrukes. Cystein kan enten nedbrytes i katabolisk aminosyremetabolisme til sulfat og Vann, eller føre til syntesen av cystin ved reaksjon med et annet cysteinmolekyl. I tillegg fungerer cysteinmolekylet som utgangsblokk for dannelsen av taurin, en ß-aminoetansulfonsyre som bærer en sulfonsyregruppe i stedet for en typisk karboksylgruppe aminosyrer. Taurin brukes ikke i kroppen til proteinbiosyntese, men er i stor grad ansvarlig for å stabilisere væsken balansere i cellene. Hvis inntaket av metionin er for lavt, er syntesen av cystein fra metionin eller homocystein bare marginal, noe som betyr at den semi-essensielle aminosyren cystein kan bli en essensiell aminosyre og må tilføres mer gjennom kosthold. Homoserinet som skyldes cystationion-spalting omdannes ved deaminering til alfa-ketobutyrat, som nedbrytes til propionyl-CoA og som et resultat av dekarboksylering og en påfølgende vitamin B12-avhengig omorganisering av karboksylgruppen, til succinyl-CoA. Sistnevnte er en metabolitt av sitratsyklusen der det blant annet oppnås energi i form av GTP (guanosintrifosfat) og reduksjonsekvivalenter NADH og FADH2, som fører til produksjon av energi i form av ATP (adenosin trifosfat) i den påfølgende respirasjonskjeden. Prosessen med transsulfering kan bare finne sted i visse vev. Disse inkluderer leveren, nyre, bukspyttkjertel (bukspyttkjertel) og hjerne. I prosessen med remetylering blir homocystein-syntese fra metionin reversert. Således reagerer homocystein først med adenosin for å danne S-adenosylhomocystein (SAH) med spaltning av Vann. Deretter, under påvirkning av vitamin B12-avhengig metioninsyntase, metylgruppeoverføring skjer med dannelsen av S-adenosylmetionin (SAM). Metylgruppen tilføres av 5-metyl-tetrahydrofolat (5-MTHF), som overfører CH3-gruppen til koenzymet av metioninsyntase, vitamin B12 (kobalamin). Lastet med metylkobalamin, transporterer metioninsyntase CH3-gruppen til SAH og syntetiserer SAM. Til slutt kan metionin frigjøres fra S-adenosylmetionin. 5-MTHF er den metylerte aktive formen av folsyre (vitamin B9) og har funksjonen som akseptor og overføring av metylgrupper i mellomliggende metabolisme. Frigjøringen av CH3-gruppen til kobalamin av metioninsyntase resulterer i den aktive tetrahydrofolinsyren, som nå er tilgjengelig for nye metylgruppeoverføringer. Vitamin B12 fungerer på lignende måte. I form av metylkobalamin deltar den i enzymatiske reaksjoner og er ansvarlig for opptak og frigjøring av metylgrupper. Til slutt er metioninsyklusen direkte knyttet til folsyre og vitamin B12 metabolisme I leveren og nyre, kan homocystein også remetyleres til metionin via betainhomocystein metyltransferase (BHMT). Metylgruppen som kreves for metioninsyntese, tilføres av betain, en kvartær ammoniumforbindelse med tre metylgrupper, og overføres til metyltransferasen. Betain er således både substrat- og metylgruppedonor for BHMT. Metyltransferasen transporterer nå CH3-resten til homocystein for å danne metionin og dimetylglycin. Banen for remetylering av homocystein eller metioninsyntese via BHMT er uavhengig av folsyre og vitamin B12. Følgelig ble den Vann-oppløselig B vitaminer folsyre, B12 og B6 er involvert i den totale metabolismen av metionin og homocystein. Hvis det er underskudd på bare en av disse vitaminerer hemocystein-nedbrytning inhibert. Resultatet er et betydelig økt plasmakonsentrasjon av homocystein. Dette kan derfor brukes som en markør for tilførsel av folsyre, vitamin B6 og B12. Økte homocystein nivåer i blod kan normaliseres ved økt administrasjon av alle tre B vitaminer i kombinasjon. Fordi det administrasjon av folsyre alene kan redusere nivået av homocystein i plasma, synes en tilstrekkelig tilførsel av folsyre å være spesielt viktig.
Risikofaktor homocystein
Mangel på vitamin B6, B9 og B12 resulterer i manglende evne til å remetylere homocystein til metionin og akkumuleres følgelig i både det ekstracellulære og intracellulære rommet. Homocystein-konsentrasjoner på 5-15 µmol / l anses som normale. Verdier over 15 µmol / l indikerer hyperhomocysteinemi Forhøyede homocystein nivåer. Flere studier antyder at et plasma-homocystein-nivå over 15 µmol / l er en uavhengig risikofaktor for begge demens og hjerte- og karsykdommer, spesielt aterosklerose (herding av arteriene). Risikoen for koronar hjerte sykdom (CHD) ser ut til å øke kontinuerlig med økende homocystein konsentrasjon i blod. I følge de siste beregningene, 9.7% av dødsfallene fra hjerte sykdom i USA skyldes for høye nivåer av homocystein. Økte homocystein konsentrasjoner i blod kan ofte observeres med økende alder på grunn av utilstrekkelig inntak av vitaminer, inkludert vitamin B6, B9 og B12. I gjennomsnitt har menn fra 50 år og kvinner fra 75 år et homocystein-plasmanivå som er over 15 µmol / l. Følgelig har eldre mennesker særlig høy risiko for hjerte- og cerebrovaskulær sykdom. For å redusere denne risikoen, bør folk i avansert alder foretrekke rikelig med frukt, grønnsaker og frokostblandinger, men også matvarer av animalsk opprinnelse, som f.eks. egg, fisk og melk og meieriprodukter, ettersom disse spesielt gir tilstrekkelige mengder av B-vitaminene B6, B9 og B12. Homocystein kan føre til aterosklerotiske endringer i det vaskulære systemet gjennom dannelse av frie radikaler. Imidlertid er homocystein selv i stand til å gripe inn direkte i prosessen med aterosklerose. Under påvirkning av overgangsmetallionet kobber eller kobberholdig oksidase caeruloplasmin, homocystein oksideres til homocystin og produserer hydrogen peroksid (H2O2). H2O2 er en reaktiv oksygen art (ROS) som reagerer i nærvær av jern (Fe2 +) via Fenton-reaksjonen for å danne en hydroksylradikal. Hydroksylradikaler er svært reaktive molekyler som kan skade blant annet endotelet av blod fartøyproteiner, fettsyrerog nukleinsyrer (DNA og RNA). Homocystein kan også ta på seg radikal karakter på grunn av sin terminale tiolgruppe (SH-gruppe). For dette formålet, tungmetallet jern i form av Fe2 + trekker et elektron fra SH-gruppen av homocystein. Homocystein får dermed en prooksidant effekt og prøver å snappe elektroner fra et atom eller molekyl, noe som resulterer i dannelsen av frie radikaler. Disse tar også bort elektroner fra andre stoffer, og på denne måten fører en kjedereaksjon til en konstant økning i antall radikaler i kroppen (oksidativ stressetOxidativ stresset er ofte årsaken til endringer i genekspresjon som for eksempel er preget av økt utskillelse av henholdsvis cytokiner og vekstfaktorer. Cytokiner, som f.eks interferoner, interleukiner og svulst nekrose faktorer, blir utskilt fra erytrocytter (røde blodlegemer) og leukocytter (hvite blodceller) samt fibroblaster og fremmer migrering av glatte muskelceller i blodveggene fartøy fra tunica media - muskellaget som ligger midt i blodårene - til tunica intima - bindevev lag med endotelceller som strekker det indre blodåre lag mot blodsiden. Spredning av glatte myocytter (muskelceller) skjer da i tunica intima. Spredning av myocytter induseres ikke bare av de frie radikaler, men også av selve homocystein via induksjon av cyclin D1 og cyclin A-mRNA. Homocystein er også i stand til å indusere biosyntese av kollagen, som er en komponent i den ekstracellulære matrisen (ekstracellulær matrise, intercellulær substans, ECM, ECM), i dyrkede glatte muskelceller på mRNA-nivå. Dette resulterer i økt produksjon av den ekstracellulære matrisen. Oksidativ stresset skader cellevegger og cellekomponenter og kan på denne måten utløse apoptose, programmert celledød. Dette påvirker spesielt endotelcellene i vaskulære vegger. Fornyelsen av vaskulære endotelceller inhiberes av homocystein, antagelig via redusert karboksymetylering av p21ras, slik at progresjon av cellulær skade ikke kan stoppes. p21ras er et protein som er ansvarlig for cellesykluskontroll. Den skadede vaskulæren endotelet fører til økt vedheft (overholdelse) av nøytrofiler (hvite blodceller), som for eksempel monocytter, som er en komponent i blodproppssystemet og spesifikt “holder seg” til de skadede endotelcellene for å lukke sår. Den økte adhesjonen av nøytrofiler aktiverer dem til å produsere hydrogen peroksid, som ytterligere skader endotelcellene. I tillegg resulterer skade på karvegg i passering av monocytter og oksydert LDL fra blodet inn i tunica intima, hvor monocytter skiller seg ut i makrofager og tar opp oksidert LDL uten grense. Patofysiologisk relevante konsentrasjoner av homocystein-50 til 400 µmol / l forsterker vedheftet til nøytrofiler til endotelet og deres påfølgende migrasjon over endotelet (diapedesis). I tunica intima utvikler makrofager seg til lipidrike skumceller som raskt sprekker og dør som et resultat av lipidoverbelastning. De mange lipidfraksjonene som frigjøres i prosessen, så vel som celleavfall fra makrofager, er nå avsatt i intima. Både de prolifererende muskelcellene og skumcellene og avleiringer i form av lipider, lymfocytterproteoglykaner, kollagen og elastin fører til fortykning av intima eller indre blodåre lag. I det videre løpet dannes de typiske aterosklerotiske vaskulære endringene - dannelse av fettstreker, nekrose (celledød), sklerose (herding av bindevev) og forkalkning (lagring av kalsium). Disse fenomenene i det vaskulære systemet er også kjent som fibrøse plakk. Under progresjonen av aterosklerose kan plakkene sprekke, noe som får intima til å rive. Økt blodplater (blodpropp) akkumuleres på det ødelagte vaskulære endotel for å lukke såret, noe som induserer dannelsen av tromber (blodpropp). Tromber kan helt okkludere blodåre, betydelig svekker blodstrømmen. Når tunica intima tykner på grunn av vekst av aterosklerotiske plakk, blodets lumen fartøy blir stadig smalere. Utviklingen av tromber bidrar ytterligere til stenose (innsnevring). Stenoser fører til sirkulasjonsforstyrrelser og spiller en viktig rolle i patogenesen av hjerte- og karsykdommer. Vev og organer levert av en syk arterien lider av oksygen mangel på grunn av nedsatt blodstrøm. Når halspulsåren (stor arterier i nakken) er berørt, den hjerne er underleverandør med oksygen, øker risikoen for apopleksi (hjerneslag). Hvis den koronararterier er rammet av stenose, hjerte kan ikke tilføres tilstrekkelig oksygen og hjerteinfarkt (hjerteinfarktI mange tilfeller utvikler det seg fibrøse plakk i arteriene i bena, som ikke sjelden er forbundet med arteriell okklusiv sykdom (pAVD), også kjent som butikkvindusykdom, noe som smerte i kalven, lår, eller setemuskulatur etter langvarig gange. Flere studier har funnet at pasienter med hjerte- og karsykdommer og cerebral parese, spesielt de med aterosklerose, hjerneslag, Alzheimers sykdom, Parkinsons sykdomog senil demens, har forhøyede nivåer av homocystein i plasma. Dette funnet bekrefter at homocystein er en viktig risikofaktor for aterosklerose og dens følgevirkninger. I tillegg til forhøyede nivåer av homocystein i plasma, fedme, mangel på fysisk aktivitet, hypertensjon (høyt blodtrykk), hyperkolesterolemi, økt alkohol og kaffe forbruk, og røyking er også uavhengige risikofaktorer for kardio- og cerebrovaskulær sykdom. Andre funksjoner av metionin.
- Lipotrofi - metionin har lipotrofiske egenskaper, noe som betyr at det virker fettoppløselig og dermed forhindrer overdreven fettlagring i leveren; i studier forårsaket metioninmangel fettlever hos rotter, men dette kan reverseres ved metionintilskudd - metionin støtter regenerering av lever og nyrevev; metionin finner også bruk i hypertriglyseridemi, da det fremmer nedbrytningen av triglyserider
- Bruk av viktige næringsstoffer og viktige stoffer - siden metionin er nødvendig for metabolismen av noen aminosyrer, slik som glycin og serin, øker behovet for metionin i et høyt protein kosthold; tilstrekkelig høye metionin-plasmanivåer er også viktige for å sikre optimal utnyttelse av sporelementet selen i kroppen.
- Antioksidant - som en radikal rensemiddel gjør metionin frie radikaler ufarlige
- Avgiftning - i forbindelse med sporstoffet sink metionin øker utskillelsen av tungmetaller og kan dermed forhindre for eksempel blyforgiftning
- Regenerering av kroppen etter treningsfaser - i anabole faser, for eksempel etter trening, er metioninbehovet spesielt høyt på grunn av nødvendig regenerering eller gjenoppretting av den stressede kroppen.
- Senke histamin plasmanivå - via metylering av histamin, fungerer metionin som et naturlig antihistamin - det holder dermed histaminnivået i blodet lavt og er derfor gunstig ved atopi - overfølsomhetsreaksjoner - eller allergier; Histamin frigjøres i IgE-medierte allergiske reaksjoner av "umiddelbar type" - TypeI - eller av komplementfaktorer fra mastcellene eller basofile granulocytter og er dermed involvert i forsvaret av eksogene stoffer; i tillegg histamin i sentralen nervesystemet regulerer søvn-våknerytmen og appetittkontrollen.
- Urinveisinfeksjoner - metionin kan brukes i urinveisinfeksjoner for å forhindre tilbakevendende infeksjoner; den essensielle aminosyren forskyver urinens pH i det sure området, noe som forhindrer avsetning av patogene bakterier og bakterier og dannelse av fosfatstein i nyrene
- Forbedre minne ytelse i AIDS pasienter - metionin er i stand til å hemme utviklingen av HIV-relatert encefalopati; tilstrekkelig metionininntak på kosten - opptil 6 g daglig - beskytter pasienter mot AIDS-relatert skade på nervesystemet, som progressiv demens, og kan dermed forbedre seg minne ytelse.
Biologisk valens
Den biologiske verdien (BW) av et protein er et mål på hvor effektivt et diettprotein kan omdannes til endogent protein eller brukes til endogen proteinbiosyntese. Det er et spørsmål om innholdet i essensielle aminosyrer i diettproteinet er perfekt tilpasset spekteret av proteinbyggesteiner i kroppen. Jo høyere kvaliteten på et diettprotein er, desto mindre trenger det å innta for å opprettholde proteinbiosyntese og oppfylle kroppens krav - forutsatt at kroppen får tilstrekkelig energi i form av karbohydrater og fett, slik at diettproteiner ikke brukes til energiproduksjon. Av spesiell interesse er essensielle aminosyrer, som er viktige for endogen proteinbiosyntese. Alle disse må være til stede samtidig for proteindannelse på stedet for syntese i cellen. Et intracellulært underskudd på bare en aminosyre vil bringe syntesen av det aktuelle proteinet til stillstand, noe som vil bety at sub-molekyler allerede bygd opp må degraderes igjen. Den essensielle aminosyren som er den første som begrenser endogent proteinbiosyntese på grunn av utilstrekkelig konsentrasjon i diettprotein kalles den første begrensende aminosyren. Metionin er den første begrensende aminosyren i belgfrukter som bønner og lupiner, i gjær og i melk proteinkasein. I linfrø, kjøtt og gelatin, er metionin den nest begrensende aminosyren på grunn av det lave innholdet. I disse matvarene er metionin dermed den andre begrensende aminosyren. Biologisk verdi er den vanligste metoden for å bestemme proteinkvaliteten. For å bestemme det utviklet de to ernæringsforskerne Kofranyi og Jekat en spesiell metode i 1964. I henhold til denne metoden, for hvert testprotein, var mengden tilstrekkelig til å opprettholde nitrogen balansere bestemmes - bestemmelse av N-balansen minimum. Referanseverdien er helt eggprotein, hvis biologiske verdi vilkårlig settes til 100 eller 1-100%. Den har den høyeste BW blant alle individuelle proteiner. Hvis et protein blir brukt av kroppen mindre effektivt enn eggprotein, er kroppsvekten av dette proteinet under 100. Proteiner fra animalsk mat har høyere kroppsvikt enn proteiner fra plantekilder på grunn av deres høye innhold av proteiner (eggehvite), som er vanligvis rik på essensielle aminosyrer. Plantemat har ganske lave mengder protein i forhold til vekt. Følgelig oppfyller animalsk protein generelt menneskers behov bedre. For å gi et eksempel har svinekjøtt en BW på 85, mens ris bare har en BW på 66. Ved å kombinere forskjellige proteinbærere på en smart måte kan matvarer med lav biologisk verdi oppgraderes ved å balansere den begrensende aminoen syrer. Dette er kjent som den komplementære effekten av forskjellige proteiner. I de fleste tilfeller resulterer kombinasjonen av vegetabilsk og animalsk protein i en forbedring. Dermed oppgraderes den lave BW av ris betydelig ved å spise den sammen med fisk. Fisk inneholder rikelig essensiell amino syrer, slik som metionin, og har derfor høy biologisk verdi. Men til og med en kombinasjon av rent vegetabilske proteinkilder, for eksempel felles inntak av mais og bønner, oppnår en biologisk verdi på nesten 100. Ved hjelp av tilskuddseffekten av individuelle proteiner er det mulig å oppnå en BW som er høyere enn for hele eggproteinet. Den største verdiøkende effekten oppnås ved kombinasjonen av 36% hele egg med 64% potetprotein, som når en kroppsvikt på 136.
Metionin nedbrytning
Metionin og annen amino syrer kan i prinsippet metaboliseres og nedbrytes i alle celler og organer i organismen. Imidlertid finnes enzymsystemene for katabolisme av essensielle aminosyrer hovedsakelig i hepatocytter (leveren celler). Når metionin brytes ned, ammoniakk (NH3) og en alfa-ketosyre frigjøres. På den ene siden kan alfa-ketosyrer brukes direkte til energiproduksjon. På den annen side, siden metionin er glukogen i naturen, tjener de som en forløper for glukoneogenese (ny dannelse av glukose) i lever og muskler. For dette formål nedbrytes metionin via flere mellomtrinn til homoserin til pyruvat og succinyl-CoA. Både pyruvat og succinyl-CoA, som er et mellomprodukt av sitratsyklusen, kan tjene som substrater for glukoneogenese. Glukose representerer en viktig energikilde for kroppen. De erytrocytter (røde blodlegemer) og nyremedulla er helt avhengige av glukose for energi. De hjerne bare delvis, fordi det i sultmetabolisme kan hente opptil 80% av energien fra ketonlegemer. Når glukose brytes ned, dannes ATP (adenosintrifosfat), cellens viktigste energikilde. Når det er fosfat bindinger blir hydrolytisk spaltet av enzymer, ADP (adenosindifosfat) eller AMP (adenosinmonofosfat) dannes. Energien som frigjøres i denne prosessen gjør at kroppens celler kan utføre osmotisk (transportprosesser gjennom membraner), kjemiske (enzymatiske reaksjoner) eller mekanisk arbeid (muskler) sammentrekninger). Ammoniakk muliggjør syntese av ikke-essensielle aminosyrer, puriner, porfyriner, plasmaproteiner og proteiner for infeksjonsforsvar. Siden NH3 i fri form er nevrotoksisk selv i svært små mengder, må det fikses og skilles ut.Ammoniakk kan forårsake alvorlig celleskade ved å hemme energimetabolisme og pH-forskyvninger. Ammoniakkfiksering skjer gjennom en glutamat dehydrogenase reaksjon. I denne prosessen overføres ammoniakk som frigjøres til ekstrahepatisk vev til alfa-ketoglutarat, noe som resulterer i glutamat. Overføringen av en andre aminogruppe til glutamat resulterer i dannelsen av glutamin. Prosessen av glutamin syntese fungerer som en foreløpig ammoniakk avgiftning. Glutamin, som hovedsakelig er dannet i hjernen, transporterer den bundne og dermed ufarlige NH3 til leveren. Andre former for transport av ammoniakk til leveren er asparaginsyre (aspartat) og alanine. Sistnevnte aminosyre dannes ved binding av ammoniakk til pyruvat i musklene. I leveren frigjøres ammoniakk fra glutamin, glutamat, alanine og aspartat. NH3 blir nå introdusert i hepatocyttene (leverceller) for endelig avgiftning bruker karbamyl-fosfat syntetase i urea biosyntese. To ammoniakk molekyler danne et molekyl av urea, som er giftfri og utskilles gjennom nyrene i urinen. Via dannelsen av urea, 1-2 mol ammoniakk kan elimineres daglig. Omfanget av urea-syntese er påvirket av kosthold, spesielt proteininntak når det gjelder mengde og biologisk kvalitet. I et gjennomsnittlig kosthold er mengden urea i daglig urin i området rundt 30 gram.
Personer med nedsatt funksjonsevne nyre kan ikke skille ut overflødig urea via nyrene. Berørte individer bør spise et diett med lite protein for å unngå økt produksjon og akkumulering av urea i nyrene på grunn av nedbrytning av aminosyrer.
