סקירה כללית על מטבוליזם של חומרים

חלבונים מתפרקים לחומצות אמינו במהלך העיכול. בניגוד לשומנים ופחמימות, הנאגרים לשימוש מאוחר יותר, חלבונים אינם נאספים במאגרי אחסון. חומצות אמינו משמשות ליצירת ATP באמצעות חמצון או ליצירת חלבונים חדשים לצורך גדילה ותיקון של הגוף. חומצות אמינו עודפות מהתזונה מומרות לגלוקוז או לטריגליצרידים ולא מופרשות.

חומצות אמינו ממלאות מגוון תפקידים בגוף לאחר ספיגתן לתאים. הן עוברות מבנה מחדש ליצירת חלבונים, המשמשים פונקציות רבות, כגון אנזימים, נשאים, נוגדנים או הורמונים.

פירוק חלבונים מתרחש באופן יומיומי כחלק מתהליכים פיזיולוגיים נורמליים. בעוד שקורטיזול יכול לקדם קטבוליזם של חלבונים, גורמים נוספים כמו פעילות גופנית, מחזורי גדילה, הזדקנות והתחדשות תאים תורמים אף הם באופן משמעותי. חלבונים מתאים מתים או תאים שזמנם עבר מתפרקים לחומצות אמינו, שחלקן ממוחזרות ליצירת חלבונים חדשים או מומרות לחומצות אמינו אחרות. בנוסף, חלק מחומצות האמינו עוברות מטבוליזם בתאי כבד (הפטוציטים) לחומצות שומן, גופי קטון או גלוקוז, בהתאם לצרכי האנרגיה של הגוף.

לפני שחומצות אמינו יכולות לשמש לייצור ATP, עליהן לעבור המרה למולקולות שיכולות להשתלב במעגל קרבס, כגון אצטיל-CoA. תהליך זה מחייב את הסרת קבוצת האמינו (NH2), בתהליך הנקרא דה-אמינציה, שמתרחש בהפטוציטים. דה-אמינציה מייצרת אמוניה, חומר רעיל ביותר, אשר מומר במהירות על ידי תאי הכבד לאוריאה. אוריאה, שהיא חומר יחסית בלתי מזיק, מופרשת מהגוף דרך השתן.

אנאבוליזם של חלבונים, תהליך יצירת חלבונים חדשים על ידי יצירת קשרים פפטידיים בין חומצות אמינו, מתרחש בריבוזומים של כמעט כל תא בגוף, בהכוונת ה-DNA וה-RNA של התא. מספר הורמונים מעודדים סינתזת חלבונים, בהם הורמון גדילה, גורמי גדילה דמויי אינסולין, הורמוני בלוטת התריס, אינסולין, אסטרוגן וטסטוסטרון. מאחר שחלבונים מהווים רכיב מרכזי ברוב מבני התא, צריכת חלבון תזונתי מספקת היא חיונית, במיוחד במהלך תקופות גדילה, הריון וזמני תיקון רקמות לאחר מחלות או פציעות.

מתוך 20 חומצות האמינו הקיימות בגוף האדם, 10 נחשבות חיוניות, מאחר שהגוף אינו יכול לייצרן בכמות מספקת ויש לקבלן דרך התזונה. חלבונים מלאים, המכילים את כל חומצות האמינו החיוניות, נמצאים במזונות כמו בקר, דגים, עוף, ביצים וחלב. חלבונים שאינם מלאים, החסרים חלק מחומצות האמינו החיוניות, נמצאים בירקות עלים, קטניות ודגנים. עם זאת, ישנם מזונות מן הצומח, כגון קינואה וסויה, אשר יוצאים מן הכלל ומכילים חלבונים מלאים הכוללים את כל חומצות האמינו החיוניות.

הגוף מסוגל לסנתז חומצות אמינו שאינן חיוניות באמצעות תהליך הנקרא טרנסאמינציה. בתהליך זה, קבוצת אמינו מועברת מחומצת אמינו לחומצה פירובית או לחומצה ממעגל קרבס. כאשר חומצות האמינו החיוניות והלא חיוניות הדרושות נמצאות בתאים, סינתזת החלבונים יכולה להתקדם במהירות.

הפרעות בספיגת חלבונים, קטבוליזם ואנאבוליזם:

תת-תזונה חלבונית-אנרגטית (Protein-Energy Malnutrition - PEM): מצב הקשור לרוב לצריכה בלתי מספקת של חלבון וקלוריות, אשר עלול להוביל לבעיות בריאות חמורות, כולל ניוון שרירים, עיכוב גדילה ופגיעה במערכת החיסון. לשתי צורות עיקריות של PEM: קוושיורקור (תת-תזונה חלבונית) ומראסמוס (תת-תזונה קלורית).

ניוון שרירים (Muscle Atrophy): הפרעה המאופיינת בהתנוונות רקמת השריר, הנגרמת לעיתים קרובות כתוצאה מתקופות ממושכות של חוסר פעילות, הזדקנות או מחלות כגון ALS (ניוון שרירים אמיטרופי) או דיסטורפיה שרירית. מצבים אלו גורמים לחוסר איזון שבו קטבוליזם של חלבונים עולה על אנאבוליזם, מה שמוביל להתפרקות השריר.

מחלת כליה כרונית (Chronic Kidney Disease - CKD): במצב זה, יכולת הכליות לסנן פסולת מהדם נפגעת. הדבר מוביל להצטברות של אוריאה, תוצר פסולת של קטבוליזם חלבוני, הגורמת לתסמינים כמו בחילה, עייפות ואובדן תיאבון.

הפרעות גדילה: מצבים כמו אקרומגליה (ייצור יתר של הורמון גדילה במבוגרים) וגיגנטיזם (ייצור יתר של הורמון גדילה בילדים) נגרמים כתוצאה מהפרשה מוגברת של הורמון הגדילה. מצב זה מעודד יתר על המידה את האנאבוליזם החלבוני, מה שמוביל לצמיחה לא תקינה של רקמות ואיברים.

סרטן: צמיחת תאים בלתי מבוקרת בסרטן נובעת בעיקר ממוטציות באונקוגנים ובגנים מדכאי גידול, מה שמוביל לשיבוש בבקרת מחזור התא וחלוקת תאים בלתי נשלטת. אף שסינתזת החלבונים עשויה להיות מוגברת כדי לתמוך בשגשוג התאים המהיר, מקור הסרטן הוא בעיקר בדיסרגולציה מטבולית וגנטית ולא בפעילות יתר של אנאבוליזם חלבוני.

פרוטאינוריה: מצב זה מאופיין בנוכחות כמות לא תקינה של חלבון בשתן, לרוב בשל בעיה בתפקוד הכליות ולא במטבוליזם של חלבונים. פרוטאינוריה מתרחשת כאשר יכולת הסינון של הכליות נפגעת, ומאפשרת לחלבונים לעבור לשתן. אף שפרוטאינוריה מקושרת לעיתים קרובות עם מחלת כליה כרונית (CKD), היא עשויה להופיע גם בהפרעות כליה אחרות. חשוב לציין שלא כל מקרי CKD מלווים בפרוטאינוריה, ושני המצבים, אף שהם קשורים, אינם זהים.

הפרעות במטבוליזם של חומצות אמינו הן קבוצת מחלות המשפיעות על יכולת הגוף לעבד חומצות אמינו מסוימות. דוגמאות לכך כוללות פנילקטונוריה (PKU) ומחלת שתן סירופ מייפל. ב-PKU, חוסר יכולת לפרק פנילאלנין מוביל להצטברות רעילה בדם, הגורמת לפגיעה קוגניטיבית ולסיבוכים נוספים. במחלת שתן סירופ מייפל, חומצות אמינו מסועפות-שרשרת מסוימות אינן מתפרקות, מה שעלול לגרום לנזק נוירולוגי אם לא מטופלים.

אי-סבילות חלבונית ליזינורית: זהו מצב גנטי נדיר המאופיין בחוסר יכולת של הגוף לעכל ולהשתמש בחומצות אמינו מסוימות. תסמינים עשויים לכלול כשל בגדילה, חולשת שרירים ופגיעה קוגניטיבית. הפרעות בתהליך עיכול החלבונים: הפרעות אלו מתרחשות כאשר תהליכי עיכול החלבונים נפגעים. דוגמאות לכך כוללות אי-ספיקת לבלב אקסוקרינית, שבה מיוצרים כמות בלתי מספקת של אנזימי עיכול, ומחלת הצליאק, שבה תגובה אוטואימונית לגלוטן פוגעת ברירית המעי ומפריעה לספיגת חלבונים.

קוושיורקור ומרסמוס: אלו הן צורות חמורות של תת-תזונה הקשורות במחסור בחלבון. קוושיורקור נובע בעיקר ממחסור בחלבון על אף צריכה קלורית מספקת או כמעט מספקת. הוא מתאפיין בבצקות, עיכוב גדילה ואובדן מסת שריר. לעומת זאת, מראסמוס מתרחש בשל מחסור קלורי חמור, הכולל גם חוסר בחלבון וגם באנרגיה, ומוביל להתכלות קיצונית של רקמות השריר והשומן. שני המצבים מדגישים את חשיבות התזונה המאוזנת, אך נבדלים זה מזה במחסורים התזונתיים הבסיסיים שלהם ובתסמינים הקליניים שהם מציגים.