На перший погляд, гліцин — одна з найпростіших молекул у біохімії. Його молекулярна формула — C₂H₅NO₂, а бічний ланцюг складається лише з одного атома Гідрогену. Проте ця «маленька» молекула бере участь у величезній кількості процесів — від формування колагену та передачі нервових сигналів до синтезу гему, ДНК і РНК.
Гліцин — одна з 20 протеїногенних амінокислот, тобто тих, із яких клітини будують білки. Він кодується чотирма кодонами генетичного коду: GGU, GGC, GGA та GGG.
Чому гліцин такий особливий?
Головна особливість гліцину полягає в його надзвичайно простій будові. На відміну від інших поширених амінокислот, він не має складного бічного ланцюга — замість нього лише атом Гідрогену.
Саме тому гліцин — єдина з 20 стандартних протеїногенних амінокислот, яка не є хіральною. Іншими словами, його молекула не має окремої «лівої» та «правої» форми.
Ця простота надає гліцину ще одну важливу властивість: він надзвичайно гнучкий. У складі білків він може займати такі положення, де більші амінокислоти просто не помістилися б.
Колаген без гліцину просто не працював би так, як потрібно
Одна з найважливіших ролей гліцину пов’язана з колагеном — основним структурним білком сполучної тканини.
Приблизно 35% амінокислотних залишків колагену припадає на гліцин. Він регулярно повторюється в структурі колагенових ланцюгів і завдяки своїм мінімальним розмірам дозволяє трьом поліпептидним ланцюгам щільно скручуватися у знамениту потрійну спіраль.
Тобто гліцин тут — не просто «ще один компонент білка». Його невеликий розмір є структурною необхідністю.
Цікаво, що гліцин часто порушує стабільність α-спіралей і сприяє формуванню гнучких ділянок білкових молекул.
Гліцин — не лише будівельний матеріал
У людському організмі гліцин виконує значно більше функцій, ніж просто входить до складу білків.
Він є важливим попередником для синтезу багатьох біологічних молекул. Зокрема, гліцин бере участь у створенні:
- гему — компонента гемоглобіну, який забезпечує перенесення кисню кров’ю;
- пуринів — структурних компонентів ДНК та РНК;
- інших метаболічно важливих сполук.
Таким чином, одна невелика амінокислота опосередковано пов’язана і з роботою крові, і з побудовою генетичного матеріалу клітин.
Гліцин у нервовій системі: «гальма» для нейронів
Особливо цікава роль гліцину як нейромедіатора.
У центральній нервовій системі, особливо в спинному мозку та стовбурі мозку, гліцин переважно діє як гальмівний нейромедіатор. Коли він активує відповідні рецептори, у нейроні відкриваються канали для хлорид-іонів, що сприяє зниженню його збудливості.
Це допомагає організму правильно координувати рухи та обробляти сенсорні сигнали.
Порушення гліцинергічної передачі може мати дуже серйозні наслідки. Яскравий приклад — правець.
Токсин бактерії Clostridium tetani блокує вивільнення гальмівних нейромедіаторів, зокрема гліцину та ГАМК, що призводить до надмірної активності мотонейронів і характерних м’язових спазмів.
Водночас гліцин має й іншу роль у мозку: він є необхідним коагоністом NMDA-рецепторів — речовиною, яка необхідна для їх повноцінної активації. Отже, одна й та сама молекула може виконувати різні функції залежно від типу рецептора та ділянки нервової системи.
Організм може виробляти гліцин сам
Гліцин належить до амінокислот, які організм здатний синтезувати самостійно, тому в класичному розумінні він не є незамінною амінокислотою.
Основним джерелом для його синтезу може бути серин. Цей процес тісно пов’язаний із фолатним обміном — системою реакцій, яка необхідна для перенесення одновуглецевих фрагментів і синтезу багатьох важливих сполук.
Однак кількість гліцину, яку організм синтезує сам, може бути недостатньою для всіх його метаболічних потреб. Через це гліцин належить до амінокислот, які організм людини може синтезувати самостійно, тому традиційно його відносять до замінних амінокислот. Водночас за певних фізіологічних умов потреба в гліцині може перевищувати можливості його внутрішнього синтезу, тому в науковій літературі його іноді називають умовно незамінним.
Звідки ми отримуємо гліцин?
Гліцин міститься у багатьох продуктах харчування, особливо багатих на білки та сполучну тканину.
Одним із найбагатших джерел є желатин — у сухому несолодкому желатині його частка може становити близько 19% маси. Також гліцин міститься в м’ясі, рибі, птиці, насінні, горіхах, бобових та інших білкових продуктах.
Цікава деталь: гліцин має солодкуватий смак, а його назва походить від давньогрецького glykys — «солодкий».
Гліцин має незвичайні хімічні властивості
У водному розчині гліцин переважно існує у формі цвітеріона — молекули, яка одночасно має позитивно заряджену амонієву та негативно заряджену карбоксилатну групи.
Тому гліцин є амфотерною сполукою: залежно від кислотності середовища він може поводитися і як кислота, і як основа.
Ця властивість має велике значення для його поведінки в біологічних системах та хімічних реакціях. Гліцин також здатний зв’язувати іони металів, утворюючи комплекси, наприклад із цинком, міддю або залізом.
Від лабораторії до промисловості
Гліцин використовується не лише в організмах.
У лабораторіях він є важливим компонентом буферних систем, зокрема під час SDS-PAGE — методу електрофорезу, за допомогою якого дослідники розділяють білки та аналізують їх.
У промисловості гліцин використовують як хімічну сировину та проміжний продукт, а також у виробництві кормів, харчових продуктів і фармацевтичних препаратів.
Він також використовується в кормах для тварин, харчовій та фармацевтичній промисловості.
Найдивовижніше: гліцин є навіть у космосі
Історія гліцину не закінчується на Землі.
У 2009 році NASA повідомило про виявлення гліцину у зразках пилу комети Wild 2, які космічний апарат Stardust доставив на Землю. Гліцин також виявляли в метеоритах, зокрема в знаменитому метеориті Мерчісон.
Пізніше гліцин було виявлено і в матеріалах, пов’язаних із кометою 67P/Чурюмова—Герасименко, яку досліджував апарат Rosetta.
Ці відкриття особливо цікаві для науки про походження життя. Якщо амінокислоти та інші органічні сполуки можуть утворюватися або зберігатися в космічному середовищі, це підказує, що деякі хімічні «цеглинки» життя можуть бути значно поширенішими у Всесвіті, ніж здавалося раніше.
Від найпростішої молекули — до складності життя
Гліцин добре демонструє дивовижний принцип біології: простота молекули зовсім не означає простоту її функцій.
Один атом Гідрогену в бічному ланцюзі робить гліцин найпростішою стабільною амінокислотою, але саме ця простота дозволяє йому виконувати унікальні завдання. Він допомагає формувати міцний колаген, бере участь у створенні гему та компонентів ДНК і РНК, регулює нервові сигнали, вступає в численні метаболічні реакції й навіть зустрічається за межами Землі.
Тож гліцин можна назвати справжнім «маленьким універсалом» біохімії: молекулою, яка майже непомітна за розміром, але має величезне значення для життя — від структури окремого білка до фундаментальних питань про походження органічної речовини у Всесвіті.
Вміст гліцину в продуктах харчування
| Продукт | Гліцин (г/100 г) |
|---|---|
| Сухий несолодкий желатиновий порошок | 19,00 |
| Свиняча шкірка | 11,04 |
| Кунжутне борошно з низьким вмістом жиру | 3,43 |
| Соєвий протеїновий порошок | 2,37 |
| Шрот сафлору, частково знежирений | 2,22 |
| М’ясо бізона, яловичина та інші види м’яса | 1,50–2,00 |
| Желатинові десерти | 1,96 |
| Гарбузове та кабачкове насіння | 1,82 |
| Індичка, м’ясо та шкіра | 1,79 |
| Курятина, м’ясо та шкіра | 1,74 |
| Свинина мелена, приготовлена | 1,71 |
| Бекон та яловичі м’ясні палички | 1,64 |
| Арахіс | 1,63 |
| Лангуст | 1,59 |
| Мелене насіння гірчиці | 1,59 |
| Салямі | 1,55 |
| Сушені горіхи чорного горіха | 1,51 |
| Консервований горбушевий лосось, без рідини | 1,42 |
| Мигдаль | 1,42 |
| Скумбрія | 0,93 |
| Домашня гранола | 0,81 |
| Цибуля-порей, сушена методом сублімації | 0,70 |
| Пармезан та інші терті сири | 0,56 |
| Зелені соєві боби, варені, без солі | 0,51 |
| Протеїновий хліб | 0,47 |
| Куряче яйце, ціле, смажене | 0,47 |
| Біла квасоля, варена, із сіллю | 0,38 |
| Сочевиця, варена, із сіллю | 0,37 |