كارنيتين چيست و اثرات آن در بدن موجودات زنده كدامند

كارنيتين چيست و اثرات آن در بدن موجودات زنده كدامند:

تاليف بخش علمي شركت آرين رشد افزا-دكتر اميرحسين شهروي
خلاصه مقاله: بعنوان يك متابوليت طبيعي ال كارنيتين به عنوان يك شبه ويتامين و تغيير يافته آمينو اسيد نقش مهمي را در حمايت از فعاليتهاي متابوليسمي بدن بازي مي نمايد. اين ماده بعنوان يك تسهيل كننده در بتا اكسيداسيون چربي ها وا رد مي شود. بعنوان يك حامل به انتقال چربي ها از غشاي ميتوكندريال كمك كرده و از سوي ديگر در احياي استيل كوآنزيم آ و ايجاد كوآنزيم جهت چرخه توليد انرژي درون ميتو كندري نقش دارد .همچنين اين ماده در كاهش توليد لاكتات در عضلات كه نقش مهمي را در پايين آوردن بازده عضلاني دارد موثر است .به طور كلي حجم زيادي از ال كارنيتين در عضله قلب و عضلات اسكلتي وجود دارد .عضله كاردياك نقش مهمي را در سيستم گردش خون دارد كه از قضا كارنيتين هم بوسيله همين جريان در سراسر بدن منتقل مي شود.حيوانات بالغ قادر هستند تا كارنيتين را به صورت اندروژن توليد نمايند.در زمانهاي خاصي بدن حيوان بالغ مجبور مي شود كارنيتين بالاتري راتهيه نمايد. از آنجمله چنانچه سطح كارنيتين جنيني در بدن پايين باشد و يا اينكه بعلت رژيم چرب و نيز استرس هاي متابوليك و يا تغيير الگوي فعاليتي حيوان نياز به اكسيداسيون چربي بالاتري حس شود نياز به كارنيتين هم افزايش خواهد يافت. در اين مقاله به ساختمان فعاليت متابوليكي و مكانيسم جذب ال كارنيتين در بدن موجودات زنده اشاره مي شود. ال كارنيتين و چگونگي ساختار و توليد اندروژنيك آن: آمينواسيد تغيير شكل يافته ال كارنيتين تقريبا در همه گونه هاي حيوانات و حتي در برخي از گونه هاي عالي گياهي به صورت اندروژن توليد مي شود. اين ماده به دو فرم دي و ال كارنيتين وجود دارد فرم دي كارنيتين سنتتيك بوده و در سطح بيولوژيك توليد نمي شود.كارنيتين يك تركيب بتايين مي باشد از يك سو به عنوان يك نمك داخلي در آب محلول مي شود و از سوي ديگر به عنوان يك بتايين از خود خواص قوي هيگروسكوپيك را نشان مي دهد.ملكول كارنيتين از لحاظ ساختار ملكولي مانند لسيتين يك ملكول چند شاخي زايترونيك مي باشد كه از هر طرف اينتروال يكساني بين دو قطب مثبت و منفي در آن وجود دارد. ماهيت گروه مثبت زنجيره ال كارنيتين در اين است كه اين ماده با گرفتن پيوند استيل از استيل كوآنزيم آ قادر مي باشد به استيل كارنيتين تبديل شده و به اين وسيله در غشاي چربي ها ترانسلوكاسيون فعال داشته باشد همچنين اين ماده مي تواند با زنجيره هاي بلند اسيد هاي چرب پيوند برقرار كرده و در انتقال آنها بدرون ماتريكس ميتوكندريال موثر باشد.در سطح بدن كارنيتين با غلظت بالا در بافتهاي عضلاني يافت مي شود . ميزان اين ماده در عضله كاردياك 48 ميكرو مول در ميلي ليتر مي باشد و اين ميزان در ساير عضلات بدن در حدود 4 ميكرو مول در ميلي ليتر ميباشد. غلظت قابل توجهي از اين ماده علاوه بر اين در كبد (2.9 ميكرو مول در ميلي ليتر )و در كليه (1.2 ميكرو مول در ميلي ليتر) يافت مي شود .بافت عضلاني تقريبا ميزان 96 % از مجموع ال كارنيتين بدن را در خود دارد.در اندازه گيري كه در سال 1987 توسط شولت و جانگ انجام پذيرفت مشخص گرديد كه بافت عضلاني بيشترين مصرف كننده ال كارنيتين در بدن انسان مي باشد.حيوانات بالغ قادر هستند تا ال كارنيتين را به صورت اندوژن توليد كنند . بر طبق مطالعاتي كه برمر به سال 1961 و ويتلز و وسلر به سال 1964 انجام دادند مشخص گرديد كه گروه متيل مورد نياز ال كارنيتين توسط متيونين تامين مي گردد.همچنين تارپانچيتر و همكاران در مطالعه اي كه به سال 1971 انجام دادند مشخص كردند كه زنجيره كربني و نيتروژن مورد نياز براي توليد كارنيتين توسط ال ليزين تامين مي گردد. با تحقيقاتي كه به سال 1966توسط نيومان و همكارانش انجام پذيرفت مشخص گرديد كه علاوه بر وجود ليزين و متيونين حضور مواد ديگري از جمله نياسين، اسيد آسكوربيك و ويتامين B6 و همچنين آهن براي ساخته شدن كارنيتين ضروري مي باشد و معلوم شد سطح توليد اين ماده در نوزادان به نحو قابل توجهي پايينتر ازبالغين است و اين موجودات ال كارنيتين مورد نياز خود را بوسيله تركيب شير مادر دريافت مي دارند. مرحله نهايي ساخت كارنيتين از ليزين و متيونين اضافه شدن زنجيره بتاييني اين ماده مي باشد در حيوانات مختلف مكان توليد نهايي اين ماده متفاوت مي باشد. براي اينكار وجود آنزيم گاما بوتيرو بتايين هيدروكسيلاز ضروري مي باشد. در موشها كبد و تا حدودي بيضه ها مسؤول ساخت كارنيتين در بدن مي باشند و هيچگونه نشاني از ايجاد اين ماده در كليه ها وجود ندارد. وضعيتي مشابه با موشها در موش خرما خوكچه هندي و سگها نيز ديده مي شود. در انسانها به طور غالب ميزان فعاليت آنزيم هيدروكسيلاز در كليه ها 2 تا 3 برابر اين ميزان در كبد مي باشد. همچنين ريبوچ و انجل به سال 1980 نشان دادند كه كارنيتين مي تواند در مغز انسان نيز سنتز گردد. تحقيقاتي كه برروي خرگوشها وگربه ها وميمونهاي رسوس در سال 1978 انجام گرفت نشان داد كه كليه اين حيوانات نيز قادر به توليد آنزيم گاما بوتيرو بتايين هيدروكسيلاز مي باشد. سايم به سال 1996 نشان داد كه غلظت ال كارنيتين در عضلاتي كه سالم كار مي كنند به ميزان صد برابر از ميزان اين ماده در سرم و مايع بين سلولي بيشتر مي باشد. در همه گونه هاي عالي جانوري گردش خون مسؤول مستقيم رساندن ال كارنيتين به عضله قلب و همچنين ساير عضلات اسكلتي بدن مي باشد. انتقال فعال ال كارنيتين در مطالعاتي كه توسط گورتلر و لوستر در سال 1996 انجام شد به عنوان مهمترين راه انتشار اين ماده در عضلات انسان و ساير پستانداران عالي شناخته شد. كارنيتين در تاريخچه علم : هنگاميكه به تاريخ علوم طبيعي رجوع مي كنيم ال كارنيتين موضوعي جديد به حساب مي آيد. در واقع سابقه شناخت آن به سال 1905 و هنگامي باز مي گردد كه گولويش و كريمبرگ در مسكو اين ماده را از گوشت جدا نمودند. چندي بعد كوتشر در ماربورگ نيز موفق به شناسايي اين ماده شد. ساختمان شيميايي و كاركرد فيزيولوژيك كارنيتين براي سالها بعنوان يك مجهول به حساب مي آمد تا اينكه در سال 1927 توميتا و سنجو نقش گرو ه بتا و عامل هيدروكسيد اين ماده را كشف نمودند. در سال 1957 در آزمايشاتي كه فرانكل و فريد من برروي فاكتورهاي رشد در كرم تنبريو موليتور انجام دادند مشخص گرديد كه علاوه بر نقش ويتامين هاي گروه ب در تسريع فعاليت فاكتور رشد در اين كرم كارنيتين هم به عنوان يك ماده تسهيل كننده رشد فعال مي باشد .آنها اين ماده را بعنوان يك ويتامين ضروري در متامورفيسم اين كرم بيان كردند و آن را ويتامين Bt نامگذاري كردند .پيش از اين گروه، كارفق و همكاران به سال 1952 مشخص ساختند كه اين ماده به دو صورت ال و دي كارنيتين وجود دارد كه فرم بيولوژيك آن ال كارنيتين مي باشد. در سال 1962 با شتاب گيري حجم تحقيقاتي كه در باره اين ماده صورت مي گرفت كانكو و يوشيدا توانستند نقش بيولوژيك ال كارنيتين را توضيح دهند. در بين دهه پنجاه تا هشتاد ميلادي تحقيقات زيادي برروي آثار متابوليك ال كارنيتين در بدن انجام گرفت كه مي توان به فريدمن و فرانكل به سال 1955 فريدز به سال 1955و برمر به سال 1963،پاند به سال 1975 ،رمسي و تابس به سال 1975 و گاندور و همكاران به سال 1985 اشاره نمود.كاركرد. متابوليك ال كارنيتين: ال كارنيتين در بدن كارايي هاي متعدد و متنوعي دارد وليكن مهمترين كارايي اين ماده به صورت مشخص اثرات ارگوژنيك آن در متابوليسم چربي ها و انتقال چربي هاي با زنجيره بلند به درون لايه داخلي غشاي ميتوكندري مي باشد.جهت شناخت مكانيسم كاركرد اين ماده در اين انتقال، پالميتات به عنوان يك چربي با زنجيره بلند انتخاب شده است . هنگاميكه اين ماده به ساركولما مي رسد استيل كوآنزيم آ شاخه استيل خود را با پالميتات پيوند زده و اين ماده را به صورت پالميتويل كوانزيم آ در مي آيد. در اين زمان پالميتات وارد سيستول شده است و ال كارنيتين موجود در سيستول پيوند قوي تري ايجاد كرده و پالميتات را از كو آنزيم آ گرفته و به صورت پالميتويل كارنيتين در مي آورد. در اين زمان پالميتات جهت ورود به چرخه توليد انرژي آماده ورود به غشاي داخلي ميتوكندري مي باشد. در اين زمان آنزيم استيل كارنيتين ترانسلوكاز با اين ماده تركيب شده و كارنيتين پالميتويل ترانسفراز ايجاد مي شود. اين ماده قادر است تا از غشاي داخلي ميتوكندري عبور نمايد.در ماتريكس ميتوكندريال آنزيم ترانسلوكاز با استيل موجود در ميتو كندري تركيب شده و پالميتويل كارنيتين را آزاد مي نمايد. در اين زمان سير معكوس آنچه كه در سيستول به هنگام عبور پالميتات از ساركولمااتفاق افتاده بود صورت مي پذيرد. به اين ترتيب كه در اثر حجم بالاي استيل كوآنزيم آ، ال كارنيتين از پالميتويل جداشده و با باند استيل تركيب مي شود و محصول آن استيل ال كارنيتين و پالميتويل كوآنزيم آ مي باشد. اين ماده به طور مستقيم وارد چرخه بتا هيدروكسيداسيون اسيد هاي چرب مي شود.بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه توليد انرژي از زنجيره هاي بلند اسيدهاي چرب به طور مستقيم با وجود ال كارنيتين بستگي دارد.در سطح اينترا ميتوكندريال استيل كوآنزيم آ در نتيجه شكسته شدن كربو هيدراتها در طي پروسه گليكوليز و همچنين شكسته شدن اسيد هاي چرب وآمينو اسيدها ايجاد مي شود. در صورتي كه حجم استيل كو آنزيم آ در ميتو كندري بالا برود و اين ماده فضاي داخل ميتوكندريال را پر نمايد گليكوليز با مشكل برخورد كرده و در زمانيكه حجم اين ماده خيلي زياد شود اثرات تخريبي و توكسيك خواهد داشت.نقش مهم ال كارنيتين در اين موقع عمل دتوكسيفيكاسيون اينتراميتوكندريال مي باشد كه به اين صورت انجام مي شود كه ال كارنيتين، گروه استيل را از استيل كوآنزيم آ جدا نموده و باعث توليد كوآنزيم آ مي شود. اين ماده فعال بوده و مي تواند به چرخه توليد انرژي باز گردد.بانداستيل -كارنيتين در كليه جدا شده و از بدن دفع مي گردد.بنا براين نسبت استيل كوآنزيم به كوآنزيم به نفع كوآنزيم باز مي گردد و متابوليسم كربوهيدراتها سرعت بالاتري مي يابد. در اين زمان توليد پيرواتها افزايش پيدا مي كند و در اين موقع ال كارنيتين با پيرواتها باند شده و آنها را وارد در چرخه سيترات مي كند. استيل ال كارنيتين ايجاد شده همچنين مي تواند ميزان فعاليت آدنين نوكلئوتيد اسيد ترانسلوكاز را افزايش داده و باعث خروج Atp ساخته شده در ميتوكندري و مصرف آن شود.در يك جمله چنانچه بخواهيم نقش ال كارنيتين را بيان كنيم بايد گفت اين ماده چربي هاي فعال را از توده هاي ذخيره چربي به درون ميتوكندري انتقال مي دهد . به عنوان يك كوفاكتور در توليد انرژي عمل نموده و روند توليد چربي هاي با زنجيره متوسط و،پيرواتها و همچنين اجسام كتوني را تحت كنترل دارد.همچنين اين ماده سلامت محيط داخلي سلول را حفظ نموده و آنرا سم زدايي مي كند.تحقيقات اخير نشان داده است كه سواي بر اثرات ارگوژنيك مهمي كه براي ال كارنيتين ذكر گرديد اين ماده مي تواند در پروسه دفاعي بدن و ساخت سلولهاي دفاعي اختصاصي مانند تي لنفوسيتها و بي لنفوسيتها و همچنين سلولهاي فاگوسيتوز كننده غير اختصاصي مانند ماكروفاژها و نتروفيل ها موثر باشد.اولن بروك در تحقيقات سال 1996 خود نشان داد كه نقش ال كارنيتين در ايجاد سلولهاي سد دفاعي بدن و همچنينن ايمني سلولي مهم و قابل توجه مي باشد. چگونگي فراهم شدن ال كارنيتين آندوژن : گونه هاي بالغ جانوران قادر هستند تا ال كارنيتين مورد نياز بدن خود را به صورت سنتز اندوژنيك توليد نمايند همچنين اين حيوانات مي توانند ال كارنيتين موجود در مواد غذايي را هم از جيره و از راه گوارش جذب نمايند. سواي از اينكه ميزان ال كارنيتين موجود در جيره غذايي اين حيوانات چقدر باشد قدرت جذب لوله گوارشي حيوانات مختلف نيز با يكديگر تفاوت مي كند. بيشتر ال كارنيتين موجود در غذا از طريق انتقال فعال از روده ها جذب مي گردد و بوسيله خون منتقل مي شود درباره ترتيب ساخت ال كارنيتين اندوژن در بدن نيز پيشتر از اين توضيح داده شد.در نوزادان و جنين حيوانت به علت پايين بودن سطح بتايين و ميزان نياسن و همچنين محدود بودن ميزان ليزين و متيونين دريافتي از مادر ال كارنيتين به صورت ساخته شده از درون خون مادري وبوسيله جفت به جنين منتقل مي شود .همچنين در نوزادان نيز مرحله ششم ساخت ال كارنيتين تكامل نيافته است و نوزاد مجبور است بخش اعظم ال كارنيتين مورد نياز خود را از راه مصرف شير مادر بدست آورد. با تحقيقاتي كه درباره نوزاد انسان صورنت گرفته است مشخص شده كه اين نوزاد تا حدود 21 ماهگي نياز به در يافت ال كارنيتين مادري دارد كه اين تاييدي بر روي مصرف شير مادر تا سن دوسالگي كودك مي باشد. ميزان ال كارنيتين موجود در مواد اوليه جيره غذايي : ال كار نيتين در گونه هاي مختلف گياهان عالي و همچنين مواد اوليه غذايي با منشا دامي وجود دارد.بخش اعظم ال كارنيتين مو جود در جيره انسان و حيوانات گوشتخوار از فراورده هاي با منشا حيواني توليد مي شود. در بين اين فراورده ها پودر گوشت بين 300 تا 1000 ميليگرم در كيلو گرم ال كارنيتين دارد و به طور متوسط در هر كيلو گرم ماده غذايي با منشا گوشت و يا استخوان بين 70 تا 150 ميلي گرم ال كارنيتين وجود دارد .دانه هاي روغني و كنجاله هاي آنها منبع تامين ال كارنيتين خوراكي براي دامها و طيور به شمار مي آيند.بعلاوه اين مواد از ليزين و متيونين كه مواد اوليه مورد نياز براي ساخت ال كارنيتين هستند غني مي باشند. تخم پنبه به طور متوسط در هر كيلو گرم 20-25 ميليگرم ال كارنيتين دارد .سويا، غلات راف و پوسته آنها، ذرت ،جو و گندم از ديگر مواد داراي ال كارنيتين در خانواده گياهان مي باشند. در دامها منشا اصلي تامين ال كارنيتين براي نوزادان شير مادران آنها به شمار مي آيد كه بعد از گوشت بيشترين ميزان ال كارنيتين در آن وجود دارد .همچنين در طيور زرده تخم مرغ حاوي ال كارنيتين مي باشد كه توسط جنين مصرف مي گردد . قابليت جذب ال كارنيتين: بر پايه آخرين تحقيقاتي كه صورت گرفته است ال كارنيتيني كه از راه خوراكي دريافت مي گردد به روش انتقال فعال در قسمت بالايي ژژنوم روده باريك جذب مي گردد.مطالعاتي كه لي و همكارانش به سال 1983 و در محيط آزمايشگاهي بر روي چگونگي انتقال فعال ال كارنيتين توسط روده باريك در خرگوشها انجام دادند مشخص ساخت كه يون سديم و انتشار فعال آن در بالانس با يون پتاسيم در انتقال فعال اين ماده نقش به سزايي دارد. همچنين در همين سال شاو و همكارانش نشان دادند كه سيستم جذب ال كارنيتين در موشها نيز به مشابه خرگوشها و از همان مكانيسم مي باشد. تحقيق ديگري كه لي و همكارانش در سال 1992 انجام دادند نشان داده شد كه انتشار غير فعال ال كارنيتين بين محيط روده اي و گردش خون مي تواند در اين انتقال نقش داشته باشد. همچنين شاو و همكارانش به سال 1983 مطالعه ديگري را بر روي كل دستگاه روده اي انجام دادند و مشخص كردند كه ال كارنيتين به دو صورت انتشار غير فعال از محيط زيادتر به محيط كمتر و همچنين از راه انتقال فعال در روده باريك جذب مي گردد. در دودنوم و ژژنوم اين انتقال به هر دو روش صورت مي پذيرد وليكن در ايلئوم ال كارنيتين تنهار از راه انتشار جذب مي گردد.همچنين اين دو آزمايش نشان دادند كه جذب ال كارنيتين به شدت در اثر وجود غلظت بالاي دي كارنيتين ،استيل ال كارنيتين و گاما بوتيرو بتايين دستخوش تغيير قرار مي گيرد.در سال 1988 فوستر و همكارانش مطالعه اي را بر روي جذب غلظت هاي متنوع ال كارنيتين در روده باريك اسب انجام دادند .در اين آزمايشها ال كارنيتين در حجم 0.10،20،40و 60 گرم در روز به اسب خورانده شد و پس از 24 ساعت نمونه گيري هاي ادراري اندازه گيري شدند. مشخص گرديد كه تنها در حدود3.5 تا 7.5 در صد ال كارنيتيني كه در اين حيوان خورده شده بود توسط روده ها جذب شده بودند.بر طبق اين آزمايش اعلام گرديد كه ميزان جذب روده هاي ال كارنيتين خوراكي در اسبان پايين مي باشد.