L-карнитин — это вещество, естественным путем образующееся в организмах всех млекопитающих. Наиболее важной биологической функцией L-карнитина является перенос длинноцепочечных жирных кислот внутрь митохондрий для их бета-окисления (необходимого для синтеза АТФ). Для большинства из нас практически все жирные кислоты, которые поступают в организм с пищей, являются длинноцепочечными. Чтобы перенести их в митохондрии, L-карнитин прикрепляется к ним, формируя ацилкарнитины (эфир карнитина и жирной кислоты, который легко проходит через внутреннюю мембрану митохондрий).
Физиологическая значимость L-карнитина и его неотъемлемая роль в митохондриальном метаболизме жирных кислот твердо установлены наукой. Более того, недавно ученые выявили дополнительные функции L-карнитина, включая выведение из организма избытка так называемых ацильных групп (функция детоксикации, которую невозможно переоценить) и модуляцию внутриклеточного гомеостаза кофермента А в матриксе митохондрий (критически важную в рамках цикла Кребса).
Концентрация L-карнитина и формируемых с его помощью ацилкарнитинов поддерживается в сравнительно узком диапазоне, позволяющем им выполнять свои стержневые функции в процессах окисления жирных кислот и сохранения доступности свободного кофермента А (КоА). В организме гомеостаз карнитина обеспечивается приемом пищи, биосинтезом, всасыванием в тонком кишечнике с доставкой его в различные ткани, а также интенсивной реабсорбцией карнитина в проксимальных почечных канальцах.
L-карнитин поддерживает в митохондриях соотношение между свободным КоА и ацил-КоА, что крайне важно при стрессе. Ацил-КоА, имеющий средней длины или короткую углеводородную цепь и образованный в результате различных каскадов реакций в митохондриях, в дальнейшем метаболизируется, чтобы синтезировать свободный КоА. Однако в анормальных условиях, когда во внутреннем пространстве митохондрий формируются лишние молекулы ацил-КоА, данное соединение вступает в реакцию с L-карнитином, в результате чего образуются ацилкарнитины, а КоА используется в других каскадах реакций. Этот обратимый взаимообмен в сочетании со способностью образовавшихся ацилкарнитинов проходить сквозь внутреннюю мембрану митохондрий означает, что соотношение между свободным КоА и ацетил-КоА внутри митохондрий коррелирует с соотношением между ацилкарнитинами и L-карнитином во внешней по отношению к митохондриям среде (речь идет об индикаторе здоровья митохондрий).
Существуют и описаны различные «дисфункции» L-карнитина, но в результате все они возникают из-за нарушения переноса жирных кислот в митохондрии и, соответственно, из-за неэффективного окисления липидов.
Окисление жирных кислот в митохондриях
Из всех источников энергии митохондрии предпочитают жирные кислоты. Плотность их энергии столь высока, что примерно 60–70 % общего числа АТФ, производимого в нашем организме, синтезируется из жирных кислот. Метаболический механизм синтеза жирных кислот в цитозоле клетки начинается с образования ацил-КоА (в данном случае «ацил» означает длинноцепочечную жирную кислоту). Затем ацил-КоА соединяется с карнитином, в результате чего формируются ацилкарнитин и свободный КоА. После этого он может проникнуть сквозь внешнюю мембрану митохондрии в ее внутреннее пространство. Там ацилкарнитин находит себе «союзника» в лице специфического транспортного фермента, укорененного во внутренней митохондриальной мембране, функцией которого является содействие обмену свободного карнитина, выводящегося из митохондрии, на ацилкарнитин, попадающий в митохондрию из межмембранного пространства. Внутри матрикса реакции приобретают реверсивный характер: ацилкарнитин вступает в реакцию со свободным ацил-КоА, чтобы образовать соответствующую пару ацил-КоА и свободного карнитина. Затем длинноцепочечная жирная кислота (ацил-КоА) вступает в каскад реакций бета-окисления жирных кислот, результатом которого становится ацетил-КоА, который продуцирует АТФ (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схематичное изображение роли L-карнитина в переносе жирных кислот (обозначенных как «ацил») сквозь внутреннюю мембрану митохондрий. Длинноцепочечные жирные кислоты самостоятельно не могут преодолеть барьеры как внешней, так и внутренней митохондриальных мембран, и поэтому им необходим транспортер, в качестве которого выступает L-карнитин. На рисунке также можно увидеть сложный механизм вовлечения кофермента А (КоА) в этот процесс. Кроме того, здесь представлена схема, в соответствии с которой L-карнитин способствует сохранению гомеостаза КоА
Так как ни ацетил-КоА, ни свободные жирные кислоты не могут сами по себе пройти сквозь митохондриальные мембраны, роль L-карнитина и карнитин-ацилтрансфераз в метаболизме жирных кислот жизненно важна.
Метаболизм молочной кислоты
Еще одной функцией L-карнитина является чистка клеток от отложений молочной кислоты. Как мы уже знаем, молочная кислота, или лактат, представляет собой побочный продукт анаэробного метаболизма (напомню, этот тип обмена веществ используется в том случае, когда кислорода не хватает для обеспечения окислительного фосфорилирования или когда выработка энергии клеткой должна происходить со слишком высокой скоростью).
Многие из читателей испытывали жгучую боль, вызываемую молочной кислотой, во время напряженной физической активности. Высокая концентрация молочной кислоты в тканях разрушает их, что проявляется в мышечной боли (пик которой приходится на следующий день после нагрузки).
Результаты одного из исследований показывают, что в экспериментальной группе, члены которой принимали добавки с L-карнитином, повышение уровня молочной кислоты под влиянием физической активности было значительно менее выраженным, нежели в контрольной группе.
Иные преимущества L-карнитина
Кроме того, данные исследований говорят об эффективности приема пищевых добавок с L-карнитином при лечении таких заболеваний, как заболевания периферических сосудов, стенокардия, застойная сердечная недостаточность, аритмия, бесплодие, ожирение печени и другие заболевания печени, диабет, непереносимость физических нагрузок, потеря веса. Во всех этих случаях механизм действия L-карнитина остается неизменным.
Особенности приема добавок с L-карнитином
L-карнитин находится, прежде всего, в продуктах животного происхождения, в том числе в красном мясе, птице, рыбе и молочных продуктах (в продуктах растительного происхождения его мало). Учитывая различия между рационами людей в разных странах и социальных группах, следует отметить, что если для стандартного полноценного стола речь идет о 6–15 ммолей L-карнитина в сутки, то стандартная вегетарианская диета обеспечивает только один ммоль этого вещества в сутки. Но, несмотря на столь существенные различия, результаты исследований говорят о том, что вегетарианская диета не приводит к существенному дефициту концентрации карнитина в организме. Средняя концентрация карнитина в плазме и в организме в целом, а также предполагаемый уровень ацилкарнитина у взрослых вегетарианцев только на 10–20 % уступают аналогичным показателям их «всеядных» ровесников. С другой стороны, мочевыделительная экскреция карнитина у вегетарианцев является на 85–95 % более низкой, чем у мясоедов (для ацилкарнитина падение составляет 40–50 %). Эти данные указывают на то, что компенсаторные механизмы, включая удержание L-карнитина в организме с помощью почек и биосинтез, эффективно поддерживают гомеостаз L-карнитина в тех случаях, когда его внешнее поступление ограничено.
