Из чего делают порошковые протеины и какой из них эффективнее » BigPicture.ru
В современном мире модно быть здоровым и подтянутым, поэтому все больше людей открывают для себя фитнес. Приходится им и пересматривать свой рацион, чтобы путь к фигуре мечты стал гораздо короче. При активных занятиях спортом организму нужны белки и аминокислоты. Поэтому в ход идут порошковые протеины — самые популярные спортивные продукты в мире. Из чего они состоят и насколько они эффективны?
Протеиновый порошок входит в рацион как профессиональных атлетов, так и любителей фитнеса. Эта добавка предназначена для поддержания уровня потребления белка, необходимого для роста мышечной массы. Не секрет, что мышцы состоят из белка, поэтому атлеты стараются употреблять как можно больше протеина.
Строительные блоки мышечного белка состоят из 20 аминокислот. 9 из них считаются незаменимыми и 11 заменимыми. Самые незаменимые — это три аминокислоты с разветвленной цепью (ВСАА) — лейцин, изолейцин и валин.
Именно они играют ключевую роль в наращивании мышечной массы.
Есть протеиновые порошки, содержащие все три аминокислоты, а есть лишь некоторые из них. При этом важно знать, что только белки животного происхождения считаются полноценными. Растительные протеины в этом отношении значительно им уступают. Поэтому опытные спортсмены всегда интересуются при покупке продукта его происхождением. Давайте рассмотрим, из чего производят порошковые протеины и какие из них эффективнее.
Сыворотка и казеин
Казеиновый и сывороточный протеины — наиболее популярны среди спортсменов. Это два разных типа продукции, производимых из одного сырья — пастеризованного молока. Специальные ферменты, добавляемые в молоко, заставляют его сворачиваться. При этом получается твердое вещество казеин и жидкая сыворотка. Сыворотку высушивают и получают протеин.
При этом расход исходного сырья достаточно большой. Чтобы получить всего 1 кг протеина, нужно переработать 200 кг молока. Казеина из этого же количества можно произвести 6 кг.
Протеин сывороточного происхождения усваивается организмом лучше, чем казеиновый. Но и тот и другой содержат все незаменимые аминокислоты.
Яйца
Протеин, получаемый из яиц, подходит для тех у кого проблемы с усвоением лактозы. Это порошок из обезвоженного яичного белка. В нем также содержатся все аминокислоты, необходимые для построения мышечной ткани.
Соя
Соевый белок относится к растительным, но в нем есть тоже полный набор аминокислот. Поэтому он считается полноценным белковым продуктом для спортсменов. Но есть один неприятный момент. Так как соя — это растение, то она часто подвергается обработке вредными для человека химическими веществами, например, пестицидами.
Коричневый рис
Белок, полученный из коричневого риса, имеет пониженное содержание лизина. В нем есть все незаменимые аминокислоты, но полноценным белком его не считают. При этом спрос на такой порошковый протеин все же есть. Рисовый порошок может стать альтернативой в случаях, если организм не переносит лактозу и продукты из сои и яиц.
Белковый концентрат
Этот тип порошкового протеина содержит от 60 до 80 процентов белка. Остальное в нем — это жиры и углеводы. Получают такой продукт, добавляя в обычный протеин кислоты при постепенном нагревании до определенной температуры.
Изолят белка
В изолятах содержится больше протеина, чем в концентратах. Обычно это 90-95 процентов. Получают изоляты методом фильтрации концентрата, при котором из вещества убирается значительная часть жиров и углеводов.
Белковые гидролизаты
При производстве белковых гидролизатов протеин обрабатывается кислотой и в него дополнительно добавляются ферменты. Благодаря этому, продукт гораздо быстрее усваивается организмом спортсмена.
Так что же из представленного ассортимента выбрать для себя? Тут все зависит от множества факторов. Оптимальным будет приобретение порошкового протеина со всеми незаменимыми аминокислотами, желательно животного происхождения. Но нужно учитывать и индивидуальные особенности организма, такие как непереносимость лактозы и аллергические реакции на разные продукты.
Остается добавить, что главное в достижении цели не протеин, а сила воли и желание измениться. Если все это есть, то не сможет помешать даже кусок торта, съеденный перед сном. Австралийка Лорен Симпсон не отказывается от десертов, но при этом имеет фигуру, которой завидуют миллионы.
Смотрите также — 10 главных растительных источников белка: протеина в них не меньше, чем в мясе
А вы знали, что у нас есть Telegram и Instagram?
Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!
Из чего делают протеин? Что входит в его состав?
Для многих протеин — это супер загадочная добавка, которая за одну ночь сделает из вас Халка, и в то же время лишит вас возможности продолжения рода. Когда начинаешь объяснять, что протеин это обычный пищевой белок, точно такой же можно встретить в обычной еде (каше, мясе и салате), то слишком упёртые люди обычно говорят: «знаем из чего ваш протеин делают!».
А действительно, как в наших банках появляется порошок под названием протеин? Из чего его делают и какие стадии производства он проходит, прежде чем появится в нашем шейкере?
Я являюсь основатель бренда спортивного питания Rocket Nutrition и поэтому знаю этот процесс изнутри.
Я готов вам в мельчайших деталях рассказать о том, как протеин проходит стадию от травки на луге до порошка в вашей банке.
Как получают сывороточный белок?
Если мы говорим о сывороточном протеине (95% всех протеинов в магазине), то его отец и мать — это молоко. Да, то самое молоко, которое дала корова, пожевав травку на полянке. Да, к сожалению, протеин делают не в секретной лаборатории под строжайшим секретом, добавляя супер секретные ингредиенты. Всё гораздо проще… в основе любого протеина лежит обычное молоко.
После того как молоко было получено, у него есть три варианта превратиться в сывороточный протеин:
- Первый вариант, самый менее распространённый: его получат при производстве творога. В таком случае получится так называемая «кислая сыворотка». Такой вариант не особо прижился, так как вкус у такого протеина получается довольно неприятным. Но такое вариант получения был бы идеальным для вегетарианцев, так как следов животных элементов в таком протеине нет.
- Второй вариант более распространенный, но более дорогой. Протеин получают напрямую через микрофильтрацию молока. Это единственный способ прямого получения протеина, в остальных случаях протеин получается как субпродукт при производстве какого-то другого основного продукта. Такой протеин вы редко встретиться в продаже (это достаточно дорогой способ получения, так как он работает только на индустрию спортивного питания), но весь казеиновый или молочный протеин (в него входит и казеиновый и сывороточный белок) получены именно таким способом.
- Третий вариант — это самый распространённый вариант получения сывороточного протеина, большинство производителей закупают протеин, полученный именно таким способом. В этом случае протеин получается при производстве твёрдых сортов сыра, белок в данном случае — это ненужный элемент, в процессе производства он выделяется и отделяется от будущего сыра. В итоге получается «подсырная сыворотка».
После того как сыворотка была получена она фильтруется до концентрата (белок средней очистки, до 60-80% белка) или изолята (белок высокой очистки, до 95% белка) и высушивается до порошка.
Это только первый, но самый важный этап производства. Именно на данном этапе получают наиболее ценный ресурс — это белок с высоким содержанием аминокислот.
Кстати, об аминокислотах: все три белка, полученные из трёх разных способов, описанных выше, будут иметь разный аминокислотный профиль. Лучший аминокислотный профиль в первых двух вариантах. Но, как вы поняли, найти такой белок на полках магазинов очень тяжело. Подсырная сыворотка имеет чуть хуже состав по аминокислотам, но абсолютно некритичный, а учитывая, что такой вариант получения белка самый дешёвый и выгодный (стоит такой белок для покупателя будет в разы дешевле), то выбор становится очевидным.
Далее полученный порошок упаковывается в большие пакеты по 15-20 килограмм и поступает на склады оптовых компаний. Оптовые компании продают эти пакеты, в больших объёмах, напрямую брендам спортивного питания. То есть бренд спортивного питания никак не участвует в производстве основного ингредиента, каким бы крупным бренд бы ни был (даже Optimum Nutrition), а закупает уже по сути готовый продукт, готовый к употреблению.
Программы тренировок для эстетичного развития мускулатуры (широкий вверх — узкая талия) от тренера FPA в формате фитнес-бота.
Первая тренировка в боте бесплатная — обязательно попробуй!
Узнать больше
Мои программы тренировок в боте Telegram!Программы тренировок для эстетичного развития мускулатуры (широкий вверх — узкая талия) от тренера FPA в формате фитнес-бота.
Первая тренировка в боте бесплатная — обязательно попробуй!
Подключиться к боту
Какая же роль бренда в производстве протеина?
По факту бренд решает только три вещи:
- Белок какого производителя ему закупить
- Разработка вкусовой ароматической основы
- Создание дизайна этикетки и закупка розничной тары (пакеты или банки)
Касательно производителей, то в России, на момент конца 2019 года, нет ни одного производства сывороточного протеина.
То есть, производства сыра у нас имеются, но отдельного производства по высушиванию и подготовки белка — нет. Вся белковая сыворотка из-под сыра у нас просто утилизируется в неизвестном направлении. Дело в том, что производство по переработке сыворотки стоит очень больших денег и даже в мире их не так много.
На территории СНГ есть один завод по производству белка, в Республике Беларусь, Щучинский комбинат. Белок этого производителя стоит дешевле европейских, но покупатели тех российских брендов, которые его используют в своих продуктах, жалуются на не самое лучшее усвоение и качество этого белка.
Большинство же российских и европейских брендов закупают протеин у нескольких крупных производств — Arla, Fonterra, Lactomine и Hochdorf.
Мы, в Rocket Nutrition, закупаем белок Arla, который произведён в Дании. Ранее мы закупали белок у Fonterra, которая производилась аж в Новой Зеландии. Lactomine — это Германия (мы закупаем у них изолят белка), а Hochdorf (самый экономный белок из списка) — это Швейцария.
Чем же отличаются белки всех производителей, спросите вы? Их различия, в первую очередь, по стоимости, вкусу, небольшие колебания в проценте белка, и, наконец, размешиваемость. На самом деле, все эти производители достаточно качественные и сказать что один из них выше на голову, чем другой — нельзя.
Следующий этап — это создание вкуса. На данном этапе в состав добавляется следующие ингредиенты:
- вкусовой ароматизатор (натуральный или идентичный натуральному), его содержание порядка 10-20 грамм на банку, он придаёт протеин вкус банана или клубники
- подсластитель, чаще всего можно встретить сукралозу (наиболее дорогой и безопасный подсластитель) или реже стевию (натуральный подсластитель), подсластитель прибавляет вес продукта всего на 1 грамм
- по желанию производитель может добавить ксантановую камедь, которая делает напиток более густым при разведении с водой, камедь абсолютно безвредна
- на последнем месте в составе часто можно встретить такое вещество, как соевый лецитин, его добавляет либо сам производитель белка, либо уже бренд спортивного питания при фасовке, это веществе помогает протеину размешиваться быстрее и не образовать комки.
Ещё раз отмечу, что все выше перечисленные ингредиенты абсолютно безопасны, а соевый лецитин, которого чаще всего боятся, продаётся на Iherb в виде бада для улучшения мозговой деятельности. Также, ни один из этих ингредиентов не уменьшает и не увеличивает эффективность протеина, а только «украшает» его делает его приём более приятным.
Ценность продукта остаётся той же самой, она заканчивается, когда протеин упаковывают в большие транспортные пакеты с производства, всё что делает бренд спортивного питания — это по сути маркетинг. По факту, добавление ароматизатора и подсластителя даже снижает процент белка на порцию, при этом увеличивая стоимость продукта, так как и ароматизатор и подсластитель стоят недёшево.
После этого начинается финальная стадия производства — это разработка рецептуры вкуса, смешивание и фасовка готового продукта.
Так, если химия в протеине?
Основное вещество — это белок, мы выяснили, что он получается из молока, что вполне натуральный источник.
Что касается добавленных производителем подсластителя и ароматизатора, то они, действительно, могут быть ненатурального происхождения (хотя могут быть и натурального). Но ничего в этом страшного нет: химия — это не зло, это не всегда вредно. По факту почти любой продукт содержит те или иные ненатуральные вещества, но почему-то именно к протеину всегда такое повышенное внимание.
Изучите состав кетчупа или любого шоколадного батончика. Углубитесь в понятие транс-жиры или насыщенные жиры, канцерогены и пр. Всего этого в протеине, да и в любом продукте спортивного питания, нет. Есть меньше 20 грамм ароматизатора, который разрешён и является безопасным и с точки зрения Минздрава Евросоюза, и с точки зрения Минздрава Российской Федерации.
Если вы не будете превышать предельную норму белка за день (более 200 грамм в день), то приём протеина не, то чтобы не принесёт вреда, он принесёт вам пользу, так как он является качественным и биодоступным источником белка. А мы, как вы помните, во многом белковые вещества.
Не только наши мышцы состоят из белка, но и антитела иммунной системы, гормоны, ферменты и многое-многое другое …
Мои программы тренировок в телеграм-боте
Начни тренировать по моим программам прямо сегодня!
На фото результат тренировок за 3 года. Моя трансформация
Узнать больше
Мои программы тренировок в телеграм-боте
Начни тренировать по моим программам прямо сегодня!
На фото результат тренировок за 3 года. Моя трансформация
Перейти к боту
Свертывание белков: хорошее, плохое и уродливое
Мы часто думаем о белках как о питательных веществах в пище, которую мы едим, или как о главном компоненте мышц, но белки также представляют собой микроскопические молекулы внутри клеток, которые выполняют разнообразные и жизненно важные функции. После завершения проекта «Геном человека» ученые обращают свое внимание на «протеом» человека, каталог всех белков человека. Эта работа показала, что мир белков — захватывающий мир, полный молекул с такими сложными формами и точными функциями, что они кажутся почти фантастическими.
Функция белка зависит от его формы, и когда формирование белка идет наперекосяк, полученные в результате деформированные белки вызывают проблемы, которые варьируются от плохих, когда белки пренебрегают своей важной работой, до уродливых, когда они образуют липкое, комковатое месиво внутри клеток. Текущие исследования показывают, что мир белков далеко не безупречен. Формирование белка — процесс, подверженный ошибкам, и ошибки на этом пути связаны с рядом заболеваний человека.
Огромный мир протеинов:
В типичной клетке человека имеется от 20 000 до более 100 000 уникальных типов белков. Почему так много? Белки — рабочие лошадки клетки. Каждый мастерски выполняет определенную задачу. Некоторые из них являются структурными, например, придают жесткость и жесткость мышечным клеткам или длинным тонким нейронам. Другие связываются с определенными молекулами и перемещают их в новые места, а третьи катализируют реакции, которые позволяют клеткам делиться и расти. Это богатство разнообразия и специфичности функций стало возможным благодаря, казалось бы, простому свойству белков: они складываются.
Белки складываются в функциональную форму
Белок начинается в клетке как длинная цепь, состоящая в среднем из 300 строительных блоков, называемых аминокислотами. Существует 22 различных типа аминокислот, и их порядок определяет, как будет складываться белковая цепь. При складывании обычно сначала образуются два типа конструкций. Некоторые участки белковой цепи скручиваются в тонкие образования, называемые «альфа-спиралями», в то время как другие участки складываются в зигзагообразные узоры, называемые «бета-листами», которые напоминают складки бумажного веера. Эти две структуры могут взаимодействовать, образуя более сложные структуры. Например, в одной белковой структуре несколько бета-листов закручиваются вокруг себя, образуя полую трубку с несколькими альфа-спиралями, выступающими с одного конца. Трубка короткая и приземистая, так что общая структура напоминает змей (альфа-спирали), выходящих из банки (бета-листовая трубка). Несколько других белковых структур с описательными названиями включают «бета-баррель», «бета-пропеллер», «альфа/бета-подкова» и «складка желейного рулета».
Эти сложные структуры позволяют белкам выполнять свою разнообразную работу в клетке. Белок «змеи в банке», будучи внедренным в клеточную мембрану, создает туннель, который позволяет входить и выходить из клеток. Другие белки образуют формы с карманами, называемыми «активными центрами», которые имеют идеальную форму для связывания с определенной молекулой, как замок и ключ. Сворачиваясь в различные формы, белки могут выполнять очень разные роли, несмотря на то, что они состоят из одних и тех же основных строительных блоков. Проведем аналогию: все транспортные средства сделаны из стали, но гладкая форма гоночного автомобиля побеждает в гонках, в то время как автобус, самосвал, кран или замбони предназначены для выполнения своих уникальных задач.
Почему сворачивание белков иногда не удается?
Сворачивание позволяет белку принимать функциональную форму, но это сложный процесс, который иногда дает сбой. Сворачивание белка может пойти не так по трем основным причинам:
1: У человека может быть мутация, которая изменяет аминокислоту в белковой цепи, что затрудняет для определенного белка поиск предпочтительной складки или «нативного» состояния.
Это относится к наследственным мутациям, например, к муковисцидозу или серповидноклеточной анемии. Эти мутации расположены в последовательности ДНК или «гене», который кодирует один конкретный белок. Следовательно, эти типы наследственных мутаций влияют только на этот конкретный белок и связанную с ним функцию.
2: С другой стороны, нарушение фолдинга белков можно рассматривать как непрерывный и более общий процесс, затрагивающий многие белки. Когда создаются белки, машина, которая считывает указания ДНК для создания длинных цепочек аминокислот, может ошибаться. Ученые подсчитали, что эта машина, рибосома, допускает ошибки в 1 из каждых 7 белков! Эти ошибки могут привести к тому, что полученные белки будут менее склонны к правильному свертыванию.
3: Даже если аминокислотная цепочка не имеет мутаций или ошибок, она все равно может не достичь своей предпочтительной свернутой формы просто потому, что белки не складываются правильно в 100% случаев. Сворачивание белков становится еще более трудным, если условия в клетке, такие как кислотность и температура, отличаются от тех, к которым привык организм.
Нарушение фолдинга белка вызывает несколько известных заболеваний, и ученые предполагают, что многие другие заболевания могут быть связаны с проблемами фолдинга. Есть две совершенно разные проблемы, возникающие в клетках, когда их белки не сворачиваются должным образом.
Один тип проблем, называемый «потеря функций», возникает, когда недостаточное количество определенного белка сворачивается должным образом, вызывая нехватку «специализированных рабочих», необходимых для выполнения конкретной работы. Например, представьте, что правильно свернутый белок имеет идеальную форму, чтобы связывать токсин и расщеплять его на менее токсичные побочные продукты. Без достаточного количества правильно свернутого белка токсин будет накапливаться до опасного уровня. В качестве другого примера, белок может отвечать за метаболизм сахара, чтобы клетка могла использовать его для получения энергии. Клетка будет расти медленно из-за нехватки энергии, если в ее функциональном состоянии присутствует недостаточное количество белка.
Причина, по которой клетка заболевает, в этих случаях связана с недостатком одного конкретного, правильно свернутого, функционального белка. Муковисцидоз, болезнь Тея-Сакса, синдром Марфана и некоторые формы рака являются примерами заболеваний, возникающих, когда один тип белка не может выполнять свою работу. Кто знал, что один тип белка из десятков тысяч может быть таким важным?
Белки, которые неправильно сворачиваются, также могут влиять на здоровье клетки независимо от функции белка. Когда белки не могут сворачиваться в свое функциональное состояние, получающиеся в результате неправильно свернутые белки могут быть деформированы в формы, неблагоприятные для переполненной клеточной среды. Большинство белков содержат липкие, «ненавидящие воду» аминокислоты, которые они прячут глубоко внутри своего ядра. Неправильно свернутые белки носят эти внутренние части снаружи, как конфеты в шоколаде, которые раздавили, чтобы обнажить липкую карамельную серединку. Эти неправильно свернутые белки часто слипаются, образуя комки, называемые «агрегатами».
Ученые предполагают, что накопление неправильно свернутых белков играет роль в ряде неврологических заболеваний, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и болезни Лу Герига (БАС), но ученые все еще работают над тем, чтобы выяснить, как именно эти неправильно свернутые липкие молекулы наносят ущерб клеткам. .
Один белок с неправильной укладкой выделяется среди остальных и заслуживает особого внимания. Белок «прион» при болезни Крейтцфельдта-Якоба, также известной как коровье бешенство, является примером неправильно свернутого белка. Этот белок не только необратимо неправильно свернут, но и переводит другие функциональные белки в свое скрученное состояние.
Как наши клетки защищают себя от неправильно свернутых белков?
Недавние исследования показывают, что неправильное свертывание белков часто происходит внутри клеток. К счастью, клетки привыкли справляться с этой проблемой и имеют несколько систем для рефолдинга или разрушения аберрантных белковых образований.
Сопровождающие — одна из таких систем. Названные соответствующим образом, они сопровождают белки в процессе фолдинга, улучшая шансы белка на правильное фолдинг и даже позволяя некоторым неправильно свернутым белкам снова фолдироваться. Интересно, что шапероны сами по себе являются белками! Есть много разных типов шаперонов. Некоторые специально предназначены для помощи одному типу белков, в то время как другие действуют более широко. Некоторые шапероны имеют форму больших полых камер и предоставляют белкам безопасное пространство, изолированное от других молекул, в котором они могут сворачиваться. Производство нескольких шаперонов увеличивается, когда клетка сталкивается с высокими температурами или другими условиями, затрудняющими сворачивание белка, поэтому эти шапероны получили псевдоним «белки теплового шока».
Другая линия клеточной защиты от белков с неправильной укладкой называется протеасомой. Если неправильно свернутые белки остаются в клетке, они будут уничтожены этой машиной, которая пережевывает белки и выплевывает их в виде небольших фрагментов аминокислот.
Протеасома похожа на центр рециркуляции, позволяющий клетке повторно использовать аминокислоты для производства большего количества белков. Сама протеасома представляет собой не один белок, а множество действующих вместе. Белки часто взаимодействуют, образуя более крупные структуры с важными клеточными функциями. Например, хвост сперматозоида человека представляет собой структуру, состоящую из многих типов белков, которые вместе образуют сложный роторный двигатель, толкающий сперматозоид вперед.
Будущие исследования фолдинга и неправильного фолдинга белков:
Почему некоторые белки с неправильным фолдингом способны избегать таких систем, как шапероны и протеасомы? Каким образом липкие неправильно свернутые белки могут вызывать перечисленные выше нейродегенеративные заболевания? Некоторые белки неправильно сворачиваются чаще, чем другие? Эти вопросы находятся на переднем крае текущих исследований, направленных на понимание базовой биологии белков и болезней, возникающих в результате неправильной укладки белков.
Огромный мир белков с их огромным разнообразием форм наделяет клетки способностями, которые позволяют существовать жизни и обеспечивают ее разнообразие (например, различия между клетками глаза, кожи, легких или сердца, а также различия между видами ). Возможно, по этой причине слово «белок» происходит от греческого слова «протас», что означает «первостепенное значение».
– Предоставлено Керри Гейлер, аспиранткой 4-го курса факультета органической и эволюционной биологии Гарварда
Новая технология обеспечивает быстрый синтез белка | MIT News
Многие белки используются в качестве лекарств от таких заболеваний, как диабет, рак и артрит. Синтез искусственных версий этих белков — трудоемкий процесс, требующий генно-инженерных микробов или других клеток для производства желаемого белка.
Химики Массачусетского технологического института разработали протокол, позволяющий значительно сократить время, необходимое для создания синтетических белков.
Их настольная автоматизированная машина синтеза потока может за несколько часов соединить сотни аминокислот, строительных блоков белков. Исследователи считают, что их новая технология может ускорить производство лекарств по требованию и разработку новых лекарств, а также позволит ученым создавать искусственные белки, включающие аминокислоты, которых нет в клетках.
«Вы можете создать новые варианты, обладающие превосходной биологической функцией, благодаря использованию неприродных аминокислот или специальных модификаций, которые невозможны, когда вы используете природный аппарат для создания белков», — говорит Брэд Пентелюте, доцент химии в MIT и старший автор исследования.
В статье, опубликованной сегодня в Science , исследователи показали, что они могут химически производить несколько белковых цепей длиной до 164 аминокислот, включая ферменты и факторы роста. Для нескольких этих синтетических белков они провели подробный анализ, показывающий, что их функция сравнима с функцией их естественных аналогов.
Ведущими авторами статьи являются бывший постдоктор Массачусетского технологического института Нина Хартрампф, ныне доцент Цюрихского университета, аспирант Массачусетского технологического института Азин Саеби и бывший технический сотрудник Массачусетского технологического института Маккензи Поскус.
Быстрое производство
Большинство белков человеческого организма имеют длину до 400 аминокислот. Синтез больших количеств этих белков требует доставки генов нужных белков в клетки, которые действуют как живые фабрики. Этот процесс используется для программирования бактериальных или дрожжевых клеток для производства инсулина и других лекарств, таких как гормоны роста.
«Это трудоемкий процесс», — говорит Томас Нильсен, руководитель отдела исследовательской химии в Novo Nordisk, который также является автором исследования. «Сначала вам нужен доступный ген, и вам нужно знать кое-что о клеточной биологии организма, чтобы вы могли сконструировать экспрессию своего белка».
Альтернативный подход к производству белка, впервые предложенный в 1960-х годах Брюсом Меррифилдом, который позже был удостоен Нобелевской премии по химии за свою работу по твердофазному синтезу пептидов, заключается в поэтапном химическом соединении аминокислот. Есть 20 аминокислот, которые живые клетки используют для создания белков, и с использованием методов, впервые разработанных Меррифилдом, для проведения химических реакций, необходимых для добавления одной аминокислоты в пептидную цепь, требуется около часа.
В последние годы лаборатория Пентелуте изобрела более быстрый метод проведения этих реакций, основанный на технологии, известной как проточная химия. В их машине химические вещества смешиваются с помощью механических насосов и клапанов, и на каждом этапе общего синтеза они проходят через нагретый реактор, содержащий слой смолы. В оптимизированном протоколе формирование каждой пептидной связи занимает в среднем 2,5 минуты, а пептиды длиной до 25 аминокислот могут быть собраны менее чем за час.
После разработки этой технологии компания Novo Nordisk, производящая несколько белковых препаратов, заинтересовалась сотрудничеством с лабораторией Pentelute для синтеза более длинных пептидов и белков. Для этого исследователям нужно было повысить эффективность реакций, которые формируют пептидные связи между аминокислотами в цепи. Для каждой реакции их предыдущая эффективность была между 95 и 98 процентов, но для более длинных белков им требовалось, чтобы он был выше 99 процентов.
«Идея заключалась в том, что если бы мы действительно преуспели в производстве пептидов, мы могли бы расширить технологию для производства белков», — говорит Пентелюте. «Идея состоит в том, чтобы иметь машину, к которой пользователь мог бы подойти и ввести последовательность белков, и она соединяла бы эти аминокислоты таким эффективным образом, что в конце дня вы могли бы получить желаемый белок. . Это было очень сложно, потому что, если химия не близка к 100 процентам на каждом этапе, вы не получите желаемого материала».
Чтобы увеличить шансы на успех и найти оптимальный рецепт для каждой реакции, исследователи проводили реакции связывания аминокислот в различных условиях. В этом исследовании они собрали универсальный протокол, который достиг средней эффективности более 99 процентов для каждой реакции, что имеет большое значение, когда так много аминокислот связываются с образованием больших белков, говорят исследователи.
«Если вы хотите производить белки, этот дополнительный 1 процент действительно имеет решающее значение, потому что побочные продукты накапливаются, и вам нужен высокий процент успеха для каждой включенной аминокислоты», — говорит Хартрампф.
Используя этот подход, исследователи смогли синтезировать белок, содержащий 164 аминокислоты — Sortase A, бактериальный белок. Они также произвели проинсулин, предшественник инсулина с 86 аминокислотами, и фермент под названием лизоцим, который имеет 129 аминокислот, а также несколько других белков. Желаемый белок должен быть очищен, а затем сложен в правильную форму, что добавляет еще несколько часов к общему процессу синтеза.
Все очищенные синтезированные белки были получены в миллиграммовых количествах, что составляло от 1 до 5% от общего выхода.
Медицинская химия
Исследователи также проверили биологические функции пяти своих синтетических белков и обнаружили, что они сравнимы с функциями биологически экспрессируемых вариантов.
Способность быстро генерировать любую желаемую белковую последовательность должна ускорить разработку и тестирование лекарств, говорят исследователи. Новая технология также позволяет включать в белки аминокислоты, отличные от 20, закодированных ДНК живых клеток, что значительно расширяет структурное и функциональное разнообразие потенциальных белковых лекарств, которые могут быть созданы.
«Это прокладывает путь к новой области белковой медицинской химии», — говорит Нильсен. «Эта технология действительно дополняет то, что доступно фармацевтической промышленности, предоставляя новые возможности для быстрого открытия биофармацевтических препаратов на основе пептидов и белков».
