Биологическая роль и польза для здоровья бетаина в зерновых культурах (обзор)

Введение. Полтора века тому назад немецкий химик Г. Шейблер выделил новое органическое вещество из сахарной свеклы ( Beta vulgaris ) и назвал его «бетаином». Химическое соединение, описанное ученым, представляло собой триметильное производное самой маленькой аминокислоты глицина, N,N,N-триметилглицин. Теперь его часто называют «глицин бетаином», чтобы отличить от родственных соединений, а именно: пролин бетаина, β-аланин бетаина, бетаницина, тригонеллина, карнитина [23, 33].

Известно, что бетаин осуществляет несколько основных функций в организмах растений и животных: во-первых, это главный осмотический агент, который накапливается в большинстве тканей и помогает осуществлять регуляцию объема клеток; во-вторых, это возможный шаперон, необходимый для стабилизации структуры нативного белка и предотвращения его деградации в стрессовых условиях; в третьих, у высших животных и человека – это донор метильной группы в метаболическом процессе трансметилирования гомоцистеина [7]. В организме человека бетаин повышает стабильность молекул белка за счет усиления структуры ок- ружающей их воды и эффективного ослабления денатурирующего влияния мочевины [9].

Как совместимый осмолит, он защищает клетки от осмотического стресса, достигая мил-лимолярных концентраций в некоторых типах тканей [5]. Следует отметить, что уникальные свойства бетаина заключаются в его химической структуре. Как известно, осмолиты – небольшие органические соединения, которые накапливаются растительными и животными клетками в состоянии стресса во время действия неблагоприятных внешних факторов. Органические осмолиты являются совместимыми растворенными веществами, поскольку их взаимодействие с биологическими макромолекулами не мешает выполнению клеточных функций [39].

В организме млекопитающих и человека роль бетаина заключается в поставке метильных групп для превращения непротеиногенной аминокислоты гомоцистеина в метионин при помощи фермента бетаин-гомоцистеин метилтрансферазы. Бетаин поступает в организм человека с пищей, а также может синтезироваться путем двухступенчатого окисления свободного холина при помощи холин дегидрогеназы [8]. Как бетаин, так и холин широко представлены в разнообразных продовольственных продуктах. Диетическими источниками холина в основном являются яйца, говядина, свинина, печень, морепродукты и молоко, бетаин получают из некоторых зерновых культур, свеклы и шпината [6, 10, 11, 37].

Исследования функций бетаина, выполненные в последние годы, свидетельствуют о широком спектре его пользы для здоровья [8, 32]. Хотя зерновые культуры считаются одним из основных компонентов питания человека, исследований содержания в них бетаина проведено недостаточно, а в Российской Федерации публикации по указанной теме практически отсутствуют.

Цель исследования : анализ современной научной литературы по влиянию на здоровье человека бетаина, входящего в состав зерновых культур.

Содержание бетаина в организме человека

Бетаин является важным функциональным веществом, он присутствует практически во всех тканях человека. В плазме крови здоровых людей бетаин находится обычно на уровне

20–70 мкмоль/л [23]. Известно, что суточная доза бетаина для большинства людей (в разных группах населения) составляет от 100 до 300 мг и редко превышает 400–500 мг [9, 35], при этом высказывались мнения о том, что ежедневный прием бетаина может составлять более 1 г в день [8]. На основе оценок имеющихся в литературе сведений о потреблении пищевых продуктов сделано заключение, что в организм человека зерно поставляет в составе Западной диеты приблизительно 60–67 % бетаина и 20–40 % в диетах Юго-Восточной Азии [31]. Диета, основанная на ежедневном потреблении 100 г цельнозерновой пшеницы, обеспечивает поступление 231 мг бетаина в сутки [30]. По итогам выполненных исследований среднее потребление бетаина человеком было оценено в 131 мг/сут (119 мг/сут у женщин и 147 – у мужчин) или 298 мг/сут [31, 35]. При этом трудно разработать долгосрочную приемлемую диету, которая способна обеспечить поступление более 800 мг/сут бетаина [23]. Европейская комиссия, основываясь на сохранении здоровья человека, утвердила требования, предъявляемые к бетаину, для его использования в пищевых добавках в ЕС: бетаин должен быть получен из естественных источников, натурального продовольственного сырья [36].

Роль бетаина в уменьшении циркуляции гомоцистеина в крови

Сегодня представляется весьма вероятным, что нарушения метаболизма бетаина могут сопровождаться развитием сердечно-сосудистых заболеваний [22]. Установлено, что повышение концентрации общего гомоцистеина в плазме крови является фактором риска развития атеросклеротических заболеваний коронарных, церебральных и периферических сосудов, а также появления артериальных и венозных тромбозов [3]. Поэтому в последние годы большое внимание отводится изучению роли бетаина в обеспечении уменьшения циркуляции гомоцистеина в крови и как биомаркера повышенного риска сосудистых заболеваний [2]. Ученые исследуют диетические источники бетаина и его предшественника холина с позиций потенциального влияния этих веществ на здоровье человека [1, 17, 28, 30]. В этом плане установлено, что биодоступность диетического бетаина довольно высока, так как он хорошо растворим в воде и не связан с белком [1].

В настоящее время известен широкий спектр медицинских преимуществ бетаина [8, 23]. Так, установлено, что долгосрочное добавление бетаина в пищу оказывает длительное положительное влияние на снижение концентрации циркулирующего гомоцистеина [26]. Найдено, что алейроновые фракции зерна и пшеничные отруби способны выступать хорошим источником бетаина, оказывающим благоприятное физиологическое действие на человека. Показано более чем двукратное увеличение содержания бетаина в плазме крови после употребления как пшеничных отрубей, так и алейроновых фракций зерна по сравнению с исходным уровнем [15, 18, 27].

В другой работе было изучено влияние богатой алейроновыми фракциями зерна диеты на метаболические факторы риска у пожилых людей с избыточным весом. Восемьдесят внешне здоровых мужчин и женщин включали в свой рацион в течение четырех недель либо обогащенные алейроновой фракцией зерновые продукты (27 г/сут), либо контрольные продукты, сбалансированные по клетчатке и макроэлементам. Результаты показали, что потребление продуктов, обогащенных алейроновыми фракциями зерна, приводило к достоверно более высоким концентрациям бетаина и более низким концентрациям гомоцистеина в плазме крови. Это сопровождалось значительным снижением содержания сывороточного холестерина низкой плотности [28].

В литературе описаны результаты проведенного метаанализа экспериментальных работ, в которых изучалось ежедневное добавление бетаина для определения диапазона его эффектов на снижение содержания гомоцистеина в плазме крови. Полученная объединенная оценка влияния включения бетаина в диету на уровень гомоцистеина была статистически значимой [25]. Выполненные исследования показали, что бетаин играет важную роль в профилактике ряда серьезных заболеваний человека. Установлено, что бетаиновая терапия сама по себе может предотвращать сосудистые события и может иметь клинические преимущества при других расстройствах в случае ее использования в качестве вспомогательной терапии [8, 20, 29].

Механизмы влияния биотина на уменьшение риска возникновения заболеваний

Имеющаяся в публикациях информация свидетельствует, что бетаин регулирует работу ферментов, участвующих в гомоцистеин/метиониновом цикле. Одним из основных механизмов, с помощью которого это происходит, является изменение активности ферментов или изменение их статуса фосфорилирования через специфические киназы [12]. Кроме того, было показано, что бетаин приводит к повышению регуляции митохондриального дыхания и активности цито-хром-С-оксидазы в клетках [21]. Отметим, что митохондриальные и антиоксидантные регулирующие свойства бетаина могут играть первостепенную роль в его механизмах гепатопротек-ции [16].

Кроме описания позитивных результатов влияния диетического бетаина на снижение сердечно-сосудистых заболеваний в литературе приводятся обнадеживающие данные о роли этого вещества: в защите от аллергии [34], уменьшении риска возникновения рака кишечника [40], продлении сроков выживаемости некоторых онкологических больных [13], предотвращении гиперлипидемии [19], снижении резистентности к инсулину [14].

В экспериментах, выполненных на мышах, было установлено, что при метионин-холиновой недостаточности бетаин уменьшает уровни сывороточных липопротеидов низкой плотности, в то же время он увеличивает содержание липопротеидов высокой плотности. По мнению авторов, благоприятное действие бетаина в этих условиях было связано со снижением окислительного стресса [38]. Исследования, выполненные на грызунах, показали, что эффективные диетические добавки бетаина могут иметь полезные нейропротекторные свойства, возможно, способствуя профилактике и/или контролю болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и глаукомы, одновременно уменьшая повреждение нейронов, связанное с травмой мозга или инсультом [24].

В целом выполненные научные исследования показали положительный вклад бетаина в сохранение здоровья человека и животных [4, 8, 9, 23, 41].

Заключение. Присутствие бетаина в организме является необходимым условием для

Вестник КрасГАУ. 2020. № 1 превращения гомоцистеина в метионин. Сегодня представляется весьма вероятным, что нарушения метаболизма бетаина сопровождаются повышением концентрации гомоцистеина в плазме крови, что является фактором риска развития атеросклеротических заболеваний сосудов и появлением тромбозов. Показано, что бетаиновая терапия может предотвращать сосудистые события и иметь клинические преимущества в защите от аллергии, уменьшении риска возникновения некоторых форм рака, продлении сроков выживаемости онкологических больных, снижении резистентности к инсулину.

Исходя из этого, бетаин сегодня используется в качестве ингредиента функционального питания и пищевой добавки. Зерновые продукты относятся к основным пищевым источникам бетаина во многих группах населения. В последние годы в некоторых западных странах начаты работы по изучению содержания бетаина в различных культурных и диких видах злаков. В России работы, посвященные изучению этих важных химических соединений в зерне, практически полностью отсутствуют.