Arginine, hay L-arginine, là một axit amin bán thiết yếu giữ vai trò trung tâm trong nhiều quá trình sinh lý học và chuyển hóa tế bào ở cơ thể người. Trong điều kiện sinh lý bình thường, cơ thể có khả năng tự tổng hợp arginine thông qua các phản ứng sinh hóa của chu trình ure tại gan và thận. Tuy nhiên, trong các giai đoạn phát triển nhanh, chấn thương mô nặng, phẫu thuật hoặc nhiễm trùng huyết, nhu cầu sử dụng vượt quá khả năng sản xuất nội sinh, biến arginine trở thành một axit amin thiết yếu có điều kiện.
Arginine tham gia trực tiếp vào quá trình sinh tổng hợp protein, kích thích phản ứng miễn dịch và đóng vai trò là tiền chất duy nhất để sinh tổng hợp phân tử nitric oxide thông qua enzyme nitric oxide synthase, điều hòa huyết áp và tuần hoàn mao mạch.
Cấu trúc hóa học và đặc tính phân tử
Arginine mang một nhóm bazơ guanidinium ở đầu chuỗi bên, giúp phân tử tích điện dương mạnh ở môi trường pH sinh lý. Cấu trúc điện tích này cho phép arginine hình thành các liên kết ion và liên kết hydro bền vững với các gốc phosphate của nucleic acid hoặc vùng hoạt động của nhiều loại enzyme xúc tác.
Công thức cấu trúc hóa học của arginine được biểu diễn như sau:
Con đường sinh tổng hợp và chuyển hóa
Trong cơ thể động vật có vú, chu trình ure là con đường chính để tái tạo và luân chuyển arginine. Quá trình bắt đầu từ citrulline ngưng tụ với phân tử aspartate nhờ enzyme argininosuccinate synthase, sau đó phân cắt tạo thành arginine và fumarate nhờ enzyme argininosuccinate lyase.
Arginine sau đó có thể trải qua hai số phận chuyển hóa quan trọng: bị enzyme arginase thủy phân thành ornithine và ure để bài tiết nitơ dư thừa, hoặc tham gia vào con đường sinh tổng hợp nitric oxide:
Chức năng sinh học và ứng dụng lâm sàng
Nhờ khả năng sản sinh nitric oxide, arginine đóng vai trò tối quan trọng trong việc giãn cơ trơn mạch máu, ngăn ngừa kết tập tiểu cầu và bảo vệ lớp nội mô mạch. Sự thiếu hụt cơ chất arginine dẫn đến suy giảm hoạt tính enzyme nitric oxide synthase nội mô, kéo theo tình trạng co thắt mạch và rối loạn chức năng tuần hoàn.
Bên cạnh đó, arginine là tiền chất không thể thiếu để tổng hợp creatine phục vụ dự trữ năng lượng cơ vân, đồng thời là nguồn cung cấp polyamine hỗ trợ tái tạo mô và phân chia tế bào. Trong dinh dưỡng lâm sàng, việc bổ sung arginine được áp dụng nhằm nâng cao miễn dịch tế bào lympho T, đẩy nhanh tốc độ lành vết thương phẫu thuật và hỗ trợ phục hồi bỏng diện rộng.