Физиологическое значение белков. Физиологическое значение белков, нуклеиновых кислот и некоторых процессов обмена веществ. Потребность в нормировании жиров

Химические превращения, происходящие в различных органах, тканях и клетках одного и того же организма и разных видов живых существ, неодинаковы. Неодинаково и их физиологическое значение. Клеткам разных тканей и органов и клеткам разных видов живых организмов свойственны как общие для них всех, так и присущие только некоторым из них синтетические процессы - образование определенных химических соединений, имеющих значение в жизнедеятельности клетки и целостного организма.

Эволюция видов и индивидуальное развитие организмов проявляются не только в морфологических, но и в биохимических изменениях (биохимическая эволюция), лежащих в основе фило- и онтогенеза функций. Определенная направленность процессов обмена веществ характеризует процессы формообразования, т. е. рост и развитие организма, дифференциацию его клеток. Различия в молекулярных и внутримолекулярных физико-химических процессах, происходящих в микроструктурах ядра и протоплазмы клеток, в их органеллах, неразрывно связаны Ь особенностями их жизнедеятельности, с их функциями.

Наибольшее биологическое значение в жизни клеток - в их обмене веществ - имеют белки и нуклеиновые кислоты. С этими веществами связаны все основные проявления жизни.

В последние годы изучение нуклеиновых кислот, входящих в состав ядра и протоплазмы клеток, привело к открытиям выдающегося научного значения: установлена роль этих химических соединений в синтезе белков организма и передаче наследственных свойств.

Нуклеиновые кислоты ядра - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - и протоплазмы клетки - рибонуклеиновая кислота (РНК) - представляют собой сложнейшие макромолекулы клетки. Они состоят из большого числа мононуклеотидов и являются полимерами - полинуклеотидами. Число мононуклеотидов в молекуле ДНК не менее 10 000. Остов молекулы мононуклеотида построен из чередующихся остатков фосфорной кислоты и пятиуглеродного сахара (дезоксирибозы - в молекуле ДНК и рибозы - в молекуле РНК). К углеводным остаткам присоединены образующие боковые цепочки азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин и тимин (в молекуле ДНК) или аденин, гуанин, цитозин и урацил (в молекуле РНК). Различные комбинации этих четырех оснований в мононуклеотиде приводят к огромному разнообразию структуры полинуклеотидов. Как показали рентгеноструктурные исследования (исследования диффракции рентгеновых лучей) Крика и Уотсона, молекулы ДНК представляют собой две вытянутые цепочки, обвивающие друг друга и образующие таким образом двойную спираль. Структура ДНК специфична для данного вида живых организмов.

Строение молекулы ДНК определяет структуру РНК; структура же этого соединения определяет строение молекул белка, синтезируемого в протоплазме клеток, т. е. последовательность входящих в состав белка аминокислот. Роль ДНК сравнивают с ролью архитектора, создающего проект постройки, а роль РНК-с работой инженера-строителя, строящего сооружение из отдельных кирпичей.

ДНК подавляющим числом биологов рассматривается как носитель генетической информации, как вещество, структура которого определяет наследственные свойства организма. Последние закодированы в последовательности расположения оснований в молекуле ДНК, что и обусловливает наследственно закрепленные особенности синтеза белков и ферментов в клетках органов развивающегося зародыша.

Эти исследования приближают время, когда появится возможность, как об этом мечтали К. А. Тимирязев и другие выдающиеся биологи, «лепить органические формы». Уже сейчас удалось превращать один штамм бактерий в другой, т. е. одну их разновидность в другую, перенося ДНК одного из них другому.

Белки, или протеины, представляют собой сложнейшие химические соединения - полимеры, образованные разными сочетаниями 20 различных аминокислот. Биосинтез белков происходит при непосредственном направляющем участии нуклеиновых кислот, которые играют роль как бы шаблона, матрицы, служащей «каркасом» для «сборки» белковой молекулы из отдельных аминокислот. Генетически обусловленные различные сочетания структурных компонентов нуклеиновых кислот определяют синтез в клетках бесконечно разнообразных по своему молекулярному строению белков, образуемых различными организмами и разными их органами и тканями.

Белки животных разных видов и разных индивидуумов, относящихся к одному и тому же виду, а также разных органов и тканей одного и того же индивидуума различаются. Поэтому говорят о видовой, индивидуальной, органной и тканевой специфичности клеточных белков. С видовой специфичностью белков связано то, что введение в кровь животному одного вида белков животного другого вида оказывается небезразличным для организма и вызывает различные реакции (образование иммунных тел, анафилактические реакции и т.п.). Введение натуральных, т. е. не подвергнутых специальной обработке, чужеродных белков нередко вызывает тяжелые нарушения состояния организма, которые могут привести его к гибели. Поэтому недопустимо переливание крови или ее плазмы от животного человеку. В связи с биологической несовместимостью белков животных разных видов оканчиваются неудачей пересадки их органов. При таких операциях - гетеротрансплантациях - пересаженный орган не приживается и через короткое время отмирает. Индивидуальная специфичность белков разных организмов одного и того же вида менее выражена. Однако именно с индивидуальной специфичностью белков связана неудача пересадок органов одного животного другому, относящемуся к тому же самому виду. Такие операции - гомотрансплантации - также обычно заканчиваются рассасыванием или гибелью трансплантата, т. е. пересаженного органа.

Органная и тканевая специфичность белков находит выражение в различиях белков разных органов и тканей. Так, в высокодифференцированных клетках организма, приспособленных к выполнению определенных функций, образуются белки, которые характерны, специфичны именно для данной клетки. Таковы белки, входящие в состав специализированных клеточных структур. Например, в миофибриллах, тонких волоконцах внутри мышечных клеток, содержатся обладающие определенными ферментативными свойствами белки - миозин и актин, благодаря изменению которых осуществляется процесс мышечного сокращения (поэтому их называют сократительными белками). В клетках соединительной ткани содержатся белки - коллагены, составляющие белковую основу волокон, образуемых соединительнотканными клетками. Коллагеновые волокна отличаются гибкостью, прочностью на разрыв, высоким модулем упругости. С этими их свойствами связаны опорные и механические функции клеток соединительной ткани (рыхлой и волокнистой, хрящевой и костной).

Значение многих белков в организме обусловлено их ферментативными свойствами, их способностью катализировать определенные процессы расщепления и синтеза различных органических соединений.

Для процессов обмена белков в клетках организма характерно постоянно происходящее самообновление их, состоящее в расщеплении и ре-синтезе клеточных белков.

Синтез белков протоплазмы и клеточных структур относят к числу пластических процессов, связанных с построением клеток и внутриклеточных образований. Пластические Процессы отличают от энергетических, главное значение которых состоит в доставке клеткам энергии, необходимой для их жизнедеятельности. Среди энергетических процессов особое место занимает обмен некоторых веществ, являющихся при их расщеплении основными поставщиками энергии, используемой при деятельности клеток, например при мышечном сокращении, при многих синтетических процессах. К числу таких веществ относятся макроэргические соединения, одним из представителей которых является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Отщепление от АТФ двух остатков фосфорной кислоты связано с освобождением большого количества энергии (отщепление одного остатка фосфорной кислоты приводит к освобождению около 10 000 калорий на 1 грамм-молекулу вещества).

В разных клетках происходит множество специфичных лишь для них химических превращений. Так, некоторые химические соединения образуются лишь в определенных клетках или внутриклеточных структурах. Их образование и выделение клеткой во внешнюю или внутреннюю среду составляют основную функцию данной клетки. Например, образование и выделение соляной кислоты свойственны лишь обкладочным клеткам желудочных желез; образование фермента трипсиногена происходит лишь во внешнесекреторных клетках поджелудочной железы. Синтез инсулина, имеющего важное значение в углеводном обмене организма, происходит также в клетках поджелудочной железы, только не во внешнесекреторных, а во внутрисекреторных - в так называемых бета-клетках островковой ткани. Образование ацетилхолина, являющегося химическим передатчиком нервного импульса с нервного окончания на иннервируемый орган, происходит в определенном участке нервного окончания.

Процессы обмена веществ - синтез и распад различных соединений - различны не только в разных клетках, но и в разных структурах высокодифференцированной клетки. Гистохимические методы и методика изотопных индикаторов позволили установить участие различных структур клетки в процессах обмена веществ. При этом оказалось, что расщепление углеводов - гликолиз - происходит в цитоплазме, процессы окислительного фосфорилирования осуществляются в митохондриях; ранние стадии синтеза белка происходят в цитоплазме, а более поздние - в микросомах. Соответственно этому неодинаково распределение различных ферментов в разных частях клетки.

Непрерывно протекающие в клетках организма процессы обмена веществ, гак же, впрочем, как и все остальные физиологические функции, не являются постоянными и неизменными. Они динамичны и изменчивы. Под влиянием воздействий внешней среды и сдвигов во внутренней среде организма обмен веществ может усиливаться или уменьшаться, он может и качественно изменяться. Так всегда происходит при деятельности клеток. При этом совершается переход от обмена покоя (всякий покой в организме является относительным, ибо жизненные процессы характеризуются затратой веществ и энергии) к рабочему обмену, тем более интенсивному, чем больше совершаемая клеткой деятельность.

Физиологическое значение белков. Белки – вещества, состоящие из аминокислот, требуются организму для синтеза соединений, образующих его структуры и обеспечивающих нормальную жизнедеятельность. В составе белков обнаруживаются 20 аминокислот.

В природе существует от 10 10 до 10 12 различных белков, составляющих основу ≈ 1,2 ∙10 6 видов живых организмов, начиная от вирусов и микробов и заканчивая человеком. Огромное разнообразие белков обусловлено способностью 20 протеиногенных L -аминокислот взаимодействовать друг с другом с образованием полимерных молекул с молекулярной массой от 5 тыс. до 1 млн. и более дальтон.

Каждому виду живых организмов присущ индивидуальный набор белков, который детерминирован наследственностью, закодированной в ДНК. Информация о линейной последовательности нуклеотидов ДНК переписывается в линейную последовательность аминокислотных остатков, которые в свою очередь определяют формирования трехмерной структуры индивидуального белка. Белковые молекулы выполняют структурную, транспортную, каталитическую, защитную, сократительную, гормональную функцию.

Резервная, или питательная, функция заключается в использовании белков в качестве источника аминокислот, расходующихся на синтез белков в качестве источника аминокислот. Запасные белки растительного происхождения, в соответствии с общепринятой классификацией относятся к классам проламинов (глиадин пшеницы, гордеин ячменя, зеин кукурузы) и глютаминов (оризенин риса, глютенин пшеницы). Именно эти белки широко распространены в природе и входят в состав пищи.

Растения синтезируют все необходимые им аминокислоты из более простых веществ. В отличие от них животные не могут синтезировать все аминокислоты, в которых они нуждаются. Часть из них они должны получать в готовом виде, т.е. с пищей. Эти последние принято называть незаменимыми аминокислотами.

Все аминокислоты (за исключением пролина) являются L -амино-кислотами, т.е. содержит аминогруппу (-NH 2), присоединенную к L -углероду (счет углеродных атомов ведется от карбокальной группы –COOH).

При недостатке белков в организме возникают серьезные нару­шения: замедление роста и развития детей, изменения в печени взрослых, изменение деятельности желез внутренней секреции, состава крови, ослабление умственной деятельности человека, снижение работоспособности и устойчивости организма к инфекционным заболеваниям.

Пищевая ценность белка зависит от «содержания и сбалансиро­ванности незаменимых аминокислот. Чем больше в нем незамени­мых аминокислот, тем он ценней. Источниками полноценного бел­ка являются мясо, рыба, молочные продукты, яйца, из растительных - бобовые (особенно соя), овсяные крупы, рис.

Пищевой белок в желудочно-кишечном тракте подвергается воздействию пищеварительных ферментов до аминокислот. Аминокислоты через мембранные структуры желудочно-кишечного тракта поступают в кровоток. В организме часть аминокислот используется как источник для синтеза белков. Данный процесс называется анаболизмом. Другая часть аминокислот подвергается катаболизму, т.е. процессу их разрушения (за счет окисления) с образованием энергии и конечных продуктов распада (оксида углерода, мочевина, аммиак).

Средняя суточная физиологическая потребность человека в белке постоянно уточняется. Рекомендации по нормам потребления белка отражаются в документах Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) и национальных организаций различных стран. В соответствии с рекомендацией ВОЗ величины физиологически обоснованной потребности организма человека в белке составляет 60–100 г в сутки или 12–15% от общей калорийности пищи. В пересчете на 1 кг массы тела потребность в белке в сутки у взрослого человека составляет 1 г, а для детей, в зависимости от возраста, от 1,05 до 4 г.

Во многих странах мира сегодня обнаруживается дефицит белка и, вероятно, эта проблема сохранится в ближайшую перспективу. По данным института питания РАМН, начиная с 1992 г в России потребление животных белковых продуктов снизилось на 25–35% и, соответственно, увеличилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопродуктов, макаронных изделий).

Наряду с аминокислотным составом биологическая ценность белков определяется и степенью их усвоения после переваривания. Степень переваривания зависит от структурных особенностей, активности ферментов, глубины гидролиза в желудочно-кишечном тракте и вида предварительной обработки белков в процессе приготовления пищи. Следует отметить, что тепловая обработка, разваривание, протирание, измельчение ускоряет переваривание белка, особенно растительного.

Животные белки имеют большую усвояемость, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается более 90% аминокислот, а из растительных – только 60–80%. Скорость усвоения белков убывает следующим образом: рыба > молочные продукты >мясо>хлеб>крупы. Следует отметить, что одной из причин более низкой усвояемости растительных белков является их взаимодействие с полисахаридами (целлюлозой, гемицеллюлозами), которые затрудняют доступ пищеварительных ферментов к полипептидам.

Физиологическое значение жира . Липиды – это нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь из клеток органическими растворителями – эфиром, хлороформом и бензолом. Они имеют большое химическое разнообразие. Однако можно все же сказать, что настоящие липиды – это сложные эфиры жирных кислот и какого–либо спирта. Настоящие липиды образуются в результате реакции конденсации глицерина и жирных кислот. Жир входит в состав клеток и тканей как пластический материал, используется организмом как источник энергии (30% от всей потребности орга­низма в энергии). Энергетическая ценность 1 г жира составляет 9 ккал (37,7 кДж). Жиры снабжают организм витаминами A и D, биологически активными веществами (фосфолипиды, токоферолы, стерины), придают пище сочность, вкус, повышают ее питатель­ность, вызывая у человека чувство насыщения.

Остаток поступившего жира после покрытия потребности организма откладывается в подкожной клетчатке в виде подкожно-жи­рового слоя и в соединительной ткани, окружающей внутренние органы. Как подкожный, так и внутренний жир является основным резервом энергии (запасной жир) и используется организмом при усиленной физической работе. Подкожно-жировой слой предохрняет организм от охлаждения, а внутренний жир защищает внут­ренние органы от ударов, сотрясений и смещений. При недостатке в питании жиров наблюдается ряд нарушений со стороны центральной нервной системы, ослабевают защитные силы организма, снижается синтез белка, повышается проницаемость капилляров, замедляется рост и т. д.

Вместе с белками и углеводами фосфолипиды участвуют в построении мембран клеток и субклеточных структур, выполняя роль несущих конструкций мембран.

Фосфолипиды, выделенные в качестве побочных продуктов при получении масел, являются хорошими эмульгаторами. Они применяются в хлебопекарной и кондитерской промышленностях при производстве маргариновой продукции.

Примерно в половине случаев жир, содержащийся в пищевых продуктах, непосредственно виден (например, в таких чисто жировых продуктах, как жидкие масла, сало, сливочное масло и прослойка жира в беконе и других мясных продуктах). В остальных случаях жир присутствуют в скрытом виде (скрытый жир), т.е. в продуктах содержится мельчайшие капельки жира, невидимого невооруженным глазом. Примером могут служить мясо, колбаса и сыр. Поскольку современные методы откармливания убойного скота способствует отложению скрытого жира, в рационе питания жителей содержание жира чрезмерно высоко. В этой связи часто трудно бывает составить сбалансированный в количественном и качественном отношениях пищевой рацион.

Биологическая ценность жира зависит также от содержания в нем различных жирорастворимых витаминов А и В (в рыбьем жире, сливочном масле), витамина Е (в растительных маслах), фосфатидов, стеринов. Фосфатиды и стерины, входя в состав всех кле­ток и тканей, влияют на процессы жирового обмена и секрецию гормонов. Ими богаты молоко, сметана, яичный желток, расти­тельные масла.

Суточная норма потребления жира - 1,4-2,2 г на 1 кг массы человека, т. е. всего 63-158 г в зависимости от возраста, пола, ха­рактера труда и климатических условий местности, из них жиры животного происхождения должны составлять 70%, а раститель­ные - 30%.

Углеводы и их физиологическое значение. Углеводы составляют основную часть сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах и других продуктах. Главными усвояемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. Крахмал является главным энергетическим ресурсом человеческого организма. Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. На долю крахмала приходится примерно 80 % всех потребляемых человеком углеводов.

Моносахариды и олигосахариды присутствуют в зерновых в относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в человеческий организм с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое и др.)

В настоящее время общепризнано, что необходимо увеличить в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи и фрукты. Хлеб из цельного зерна, с точки зрения содержания пищевых волокон, гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов, не содержащих алейронового слоя и зародыша.

Источником снабжения организма углеводами являются расти­тельные продукты, в которых они представлены в виде моносаха­ридов, дисахаридов и полисахаридов.

Моносахариды - самые простые углеводы, сладкие на вкус, растворимые в воде. К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу. Глюкоза содержится во многих плодах и ягодах (вино­град) и образуется в организме при расщеплении дисахаридов и крахмала пищи. Фруктоза, обладая теми же свойствами, что и глюкоза, более благоприятна для организма человека. Она втрое слаще глюкозы и вдвое сахарозы, что позволяет, не снижая уровня сладости пи­щи, употреблять меньше сахаров, а это необходимо при заболева­нии сахарным диабетом и тучности. Содержится фруктоза в меде, яблоках, грушах, арбузе, смородине и т. п.

Галактоза является составной частью молочного сахара (лактозы), обладает слабо выраженным сладким вкусом. Как и фруктоза, благоприятна для организма, не повышает содержания сахара в крови.

Дисахариды (сахароза, лактоза и мальтоза) - это углеводы, сладкие на вкус, растворимые в воде, в организме человека расщепляются на две молекулы моносахаридов с образованием из сахарозы - глюкозы и фруктозы, из лактозы - глюкозы и галактозы, из мальтозы - двух молекул глюкозы.

Сахарозу человек употребляет в основном в виде сахара, в котором ее 99,7%, кроме того, она содержится в свекле, моркови, сливах, абрикосах, бананах. Лактоза в организм поступает с молоком и молочными продук­тами, благоприятно действует на жизнедеятельность молочнокислых бактерий в кишечнике, подавляя тем самым развитие гнилостных микробов.

Моно- и дисахариды легко усваиваются организмом и быстро покрывают энергетические затраты человека при усиленных физических нагрузках. Избыточное употребление сладких углеводов может привести к повышению содержания сахара в крови, следовательно, к отрицательному действию на функцию поджелудочной железы, к развитию атеросклероза и ожирению.

Полисахариды - это сложные углеводы, состоящие из многих молекул глюкозы, не растворимы в воде, обладают несладким вкусом. К ним относят: крахмал, гликоген, клетчатку.

Крахмал в организме человека под действием пищеварительных соков расщепляется до глюкозы, постепенно удовлетворяя потребность организма в энергии на длительный период. Многие продукты, содержащие крахмал (макаронные изделия, картофель, хлеб, крупы), вызывают у человека чувство насыщения.

Гликоген содержится в небольших количествах в животной пище (печени, мясе). В процессе пищеварения гликоген пищи расщепляется до глюкозы. В организме человека гликоген образуется из глюкозы и накапливается в печени в качестве запасного энергетического материала. При снижении содержания сахара в крови гликоген превращается в глюкозу, тем самым поддерживая постоянный процент его (80-120 мг %).

Клетчатка в организме человека не переваривается из-за отсутствия в пищеварительных соках фермента целлюлазы, но стимулирует перестальтику кишок, выводит из организма холестерин, создает условия для развития полезных кишечных бактерий, способствуя тем самым лучшему пищеварению и усвоению пищи. Содержится клетчатка во всех растительных продуктах (от 0,5 до 3%).

Пектиновые вещества, попадая в организм человека с овощами, фруктами; стимулируют процесс пищеварения и способствуют выведению из организма вредных веществ.

Углеводы занимают исключительно большое место в питании. Их доля в продуктах питания человека составляет 56-60% (по калорийности), а у населения развивающихся стран – 80-90%.

Как уже ранее было отмечено, основным источником углеводов являются растительные продукты. В пищевых продуктах животного происхождения их содержится немного. Относительная сладость сахаров (моно- и дисахаридов) в условных единицах выглядит следующим образом: сахароза – 100, фруктоза – 173, глюкоза – 74, галактоза – 32,1, мальтоза – 32,5, лактоза – 16.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма в состав пищи обязательно должны входить природные незаменимые вещества. К ним относятся незаменимые аминокислоты, витамины, некоторые жирные кислоты, минеральные вещества и микроэлементы.

Незаменимые факторы питания индивидуальны для каждого биологического вида и соответствующих особенностям обменных процессов для каждого из них и прежде всего влияния на обмен белка.

В питании человека белки играют чрезвычайно важную роль, поскольку они являются главной составной частью клеток всех органов и тканей организма. С белками связаны все жизненные процессы: обмен веществ, способность к росту, размножение и тому подобное.

Способность связывать большие количества воды дает белкам возможность образовывать плотные коллоидные структуры, характерные для нашего тела.

По А.А. Покровским, основными функциями белка в организме являются:

♦ пластическая - основной строительный материал клеток, их органоидов и межклеточного вещества, что наряду с фосфолипидами образуют остов всех биологических мембран;

♦ каталитическая - белковая основа всех известных ферментов;

♦ гормональная - большинство гормонов является белками или полипептидами;

♦ специфическая - обеспечивает тканевую индивидуальность и видовую специфичность, что является основой действия иммунитета и аллергии;

♦ транспортная - организатор транспорта веществ: кислорода крови, липидов, углеводов (глюкопротеїдів), некоторых витаминов, гормонов, лекарственных веществ.

Организм человека практически лишен резерва белка, поэтому с едой должны постоянно поступать белковые соединения.

Условием нормального функционирования систем пищеварения есть правило, по которому количество азота, поступающего в организм взрослого человека, должно соответствовать количеству, которая удаляется с испражнениями (мочой, калом), а также с потом, эпидермисом, волосами, ногтями. То есть поддерживается азотная равновесие.

Положительный азотный баланс отмечен у детей, это связано с процессом роста.

Отрицательный азотный баланс бывает тогда, когда процессы катаболизма белка преобладают процессы синтеза, а также в случае нарушения абсорбции белков в пищеварительной системе или их повышенного распада вследствие заболеваний.

Следовательно, важнейшей функцией белков является обеспечение организма пластическим материалом. В то же время часть белков при окись - нэнни может использоваться как источник энергии. Причиной усиления этого явления является голодание, относительный дефицит в рационе углеводов и жиров.

Пищевые белки выполняют важную защитную функцию, повышая устойчивость организма к действию различных инфекционных, токсических агентов, при стрессовых ситуациях.

В мире не существует единства представлений о количественных потребности организма человека в белку и его аминокислотному составу даже в подобных категорий населения, поскольку каждому человеку присуща индивидуальная физиология, которая имеет как общее, так и личное в этих потребностях.

Потребность в белке зависит от состояния организма, условий существования и труда, возраста, особенностей пищевого рациона, что определяется аминокислотным составом белка, его доступностью пищеварения, наличием комплекса витаминов и минеральных веществ, источников поступления энергии: жиров, углеводов и пищевых волокон.

Результатом недостаточного поступления белка с пищей являются нарушения равновесия его анаболизма и катаболизма, вследствие чего разрушаются личные белки организма, а также белки ферментов. При этом страдают прежде всего ткани и органы с большой скоростью обновления белков, в частности кишечник, кроветворные органы.

Избыточное поступление пищевых белков приводит перенапряжение системы пищеварения, почек с последующим их функциональным истощением.

При определении сбалансированности рациона по белку особое внимание следует уделять соблюдению соотношений между незаменимыми аминокислотами.

Для полного усвоения белка пищи содержание незаменимых аминокислот в них должна отвечать определенным соотношениям, т. е. быть сбалансированным. Белки высокой биологической ценности имеют хорошую переваримость и усвояемость.

Одним из распространенных способов оценки биологической ценности белков является метод аминокислотного Скорую - определение процентного соотношения количества незаменимой аминокислоты (АМК) в исследуемом белке к количеству той же аминокислоты в «идеальном» белке, %:

Международная организация ФАО/ВОЗ приняла, что 1 г идеального белка содержит, мг:

Биологическую ценность белка лимитируют те аминокислоты, СКОР которых имеет значение меньше 100 %, а аминокислота с наименьшим СКОРом является наиболее лимитированной.

Растительные белки лимитированы по содержанию таких незаменимых аминокислот, как треонин, изолейцин и лизин.

Поступление одной из незаменимых аминокислот в неполном объеме приводит то того, что другие аминокислоты (АМК) метаболізу - ются (усваиваются) с таким же процентом лімітованості, что и наиболее лимитирована. К тому же следует отметить токсический эффект избытка аминокислот и сложная взаимосвязь между витаминным, ліпідним и аминокислотным обменом.

При изолированном введении аминокислот в организм они могут выявлять выразительную токсическое действие. Это вызывается быстрым дезамінуванням организма и насыщением его высокотоксичными амонійними солями за счет использования аминокислот для синтеза белка.

Каждая из составляющих аминокислот имеет свое функциональное назначение, которое определяется ее химической структурой и хімізмом действия ферментной системы организма человека.

Функции некоторых незаменимых аминокислот для человеческого организма по шкале суточной потребности и уровнем надежности, что обеспечивает положительный уровень азотного баланса взрослого здорового организма, приведены ниже.

Валин как моноамінокарбонова кислота участвует в деятельности нервной системы, ее недостаточность приводит к расстройству в координации движения. За низкого уровня поступления белка, отрицательного уровня азотного баланса снижается уровень валина в крови, что приводит подавленное настроение, общую вялость и неадекватную агрессивность. Суточная потребность в валины составляет 3 - 4 г.

Моноамінокарбонові кислоты изолейцин и лейцин влияют на процесс роста. их недостаток приводит к снижению массы тела, возникновение изменений в почках и щитовидной железе. Суточная потребность в лейцині составляет 4 - 6 г, в ізолейцині - 3 - 4 г.

При лімітованості діамінової аминокислоты - лизина выявляются нарушения функций нервной системы, возникает кариес зубов, отсутствие пигментации, плохой рост. Эти показатели имеют хронически длительный характер. Лімітованість лизина вызывает также нарушение кровообращения, кальцинацію скелета, снижение гемоглобина в крови. Суточная потребность в лізині составляет 3 - 5 г.

Метионин - сірковмісна аминокислота, которая является источником цели - ных групп. Это ліпотропна вещество, которое предупреждает ожирение почек, поражения легких, способствует образованию инсулина, участвует в обмене фолиевой кислоты и витамина В 12 . Достаточное количество метионина необходима для нормального действия надпочечников. Метионин - наиболее токсичное вещество, в избытке обусловливает разложение холестерина, а также известкование сосудов и образованию злокачественных опухолей. Суточная потребность в метіоніні 2 - 4 г.

Треонин как моноамінокарбонова кислота влияет на процесс роста. Его суточная норма 2 - 3 г.

Триптофан - циклическая аминокислота, лімітованість которой вызывает ухудшение аппетита, потерю массы, снижение кровяного давления, катаракту глаз и половую стерильность. Триптофан способствует росту гемоглобина, сывороточных белков, участвует в процессе восстановления тканей. Избыток этой аминокислоты токсичен и может привести к образованию злокачественных опухолей, закупорки сосудов кровообращения. Суточная потребность в триптофані 1 г.

Фенилаланин, тирозин, как и триптофан, являются циклическими аминокислотами. Они влияют на функции щитовидной и надпочечной желез. Избыток этих аминокислот токсичен и вызывает известкование сосудов кровообращения. Суточная потребность в фенілаланіні 2 - 4 г, тирозині 3 - 4 г.

Некоторые аминокислоты не являются незаменимыми для взрослых, но недостаточное поступление их к детского организма может вызвать негативные последствия.

Такими аминокислотами являются аргинин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, гистидин, цистин.

Так, аргинин - діамінокарбонова кислота, которая нужна для нормального роста детей. Под действием фермента аргінази он распадается на мочевину и аминокислоту орнитин и является также исходным сырьем для аминокислоты цитруллина. Суточная потребность в аргініні

Глютаминовая кислота - это единственная кислота, поддерживающей дыхание клеток мозга, непосредственно принимает участие в процессе возбуждения и торможения, является источником для синтеза тормозного медиатора нервных синапсов - аминомасляной кислоты, играет важную роль в обезвреживании аммиака, образующегося в результате обмена белка. Эта аминокислота связывает аммиак в безвредное соединение - глю - тамат и вместе с глюкозой является энергетическим материалом, а также источником азота. Суточная потребность в глютаміновій кислоте 16 г.

Аспарагиновая кислота вместе с глютаміновою участвует в обменных процессах. Эти кислоты имеют взаємодоповнювальну и усилительную действие. Суточная потребность в аспарагіновій кислоте 6 г.

Гистидин - циклическая аминокислота, которая входит в состав глобина. Эта аминокислота необходима для нормального развития и роста детей. Она не образуется в детском организме и является для детей незаменимой. Избыток или лімітованість по гистидина ухудшает относительную рефлекторную деятельность, вызывает развитие анемии, расширение сосудов и снижение давления. При этом увеличивается чувствительность организма к инфекционным заболеваниям, то есть снижается общий уровень иммунной защиты. Избыток гистидина токсичен. Суточная потребность для взрослых составляет 1,5 - 2,0 г, для детей - 2,0 - 2,5 г.

Цистин (цистеин) является сірковмісною аминокислотой, образуется из метионина. Его лімітованість обусловливает большую потребность в метіоніні. Лімітованість цистина приводит к нарушению работы почек, задержке роста и образования инсулина, а также к угнетению действия протеолитических ферментов, уменьшает ассимиляцию белка. При этом увеличиваются потери азота с мочой. Недостаток цистина может вызвать также развитие лейкопении. Суточная потребность в цистині (цистеїні) 2 - 3 г.

Следовательно, недополучение с пищей некоторых аминокислот, что не являются незаменимыми, обуславливает возникновение лимита незаменимых аминокислот, которые тратятся на образование заменимых. Это свидетельствует о необходимости балансировки в рационе не только незаменимых аминокислот, но и заменимых для рациональной ассимиляции организмом человека белкового комплекса, поступающей с пищей.

Под рациональной ассимиляцией понимают использование белковых соединений в направлении пластического обмена, а не расходы составляющих аминокислот белка на производство энергии.

Таким образом, сбалансировать аминокислотный состав нужно не только для более полного усвоения биологически активных веществ, но и для взаємонейтралізуючої действия этих веществ с учетом суточной потребности.

Функции белков играют центральную роль в биологических процессах организма и более разнообразны, чем функции других биополимеров - полисахаридов и ДНК. При всей важности этого макронутриента, не стоит недооценивать и другие (жиры , углеводы)

Структура и состав белков.

Основным строительным материалом белка являются аминокислоты . Существует двадцать различных форм аминокислот (α-аминокислот), используемых организмом человека.

Из них, одиннадцать считаются заменимыми, организм способен их самостоятельно синтезировать, а девять являются незаменимыми (жизненно необходимыми), организм не может синтезировать их для удовлетворения потребностей.

Длинные цепи аминокислот называют полипептидами, в зависимости от их расположения вдоль цепи, определяется структура и химические свойства белка.

Аминокислоты представляют собой органические молекулы, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и иногда серы.

Являясь основным компонентом для формирования и поддержания структурных и функциональных элементов организма, белки участвуют в функции регенераций клеток и тканей, производства гормонов и ферментов, баланса жидкости и обеспечения энергией.

В зависимости от аминокислотного состава, белки бывают: полноценными - содержат весь набор аминокислот и неполноценными - какие-то аминокислоты в их составе отсутствуют. Если белки содержат только аминокислоты, их называют простыми.

Если белки содержат помимо аминокислот еще и неаминокислотный компонент (простетическую группу)Простетические группы могут быть органическими (витамины, углеводы, липиды) или неорганическими (например, ионы металлов). , их называют сложными.

Роль и биологические функции белков в организме человека.

Описание с примерами белков осуществляющих данную функцию в организме.

Ферментативная, или каталитичеcкая

Одна из наиболее распространенных функций белков, которая состоит в ускорении химических превращений (синтез и распад веществ; перенос отдельных групп атомов, электронов от одного вещества к другому).

• Фумаратгидратаза – катализирует обратимое превращение фумарат + Н 2 О -> малат.
• Цитохромоксидаза – участвует в транспорте электронов на кислород.

Гормональная, или регуляторная

Участие белков в функции регуляции обмена веществ внутри клеток и интеграция обмена в разных клетках целого организма.

• Инсулин – задействован в функции регуляции углеводного, белкового, жирового и других обменов.
• Лютропин – задействован в регуляции синтеза прогестерона в желтом теле яичников.

Рецепторная

Избирательное связывание белком различных регуляторов (гормонов, медиаторов, циклических нуклеотидов) на поверхности клеточных мембран или внутри клетки (цитозольные рецепторы).

• Цитозольный рецептор эстрадиола – связывает эстрадиол внутри клеток, например слизистой матки.
• Глюкагоновый рецептор – связывает гормон глюкагон на поверхности клеточной мембраны, например печени.
• Регуляторная субъединица протеинкиназы – связывает цАМФ внутри клеток.

Транспортная

Связывание и транспорт белком веществ между тканями и через мембраны клетки.

• Липопротеиды – применяются в переносе липидов между тканями организма.
• Транскортин – переносит кортикостероиды (гормоны коры надпочечников в крови).
• Миоглобин – переносит кислород в мышечной ткани.

Структурная

Участие белков в построении различных мембран.

• Структурные белки митохондрий, плазматической мембраны и т. д. .

Опорная, или механическая

Близкая по назначению к структурной функции белка организме. Обеспечивает прочность опорных тканей, применяется в построении внеклеточных структур.

• Коллаген – структурный элемент опорного каркаса костной ткани, сухожилий.
• Фиброин – задействован в построении оболочки кокона шелкопряда.
• β-Кератин – структурная основа шерсти, ногтей, копыт.

Резервная, или трофическая.

Использование белков как запасного материала для питания развивающихся клеток.

• Проламины и глютелины – запасной материал семян пшеницы (глютен) .
• Овальбумин – запасной белок куриного яйца (используется при развитии зародыша).

Субстратно-энергетическая

Близка к резервной функции белка в организме. Белок используется как субстрат (при распаде) для образования энергии. При распаде 1 г белка выделяется 17,1 кДж энергии.

• Все белки (поступающие или с пищей, или внутриклеточные), которые распадаются до конечных продуктов (СО 2 , Н 2 О, мочевина).

Механохимическая, или сократительная

Сокращение (механический процесс) с использованием химической энергии.

• Миозин – закрепленные нити в миофибриллах.
• Актин – движущиеся нити в миофибриллах.

Электроосмотическая

Участие белка в функции образовании разницы электрических зарядов и градиента концентрации ионов на мембране.

• Na + , К + АТФаза – фермент, задействован в создании разницы концентраций ионов Na + и К + и электрического заряда на клеточной мембране.

Энерготрансформирующая

Функция трансформации электрической и осмотической энергии в химическую энергию (АТФ).

• АТФ-синтетаза – осуществляет функцию синтеза АТФ за счет разности электрических потенциалов или градиента осмотической концентрации ионов на сопрягающей мембране.

Когенетическая

Вспомогательная генетическая функция белков (приставка “ко” в переводе с латинского означает совместность действия). Сами белки не являются генетическим (наследственным) материалом, но помогают нуклеиновым кислотам реализовывать способность к самовоспроизведению и переносу информации.

• ДНК-полимераза – фермент, применяющийся в репликации ДНК.
• ДНК-зависимая РНК-полимераза – фермент, участвующий в переносе информации от ДНК к РНК.

Генно-регуляторная

Способность некоторых белков участвовать в регуляции матричных функций нуклеиновых кислот и переноса генетической информации.

• Гистоны – белки, участвующие в регуляции репликации и частично транскрипции участков ДНК.
• Кислые белки – участвуют в регуляции процесса транскрипции отдельных участков ДНК.

Иммунологичеcкая, или антитоксическая

Антитела участвуют в обезвреживании чужеродных антигенов микроорганизмов (токсинов, выделяемых ими) путем образования комплекса антиген – антитело.

• Иммуноглобулины А, М, G и др. – выполняют защитную функцию.
• Комплемент – белок, способствующий образованию комплекса – антиген-антитело.

Токсигенная

Некоторые белки и пептиды, выделяемые организмами (в основном микроорганизмами), являются ядовитыми для других живых организмов.

• Ботулинический токсин – пептид, выделяемый палочкой ботулизма.

Обезвреживающая

Благодаря функциональным группам белки связывают токсические соединения (тяжелые металлы, алкалоиды), обезвреживая их.

• Альбумины – связывают тяжелые металлы, алкалоиды.

Гемостатическая

Участие белка в функции образования тромба и остановке кровотечения.

• Фибриноген – белок сыворотки крови, полимеризуется в виде сетки, составляющей структурную основу тромба.

P.S. Работа и функции белков являются основой структуры любого организма и всех протекающих в нем процессов.

Белки, жиры, углеводы, витамины - основные пищевые ве­щества в рационе человека. Пищевыми веществами называют та­кие химические соединения или отдельные элементы, которые необходимы организму для его биологического развития, для нор­мального протекания всех жизненно важных процессов.

Белки - это высокомолекулярные азотистые соединения, ос­новная и обязательная часть всех организмов. Белковые вещества участвуют во всех жизненно важных процессах. Например, об­мен веществ обеспечивается ферментами, по своей природе от­носящимися к белкам. Белками являются и сократительные струк­туры, необходимые для выполнения сократительной функции мышц - актомиозин; опорные ткани организма - коллаген костей, хрящей, сухожилий; покровные ткани организма - кожа, ногти, волосы.

Среди многочисленных пищевых веществ белкам принадлежит наиболее важная роль. Они служат источником незаменимых ами­нокислот и так называемого неспецифического азота, необходи­мого для синтеза белков. От уровня снабжения белками в большой степени зависят состояние здоровья, физическое развитие, фи­зическая работоспособность, а у детей раннего возраста - и ум­ственное развитие. Достаточность белка в пищевом рационе и его высокое качество позволяют создать оптимальные условия внут­ренней среды организма, необходимые для роста, развития, нор­мальной жизнедеятельности человека и его работоспособности. Под влиянием белковой недостаточности могут развиваться такие па­тологические состояния, как отек и ожирение печени; наруше­ние функционального состояния органов внутренней секреции, особенно половых желез, надпочечников и гипофиза; нарушение условно-рефлекторной деятельности и процессов внутреннего торможения; снижение иммунитета; алиментарная дистрофия. Белки состоят из углерода, кислорода, водорода, фосфора, серы и азота, входящих в состав аминокислот - основных структурных компонентов белка. Белки различаются уровнем содержания ами­нокислот и последовательности их соединения. Различают белки животные и растительные.

В отличие от жиров и углеводов белки содержат кроме углеро­да, водорода и кислорода еще азот - 16%. Поэтому их называют азотсодержащими пищевыми веществами. Белки нужны живот­ному организму в готовом виде, так как синтезировать их, по­добно растениям, из неорганических веществ почвы и воздуха он не может. Источником белка для человека служат пищевые вещества животного и растительного происхождения. Белки не­обходимы прежде всего как пластический материал, это их ос­новная функция: они составляют в целом 45% плотного остатка организма.

Белки входят также в состав гормонов, эритроцитов, некото­рых антител, обладая высокой реактивностью.

В процессе жизнедеятельности происходит постоянное ста­рение и отмирание отдельных клеточных структур, и белки пищи служат строительным материалом для их восстановления. Окис­ление в организме 1 г белка дает 4,1 ккал энергии. В этом и заключается его энергетическая функция. Большое значение имеет белок для высшей нервной деятельности человека. Нор­мальное содержание белка в пище улучшает регуляторную функ­цию коры головного мозга, повышает тонус центральной нерв­ной системы.

При недостатке белка в питании возникает ряд патологических изменений: замедляются рост и развитие организма, уменьшает­ся вес; нарушается образование гормонов; снижаются реактив­ность и устойчивость организма к инфекциям и интоксикациям.

Питательная ценность белков пищи зависит прежде всего от их аминокислотного состава и полноты утилизации в организме. Из­вестны 22 аминокислоты, каждая имеет особое значение. Отсут­ствие или недостаток какой-либо из них ведет к нарушению от­дельных функций организма (рост, кроветворение, вес, синтез белка и др.). Особенно ценны следующие аминокислоты: лизин, гистидин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, трео­нин, метионин, валин. Для маленьких детей большое значение имеет гистидин.

Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и заменяться другими. Их называют незаменимыми. В зависимости от содержания заменимых и незаменимых аминокислот пищевые белки разделяются на полноценные, аминокислотный состав ко­торых близок к аминокислотному составу белков человеческого тела и содержит в достаточном количестве все незаменимые ами­нокислоты, и на неполноценные, в которых отсутствуют одна или несколько незаменимых аминокислот. Наиболее полноценны бел­ки животного происхождения, особенно белки желтка куриного яйца, мяса и рыбы. Из растительных белков высокой биологичес­кой ценностью обладают белки сои и в несколько меньшей степе­ни - фасоли, картофеля и риса. Неполноценные белки содержат­ся в горохе, хлебе, кукурузе и некоторых других растительных продуктах.

Физиолого-гигиеническив нормы потребности в белках. Эти нор­мы исходят из минимального количества белка, которое способ­но поддержать азотистое равновесие организма человека, т. е. ко­личество азота, введенного в организм с белками пищи, равно количеству азота, выведенного из него с мочой за сутки.

Суточное потребление пищевого белка должно полностью обес­печивать азотистое равновесие организма при полном удовлетво­рении энергетических потребностей организма, обеспечивать не­прикосновенность белков тела, поддерживать высокую работо­способность организма и сопротивляемость его неблагоприятным факторам внешней среды. Белки в отличие от жиров и углеводов не откладываются в организме про запас и должны ежедневно вво­диться с пищей в достаточном количестве.

Физиологическая суточная норма белка зависит от возраста, пола и профессиональной деятельности. Например, для мужчин она составляет 96-132 г, для женщин - 82 - 92 г. Это нормы для жителей больших городов. Для жителей малых городов и сел, за­нимающихся более тяжелой физической работой, норма суточно­го потребления белка увеличивается на 6 г. Интенсивность мы­шечной деятельности не влияет на обмен азота, но необходимо обеспечить достаточное для таких форм физической работы раз­витие мышечной системы и поддерживать ее высокую работоспо­собность (табл. 30).

Взрослому человеку в обычных условиях жизни при легкой ра­боте требуется в сутки в среднем 1,3 -1,4 г белка на 1 кг веса тела, а при физической работе - 1,5 г и более (в зависимости от тяже­сти труда).