Белки – это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты — вещества, имеющие в своем составе неизменяемые части. В состав белков входят атомы углерода, кислорода, водорода, азота и иногда серы.

Аминокислоты обладают свойствами кислоты и основания (они амфотерны), поэтому могут соединяться друг с другом. Их количество в одной молекуле может достигать нескольких сотен. Чередование разных аминокислот в разной последовательности позволяет получать огромное количество различных по структуре и функциям белков.

Белки синтезируются в живых организмах и выполняют в них определенные функции. В белках встречается 20 видов различных аминокислот, некоторые из которых человек синтезировать не может, он получает их от растений, которые могут синтезировать все аминокислоты.

Именно до аминокислот расщепляются белки в пищеварительном тракте. Из этих аминокислот, поступающих в клетки организма, строятся его новые белки.

В любой клетке есть сотни белковых молекул, выполняющих различные функции. Кроме того, белки имеют видовую специфичность. Это означает, что каждый вид организмов обладает белками, не встречающимися у других видов. Это создает серьезные трудности при пересадке органов и тканей от одного человека к другому, при прививках одного вида растений на другой и т.д.

Функции белков

• Каталитическая (ферментативная) – белки ускоряют все биохимические процессы, идущие в клетке: расщепление питательных веществ в пищеварительном тракте, участвуют в реакциях матричного синтеза. Каждый фермент ускоряет одну и только одну реакцию (как в прямом, так и в обратном направлении). Скорость ферментативных реакций зависит от температуры среды, уровня ее рН, а также от концентраций реагирующих веществ и концентрации фермента.
• Транспортная – белки обеспечивают активный транспорт ионов через клеточные мембраны, транспорт кислорода и углекислого газа, транспорт жирных кислот.
• Защитная – антитела обеспечивают иммунную защиту организма; фибриноген и фибрин защищают организм от кровопотерь — белки принимают участие в свёртывании крови.
• Структурная – одна из основных функций белков. Белки входят в состав ядер, цитоплазмы и клеточных мембран. Белок кератин образует волосы и ногти; белки коллаген и эластин – хрящи и сухожилия. Белки входят в состав костей.
• Сократительная – обеспечивается сократительными белками – актином и миозином.
• Сигнальная – белковые молекулы могут принимать сигналы и служить их переносчиками в организме (гормонами). Следует помнить, что не все гормоны являются белками.
• Энергетическая – при длительном голодании белки могут использоваться в качестве дополнительного источника энергии после того, как израсходованы углеводы и жиры. Белки способны к биологическому окислению с выделением энергии, которая может быть использована организмом.

Роль белков

Белки в организме выполняют в основном пластическую функцию. Они входят в состав ферментов, гормонов, регулируют различные процессы в организме, осуществляют защитные функции, определяют видовую и индивидуальную особенности организма. Кроме того, белки используют в качестве энергетического материала, недостаточное обеспечение ими приводит к потере внутренних белков.

Белки участвуют в построении и обновлении клеток, ускоряют в них биохимические реакции. Белки - строители и ускорители. Белки - стимуляторы умственной деятельности.

Если белков мало, страдает центральная нервная система, плохо работают железы внутренней секреции, печень, да и другие внутренние органы, падает иммунитет, мы неспособны долго работать ни физически, ни умственно. А молодой организм вообще может перестать расти, его общее развитие резко замедляется!

Если белков слишком много - это тоже плохо! При этом происходят сбои в , в процессах возбуждения и торможения коры головного мозга.

Источники белков:

• Мясо, р ыба, грибы, яйца;
• Сыр, м олоко, т ворог ;
• Гречневая и овсяная крупы, р ис, фасоль;
  
• Хлеб;
• Орехи;
• Горох, соя;
  
• Картофель.

Обмен белков

В ходе подготовительной стадии обмена, пищевые белки, сначала расщепляются в желудке пепсином, а затем в двенадцатиперстной кишке ферментом поджелудочной железы трипсином до аминокислот. Аминокислоты через кровеносные капилляры ворсинок поступают в печень. Здесь избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращаются в жиры и углеводы.

В клетках из аминокислот строятся белки тела. В свою очередь аминокислоты являются не только источником синтеза новых структурных белков, ферментов, веществ гормональной, белковой, пептидной природы и других, но и источником энергии. Характеристика белков, входящих в состав пищи, зависит как от энергетической ценности, так и от спектра аминокислот.

Белковый обмен направлен на использование и преобразование аминокислот белков в организме человека. Организму нужны не белки из пищи, как таковые, а содержащиеся в них аминокислоты.

При переваривании пищи съеденные белки распадаются на аминокислоты, которые всасываются в кровь и из крови поступают в каждую клетку организма. Здесь они частично идут на строительство собственных белков, а частично сжигаются для получения АТФ.

Уровень содержания аминокислот в крови регулирует печень. В печени происходит разложение излишка аминокислот. Из образовавшегося аммиака синтезируется мочевина, которая затем выводится почками и кожей.

Остатки аминокислот используются, как энергетический материал, и преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген. В клетках белки распадаются до углекислого газа, воды, мочевины, мочевой кислоты и др. Они выводятся из организма.

Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом.

Обновление и распад белка. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Скорость распада и обновления белков организма различна – от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток).

При этом многие белки у одного и того же организма обновляются с разной скоростью. Намного медленнее обновляются мышечные белки. Белки плазмы крови у человека имеют период полураспада около 10 суток, а гормоны белково-пептидной природы живут всего несколько минут.

Источником свободных аминокислот в первую очередь являются белки плазмы, ферментные белки, белки печени, слизистой оболочки кишечника и мышц, что позволяет длительное время поддерживать без потерь обновление белков мозга и сердца.

У человека за сутки подвергаются разрушению и синтезу около 400 г белка. Причем около 70 % образовавшихся свободных аминокислот снова идет на синтез нового белка, около 30 % превращается в энергию и должно пополняться экзогенными аминокислотами из пищи.

Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот заменимы, так как могут синтезироваться в организме. Те и другие очень важны для организма.

Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называются биологически полноценными. В сутки в организм взрослого человека должно поступать с едой около 70-90 г белка (1 г на 1 кг массы тела), причем 30 г белка должно быть растительного происхождения.

Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот используются как энергетический материал, т. е. подвергаются расщеплению.

Азотистый баланс. О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка.

За сутки из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т. е. масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028 – 0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).

Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.

Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания.

Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 – 90 г белка в сутки.

У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Дети, которые растут, нуждаются в дополнительном количестве белков (4-5 г на 1 кг массы тела в сутки). Младшие школьники 6-7 лет в среднем должны употреблять до 70 г чистого белка в сутки, старше 7 лет — 75-80 г.

Важно, чтобы дети получали только оптимальное количество полноценных белков. При излишках белковой пищи у детей исчезает аппетит, нарушается кислотно-щелочной баланс, увеличивается выведение азота с мочой и калом.

Количество поступающего белка зависит и от выполняемой физической нагрузки. При средней нагрузке человек должен получать 100-120 г белка в сутки, а при тяжелой физической работе количество белка возрастает до 150 г.

Разрушение белков в организме и выведение азота с мочой не прекращается даже при отсутствии белков в пище. При безбелковой диете за сутки разрушается примерно 331 мг собственных белков на 1 кг массы тела. Для человека с массой тела 70 кг это составляет 23.2 г и называется «коэффициентом износа».

Таким образом, количество белков в составе пищи, необходимых для покрытия коэффициента износа за сутки в среднем составляет 23-25 г и называется белковым минимумом. Для нормального функционирования организма взрослых людей необходим белковый оптимум, который достигается при употреблении 100-110 г белка в сутки (при значительных физических нагрузках-до 130-140 г).

Регуляция белкового обмена

На регуляцию белкового обмена влияют нервная система, гормоны гипофиза (соматотропный гормон), щитовидной железы (тироксин), надпочечников (глюкокортикоиды).

Центр регуляции белкового обмена расположен в гипоталамусе промежуточного мозга. Активность нейросекреторных клеток этого центра передается в гипофиз, а тот, в свою очередь, своими гормонами влияет на обмен веществ и на активность других желез.

Так, например, соматотропный гормон гипофиза (гормон роста) задерживает белки (азот) в организме и стимулирует рост размеров и массы всех органов.

Гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин) стимулируют синтез белка и рост тканей. Гормоны надпочечников (гидрокортизон и кортикостерон) стимулируют синтез белков в печени и способствуют его распаду в мышечной и лимфоидных тканях, то есть регулируют обменные процессы.

Пищевая ценность белка

Пищевая ценность белка обеспечивается наличием незаменимых аминокислот, углеводородные скелеты которых не могут синтезироваться в организме человека, и они соответственно должны поступать с пищей. Они также являются основными источниками азота. Суточная потребность в белках 80–100г, половина из которых, должна быть животного происхождения.

Потребность в белке – это количество белка, которое обеспечивает все метаболические потребности организма. При этом обязательно учитывается физиологическое состояние организма с одной стороны, а с другой стороны, свойства самих пищевых белков и пищевого рациона в целом. От свойств компонентов пищевого рациона зависит переваривание, всасывание и метаболическая утилизация аминокислот.

Потребность в белке состоит из двух компонентов:

• Первый должен удовлетворить потребность в общем азоте, обеспечивающем биосинтез заменимых аминокислот и других азотсодержащих эндогенных биологически активных веществ. Собственно потребность в общем азоте и есть потребность в белке.
• Второй компонент определяется потребностью организма человека в незаменимых аминокислотах, которые не синтезируются в организме. Это специфическая часть потребности в белке, которая количественно входит в первый компонент, но предполагает потребление белка определенного качества, т.е. носителем общего азота должны быть белки, содержащие незаменимые аминокислоты в определенном количестве.

Белки животного происхождения содержат полный набор незаменимых аминокислот. Однако, наряду с целым рядом преимуществ белки имеют и недостатки, главными из которых являются достаточно токсичные продукты катаболизма (аммиак, продукты гниения белков в толстом кишечнике) и довольно сложные пути метаболизма.

Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их долю приходится более 50 % сухой массы клетки. Они выполняют ряд важнейших биологических функций.

Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков - актина и миозина.

Поступающий с пищей из внешней среды белок служит пластической и энергетической целям. Пластическое значение белка состоит в восполнении и новообразовании различных структурных компонентов клетки. Энергетическое значение заключается в обеспечении организма энергией, образующейся при расщеплении белков.

В тканях постоянно протекают процессы распада белка с последующим выделением из организма неиспользованных продуктов белкового обмена и наряду с этим - синтез белков. Таким образом, белки организма находятся в динамическом состоянии: из-за непрерывного процесса их разрушения и образования происходит обновление белков, скорость которого неодинакова для различных тканей. С наибольшей скоростью обновляются белки печени, слизистой оболочки кишечника, а также других внутренних органов и плазмы крови. Медленнее обновляются белки, входящие в состав клеток мозга, сердца, половых желез и еще медленнее - белки мышц, кожи и особенно опорных тканей (сухожилий, костей и хрящей).

Физиологическое значение аминокислотного состава пищевых белков и их биологическая ценность

Для нормального обмена белков, являющихся основой их синтеза, необходимо поступление с пищей в организм различных аминокислот. Изменяя количественное соотношение между поступающими в организм аминокислотами или исключая из рациона ту или иную аминокислоту, можно по состоянию азотистого баланса, росту, массе тела и общему состоянию животных судить о значении для организма отдельных аминокислот. Экспериментально установлено, что из 20 входящих в состав белков аминокислот 12 синтезируются в организме - заменимые аминокислоты, а 8 не синтезируются - незаменимые аминокислоты.

Без незаменимых аминокислот синтез белка резко нарушается и наступает отрицательный баланс азота, останавливается рост, уменьшается масса тела. Для людей незаменимыми аминокислотами являются лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан.

Белки обладают различным аминокислотным составом, поэтому и возможность их использования для синтетических нужд организма неодинакова. В связи с этим было введено понятие биологической ценности белков пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких соотношениях, которые обеспечивают нормальные процессы синтеза, являются белками биологически полноценными. Наоборот, белки, не содержащие тех или иных аминокислот или содержащие их в очень малых количествах, являются неполноценными. Так, неполноценными белками являются желатина, в которой имеются лишь следы цистина и отсутствуют триптофан и тирозин; зеин (белок, находящийся в кукурузе), содержащий мало триптофана и лизина; глиадин (белок пшеницы) и гордеин (белок ячменя), содержащие мало лизина; и некоторые другие. Наиболее высока биологическая ценность белков мяса, яиц, рыбы, икры, молока.

В связи с этим пища человека должна не просто содержать достаточное количество белка, но обязательно иметь в своем составе не менее 30% белков с высокой биологической ценностью, т. е. животного происхождения.

У людей встречается форма белковой недостаточности, развивающаяся при однообразном питании продуктами растительного происхождения с малым содержанием белка. При этом возникает заболевание, получившее название «квашиоркор». Оно встречается среди населения стран тропического и субтропического пояса Африки, Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Этим заболеванием страдают преимущественно дети в возрасте от 1 года до 5 лет.

Биологическая ценность одного и того же белка для разных людей различна. Вероятно, она не является какой-то определенной величиной, а может изменяться в зависимости от состояния организма, предварительного пищевого режима, интенсивности и характера физиологической деятельности, возраста, индивидуальных особенностей обмена веществ и других факторов.

Практически важно, чтобы два неполноценных белка, один из которых не содержит одних аминокислот, а другой - других, в сумме могли обеспечить потребности организма.

Азотистый баланс

Это соотношение количества азота, поступившего в организм с пищей и выделенного из него. Так как основным источником азота в организме является белок, то по азотистому балансу можно судить о соотношении количества поступившего и разрушенного в организме белка. Количество азота, поступившего с пищей, всегда больше количества усвоенного азота, так как часть его теряется с калом.

Усвоение азота вычисляют по разности содержания его в принятой пище и в кале. Зная количество усвоенного азота, легко вычислить общее количество усвоенного организмом белка, так как в белке содержится в среднем 16% азота, т. е. 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Следовательно, умножив найденное количество азота на 6,25, можно определить количество усвоенного белка.

Для того чтобы установить количество разрушенного белка, необходимо знать общее количество азота, выведенного из организма. Азотсодержащие продукты белкового обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.) выделяются преимущественно с мочой и частично с потом. В условиях обычного, неинтенсивного потоотделения количество азота в поте можно не принимать во внимание, поэтому для определения количества распавшегося в организме белка обычно находят количество азота в моче и умножают на 6,25.

Между количеством азота, введенного с белками пищи, и количеством азота, выводимым из организма, существует определенная связь. Увеличение поступления белка в организм приводит к увеличению выделения азота из организма. У взрослого человека при адекватном питании, как правило, количество введенного в организм азота равно количеству азота, выведенного из организма. Это состояние получило название азотистого равновесия. Если в условиях азотистого равновесия повысить количество белка в пище, то азотистое равновесие вскоре восстановится, но уже на новом, более высоком уровне. Таким образом, азотистое равновесие может устанавливаться при значительных колебаниях содержания белка в пище.

В случаях, когда поступление азота превышает его выделение, говорят о положительном азотистом балансе. При этом синтез белка преобладает над его распадом. Устойчивый положительный азотистый баланс наблюдается всегда при увеличении массы тела. Он отмечается в период роста организма, во время беременности, в периоде выздоровления после тяжелых заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках, сопровождающихся увеличением массы мышц. В этих условиях происходит задержка азота в организме (ретенция азота).

Белки в организме не депонируются, т. е. не откладываются в запас, поэтому при поступлении с пищей значительного количества белка только часть его расходуется на пластические цели, большая же часть - на энергетические цели.

Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего азота, говорят об отрицательном азотистом балансе. Отрицательный азотистый баланс отмечается при белковом голодании, а также в случаях, когда в организм не поступают отдельные необходимые для синтеза белков аминокислоты.

Распад белка в организме протекает непрерывно. Степень распада белка обусловлена характером питания. Минимальные затраты белка в условиях белкового голодания наблюдаются при питании углеводами. В этих условиях выделение азота может быть в 3-З1/2 раза меньше, чем при полном голодании. Углеводы при этом выполняют сберегающую белки роль.

Распад белков в организме, происходящий при отсутствии белков в пище и достаточном введении всех других питательных веществ (углеводы, жиры, минеральные соли, вода, витамины), отражает те минимальные траты, которые обусловлены основными процессами жизнедеятельности. Эти наименьшие потери белка для организма в состоянии покоя, пересчитанные на 1 кг массы тела, были названы Рубнером коэффициентом изнашивания. Коэффициент изнашивания для взрослого человека равен 0,028-0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки.

Отрицательный азотистый баланс развивается при полном отсутствии или недостаточном количестве белка в пище, а также при потреблении пищи, содержащей неполноценные белки. Не исключена возможность дефицита белка при нормальном поступлении, но при значительном увеличении потребности в нем организма. Во всех этих случаях имеет место белковое голодание.

При белковом голодании даже в случаях достаточного поступления в организм жиров, углеводов, минеральных солей, воды и витаминов происходит постепенно нарастающая потеря массы тела, зависящая от того, что затраты тканевых белков (минимальные в этих условиях и равные коэффициенту изнашивания) не компенсируются поступлением белков с пищей, поэтому длительное белковое голодание в конечном счете, так же как и полное голодание, неизбежно приводит к смерти. Особенно тяжело переносит белковое голодание растущий организм, у которого в этом случае происходит не только потеря массы тела, но и остановка роста, обусловленная недостатком пластического материала, необходимого для построения клеточных структур.

Регуляция обмена белков

Нейроэндокринная регуляция обмена белков осуществляется рядом гормонов.

Соматотропный гормон гипофиза во время роста организма стимулирует увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека он обеспечивает процесс синтеза белка за счет повышения проницаемости клеточных мембран для аминокислот, усиления синтеза РНК в ядре клетки и подавления синтеза катепсинов - внутриклеточных протеолитических ферментов.

Существенное влияние на белковый обмен оказывают гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин. Они могут в определенных концентрациях стимулировать синтез белка и благодаря этому активизировать рост, развитие и дифференциацию тканей и органов.

Гормоны коры надпочечников - глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикостерон) усиливают распад белков в тканях, особенно в мышечной и лимфоидной. В печени же глюкокортикоиды, наоборот, стимулируют синтез белка.

Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе пищеварения. Исключение составляют белки опорных тканей (коллаген и эластин). Белки растительного происхождения перевариваются в организме плохо, т.к. содержат много волокон и иногда ингибиторы

В зависимости от содержания заменимых и незаменимых аминокислот белки делят на полноценные и неполноценные. Белки, которые содержат все необходимые организму аминокислоты и в необходимых количествах, называют биологически полноценными. Наиболее высока биологическая ценность белков мяса, молока, яиц, рыбы, икры. Белки, в которых отсутствует та или иная аминокислота или содержится, но в недостаточном количестве, называют биологически неполноценными

В организме постоянно происходит распад белков. Разрушаются старые клетки, образуются новые. Поэтому организм нуждается в постоянном поступлении белка с пищей. Потребность в белке резко возрастает у детей в период усиленного роста организма, у беременных женщин, в период выздоровления после тяжелой болезни, во время усиленной спортивной тренировки.

Белки расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот и низкомолекулярных полипептидов, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают в печень, где часть из них подвергается дезаминированию и переаминированию; эти процессы обеспечивают синтез некоторых аминокислот и белков. Из печени аминокислоты поступают в ткани тела, где используются для синтеза белка. Избыток белка, поступившего с пищей, превращается в углеводы и жиры. Конечные продукты распада белков - мочевина, аммиак, мочевая кислота, креатинин и другие - выводятся из организма с мочой и потом. (Чусов Ю.Н. 1998)

Белки сложны по своему строению и весьма специфичны. Белки, содержащиеся в пище, и белки в составе нашего тела значительно отличаются по своим качествам. Если белок извлечь из пищи и ввести непосредственно в кровь, то человек может погибнуть. Белки состоят из белковых элементов - аминокислот, которые образуются при переваривании животного и растительного белка и поступают в кровь из тонкого кишечника. В состав клеток живого организма входит более 20 типов аминокислот. В клетках непрерывно протекают процессы синтеза огромных белковых молекул, состоящих из цепочек аминокислот. Сочетание этих аминокислот (всех или части из них), соединенных в цепочки в разной последовательности, и обуславливает бесчисленное количество разнообразных белков.

Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Незаменимыми называются те, которые организм получает только с пищей. Заменимые могут быть синтезированы в организме из других аминокислот. По содержанию аминокислот определяется ценность белков пищи. Вот почему белки, поступающие с пищей, делятся на две группы: полноценные, содержащие все незаменимые аминокислоты, и неполноценные, в составе которых отсутствуют некоторые незаменимые аминокислоты. Основным источником полноценных белков служат животные белки. Растительные белки (за редким исключением) неполноценные.

В тканях и клетках непрерывно идет разрушение и синтез белковых структур. В условно здоровом организме взрослого человека количество распавшегося белка равно количеству синтезированного. Так как баланс белка в организме имеет большое практическое значение, разработано много методов его изучения. Баланс белка определяется разностью между количеством белка, поступившего с пищей, и количеством белка, подвергшегося за это время разрушению. Содержание белка в пищевых продуктах различно.

Обмен веществ в организме регулируется нервными центрами, расположенными в области промежуточного мозга. При повреждении некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс становится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истощение. Нервная система влияет на белковый обмен через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (соматотропный гормон) и других желез внутренней секреции. В процессах жизнедеятельности организма белкам принадлежит особая роль, так как ни углеводы, ни липиды не могут их заменить в воспроизводстве основных структурных элементов клетки, а также в образовании таких важнейших веществ, как ферменты и гормоны. Однако синтез белка из неоргани-

Белки играют в питании человека чрезвычайно важную роль, так как они являются главной составной частью клеток всех органов и тканей организма.

Основное назначение белков пищи - это построение новых клеток и тканей, обеспечивающих развитие молодых растущих организмов. В зрелом возрасте, когда процессы роста уже полностью завершены, остается потребность в регенерации изношенных, отживших клеток. Для этой цели требуется белок, причем пропорционально изнашиваемости тканей. Установлено, что чем выше мышечная нагрузка, тем больше потребности в регенерации и соответственно в белке.

Белки - сложные азотсодержащие биополимеры, мономерами которых служат аминокислоты.

Белки в организме человека выполняют несколько важных функций - пластическую, каталитическую, гормональную, функцию специфичности и транспортную. Важнейшей функцией пищевых белков является обеспечение организма пластическим материалом. Организм человека практически лишен резервов белка. Единственным источником их являются белки пищи, вследствие чего они относятся к незаменимым компонентам рациона.

Во многих странах население испытывает дефицит в белках. В связи с этим важной задачей становится поиск новых нетрадиционных способов его получения.

Среди растительных продуктов значительным содержанием белка отличаются бобовые. До периода культивирования картофеля в Европе бобовые растения составляли одну из основных частей пищи населения. До сих пор во многих странах бобы, фасоль, горох культивируются на больших площадях. Белки сои богаты всеми незаменимыми аминокислотами, скор которых равен или превышает 100 % по шкале ВОЗ; исключение составляют серосодержащие аминокислоты (скор 71 %). Усвояемость соевых белков равна 90, 7 %. По анаболической эффективности они не уступают белкам животного происхождения.

Белки не могут быть заменены другими пищевыми веществами, так как их синтез в организме возможен только из аминокислот. Вместе с тем белок может замещать собой жиры и углеводы, т. е. использоваться для синтеза этих соединений.

Человек получает белок с пищей. При введении чужеродных белковых веществ непосредственно в кровь, минуя пищеварительный тракт, они не только не могут быть использованы организмом, но и приводят к ряду серьезных осложнений (повышение температуры, судороги и другие явления). При повторном введении чужеродного белка в кровь через 15-20 дней может наступить смерть. (Солодков А.С. 2001)

При отсутствии полноценного белкового питания тормозится рост, нарушается формирование скелета. При белковом голодании вначале происходит усиленный распад протеинов скелетной мускулатуры, печени, крови, кишечника, кожи. Аминокислоты, которые при этом освобождаются, используются для синтеза белков центральной нервной системы, миокарда, гормонов. Однако такое перераспределение аминокислот не может восполнить недостаток пищевого белка, и наступает закономерное снижение активности ферментов, нарушаются функции печени, почек и т. д.

Синтез белков без витаминов группы В заметно снижается. Жиры участвуют в транспортировании белков. Белки различных пищевых продуктов отличаются друг от друга по аминокислотному составу, но в сумме дополняют друг друга. Поэтому для обеспечения организма всем спектром аминокислот в питании человека следует использовать широкий ассортимент белковых продуктов животного и растительного происхождения. Для снабжения организма оптимальным аминокислотным составом можно использовать различные белковые комбинации. Например: ватрушки с творогом, пирожки с мясом, молочная рисовая каша. От биологической ценности белков, используемых в питании, зависит их необходимое количество для удовлетворения потребностей организма.

Чем лучше аминокислотный состав белка, тем быстрее он переваривается и усваивается, тем меньшее количество его требуется. Высокой видоспецифичностью белков, входящих в состав органов и тканей, можно объяснить тот факт, что в условиях полного голодания в организме взрослого человека расщепляется 22-24 г тканевых белков для покрытия минимальных физиологических затрат с образованием отрицательного азотного баланса. Для ресинтеза этого количества белка необходимо ввести с пищей 50-70 г белка. Это большая разница зависит от биологической ценности белков. Недостаточное содержание белков в рационе человека ведет к распаду тканевых белков, что приводит в конечном счете к отрицательному азотному балансу, истощению организма. Это проявляется в виде задержки роста и умственного развития у детей, понижения условно-рефлекторной возбудимости ЦНС, снижения устойчивости к стрессам и инфекциям, угнетения гормональной деятельности, дефицита массы тела, жировой инфильтрации печени, плохой заживляемости ран, снижения иммунитета. Дефицит белков способствует развитию пеллагры, которая проявляется трофическими нарушениями, мышечной слабостью, отеками. На фоне белковой недостаточности у детей развивается заболевание квашиоркор Его симптомы: отеки, задержка роста, остеопороз, мышечная слабость, поносы, полиурия.

Алиментарная белковая недостаточность может возникать при нарушении принципов рационального питания, на фоне острых и хронических заболеваний кишечника, других органов и систем. При нарушении процессов пищеварения ухудшается всасывание и усвоение жиров и углеводов, а это способствует усиленному распаду белка для восполнения энерготрат. Повышенный расход белка возникает при инфекционных заболеваниях, туберкулезе, травмах, операциях, ожогах, опухолевых процессах, массивных кровопотерях. Предотвратить белковую недостаточность может специальная диета.

В то же время для организма вреден и избыток белка в питании. При избыточном употреблении белка с пищей в организме усиливаются гнилостные процессы в кишечнике, происходит перенапряжение в деятельности печени и почек из-за продуктов белкового метаболизма, перенапряжение секреторнойфункции пищеварительных желез.

Потребность в белках для взрослых 1 г на 1 кг нормальной массы тела в день, в среднем 70 г в день. Животные белки должны составлять 50-55% от общего количества белка.

Потребность в белке увеличивается до 100-120 г в день в период выздоровления после тяжелых инфекций, переломов, заболеваниях органов пищеварения, нагноительных заболеваниях легких, прием кортикостероидных и анаболических гормонов. Белок ограничивают при остром нефрите, недостаточности почек и печени, подагре и некоторых других заболеваниях. (Баешко А.А. 1999).

В пищеварительном тракте белки расщепляются ферментами до аминокислот и в тонком кишечнике происходит их всасывание. Одновременно с аминокислотами могут частично всасываться и простейшие пептиды. Из аминокислот и простейших пептидов клетки синтезируют собственный белок, который характерен только для данного организма. Белки не могут быть заменены другими пищевыми веществами, так как их синтез в организме возможен только из аминокислот.

Биологическая ценность белков. В разных природных источниках белка (растительных и животных) насчитывается более 80 аминокислот. В пищевых продуктах, которые использует человек, содержится только 20 аминокислот.

У человека постоянно поддерживается относительное белковое равновесие, т. е. сколько расходуется белка, столько и должно поступить с пищей. О количестве расщепляющегося белка можно судить по количеству выведенного из организма азота, так как в других питательных веществах он почти не содержится. О белковом равновесии в организме судят по азотистому балансу, т. е. по соотношению количества азота, введенного в организм, и азота, выведенного из него. Если это, количество одинаково, то такое состояние называется азотистым равновесием, иди балансом. Оно наблюдается у взрослого здорового, нормально питающегося человека. Состояние, при котором усвоение азота превышает его выведение, называется положительным азотистым балансом. Оно характерно для растущего организма, а также для спортсменов, тренировка которых направлена на развитие скелетных мышц, их силовых качеств. При некоторых заболеваниях и при голодании азота усваивается меньше, чем тратится. Такое состояние называется отрицательным азотистым балансом. Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии или положительном азотистом балансе.

Белки - одна из важнейших групп макромолекул в организме человека, представленных в целом разнообразии форм: клеточные рецепторы, сигнальные молекулы, структурные элементы, ферменты, переносчики кислорода и углекислого газа (гемоглобин) - и это далеко не полный список. Белок является составной частью костей, мышц, связок, служит для роста и восстановления тканей организма.

Помимо этих функций, белки также могут использоваться в качестве источника энергии. Важной особенностью метаболизма белков является неспособность организма хранить их про запас, потому очень важно постоянно употреблять белки с пищей.

Описание метаболизма белков в организме человека

Метаболизм белков начинается в желудке. Когда богатая белком пища попадает в желудок, ее «встречает» фермент пепсин и соляная кислота (HCl, 05%), которая обеспечивает уровень рН 1,5 - 3,5, в котором белки денатурируются. Под воздействием пепсина белки распадаются на полипептиды и составляющие их аминокислоты.

Когда химус (пищевая кашица) попадает в тонкий кишечник, поджелудочная железа выделяет сок с содержанием бикарбоната натрия (соды), который нейтрализует соляную кислоту. Это помогает защитить оболочку кишечника.

Организм синтезирует нужные ему белки из аминокислот, которые мы получаем из продуктов питания, а ненужные белки превращаются в глюкозу или триглицериды и используются для поддержания энергии или увеличения энергетического резерва организма.

Также в тонком кишечнике выделяются пищеварительные гормоны, в том числе секретин и холецистокинин, которые стимулируют дальнейшее расщепление белков. Секретин также стимулирует секрецию сока поджелудочной железы, которая также вырабатывает большинство пищеварительных ферментов, в т.ч. протеазу, трипсин, химотрипсин и эластазу, которые способствуют перевариванию белков.

Вместе эти ферменты «разбивают» сложные белки на отдельные аминоксилоты, которые транспортируются через слизистую кишечника и используются для синтеза новых белков или конвертации в жиры или ацетил-коэнзим А и используются в цикле Кребса .

Роль пищеварительных ферментов и гормонов в метаболизме белков

Ферменты в желудке и тонком кишечнике расщепляют белки на аминокислоты. НСl в желудке способствует протеолизу, а секретируемые клетками кишечника гормоны регулируют процесс пищеварения.

Чтобы белки поджелудочной железы и тонкого кишечника не расщеплялись, поджелудочная железа также вырабатывает неактивные проферменты, которые активируются только в тонком кишечнике. В поджелудочной железе внутри везикул содержится трипсин, химитрипсин в форме трипсиногена и химотрипсиногена.

После попадания в тонкий кишечник фермент, находящийся в стенках тонкого кишечника (энтерокиназа), связывается с трипсиногеном и превращает его в активную форму - трипсин. После этого трипсин связывается с химотрипсиногеном и конвертирует его в активную форму - химотрипсин.

Трипсин и химиотрипсин расщепляют большие белки на меньшие пептиды в процессе протеолиза. Эти небольшие пептиды расщепляются на составляющие аминокислоты, которые транспортируются через апикальную поверхность слизистой кишечника при помощи транпортеров аминокислот.

Эти транспортеры связывают натрий и аминокислоту, после чего переносят ее через оболочку. На базальной поверхности клеток слизистой оболочки натрий и аминокислота высвобождаются. Натрий может повторно использоваться в качестве транспортера, а аминокислоты проникают в кровоток и транспортируются к печени и во все клетки организма для синтеза белков.

Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет. В результате расщепления аминокислот образуются углеводороды и азотистые шлаки. Однако азот в высоких концентрациях токсичен, потому в ходе орнитинового цикла он обрабатывается, что способствует выведению азота из организма.

Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет.

Орнитиновый цикл - цикл образования мочевины

Орнитиновый цикл - это комплекс биохимический реакций, в результате которого из ионов аммония образуется мочевина с целью предотвращения повышения концентрации аммония в организме до критического уровня. Цикл в большей степени протекает в печени, и в меньшей - в почках.

До начала орнитинового цикла ионы аммония образуются в результате расщепления аминокислот вследствие переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту.

В результате такого трансаминирования образуется молекула, необходимая для цикла Кребса, и ион аммония, который входит в орнитиновый цикл и выводится из организма, объединяясь с СО 2 , в результате чего образуется мочевина и вода. В свою очередь, мочевина выводится почками в составе мочи.

Аминокислоты также могут использоваться в качестве источника энергии, в особенности в период голодания. Поскольку в процессе обработки аминокислот образуются промежуточные продукты метаболизма, в том числе пировиноградная кислота, ацетил-коэнзим А, ацетоацетил-КоА, оксалоацетат и альфа-кетоглутарат, аминокислоты могут служить источником энергии, выделяемой в ходе цикла Кребса.

Таким образом, образующиеся в результате метаболизма белков аминокислоты используются либо для синтеза необходимых организму белков, либо используются для получения энергии, либо выводятся за ненадобностью, но не хранятся в организме. Поэтому достаточное количество белков в рационе питания очень важно для роста, восстановления тканей и поддержания состояния здоровья.

Одной из важнейших макромолекулярных групп в организме человека являются белки. Причем, их формы отличаются большим разнообразием: рецепторы клеточного типа, молекулы сигнального типа, элементы образующие структуру, определенные ферменты, вещества переносящие кислород и углекислый газ (речь идет о гемоглобине). И это далеко не весь перечень. Именно белок является одним их основных элементов в костном составе, его активное участие присутствует в строении связок, мышц, ткани организма, благодаря ему активно растут и восстанавливаются. Так что роль белков в организме человека, в обмене веществ переоценить трудно.

Однако, на всем вышеперечисленном функции белка не ограничиваются, дело в том, что именно такое вещество является незаменимым энергетическим источником. Есть ещё характерная особенность подобных веществ — организму человек по ряду причин не удается сохранять из про запас, поэтому, для того, что человеческий организм функционировал в нормальном режиме, надо потреблять белки на постоянной основе, только тогда белковый обмен будет в норме.

Если говорить о том, где начинается метаболизм белков, то все это начинается в районе желудка человека. Процесс носит следующий характер:

• еда, которая содержит много белка, начинает попадать в желудок человека, там первым делом начинает функционировать фермент под названием пепсин, а также к делу подключается соляная кислота;
• именно соляная кислота осуществляет обеспечение того уровня, в котором белки могут денатурироваться. Когда на них оказывает свое воздействие пепсин, то белки начинают процесс распада, при этом образуются полипептиды, а также аминокислоты, которые являются их составляющими;
• потом пищевая кашица, которая называется химус оказывается в тонком кишечнике;
• начинает работать поджелудочная железа, выделяющая сок с содержанием натриевого бикорбаната (речь идет о соде);
• соляная кислота нейтрализуется, что обеспечивает надежную защиту для кишечника человека.

Очень важно отметить, что организм имеет возможность для процесса синтезирования необходимых для его нормальной деятельности белков из аминокислот.

Все это получается из продуктов питания, те белки, которые оказываются в таком процессе лишними, просто начинают постепенно превращаться в глюкозу, также может быть превращение в триглецириды. Они имеют очень важную функцию — поддерживают энергию, а также способствуют увеличению резерва энергии в организме человека.

Тонкий кишечник отличается ещё и тем, что именно в нем начинают выделительные процессы гормоны пищеварительного типа, при этом выделяется секретин, а именно такие вещества способствуют дальнейшему белковому расщеплению. А ещё секретин осуществляет стимуляцию секреции сока железы поджелудочного типа, она тоже может осуществлять выработку большего числа элементов пищеварения.

Здесь выделяются такие вещества, как протеаза, эластаза и трипсин, а все это помогает лучше перевариваться белкам. Когда такие ферменты собираются вместе, белки сложного состава начинают разбиваться на определенные аминокислоты. Их транспортировка осуществляется через кишечную слизистую, её предназначение нужно для синтеза иных белковых соединений, потом они конвертируются в жиры.

Какова роль гормонов и ферментом в белковом обмене

Такой сложный процесс, как обмен белков не может осуществляться без определенных ферментов и гормонов. Об из функциях следует рассказать подробнее:

• роль ферментов в тонком кишечнике и желудке такова, что белки начинают расщепляться на аминокислотные части;
• HCI в области желудка помогают развиваться протеолизу;
• гормоны, которые секретируются кишечными клетками осуществляет регулирование пищеварительного процесса.

Белковые вещества, которые находятся в поджелудочной железе и тонком кишечнике, не должны расщепляться. Для предотвращения этого процесса железа поджелудочного типа осуществляет выработку проферементов, которые не являются активными. Внутри везикул поджелудочной железы имеются такие вещества, как:

• трипсин;
• химитрипсин;
• химотрипсиноген.

После того, как в тонкий кишечник попадает фермент, который располагается в пределах стенок тонкого кишечника, начинается его связь с трипсиногеном, после чего начинается активная форма, то есть, трипсин. Потом, начинается трансформация его в активную форму, то есть, в тринотрипсин. Функция такая веществ заключается в том, что они расщепляют белки крупного размера на пептиды, это осуществляется в процессе протеолиза.

Потом такие маленькие пептиды тоже начинают расщепляться на определенные аминокислоты, начинается их транспортировка через поверхностную часть кишечной слизистой, при этом используются аминокислотные транспортеры. Роль таких транспортеров заключается в том, чтобы связывать натрий и аминокислоты, потом они переносятся через оболочку. Когда натрий и аминокислоты оказывается на клеточной поверхности базального типа, то они начинают свое высвобождение.

Примечательно, что использование натрия, как транспортера, может быть использовано неоднократно, а что касается аминокислот, то они начинают свое проникновение в кровоток, потом начинается транспортировка к области печени, а также во всю клеточную структуру организма человека для того, чтобы синтезировать белки.

Если говорить о свободных аминокислотах, то они применяются для процесса синтеза белковых соединений нового типа. Если в организме аминокислот становится слишком много, причем, настолько много, что их хранить становится просто невозможно, то начинается их конвертация в глюкозу, также конвертация может быть в кетоны, а если все это не подходит, то тогда начинается процесс расщепления. Когда аминокислоты расщепляются, то получаются соединения углеводородного типа или же шлаки азотистого типа.

Но нужно понимать, что если наблюдаются высокая концентрация азота, то это может носить токсичный характер, так что сначала он проходит соответствующую обработку, благодаря которой из организма азот выводится. Такая биохимия процесса носит сложный характер, но очень слаженный, если такая биохимия подвергается нарушениям, то последствия могут быть самыми негативными. Если замечаются любые негативные симптомы, даже самые незначительные, то необходимо своевременно сдать определенные анализы, здесь может быть биохимическое исследование крови и ряд иных исследований.

Как образуется мочевина

Обмен белков подразумевает такой процесс, как цикл орнитинового типа, то есть образование мочевины. Здесь речь идет о биохимическом комплексе, в котором происходит образование мочевины из аммониевых ионов. Это необходимо для того, чтобы не было допущено повышения концентрации аммония в человеческом организме, когда он может достигнуть критического уровня. Такой процесс в основном проходить в районе печени, также задействуется и почечная область.

Результатом такого сложного и слаженного процесса начинается молекулярное образование, причем, образуются такие молекулы, которые нужны для нормального функционирования цикла Кребса. Все это приводит к тому, что начинает образовываться вода и мочевина. А что касается вывода мочевины, то этот процесс осуществляется посредством почек, она входит в состав урины.

Для того, чтобы были дополнительные энергетические источники, не редко задействуются аминокислоты, это особенно актуально, когда начинается период голода. Дело в том, что когда аминокислоты начинают обрабатываться, то получаются продукты метаболизма, которые имеют форму промежуточного характера. Здесь может иметь место кислота пировиноградного типа и другие вещества, все это требует дополнительных энергетических источников и вот здесь существенную поддержку способны оказать аминокислоты.

Подводя итог, можно сказать, что в результате белкового метаболизма аминокислоты нужны для того, чтобы синтезировать белковые соединения, которые необходимы для нормальной деятельности организма человека. Также они могут быть использованы в качестве альтернативных энергетических источников, также они могут просто выводиться, поскольку в них больше нет никакой необходимости, и в организме человека их хранить не стоит. Так что, для нормально роста и функционирования человеческого организма белки просто необходимы, они способны эффективно восстанавливать тканевые соединения и поддерживают здоровье человека в полном порядке. Также для этого нужны протеины, витамины и минералы.