Белок и его значимость в организме. Значение белка в жизни человека

Белки играют ключевую роль в клетке, присутствуют в виде

главных компонентов в любых формах живой материи. Без белков невозможно представить себе жизнь. Именно в этом смысле сохраняет свое значение опреде- ление Ф.Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел». Белки выполняют многочисленные биологические функции. В соответствии с выполняемыми функциями белки классифицируют следующим образом.

1) Белки – ферменты выполняют каталитическую функцию.

2) Структурные белки выполняют опорную функцию, скрепляя биологические структуры и придавая им прочность.

3) Транспортные белки, т.е. участвующие в переносе различных веществ, ионов и др. К ним относят гемоглобин, сывороточный альбумин, липопротеин (транспорт липидов)

4) Пищевые или запасные белки. В эту группу входят яичныйбелок, казеин молока, ферритин («депо» железа в селезенке), глиадин пшеницы, зеин ржи.

5) Сократительные и двигательные белки наделяют клетку или орган

способностью сокращаться, изменять форму или передвигаться (миозин, липиды)

6) Защитные помогают организму преодолевать патологические состояния или бороться с возбудителями заболеваний. Это иммуноглобулины, лизоцим, антитела, лейкоциты.

7) Регуляторные белки участвуют в системе регуляции клеточной или физиологической активности (гормон инсулин).

Значение белков определяется не только многообразием их функций, но и их незаменимостью другими пищевыми веществами. В организме человека под влиянием ферментов протеиназ и пептидаз белки пищи расщепляются до свободных аминокислот.

протеиназа пептидаза

Белок пептиды аминокислоты

Аминокислоты всасываются в кровь, разносятся по всем органам и расходуются на обновление белков организма.

Нарушение деятельности пищеварительного тракта приводит к попаданию в кровь пептидов. Для человека они чужеродны, в результате может возникнуть пищевая аллергия.

Пищевая ценность белка обуславливается

1) аминокислотным составом;

2) усвояемостью

Некоторые аминокислоты легко образуются в организме из других кислот, но есть так называемые незаменимые амино-кислоты, которые должны поступать с пищей (человеческий организм не способен их синтезировать).

Аминокислотный состав белков прежде всего характеризуется содержанием незаменимых аминокислот. Биологическая ценность белка характеризуется показателем аминокислотный скор, который показывает отношение содержания какой-либо незаменимой аминокислотык ее содержанию в «идеальном» белке.

Наиболее близки к идеальному белку животные белки. Большинство растительных белков имеет недостаточное содержание одной или даже двух-трех незаменимых аминокислот.

Учитывая,что растительные белки менее полноценны, необходимо потреблять больше продуктов животного происхождения. В рационе человека животные белки должны составлять 55% от общего белка.

Животные белки лучше усваиваются организмом человека, чем растительные. Например: белки яиц и молока на 96%, белки хлеба на 85%, картофеля и бобовых на 70%. Это объясняется содержанием в растительных продуктах клетчатки, которая снижает усвояемость компонентов пищи.

Недостаток белка серьезно сказывается на состоянии организма. У детей замедляется рост, задерживается умственное развитие, нарушается образование костей, увеличивается предрасположенность к анемии, рахиту.

У взрослых людей при нехватке белка нарушается обмен веществ, снижается сопротивляемость инфекциям.

Однако избыток белка в питании так же отрицательно влияет на организм: нарушается деятельность печени и почек, возможно ожирение и возникает перевозбуждение нервной системы.

Каждая аминокислота в организме выполняет определенную функцию. Например:

Глицин и глютаминовая кислоты являются регуляторами нервной системы и мозга, они выступают в роли посредников при передаче нервных импульсов

Цистеин-радиопротектор, снижает повреждающее действие радиации

Метионин- обладает липотропнным и антисклеротическим действием и необходим для нормального функционирования печени, почек, сердечно-сосудистой системы.

3.2.3Основные технологические свойства белков

Наиболее важными технологическими свойствами белков являются гидратация, денатурация и пенообразование.

Гидратация.

Белки обладают способностью связывать воду, т.е. проявляют гидрофильные свойства. Гидрофильность белков обусловлена наличием на поверхности

мицелл, заряженных частиц: NH2+ , COO¯,PO¯4, OH¯ . В изоэлектрической точке (и.э.т.) заряд на поверхности мицеллы белка равен нулю, и поэтому белок теряет способность удерживать воду. При получении сыра и творога молоко подкисляют до и. э. т. казеина 4,6-4,7, образуется сгусток, который легко отдаёт воду с растворёнными веществами (сыворотку).

Гидрофильность белков зависит от структуры белка (сывороточные белки более гидрофильны чем казеины), от рН среды, от присутствия солей.

Связывая воду, белки набухают, увеличивается их масса и объем. Набухание - это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом. Этот процесс сопровождается увеличением массы и объёма полимера. Причиной набухания является диффузия молекул растворителя в высокомолекулярное вещество. Между молекулами полимера обычно имеются небольшие пространства, размер которых соизмерим с размерами молекул растворителя. Благодаря этому молекулы низкомолекулярной жидкости достаточно быстро проникают между макро молекулами, раздвигая сетку белка

Рис.3.2. Схема набухания белка и синерезиса

При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы образуют сложные системы, называемые студнями. Студни не обладают текучестью, они упруги, обладают пластичностью, способны сохранять форму.

Гидрофильные свойства белков имеют большое значение в пищевой промышленности. От гидрофильных свойств белков зависят структурно-механические свойства молочных сгустков, их способность отдавать влагу, а так же консистенция готовых продуктов. В плавленых сырах белок имеет более высокие гидрофильные свойства, чем в натуральных сырах, за счёт введения солей-плавителей, поэтому консистенция у них более мягкая, пластичная, даже мажущаяся.

Денатурация – сложный процесс, при котором происходит изменение нативной пространственной структуры белка, т.е. изменение четвертичной, третичной и вторичной структуры макромолекулы белка. Первичная структура и химический состав белка при этом не меняются.

Мицелла белка отдельные субмицеллы

Нативная форма хаотический клубок

Рис 3.2. Схема денатурации белка

Денатурация происходит под воздействием внешних факторов: температура, механическое воздействие, химические реагенты.

При денатурации изменяются физические и химические свойства белка (его влагоудерживающая способность, растворимость), меняется форма белковой молекулы, происходит их агрегирование, изменяется биологическая ценность и прежде всего усвояемость белка.

Большое практическое значение в пищевой промышленности имеет тепло-

вая денатурация. Белки зерна и других растений после тепловой обработки становятся более доступными для пищеварительных ферментов. В некоторых случаях, наоборот белки вступают в реакцию с другими компонентами пищи и образуют комплексы, которые трудно перевариваются.

Умеренная тепловая обработка не вызывает изменения аминокислот и несколько улучшает переваривание за счёт денатурации и инактивации ингибиторов ферментов. Это относится к сывороточным белкам и растительным белкам (белки злаковых, гороха, фасоли). Казеин сырого молока характеризуется рыхлой структурой и поэтому обладает высокой степенью перивариваемости без предварительной денатурации. Длительная высокотемпературная обработка может привести к снижению его биологической ценности.

Пенообразование - способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость-газ. Такие системы называются пенами.

Образование пенообразующей структуры белками возможно в связи с их способностью понижать поверхностное натяжение на грани раздела жидкость-газ.

Хорошие пенообразующие свойства имеют белки яиц, казеинаты и некоторые растительные белки.

Пены образуются при интенсивном механическом воздействии: встряхивании, сбивании, перекачивании, перемешивании и кипении. При выработке масла методом сбивания перед появлением масляных зёрен образуется крупноячеистая пена.

В некоторых случаях образование пены является нежелательным процессом. Например: при перекачивании или наполнении ёмкостей пена легко переливается через край и с ней теряются сухие вещества. При выпаривании обезжиренного молока и сыворотки в вакуум-выпарной установке происходит сильное пенообразование, это затрудняет ведение процесса. В данном случае используют пеногасители.

Гидролиз белков. Важное значение в пищевой технологии имеет расщепление белков под действием ферментов на пептиды и аминокислоты

O H H протеаза О

R – CH – C – N - CR2 + H2O R1CHC + R2CH - COOH

NH2 COOH NH2 OH NH2

Протеиназа пентидаза

Белок пептид аминокислота кето

кислоты, альдегиды, кетоны, NH3, CO2, и т.д.

При созревании сыров происходит протеолиз белков. В результате образуются вещества которые создают определённый вкусовой букет сыра.

Реакция меланоидинообразования . При длительной тепловой обработке пищевых продуктов (при топлении молока, выпечке хлеба) они приобретают коричневый или бурый цвет за счёт образования меланоидинов – продуктов реакции Майара.

белок (аминогруппа) + углеводы (альдегидная группа) t ° С

Меланоидины

Ферменты (от лат. fermentum – закваска) – биологическиекатализаторы белковой природы ускоряющие химические реакции. Белки в составе ферментов могут быть простыми или сложными. Небелковая часть в составе фермента называется коферментом.

Коферментами могут быть металлы, витамины и др. соединения.

Ферменты называют по тому веществу, на которое они действуют, (субстрат) и прибавляют окончание “ аза”. Протеаза, пептидаза, липаза, лактоза и т.д. Кроме этих рабочих названий имеются более сложные систематические названия, отражающие механизм действия ферментов.

Действие фермента строго специфично, т.е. каждый фермент катализирует только одну химическую реакцию. На первой стадии ферментативной реакции фермент соединяется с субстратом. При этом образуется фермент-субстратный комплекс, который затем преобразуется с разрывом химических связей субстрата. Продукты реакции затем отщепляются от фермента.

А1А2 + Ф А1А2Ф А1 + Ф + А2

Ферменты действуют при определённой температуре и рН cреды; их активность зависит от наличия химических веществ-активаторов и ингибиторов. Оптимальная температура действия ферментов 30 – 50°С. При дальнейшем повышении температуры активность ферментов снижается, потому что денатурирует белок, образующий фермент.

Важным фактором, влияющим на активность ферментов является рН среды. Ферменты различаются по оптимальным для их действия рН. Так, оптимум действия пепсина находится при рН 1,5 – 2 , амилазы слюны – 7,2 - 7,3.

Известно около 3 тысяч различных ферментов. По современной классификации их делят на 6 классов:

1)Оксиредуктазы катализируют окисление и восстановление веществ.

2)Гидролазы катализируют гидролитическое ращепление сложных соединений: протеазы, липазы, лактазы.

3) Изомеразы – ферменты изомеризации катализируют структурные изменения в пределах одной молекулы.

4) Трансферазы катализируют перенос различных групп от одной молекулы к другой.

5) Лиазы – ферменты отщепления групп.

6) Синтетазы катализируют образование связей С – N, C – O, C– S

Наибольшее значение в технологии имеют ферменты гидролазы и оксиредуктазы.

Контрольные вопросы

1) Как можно классифицировать белки?

2) Химическое строение белков.

3) Как образуется первичная, вторичная, третичная и четверичная структура белков?

4) Какова роль белка для организма человека?

5) Назовите функции отдельных аминокислот в организме человека.

6) Расскажите об основных технологических свойствах белков (гидратация, денатурация, пенообразование).

7) Какое значение имеют процессы гидролиза белков и меланоидинообразования в пищевой технологии?

8) Что такое ферменты, приведите их классификацию?

2.3 Липиды

2.3.1 Классификация и строение липидов

Липиды (от греческого lipos – жир) – это общее название жиров и жироподобных веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами. Липиды не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях (эфирах, хлороформе, бензине).

По химическому составу липиды делятся на простые и сложные. К простым относятся нейтральные жиры или ацилглицерины и воска; к сложнымфосфолипиды, гликолипиды, стерины и жирорастворимые пигменты и витами­ны.

Ацилглицерины (глицериды)- это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. В природных жирах могут так же присутствовать продукты гидролиза или неполного синтеза триглицерида (ТГД). Все они по­строены по следующему типу:

Лауриновая (С 12): СН 3 -(СН 2) 10 - СООН

Миристиновая (С 14): СН 3 -(СН 2) 12 - СООН

Пальмитиновая (С 16): СН 3 -(СН 2) 14 -СООН

Стеариновая (С 18): СН 3 -(СН 2) 16 - СООН

Из ненасыщенных жирных кислот:

Олеиновая С (18:1) : СН 3 -(СН 2) 7 -СН=СН-(СН 2) 7 -СООН

Линолевая С (18:2) : СН 3 -(СН 2) 4 -СН=СН-СН 2 -СН=СН-(СН 2) 7 -СООН

Линоленовая С (18:3) : СН 3 -(СН 2 -СН=СН) 3 -(СН 2) 7 - СООН

Две последние жирные кислоты являются незаменимыми, так как не синте­зируются организмом человека.

Восками называют сложные эфиры высокомолекулярных одноосновных карбоновых кислот (С 18 – С 30) и одноосновных высокомолекулярных спиртов:

R – СН 2 – О – С

Они образуют защитное покрытие листьев, плодов растений, предохраняя их от смачивания водой, высыхания и действия микроорганизмов. А так же об­разуют защитную смазку перьев и кожи. Наиболее известны пчелиный воск и спермацет кашалотов.

Гидрофбные хвосты

Рис. 10 Схематическое изображение молекулы фосфолипида

Рис. 11 Схема эмульгирования жира фосфолипидами.

1 – неполярные хвосты;

2 – полярная головка.

Наличие у молекул фосфолипидов двух частей обусловливает их способность эмульгировать жиры (рис 11). Фосфолипиды широко применяются в пищевой промышленности в качестве поверхностно активных веществ.

Стерины представляют собой высокомолекулярные циклически спирты. Стерины построены следующим образом:

Один из важнейших представителей стеринов - холестерин. В организме холестерин находится как свободном состоянии, так и в виде сложных эфиров с жирными кислотами (стеридов).

Среди жирорастворимых природных пигментов наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы.

Каротиноиды - растительные красно-желтые пигменты, обеспечивающие окраску ряда жиров, овощей, фруктов, яичного желтка.

Хлорофиллы - придают зеленную окраску растениям.

Белки и их значение

Введение

Нормальная деятельность организма возможна при непрерывном поступлении пищи. Входящие в состав пищи жиры, белки, углеводы, минеральные соли, вода и витамины необходимы для жизненных процессов организма.

Питательные вещества являются как источником энергии, покрывающим расходы организма, так и строительным материалом, который используется в процессе роста организма и воспроизведения новых клеток, замещающих отмирающие. Но питательные вещества в том виде, в каком они употребляются в пищу, не могут всосаться и быть использованными организмом. Только вода, минеральные соли и витамины всасываются и усваиваются в том виде, в каком они поступают.

Питательными веществами называются белки, жиры и углеводы. Эти вещества являются необходимыми составными частями пищи. В пищеварительном тракте белки, жиры и углеводы подвергаются как физическим воздействиям (измельчаются и перетираются), так и химическим изменениям, которые происходят под влиянием особых веществ - ферментов, - содержащихся в соках пищеварительных желез. Под влиянием пищеварительных соков питательные вещества расщепляются на более простые, которые всасываются и усваиваются организмом.

Белки. Строение, свойства и функции

«Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое, без сомнения, является наиболее важным из всех известных веществ живой природы, и без которого жизнь была бы на нашей планете невозможна. Это вещество я наименовал протеин», - так писал еще в 1838 году голландский биохимик Жерар Мюльдер, который впервые открыл существование в природе белковых тел и сформулировал свою теорию протеина. Слово «протеин» (белок) происходит от греческого слова «протейос», что означает «занимающий первое место». И в самом деле, все живое на земле содержит белки. Они составляют около 50% сухого веса тела всех организмов. У вирусов содержание белков колеблется в пределах от 45 до 95%.

Белки являются одним из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% - в костях и сухожилиях и около 10% - в коже. Но наиболее важными белками всех организмов являются ферменты, которые, хотя и присутствуют в теле и в каждой клетке тела в малом количестве, тем не менее, управляют рядом существенно важных для жизни химических реакций. Все процессы, происходящие в организме - переваривание пищи, окислительные реакции, активность желез внутренней секреции, мышечная деятельность и работа мозга, - регулируются ферментами. Разнообразие ферментов в теле организмов огромно. Даже в маленькой бактерии их насчитываются многие сотни.

Белки, или, как их иначе называют, протеины, имеют очень сложное строение и являются наиболее сложными из питательных веществ. Белки - обязательная составная часть всех живых клеток. В состав белков входят: углерод, водород, кислород, азот, сера и иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота. Другие питательные вещества азота не содержат. Поэтому белок называют азотосодержащим веществом.

Основные азотосодержащие вещества, из которых состоят белки, - это аминокислоты. Количество аминокислот невелико - их известно только 28. Все громадное разнообразие содержащихся в природе белков представляет собой различное сочетание известных аминокислот. От их сочетания зависят свойства и качества белков.

Белки играют исключительно важную роль в живой природе. Жизнь немыслима без различных по строению и функциям белков. Белки - это биополимеры сложного строения, макромолекулы (протеины) которых состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидной (пептидной) связью. Кроме длинных полимерных цепей, построенных из остатков аминокислот (полипептидных цепей), в макромолекулу белка могут входить также остатки или молекулы других органических соединений. На одном кольце каждой пептидной цепи имеется свободная, или ацилированная, аминогруппа, на другом - свободная, или амидированная, карбоксильная группа.

Конец цепи с аминогруппой называется М-концом, конец цепи с карбоксильной группой - С-концом пептидной цепи. Между СО-группой одной пептидной группировки и NH-группой другой пептидной группировки могут легко образовываться водородные связи.

Группы, входящие в состав радикала R аминокислот, могут вступать во взаимодействие друг с другом, с посторонними веществами и с соседними белковыми и иными молекулами, образуя сложные и разнообразные структуры.

В макромолекулу белка входит одна или несколько пептидных цепей, связанных друг с другом поперечными химическими связями, чаще всего через серу (дисульфидные мостики, образуемые остатками цистеина). Химическую структуру пептидных цепей принято называть первичной структурой белка, или секвенцией.

Для построения пространственной структуры белка пептидные цепи должны принять определенную, свойственную данному белку конфигурацию, которая закрепляется водородными связями, возникающими между пептидными группировками отдельных участков молекулярной цепи. По мере образования водородных связей пептидные цепи закручиваются в спирали, стремясь к образованию максимального числа водородных связей и, соответственно, к энергетически наиболее выгодной конфигурации.

Впервые такая структура на основе рентгеноструктурного анализа была обнаружена при изучении главного белка волос и шерсти - кератина - Полингом, американским физиком и химиком. Ее назвали а-структурой или а-спиралью. На один виток спирали приходится по 3,6 – 3,7 остатков аминокислот. Расстояние между витками - около 0,54 миллиардной доли метра. Строение спирали стабилизируется внутримолекулярными водородными связями.

При растяжении спираль макромолекулы белка превращается в другую структуру, напоминающую линейную.

Но образованию правильной спирали часто мешают силы отталкивания или притяжения, возникающие между группами аминокислот, или стерические препятствия, например, за счет образования пирролидиновых колец пролина и оксипролина, которые заставляют пептидную цепь резко изгибаться и препятствуют образованию спирали на некоторых ее участках. Далее отдельные участки макромолекулы белка ориентируются в пространстве, принимая в некоторых случаях достаточно вытянутую форму, а иногда сильно изогнутую, свернутую пространственную структуру.

Пространственная структура закреплена, вследствие взаимодействия радикалов R и аминокислот с образованием дисульфидных мостиков, водородных связей, ионных пар или других химических либо физических связей. Именно пространственная структура белка определяет химические и биологические свойства белков.

В зависимости от пространственной структуры, все белки делятся на два больших класса: фибриллярные (они используются природой как структурный материал) и глобулярные (ферменты, антитела, некоторые гормоны и др.).

Полипептидные цепи фибриллярных белков имеют форму спирали, которая закреплена расположенными вдоль цепи внутримолекулярными водородными связями. В волокнах фибриллярных белков закрученные пептидные цепи расположены параллельно оси волокна, они как бы ориентированы относительно друг друга, располагаются рядом, образуя нитевидные структуры, и имеют высокую степень асимметрии. Фибриллярные белки плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде. При растворении в воде они образуют растворы высокой вязкости. К фибриллярным белкам относятся белки, входящие в состав тканей и покровных образований. Это миозин - белок мышечных тканей; коллаген, являющийся основой седиментационных тканей и кожных покровов; кератин, входящий в состав волос, роговых покровов, шерсти и перьев. К этому же классу белков относится белок натурального шелка - фиброин, - вязкая сиропообразная жидкость, затвердевающая на воздухе в прочную нерастворимую нить. Этот белок имеет вытянутые полипептидные цепи, соединенные друг с другом межмолекулярными водородными связями, что и определяет, по-видимому, высокую механическую прочность натурального шелка.

Пептидные цепи глобулярных белков сильно изогнуты, свернуты и часто имеют форму жестких шариков - глобул. Молекулы глобулярных белков обладают низкой степенью асимметрии, они хорошо растворимы в воде, причем вязкость их растворов невелика. Это, прежде всего, белки крови - гемоглобин, альбумин, глобулин и др.

Следует отметить условность деления белков на фибриллярные и глобулярные, так как существует большое число белков с промежуточной структурой.

Свойства белка могут сильно изменяться при замене одной аминокислоты другой. Это объясняется изменением конфигураций пептидных цепей и условий образования пространственной структуры белка, которая, в конечном счете, определяет его функции в организме.

Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы отдельных белков, весьма различно: в инсулине - 51, в миоглобине - около 140. Поэтому и относительная молекулярная масса белков колеблется в очень широких пределах - от 10 тысяч до многих миллионов. На основе определения относительной молекулярной массы и элементарного анализа установлена эмпирическая формула белковой молекулы - гемоглобина крови (C 738 H 1166 O 208 S 2 Fe) 4 . Меньшая молекулярная масса может быть у простейших ферментов и некоторых гормонов белковой природы. Например, молекулярная масса гормона инсулина около 6500, а белка вируса гриппа - 320000000. Вещества белковой природы (состоящие из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидной связью), имеющие относительно меньшую молекулярную массу и меньшую степень пространственной организации макромолекулы, называются полипептидами. Провести резкую границу между белками и полипептидами трудно. В большинстве случаев белки отличаются от других природных полимеров (каучука, крахмала, целлюлозы) тем, что чистый индивидуальный белок содержит только молекулы одинакового строения и массы. Исключением является, например, желатина, в состав которой входят макромолекулы с молекулярной массой 12000 – 70000.

Строением белков объясняются их весьма разнообразные свойства. Они имеют разную растворимость: некоторые растворяются в воде, другие - в разбавленных растворах нейтральных солей, а некоторые совсем не обладают свойством растворимости (например, белки покровных тканей). При растворении белков в воде образуется своеобразная молекулярно-дисперсная система (раствор высокомолекулярного вещества). Некоторые белки могут быть выделены в виде кристаллов (белок куриного яйца, гемоглобина крови).

Белки играют важнейшую роль в жизнедеятельности всех организмов. При пищеварении белковые молекулы перевариваются до аминокислот, которые, будучи хорошо растворимы в водной среде, проникают в кровь и поступают во все ткани и клетки организма. Здесь наибольшая часть аминокислот расходуется на синтез белков различных органов и тканей, часть - на синтез гормонов, ферментов и других биологически важных веществ, а остальные служат как энергетический материал. Т.е. белки выполняют каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), транспортные (гемоглобин, церулоплазмин и др.) и защитные (антитела, тромбин и др.) функции.

Белки - важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. Совокупность непрерывно протекающих химических превращений белков занимает ведущее место в обмене веществ организмов. Скорость обновления белков у живых организмов зависит от содержания белков в пище, а также его биологической ценности, которая определяется наличием и соотношением незаменимых аминокислот

Белки растений беднее белков животного происхождения по содержанию незаменимых аминокислот, особенно лизина, метионина, триптофана. Белки сои и картофеля по аминокислотному составу наиболее близки белкам животных. Отсутствие в корме незаменимых аминокислот приходит к тяжелым нарушениям азотистого обмена. Поэтому селекция зерновых культур направлена, в частности, и на повышение качества белкового состава зерна.

Классификация белков

Белки подразделяются на две большие группы: простые белки, или протеины, и сложные белки, или протеиды.

При гидролизе протеинов в кислом водном растворе получают только а-аминокислоты. Гидролиз протеидов дает, кроме аминокислот, и вещества небелковой природы (углеводы, нуклеиновые кислоты и др.) - это соединения белковых веществ с небелковыми.

Протеины

Альбумины хорошо растворяются в воде. Встречаются в молоке, яичном белке и крови.

Глобулины в воде не растворяются, но растворимы в разбавленных растворах солей. К глобулинам принадлежат глобулины крови и мышечный белок миозин.

Глутелины растворяются только в разбавленных растворах щелочей. Встречаются в растениях.

Склеропротеины - нерастворимые белки. К склеропротеинам относятся кератины, белок кожи и соединительных тканей коллаген, белок натурального шелка фиброин.

Протеиды

Протеиды построены из протеинов, соединенных с молекулами другого типа (простетическими группами).

Фосфопротеиды содержат молекулы фосфорной кислоты, связанные в виде сложного эфира у гидроксильной группы аминокислоты серина. К ним относится вителлин - белок, содержащийся в яичном желтке, белок молока казеин.

Гликопротеиды содержат остатки углеводов. Они входят в состав хрящей, рогов, слюны.

Хромопротеиды содержат молекулу окрашенного вещества, обычно типа порфина. Самым важным хромопротеидом является гемоглобин - переносчик кислорода, окрашивающий красные кровяные тельца.

Нуклеопротеиды - протеины, связанные с нуклеиновыми кислотами. Они представляют собой очень важные с биологической точки зрения белки - составные части клеточных ядер. Нуклеопротеиды являются важнейшей составной частью вирусов - возбудителей многих болезней.

При соединении двух или нескольких аминокислот образуется более сложное соединение - полипептид. Полипептиды, соединяясь, образуют еще более сложные и крупные частицы и в итоге - сложную молекулу белка.

Роль белков в организме

Функции белков в организме разнообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков.

Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах составляет более половины массы.

Многие белки обладают сократительной функцией. Это, прежде всего, белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные волокна - миофибриллы - представляют собой длинные тонкие нити, состоящие из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для осуществления сокращения, гликоген - питательное вещество, неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.

Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это, прежде всего, гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок - миоглобин.

Еще одна функция белка - запасная. К запасным белкам относят ферритин - железо, овальбумин - белок яйца, казеин - белок молока, зеин - белок семян кукурузы.

Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны.

Гормоны - биологически активные вещества, которые оказывают влияние на обмен веществ. Многие гормоны являются белками, полипептидами или отдельными аминокислотами. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин. Этот простой белок состоит только из аминокислот. Функциональная роль инсулина многопланова. Он снижает содержание сахара в крови, способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, увеличивает образование жиров из углеводов, влияет на обмен фосфора, обогащает клетки калием. Регуляторной функцией обладают белковые гормоны гипофиза - железы внутренней секреции, связанной с одним из отделов головного мозга. Он выделяет гормон роста, при отсутствии которого развивается карликовость. Этот гормон представляет собой белок с молекулярной массой от 27000 до 46000.

Одним из важных и интересных в химическом отношении гормонов является вазопрессин. Он подавляет мочеобразование и повышает кровяное давление. Вазопрессин - это октапептид циклического строения с боковой цепью:

про - лиз -гли(NH 2)

цис - асп(NH 2)

S фенилаланин

Регуляторную функцию выполняют и белки, содержащиеся в щитовидной железе - тиреоглобулины, молекулярная масса которых около 600000. Эти белки содержат в своем составе йод. При недоразвитии железы нарушается обмен веществ.

Другая функция белков - защитная. На ее основе создана отрасль науки, названная иммунологией.

В последнее время в отдельную группу выделены белки с рецепторной функцией. Есть рецепторы звуковые, вкусовые, световые и др.

Следует упомянуть и о существовании белковых веществ, тормозящих действие ферментов. Такие белки обладают ингибиторными функциями. При взаимодействии с этими белками фермент образует комплекс и теряет свою активность, полностью или частично. Многие белки - ингибиторы ферментов - выделены в чистом виде и хорошо изучены. Их молекулярные массы колеблются в широких пределах; часто они относятся к сложным белкам - гликопротеидам, вторым компонентом которых является углевод.

Если белки классифицировать только по их функциям, то такую систематизацию нельзя было бы считать завершенной, так как новые исследования дают много фактов, позволяющих выделять новые группы белков с новыми функциями. Среди них уникальные вещества - нейропептиды (ответственные за важнейшие жизненные процессы: сон, память, боль, чувство страха, тревоги).

Биологические катализаторы

В основе всех жизненных процессов лежат тысячи химических реакций. Они идут в организме без применения высокой температуры и давления, т. е. в мягких условиях. Вещества, которые окисляются в клетках человека и животных, сгорают быстро и эффективно, обогащая организм энергией и строительным материалом. Но те же вещества могут годами храниться как в консервированном (изолированном от воздуха) виде, так и на воздухе в присутствие кислорода. Возможность быстрого переваривания продуктов в живом организме осуществляется благодаря присутствию в клетках особых биологических катализаторов - ферментов.

Ферменты - это специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов и играющие роль биологических катализаторов. О ферментах люди узнали давно. Еще в начале прошлого века в Петербурге К. С. Кирхгоф выяснил, что проросший ячмень способен превращать полисахарид (крахмал) в дисахарид (мальтозу), а экстракт дрожжей расщеплять свекловичный сахар на моносахариды - глюкозу и фруктозу. Это были первые исследования в ферментологии, хотя на практике применение ферментативных процессов было известно с незапамятных времен (сбраживание винограда, сыроварение и др.).

В разных изданиях применяются два понятия: «ферменты» и «энзимы». Эти названия идентичны. Они обозначают одно и тоже - биологические катализаторы. Первое слово переводится как «закваска», второе - «в дрожжах».

Долгое время не представляли, что же происходит в дрожжах, какая сила, присутствующая в них, заставляет вещества разрушаться и превращаться в более простые. Только после изобретения микроскопа было установлено, что дрожжи - это скопление большого количества микроорганизмов, которые используют сахар в качестве своего основного питательного вещества. Иными словами, каждая дрожжевая клетка «начинена» ферментами, способными разлагать сахар. Но в то же время были известны и другие биологические катализаторы, не заключенные в живую клетку, а свободно «обитающие» вне ее. Например, они были найдены в составе желудочных соков, клеточных экстрактов. В связи с этим, в прошлом различали два типа катализаторов: считалось, что собственно ферменты неотделимы от клетки и вне ее не могут функционировать, т.е. они «организованы». А «неорганизованные» катализаторы, которые могут работать вне клетки, называли энзимами. Такое противопоставление «живых» ферментов и «неживых» энзимов объяснялось влиянием виталистов, борьбой идеализма и материализма в естествознании. Точки зрения ученых разделились. Основоположник микробиологии Л. Пастер утверждал, что деятельность ферментов определяется жизнью клетки. Если клетку разрушить, то прекратится и действие фермента. Химики во главе с Ю. Либихом развивали чисто химическую теорию брожения, доказывая, что активность ферментов не зависит от существования клетки.

В 1871 г. русский врач М. М. Манассеина разрушила дрожжевые клетки, растирая их речным песком. Клеточный сок, отделенный от остатков клеток, сохранял свою способность сбраживать сахар. Через четверть века немецкий ученый Э. Бухнер получил бесклеточный сок прессованием живых дрожжей под давлением до 5*10 Па. Этот сок, подобно живым дрожжам, сбраживал сахар с образованием спирта и оксида углерода (IV):

C 6 H 12 O 6 --->2C 2 H 5 OH + 2CO 2

Работы А. Н. Лебедева по исследованию дрожжевых клеток и труды других ученых положили конец виталистическим представлениям в теории биологического катализа, а термины «фермент» и «энзим» стали применять как равнозначные.

В наши дни ферментология - это самостоятельная наука. Выделено и изучено около 2 тыс. ферментов.

Свойства ферментов

Важнейшим свойством ферментов является преимущественный катализ одной из нескольких теоретически возможных реакций. В зависимости от условий, ферменты способны катализировать как прямую, так и обратную реакцию. Это свойство ферментов имеет большое практическое значение.

Другое важнейшее свойство ферментов - термолабильность, т.е. высокая чувствительность к изменениям температуры. Так как ферменты являются белками, то для большинства из них температура свыше 70°C приводит к денатурации и потере активности. При увеличении температуры до 10°С реакция ускоряется в 2 – 3 раза, а при температурах близких к 0°С скорость ферментативных реакций замедляется до минимума.

Следующим важным свойством является то, что ферменты находятся в тканях и клетках в неактивной форме (проферменте). Классическими его примерами являются неактивные формы пепсина и трипсина. Существование неактивных форм ферментов имеет большое биологическое значение. Если бы пепсин вырабатывался сразу в активной форме, то он «переваривал» бы стенку желудка, т.е. желудок «переваривал» бы сам себя.

Классификация ферментов

На Международном биохимическом съезде было принято, что ферменты должны классифицироваться по типу реакции, катализируемой ими. В названии фермента обязательно присутствует название субстрата, т.е. того соединения, на которое воздействует данный фермент, и окончание -аза (аргиназа катализирует гидролиз аргинина и т. д.).

По этому принципу все ферменты были разделены на 6 признаков:

Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, например каталаза:

2H 2 O 2 -->O 2 +2H 2 O

Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос атомов или радикалов.

Гидролазы - ферменты, разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды, например фосфатаза:

R - O - P = O + H 2 O --> ROH + H 3 PO 4

Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу без присоединения воды, негидролитическим путем.

Например, отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой:

CH 3 - C - C ---->CO 2 + CH 3 - C

Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой:

глюкозо-6-фосфат --> глюкозо-1-фосфат

Синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза.

Когда в пищеварительном тракте или в эксперименте белки расщепляются на более простые соединения, то через ряд промежуточных стадий (альбумозы и пептоны) они расщепляются на полипептиды и, наконец, на аминокислоты. Аминокислоты, в отличие от белков, легко всасываются и усваиваются организмом. Они используются организмом для образования собственного специфического белка. Если же, вследствие избыточного поступления аминокислот, их расщепление в тканях продолжается, то они окисляются до углекислого газа и воды.

Большинство белков растворяется в воде. Молекулы белков, в силу их больших размеров, почти не проходят через поры животных или растительных мембран. При нагревании водные растворы белков свертываются. Есть белки (например, желатина), которые растворяются в воде только при нагревании.

При поглощении пища сначала попадает в ротовую полость, а затем по пищеводу в желудок. Чистый желудочный сок бесцветен, имеет кислую реакцию. Кислая реакция зависит от наличия соляной кислоты, концентрация которой составляет 0,5%.

Желудочный сок обладает свойством переваривать пищу, что связано с наличием в нем ферментов. Он содержит пепсин - фермент, расщепляющий белок. Под влиянием пепсина белки расщепляются на пептоны и альбумозы. Железами желудка пепсин вырабатывается в неактивном виде, он переходит в активную форму при воздействии на него соляной кислоты. Пепсин действует только в кислой среде, при попадании в щелочную среду становится неактивным.

Пища, поступив в желудок, более или менее длительное время задерживается в нем - от 3 до 10 часов. Срок пребывания пищи в желудке зависит от ее характера и физического состояния - жидкая она или твердая. Вода покидает желудок немедленно после поступления. Пища, содержащая большее количество белков, задерживается в желудке дольше, чем углеводная; еще дольше остается в желудке жирная пища. Передвижение пищи происходит, благодаря сокращению желудка, что способствует переходу в пилорическую часть, а затем в двенадцатиперстную кишку уже значительно переваренной пищевой кашицы.

Пищевая кашица, поступившая в двенадцатиперстную кишку, подвергается дальнейшему перевариванию. Здесь на пищевую кашицу изливается сок кишечных желез, которыми усеяна слизистая оболочка кишки, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков пищевые вещества - белки, жиры и углеводы - подвергаются дальнейшему расщеплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу.

Свойства белка зависят и от его состава и от расположения аминокислот в молекуле. Причем порядок аминокислот в молекуле белка играет очень важную роль в выполнении их функций.

Аминокислоты , синтезирующиеся в нашем организме, называют заменимыми. Некоторые аминокислоты в организме человека не образуются - это незаменимые аминокислоты. Белки, содержащие весь набор незаменимых аминокислот, биологически полноценны. Они содержатся и в животной пище, и в некоторых пищевых растениях - сое, горохе, фасоли.

Если принять ценность белков молока (в нем имеются все незаменимые аминокислоты) за 100, то биологическую ценность мяса и рыбы можно выразить числом 95, картофеля - 85, ржаного хлеба - 75, риса - 58, гороха - 55, пшеницы - 50.

С пищей обязательно должны поступать все незаменимые аминокислоты , дефицит хотя бы одной из них может привести к гибели организма, так как каждая из незаменимых аминокислот влияет на определенные его функции.

Велико значение белко в не только в пищеварении, но и во всей жизнедеятельности человека. Из белков построены ферменты - биологические катализаторы, ускоряющие ход химических реакций, протекающих в организме.

И то, что мясная пища делает людей раздражительными и жестокими, по аналогии с хищными животными, также не выдерживает критики. Ведь как рассуждают поборники вегетарианства: "Растительноядные животные отличаются покладистым нравом, даже силой и мощью природа их не обделила. Взять к примеру слона - он могуч и добр, а львам присуща свирепость и кровожадность". Хотя зоологические аргументы, а мы это уже поняли, куда как противоречивы, нетрудно увидеть, что и в этих примитивных рассуждениях причины подменены следствиями: не мясная пища делает хищников хищными, а людей определенного склада агрессивными и социально опасными. По этим рассуждениям выходит так, что если льва кормить морковкой, он станет тихим, как кролик, а кролик от мяса озвереет. Но мне почему-то кажется, что и тот и другой сдохнут раньше, чем успеют привыкнуть к несвойственной им пище.

Бескомпромиссный вегетарианец, чтобы получить 50-70 г жиров, должен ежедневно съедать 4-5 кг продуктов растительного происхождения, причем не менее 70 % из них должны составить масличные культуры. Таким образом, отказ частичный и тем более полный от продуктов животного происхождения сегодня тоже можно рассматривать как некую дань "модным" диетам.

То, что белок участвует в формировании мышечной ткани , как бы само собой разумеется, но не все знают, что он участвует и в строительстве скелета .

Это связано с тем, что белковая пища помогает усвоению кальция, в то время как снижение уровня белка в пище ухудшает всасываемость этого элемента слизистой кишечника. А ведь в костях человека кальция сосредоточено более 90 %: именно этот элемент придает прочность скелету. Однако этим функции кальция в организме не исчерпываются; он повышает возбудимость нервно-мышечного аппарата, способствует свертываемости крови, уменьшает проницаемость стенок кровеносных сосудов. Кальций участвует в работе мышцы сердца, способствует реализации лечебного действия сердечных гликозидов, стимулирует функции печени, активизирует фермент липазу. Поэтому белковая пища, обогащенная кальцием, особенно молоко и молочные продукты, биологически более полноценна по сравнению с пищей сугубо растительного происхождения с низким содержанием кальция.

Дефицит кальция в организме , спровоцированный отказом от животных белков, приводит к нарушению ряда физиологических функций, в частности снижается умственная и физическая работоспособность, у детей тормозится образование костей, а у взрослых кости рассасываются.

Очень показателен в этом отношении следующий исторический пример.

В 1857 году 8 лет от роду Ваня Павлов, будущий лауреат Нобелевской премии, упал с высокого помоста и стал после этого тяжело хворать. Может, и не выжил бы мальчик, если бы не забрал его к себе крестный отец - игумен подгородного Троицкого монастыря. Старик знал лечебную силу белкового питания и поэтому кормил своего крестника яйцами, молоком и отварными курами. По утрам занимался с ним гимнастикой, летом заставлял плавать, ездить верхом, играть в городки, а зимой - разгребать снег и кататься на коньках. Всегда и охотно помогал мальчик игумену обихаживать сад и огород. Сам игумен отличался завидным здоровье м, что убежденно считал следствием здорового питания. Позже Иван Петрович Павлов писал, что равнодушие к еде есть неблагоразумие, и не раз говорил, что именно благодаря правильному питанию сохранил высокие работоспособность, выносливость и ясность мысли до полных своих 86 лет.

Совершенно противоположная метаморфоза произошла с другим представителем русской интеллигенции, решившем в преклонном возрасте стать вегетарианцем. В отличие от маленького Вани, который болел в детстве, маленький Левушка был на редкость здоровым мальчиком, да и в зрелые годы, воюя под Севастополем, Лев Николаевич не жаловался на здоровье . Выйдя в отставку и, по определению В. И. Ульянова-Ленина став "матерым человечищем", Толстой поражал окружающих физическим здоровьем, таская воду, катаясь на велосипеде и коньках чуть ли не в 80 лет. Правда, всемирно известный писатель перестал есть мясо только к старости после увиденной им сцены на тульской бойне, когда с упавшего быка начали сдирать шкуру, а в огромном теле животного еще билась жизнь и из залитых кровью глаз катились крупные слезы. Вернувшись в Ясную Поляну, Лев Николаевич по соображениям исключительно нравственного порядка полностью отказался от мяса и буквально сразу начинает меняться его внешность. Вот что пишет за 7 лет до смерти писателя его жена Софья Андреевна: "Так мучительно мне видеть его страдающим, слабым, гаснущим и угнетенным духом и телом. Возьмешь его голову в обе руки или его исхудавшие руки целуешь с нежной бережной лаской, а он посмотрит безучастно. Что-то в нем происходит, что он думает?" Перемена, произошедшая со Л. Н. Толстым после перехода с обычной для него смешанной пищи на растительную, совершенно понятна и вполне объяснима.

Дефицит пищевого белка отрицательно сказался на жизнедеятельности его организма. Прежде всего нарушился азотный баланс, и распад белка стал превалировать над его синтезом. Испытывая недостаток белка, организм начал "питаться" собственными тканями. Не удивительно, что семью годами позже окончательное помутнение рассудка привело Толстого к гибели.

Дефицит белка в питании уменьшает устойчивость организма к инфекциям, так как снижается уровень образования антител. Нарушается синтез и других защитных факторов - лизоцима и интерферона, из-за чего обостряется течение воспалительных процессов. Сокращение поступления белка с пищей, либо увеличение его расхода в организме (при тяжелой физической работе или в результате болезни) вызывает белковую недостаточность. Тяжелая форма белковой недостаточности называется квашиоркор. Это заболевание чаще бывает у детей. В России квашиоркор не наблюдается, но заболевание нередко встречается в развивающихся странах Азии, Африки, Центральной и Южной Америки.

Нескомпенсированность белка в организме неблагоприятно отражается на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем . Недостаток белка ухудшает аппетит, что в свою очередь уменьшает приток белка с пищей - возникает порочный круг.

Для того чтобы этого не произошло, требуется постоянно вводить в организм физиологически необходимое количество белка с пищей.

Роль белков в организме

Белки - жизненно необходимые вещества, относятся к основным пищевым вещества (макронутриентам). Биологическая активность других пищевых веществ проявляется только в их присутствии. Белки выполняют следующие основные функции:

пластическая - служат материалом для построения клеток, тканей и органов;

защитная - формируют соединения, обеспечивающие иммунитет к инфекциям (антитела);

ферментативная – все ферменты являются белковыми соединениями;

гормональная – многие гормоны являются белками (инсулин, гормон роста, тиреотропный гормон, гастрин и др.);

сократительная – белки актин и миозин обеспечивают мышечное сокращение;

транспортная – транспорт кислорода (обеспечивает гемоглобин), липидов, углеводов, некоторых витаминов, минеральных веществ, гормонов (белки сыворотки крови) и т.д.;

рецепторная – все рецепторы клеток являются белками;

энергетическая – обеспечивают 10-15% энергоценности суточного рациона, энергетический коэффициент белков 4 ккал (16,7 кДж).

Белковые соединения участвуют в осуществлении других важных процессов в организме, таких как возбудимость, дифференцировка клеток координация движений, хранение наследственного материала и др.

Белки – это азотсодержащие полимерные соединения, мономерами которых являются аминокислоты. Все белки принято делить на простые и сложные . Под простыми белками понимают соединения, включающие в свой состав лишь полипептидные цепи (альбумины, глобулины, глютелины и др.), под сложными - соединения, содержащие наряду с белковой молекулой небелковую часть (простетическую группу), образуемую липидами, углеводами, нуклеиновыми кислотами и другими веществами (липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеид и др.).

Жизнь организма связана с непрерывным распадом и обновлением белков. Для равновесия этих процессов необходимо ежедневное восполнение белковых потерь. Белки, в отличие от жиров и углеводов не накапливаются в резерве и не образуются из других пищевых веществ, то есть являются незаменимой частью пищи. Для восполнения энергетических затрат возможна замена белков жирами и углеводами, в то время как пластическая роль белков не может быть заменена никакими другими веществами.

Белки в организме человека обновляются постоянно и независимо от его возраста. В молодом растущем организме скорость синтеза белков превышает скорость распада, а при голодании и тяжелых заболеваниях наоборот. Наиболее быстро обновляются белки печени и слизистой оболочки кишечника - до 10 дней. Наиболее медленно – белки мышц (миозин), соединительной ткани (коллаген), мозга (миелин) – до 180 дней. Период обновления гормонов измеряется часами и даже минутами (инсулин и др.). Скорость обновления белков выражается временем, необходимым для обмена половины всех молекул и называется период полужизни (Т 1/2). Средняя величина Т 1/2 для белков всего организма составляет примерно 3 недели. Общая скорость синтеза белков у человека достигает 500 г в день, что значительно превосходит их потребление с пищей. Это является результатом повторного использования продуктов распада белков и предшественников аминокислот в организме.

Белковая недостаточность

При нарушении равновесия между образованием и распадом белка в сторону распада у взрослого человека и недостаточным накоплением белка у детей развивается белковая недостаточность организма.

Алиментарная (пищевая) белковая недостаточность возникает как при недостатке белка в пище (количественный недостаток), так и при преобладании белков низкой биологической ценности (качественный недостаток). По данным ВОЗ половина населения земного шара испытывает хронический белковый голод. Особенно чувствительны к белковому голоданию дети.

Белковая недостаточность приводит к снижению массы тела, замедлению роста у детей, ухудшению костеобразования, снижению прочности костей, атрофии мышц, истончению и сухости кожи, задержке психического и умственного развития, снижению выработки гормонов, ферментов, в том числе пищеварительных, ожирению печени и циррозу ее, уменьшению в крови количества эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов, гемоглобина, белков крови, снижению естественного и искусственного иммунитета, развитию гиповитаминозов, поражению сердечно-сосудистой и выделительной систем, возникновению белковых отеков и др.

Избыточное белковое питание

Длительное избыточное потребление белка также оказывает неблагоприятное влияние на организм. Избыток белка приводит к гипертрофии печени и почек, усилению процессов гниения в кишечнике, угнетению нормальной микрофлоры кишечника, нарушению функции центральной нервной системы (перевозбуждение, неврозы и др.). Повышенное потребление белков за счет мяса, рыбы, внутренних органов животных способствует накоплению в организме мочевой кислоты - продукта обмена пуринов. Соли мочевой кислоты (ураты) откладываются в суставах, хрящах и других тканях, что ведет к подагре и мочекаменной болезни.

Азотистый баланс

Для определения потребности организма в белках необходимо изучение азотистого баланса.

Азотистый баланс - это разность между потребленным с пищей азотом и азотом, выделенным из организма (с мочой, калом и другими путями). Различают следующие виды азотистого баланса:

Азотистое равновесие - характеризуется равенством количества азота, поступившего с пищей и выделенного из организма. Этот вид баланса отмечается у здорового взрослого человека при полноценном питании. Исследованиями установлено, что азотистое равновесие у взрослого человека поддерживается при поступлении 50-60 г белка.

Положительный азотистый баланс – азота с пищей поступает больше, чем его выводится из организма. Задержка азота физиологична для детей, беременных и кормящих женщин, после голодания и т.д., что связано с преобладанием пластических процессов в организме.

Отрицательный азотистый баланс - развивается в случае превышения выделения азота из организма над поступлением его с пищей. Он свидетельствует о потере организмом белков тканей. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при голодании, при отсутствии в пище одной или нескольких незаменимых аминокислот, а также при нарушении усвояемости пищи при некоторых заболеваниях. Длительное нахождение в таком состоянии приводит к гибели.

4.5. Аминокислоты и их значение в питании

Основными составными частями и структурными элементами белковой молекулы являются аминокислоты. Поступив с пищей, белки расщепляются до аминокислот, которые с кровью попадают в клетки и используются для синтеза белков, специфических для организма человека. В процессе синтеза специфических белков имеет значение не только количество поступивших с пищей белков, но и соотношение в них аминокислот. Вследствие того, что белков, совпадающих по аминокислотному составу с белками тканей человека в естественных пищевых продуктах нет, то для синтеза белков организма следует использовать разнообразные пищевые белки.

В пищевых продуктах для человека имеют значение 20 аминокислот в L-формах.

В организме человека наблюдается превращение одних аминокислот в другие, которое частично происходит в печени. Однако имеется ряд аминокислот, не образующихся в организме и поступающих только с пищей. Эти аминокислоты называются незаменимыми (эссенциальными) и считаются жизненно необходимыми. К незаменимым аминокислотам относятся триптофан, лизин, метионин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, валин, треонин . У детей незаменимой аминокислотой является гистидин , так как он у них не синтезируется до трех лет в необходимом количестве. При отдельных заболеваниях организм человека не способен синтезировать некоторые другие аминокислоты. Так, при фенилкетонурии не синтезируется тирозин из фенилаланина .

Каждая аминокислота в организме имеет свое значение.

Триптофан необходим для роста организма, поддержания азотистого равновесия, образования белков сыворотки крови, гемоглобина и ниацина (витамина РР).

Лизин участвует в процессах роста, образования скелета, усвоения кальция и т.д.

Метионин участвует в превращении жиров, в синтезе холина, адреналина, активизирует действие некоторых гормонов, витаминов, ферментов и является липотропным веществом, препятствующим жировому перерождению печени

Фенилаланин – участвует в процессе передачи нервных импульсов в составе медиаторов (допамин, норэпифрин).

Лейцин – нормализует сахар крови, стимулирует гормон роста, участвует в процессах восстановления поврежденных тканей костей, кожи, мышц.

Изолейцин – поддерживает азотистый баланс, его отсутствие приводит к отрицательному азотистому балансу.

Валин – участвует в азотистом обмене, координации движений и др.

Треонин – участвует в процессах роста, формирования тканей и др.

Биологическая ценность белков пищи

Биологическая ценность - характеризуется содержанием незаменимых аминокислот в пищевых белках, их сбалансированностью и степенью усвоения организмом.

Для полного усвоения белка пищи содержание в нем аминокислот должно быть в определенном соотношении, т.е. быть сбалансированным. Для взрослого человека может быть принята следующая формула сбалансированность незаменимых аминокислот (г/сут): триптофана 1, лейцина 4-6, изолейцина 3-4, валина 3-4, треонина 2-3, лизина 3-5, метионина 2-4, фенилаланина 2-4. Для ориентировочной оценки сбалансированности незаменимых кислот принята упрощенная формула, согласно которой соотношения триптофан: лизин: метионин (вместе с цистином) равно 1:3:3 (г/сут).

В зависимости от биологической ценности различают три группы пищевых белков.

Белки высокой биологической ценности - это белки, содержащие все незаменимые аминокислоты в достаточном количестве, в оптимальной сбалансированности и обладающие легкой перевариваемостью и высокой усвояемостью (более 95%). К ним относятся белки яиц, молочных продуктов, мяса и рыбы.

Белки средней биологической ценности - содержат все незаменимые аминокислоты, но они недостаточно сбалансированы и усваиваются на 70-80%. Так, недостаток лизина - основная причина пониженной ценности белков хлеба. Кукуруза дефицитна по лизину и триптофану, рис - по лизину и треонину. Более полноценен белок картофеля, но количество его в этом продукте невелико - около 2%. Кроме того белки почти всех растительных продуктов трудно перевариваемы, так как они заключены в оболочки из клетчатки, что препятствует действию пищеварительных ферментов, особенно в бобовых, грибах, крупах из цельных зерен.

Неполноценные белки – в них отсутствует одна или несколько незаменимых аминокислот, что приводит к неполному усвоению других аминокислот и всего белка. К ним относят коллаген, эластин (содержатся в соединительной, хрящевой ткани), кератин (волосы, ногти, шерсть) и др. Так, в эластине и коллагене отсутствует триптофан и снижено количество незаменимых аминокислот.

Наиболее быстро перевариваются в желудочно-кишечном тракте белки молочных продуктов, яиц и рыбы, затем мяса (говядины быстрее, чем свинины и баранины), хлеба и круп (быстрее белки пшеничного хлеба из муки высших сортов и манной крупы). Белки рыбы перевариваются быстрее, чем мяса, так как в рыбе меньше соединительной ткани. Из коллагена получают желатин, который, несмотря на неполноценность, легко усваивается без напряжения секреции пищеварительных желез.

На усвояемость белков влияет технологическая обработка. Так, денатурация белковых молекул, образующаяся при тепловой обработке, взбивании, мариновании улучшает доступ пищеварительных ферментов и улучшает усвоение белков. Чрезмерная тепловая обработка (например, жарка) ухудшает усвояемость белков в результате избыточной денатурации, которая затрудняет ферментативную обработку. Избыточное нагревание отрицательно влияет на аминокислоты. Так, биологическая ценность молочного белка казеина падает на 50% при нагреве до 200 о С, При сильном и длительном нагреве продуктов, богатых углеводами, в них уменьшается количество доступного для усвоения лизина. Поэтому рационально предварительное замачивание круп в целях сокращения времени варки. Лучше усваиваются вареное мясо и рыба потому что содержащаяся в них соединительная ткань при варке приобретает желеобразное состояние, белки при этом частично растворяются в воде и легче расщепляются. Измельчение пищевых продуктов облегчает процесс переваривания белков.

Методы оценки качества белка

Для определения биологической ценности белков пищи применяют химические и биологические методы . К химическим методам относится

Метод аминокислотного скора (от англ. scorе – счет) - основан на определении количества всех аминокислот содержащихся в исследуемом белке, и вычислении процентного содержания каждой из аминокислот по отношению к ее содержанию в стандартном белке, принятом за идеальный белок (шкала ФАО/ВОЗ). В 1 г идеального белка содержится 40 мг изолейцина, 70 мг лейцина, 55 мг лизина, 35 мг серодержащих аминокислот (метионин и цистин), 60 мг ароматических аминокислот (фенилаланин и тирозин), 40 мг треонина, 10 мг триптофана, 50 мг валина. Аминокислота, скор (%} которой имеет наименьшее значение, считается лимитирующей , а с наименьшим скором - первой лимитирующей. Аминокислоты, скор которых близок к 100% свидетельствуют о полноценности белка.

К биологическим методам относят методы с использованием животных и микроорганизмов. У животных основными показателями оценки качества белка являются: привес (рост) за определенный период времени, расход белка и энергии на единицу привеса, коэффициент перевариваемости, величина задержки азота в организме, доступность аминокислот. Одним из распространенных биологических методов является определение коэффициента эффективности белка (КЭБ) , который представляет собой отношение прибавки массы тела растущего животного (в г) к количеству потребленного белка (в г).

Пути повышения белковой ценности

Для удовлетворения потребности организма в незаменимых аминокислотах целесообразно сочетание животных и растительных белков, которое улучшает суммарную сбалансированность аминокислот: молочные продукты с крупами, макаронами, хлебом; мучные изделия с творогом, мясом, рыбой; картофель и овощи с мясом и т.д.

Для повышения белковой ценности пищевых продуктов используют естественные белковые обогатители: соя, молоко и молочная сыворотка, белки крови убойных животных различные гидролизаты, белковые изоляты и концетраты, хлопковый и подсолнечный жмых, белок семян томатов, винограда и т.п. Выпускают молочные продукты с повышенным содержанием белков, созданы крупы с повышенным до 16-21% содержанием белков и сбалансированным аминокислотным составом, используют белково-пшеничный и белково-отрубяной хлеб (23% белка против 7% в обычном хлебе).

Перспективным считается использование в питании продуктов моря (водоросли, рыбные и нерыбные продукты промысла

Одним из путей решения проблемы дефицита белка является селекция сельскохозяйственных продуктов с высоким уровнем белка, а также добавление искусственных аминокислот в продукты, лимитированные по отдельным аминокислотам, например добавление лизина в муку высших сортов.

Основные источники белка в питании

Основными источниками белка в питании являются мясные, рыбные, молочные и зернобобовые продукты. Больше всего белка содержится в сое – 35%, в сырах - около 25%, в горохе и фасоли - 22-23%. В разных видах мяса, рыбы и птицы содержится 16-20% белка, в нежирном твороге – 18%, в жирном твороге – 14%, яйцах – 13%, в гречневой крупе – 13%, овсяной крупе и пшене – 12%, макаронах – 10%, в хлебе пшеничном - около 8%, ржаном - 6%, молоке - около 3%. В большинстве овощей содержится не более 2% белка. Еще меньше его во фруктах и ягодах. Основным источником животного белка в питании является мясо, молоко, яйца, рыба. Основными поставщиками растительного белка являются хлеб и крупы.

Потребность и нормирование белков в питании

Потребность в белках взрослого здорового человека зависит от возраста, пола, физической активности, вида труда, физиологического состояния. Для взрослого человека достаточно 0,75 г белка в сутки на 1 кг массы тела. При этом имеются в виду белки высокой биологической ценности и усвояемости. При смешанном растительно-животном рационе требуется примерно 1 г на кг массы тела. Потребление белка выше 1,5 г/кг нежелательно, а более 2 г/кг оказывает неблагоприятное действие.

Доля животных белков в среднем должна составлять около 55% от общего количества рационе. Предусмотрено повышение доли животных белков для детей до 60-70%, для кормящих матерей до 60%.

Увеличивается потребность в белке в период выздоровления после тяжелых инфекций, хирургических операций, переломах костей, при туберкулезе и др.

Белок ограничивают при остром нефрите, недостаточности функции почек и печени, подагре и некоторых других заболеваниях. Возможно даже временное исключение белка из рациона. В малобелковых диетах при хронической почечной недостаточности содержание белка снижается до 20-40 г/сут, из них 60-70% составляют животные белки.



Значение белка в жизни человека

Свойства белка зависят и от его состава и от расположения аминокислот в молекуле. Причем порядок аминокислот в молекуле белка играет очень важную роль в выполнении их функций.

Аминокислоты, синтезирующиеся в нашем организме, называют заменимыми. Некоторые аминокислоты в организме человека не образуются – это незаменимые аминокислоты. Белки, содержащие весь набор незаменимых аминокислот, биологически полноценны. Они содержатся и в животной пище, и в некоторых пищевых растениях – сое, горохе, фасоли.

Если принять ценность белков молока (в нем имеются все незаменимые аминокислоты) за 100, то биологическую ценность мяса и рыбы можно выразить числом 95, картофеля – 85, ржаного хлеба – 75, риса – 58, гороха – 55, пшеницы – 50.

С пищей обязательно должны поступать все незаменимые аминокислоты, дефицит хотя бы одной из них может привести к гибели организма, так как каждая из незаменимых аминокислот влияет на определенные его функции.

Велико значение белков не только в пищеварении, но и во всей жизнедеятельности человека. Из белков построены ферменты – биологические катализаторы, ускоряющие ход химических реакций, протекающих в организме.

И то, что мясная пища делает людей раздражительными и жестокими, по аналогии с хищными животными, также не выдерживает критики. Ведь как рассуждают поборники вегетарианства: "Растительноядные животные отличаются покладистым нравом, даже силой и мощью природа их не обделила. Взять к примеру слона – он могуч и добр, а львам присуща свирепость и кровожадность". Хотя зоологические аргументы, а мы это уже поняли, куда как противоречивы, нетрудно увидеть, что и в этих примитивных рассуждениях причины подменены следствиями: не мясная пища делает хищников хищными, а людей определенного склада агрессивными и социально опасными. По этим рассуждениям выходит так, что если льва кормить морковкой, он станет тихим, как кролик, а кролик от мяса озвереет. Но мне почему-то кажется, что и тот и другой сдохнут раньше, чем успеют привыкнуть к несвойственной им пище.

Бескомпромиссный вегетарианец, чтобы получить 50-70 г жиров, должен ежедневно съедать 4-5 кг продуктов растительного происхождения, причем не менее 70 % из них должны составить масличные культуры. Таким образом, отказ частичный и тем более полный от продуктов животного происхождения сегодня тоже можно рассматривать как некую дань "модным" диетам.

То, что белок участвует в формировании мышечной ткани, как бы само собой разумеется, но не все знают, что он участвует и в строительстве скелета.

Это связано с тем, что белковая пища помогает усвоению кальция, в то время как снижение уровня белка в пище ухудшает всасываемость этого элемента слизистой кишечника. А ведь в костях человека кальция сосредоточено более 90 %: именно этот элемент придает прочность скелету. Однако этим функции кальция в организме не исчерпываются; он повышает возбудимость нервно-мышечного аппарата, способствует свертываемости крови, уменьшает проницаемость стенок кровеносных сосудов. Кальций участвует в работе мышцы сердца, способствует реализации лечебного действия сердечных гликозидов, стимулирует функции печени, активизирует фермент липазу. Поэтому белковая пища, обогащенная кальцием, особенно молоко и молочные продукты, биологически более полноценна по сравнению с пищей сугубо растительного происхождения с низким содержанием кальция.

Дефицит кальция в организме, спровоцированный отказом от животных белков, приводит к нарушению ряда физиологических функций, в частности снижается умственная и физическая работоспособность, у детей тормозится образование костей, а у взрослых кости рассасываются.

Очень показателен в этом отношении следующий исторический пример.

В 1857 году 8 лет от роду Ваня Павлов, будущий лауреат Нобелевской премии, упал с высокого помоста и стал после этого тяжело хворать. Может, и не выжил бы мальчик, если бы не забрал его к себе крестный отец – игумен подгородного Троицкого монастыря. Старик знал лечебную силу белкового питания и поэтому кормил своего крестника яйцами, молоком и отварными курами. По утрам занимался с ним гимнастикой, летом заставлял плавать, ездить верхом, играть в городки, а зимой – разгребать снег и кататься на коньках. Всегда и охотно помогал мальчик игумену обихаживать сад и огород. Сам игумен отличался завидным здоровьем, что убежденно считал следствием здорового питания. Позже Иван Петрович Павлов писал, что равнодушие к еде есть неблагоразумие, и не раз говорил, что именно благодаря правильному питанию сохранил высокие работоспособность, выносливость и ясность мысли до полных своих 86 лет.

Совершенно противоположная метаморфоза произошла с другим представителем русской интеллигенции, решившем в преклонном возрасте стать вегетарианцем. В отличие от маленького Вани, который болел в детстве, маленький Левушка был на редкость здоровым мальчиком, да и в зрелые годы, воюя под Севастополем, Лев Николаевич не жаловался на здоровье. Выйдя в отставку и, по определению В. И. Ульянова-Ленина став "матерым человечищем", Толстой поражал окружающих физическим здоровьем, таская воду, катаясь на велосипеде и коньках чуть ли не в 80 лет. Правда, всемирно известный писатель перестал есть мясо только к старости после увиденной им сцены на тульской бойне, когда с упавшего быка начали сдирать шкуру, а в огромном теле животного еще билась жизнь и из залитых кровью глаз катились крупные слезы. Вернувшись в Ясную Поляну, Лев Николаевич по соображениям исключительно нравственного порядка полностью отказался от мяса и буквально сразу начинает меняться его внешность. Вот что пишет за 7 лет до смерти писателя его жена Софья Андреевна: "Так мучительно мне видеть его страдающим, слабым, гаснущим и угнетенным духом и телом. Возьмешь его голову в обе руки или его исхудавшие руки целуешь с нежной бережной лаской, а он посмотрит безучастно. Что-то в нем происходит, что он думает?" Перемена, произошедшая со Л. Н. Толстым после перехода с обычной для него смешанной пищи на растительную, совершенно понятна и вполне объяснима.

Дефицит пищевого белка отрицательно сказался на жизнедеятельности его организма. Прежде всего нарушился азотный баланс, и распад белка стал превалировать над его синтезом. Испытывая недостаток белка, организм начал "питаться" собственными тканями. Не удивительно, что семью годами позже окончательное помутнение рассудка привело Толстого к гибели.

Дефицит белка в питании уменьшает устойчивость организма к инфекциям, так как снижается уровень образования антител. Нарушается синтез и других защитных факторов – лизоцима и интерферона, из-за чего обостряется течение воспалительных процессов. Сокращение поступления белка с пищей, либо увеличение его расхода в организме (при тяжелой физической работе или в результате болезни) вызывает белковую недостаточность. Тяжелая форма белковой недостаточности называется квашиоркор. Это заболевание чаще бывает у детей. В России квашиоркор не наблюдается, но заболевание нередко встречается в развивающихся странах Азии, Африки, Центральной и Южной Америки.

Нескомпенсированность белка в организме неблагоприятно отражается на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем. Недостаток белка ухудшает аппетит, что в свою очередь уменьшает приток белка с пищей – возникает порочный круг.

Для того чтобы этого не произошло, требуется постоянно вводить в организм физиологически необходимое количество белка с пищей.

Из книги Безопасность жизнедеятельности автора Виктор Сергеевич Алексеев

3. Связь образа жизни с профилактикой заболеваний. Значение соблюдения правил личной и общественной гигиены для здоровья человека Сохранение здоровьяво многом зависит от самого человека. Разумное отношение каждого к своему здоровью – самая надежная гарантия его

Из книги Безопасность жизнедеятельности автора Виктор Сергеевич Алексеев

4. Закаливание организма, его значение для укрепления здоровья человека Закаливание организма– это комплекс мероприятий по повышению устойчивости организма к воздействию неблагоприятных погодно-климатических условий. Современные комфортные условия жилища, одежда,

Из книги Общая гигиена автора Юрий Юрьевич Елисеев

42. Минеральные вещества. Роль и значение в питании человека Минеральные вещества участвуют во всех физиологических процессах:1) пластических – в формировании и построении тканей;2) в поддержании кислотно-щелочного равновесия (кислотность сыворотки не более 7,3–7,5), в

Из книги Общая гигиена автора Юрий Юрьевич Елисеев

43. Минеральные вещества. Роль и значение в питании человека Магния в организме содержится до 25 г. Однако хорошо известна его роль в процессе углеводного и фосфорного обмена. Магний нормализует возбудимость нервной системы, обладает антиспастическим и сосудорасширяющим

автора Юрий Юрьевич Елисеев

ЛЕКЦИЯ № 2. Роль и значение воды в жизни человека

Из книги Общая гигиена: конспект лекций автора Юрий Юрьевич Елисеев

ЛЕКЦИЯ № 10. Значение белков и жиров в питании человека Биологическая роль белков Белок, являясь важнейшим компонентом питания, обеспечивающим пластические и энергетические нужды организма, справедливо назван протеином, показывающим первую его роль в питании. Роль

Из книги Общая гигиена: конспект лекций автора Юрий Юрьевич Елисеев

Значение жиров в питании здорового человека Жиры относятся к основным питательным веществам и являются обязательным компонентом в сбалансированном питании.Физиологическое значение жира весьма многообразно. Жиры является источником энергии, превосходящей энергию

Из книги Общая гигиена: конспект лекций автора Юрий Юрьевич Елисеев

ЛЕКЦИЯ № 11. Значение углеводов и минеральных веществ в питании человека Значение углеводов в питании Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона. За счет углеводов обеспечивается не менее 55 % суточной калорийности. (Вспомним соотношение основных

Из книги Общая гигиена: конспект лекций автора Юрий Юрьевич Елисеев

Минеральные вещества. Роль и значение в питании человека Ф. Ф. Эрисман писал: «Пища, не содержащая минеральных солей и удовлетворительная по другим показателям, ведет к медленной голодной смерти, так как обеднение организма солями неминуемо ведет к расстройству

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 автора

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Анатолий Павлович Кондрашов

Из книги 10 шагов к успеху автора Ниши Кацудзо

Значение церемонии в жизни благополучного человека Многое в жизни человека повторяется циклически. Поэтому древние разработали ритуалы, облегчающие и улучшающие жизнь.Путем наблюдений были выявлены наиболее тяжелые годовые периоды, неблагоприятные для работы. На эти

Из книги Как оставаться молодым и жить долго автора Юрий Викторович Щербатых

Значение дыхания для человека Дыхание – уникальная функция человека, обладающая рядом важных особенностей.Во-первых – это второй по важности процесс нашего организма, после работы сердца. Без еды человек может прожить месяц, без воды – неделю, без дыхания – две-три

Из книги ЧЕЛОВЕК И ЕГО ДУША. Жизнь в физическом теле и астральном мире автора Ю. М. Иванов

Из книги Омолаживающая гимнастика лица для мужчин автора Елена Станиславовна Луба

Глава 1 Значение внешности в жизни человека Большинство мужчин считает, что тренированное молодое тело уже делает их молодыми. Однако даже на пляже, где это тело можно продемонстрировать, контраст между упругими мышцами тела и отвисшими мышцами лица

Из книги Йога и сексуальные практики автора Ник Дуглас

Значение пищи в жизни человека Хотя без пищи и воды жизнь была бы невозможна, многие люди принимают пищу как некую данность. С Другой стороны, в современном мире существует навязчивая озабоченность диетами. Среди наиболее популярных современных диет мы можем встретить