Белки. 10
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 источником энергии,
покрывающей расходы организма,
и строительным материалом, который
используется в процессе роста организма
и воспроизведения новых
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 желёз. Под влиянием пищеварительных соков питательные вещества расщепляются на более простые, которые всасываются и усваиваются организмом.
Строение
белка и его функции
"Во
всех растениях и животных
присутствует некое вещество, которое
без сомнения является, наиболее
важным из всех известных
Белки являются одними 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 их 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 регулируется 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
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)
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
Для построения пространственной структуры белка пептидные цепи должны принять определенную, свойственную данному белку конфигурацию, которая закрепляется водородными связями, возникающими между пептиднымигруппировками 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
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 стерическиепрепятствия,
например, за счет образования пирролидиновых
Пространственная
структура закреплена вследствие взаимодействия
радикалов R и аминокислот с образованием дисульфидных
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.).
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
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 (растворвысокомолекулярного
вещества). Некоторые белки могут быть
выделены в виде кристаллов (белок куриного
яйца, гемоглобина крови).
Функции 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 функциональные различные 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:
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. рецепторы.
Следует
упомянуть и о существовании
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 жизненно важные процессы: сна, памяти, боли, чувства 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
Ферменты - это специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов 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 расщеплял 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 прекратиться и действие фермента. Химики во главе с Ю. Лбихом 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):
Работы
А.Н. Лебедева по исследованию дрожжевых
клеток и труды других ученых положили
конец виталистическим
В наши дни ферментология - это самостоятельная наука. Выделено и изучено около 2 тыс. ферментов.
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
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 тяжёлым нарушениям азотистого обмена. Поэтому селекция зерновых культур направлена, в частности, и на повышение качества белкового состава зерна.
Проблемы,
возникающие при
недостатке белка.
Недостаток в организме белка вызван недополучением
его необходимого количества или количества
аминокислот, необходимых для синтезирования
белка. Как правило, недостаток протеинов
является регулярным явлением у строгих
вегетарианцев, у людей с большими физическими
нагрузками по причине несбалансированности
питания. Дефицит белка в организме имеет
негативные последствия практически для
всего организма. Недостаточное поступление
в организм белка с пищей приводит к замедлению
роста и развития детей, у взрослых - к
нарушениям деятельности желез внутренней
секреции, к изменениям в печени, изменениям
гормонального фона, нарушениям выработки
ферментов, вследствие чего, ухудшению
усвоения питательных веществ, многих
микроэлементов, полезных жиров, витаминов.
Кроме того, дефицит белка способствует
ухудшению памяти, снижению работоспособности,
ослаблению иммунитета из-за снижения
уровня образования антител, а также сопровождается
авитаминозом. Недостаточное потребление
белка приводит к ослаблению сердечной
и дыхательной системы, потере мышечной
массы.
Суточная потребность женского организма
в белке должна исходить из расчета 1,3
г, умноженное на килограмм веса. Для мужчин
этот коэффициент увеличивается до 1,5
г. При занятиях тренировками или какими-либо
физическими нагрузками, то потребление
белков необходимо увеличивать до 2,5 г
умноженное на килограмм. Лучше, если потребляемый
белок будет легкоусваиваемым, то есть
в виде молочных, соевых белков или специально
приготовленных аминокислотных смесей.
Избыток белка в организме.
Помимо недостатка белковой пищи может
быть и её избыток, который также нежелателен
для организма. При незначительном превышении
белка в рационе питания по сравнению
с нормой вреда никакого не будет, а вот
превышение его потребления в 1,7 г на килограмм
веса при отсутствии при этом сильных
физических нагрузок приводит к негативным
последствиям. Избыточный белок печень
превращает в глюкозу и азотистые соединения
(мочевина), которые должны выводить из
организма почки. Кроме того, важное значение
в данный момент приобретает соблюдение
питьевого режима. Избыток белков провоцирует
кислую реакцию организма, что приводит
к потере кальция. Помимо этого, мясная
продукция, в которой содержится огромное
количество белков, содержит пурины, некоторые
из которых в процессе обмена откладываются
в суставах, что может вызвать развитие
подагры. Случаи избытка белка в организме
достаточно редки. Как правило, в нашем
рационе его не хватает. Избыток белка
перегружает пищеварительную систему,
способствует ухудшению аппетита, повышенной
возбудимости центральной нервной системы,
а также желез внутренней секреции. Кроме
того, накапливаются жировые отложения
в печени, страдает сердечнососудистая
система, печень и почки, нарушается витаминный
обмен.
Оценить достаточное
или избыточное количество
белка в рационе можно
по азотистому балансу.
В организме человека систематически
осуществляется синтез новых белков и
удаление конечных продуктов белкового
обмена из него. Азот входит в состав белков,
при их распаде азот выходит из их состава,
удаляясь с мочой. Для оптимального функционирования
организма необходимо постоянное восполнение
удаляемого азота. Азотистый или протеиновый
баланс – это когда количество азота,
восполняемого с пищей, соответствует
количеству удаляемого из организма.
Чтобы избежать нарушения
белкового обмена необходимо
соблюдать следующие
рекомендации:
Запрещается употребление полуфабрикатов
и мясных продуктов длительного хранения
(колбаса, сосиски, ветчина, сардельки).
Поскольку в полуфабрикатах и готовых
«мясных» изделиях мало полноценного
белка, то, люди, часто употребляющие данные
продукты чаще всего испытывают белковое
голодание.
Жирные сорта мяса и рыбы употреблять
в редких случаях, поскольку в них содержится
большой процент жира, который мешает
усвоению белка.
Больше есть мясо птицы, яйца, нежирную
говядину. Растительные белки, содержащиеся
в горохе, фасоли, орехах, гречке должны
регулярно входить в состав ежедневного
рациона.
Мясо лучше всего готовить на гриле или
в виде шашлыка, поскольку при таком способе
приготовления удаляется лишний жир, что
не перегружает желудочно-кишечный тракт.
Не соединять мясо и рыбу с кашами, картофелем
и хлебом, лучшим добавлением будет овощной
салат.
Белковую пищу необходимо употреблять
вечером до 18.00 часов.
Белковыми продуктами высокого качества
являются молоко, яйца и мясо.
Предпочтительные белковые продукты:
яичный белок, обезжиренный творог, нежирные
сорта сыра, нежирная свежая рыба и морепродукты,
молодая баранина, нежирная телятина,
куры, индейка, (мясо без кожицы), соевое
молоко, соевое мясо.
Основное правило, которым необходимо
руководствоваться при выборе белковой
пищи, гласит: выбирать продукты необходимо
с низким содержанием жира и с высоким
белка.
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 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.
ОБМЕН
БЕЛКОВ
После
расщепления белков в пищеварительном
тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются
в кровь. В кровь всасывается
также незначительное количество полипептидов
- соединений, состоящих из нескольких
аминокислот. Из аминокислот клетки
нашего тела синтезируют белок, причем
белок, который образуется в клетках
человеческого организма, отличается
от потребленного белка и
Образование нового белка в организме человека и животных идет беспрерывно, так как в течении всей жизни взамен отмирающих клеток крови, кожи, слизистой оболочки, кишечника и т. д. создаются новые, молодые клетки. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо, чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются расщеплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет образован белок.
Если
же, минуя пищеварительный тракт,
ввести белок непосредственно в
кровь, то он не только не может быть
использован человеческим организмом,
он вызывает ряд серьезных осложнений.
На такое введение белка организм
отвечает резким повышением температуры
и некоторыми другими явлениями.
При повторном введении белка
через 15-20 дней может наступить даже
смерть при параличе дыхания, резком
нарушение сердечной
Белки не могут быть заменены какими-либо другими пищевыми веществами, так как синтез белка в организме возможен только из аминокислот.
Для того
чтобы в организме мог
Из известных аминокислот не все имеют одинаковую ценность для организма. Среди них есть аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированными в организме из других аминокислот; наряду с этим есть и незаменимые аминокислоты, при отсутствии которых или даже одной из них белковый обмен в организме нарушается.
Белки не всегда содержат все аминокислоты: в одних белках содержится большее количество необходимых организму аминокислот, в других - незначительное. Разные белки содержат различные аминокислоты и в разных соотношениях.
Белки, в состав которых входят все необходимые организму аминокислоты, называются полноценными; белки, не содержащие всех необходимых аминокислот, являются неполноценными белками.
Для человека
важно поступление полноценных
белков, так как из них организм
может свободно синтезировать свои
специфические белки. Однако полноценный
белок может быть заменен двумя
или тремя неполноценными белками,
которые, дополняя друг друга, дают в
сумме все необходимые
Поступление полноценных белков с пищей крайне важно для растущего организма, так как в организме ребенка не только происходит восстановление отмирающих клеток, как у взрослых, но и в большом количестве создаются новые клетки.
Обычная
смешанная пища содержит разнообразные
белки, которые в сумме обеспечивают
потребность организма в
К полноценным белкам относятся преимущественно белки животного происхождения, кроме желатины, относящейся к неполноценным белкам. Неполноценные белки - преимущественно растительного происхождения. Однако некоторые растения (картофель, бобовые и др.) содержат полноценные белки. Из животных белков особенно большую ценность для организма представляют белки мяса, яиц, молока и др.
