Биологическая ценность аминокислот Существует специфичность белков – органная, тканевая и видовая. Белки – это нерегулярные полимеры, мономером которых являются аминокислоты. Они характеризуются спектром аминокислот. Известно около 80 аминокислот и только 20 являются основными. Для нормального метаболизма имеет значение не только абсолютное количество получаемого человеком белка, но и его качественный состав, а именно заменимые и незаменимые аминокислоты, и те и другие важны. Та часть аминокислот, которая может синтезироваться самим организмом из других аминокислот – заменимые. К ним относятся кликохол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислота, кислоты тирозин, пролин, серин, глицин условно аргинин и гистидин.
Аминокислоты, которые не могут синтезироваться, но обязательно должны поступать с пищей – незаменимые (желатин, белок кукурузы, пшеницы). Экспериментально установлено, что в организме высших животных и человека 10 из 20 аминокислот не синтезируется.
Незаменимые аминокислоты – лейцин, изойлецин, валин, метионин, лизин, треонин, финилаланин, триптофан; условно – аргинин и гистидин.
Белки пищи, которые содержат весь необходимый набор аминокислот, называются полноценными, т.е. ценность белка определяется не количеством, а качеством. К ним относят преимущественно животные белки, т.к. они способы полностью превращаться в собственные белки организма. Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, рыбы, молока.
Биологическая ценность растительных белков ниже.(коэффициент превращения составляет 0,6-0,7 вследствие дисбаланса незаменимых аминокислот в животных и растительных белках). При питании растительными белками действует правило минимума, согласно которому синтез собственного белка зависит от незаменимой аминокислоты, которая поступает с пищей в минимальном количестве. Белки растительного происхождения – бобовые, зерновые, крупяные культуры, орехи, семена масличных культур. Есть белок и в картофеле – одна картофелина дает 5 % от суточной нормы белка. Отсутствие белков в пище приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Например, недостаток валина – вызывает расстройство равновесия. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения – в организм поступает необходимый для синтеза набор аминокислот – это особенно важно для растущего организма. Белковая недостаточность неизбежно приводит к ослаблению организма, задержки роста, тяжелым расстройствам в обмене веществ, снижению иммунитета, нарушению функции желез внутренней секреции и другие заболевания.
При избыточном потреблении мяса в кишечнике активизируются процессы гниения, подавляется деятельность полезной микрофлоры. Все это провоцирует накопление токсических продуктов, нарушение обмена веществ, проявляющиеся поражением суставов, почек и других органов.
Потребность человеческого организма в белке зависит от пола, возраста, климатического региона и национальности. За одни сутки в организм взрослого человека должно поступать около 80-100 г белка. Физиологический оптимум белка из расчета (1 г на 1 кг массы тела), причем 30 г белка животного происхождения. При физической нагрузке взрослый человек должен получать 100-120 г белка, при тяжелом труде – до 150 г.
Азотистый баланс
Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс. Азотистым балансом называется разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота выделяемого из организма в виде конечных метаболитов. При расчетах азотистого баланса исходят из того факта, что в среднем в белке содержится примерно 16 % азота, т.е. каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка (следовательно, 1 г азота соответствует 6,25 г белка). Количество принятого с пищей азота отличается от количества усвоенного азота, т.к. часть азота теряется с калом, мочой и потом.
Если количество поступившего азота равно количеству выделенного, то можно говорить об азотистом равновесии (наблюдается у взрослого организма). Для поддержания азотистого равновесия в организме требуется как минимум 30-45 г животного белка в сутки - физиологический минимум белка. Ретенция – это задержка белка в организме.
Состояние, при котором количество поступившего азота превышает выделенное, называется положительным азотистым балансом. Положительный азотистый баланс наблюдается у детей при усиленном росте, при выздоровлении, во время беременности, при усиленной спортивной нагрузке.
Если количество выделяемого из организма азота больше поступившего, говорят об отрицательном азотистом балансе (деградация белка доминирует над синтезом - наблюдается при белковом голодании). Белок пищи не депонируется. В условиях белкового голодания в ряде тканей активируется с помощью тканевых протеиназ процесс деградации белка. Такими источниками свободных аминокислот являются белки плазмы, ферментные белки, белки печени, слизистой оболочки кишечника и мышц, что позволяет достаточно длительное время поддерживать без потерь обновление белков мозга и сердца происходит разрушение белка тканей.
Азотистое равновесие у здорового человека представляет один из наиболее стабильных метаболических показателей.
Коэффициент изнашивания Рубнера
Структурные белки, т.е белки органов и тканей, нуждаются в постоянном обновлении. Около 400 г белка из 6 кг, составляющих белковый «фонд» организма, ежедневно подвергается катаболизму и должно быть возмещено эквивалентным количеством вновь образованных белков в анаболической фазе белкового обмена.
Минимальное количество белка, постоянно распадающегося в организме, называется коэффициентом изнашивания .
В сутки в условиях покоя, когда отсутствует белок в пище, потеря белка составляет 0,028 – 0, 065 г азота на 1 кг массы взрослого человека. Таким образом, потеря белка у взрослого человека массой 70 кг = 23 г/ сутки. Поступление в организм белка в меньшем количестве приводит к отрицательному азотистому балансу, неудовлетворяющему пластические и энергетические потребности организма.
Регуляция белкового обмена
Имеются данные, что в гипоталамусе (промежуточный мозг) существуют специальные центры, регулирующие белковый обмен. Механизм влияния ЦНС осуществляется через эндокринную систему. Гормональная регуляция метаболизма белков обеспечивает динамическое равновесие их синтеза и распада.
Анаболизм белков контролируется гормонами аденогипофиза (соматотропин), «СТГ» – стимулирует увеличение массы всех органов и тканей во время роста организма. СТГ у взрослого человека увеличивает синтез белка, за счет повышения проницаемости клеточных мембран для аминокислот, усиления синтеза и – РНК в ядре клетки и подавления синтеза катепсинов (внутриклеточных протеолитических ферментов). Аналогичный эффект оказывают гормоны поджелудочной железы (инсулин) и мужских половых желез (андрогены). Усиление анаболической функции метаболизма белков, при избытке этих гормонов, выражается в усиленном росте, увеличении массы тела. В ряде случаев, например в период полового созревания, эти явления имеют физиологический характер. В других случаях( например при опухоли гипофиза) могут развиваться гигантизм и другие гиперпластические процессы.
Катаболизм белка регулируется гормонами щитовидной железы – Т3; Т4 (тироксин и трийодтиронин), коркового (глюкокортикоиды) и мозгового (адреналин) вещества надпочечников. Избыток этих гормонов усиливает распад белков в тканях, что сопровождается истощением и отрицательным азотистым балансом.
Гормоны щитовидной железы, в определенных концентрациях, могут стимулировать синтез белка, (окислительный распад жиров и углеводов) и благодаря этому активизировать рост, развитие и дифференцировку тканей и органов.
Гормоны коры надпочечников – глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикоклстерон) усиливают распад белков в тканях, особенно в мышечной и лимфоидной. В печени глюкокортикоиды могут стимулировать синтез белка.
III. Обмен жиров
Жиры – сложные химические структуры, состоящие из триглицеридов и липоидных веществ (фосфолипидов, стеринов). Жиры и липоиды (жироподобные вещества – фосфатиды, стерины, и др.) объединены в одну группу по физико-химическим свойствам. Они не растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях (эфир, спирт, бензол и др.).
Функции липидов:
Жиры участвуют в энергетическом и пластическом обмене.
1.Структурнаяили пластическая роль липидовсостоит в том, что они входят в состав структурных компонентов клетки (фосфо- и гликолипиды)- ядра, цитоплазмы, мембраны и в значительной степени определяют их свойства( в нервной ткани содержится до 25 % , в клеточных мембранах до 40%). Они являются источником синтеза стероидных гормонов.
2. Энергетическая функция – обеспечивает 25-30 % всей энергии необходимой организму(1г жира – 38,9 кДж.)
Жиры поставщики эндогенной воды; при окислении 100 г жира выделяется 107 мл Н2О.
3.Функция запасания питательных веществ. Жиры являются своего рода «энергетическими консервами»- (жировое депо).
4.Защита органов - подушка около глаз, околопочечная капсула.
5. Выполняют транспортную функцию - носители жирорастворимых витаминов.
6. Терморегуляционная - они плохо проводят тепло.
Бурый жир представлен особой жировой тканью, располагающейся в области шеи и верхней части спины у новорожденных и грудных детей(1-2% от массы тела). В небольшом количестве (0,1-0,2% от общей массы тела) бурый жир имеется у взрослых, Энергетическая ценность его определяется белком термогенином - по аминокислотному составу он идентичен АТФ/АДФ антипортеру, осуществляющему перенос АТФ и АДФ через мембраны митохондрий. Продукция тепла бурым жиром (на единицу массы его ткани) в 20 и более раз превышает таковую обычной жировой ткани. Несмотря на минимальное содержание бурого жира, в нем может генерироваться 1/3 всего образующегося в организме тепла. Бурому жиру принадлежит важная роль в адаптации к низким температурам.
7. Приспособление организма к стрессовым ситуациям
Гидролиз жиров
Жиры, поступившие в пищеварительный тракт, распадаются на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в лимфатические сосуды и далее из лимфы переходят в кровь. Всасывание их в кровь происходит в виде мицелярных комплексов - хиломикрон, состоящих из жирных и желчных кислот, фосфолипидов и холестерола. Затем они разносятся в ткани, где подвергается окислению, т.е. используется как энергетический материал. В энергетическом отношении окисление жирных кислот в 2-а раза эффективнее, чем окисление аминокислот и моносахаридов. Большую роль в обмене жиров отводят печени. Именно в ней синтезируются их транспортные формы, образуются и окисляются жирные кислоты, происходят синтез и метаболизм триглицеридов, фосфолипидов, холестерола и кетоновых тел. В процессе окисления жирные кислоты превращаются в ацетилкоэнзим А, который является исходным продуктом для цикла трикарбоновых кислот, в этом цикле завершается его «сгорание» до СО2 и Н2О. Некоторая часть ацетилкоэнзима. А используется для образования холестерола и кетоновых тел. Кетоновые тела - специфический продукт метаболизма жирных кислот; участвуют в энергетическом обмене. Именно кетоновые тела при длительном голодании используются в качестве дополнительного энергетического источника головным мозгом.
Нейтральные жиры являются важнейшим источником энергии, за счет окисления образуется 50% всей энергии в организме (1 г- 37,7 кДж). Физиологическое депонирование нейтральных жиров выполняют липоциты, накапливая их в подкожной жировой клетчатке, сальнике, жировых капсулах различных органов - увеличиваясь в объеме. Считают, что жировые клетки закладываются в детском возрасте. Жиры, депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы - от механических повреждений. Жир может депонироваться в печени, мышцах. Количество жира отложенного в депо зависит от характера питания; количества пищи; особенностей конституции; от пола; возраста, вида деятельности, образа жизни и т.д.
В среднем человеку требуется (суточная потребность) 70-125 г жира, в зависимости от выполняемой работы, причем животного жира 70:30 растительного жира, ненасыщенных требуется 25-30 г в сутки. Лишний жир откладывается в организме в определенных частях тела в виде жирового депо.
Главный источник жиров для организма – это пищевые продукты. Для нормальной жизнедеятельности необходимо присутствие в пище незаменимых жирных кислот, которые не синтезируются в организме. К ним относятся– олеиновая, линолевая, линоленовая( растительные жиры) и арахидоновая (животные жиры).
Однако жиры могут образовываться в организме из углеводов и белков при их избыточном поступлении извне. Значительное количество жиров человек получает с колбасами – от 20-40 %, салом- 90 %, сливочным маслом – 72-82%, сырами- 15-50%, сметаной 20-30%. Интересно, что по содержанию жиров- 50 г сливочного масла соответствует 60 г свиного сала, или 250 г сливок или сметаны.
Суммарное количество жиров в организме человека составляет 10-20 % массы тела. Увеличение массы тела на 20-25% против нормы считается предельно допустимой физиологической границей. Почти у 30% населения экономически развитых стран масса тела превышает нормальные показатели.
Жиры разных животных, как и жиры различных органов, отличаются по химическому строению (видовая и органическая специфичность).
Высшие жирные кислоты
Важнейшая составная часть жиров – жирные кислоты. Они делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные – пальмитиновая и стеариновая кислоты. Количество насыщенных жирных кислот определяет твердость и тугоплавкость жира (свиное сало, баранье, говяжий жир). Жиры, имеющие жидкую консистенцию (растительные жиры) – это ненасыщенные.
Роль жирных ненасыщенных кислот:
Рост и развитие организма
Активность ферментов
|