Белки относятся к важнейшим и незаменимым компонентам пищи. И хотя роль белков в организме человека еще полностью не изучена, с ними связывают процессы обмена веществ, способность к росту и размножению, деятельность нервной системы. Белки выполняют в организме ряд важнейших функций, к которым относят структурную, питательную, защитную, гормональную и другие. Более подробно мы остановимся на их функциях в следующей части нашего обзора, а сейчас расскажем об истории открытия и изучения протеинов, а также их структуре и синтезе в организме.

История открытия и изучения белков

История целенаправленного изучения белков началась в XVIII веке, когда в результате работ французского химика Антуана Франсуа де Фуркруа и других учёных по изучению таких веществ как альбумин, фибрин и глютен, белки были выделены в отдельный класс молекул.

В 1836 году появилась первая модель химического строения белков. Эта модель была предложена Мулдером на основании теории радикалов, и до конца 1850-х она оставалось общепризнанной. А всего через 2 года в 1838 году белкам было дано современное название – протеины. Его предложил работник Мулдера Якоб Йенс Берцелиус.
К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, входящих в состав белков, что видимо и послужило толчком к тому, что в 1894 году немецкий ученый Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков.

В начале XX века предположение Косселя было экспериментально доказано немецким химиком Эмилем Фишером.

В 1926 году американский химик Джеймс Самнер доказал, что фермент уреаза, вырабатываемый в организме относится к белкам. Своим открытием он открыл дорогу к осознанию важности роли играемой белками в организме человека.

В 1949 году Фред Сенгер получил аминокислотную последовательность гормона инсулина и тем самым доказал, что белки — это линейные полимеры аминокислот.

В 1960-х годах были получены первые пространственные структуры белков, основанные на дифракции рентгеновских лучей на атомарном уровне.

Научные работы по изучению этого высокомолекулярного органического вещества продолжается и в наши дни. Существует даже отдельная наука о протеинах – протеомика.

Структура и синтез белка

Белки (или протеины) относят к высокомолекулярным органическим веществам. Структурно молекула белка состоит из сотни или более, соединённых в цепочку пептидной связью, аминокислот. Существование большого количества разных аминокислот и множество комбинаций по их соединению дают в сумме огромное количество вариантов белков.

Известно, что в каждом живом организме аминокислотный состав белков определяется его собственным генетическим кодом. К примеру, в человеческом организме встречается более 5 миллионов различных белков, причем ни один из них не идентичен белкам любого другого живого организма. Для построения всего этого многообразия белков, необходимо наличие всего 22 аминокислот, которые и являются генетическим кодом человека. На первый взгляд кажется невероятным тот факт, что комбинации всего двух десятков аминокислот образуют в организме человека 5 миллионов различных видов белка, но это лишь указывает на необычайно сложную структуру их молекул.

Из 22 аминокислот составляющих генетический код человека, 9 считаются незаменимыми, так как они не синтезируются в организме человека и должны поступать в него с пищей. К ним относятся: гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин. А аминокислоты аланин, аргинин, аспарагин, карнитин, цистеин, цистин, глутаминовая кислота, глутамин, глицин, гидроксипролин, пролин, серин, тирозин не являются незаменимыми, и могут синтезироваться в организме в реакциях трансаминации (синтез из других аминокислот).

Кроме перечисленных 22 аминокислот, в организме человека встречаются еще более 150 других. Находясь в различных клетках и тканях, будучи в свободном или связанном виде, они отличаются от 22 вышеперечисленных тем, что никогда не входят в состав белков организма.

Для построения в организме белковой молекулы важно наличие всех аминокислот и количественные пропорции между ними. При уменьшении количества любой из аминокислот пропорционально уменьшается эффективность всех остальных аминокислот в процессе синтезе белка. А в случае отсутствия хотя бы одной из незаменимых, синтез будет не возможен.

А если процесс синтеза происходить не будет, то аминокислоты, получаемые из пищи, могут использоваться, лишь как источник энергии. Есть несколько важных причин, из-за которых подобный вариант для организма не эффективен. Во-первых, аминокислоты – это незаменимое сырье для синтеза полезных организму белков (в том числе гормонов и ферментов, без которых организм не сможет полноценно функционировать). Во-вторых, как сырье для получения энергии более эффективным будет использовать жиры или углеводы, так как КПД этого процесса несравненно выше. А в-третьих, продукты распада, образующиеся при сгорании белков, накапливаясь, отравляют организм.

Функции белков в организме

Как уже было сказано в первой части обзора, роль и функции белков в организме нельзя считать полностью установленными, но и того что известно на сегодняшний день хватит, чтобы с уверенностью определять белки к незаменимым компонентам пищи. Количество функций выполняемых в живых организмах белками настолько велико, что рассмотрение их займет не одну сотню страниц, поэтому в нашем обзоре мы в максимально сжатой форме расскажем про важнейшие из них.

Защитная функция белков

Защищающая организм от вредного воздействия бактерий, микробов, вирусов и токсинов, иммунная система организма запускает механизм синтеза антител, специфических защитных белков. Взаимодействие антител с чужеродными веществами способствует нейтрализации их биологического действия. Не менее важной защитной функцией белков является механизм свертывания крови. В данном случае свертывание белка плазмы крови фибриногена приводит к образованию сгустка крови, и защищает организм от потери крови.

Каталитическая функция белков

Все известные биологические катализаторы – ферменты являются белками.

Транспортная функция белков

Гемоглобин, белок крови, является главным «транспортным средством» для переноски кислорода. Многие другие виды белков путем образования соединений с жирами, а также некоторыми элементами, гормонами и витаминами, обеспечивают их доставку к нуждающимся тканям и органам.

Питательная функция белков

Так называемые резервные белки, к которым относят белок яйца (альбумин) и белок молока (казеин) являются источниками питания для развития плода.

Гормональная функция белков

Многие гормоны, регулирующие обмен веществ в организме, являются белками или их соединениями.

Строительная функция

Белок коллаген является основным структурным компонентом соединительной ткани; кератин – в волосах, ногтях и коже; эластин – в стенках сосудов.

Сокращающая функция белков

Белки мышечной ткани актин и миозин играют основную роль в процессах сокращения и расслабления мышечных тканей.

Кроме перечисленных функций, белки:

Симптомы недостаточности и избытка белков

Симптомы недостаточности белков

Недостаточность белков может развиться в случае когда человек не получает из пищи достаточное количество белка или получает не все необходимые для синтеза аминокислоты. Нехватка протеинов частое явление у сторонников вегетарианства, особенно строгого. При регулярных повышенных физических нагрузках, к примеру, у спортсменов или работников тяжелого труда, обычного питания не хватает для восполнения запасов белка или просто при несбалансированном питании тоже может возникнуть нехватка белков в организме.

Недостаток белков в организме приводит к общему ухудшению состояния организма, что можно понять по таким симптомам:

• снижается работоспособность
• падает иммунитет
• ухудшается состояние кожи, ногтей, волос
• развивается атрофия мышц
• нарушается работа поджелудочной железы, печени, тонкой кишки, нервной и эндокринной систем
• нарушаются процессы обмена и транспорта веществ в организме

Особенно критична ситуация с нехваткой белков для растущего организма, кроме прочих симптомов, замедляется рост и образование костной ткани, задерживается умственное развитие.

Симптомы избытка белков

Важно знать, что избыток белковой пищи так же нежелателен, как и ее недостаток.

При избытке белков в рационе ухудшается аппетит, наблюдается повышенная возбудимость центральной нервной системы и желез внутренней секреции, увеличивается отложение жира в печени, страдает сердечнососудистая система, печень и почки, усиливаются процессы гниения в кишечнике, нарушается обмен витаминов.

Азотистый баланс

Определить нарушение белкового обмена в организме можно изучением азотистого равновесия. Так как белки служат единственным источником усвояемого организмом азота, то учет, поступающего вместе с пищей и выводимого мочеполовой системой, количества азота позволит это определить. Когда количество полученного из пищи и выводимого азота одинаково, то говорят, что у человека положительный азотистый баланс. А при отрицательном балансе можно утверждать, что либо человек получает с пищей недостаточное количество белка, либо азота с белком поступает достаточно, но он плохо усваивается. При любом случае, вывод один – нехватка азота стимулирует распад собственных белков организма и приводит к его истощению. Поэтому отрицательный баланс – это важный «звонок» к пересмотру вашего рациона и в любом случае консультации с врачом.

Суточная потребность в белках

Несмотря на то, что белок – одна из основных и незаменимых составляющих рациона, диетологами и учеными до сих пор не разработаны четкие количественные рекомендации по нормам его потребления. А чтобы ответить на вопрос почему, придется немного углубиться в теорию вопроса.

Как известно, организму для синтеза белков необходимы 22 аминокислоты, 9 из которых считаются незаменимыми и должны поступать из пищи. Белки содержатся как в животной, так и в растительной пище, но протеины животного происхождения считаются более качественными, так как обладают лучшим соотношением аминокислот и положительно влияют на усвояемость протеинов растительного происхождения.

Не менее важным для учета аспектом белкового обмена является различная степень усвояемости белков, получаемых из пищи, человеческим организмом. Приведем основные значения усвояемости белка (в %) для различных источников пищи:

Такая разница объясняется тем, что в пищеварительном тракте человека не вырабатываются ферменты необходимые для расщепления некоторых видов белка.

Протеины, поступающие в организм из пищи, не являются идеальными для усвоения, так как не содержат весь необходимый набор аминокислот или входящие в их состав аминокислоты представлены не в оптимальной пропорции. Ученые выяснили, что соотношение таких незаменимых аминокислот как триптофан, метионин и лизин в условно идеальном пищевом белке должно соотноситься как 1.0:3.5:5.5. Тогда как:

• для белков мяса скота это соотношение близко к 1.0:2.5:8.5
• для белков пресноводных рыб 0.9:2.8:10.1
• для белков куриного яйца 1.6:3.3:6.9
• для белков свежего коровьего молока 1.5:2.1:7.4
• для белков зерна пшеницы 1.2:1.2:2.5
• для белков сои 1.0:1.6:6.3

А это значит, что для синтеза используется лишь часть усвоенного организмом белка. Чтобы повысить общую биологическую ценность белков, получаемых из пищи, диетологи рекомендуют сочетать различные комбинации белковой пищи по принципу взаимного дополнения аминокислот. К примеру, хлеб с молоком имеет более высокую белковую ценность, чем в случае употребления этих продуктов по отдельности.

А если вспомнить о том, что эффективность расщепления и утилизация организмом белков в значительной степени зависит от способа и длительности тепловой обработки продуктов питания, то становится очевидным принципиальная сложность по определению четких количественных норм потребления белков.

Но, несмотря на сложности в подсчете количества белков необходимых для обеспечения всех потребностей организма, многие диетологи, тем не менее, называют приблизительные цифры по нормам потребления белка.

Так для поддержания белкового баланса организма содержание протеинов при смешанной диете должно не менее 30-40 г в сутки и это число называют белковым минимумом. Для нормального же функционирования организма потребление белков должно составить 0.8-1 г на 1 кг массы тела.

Для спортсменов, лиц физического труда, беременных, кормящих матерей, детей это число нужно увеличить. В некоторых видах спорта, где необходим набор большой мышечной массы называют цифру 1.5 и даже 2 г белка на килограмм массы тела.

Содержание белков в продуктах питания

Пищевые источники белка делятся на два основных вида: животные и растительные. А кроме того часть аминокислот (13 из 22) синтезируется в организме.

Источники животного белка

Много белка (более 15 г на 100 г продукта) содержится в сырах, яичном порошке, твороге нежирном, мясе животных и птиц, субпродуктах, большинстве рыб, рыбной икре, креветках, кальмарах.

Среднее количество белка (5-15 г на 100 г) содержится в жирном твороге, жирном мясе, колбасах и сосисках, куриных яйцах.

Малое количество белков (менее 5 г на 100 г) содержится в молоке и молочных продуктах.

Источники растительного белка

Много белка (более 15 г на 100 г продукта) содержится в сое, фасоли, сушенных грибах, семечках, кураге, кешью, арахисе, фундуке и грецких орехах.

Среднее количество белка (5-15 г на 100 г) содержится в крупах, муке и мучных изделиях, рисе, бобовых, чесноке.

Малое количество белков (менее 5 г на 100 г) содержится в свежих грибах, почти всех овощах, фруктах и ягодах, сухофруктах.

Общие рекомендации по приему белков

• Человеку в среднем необходимо 0.8-1 г на 1 кг массы тела белка в сутки. Спортсменам, людям, испытывающим повышенные физические нагрузки, беременным, кормящим матерям и детям эту дозу необходимо увеличить
• Не злоупотребляйте на протяжении длительного периода приемом избыточных количеств белка
• Разнообразьте рацион, с тем, чтобы в организм поступали разнообразные комбинации белка из пищи
• Следите, чтобы не менее 50% вашего рациона составляли белки животного происхождения
• При каждом приеме пищи старайтесь сочетать белки животного и растительного происхождения, для лучшего их усвоения
• Не употребляйте белковую пищу на ночь

Инф. maiden.com.ua