Биосинтез и биохимические превращения аминокислот

Процесс пищеварения включает несколько  ступеней, вводящих в работу различные  энзимы и желудочные соки по мере надобности. Когда одна группа заканчивает свои функции, в работу вступает другая, и так далее до момента, пока не произойдет полное усвоение. Однако, если перекусывать в промежутках между основными приемами пищи, в работу вступают те энзимы, чей черед еще не наступил, а эффективность работы энзимов, которые еще не закончили свое дело, снижается. В результате пища остается не переваренной в течение примерно 72-х часов, на это же время задерживается ее усвоение. Проблема такого рода несомненно, мешает набрать вес, так как значительный объем пищи вообще никогда не попадает в систему усвоения. Кроме того, такой режим питания не позволяет сбросить вес, так как часть калорий откладывается в форме жира.

Таким образом, для спортсмена, правильной методикой питания является минимум  трехразовое питение (а лучше - четырех или пятиразовое). Каждый прием пищи должен быть одинаков по объему, калорийности и с интервалом в 4 часа. И никаких перекусываний, даже молока. При правильном подсчете потребляемых калорий такая методика является наиболее эффективным способом увеличения мышечного веса, уменьшения жира или сохранения прежнего веса с заменой жировых килограммов мышечными.

БЕЛКИ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ

Основным строительным материалом для организма служат белки, составляющие 15- 20% массы тела. В природе существует примерно огромное количество различных  белков. В организме человека насчитывается  около пяти миллионов разнообразных  белков. Именно из белков в основном построены клетки - протоплазма, органоиды, мембраны, а также межклеточное вещество. Молекулы белка, имея различное строение, выполняют в организме многочисленные и самые разнообразные функции.

Специальный сократительный белок  -миозин, составляющий мышечную ткань, обеспечивает передвижение организма, сердечную деятельность, движение крови по сосудам, перистальтику кишечника и т.д. Белок хряща и костей –коллаген придает гибкость и прочность скелету. Белок кожи –кератин защищает поверхность тела от механических, температурных, лучевых и иных воздействий и препятствует проникновению микробов в организм. Белок состоит из небольшого количества элементов - углерода, азота, кислорода, водорода. В состав некоторых белков входят также сера и фосфор.

Белки состоят из аминокислот. Первая аминокислота была открыта в 1820 году, полный аминокислотный состав белков расшифрован лишь к 30-м годам XX века. Из известных 200 аминокислот всего 20 в различных сочетаниях образуют миллионы белков.

Отличаются аминокислоты радикалом (R), классифицируются в зависимости  от его природы (хотя предложены и  другие классификации аминокислот, например, в зависимости от их электрического заряда). Все аминокислоты обладают некоторыми общими свойствами. Они  прекрасно растворяются в воде, могут  вступать в химическую связь с  кислотами и щелочами. Эти и  ряд других особенностей аминокислот  имеют немалое значение для обмена веществ.

Аминокислоты, которые синтезируются  в нашем организме, называются - заменимыми. Другая часть аминокислот, из которых  построены белки нашего организма, в нем не синтезируется,- это незаменимые  аминокислоты. Они должны поступать  в организм с пищей. Недостаток хотя бы одной из них в пище в течение  более или менее длительного  времени приводит организм к гибели.

Белки, содержащие полный набор аминокислот, включая незаменимые, являются биологически полноценными, они содержатся в животной пище и лишь в некоторых пищевых  растениях (сое, горохе, фасоли). Если принять  биологическую ценность белков молока за 100, то биологическая ценность мяса и рыбы выражается числом 95, ржаного  хлеба - 75, риса - 58, пшеничного хлеба -50. Для повышения биологической  ценности хлеба в него добавляют  незаменимую аминокислоту лизин.

Незаменимые аминокислоты пищевых  белков используются в организме  для синтеза тканевых белков и  ферментов, то есть на пластические нужды  организма, а также в качестве источников энергии.

Аминокислоты в организме подвергаются ряду превращений. К процессам обмена аминокислот в организме относятся  переаминирование и декарбоксилирование - реакции, в которых участвуют аминная и карбоксильная группы аминокислот.

Идеальным белком как по составу, так и по сбалансированности аминокислот в нем считается белок цельного куриного яйца, поэтому процентное соотношение каждой аминокислоты белка сравнивается с соответствующим показателем куриного яйца. Та из аминокислот, которая по отношению к ее содержанию в белке яйца представлена в меньшем количестве, нуждается в восстановлении в первую очередь.

К незаменимым аминокислотам относятся  лизин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин и валин. Для детского организма незаменимой аминокислотой является еще и гистидин, так как она в детском организме не синтезируются. В последние годы к незаменимым стали относить аминокислоты тирозин и цистин, хотя это вопрос спорный, так как имеются сведения о возможности их синтеза в организме человека.

Кратко о свойствах незаменимых  аминокислот.

Гистидин обнаружен в 1896 г., синтезирован в 1911 г. При дефиците гистидина снижается  образование гемоглобина в костном  мозге. Участвует гистидин и в  условно-рефлекторной деятельности организма. Из гистидина в организме образуется гистамин - один из медиаторов нервной  системы, передающий нервный импульс.

Тирозин впервые получен в 1846 г. Служит предшественником гормона щитовидной железы, тирамина, фенола и других соединений.

Цистин выделен впервые в 1810 г., строение установлено в 1903г. Участвует в обмене метионина, взаимодействует в химических реакциях с содержащими серу ферментами.

Валин открыт в 1879 г., химическая формула  аминокислоты расшифрована в 1906 г.

При недостатке валина, как показали эксперименты на крысах, нарушается координация движений тела и повышается чувствительность кожи к многочисленным раздражителям.

Изолейцин открыт в 1890 г., дефицит аминокислоты приводит к возникновению отрицательного азотистого баланса в организме.

Лейцин известен с 1819 г., обеспечивает (вместе с другими факторами) рост организма; при дефиците аминокислоты наблюдаются нарушения в деятельности щитовидной железы и почек.

Лизин открыт в 1889 г., синтезирован в 1902 г. Дефицит лизина создает условия  для развития анемии, снижения мышечной массы и отложения кальция  в костях.

Метионин открыта 1922 г., синтезирован в 1928 г. Аминокислота не только обладает липотропным действием, но и участвует в синтезе холина - липотропного вещества, защищающего печень от ожирения. Липотропные вещества играют чрезвычайно важную роль в регулировании холестеринового обмена и профилактике атеросклероза. Участвует метионин в секреции адреналина надпочечникам. Выявлена связь метионина с обменом витамина В 12.

Треонин, открыт в 1935 г., необходим для физического развития организма.

Триптофан синтезирован в 1907 г. Участвует  в белковом обмене, обеспечивает, в  частности, азотистый баланс в организме. Необходим для синтеза гемоглобина и сывороточных белков крови.

Фенилаланин выделен в 1879 г., синтезирован в 1882 г. Аминокислота образует "скелет" тироксина - гормона щитовидной железы и гормонов надпочечников. Недостаток фенилаланина приводит к нарушению функций щитовидной и надпочечниковых желёз и серьезным гормональным нарушениям в организме.

Дефицит белка в пищетяжело сказывается на жизнедеятельности организма. Прежде всего, нарушается азотистый баланс - распад белка превалирует над его синтезом. Организм, испытывая недостаток белка, начинает "питаться" собственными тканями. Чтобы этого не произошло, необходимо постоянно вводить в организм необходимое количество белка с пищей.

Беременным женщинам (период 5-9 месяцев) необходимо в среднем 100 г белка, из них - 60 г животного происхождения. Кормящим матерям требуется в  среднем 112 г. белка, в том числе - 67 г животного происхождения. Cуточная потребность в белках: 30-50 г для ребенка 4 лет, 50-80 г в возрасте 12 лет, 50-90 г. для взрослой женщины и 55-90 г для беременной (во второй половине беременности) и кормящей грудью женщины.

Основным источником биологически полноценного белка служит животная пища

Если в пище недостает белка  либо в абсолютном количестве, либо потому, что потребности организма  в белке повышены, например, при  тяжелой физической работе или в  результате болезни, то возникает белковая недостаточность.

Далеко зашедшая стадия белковой недостаточности  называется квашиоркор, это заболевание чаще встречается у детей. В нашей стране квашиоркор не наблюдается, но нередко встречается (или встречалось) в развивающихся странах Азии, Африки, Центральной и Южной Америки.

Дефицит белка в питании снижает  устойчивость организма к инфекциям, так как уменьшается уровень  образования антител, обеспечивающих невосприимчивость организма к  микробам, нарушается синтез других защитных противомикробных факторов - лизоцима и интерферона; обостряется течение  воспалительных процессов, что неудивительно, ибо возбудители в этих условиях начинают вести себя более агрессивно. Недостаток белка в организме  неблагоприятно отражается на деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем. Дефицит белка ухудшает аппетит, что, в свою очередь, уменьшает приток белка с пищей,- возникает порочный круг.

"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 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, холя 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 аминокислот. От их сочетания зависят свойства и качества белков.  
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.  
Когда в пищеварительном тракте или в эксперименте белки расщепляются на более простые соединения, то через ряд промежуточных стадий ( альбумоз и пептонов) 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, переходит в активную форму при воздействии на него соляной кислоты. Пепсин действует только в кислой среде и при попадании в щелочную среду становится негативным.  
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.  
Поджелудочный сок бесцветен и имеет щелочную реакцию. Он содержит ферменты, расщепляющие белки, углеводы и жиры.  
Одним из основных ферментов является трипсин, находящийся в соке поджелудочной железы в недеятельном состоянии в виде трипсиногена. Трипсиноген не может расщеплять белки, если не будет переведен в активное состояние, т.е. в трипсин. Трипсиноген переходит в трипсин, при соприкосновении с кишечным соком под влиянием находящегося в кишечном соке вещества энтерокиназы. Энтерокиназа образуется в слизистой оболочке кишечника. В двенадцатиперстной кишке действие пепсина прекращается, так как пепсин действует только в кислой среде. Дальнейшее переваривание белков продолжается уже под влиянием трипсина.  
Трипсин очень активен в щелочной среде. Его действие продолжается и в кислой среде, но активность падает. Трипсин действует на белки и расщепляет их до аминокислот; он также расщепляет образовавшиеся в желудке пептоны и альбумозы до аминокислот.  
В тонких кишках заканчивается переработка пищевых веществ, начавшаяся в желудке и двенадцатиперстной кишке. В желудке и двенадцатиперстной кишке белки, жиры и углеводы расщепляются почти полностью, только часть их остается не переваренной. В тонких кишках под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление всех пищевых веществ и всасывание продуктов расщепления. Продукты расщепления попадают в кровь. Это происходит через капилляры, каждый из которых подходит к ворсинке, расположенной на стенке тонкого кишечника.

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 характерен для человеческого организма.  
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 деятельности и общих судорогах.  
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 произойти синтез присущего ему белка, необходимо поступление всех или наиболее важных аминокислот.  
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 аминокислоты. Следовательно, для нормальной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы в пище содержались полноценные белки или набор неполноценных белков, по аминокислотному содержанию равноценных полноценным белкам.  
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 аминокислотах. Важна не только биологическая ценность поступающих с пищей белков, но и их количество. При недостаточном количестве белков нормальный рост организма приостанавливается или задерживается, так как потребности в белке не покрываются из-за его недостаточного поступления.  
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.