Биосинтез и биохимические превращения аминокислот

При сильном взбалтывании с водой жидкие (или расплавленные) жиры образуют более или менее  устойчивые эмульсии (см. гомогенизация). Природной эмульсией жира в воде является молоко.

Пищевые свойства жиров

Жиры являются одним из основных источников энергии для  млекопитающих. Эмульгирование жиров в кишечнике (необходимое условие их всасывания) осуществляется при участии солей желчных кислот. Энергетическая ценность жиров примерно в 2 раза выше, чем углеводов, при условии их биологической доступности и здорового усвоения организмом. Жиры выполняют важные структурные функции в составе мембранных образований клетки, в субклеточных органеллах.

Благодаря крайне низкой теплопроводности жир, откладываемый в подкожной  жировой клетчатке, служит термоизолятором, предохраняющим организм от потери тепла (у китов, тюленей и др.).

Применение жиров

• Пищевая промышленность (в частности, кондитерская).
• Фармацевтика
• Производство мыла и косметических изделий
• Производство смазочных материалов

III. ЖИРЫ

1. Свойства липидов

Липиды представляют собой разнородную  группу биоорганических соединений, общим свойством которых является их нерастворимость в воде и хорошая  растворимость в неполярных растворителях. К липидам относятся вещества с различным химическим строением. Большая их часть является сложными эфирами спиртов и жирных кислот. Последние могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. Наиболее часто в состав липидов входит пальмитииновая, стереатиновая, олеиновая, линоливая и линоленовая кислоты. Спиртами обычно являются глицерин и сфингоцин, а также некоторые другие вещества. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие компоненты.

При присоединении остатка ортофосфорной  кислоты образуются фосфолипиды. Стероиды составляют совершенно особую группу липидов. Они построены на основе высокомолекулярного спирта — холистерола. В организме липиды выполняют следующие функции: 1) строительную, 2) гормональную, 3) энергетическую, 4) запасающую, 5) защитную, 6) участие в метаболизме.

2. Свойства жиров

Все природные жиры — смесь глицеридов, не только симметричных, т.е. с тремя  одинаковыми остатками жирных кислот, но и смешанных. Симметричные глицериды  встречаются чаще в растительных маслах. Животные жиры отличаются весьма разнообразным составом жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав триглициридов, определяют их свойства. Триглицириды способны вступать во все химические реакции, свойственные эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицирида образуется глицерин и жирные кислоты.

Омыление происходит как при  гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.

Жиры — питательное вещество, является обязательной составной частью сбалансированного пищевого рациона  человека. Они — важный источник энергии, который можно рассматривать  как природный пищевой концентрат большой энергетической ценности, способный  в небольшом объеме обеспечить организм энергией. Средняя потребность жиров  для человека — 80-100 г в сутки. Один грамм жиров при окислении  дает 9,3 ккал. Жиры также являются растворителями витаминов A, D и E. Обеспеченность организма  в этих витаминах зависит от поступления  жиров в составе пищи. С жирами в организм вводится комплекс биологически активных веществ, играющих важнейшую  роль в нормальном жировом обмене.

3. Жировой обмен.

Жировой обмен представляет собой  совокупность процессов превращений  жиров в организме. Обычно различают  три стадии жирового обмена : 1) расщепление и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте; 2) превращение всосавшихся жиров в тканях организма; 3) выделение продуктов жирового обмена из организма. Основная часть пищевых жиров подвергается перевариванию в верхних отделах кишечника при участии фермента липазы, который выделяется поджелудочной железой и слизистой оболочкой желудка. В результате расщепления образуется смесь жирных кислот, ди — и моноглицеридов.

Процессу расщепления и всасывания жиров и других липидов способствует выделение в кишечник желчных  кислот, благодаря которым жиры переходят  в эмульгированное состояние. Часть жиров всасывается в кишечнике в нерасщепленном виде. Всосавшиеся жирные кислоты частично используются в слизистой оболочке кишечника для ресинтеза триглицеридов и фосфолипидов, а частично переходят в кровь системы воротной вены или в лимфатические сосуды.

Количество нейтральных жиров  и жирных кислот в крови непостоянно  и зависит от поступления жиров  с пищей и от скорости отложения  жира в жировых депо. В тканях жиры расщепляются под действием  различных липаз, а образовавшиеся жирные кислоты входят в состав других соединений (фосфолипиды, эфиры холестерина и т.д.) или окисляются до конечных продуктов. Окисление жирных кислот совершается несколькими путями. Часть жирных кислот при окислении в печени дает ацетоуксусную и b-оксимасляную кислоты, а также ацетон. При тяжелом сахарном диабете количество ацетоновых тел в крови резко увеличивается. Синтез жиров в тканях происходит из продуктов жирового обмена, а также из продуктов углеводного и белкового обмена.

Нарушения жирового обмена обычно разделяют  на следующие группы: 1) нарушения  всасывания жира, его отложения и  образования в жировой ткани; 2) избыточное накопление жира в органах  и тканях, не относящихся к жировой  ткани; 3) нарушения промежуточного жирового обмена; 4) нарушения перехода жиров из крови в ткани и  их выделения.

 

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.