Белок — это макромолекулы, которые находятся в клетках, как животных, так и растений. Белки участвуют в построении клеток и правильном функционировании человеческого организма. Белок положительно воздействует на кожу, ногти, систему крови, волосы и на мышечные клетки.
История открытия: состав белка
Термин «белок» впервые упомянут в научной литературе в 1839 году. Йёнс Якоб Берцелиус предложил это обозначение годом ранее для впервые доказанного класса азотистых веществ.
В Германии ученый Юстус фон Либих внес решающий вклад в выяснение структуры и функции белков, ему удалось впервые определить “оборот“ белка путем определения экскреции азота с мочой.
Сегодня, структуры, содержащие более 100 аминокислотных остатков, называются белками. Аминокислоты, а, следовательно, и белки, имеют базовую структуру углерода, водорода, кислорода и азота.
Содержание азота в различных белках составляет от 15% до 24 %. На практике ожидается, что единая доля азота составит 16%. Это приводит к коэффициенту преобразования 6,25 г азота в г белка.
Белки состоят из аминокислот, образуются в метаболизме людей, животных, растений, грибов, бактерий и дрожжей и являются важной частью клеточных структур. Помимо «простых» белков, состоящих исключительно из аминокислот, существуют «конъюгированные», которые включают дополнительную группу, такую как липиды или углеводы.
Структура и значение белков
Гены содержат молекулу, необходимую для всей жизни и ДНК.
Двумя основными этапами синтеза этих макромолекул являются:
- Транскрипция: ДНК, расположенная в ядрах, будет использоваться для генерации сопоставимой мРНК, имеющей схему синтезируемого белка;
- перевод: мРНК будет использоваться рибосомами в качестве «рецепта», чтобы правильно выбирать, а затем правильно выстраивать последовательность аминокислот, которые будут использоваться для создания белка;
- посттрансляционные модификации: после создания белка, он преобразуется в 3d-структуру, которая придаст физико-химические свойства.
Аминокислот, используемых в синтезе белка, насчитывается 22, их называют «протеиногенами», которые вызывают образование белков:
- Аланин;
- аргинин;
- аспарагин;
- Aspartate;
- цистеин;
- глютамат;
- глютамин;
- глицин;
- гистидин;
- изолейцин;
- лейцин;
- лизин;
- метионин;
- фенилаланин;
- пролин;
- пирролизин;
- селеноцистеин;
- серин;
- треонин;
- триптофан;
- тирозин;
- валин.
Белок присутствует повсюду и участвует во всех механизмах развития и поддержания организма. Это означает, что дефицит определенных аминокислот будет препятствовать выработке соответствующих белков. Эта нехватка впоследствии приведет к нарушениям в соответствующих механизмах.
Виды белков синтеза в организме
Все аминокислоты необходимо ежедневно поглощать в достаточном количестве. Одна аминокислота, которая должна быть особенно выделена, — это лейцин. Это аминокислота, которая «включает» синтез белка. Фермент, называемый mTOR, является центральным ферментом, который стимулирует синтез белка в тканях.
Когда уровень лейцина достигает определенного уровня, mTOR активируется, и начинается синтез белка. Если слишком мало лейцина, синтез белка не активируется. Количество лейцина, которое нужно потреблять для поддержания синтеза белка, составляет 2,5 г на приём пищи (три раза в день). Его необходимо сочетать с другими аминокислотами.
Незаменимые аминокислоты
Белок для организма необходим: в первую очередь для наращивания тканей, таких как мышцы, кожа и сухожилия. Кроме того, он является строительным блоком для веществ, которые участвуют в биологических процессах в организме, таких как ферменты, гормоны и антитела, которые борются с инфекциями. В природе встречается 20 основных аминокислот. Человек должен съедать девять незаменимых аминокислот через пищу.
Девять незаменимых аминокислот, список:
- Гистидин;
- изолейцин;
- лейцин;
- лизин;
- метионин;
- фенилаланин;
- треонин;
- триптофан;
- валин.
Пищевые источники незаменимых аминокислот
Белки поглощаются с пищей и разлагаются на их составляющие аминокислот. На 9 из 21 органического соединения, необходимых в общей сложности, человеческий организм особенно полагается, так как организм не может производить их самостоятельно.
С кровью аминокарбоновые кислоты переносятся в каждую клетку. Аминокислотная последовательность находится в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) кодированный.
В рибосомах, «механизме производства белка» эта информация используется для сборки молекулы белка из отдельных аминокислот, связывая аминокислоты в очень определённом порядке, заданном ДНК.
Источники белка в продуктах:
- Мясо;
- рыба;
- яйца;
- молочные продукты (сыр);
- орешки;
- злаки;
- бобовые (соя: 41,6%).
Полузаменимые белки
Шесть аминокислот считаются условно необходимыми или полу-заменимыми в рационе человека.
Это: цистеин, тирозин, глицин, аргинин, глутамин и пролин.
Термин «полу-существенный» здесь определяется как потребность в источнике пищи, когда эндогенный (собственный организм) синтез не может удовлетворить метаболические потребности.
Заменимые
Это те аминокислоты, которые поступают в готовом виде в организм. К ним относятся: таурин, аргинин, карнитин, глицин, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, орнитин.
Виды белка по происхождению
Белки животных: фиброзные склеропротеины, длинные или сложенные цепи аминокислот, содержатся в поддерживающих и защитных тканях, таких как кожа, волосы и сухожилия. Они нерастворимы в воде и в основном неудобоваримы (плохо усваиваются). К ним относятся кератин в волосах, коллаген, фибрин (для свертывания крови) и миозин (в мышцах).
Глобулярные белки: содержатся в жидкостях тканей, они усваиваются. К ним относятся казеиноген (в молоке), альбумин (в яйцеклетке) и глобулины (в крови).
Растительные белки: особенно глютелин и проламины. Глютелин: в зародышах пшеницы, оризенин в рисе, проламины в кукурузе, ячмене, глиадин в зернах пшеницы.
Роль белка в организме человека
Задачи белков в организме разнообразны.
Структурные белки определяют строение клетки, характер тканей, таких как структура волос, и общее строение тела.
Ферменты выполняют функции биокатапического анализа. Позволяют или предотвращают, ускоряя или замедляя химические реакции в живых существах.
Ионные каналы регулируют концентрацию ионов в клетке и её осмотический гомеостаз, а также возбудимость нервов и мышц.
В мышцах определённые белки изменяют свою форму, обеспечивая сокращение мышц и двигательную функцию.
В качестве транспортных белков, осуществляют транспортировку важных для организма веществ, таких как гемоглобин, который отвечает за транспортировку кислорода в крови, или трансферрин, который переносит железо в крови.
В качестве гормонов, контролируют, процессы в организме.
В качестве антител, служат для защиты от инфекции.
Как факторы свертывания крови, белки, с одной стороны, предотвращают слишком сильную кровопотерю при повреждении кровеносного сосуда, а с другой-слишком сильную реакцию свертывания крови с блокировкой сосуда.
Белки играют ведущую роль во всех жизненных процессах, так как переводят информацию, содержащуюся в генах, в клеточные процессы и структуры. Они регулируют важные функции, такие как экспрессия генов или метаболизм, служат переносчиками для более мелких молекул, таких как тетрамерный гемоглобин, или действуют как рецепторы при пересылке сигналов. Структурные белки образуют каркас каждой отдельной клетки или стабилизируют целые организмы.
Синтез белков
Синтез белка или экспрессия генов, — это выработка полипиптида у живых существ. Как полипептиды, олигопептиды и дипептиды, представляют собой цепочки аминокислот, которые различаются по длине и последовательности. Они образуются на основе наследственной информации, данной в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), в рибосомах живых клеток.
На первом этапе биосинтеза белка ген считывается на ДНК и транскрибируется в молекулу мРНК. В этом процессе нуклеиновые основания ДНК (A,T,G,C) переписываются в нуклеиновые основания РНК (U,A,C,G). Вместо тимина в РНК содержится урацил, а вместо дезоксирибозы в РНК содержится рибоза.
Транскрипция гена осуществляется ферментом РНК-полимеразой (и несколькими другими белками), которому в качестве субстрата необходимы ДНК и рибонуклеотидные трифосфаты АТФ, УТФ, ОСТП, ГТП.
Из этого, в дополнение к цепи ДНК, образуется непрерывная цепь РНК с расщеплением соответствующих двух фосфатных остатков трифосфатов. У эукариот транскрипция происходит в ядре клетки, поэтому мРНК необходимо проводить в цитозоль, потому что там с ней выполняется трансляция. У прокариот транскрипция происходит в клеточной плазме, также называемой цитоплазмой.
Суточная потребность в белках
Примерный ежедневный график рекомендуемого потребления белка в граммах:
- 3 Ломтика цельнозернового хлеба, по 40 г каждый — 8.
- 1 Стакан йогурта, 150 — 4,5.
- Сыра, 20 — 7.
- Картофеля, 150 — 3.
- Зелёная фасоль — 4,5.
- Треска,120.
Общее количество белка 51 г. Эти рекомендации применимы к людям с нормальным весом. Кто имеет недостаточный или избыточный вес, при расчёте должен ориентироваться не на фактический, а на свой нормальный вес.
Поскольку потребности в питательных веществах меняются в зависимости от возраста и обстоятельств жизни, есть и другие рекомендации:
- Детям и подросткам в возрасте от четырех до 18 лет рекомендуется ежедневное количество 0,9 г белка на кг массы тела;
- взрослые в возрасте 65 лет и старше 1,0 г на кг массы тела;
- беременные женщины со второго триместра 0,9 г и с третьего триместра 1,0 г на кг массы тела;
- кормящие грудью 1,2 г на кг веса тела.
Обмен белка в человеческом организме
Около 100 г белков мы потребляем в среднем ежедневно с диетой. Животные белки усваиваются быстрее, растительные требуют немного больше времени. Процесс обмена начинается в желудке, где пищевые белки расщепляются до (поли — и олиго-) пептидов с помощью соляной кислоты, пепсина и ферментов.
В тонком кишечнике эти пептиды дополнительно расщепляются ферментами (трипсином и химотрипсином), что приводит к образованию ди — и три-пептидов и свободных аминокислот, которые попадают в кровоток.
Печень обеспечивает максимально сбалансированный баланс аминокислот в уровне крови. Она также расщепляет образующийся азот до мочевины, которая выводится. Печень использует аминокислоты для образования печеночных белков, которые временно хранятся, и образует белки плазмы, которые доставляются в кровь.
Таким образом, доля свободных аминокислот в крови ограничена или поддерживается относительно постоянной.
Кровь переносит аминокислоты в органы и ткани. Скелетные мышцы имеют самый большой резервуар для всех аминокислот. В организме происходит постоянное накопление, переработка и деградация белков, причём оборот выше, чем у белков, которые потребляются и образуются самостоятельно. Это свидетельствует о большой способности организма перерабатывать высвобождаемые аминокислоты.
Если организму доставляют белки в избытке или ему не хватает углеводов или жиров, аминокислоты также используются для получения энергии (глюконеогенез). Конечные продукты азота, содержащегося в аминокислотах, выводятся с мочой, частично со стулом, а также минимально через кожу и волосы и т. д.
При многих заболеваниях, недоедании белка, недостаточном качестве потребляемых белков может наблюдаться отрицательный баланс азота. Он измерим, по результатам можно сделать выводы о поставках и обороте белков.
В сложном процессе синтеза и распада белков в клетках участвуют, в частности, ДНК и рибонуклеиновая кислота. Часть образовавшихся аминокислот используется непосредственно в клетках, другие транспортируются в другие места. Количество образовавшихся белков зависит от клетки и от наличия (специфических) аминокислот.
Белковая недостаточность
Белок выполняет большое количество задач в организме. Он необходим для создания и поддержания клеток организма, помогает заживлять раны, помогает в борьбе с болезнями. Взрослый человек должен ежедневно потреблять около 1 г белка на кг массы тела с пищей. Потребность всё еще увеличивается у беременных и кормящих женщин.
Дефицит белка может иметь плохие последствия:
- Выпадение волос (волосы на 97-100% состоят из белка-кератина);
- отеки;
- слабость мышц;
- нарушение роста;
- жировая дистрофия печени.
При некоторых состояниях, таких как хроническое воспалительное заболевание кишечника, синдром потери белка, нарушение всасывания белка или заболевания печени, может возникнуть дефицит белка.
В этих случаях необходимо увеличить суточное количество белка. Избыток белка в организме происходит редко. Неясно, может ли постоянное повышенное потребление белка повредить почки. Поэтому диетологи рекомендуют ограничить суточное количество белка максимум 2г на кг массы тела.
Передозировка
Для здоровых людей риск опасной передозировки белком довольно низок. Помимо количества, тип белка играет определённую роль в сбалансированном рационе. Избыток белка выводится с мочой.
Но, если функция почек ограничена, это может привести к проблемам. У людей организм со слабой печенью не может хорошо обрабатывать большое количество белка: орган дополнительно повреждается, функционирование печени ухудшается. В таком случае, настоятельно рекомендуется диета с низким содержанием белка. Другие симптомы избытка белка могут включать боль в животе, запор, увеличение веса и задержку воды.
Часто задаваемые вопросы
Какие свойства гидратации белка?
Гидратация будет зависеть от рН, температуры, ионной силы среды и времени контакта. Мышечные белки теряют способность фиксировать воду вблизи рН 5,5, содержание воды уменьшается в 3 раза.
Фиксация воды уменьшается при повышении температуры за счёт уменьшения количества водородных связей. Увеличение ионной силы вызывает обезвоживание белка, но фиксация определённых ионов на белке, таких как полифосфаты (0,3% p/p), может увеличить способность удерживать воду. Гидратация будет зависеть от природы аминокислот и конформации белка.
От чего зависит растворимость белка, и какие методы дозирования существуют?
Растворимость белков будет зависеть от большого количества внешних и внутренних факторов. Показатель растворимости измеряется путём дозирования по методу Лоури или путем дозирования азота по методу Кьельдаля. Этот индекс даёт представление о скорости денатурации-агрегации белка.
Как передозировка белка в организме влияет на артерии?
Патологическое хранение белка начинается с гематокрита более 42 об. % , который переходит в атеросклероз (примерно через 10-40 лет происходит инсульт и инфаркт). Первыми признаками кальцифицированных артерий являются увеличение массы тела и гематокрита в крови (гематокрит является параметром толщины крови и должен быть ниже 40 об. %, чтобы не возникал атеросклероз).
Может ли быть аллергия на белок?
Да, на белок, попадающий в организм, может быть аллергия. Это неправильная реакция иммунной системы, которая начинает ошибочно рассматривать белки как чуждые организму. Люди с аллергией на белок должны отказаться от тех продуктов, которые вызывают у них аллергическую реакцию. В этом случае имеет смысл обратиться к диетологу.
Разрушаются ли белки при нагревании?
Белки денатурируются при нагревании. Денатурация означает, что при приготовлении пищи, выпечке или жарке она меняет свою структуру. Таким образом, яичный белок в варёном яйце больше не доступен в своем первоначальном виде, потому что структура аминокислот изменилась. Однако денатурация не приводит к разрушению белков. Независимо от того, едите ли вы денатурированный белок или форму происхождения белков, ваше тело в любом случае разлагает аминокислоты белков по отдельности.
Вывод: роль белков
Продукты с высоким содержанием белка должны быть в ежедневном расписании питания, потому что они являются строительным материалом для нашего организма. Они участвуют в наращивании и поддержании мышц, входят в состав гормонов, ферментов и стабилизируют ткани. В каждой клетке находится несколько тысяч различных белков. Незаменимые аминокислоты могут образовываться организмом из незаменимых аминокислот.
