Voland's Blog: November 2015

О роли белков.

_{*на КДПВ схема образования дипептида*}

Всем привет!

Сегодня я хочу более подробно рассказать о белках (aka протеинах). Об их роли в нашем организме.

Что они делают, для чего нужны, сколько нужно потреблять и для каких целей.

Белки — это сложные азотсодержащие органические вещества, состоящие из более мелких структурных единиц — аминокислот.

Молекулы белка могут быть очень крупными, могут состоять из сотен и тысяч аминокислот. При этом, все белки нашего организма синтезируются из 20 основных аминокислот. Эта группа называетсяпротеиногенные аминокислоты. У них можно выделить общую, одинаковую часть молекулы, содержащую карбоксильную и аминную группы (по ссылке эта часть выделена черным цветом) и отличаются радикалами (красным цветом). Аминокислоты соединяется между собой пептидными связями и образуют длинные и неразветвленные цепи — полипептиды. Пептидная связь возникает между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой с выделением воды. Этот процесс изображен на КДПВ. Пептидные связи — прочные, могут образовываться у всех аминокислот. Образуются они только из общей части молекул. Аминогруппы и карбоксильные группы могут входить в радикал некоторых аминокислот, но участия в связях не принимают.

У каждого полипептида аминокислотные остатки располагаются в строгой последовательности, которая закодирована в ДНК. Полипептиды отличаются между собой количеством аминокислотных остатков и их последовательностью в цепи.

Одна или несколько полипептидных цепей образуют молекулу белка. Для этого, помимо пептидной связи, существует дисульфидная связь ("дисульфидный мостик"), которая образуется между двумя атомами серы и организует пространственную форму молекулы белка. Это основные виды связей в молекуле белка.

Итого, мы имеем крупную, трехмерную молекулу. Принято выделять 4 уровня молекулы белка.
1) Первичная. Она уникальна для каждого белка. Это химическая структура полипептида, последовательность его аминокислот. В ДНК кодируется только первичная структура.
2) Пространственная структура. Например, полипептид может быть свернут спиралью. Тут играют роль дисульфидные связи.
3) Пространственная структура, которая образуется на основе предыдущего уровня. Например, спирали с предыдущего уровня могут укладываться в пространстве в шар. Самостоятельная молекула белка готова!
4) Структура есть лишь у части белков. Это надструктура, состоящая из уже самостоятельных белков, обладающих тремя предыдущими структурами. Появление таких надструктур иногда ведет к появлению новых свойств, которых не было у молекул в основе.

Пространственная форма белка называется — конформация. Конформация, которая обладает биологической активностью, называется нативной. Потеря нативности, означает потерю биологических свойств белка. Этот процесс называется денатурация белка.
Она может вызываться физическими (температура), химическими (кислоты, щелочи и т.д.) причинами.
Процесс пищеварения, в контексте белков, это история разложения молекул белков, последовательного разрушения всех уровней до ди — и трипептидов, которые в простом виде всасываются в тонком кишечнике.

Схема процесса: Рот (физическое измельчение пищи)–> желудок (обработка кислотой, ферментом пепсин, расщепление молекулы белка до полипептидов) –> двенадцатиперстная кишка (обработка щелочью, ферментом трипсин, расщепление полипептидов до ди — и трипептдидов) –> тонкий кишечник (пристеночное расщепление, олигопептиды попадают на микроворсинки, где окончательно расщепляются на аминокислоты). Из ворсинок аминокислоты поступают в систему воротной вены и идут в печень, а из нее в большой круг кровообращения.
Незначительная часть аминокислот всасывается в лимфатическую систему.

Обмен белков.
В организме протекает два встречных процесса — расщепление собственных белков (катаболизм), синтез белков (анаболизм). У обычного взрослого человека эти процессы балансируют. У детей преобладает синтез–анаболизм, происходит рост тканей и организма.

Состояние белкового обмена можно оценить по азотистому балансу, т.к. белок — единственный элемент, содержащий азот в нашем организме. При положительном балансе, с пищей азота поступает больше, чем выводится. Это состояние характерно для детей и спортсменов, увеличивающих мышечную массу. При отрицательном балансе, азота поступает меньше, чем выводится, т.е. белков распадается больше, чем синтезируется. Это может быть связано с болезнью, голоданием.

Катаболизм — собственные белки расщепляются внутриклеточно под влиянием протеолитических ферментов. Эти ферменты сосредоточены в специально органоиде клетки — лизосоме. Мембраны этого органоида непроницаемы для ферментов, держат их взаперти, но зато охотно впускают белки. По механике расщепления схема напоминает пищеварительную. Внутри лизосомы белок разбивается на олигопептиды, затем выходит из лизосомы в цитоплазму и добивается на аминокислоты.
В клетках есть специальные системы, которые предназначены для избирательного расщепления белков. В топку идут собственные дефектные белки, чужеродные, а также временные типа гормонов. Также в клетке есть центры, подавляющие распад (ингибиторы), снижающие скорость распада. В сутки такому внутреннему распаду подвержено в среднем 200–300 гр собственных родных белков. Что может сильно испугать того, кто не дочитает до синтеза белков!

Синтез белка — штука сложная и энергоемкая, происходит в несколько этапов.
Первый этап — транскрипция. Происходит она в клеточном ядре. Здесь стоит напомнить о чем я писал выше — последовательность аминокислот в полипептидах закодирована ДНК. Каждая аминокислота кодируется сочетанием трех азотистых оснований, называемым триплетом или кодоном. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об определенном белке, называется ген.

Вот на этом самом участке ДНК во время транскрипции синтезируется информационная РНК (и–РНК). Она представляет собой точную копию гена. И–РНК выходит из ядра и перемещается в рибосомы.

Второй этап — рекогниция. Происходит в цитоплазме. Куда, как мы помним, попали расщепленные аминокислоты из лизосом. На этом этапе, аминокислоты, находящиеся в цитоплазме, избирательно цепляются к т–РНК (транспортная РНК).

Третий этап — трансляция. Происходит эта история в рибосомах, где аминокислоты, доставленные т–РНК, соединяются согласно информации, закодированной в и–РНК, т.е. соединяются в строгой последовательности, образовывая новые полипептиды.
В небольших количествах белки также синтезируются в митохондриях, где также есть ДНК, рибосомы и два вида РНК.

Синтез белков в организме ускоряется благодаря тестостерону и соматотропному гормону (гормон роста, вырабатывается передней долей гипофиза). С другой стороны, процесс замедляется глюкокортикоидами (вид гормонов, вырабатываемый корой надпочечников, самый известный — кортизол). Также подавляющую роль в синтезе белков играют многие антибиотики.

Помимо синтеза белков, аминокислоты могут использоваться для синтеза небелковых соединений, например — ряда гормонов (адреналин), части гемоглобина (гем), азотистых оснований нуклеиновых кислот, элементов, участвующих в энергоснабжении мышц (креатин и карнитин).

В грубой схеме обмен белков выглядит следующим образом:
Белки пищевые + белки организма –> распадаются на аминокислоты –> из них синтезируются новые белки и небелковые соединения –> и выделяются продукты реакции H2O, CO2, NH3 (который обезвреживается в ходе орнитинового циклаи выводится через мочевину).

Вот такие мы непростые. И если ваша знакомая девушка утверждает, что она очень сложная и противоречивая натура, знайте, это определенно так.

Юмор в сторону. Ползем дальше. В общем, теперь понятно, что переоценить важность белков для человеческого организма сложно. Потихоньку возвращаемся к вопросам питания.

Белки — это основной строительный материал. 16–18% массы среднего человека — белки.

Белки — это основной компонент всех ферментов. Напоминаю, что ферменты занимаются процессом пищеварения, также они регулируют все внутриклеточные обменные процессы.

Значительная часть гормонов являются белками. Самый известные — инсулин и гормоны гипофиза.

Белки лежат в основе механики мышечных сокращенийи расслаблений, что дает нам возможность перемещаться в пространстве, выполнять работу, например, печатать этот текст.

Белки занимаются транспортом кислорода (дыхание), углеводов, липидов, витаминов, гормонов в крови. Белки также подрабатывают транспортом и на межклеточном уровне.

Белки на 5–10% покрывают затраты организма в энергии за счет окисления аминокислот (глюконеогенез). Или непосредственно в мышцах — валин, лейцин, изолейцин.

Белки отвечают за нашу видовую и клеточную специфичность, наследственность, за защиту — иммунитет, фагоциты, свертываемость крови.

Итого, белки для нас очень важны. Поэтому в питании им нужно уделять особенное внимание. В нашем организме нет специальных депо или хранилищ для белков (в отличии от жиров, углеводов), поэтому запас белков нужно пополнять ежедневно.

Количество белков, которое полностью покрывает потребности организма = суточная потребность в белке. Она учитывает три момента: 1) Общее содержание белка в рационе; 2) Оптимальное соотношения аминокислот; 3) Род деятельности, возраст.

Потребность организма взрослого человека, ведущего активный образ жизни, колеблется в районе 1,6–2,3 гр белка в день на 1 кг массы тела.
При увеличении интенсивности или длительности тренировки, содержание белка в рационе должно составлять около 2,5 гр на 1 кг массы. Профессиональные спортсмены, работающие с очень высокими нагрузками — до 3 гр белка.
Выше 3 гр белка на 1 кг массы тела в день не рекомендуется никому в связи со следующими моментами: а) Падает % усвоения; б) значительно возрастает выделение продуктов распада белка — аммиака и мочевины, что ведет увеличению нагрузки на почки, печень; в) повышается содержание ряда токсических веществ (фенол, крезол, скатол, индол), обезвреживание которых, дополнительно нагружает печень. А печень надо любить, холить и лелеять!

При недостаточности же белка в рационе наблюдаются следующие эффекты: повышается риск травм, снижается мышечная масса, отмечается нарушение усвоения других питательных веществ, чей обмен связан с белками. Организм теряет много калия, теряет витамины — тиамин, рибофлавин, ниацин, пиридоксин и аскорбиновую кислоту. Могут возникнуть проблемы с работой желез и гормональным фоном. Ослабляется иммунитет.

За один прием пищи организм может усвоить не более 50 гр белка. Поэтому питаться нужно чаще и небольшими порциями.

Если посмотреть на рацион в разрезе энергетической ценности, то обычным активным спортивным людям рекомендован рацион, в котором 15% калорийности обеспечивается белками.
Для силовых видов спорта доля белков доводится до 18%. Для тяжелоатлетов до 20%. Выше этого значения не уходят, т.к. это нарушает принцип 3 гр на 1 кг.

Аминокислоты — органические соединения, из которых состоит молекула белка.

Аминокислоты бывают незаменимые (те, которые не могут синтезироваться в нашем организме и должны поступать с пищей) и заменимые (могут вырабатываться организмом).

Незаменимые: лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан, треонин, валин.
Заменимые: гистидин, пролин, аланин, глицин, серин, глутаминовая кислота, глутамин, аспарагин, аспарагиновая кислота, аргинин.
Условно незаменимые (вырабатываются в организме, но в недостаточном количестве): тирозин, цистеин.

Биологическая ценность белка определяется двумя базовыми моментами — соотношением между аминокислотами, раз. Степенью усвояемости белка, два (это скорость и КПД переваривания, наличие угнетателей пищеварительных ферментов и т.д.)

По скорости переваривания в порядке снижения скорости — яичные, молочные, рыбные, мясные, растительные белки.

На примере ценности соевых белков, они имеют хороший аминокислотный состав. Однако, они содержат ингибиторы ("подавители") трипсина — важного фермента пищеварения. Плюс дефицит метионина (отвечает за работу с жирами, гормонами и др). При постоянном употреблении могут привести к повреждению стенок тонкого кишечника. Есть информация о риске сбоев эндокринной системы.

Это не означает, что их совсем нельзя потреблять. Можно. Но осознанно, для достижения своих специфических целей, не на постоянной основе.

Приблизительная средняя суточная потребность в аминокислотах (в граммах):

Незаменимые: лейцин (4–6), изолейцин (3–4), лизин (3–5), метионин (2–4), фенилаланин (2–4), триптофан (1), треонин (2–3), валин (3–4).
Заменимые: гистидин (1–3), пролин (4–5), аланин (2–4), глицин (2–4), серин (2–4), глутаминовая кислота (10–15), глутамин (5–7), аспарагин (2–4), аспарагиновая кислота (5–7), аргинин (5–7).
Условно незаменимые: цистеин (2–3), тирозин (3–4).

Существуют разные системы определения биологической ценности белка. Остановимся на общепринятой шкале, которая рекомендовано ФАО и ВОЗ. — аминокислотный скор.
Суть следующая, содержание реального белка сравнивается с содержанием идеального белка.
Идеальный белок — это тот, в котором скор каждой незаменимой аминокислоты принимают за 100%.

Аминокислотный скор = (РБ/ИБ)*100%
где РБ — содержание аминокислоты в одном грамме реального белка
ИБ — содержание той же аминокислоты в одном грамме идеального белка.

Аминокислотой, лимитирующей биол. ценность белка, является та, скор которой меньше.

Нормального сайта в интернете с таблицами, к сожалению, не нашел. Возможно кто–то в комментариях поделится.

Тут смысл следующий — белки яйца, сыворотки молока, мяса и рыбы наиболее ценны по аминокислотному составу. Растительные значительно уступают. В сое не хватает метионина, в зерновых не хватает треонина и лизина и т.п. Также КПД растительной пищи ниже, из–за наличия ряда ингибиторов пищеварения, клеточным устройством, которое затрудняет доступ пищеварительным ферментам.

Усвояемость белков примерно следующая: яичные/молочные 96%, рыба 93–95%, мясо 87–89% хлеб 62–86%, овощи 80%, некоторые бобовые 70%.

Здесь я наверное, порадую вегетарианцев, чисто теоретически можно покрыть все потребности организма в белке, используя пищу исключительно растительного происхождения.
И огорчу, на практике, уверен, мало кому это удается в полном объеме. Это сложно и очень трудозатратно. Сложно подсчитать, увязать в диету и контролировать. Просто кушая салатики — аминокислотный дефицит гарантирован.

Для сбалансированного рациона рекомендовано соотношение 70% (животные белки) на 30% (растительные белки). При таком подходе организм получит все необходимые аминокислоты в достаточном объеме.

Топ–чарт в белковом рационе:
1. Куриные яйца — полноценный источник основных питательных веществ, необходимых нашему организму. Яйцо содержит самый полноценный белок и легко усваивается при тепловой обработке. Яйца богаты фосфором, серой, железом, цинком.
Сырое яйцо усваивается плохо, т.к. содержит ингибиторы пищеварения — авидин, овомукоид.
Яйцы водоплавающих не рекомендованы к употреблению из–за угрозы заражения возбудителями тяжелых кишечных инфекций.

2а. Молочные продукты. Свежее коровье молоко — источник более 200 различных органических и минеральных вещества. Продукт очень удачно сочетает в себе основные пищевые элементы. Среднее содержание белков в молоке — 3,2%. Они легко усваиваются и имеют хороший аминокислотный баланс.
Молоко содержит очень много кальция и фосфора, витамины A, Bt, B12, B6 и B2. Также содержит насыщенные жиры, что несколько ограничивает его использование.
Людям с дефицитом лактазы и как следствие непереносимостью молока, рекомендованы кисломолочные продукты — кефир, ряженка, йогурт, сыр.
Сметану — потребляем ответственно, без фанатизма, а обезжиренный творог с удовольствием. Творог, даже обезжиренный, усваивается не легко, но компенсирует затраты своей высокой пищевой ценностью.

Про качества заводского молока достоверной информацией не владею, личные предпочтения — фермерское по возможности.

2б. Рыба — ценный диетический продукт, источник очень качественного белка. Среднее содержание белков от съедобной части: Тунец — 24% Треска, камбала, карп, хек — 16% Макрорус — 7%. КПД усваивания повыше, чем у мяса.
Большая часть видов рыб богата калием, магнием, фосфором. Витаминами — A, D, E. Морская рыба содержит йод, фтор.
Рыбий состоит в основном из ненасыщенных жирных кислот, содержит ценные полиненасыщенные жирные кислоты — линоленовая, арахидоновая. Они не синтезируются в организме, должны поступать вместе с пищей. Рыба — один из главных их источников.

Икра — ещё более ценный продукт. Содержание белка — до 30%. Витамины, фосфор, калий ещё в больших концентрациях.

Копченые, соленые рыбы — не относятся к диетическим продуктам. Ради аппетита и удовольствия, есть, конечно можно. Но без фанатизма.

3. Мясо. — ценный пищевой продукт, полноценный источник всех необходимых белков, все незаменимые аминокислоты есть в хороших соотношениях.

Содержание белков — 15–25%.
Из–за того, что мышечные волокна пронизаны соединительными тканями, КПД мяса чуть ниже 87–89%.
В среднем, 15% от содержащихся белков в мясе, это соединительнотканные белки (коллаген, эластин), обладающие невысокой ценностью и низкой усвояемостью.
Ценность мяса зависит от участка туши, от возраста. Самые ценное мясо — это мясо молодого животного нежирных сортов.
Мясо — хороший источник витамина В, железа, фосфора, калия.
Также ценность зависит от способа приготовления. В приоритете отварные и паровые. Затем тушеные. Жареное лучше избегать.

По пищевой ценности в порядке убывания — мясо куры, телятина/говядина, крольчатина, свинина, баранина.

Язык, сердце, печень — это также ценные диетические продукты с большей концентрацией минеральных веществ, витаминов и других ценных соединений.

Колбасы/сосиски/консервы — как правило высоко жирные продукты. Их стоит минимизировать в рационе или избегать.

При потреблении мяса кислотно–щелочное равновесие в организме смещается в кислую сторону. Что негативно сказывается на пищеварении и организме в целом. Поэтому мясо надо есть вместе с зеленью, обязательно с овощами. А овощи и зелень, вместе с мясом.

Счастливые люди
Не думают матом,
Закутавшись в пледе,
Бессильно измятом;

Не лечатся виски;
Не спят с телефоном;
Не тянутся к риску;
Не курят с балкона;
Не дышат устало
Чужим никотином;
Не спят с кем попало;
Не пьют аспирина;

Не льют мимо чашки,
Чтоб выпить таблеток;
Не ходят в рубашке
В измятую клетку;

Не рвут фотографий;
Не ищут патрона;
Не плачут ночами
До хрипа и стона;

Не пишут «ответь мне»;
Не верят, как дети;
Счастливые люди –
Их нет в Интернете.

Автор: Валерия Яковенко