В виде чего запасаются белки
Организм способен накапливать белки!
Концентрация белков в мясе в 5-10 раз превышает их содержание в пище растительного происхождения. Поэтому превысить меру, потребляя белки животного происхождения, довольно легко, а вот потребить больше белков растительного происхождения сложно, поскольку система пищеварения не в состоянии усвоить пищи в 5-10 раз больше нормы. Общеизвестно, что организм запасает излишки углеводов в форме жира, но не многие знают, что он способен создавать огромные резервы белков. Хранилищами белков в организме являются соединительная ткань и базальные мембраны (см. рис. 1). Когда эти хранилища белков полностью заполняются, закупоренные белками капилляры, по которым в органы должны поступать кислород и питательные вещества, а также выводиться продукты обмена веществ, не справляются со своей задачей, поэтому клетки не только голодают, но и задыхаются в отходах собственной жизнедеятельности. На возникающую в результате интоксикацию клеток организм отвечает воспалительной реакцией, которая позволяет усилить кровообращение и увеличить поставки веществ, необходимых для роста новых клеток и восстановления поврежденной соединительной ткани. Часто повторяющееся воспаление стенок артерий может сопровождаться их кровоточивостью и формированием тромбов, которые являются главной причиной инфарктов и инсультов (см. рис. 2а, б). В качестве первой помощи и для профилактики инфаркта и инсульта организм пытается залечить кровоточащие раны. И он делает это, отправляя в кровь липопротеин-5 (ЛП5), который приклеивается к ранам и запечатывает их. Пытаясь залечить рану и предотвратить дальнейшее кровотечение, ЛП5 выхватывает из потока крови сравнительно крупные липопротеиновые молекулы низкой и очень низкой плотности (ЛПНП и ЛПОНП), а затем прикрепляет их к стенке артерии. Такая повязка спасает человеку жизнь, по крайней мере на время. Если подобный процесс происходит в коронарных артериях, возникает ишемическая болезнь сердца.
У человека, который потребляет слишком много продуктов, содержащих простые углеводы (сахар, хлеб, макароны) или жиры, может быть повышенный уровень глюкозы, жиров и холестерина липопротеинов в крови. Анализы крови также показывают, что, если человек в избытке потребляет белковую пишу, в крови будет повышенный уровень белков. Диетологи считают, что белки полностью сжигаются в процессе пищеварения. Те из них, в которых организм не нуждается, утверждают они, продолжают циркулировать в крови, пока не будут расщеплены ферментами печени и выведены с мочой.
Еще в 1955 году было впервые обнаружено, что, когда после продолжительного белкового голодания человек начинает потреблять белки, мочевины в его организме не образуется. Следовательно, в его соединительной ткани нет избытка белков. Подобное явление наблюдается в организме всех вегетарианцев, которые потребляют белки только растительного происхождения, содержащиеся в бобовых, орехах, семенах и т. д. Вегетарианцам не грозят избыточные запасы белков в соединительных тканях и на стенках кровеносных сосудов, поэтому у них нет опасности развития атеросклеротических бляшек. Это было подтверждено Американской медицинской ассоциацией.
Среди медиков большой популярностью пользуется теория, согласно которой все неиспользуемые организмом калории, поступающие с углеводами, жирами и белками, преобразуются в жир и откладываются в жировых клетках. Если бы это было правдой, то за ожирение и связанные с ним заболевания, включая ишемическую болезнь сердца и инсулиннезависимый диабет, ответственны лить жировые молекулы. Однако существует масса свидетельств того, что объяснить возникновение ишемической болезни сердца одними только запасами жира нельзя. Единственное вещество, которое организм может запасать в огромных количествах, — это белок. И значительная часть этих запасов приходится на стенки кровеносных сосудов.
Кроме расщепления белков в печени и сохранения их в стенках кровеносных сосудов, организм пытается избавиться от белков еще одним способом. Натренированный спортсмен способен использовать за сутки не более 40 граммов белков. Обычный же человек потребляет с пищей в среднем 200 граммов белков в день. Те белки, которые организм не может расщепить или сохранить, преобразуются в азотную, серную и фосфорную кислоты. Почки пытаются вывести из организма часть этих очень сильных кислот, прикрепляя к каждой молекуле кислоты молекулы минералов.
В результате организм лишается важнейших микроэлементов — натрия, калия, магния и т. п. Все это приводит к возникновению ацидоза (изменение кислотно-щелочного равновесия организма в результате недостаточного выведения и окисления органических кислот; интоксикация организма). Типичным симптомом хронического ацидоза являются сердечно-сосудистые заболевания.
В виде чего запасаются белки
а) Запасание аминокислот в виде белков в клетках. Практически сразу после поступления в клетки тканей аминокислоты связываются друг с другом пептидными связями благодаря непосредственному влиянию матричной РНК и рибосомальных систем и образуют белки, поэтому концентрация аминокислот в клетках остается низкой. Кроме этого, свободные аминокислоты никогда не запасаются в клетках, их хранение возможно только в виде белков. Многие из этих внутриклеточных белков могут вновь быстро преобразовываться в аминокислоты под влиянием внутриклеточных лизосомальных пищеварительных ферментов. Появляющиеся при этом аминокислоты поступают в кровь. Исключение составляют только белки, присутствующие в ядре клетки и на хромосомах, и некоторые структурные белки (например, белки коллагеновых волокон и сократительные белки мышц). Эти белки не принимают участия в процессах, приводящих к выходу из клеток аминокислот, составляющих белки, после их переваривания.
Некоторые ткани способны участвовать в запасании аминокислот в большей степени, чем другие. Так, печень — крупный орган, имеющий особые системы для обработки аминокислот, который может запасать большие количества быстрообмениваемых белков. Это также свойственно, хотя и в меньшей степени, почкам и слизистой кишечника.
б) Высвобождение аминокислот из клеток как способ регуляции концентрации аминокислот в плазме. В случаях падения концентрации аминокислот в плазме крови до слишком низкого уровня необходимые аминокислоты могут транспортироваться из клеток для восполнения возникающего дефицита аминокислот в плазме. Таким образом, концентрация конкретных аминокислот в плазме крови поддерживается на достаточно постоянном уровне. Следует отметить, что некоторые гормоны, секретируемые железами внутренней секреции, способны смещать баланс между белками тканей и циркулирующими в крови аминокислотами. Так, гормон роста и инсулин увеличивают образование белков в тканях, в то время как глюкокортикоиды коры надпочечника повышают концентрацию аминокислот в плазме крови.
в) Подвижное равновесие между белками различных частей тела. Вследствие того, что внутриклеточные белки в печени (а также в других тканях, но в несколько меньшей степени) могут быстро синтезироваться из аминокислот плазмы крови и столь же быстро распадаться до возвращающихся в плазму аминокислот, практически во всех клетках организма поддерживается постоянный обмен и равновесие между аминокислотами плазмы крови и мобильными белками.
Например, если возникает потребность в белках в какой-то конкретной ткани, она может синтезировать белки из аминокислот крови. В свою очередь, белки плазмы восполняются за счет распада белков в других клетках организма, особенно белков печени. Эта возможность особенно заметна на примере синтеза белков раковыми клетками. Раковые клетки потребляют аминокислоты в больших количествах, что приводит к заметному опустошению белковых компонентов в других клетках.
г) Верхний предел запасания белков. Каждый конкретный вид клеток характеризуется собственным верхним пределом количества запасаемого белка. После того как все клетки достигнут своего предела возможностей запасания белка, избыток аминокислот, циркулирующих в крови, подвергается распаду до каких-то иных веществ или используется на энергетические нужды либо превращается в жиры и гликоген и запасается в этой форме.
Динамическое равновесие тканевых белков, белков плазмы и аминокислот плазмы
Функциональное предназначение белков плазмы крови
Белки плазмы крови подразделяют на три большие группы: альбумины, глобулиныи фибриноген.
Основной функцией альбуминов является создание коллоидно-осмотического давления плазмы крови, которое препятствует потерям плазмы в капиллярах.
Глобулины обеспечивают многие ферментные функции плазмы и, что не менее важно, отвечают за врожденный и приобретенный иммунитет.
Фибриноген во время свертывания крови полимеризуется в длинные нити фибрина, что служит причиной образования сгустка крови, помогающего восстановлению герметичности системы кровообращения.
а) Образование белков плазмы крови. Практически все альбумины и фибриноген плазмы крови наряду с 50-80% глобулинов образуются в печени. Остальные глобулины образуются в лимфоидной ткани. В большинстве своем это гамма-глобулины, представляющие собой антитела иммунной системы.
При циррозах печени в паренхиме печени разрастается соединительная ткань, что сопровождается снижением синтеза белков. Это приводит к снижению коллоидно-осмотического давления плазмы крови и развитию генерализованных отеков.
б) Белки плазмы крови как источник аминокислот для тканей. Если белковые компоненты тканей оказываются израсходованными, белки плазмы крови могут послужить источником для быстрого их восстановления. Путем пиноцитоза белки плазмы крови могут целиком поглощаться тканевыми макрофагами. Попав в эти клетки, белки расщепляются до аминокислот, которые затем вновь поступают в кровь и используются всеми клетками организма для образования белков там, где это необходимо. Таким способом белки плазмы крови используются в качестве источника быстрого поступления белка, содержащего аминокислоты, готовые для использования в тканях, нуждающихся в белке.
в) Динамическое равновесие между белками крови и белками тканей. Между белками плазмы, аминокислотами плазмы и белками тканей постоянно существует состояние равновесия (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок выше). В исследованиях с использованием радиоактивно меченных атомов было установлено, что в норме ежедневно синтезируются и распадаются около 400 г белка. Это служит проявлением существующего постоянного обмена аминокислот и демонстрирует правило взаимообмена аминокислотами среди различных белков организма. Даже во время голодания или тяжелых истощающих заболеваний отношение общего количества белков тканей к общему количеству белков плазмы в организме остается относительно постоянным, составляя приблизительно 33:1.
В связи с существованием такого динамического равновесия между белками плазмы и прочими белками тела эффективным способом лечения тяжелых острых состояний дефицита белка в организме может быть внутривенное введение белков плазмы крови. Через несколько дней, а иногда и часов аминокислоты введенных белков распределяются среди клеток организма для образования новых белков там, где это необходимо.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Белок
Многие знают, что спортсмены должны употреблять в пищу белок – есть мясо, рыбу, яйца, и даже принимать специальные протеиновые добавки. Но зачем нужен белок, да еще в таких количествах? Разве вегетарианцы не доказали своим примером, что можно обходиться без белка? Давайте разбираться.
Что такое белок?
Белок – это большая группа сложных химических соединений. Видов белка существует очень много и каждый в организме выполняет свои функции. Из белков строятся ткани организма, белки переносят питательные вещества, включают и выключают различные реакции, ускоряют или замедляют те или иные обменные процессы. Без белков само существование нашего организма было бы невозможно.
Структура белков
Белки (полипептиды, протеины) — своего рода биологические полимеры природного происхождения. Они образованы из множества (более 50) молекул альфа-аминокислот, объединенных пептидными связями (-CONH-). В синтезе белков в живых организмах принимают участие всего 20 различных аминокислот, называемых протеиногенными (глицин, лейцин, изолейцин, валин, глютамин, аргинин и т.п.).
Молекулы белков очень сложны, они нередко закручены в пространственные спирали, которые в свою очередь, тоже переплетаются, образуя сложнейшие структуры. Таковы, к примеру, молекулы одного из самых распространенных белков – коллагена – составляющего основу кожи, сухожилий, сосудов, хрящей и т.д. Именно благодаря такой сложной структуре белков кожа, сухожилия и сосуды являются эластичными и упругими.
Зачем белок организму?
Из белковых молекул в организме состоит решительно все — они составляют основу мышечных, нервных волокон, сосудов, кожи, ногтей, зубов, волос, крови и т.д. Белки — это и строительные кирпичики организма, и такие важные для его функционирования вещества как гормоны, ферменты, антитела. Роль белков в существовании живых организмов настолько велика, что Энгельс даже жизнь назвал «способом существования белковых тел».
Организм строит белки сам, но ему требуется большое количество материала для этого – именно поэтому в пище должно быть достаточно белка: это облегчает организму работу, а кроме того, некоторые аминокислоты, называемыми незаменимыми (лейцин, изолейцин, валин, метионин, триптофан и др.) организм не может создать сам, их требуется получать из пищи, а без них синтез белков невозможен.
Функции белков
Чтобы четко и полно ответить на вопрос, зачем белок организму, можно кратко перечислить задачи, выполняемые в нашем организме белками:
Уже из этого краткого списка хорошо видно, что функции белков поистине всеобъемлющи, и что белки являются одним из самых важных классов веществ, определяющих само существование организма.
Синтез белков в организме
Как мы уже говорили, наш организм сам синтезирует все необходимые белки. Но для синтеза белков, который обеспечит потребности организма, нужны строительные материалы, которые дают белки из состава пищи. И важнейшими являются 8 незаменимых аминокислот, которые больше неоткуда получить, кроме как из пищи. Поэтому неправильно думать, что, к примеру, вегетарианцам не нужен белок. Белок нужен всем, просто вегетарианцы предпочитают получать его из растительных источников.
А растительные белки в большинстве случаев обладают более низкой пищевой ценностью, чем животные – просто потому, что они имеют другую природу. Из-за этого у них аминокислотный состав, хуже подходящий человеку, а также их труднее усваивать. Но тем не менее, комбинируя растительные белки, можно повысить их ценность и усваиваемость.
Для синтеза белков (который активизируется в периоды восстановления после болезней, травм и спортивных тренировок) нужны все незаменимые аминокислоты, но, к примеру, для роста мышц важнее всего BCAA – лейцин, изолейцин и валин.
А для восстановления суставов и сохранения здоровья кожи очень важен белок коллаген, необходимая скорость синтеза которого обеспечивается в том числе поступлением его вместе с пищей.
Какой белок лучше употреблять при тренировках?
Раз уж мы затронули вопрос об усвоении белков и о возрастающих потребностях в белке при спортивных тренировках, то можно вспомнить, что в магазинах спортивного питания представлены белки самых разных видов.
Для спортсмена белок — это, во-первых, основной субстрат его мышечной ткани, которую он старается всячески совершенствовать, а, во-вторых, источник питания той самой ткани. По-другому белок называется протеин. И, собственно, протеин и есть первый и основной компонент спортивного питания. По сырью из которого он изготовлен, различают сывороточный протеин, казеин, яичный, соевый, мясной и т.д. По степени очистки — концентрат (ок. 80 % белка), изолят (более 85 % белка) и гидролизат. Но гидролизат — скорее уже не столько степень очистки, сколько частично разрушенный ферментами изолят протеина, который состоит уже не из цельных молекул белка, а из фрагментов по 2-3 связанные аминокислотные молекулы. Усваивается он быстрее всего, зато и самый дорогой.
Сырье, из которого получают протеин, определяет его аминокислотный состав, от чего зависит скорость усвоения данного вида белка и другие особенности. Кроме того, важны цели, которые ставит перед собой атлет и личные особенности его организма — кто-то лучше усваивает молочный протеин, а кто-то — соевый.
Белок, получаемый из обычной пищи (творог, мясо, рыба, орехи, горох и фасоль) является основным питательным сырьем для организма. И только когда его перестает хватать — при усиленных тренировках и стремлении увеличить достигнутые результаты (силовые показатели или рельеф) — можно принимать протеин дополнительно. О спортивном питании для набора массы, а также о видах протеина читайте в других наших статьях.
Какой белок лучше выбрать, зависит от индивидуальных особенностей и задач. Например, для быстрого усвоения перед тренировкой и подавления катаболизма мышц сразу после обычно выбирают сывороточный протеин. Для питания мышц в течение длительных перерывов (например, ночью или в дороге) – хорошо подходит казеин. Вегетарианцы выбирают соевый, гороховый или рисовый протеин. Комплексный протеин обеспечивает равномерное поступление аминокислот в организма в течение долгого времени.
По цене самым демократичным является концентрат, изолят содержит больше белка, но небольшая разница в содержании белка не всегда покрывается существенной разницей в цене. Гидролизат усваивается быстро и легко, но стоит весьма дорого.
Сколько в сутки нужно употреблять белков?
Обычно медицинская норма для среднего человека находится в пределах 0,7-1 г на каждый килограмм собственного веса. Тем, кто занят тяжелым физическим трудом или интенсивными спортивными тренировками, рекомендуют увеличить норму до 1,5-2 г на кг и даже более. Для спортсмена массой 90 кг это составляет 135-180 г белка в сутки. Конечно же, желательно получить это количество из обычной пищи, но, к сожалению, это не всегда возможно. Например, в мясных продуктах содержание белка редко превышает 20 %, а в крупах – 10 %. Орехи содержат больше белка, но они также богаты жирами, поэтому употреблять их в больших количествах не стоит. В бобовых белок менее полноценный, поэтому его требуется больше. Учитывая все это, хорошим выходом становится употребление белковой добавки, дозировку которой рассчитывают, исходя из разницы между требуемым количеством белка и тем количеством которое вы реально можете получить из пищи. Например, спланировав рацион, вы понимаете, что он дает вам 150 г белка, а вам нужно 180 г. Добавив между основными приемами пищи порцию протеинового коктейля, вы легко доберете оставшиеся 30 г.
Те, кто не знает, сколько в сутки употреблять белков, могут воспользоваться простейшей формулой БЖУ 30-20-50. То есть в суточной калорийности доля белков должна составлять не менее 30 %. Если вам приходится урезать суточный калораж, например, при расчете диеты для похудения – старайтесь делать это не за счет белков и жиров, а за счет углеводов. Урезать белки не следует потому, что иначе пострадают ваши мышцы. Для их поддержания требуется определенное количество белка, и если его будет меньше – организм просто сократит мышечную массу до приемлемого (для него) уровня. Ну а потеря мышц обернется физической слабостью, а также плоским костлявым видом фигуры. Если вы этого не хотите – сохраняйте максимальное количество белков в рационе.
Есть ли вред от белка?
Иногда приходится слышать, что белок засоряет организм шлаками, нагружает печень и почки и т.д. Все это не совсем верно. Сам по себе белок – хорошо знакомый для организма тип веществ и нормально переваривается. Необходимо лишь поддерживать разумное количество его в рационе, и если вы употребляете много белка (например, из-за тренировок), то пейте больше воды, чтобы продукты его распада не накапливались, а легко выводились из организма.
Никаких данных о том, что нормальное количество белка как-то особенно вредит внутренним органам не существует. Напротив, есть масса научных исследований, подтверждающих необходимость употребления нормативного количества белка – для сохранения здоровья и роста спортивных показателей.
Белки (протеины, полипептиды)
Дано определение, состав, структура и функции белков организма человека. Приведена их классификация. Описаны синтез и катаболизм белков.
Белки (протеины, полипептиды)
Определение
Белки – высокомолекулярные азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот.
Молекулярная масса белков
Состав белков
Несмотря на то, что в составе белковой молекулы могут входить десятки, сотни и тысячи аминокислот, все белки синтезируются из 20 видов аминокислот. Эти аминокислоты имеют следующие названия: глицин, аланин, серин, цистеин, треонин, метионин, валин, лейцин, изолейцин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, лизин, аргинин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин.
Структура белков
Различают четыре уровня структурной организации молекулы белка (рис.1).
Рис.1. Структуры белков
Первичная структура. Аминокислоты соединяясь друг с другом пептидной связью образуют длинные неразветвленные цепи – полипептиды.
Вторичная структура. Эта структура белков характеризует их определенную пространственную организацию. Например, многие белки имеют форму спирали. Фиксируется вторичная структура дисульфидными и водородными связями.
Третичная структура. Третичная структура отражает пространственную организацию вторичной структуры. Например, вторичная структура в виде спирали может укладываться в пространстве в виде глобулы, то есть иметь шаровидную или эллипсовидную форму. Примером белка, обладающего третичной структурой является миоглобин.
Четвертичная структура. Этой структурой обладают некоторые белки. Четвертичная структура – сложное образование, состоящее из нескольких белков, имеющих свою первичную, вторичную и третичную структуры. Примером белка, обладающего четвертичной структурой является гемоглобин.
Классификация белков
Существуют разные классификации белков. Приведу две классификации.
Согласно первой классификации белки делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислот. Пример: альбумины и глобулины крови. В молекуле сложного белка, кроме аминокислот, имеется еще неаминокислотная часть. В зависимости от неаминокислотной части выделяют такие сложные белки как нуклеопротеиды (содержат нуклеиновую кислоту), липопротеиды (содержат липоид) и. т.д.
Согласно второй классификации белки делятся на группы на основе своей пространственной формы. Различают глобулярные и фибриллярные белки. Молекулы глобулярных белков имеют шаровидную или эллипсовидную форму. Примерами таких белков являются альбумины и глобулины крови. Молекулы фибриллярных белков вытянутые. Их длина значительно превышает их диаметр. Примером фибриллярного белка является белок коллаген.
Функции белков
Функции, которые выполняют белки в организме настолько важны, что белки еще называют протеинами (от греч. слова proteus – первый, главный). Различают следующие функции белков в организме человека.
Перевариваривание белков в организме человека
В организм человека с пищей попадает в сутки около 100 г белков.
Расщепление белков начинается в полости желудка под воздействием желудочного сока, содержащего протеолитический фермент пепсин. Под воздействием пепсина в белках разрываются пептидные связи, образующие первичную структуру. В результате белковые молекулы превращаются в смесь полипептидов различной длины.
Дальнейшее переваривание белков протекает в тонкой кишке под воздействием ферментов: трипсина, химотрипсина и эсталазы, которые синтезируются в поджелудочной железе. В результате полипептиды расщепляются до олигопептидов, состоящих из нескольких аминокислот.
Завершается переваривание белков в тонкой кишке под воздействием ферментов кишечного сока. Образовавшиеся в результате этого процесса аминокислоты всасываются в кровь и по воротной вене поступают в печень и далее попадают в большой круг кровообращения.
Синтез белков
Синтез белков протекает в четыре этапа.
Первый этап синтеза белков протекает в ядрах клеток и называется транскрипцией.
Второй этап синтеза белков протекает в цитоплазме клетки и называется рекогницией.
Третий этап синтеза белков протекает на рибосомах и называется трансляцией.
Четвертый этап синтеза белков протекает в эндоплазматической сети и комплексе Гольджи и называется процессингом.
Более подробно синтез белков в мышечных волокнах описан в отдельной статье.
Катаболизм белков
В организме человека происходят одновременно два процесса: синтез белков и их распад (катаболизм). В тканях организма катаболизм белков происходит под воздействием внутриклеточных протеиназ, которые называются катепсинами. Эти ферменты локализованы в лизосомах.
Также катаболизм белков осуществляется особыми мультиферментными комплексами, которые называются протеосомы.
По данным С.С. Михайлова (2009) в сутки внутриклеточному протеолизу подвергается 200-300 г собственных белков организма. При этом при распаде как пищевых, так и собственных белков организма образуются одни и те же 20 видов аминокислот.