Глава 4 физиологическая роль макро - и микронутриентов

4.1. Белки

Строение и функции. Белки, или протеины (греч. protos – первый), являются главной составной частью всех органов и тканей организма, с ними тесно связаны все жизненные процессы - обмен веществ, сократимость, раздражимость, способность к росту, размножению и мышлению.

Белки составляют 15-20 % массы тела человека (жиры и углеводы вместе – лишь 1-5 %). Белки поступают с пищей и относятся к незаменимым компонентам рациона. Биологическая активность других пищевых веществ проявляется только в присутствии белков. Резервов белка организм человека не имеет.

Основные функции белков:

• пластическая - участие в построении новых клеток и тканей, обеспечение роста и развития молодых растущих организмов и регенерация изношенных, отживших клеток в зрелом возрасте;

• защитная - из белков пищи синтезируются антитела, обеспечивающие иммунитет к инфекциям;

• ферментативная – все ферменты являются белковыми соединениями;

• гормональная – инсулин, гормон роста, тироксин, тестостерон, эстрогены и многие другие гормоны являются белками;

• сократительная – белки актин и миозин обеспечивают мышечное сокращение;

• транспортная – содержащийся в эритроцитах белок гемоглобин переносит кислород, белки сыворотки крови участвуют в транспорте липидов, углеводов, некоторых витаминов, гормонов и др.;

• энергетическая – обеспечивают организм необходимой энергией.

Белки представляют собой азотсодержащие полимерные соединения, мономерами которых являются аминокислоты. По своему составу все белки принято делить на простые, включающие в состав только полипептидные цепи (альбумины, глобулины, глютелины и др.), и сложные, содержащие наряду с белковой молекулой небелковую часть (простетическую группу), образуемую липидами, углеводами, нуклеиновыми кислотами и другими веществами. В соответствии с простетической группой сложные белки называются липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды и т.д.

Из кишечника в кровь всасываются главным образом аминокислоты, реже - полипептиды и нерасщепленные белки. Концентрация аминокислот в крови составляет 350-650 мг/л, из аминокислот в клетках синтезируются белки.

Существует относительное постоянство количества аминокислот плазмы крови и белков клеток, даже при голодании оно составляет 1:33. Как только содержание белка в клетке достигает верхнего предела, избыток поступающих в нее аминокислот может использоваться для преобразования в жир и гликоген. В процессе глюконеогенеза большая часть аминокислот преобразуется в углеводы; почти все аминокислоты могут участвовать в кетогенезе, т.е. преобразовываться в липиды.

Жизнедеятельность организма связана с непрерывным распадом и обновлением белков. Для равновесия этих процессов необходимо ежедневно восполнять белковые потери.

Белки в организме человека обновляются постоянно и независимо от его возраста. В молодом растущем организме скорость синтеза белков превышает скорость распада, за исключением ситуаций, связанных с голоданием и тяжелыми заболеваниями. В среднем белки тела человека обновляются через 80 сут. Быстрее всего обновляются белки печени и слизистой оболочки кишечника (менее чем через 10 дней), относительно медленно – белки мышц, мозга, соединительной ткани (до 180 дней). Период обновления гормонов белковой природы – несколько минут.

Ежедневно в различных частях тела человека синтезируется и расщепляется около 400 г белка, что значительно превосходит их потребление с пищей. Это является результатом повторного использования примерно 2/3 аминокислот.

Азотистый баланс является показателем уровня белкового обмена и определяется по результатам сравнения количества азота, поступившего с пищей и выделенного из организма.

Азотистый баланс – это разность между потребленным с пищей азотом и азотом, выделенным из организма (с мочой, калом и микропотерями). Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие, положительный и отрицательный азотистый баланс.

Азотистое равновесие - равенство количества азота, поступившего с пищей и выделенного из организма. Этот вид баланса отмечается у здорового взрослого человека при полноценном питании, включающим примерно 50-60 г белка в сутки.

Положительный азотистый баланс означает, что с пищей азота поступает больше, чем его выводится из организма, характеризует накопление белка (азота) в организме в условиях преобладания анаболических процессов над катаболическими. Задержка азота физиологична для детей, беременных и кормящих женщин, после голодания и т.д.

Отрицательный азотистый баланс – преобладание азота, выделенного из организма, над азотом, который поступил с пищей, - свидетельствует о потере собственных белков тканями организма. При этом источником свободных аминокислот становятся белки плазмы крови, печени, слизистой оболочки кишечника, мышечной ткани, что позволяет достаточно долго поддерживать обновление белков мозга и сердца. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при голодании, недостатке в пище полноценных белков, ряде заболеваний, при травмах, ожогах, после операций, а также при старении. Длительный отрицательный азотистый баланс приводит к гибели.

Белковая недостаточность возникает как при недостатке белка в пище (количественный дефицит), так и при преобладании белков низкой биологической ценности (качественный дефицит). По данным ВОЗ половина населения земного шара испытывает хронический белковый голод.

Недостаточное поступление белка в течение продолжительного времени сказывается на функциях всех систем: снижается масса тела; понижается уровень гемоглобина и других параметров крови; продуцируется меньше ферментов, гормонов и антител; ослабевает естественный и искусственный иммунитет; происходит снижение условно-рефлекторной деятельности нервной системы; атрофируются мышцы и появляются отеки. У детей замедляется и останавливается рост, задерживается психическое и умственное развитие.

Хроническая белковая недостаточность ведет к глубоким нарушениям функции печени – ее жировой инфильтрации. Болезнь чаще поражает детей раннего возраста (6-8 месяцев), летальность составляет 40-50 %.

Для предотвращения и лечения этого заболевания необходим холин, который может поступать с фосфатидами в составе пищевых продуктов и синтезироваться в организме при участии аминокислоты метионина. Метионин поступает с полноценными белками животного происхождения.

Недостаточное поступление белка с пищей отражается на течении минерального обмена. Установлено, что нарушение фосфорно-кальциевого обмена у детей может быть связано не только с недостатком кальция, фосфора и витамина D, но и с дефицитом белка. При этом наблюдается замедление роста костей и изменение их химического состава в результате снижения активности фермента фосфатазы – важного фактора костеобразования.

Дефицит белка в питании нарушает витаминный обмен: увеличивается выведение из организма витамина С (аскорбиновая кислота), В₂ (рибофлавин), нарушается синтез витамина РР (ниацин), связанного с аминокислотой триптофаном, и др.

Длительный дефицит белкового питания в раннем возрасте является причиной заболевания, называемого квашиоркор, что в переводе с языка жителей Ганы означает болезнь ребенка, отнятого от груди. Это заболевание распространено в слаборазвитых странах Африки, Индокитая, Южной Америки, где в питании преобладают растительные белки. Квашиоркор может развиваться в алиментарную дистрофию, или алиментарный маразм, - необратимое заболевание, приводящее к смерти уже в юношеском возрасте.

Избыточное беловое питание. Длительное избыточное поступление белка также неблагоприятно для организма. Оно может усилить обмен аминокислот и энергии, повысить образование мочевины и увеличить нагрузки на почки и печень с последующим их функциональным истощением. В кишечнике усиливаются процессы гниения и накапливаются продукты неполного расщепления белка, что приводит к интоксикации и нарушению функций ЦНС. Повышенное потребление белков за счет мяса, рыбы, внутренних органов животных способствует образованию конечного продукта обмена пуринов – мочевой кислоты и возникновению развития подагры и мочекаменной болезни.

Биологическая ценность белков пищи – показатель качества белка, характеризующий степень задержки азота и эффективность его утилизации для растущего организма или для поддержания азотистого равновесия у взрослых. Чем выше этот показатель, тем выше качество белка.

Вследствие того, что белков, совпадающих по аминокислотному составу с белками тканей человека, в естественных пищевых продуктах нет, для синтеза белков организма необходимы разнообразные пищевые белки.

В организме человека наблюдается превращение одних аминокислот в другие, которое частично происходит в печени. Однако имеется ряд аминокислот, не образующихся в организме и поступающих только с пищей: триптофан, лизин, метионин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, валин, треонин. Эти аминокислоты называются незаменимыми, или эссенциальными. Для детей незаменимой аминокислотой является гистидин, так как он у них до трех лет не синтезируется в необходимом количестве. При отдельных заболеваниях организм человека не способен синтезировать некоторые другие аминокислоты. Так, при фенилкетонурии не синтезируется тирозин из фенилаланина.

Функции аминокислот:

• триптофан - рост организма, образование белков сыворотки крови, синтез гемоглобина, никотиновой кислоты (РР);

• лизин - рост молодых организмов, кальцификация костей, участие в кроветворении;

• метионин - жировой обмен (препятствует жировому перерождению печени), синтез адреналина, холина (антисклеротического фактора);

• фенилаланин – передача нервных импульсов;

• лейцин – нормализация сахара крови, стимулирует гормон роста;

• изолейцин – азотистый баланс;

• валин – азотистый обмен, координация движений;

• треонин – процессы роста, формирование тканей.

Потребность взрослого человека в незаменимых и заменимых аминокислотах представлена в табл. 3.4.

Таблица 3.4.