Особенности обмена жиров, белков и углеводов в зависимости от типов питания. Что происходит с белком в организме человека: особенности метаболизма

Белки, без преувеличения, можно назвать самыми важными строительными компонентами всех живых тканей. Цепочки, которые они образуют, лежат в основе всех органов и систем, образуют стенки клеток, связывают реакциями питательные компоненты, необходимые для жизни организма, участвуют в общем метаболизме , процессах регенерации и транспортировки, усвоения и выведения продуктов распада. Кожа, мышцы, межсуставное вещество, глазное яблоко – всё это, в той или иной степени является белком или его производным.

Понятие белкового обмена

Ценность белка очень высока, ведь именно это вещество лежит в основе структурного образования органов, тканей и клеток организма. Вместе с этим без данного компонента невозможно биологическое конструирование гормонов, аминокислот, антител и ферментов. О роли белка в протекании различных реакций, в том числе в процессах обмена минеральных солей и витаминов, не упомянуть также было бы неправильно.

Производство белков в организме осуществляется постоянно, благодаря рациональному поступлению вместе с пищей белковых продуктов, насыщенных наиболее важными аминокислотами – лизином, триптофаном, лейцином, метионином, треонином, изолейцином, валином и фенилаланином. Их невозможно ничем заменить. Они не синтезируются организмом, поэтому в ежедневном меню должны находиться продукты с содержанием данных веществ.

Под белковым обменом подразумевается совокупность процессов, отражающих деятельность белков в организме, их переваривание в желудочно-кишечном тракте, расщепление, усваивание и участие в образовании новых веществ, важных для жизнедеятельности организма.

К белковым соединениям, которые участвуют в обмене, относятся протеины и протеиды. Первые имеют особе значение в производстве аминокислот. У вторых в составе присутствуют небелковые соединения. Например, нуклеиновые кислоты.

В среднем, взрослый человек должен употреблять от 50-ти до 150-ти грамм белка в сутки, в зависимости от пола, физических нагрузок, гормонального фона и возраста, а также степени переносимости вещества организмом.

Ко всему вышесказанному стоит добавить, что белки являются одними из самых сложных биохимических структур.

Этапы белкового обмена

• Основной этап – расщепление и переработка белков, которые человек употребляет с пищей. Здесь важно подчеркнуть сложность и специфичность строения белка. Каждый живой организм (потенциальный продукт) обладает своей спецификой, которая в свою очередь определяет основной набор микроэлементов и аминокислот, входящих в его состав. На данном этапе человек запасается своеобразной базой веществ, впоследствии расходуемых для проведения различных химических реакций связанных с ферментацией, окислением, выработкой производных протеина, а также производством новых веществ. Например, миозина и актина, необходимых для сокращения мышц, или родопсина, повышающего световую чувствительность сетчатки глаза.
• Промежуточный этап – образование аминокислот, их транспортировка по организму. В завершении процессов пищеварения, расщепленные белки преобразуются в аминокислоты, после чего, всасываясь через стенки кишечника в кровь, транспортируются ко всем органам, затрагивая практически все его системы. Накапливаясь в тканях, прибывшие аминокислоты вновь участвуют в процессе синтеза уже новых белков. Также на данном этапе происходит выделение из организма продуктов распада протеинов – азота, мочевой кислоты и аммиака. Важную роль в промежуточном обмене белков играет печень. Фильтруя кровь, она задерживает неблаговидные протеины, продукты гниения, перерабатывает их и выводит естественным путем из организма. При нарушении деятельности печени человек может отравиться продуктами белкового распада, вплоть до летального исхода.
• Расщепление и синтез сложных белков. В частности, гемоглобина, стеркобилиногена или уробилиногена. Два последних во многом определяют здоровье желчного пузыря и печени и распознаются в моче пациента, если у него наблюдаются некоторые заболевания данных органов.

Белковый обмен и его особенности

С точки зрения химии, содержание в белковых соединениях азота значительно упрощает их изучение и анализ. От количества усвоенного белка зависит и объем употребленного азота. В нормальном состоянии обе составляющее примерно равны. Положительным балансом при этом будет преобладание поступающего азота над выделяемым. Однако в обратном случае, когда человек болеет или отказывает себе в пище, данное соотношение меняется, и азотистых выделений становится на порядок больше.

Важной особенностью белкового обмена является отсутствие запасов его легкоусвояемого эквивалента в организме. Количество такого протеина у взрослого человека ничтожно мало, не в пример другим важным компонентам здоровья – жирам и углеводам. При попытке искусственного введения дополнительного белка, можно добиться лишь ускоренного распада имеющихся. Накопление белков возможно лишь в период активного роста и развития организма, то есть преимущественно в детском возрасте.

Постоянство белкового обмена напрямую зависит от употребляемых с продуктами аминокислот. Всего данных веществ 20, и при исключении из общего взаимодействия хотя бы одной, можно добиться сбоя в протеиновом обмене, разрушении белковых структур. Чтобы поддерживать в норме процессы синтеза и расщепления белков, необходимо придерживаться оптимального питания.

Главные регулирующие функции возлагаются на гормон щитовидной железы – тироксин, который усиливает интенсивность белкового обмена. На его протекание немалое влияние оказывает специфика пищи, которую привык употреблять человек. Так, при большом содержании мясных белков в рационе, в организме повышается уровень мочевой кислоты, аммиака и кератинина (вещества, участвующего в энергетическом обмене мышечной и других тканей).

Причины и следствия нарушений белкового обмена

Патологии белкового обмена возникают вследствие нарушений способности организма перерабатывать протеины, синтезировать их и усваивать. Это в свою очередь происходит в результате дисбаланса белкового состава крови, а так же из-за сбоя в обмене аминокислот. Чрезмерное употребление белковой пищи и несоразмерные физические нагрузки не в меньшей степени может повлиять на формирование различных нарушений белкового обмена.

При недостаточности белка человек испытывает слабость, значительно снижается мышечный тонус, работоспособность, проявляется сонливость. Нарушение белкового метаболизма в связи с нехваткой главного строительного вещества ведет к сильной потере веса, ухудшению состояния волос и ногтей, снижению интеллектуальных способностей. В детском возрасте данное отклонение может спровоцировать отставание в развитии. Ко всему прочему можно добавить общее снижение иммунитета, незащищенность перед инфекционными заболеваниями.

Избыток белка, также способствующий сбою в обмене, ведет к нарушению деятельности кишечника, снижению аппетита, развитию патологии почек и центральной нервной системы. Серьезно страдает от белкового переизбытка состав крови, возникают остеопороз и артрит, увеличиваются солевые отложения, появляется отечность.

Наиболее характерными заболеваниями, связанными с нарушением белкового обмена, являются падагра, ожирение, алиментарная дистрофия (снижение веса, иммунодефицитные состояния), квашиокор (сильная отечность, слабость, потеря веса, дефицит белков и минеральных веществ в крови).

Белки вносят незначительный вклад в энергетику мышечной деятельности, поскольку обеспечивают только 10-15 % общего энергопотребления орга­низма. Тем не менее они играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композици­онного состава мышц.

Физические нагрузки вызывают изменения в процессах синтеза и рас­пада белков в тканях, особенно в скелетных мышцах и печени, степень вы­раженности которых зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок, а также от тренированности организма. Изменение внутриткане­вого обмена белков определяют обычно по концентрации в крови отдель­ных незаменимых аминокислот, которые в организме не синтезируются и образуются при распаде тканевых белков. В качестве специфического по­казателя распада сократительных белков актина и миозина используется 3-метилгистидин.

Однократные физические нагрузки вызывают угнетение синтеза белка и усиление их катаболизма. Так, например, при беге на тредмиле в тече­ние часа скорость синтеза белка в печени снижалась на 20 %, а при пре­дельной работе - на 65 %. Такая закономерность наблюдается и в скелет­ных мышцах. Под воздействием физических нагрузок усиливается распад мышечных белков (преимущественно структурных), хотя отдельные виды нагрузок усиливают распад и сократительных белков.

При систематических физических нагрузках в мышцах и других тканях активируется адаптивный синтез белка, увеличивается содержание струк­турных и сократительных белков, а также миоглобина и многих ферментов. Это приводит к увеличению мышечной массы, поперечного сечения мы­шечных волокон, что рассматривается как гипертрофия мышц. Увеличение количества ферментов создает благоприятные условия для расширения энергетического потенциала в работающих мышцах, что, в свою очередь, усиливает биосинтез мышечных белков после физических нагрузок и улуч­шает двигательные способности человека.

Нагрузки скоростного и силового характера усиливают в большей сте­пени синтез миофибриллярных белков в мышцах, а нагрузки на выносли­вость - митохондриальных ферментов, обеспечивающих процессы аэроб­ного синтеза АТФ. Тип физической нагрузки (плавание, бег) также во мно­гом определяет величину изменений белкового синтеза.

Адаптационные изменения обмена белков при мышечной деятельнос­ти изучались А.А. Виру, В.А. Рогозкиным, Н.Н. Яковлевым и другими уче­ными, которые пришли к заключению, что под влиянием тренировки в ске­летных мышцах происходит адаптивная активация всех основных звеньев синтеза белка , приводящая к общему увеличению клеточного белоксинтезирующего потенциала. В индукции адаптивного синтеза белка при трени­ровке важная роль принадлежит гормонам: глюкокортикоидам, адренали­ну, соматотропину, тироксину, инсулину. Они участвуют в обеспечении пе­рехода срочных адаптивных реакций в долговременную адаптацию.

Н.Н. Яковлевым обобщены возможные пути адаптивного протеиносин-теза в мышцах под влиянием систематической мышечной деятельности (рис. 100). Начало биохимической адаптации связано с повышением активности ряда ферментов и увеличением количества энергетических субстратов. Усиление энергетического обмена ведет к образованию мета­болитов - индукторов белкового синтеза на генетическом уровне. Индук­торами могут служить АДФ, АМФ, креатин, некоторые аминокислоты, цик­лический АМФ и др. Повышение активности генома вызывает усиление процессов трансляции либо синтеза структурных сократительных или фер­ментативных белков, что, в свою очередь, обеспечивает высокую функци­ональную активность мышц тренированного организма при выполнении мышечной работы.

Существенный вклад в энергетику мышечной деятельности, особенно длительной, вносят аминокислоты - продукты распада эндогенных белков. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической ра­боты может увеличиваться в 20-25 раз. Эти аминокислоты окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию ее уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах.

Метаболизм организма – сложная и многоуровневая система, он базируется на потреблении с пищей и трансформации в организме белков, а также углеводов и жиров, а также витаминов, минералов и многих других компонентов. Если питание не сбалансировано по определенным компонентам, до определенного уровня организм выравнивает этот дисбаланс за счет использования иных компонентов. Так, тесно взаимосвязаны жировой белковый обмен , при дефиците жиров для энергетических нужд могут использовать белки тела. Не менее значим и углеводно-жировой обмен, при избыточном потреблении углеводов, в теле они переходят в жировые молекулы, откладываясь про запас. Почему же нельзя длительно потреблять несбалансированную пищу?

Жировой белковый обмен: особенности

Белки являются основным строительным материалом в организме для клеток, белковых молекул, ферментов, антител и многих иных необходимых веществ. Жиры также выполняют строительные функции, но наряду с этим они также еще и основной источник энергии для тела. Жировой и белковый обмен тесно связаны между собой, дефицит тех или иных компонентов приводит к сбоям метаболизма. Если в организме имеется избыток белка, он не может трансформироваться в жиры с виллу особенностей молекул. Белковая нагрузка ложится на почки и печень, при этом жиры выполняют основные энергетические функции. Если же в организме существует дефицит жиров для получения энергии, тогда в ход могут идти белки для получения энергии. В этом случае жировой, белковый обмен становится несовершенным, так как белки не самое лучшее топливо для тела. Прежде всего, при сгорании одного грамма белка получается в несколько раз меньше энергии, чем такого же количества жира. Кроме того, использование белков в качестве топлива приводит к образованию достаточно большого количества промежуточных и токсичных соединений, отравляющих организм. Поэтому важно, чтобы в организм поступало достаточное количество и белков, и жировых молекул.

Углеводно-жировой обмен: особенности метаболизма

Не менее важен и полноценный углеводно-жировой обмен , так как углеводы также дают достаточно энергии для тела и тесно связаны с образованием и расщеплением жиров. Избыточное поступление в организм глюкозы с превышением ее концентрации в плазме крови, приводит к усилению синтеза из нее жиров с отложением их про запас. Поэтому у людей, которые потребляют много сладостей, нарушается углеводно-жировой обмен с формированием избыточного веса, страдают эндокринные функции и обмен веществ. Если же глюкозы в организме критически мало, запускаются процессы липолиза, жировые молекулы претерпевают целый ряд процессов, при которых организм синтезирует глюкозу для расходования на нужды тела.

Однако, процесс расщепления жиров с образованием из них глюкозы также не лишен недостатков. В процессе метаболизма образуются промежуточные продукты, которые при недостаточной активности пени и ферментных систем могут приводить к расстройству обменных процессов и страданию самочувствия. Поэтому, углеводно-жировой обмен должен поддерживаться на оптимальном уровне за счет равномерного поступления и углеводных компонентов пищи и жировых. Совершенно недопустимо в питании ограничивать одни вещества за счет повышения количества других. Не стоит ограничивать потребление жиров за счет усиления белкового питания, равно как нельзя и ограничивать количество углеводов ниже физиологических норм.

Для того, чтобы поддерживать метаболические процессы на физиологическом уровне, необходимо придерживаться суточных норм по потреблению как белков, углеводных компонентов и жировых, так и по калорийности. В этом случае всех поступающих с пищей веществ хватит для осуществления полноценного метаболизма и не будет происходить перекосов в синтезе и расщеплении тех или иных необходимых телу компонентов.

Обмен веществ - это совокупность химических превращений, которым подвергаются в организме соединения, поступающие извне.

Деление сложного и многообразного обмена веществ на отдельные виды затрудняет комплексный подход к его оценке в условиях нормы и патологии человека. Такое разделение обмена веществ на различные типы (белковый, жировой, углеводный и т.д.) искусственно, т.к. приводит к разделению на части единого и неделимого целого, и, кроме того, нарушает понимание патогенетических процессов обмена веществ при функциональных и морфологических повреждениях органов и тканей человека (сахарный диабет, атеросклероз, длительное белковое голодание).

С другой стороны, патология обмена веществ может выступать как осложняющий фактор в развитии основного заболевания. Необходимо знать и помнить, что регуляция метаболизма осуществляется одновременно на разных уровнях.

Особенности белкового обмена

Белковый обмен организма жестко зависит от условий питания, так как в организме нет запасов белка (они не могут эффективно депонироваться). Для обеспечения устойчивости роста организм должен постоянно снабжаться белками.

Источником синтеза белков служат аминокислоты экзогенного и эндогенного происхождения. Определенные аминокислоты (незаменимые) не могут образовываться в результате эндогенных трансформаций, но они необходимы для синтеза.

Источником энергии служат углеводы, жиры, а при их недостатке - белки. В случае недостаточного поступления с пищей углеводов и жиров для обеспечения энергетических нужд, аминокислоты вместо включения в белки, будут расщепляться до субстратов.

Необходимо помнить, что обеспечение организма белками из нескольких источников может приводить к полиэтиологичности нарушений белкового обмена.

В нормальных условиях в процессе переваривания белки распадаются на олигопептиды и аминокислоты. Оптимальную рН для расщепления пептидов пепсином обеспечивает соляная кислота желудка. Протеинкиназы расщепляют специфические пептидные связи. В щелочной среде кишечника трипсин, хемотрипсин и карбоксипептидаза поджелудочной железы гидролизуют протеазы и пептоны до пептидов и аминокислот. Другие пептидазы кишечного сока обеспечивают переваривание аминокислот.

Некоторые белки в минимальных количествах могут абсорбироваться в неизменном виде: продукты гидролиза, некоторые аминокислоты и пептиды.

Аминокислоты попадают в печень по системе воротной вены, затем распределяются в других тканях и участвуют в восстановлении функциональных белков организма (альбумины, гемоглобин, гормоны и др.). Излишки аминокислот дезаминируются, азотосодержащая часть превращается в печени в мочевину и экскретируется почками. Углерод аминокислот, как жиров и углеводов, окисляется. Часть аминокислот относится к гликогенным, другая - к кетогенным.

Известно, что биологическую ценность белков определяет эффективность их утилизации. Белки с высокой биологической ценностью (напр., незаменимые аминокислоты) отличаются количественными характеристиками и распределением, благоприятными для ресинтеза тканей организма и небольших затрат энергии. При белковой недостаточности белки мышц могут разрушаться, становиться источником для образования ферментов и обеспечения потребностей тканей мозга.

На белки приходится около 20% от массы тела взрослого человека. Составляющие их аминокислоты относятся к незаменимым питательным веществам, участвующим в образовании протоплазмы клеток. Вид, число и строение аминокислот определяют характеристики белковой молекулы. Все аминокислоты делятся на незаменимые, заменимые и условно-незаменимые.

Десять аминокислот (треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, фенилаланин, метионин, гистидин и аргинин ) считаются незаменимыми для детей первого года жизни. Кроме того, цистин итаурин незаменимы для детей с низкой массой тела при рождении .

Для здорового взрослого человека незаменимыми являются восемь аминокислот: треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, фенилаланин, метионин .

Очень важно, что аминокислотная недостаточность возникает не только при недостатке одной или нескольких незаменимых аминокислот, но и при нарушении количественных соотношений между незаменимыми аминокислотами, поступающими в организм. Эти нарушения могут возникнуть при однообразном питании или недостатке аминокислот.

Отдельную группу аминокислот составляют полунезаменимые (условно незаменимые) аминокислоты. Условно-незаменимыми эти кислоты называются потому, что, несмотря на то, что они синтезируются в организме, при патологических состояниях и заболеваниях их дефицит во внутренней среде может развиться сравнительно быстро. К полунезаменимым аминокислотам относятся: глутамин (необходим для синтеза нуклеотидов, белков скелетных мышц, образования аммиака в почках и глюконеогенеза в гепатоцитах); аргинин (является субстратом для синтеза контринсулярных гормонов, инсулина, необходим для синтеза протеинов). Заменимые аминокислоты могут быть синтезированы в организме, поэтому они необязательно должны содержаться в диете.

Обмен белков

Белки занимают среди всех органических элементов ведущее место, на них приходится более 50% массы всей клетки.

Весь обмен веществ обеспечивается работой ферментов, которые по своей природе являются белками. Все двигательные функции обеспечиваются благодаря сократительным белкам - актину и миозину.

Весь поступающий в организм белок имеет либо пластическое значение - восполнение и новообразование различных структурных компонентов клетки, либо энергетического значение- обеспечение организма энергией, которая образуется при расщеплении белков.

В тканях постоянно протекают процессы распада белка с выделением неиспользованных продуктов обмена и наряду с этим - синтез белков. Таким образом, белки находятся в непрерывном динамическом состоянии: происходит постоянное разрушение и обновление белков. Скорость распада и обновления белка колеблется и может происходить от нескольких минут до 180 дней (в среднем 80 дней).

Для нормального обмена белков необходимо поступление с пищей в организм различных аминокислот. Исключая ту или иную аминокислоту, изменяя количество поступления в организм аминокислот, можно судить о значении для организма тех или иных аминокислот. Десять из двадцати аминокислот (валин, лейцин, гистидин, триптофан, фениаланин, аргинин, метионин, изолейцин, треонин и лизин) называются незаменимыми и не могут синтезироваться человеческим организмом самостоятельно. Остальные десять аминокислот называются заменимыми и способны синтезироваться в организме. Часть аминокислот используется организмом как энергетический материал, т.е. подвергается расщеплению. Сначала образуется аммиак и кетокислоты, в результате дезаминирования и потере группы NH2. Аммиак, будучи токсичным веществом, обезвреживается в печени путем превращения в мочевину, а кетокислоты распадаются на CO2 и H2O.

Если отсутствуют незаменимые аминокислоты синтез белка резко нарушается, наступит отрицательный баланс азота, уменьшается масса тела, останавливается рост.

Не все белки обладают одинаковым аминокислотным составом, поэтому было введено понятие биологической ценности белков пищи. Белки, которые содержат весь набор аминокислот в таком количестве, которое обеспечивает нормальные процессы синтеза, являются белками биологически полноценными. Соответственно, белки, которые не содержат тех или иных аминокислот, либо содержат их в малом количестве, являются неполноценными.

В связи с этим еда человека должна быть не просто богата белками, она должна содержать не менее 30% белков с высокой биологической ценностью.

Биологическая ценность одного белка для разных людей отличается. Вероятно, этот фактор не является постоянным и может изменяться, в зависимости от изначального рациона, интенсивности физической деятельности, возраста, личных особенностей человека.

Азотистый баланс - это соотношение количества азота, который поступил в организм с пищей из вне и выделенного из него. О количестве белка, который подвергся распаду, судят по количеству азота, который был выведен из организма. В 100 г белка содержится 16 г азота. Т.е. выделение организмом 1 г азота соответствует 6,25 белка. За 24 часа из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е. 3,7 * 6,25 = 23 г - масса разрушившегося белка. [Агаджанян]

Чем больше белка поступает в организм, тем больше становится выделение азота из организма. При правильном питании у взрослого человека, азот, который поступает в организм равен выводимому из него. Такое состояние получило название азотистого равновесия. Азотистое равновесие возникает при значительных колебаниях содержания в пище белка.

Когда поступление азота превышает его выделение, то говорят о положительном азотистом балансе. При этом синтез преобладает над распадом. При увеличении массы тела всегда наблюдается положительный азотистый баланс. Он бывает во время роста организма, в период тяжелых силовых тренировок, во время беременности, после выздоровления от тяжелых заболеваний.

Белки в организме не откладываются в запас, поэтому если с пищей поступает большое количество белка, то часть идет на пластические цели, а остальной белок - на энергетические.

При белковом голодании даже в случаях, когда поступление в организм углеводов, жиров, воды, витаминов, минеральных солей достаточное, происходит постепенно нарастающая потеря массы тела, которая зависит от того, что затраты тканевых белков, не компенсируются поступление в организм белков. Растущий организм особенно тяжело переносит белковое голодание, у которого в таком случае происходит еще и остановка роста .