Возрастное развитие и белковый обмен. Белковый обмен. Суточная потребность в углеводах
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.
Белок занимает одно из самых важных мест среди всех органических элементов живой клетки. Он составляет почти половину клеточной массы. В организме человека происходит постоянный обмен белков, которые поступают вместе с продуктами питания. В пищеварительном тракте осуществляется до аминокислот. Последние проникают в кровь и, пройдя через клетки и сосуды печени, попадают в ткани внутренних органов, где снова синтезируются в специфические для данного органа белки.
Белковый обмен
Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна организм не может нормально жить и функционировать.
Этапы белкового обмена
Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы первый из которых характеризуется углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.
Для человеческого организма очень важно поступление полноценных белков, ведь только из них могут синтезироваться специфические вещества. Особую роль обмен белков играет в детском организме. Ведь ему необходимо большое количество новых клеток для роста. При недостаточном поступлении белков человеческий организм перестаёт расти, а его клетки обновляются намного медленней. К полноценным относятся животные белки. Из них особую ценность представляют белки рыбы, мяса, молока, яиц и других подобных продуктов питания. Неполноценные же преимущественно содержатся в растениях, поэтому рацион питания необходимо составлять так, чтобы удовлетворить все потребности своего организма. При переизбытке белков их излишек распадается. Это позволяет организму поддерживать необходимое Обмен белков очень важен для жизнедеятельности человека. При его нарушении организм начинает расходовать белок своих же тканей, что ведёт к серьёзным проблемам со здоровьем. Поэтому следует беречь себя и серьёзно подходить к выбору пищи.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.
Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е. подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются - теряют группу Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 и Н2О.
Скорость распада и обновления белков организма различна - от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток. О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.
Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота. Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.
Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 - 90 г белка в сутки. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.
Потребность в белке у растущего организма больше, чем у взрослого. В период роста белок необходим для формирования новых клеток и тканей. Чем меньше возраст ребенка, тем большее количество белка требуется на каждый килограмм массы тела.
С увеличением возраста содержание в пище белков животного происхождения должно уменьшаться, и в 5 лет количество того и другого белка должно быть одинаковым. В пище детей старшего школьного возраста, как и у взрослых, животный белок должен составлять 30%, а растительный - 70%.
Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подбугровой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс становится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истощение.
Гормональная регуляция белкового обмена:
Гормон роста – увеличение интенсивности белкового синтеза
Тестостерон – увеличивает накопление белков в организме, особенно сократительных белков мышц.
Глюкокортикоиды – уменьшают кол-во белков в тканях, но увеличивают концентрацию АК в плазме.
Тироксин – усиливает интенсивность метаболизма во всех клетках и повышает обмен белков
Ведущее место среди органических элементов организма занимают белки. Они поступают в организм с пищей. На их долю приходится более 50% сухой массы клетки или 15-20% сырой массы тканей.
Функции белков
Белки выполняют ряд важнейших биологических функций:
1. Пластическая или структурная . Белки входят в состав всех клеточных и межклеточных структур. Особенно велика потребность в белке в периоды роста, беременности, выздоровления после тяжелых заболеваний. В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов. В дальнейшем из них клетками различных тканей и органов (в частности печени), синтезируются специфические белки, которые используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток.
В организме постоянно происходит распад и синтез веществ, поэтому белки организма не находятся в статическом состоянии. Процессы обновления белков в различных тканях имеют неодинаковую скорость. С наибольшей скоростью обновляются белки печени, слизистой оболочки кишечника, а также других внутренних органов и плазмы крови. Медленнее обновляются белки, входящие в состав клеток мозга, сердца, половых желез и еще медленнее – белки мышц, кожи и особенно опорных тканей (сухожилий, костей и хрящей).
2. Двигательная . Все движения обеспечиваются взаимодействием сократительных белков актина и миозина.
3. Ферментативная . Белки регулируют скорость биохимических реакций в процессе дыхания, пищеварения, выделения и т.д.
4. Защитная . Иммунные белки плазмы крови (γ-глобулины) и факторы гемостаза участвуют в важнейших защитных реакциях организма.
5. Энергетическая . При окислении 1 грамма белка аккумулируется 16,7 кДж энергии. Однако в качестве энергетического материала белки используются в крайнем случае. Эта функция белков особенно возрастает во время стрессорных реакций.
6. Обеспечивают онкотическое давление за счет чего, принимают участие в регуляции вводно-солевого баланса организма.
7. Входят в состав буферных систем .
8. Транспортная . Белки транспортируют газы (гемоглобин) гормоны (тиреоидные, тироксин и др.), минеральные вещества (железо, медь, водород), липиды, лекарственные вещества, токсины и др.
Биологическая ценность аминокислот.
Белки это полимерами основными структурными компонентами которых являются аминокислоты. Известно около 80 аминокислот из которых только 20 являются основными. Аминокислоты организма делятся на заменимые и незаменимые . К заменимым аминокислотам, которые синтезируются в организме, относится: аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислота, кислоты тирозин, пролин, серин, глицин условно аргинин и гистидин. Аминокислоты, которые не могут синтезироваться, но обязательно должны поступать с пищей называются незаменимыми. К ним относятся: лейцин, изойлецин, валин, метионин, лизин, треонин, финилаланин, триптофан; условно – аргинин и гистидин. Для нормального обмена белков эти аминокислоты должны обязательно присутствовать в пище.
В связи с этим белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот, в соотношениях обеспечивающих нормальные процессы синтеза называются полноценными . К ним относят преимущественно животные белки, т.к. они способы полностью превращаться в собственные белки организма. Наибольшей биологической ценностью обладают белки яиц, мяса, рыбы, молока. Биологическая ценность растительных белков ниже т.к. часто они не содержат одну или несколько незаменимых аминокислот. Так, неполноценными белками являются желатина , в которой имеются лишь следы цистина и отсутствует триптофан и тирозин; зеин (белок, находящийся в кукурузе), содержащий мало триптофана и лизина; глиадин (белок пшеницы) и гордеин (белок ячменя), содержащие мало лизина.
Отсутствие хотя бы одной из незаменимых аминокислоты в пище приводит к задержке роста ребенка, к ослаблению организма, тяжелым расстройствам в обмене веществ, снижению иммунитета, нарушению функции желез внутренней секреции и другим заболеваниям. Например, недостаток валина – вызывает расстройство равновесия. Многие аминокислоты являются источником медиаторов ЦНС (гамма-аминомасляная кислота выполняет важную роль в процессах торможения и сна).
При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения в организм поступает необходимый для синтеза белков набор аминокислот это особенно важно для растущего организма.
В сутки в организм взрослого человека должно поступать около 80-100 г белка и обязательно иметь в своем составе не менее 30% белков животного происхождения.
Потребность организма в белке зависит от пола, возраста, климатического региона и национальности. При физической нагрузке взрослый человек должен получать 100-120 г белка, при тяжелом труде – до 150 г.
В случае употребления в пищу только продуктов растительного происхождения (вегетарианство) необходимо, чтобы два неполноценных белка, один из которых не содержит одних аминокислот, а другой – других, в сумме могли обеспечить потребности организма.
Однообразное питание продуктами растительного происхождения у людей вызывает заболевание «квашиоркор». Оно встречается среди населения стран тропического и субтропического пояса Африки, Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Этим заболеванием страдают преимущественно дети в возрасте от 1 года до 5 лет.
Белки - одна из важнейших групп макромолекул в организме человека, представленных в целом разнообразии форм: клеточные рецепторы, сигнальные молекулы, структурные элементы, ферменты, переносчики кислорода и углекислого газа (гемоглобин) - и это далеко не полный список. Белок является составной частью костей, мышц, связок, служит для роста и восстановления тканей организма.
Помимо этих функций, белки также могут использоваться в качестве источника энергии. Важной особенностью метаболизма белков является неспособность организма хранить их про запас, потому очень важно постоянно употреблять белки с пищей.
Описание метаболизма белков в организме человека
Метаболизм белков начинается в желудке. Когда богатая белком пища попадает в желудок, ее «встречает» фермент пепсин и соляная кислота (HCl, 05%), которая обеспечивает уровень рН 1,5 - 3,5, в котором белки денатурируются. Под воздействием пепсина белки распадаются на полипептиды и составляющие их аминокислоты.
Когда химус (пищевая кашица) попадает в тонкий кишечник, поджелудочная железа выделяет сок с содержанием бикарбоната натрия (соды), который нейтрализует соляную кислоту. Это помогает защитить оболочку кишечника.
Организм синтезирует нужные ему белки из аминокислот, которые мы получаем из продуктов питания, а ненужные белки превращаются в глюкозу или триглицериды и используются для поддержания энергии или увеличения энергетического резерва организма.
Также в тонком кишечнике выделяются пищеварительные гормоны, в том числе секретин и холецистокинин, которые стимулируют дальнейшее расщепление белков. Секретин также стимулирует секрецию сока поджелудочной железы, которая также вырабатывает большинство пищеварительных ферментов, в т.ч. протеазу, трипсин, химотрипсин и эластазу, которые способствуют перевариванию белков.
Вместе эти ферменты «разбивают» сложные белки на отдельные аминоксилоты, которые транспортируются через слизистую кишечника и используются для синтеза новых белков или конвертации в жиры или ацетил-коэнзим А и используются в цикле Кребса .
Роль пищеварительных ферментов и гормонов в метаболизме белков
Ферменты в желудке и тонком кишечнике расщепляют белки на аминокислоты. НСl в желудке способствует протеолизу, а секретируемые клетками кишечника гормоны регулируют процесс пищеварения.
Чтобы белки поджелудочной железы и тонкого кишечника не расщеплялись, поджелудочная железа также вырабатывает неактивные проферменты, которые активируются только в тонком кишечнике. В поджелудочной железе внутри везикул содержится трипсин, химитрипсин в форме трипсиногена и химотрипсиногена.
После попадания в тонкий кишечник фермент, находящийся в стенках тонкого кишечника (энтерокиназа), связывается с трипсиногеном и превращает его в активную форму - трипсин. После этого трипсин связывается с химотрипсиногеном и конвертирует его в активную форму - химотрипсин.
Трипсин и химиотрипсин расщепляют большие белки на меньшие пептиды в процессе протеолиза. Эти небольшие пептиды расщепляются на составляющие аминокислоты, которые транспортируются через апикальную поверхность слизистой кишечника при помощи транпортеров аминокислот.
Эти транспортеры связывают натрий и аминокислоту, после чего переносят ее через оболочку. На базальной поверхности клеток слизистой оболочки натрий и аминокислота высвобождаются. Натрий может повторно использоваться в качестве транспортера, а аминокислоты проникают в кровоток и транспортируются к печени и во все клетки организма для синтеза белков.
Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет. В результате расщепления аминокислот образуются углеводороды и азотистые шлаки. Однако азот в высоких концентрациях токсичен, потому в ходе орнитинового цикла он обрабатывается, что способствует выведению азота из организма.
Свободные аминокислоты используются для синтеза новых белков. В случае избытка аминокислот организм, не имея механизма их хранения, конвертирует их в глюкозу или кетоны или же расщепляет.
Орнитиновый цикл - цикл образования мочевины
Орнитиновый цикл - это комплекс биохимический реакций, в результате которого из ионов аммония образуется мочевина с целью предотвращения повышения концентрации аммония в организме до критического уровня. Цикл в большей степени протекает в печени, и в меньшей - в почках.
До начала орнитинового цикла ионы аммония образуются в результате расщепления аминокислот вследствие переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту.
В результате такого трансаминирования образуется молекула, необходимая для цикла Кребса, и ион аммония, который входит в орнитиновый цикл и выводится из организма, объединяясь с СО 2 , в результате чего образуется мочевина и вода. В свою очередь, мочевина выводится почками в составе мочи.
Аминокислоты также могут использоваться в качестве источника энергии, в особенности в период голодания. Поскольку в процессе обработки аминокислот образуются промежуточные продукты метаболизма, в том числе пировиноградная кислота, ацетил-коэнзим А, ацетоацетил-КоА, оксалоацетат и альфа-кетоглутарат, аминокислоты могут служить источником энергии, выделяемой в ходе цикла Кребса.
Таким образом, образующиеся в результате метаболизма белков аминокислоты используются либо для синтеза необходимых организму белков, либо используются для получения энергии, либо выводятся за ненадобностью, но не хранятся в организме. Поэтому достаточное количество белков в рационе питания очень важно для роста, восстановления тканей и поддержания состояния здоровья.