Метаболизм белков и аминокислот – функция, синтез и усвояемость белков

Для поддержания жизнедеятельности человеку необходимо множество различных нутриентов. Одним из основных нутриентов в нашем организме являются белки.
Белками называют высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот. Аминокислотой называется органическое соединение, содержащее карбоксильную и аминогруппу.

В каждом организме содержатся тысячи белков, выполняющих самые разные функции

1. Структурные белки отвечают за поддержание структуры и формы клеток и тканей. К ним относятся, например:
    — α-кератин — является одним из самых прочных биологических материалов, обладает механической прочность и нерастворимостью, является основным компонентом кожи, волос, шерсти, перьев, ногтей, когтей и копыт животных; [6]
    — коллаген — самый количественно распространённый белок в организме человека — на его долю приходится около 25% всего белка в организме, у других животных его количество может достигать до 45% от общего количества белка. [1]
2. Транспортные белки переносят различные вещества в пределах организма, например:
   — гемоглобин эритроцитов облегчает перенос кислорода и углекислого газа между лёгкими и другими тканями; [1]
   — преальбумин переносит гормоны щитовидной железы: тироксин, трийодтиронин. [1]
3. Белки также обладают защитной функцией, оберегая наш организм от чужеродных веществ и патогенов, например, [b]иммуноглобулин G[/b] выступает в роли антитела при формировании иммунного ответа. [1]
4. Регуляторная функция белков проявляется в их способности выступать в роли сигнальных веществ (гормонов) и их рецепторов. Примером могут послужить:
   — важнейший анаболический гормон млекопитающих — инсулин. Он участвует в переносе глюкозы из крови во многие ткани, имеет сильное влияние на метаболизм липидов в жировой ткани и ряд других функций; [1]
   — гормон роста соматотропин способствует росту и регуляции метаболизма, в раннем возрасте стимулирует удлинение костей, способствует увеличению мышечной массы и контролирует функции внутренних органов. [1]
5. Белки являются биологическими катализаторами, способными ускорять многие химические реакции. Такие катализаторы называются ферментами. Это самая многочисленная группа белков, известно более двух тысяч её представителей. Так, например, протеазы, амилазы и липазы расщепляют в процессе пищеварения белки, углеводы и жиры соответственно. [2]
6. Взаимодействие между миозином и актином обеспечивает сокращение мышц и перемещение клеток, поэтому одна из функций белков — двигательная. [1]
7. Кроме всех перечисленных, существуют ещё и запасные белки, являющиеся важной составляющей человеческой пищи. Запасающая функция таких белков заключается в том, что при распаде они способны обеспечить организм другими, более необходимыми ему веществами. При длительном голодании человек может получать глюкозу путём расщепления мышечных белков. [1]

Будет справедливо сказать, что по своим функциям белки гораздо разнообразнее других макронутриентов — жиров и углеводов, и именно этим и объясняется необходимость их потребления, так как синтезируются они в нашем организме преимущественно из аминокислот и других небелковых азотистых соединений, поступающих к нам извне.

Аминокислоты делят на эссенциальные (незаменимые) и неэссенциальные (заменимые) в зависимости от возможности образования их в организме. Всего в организме человека существует 20 аминокислот. Кроме того, среди незаменимых различают условно-незаменимые и абсолютно-незаменимые. Абсолютно-незаменимые не способны производиться в организме вообще, условно-незаменимые могут синтезироваться в организме из других аминокислот, но в недостаточном количестве и требуют поступления извне. [7] Это достаточно трудная тема, и классификация гораздо сложнее, чем можно представить, так как в зависимости от состояния организма синтез определённых заменимых аминокислот может быть прекращён или потребность в них может быть увеличена. По этой причине из заменимых аминокислоты могут перейти в разряд условно-незаменимых. [8][9]
Ниже приведена примерная таблица разделения аминокислот по этому фактору:

Почему это важно? Все 20 аминокислот участвуют в синтезе белков, выполняющих вышеперечисленные функции. Особенную важность представляют незаменимые аминокислоты, так как их организм синтезировать не может, следовательно, нехватка их поступления может крайне негативно сказаться на множестве различных процессов в нашем организме. Например, условно-заменимый триптофан является основным строительным материалом для мелатонина и серотонина [10] — «гормона сна» и нейромедиатора, влияющего на наш организм в целом, начиная от настроения и памяти и заканчивая свёртываемостью крови. [5]

В нашем организме поступающие белки проходят определённый путь от попадания их в организм до синтеза новых белковых молекул. В среднем, в организм здорового человека должно поступать от 75 до 114 г белка в сутки для мужчин и от 60 до 90 г/сутки для женщин. [4] Усвояемость разных белков заметно отличается: от 65% у некоторых растительных белков до 95% у белков яиц, молока, сыра. В целом, все животные белки усваиваются лучше растительных. [2] Рекомендуемая для взрослых доля белков животного происхождения — 50% от общего количества, для детей — 70% от общего их количества. Увеличенная потребность детей в животных белках связана как раз с их усвояемостью. [4] Смесь животных и растительных белков может быть биологически более полноценной, так как незаменимые аминокислоты или компоненты с их повышенным содержанием, способны увеличивать биологическую ценность белка. Избыток белка в питании так же вреден, как и его недостаток. [2]

На усвояемость ещё влияет предварительная термическая обработка. В целом, умеренная термическая обработка сырья, особенно растительного происхождения, способна улучшить его перевариваемость. Однако, что касается избыточной термообработки, с образованием корочки и обугливанием, то тут всё наоборот — ценность такого белка может значительно снизиться вплоть до полной неусвояемости. Кроме того, длительное хранение тоже снижает ценность белка. [2][3]

Источник: https://letsgophotos.ru

В натуральном виде белки не способны перевариваться и усваиваться в нашем организме, для дальнейшего всасывания наш организм разбивает белки на отдельные аминокислоты, ди- и трипептиды. К слову, это также говорит о бесполезности принятия некоторых БАДов вроде коллагена, так как в дальнейшем этот белок разложится на аминокислоты и необязательно пойдёт туда, куда мы ожидаем. Белки имеют очень запутанную структуру, поэтому для облегчения доступа желудочных ферментов, этот «клубок» необходимо распутать. Процесс развёртывания белков называется денатурацией белков. Самим «распутыванием» занимается соляная кислота, которая образуется в нашем желудке, после чего протеазы расщепляют ставшие доступными им связи. [1] В желудке процесс переваривания длится в среднем 1-3 часа, после чего в тонком кишечнике белки расщепляются окончательно. Там же образовавшиеся аминокислоты, ди- и трипептиды всасываются в кровь.

Источник: http://profil.adu.by/mod/book/view.php?id=1982&chapterid=4817

Аминокислоты и пептидные соединения поступают к нам не только снаружи, но и изнутри. Связано это с тем, что белковые молекулы имеют невысокий срок жизни, в среднем от 2 до 8 дней. Некоторые ферменты расщепляются через несколько часов после синтеза и сразу заменяются новыми молекулами. Количество распадающихся внутри организма белков примерно в три раза превышает количество поступающих. Так как в организме нет единого большого депо для белков, то продукты внутренней деградации белков поступают в кровь и образуют пул свободных аминокислот вместе с поступающими извне. В среднем, этот пул составляет около 100 г аминокислот. [2][3]

Наибольшую часть образовавшихся в ходе переваривания аминокислот забирает себе печень, где в дальнейшем синтезируются белки плазмы крови и специфические белки-ферменты. Аминокислоты, которые в дальнейшем не будут участвовать в синтезе новых белков, подвергаются процессу дезаминирования, в ходе которого от аминокислот отсоединяется аминогруппа. Эти остатки в дальнейшем превращаются в углеводы, окисляются для образования энергии или запасаются в виде жира. В свою очередь, аминогруппа в цикле мочевины конвертируется в более безопасные соединения и выводится вместе с мочой через почки. Кроме того, печень контролирует постоянство содержания различных аминокислот в крови. [1]

Из крови аминокислоты поступают в другие ткани и органы: мышцы, поджелудочную железу, нервную ткань и другие. Там они преобразуются в необходимые органу или ткани белковые соединения.

Источник: https://volynka.ru/Articles/Text/1335

Подводим итоги

1. Белки — самый разнообразный по своим функциям макронутриент, они необходимы для правильного функционирования и роста нашего организма.
2. Белки состоят из аминокислот, которые делятся на заменимые и незаменимые. Заменимыми называют те, что способны синтезироваться в организме, незаменимые — должны обязательно поступать к нам извне.
3. Средняя потребность человека в белках: у мужчин от 75 до 114 г/сутки и от 60 до 90 г/сутки у женщин. Доля потребления животных белков для взрослого человека — 50%, для детей — 70%.
4. Растительные и животные белки усваиваются организмом по-разному. Усвояемость животных белков гораздо выше растительных. Тем не менее, необходимо поступление и тех, и других.
5. Термическая обработка способна повысить усвояемость белка, но избыточная, наоборот, ее снижает.
6. Метаболизм белков — крайне сложный процесс, состоящий из множества подпроцессов, каждый из которых разбирается отдельно. Белки попадают в организм, начинают перевариваться в желудке и заканчивают в тонком кишечнике, после чего образовавшиеся аминокислоты через стенки кишечника попадают в кровь. Из крови большая часть отправляется в печень и другие органы, в которых происходит синтез нужных этому органу белков.

Список использованных источников:

1. Наглядная биохимия. Я. Кольман, К.-Г. Рём; пер. с англ. Т. П. Молосовой, 8-е изд., 2022 г.;
2. Диетология. А. Ю. Барановский, 5-е изд, 2017 г.;
3. Общая нутрициология. А. Н. Мартинчик, И. В. Маев, О. О. Янушевич, 2005 г.;
4. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: Методические рекомендации. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021 г.;
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545168/;
6. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0079642515000596?via%3Dihub
7. https://jn.nutrition.org/article/S0022-3166(22)14146-5/fulltext#t2
8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6682918/
9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557845/
10. https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1016/S0014-5793%2801%2903319-1