Диетология – 9. Белки
Диетология – 9. Белки
Общие сведения
Белки представляют собой высокомолекулярные органические биополимеры, структурными элементами которых являются аминокислоты, соединенные пептидными связями. В организме человека они выполняют важнейшие пластические, структурные, каталитические и метаболические функции. При поступлении с пищей чужеродные белковые структуры подвергаются ферментативному расщеплению в желудочно-кишечном тракте до уровня отдельных аминокислот. В дальнейшем эти мономеры используются организмом для построения собственных, специфичных для данного биологического вида белков. Наиболее полноценными источниками белка выступают продукты животного происхождения, в частности молоко, различные виды сыров, мясо и яйца. Растительная пища также содержит белки, однако их количество, как правило, ниже, а аминокислотный профиль часто является неполноценным для обеспечения всех потребностей человеческого организма. Кроме того, азот в растениях нередко представлен специфическими небелковыми соединениями или нетипичными аминокислотами, которые не обладают биологической ценностью для человека, не метаболизируются и не усваиваются в процессе пищеварения.
Классификация аминокислот и их биологическая ценность
Все аминокислоты, необходимые для функционирования организма, подразделяются на две основные категории: заменимые и незаменимые, также называемые эссенциальными. Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы ферментными системами организма и должны в обязательном порядке поступать извне в составе потребляемой пищи. Заменимые аминокислоты способны вырабатываться эндогенно, однако у человека этот перечень весьма ограничен и включает всего девять наименований. При этом биосинтез многих заменимых аминокислот напрямую зависит от наличия достаточного пула незаменимых предшественников. В связи с физиологическими особенностями эволюционного развития, организм человека не приспособлен к эффективному синтезу всех необходимых аминокислот исключительно из растительного сырья. В детском возрасте потребности в белковом питании имеют критическое значение ввиду высоких темпов роста и формирования новых тканей. Детский организм не способен самостоятельно синтезировать такие аминокислоты, как аргинин и гистидин. Вследствие этого строгие веганские диеты рассматриваются как фактор риска, способный спровоцировать тяжелые патологии развития из-за дефицита полноценного белка. Вегетарианские рационы могут частично компенсировать указанный дефицит только при условии введения в диету значительных объемов молочной продукции.
Метаболизм белков и азотистый баланс
Белковый обмен представляет собой непрерывный и высокоинтенсивный процесс обновления структур тела. Ежесуточно в желудочно-кишечный тракт взрослого человека поступает в среднем около ста граммов пищевого белка. К этому количеству добавляется примерно семьдесят граммов эндогенного белка, который секретируется пищеварительными железами в виде ферментов и слизи. Из суммарного объема в тонком кишечнике успешно абсорбируется около ста шестидесяти граммов. Сам организм ежесуточно синтезирует порядка двухсот пятидесяти граммов собственных белков из доступного пула свободных аминокислот. Процесс потери белка происходит постоянно: азотистые соединения выводятся преимущественно с мочой в виде мочевины и с калом, а также теряются при физиологическом слущивании эпидермиса и обновлении волосяного покрова. Соотношение количества поступившего с пищей азота и выделенного из организма называется азотистым балансом. В норме у здорового взрослого человека фиксируется состояние азотистого равновесия. Отрицательный азотистый баланс возникает в ситуациях, когда катаболизм преобладает над анаболизмом — при голодании, наличии злокачественных опухолей или обширных ожогов. Положительный азотистый баланс, при котором синтез тканей превышает потери, характерен для периодов активного роста у детей, состояния беременности, а также во время восстановительного периода после тяжелых заболеваний.
Физиологическая роль внутренних органов в обмене белков
Всасывание расщепленных белков из кишечника в кровеносное русло происходит в виде свободных аминокислот. В плазме крови постоянно циркулирует около ста граммов этих структурных элементов, образуя так называемый свободный пул, обеспечивающий немедленный доступ к пластическому материалу для любой ткани. Около семидесяти пяти процентов этого циркулирующего объема приходится на аланин, глутамин, а также на аминокислоты с разветвленными боковыми цепями, в частности лейцин, изолейцин и валин. Эти соединения непрерывно высвобождаются мышечной тканью. Центральным органом трансформации и регуляции уровня аминокислот выступает печень. Гепатоциты осуществляют тонкую регуляцию гомеостаза: при избыточном поступлении аминокислот после приема пищи печень форсированно разрушает их излишки, выводя продукты метаболизма в составе желчи. Печеночная ткань способна расщеплять аминокислоты с выделением энергии, конвертировать их в глюкозу, а также синтезировать заменимые аминокислоты. В процессе дезаминирования образуется высокотоксичный аммиак, который печень трансформирует в мочевину для последующей безопасной эвакуации из организма. Синтетическая активность печени и мышечной ткани находится под строгим контролем инсулина. Секреция этого гормона стимулируется попаданием в кровь не только глюкозы, но и аминокислот, среди которых наиболее выраженным инсулинотропным действием обладает аргинин. Почки также вовлечены в белковый обмен: помимо экскреции мочевины и креатинина, они способны осуществлять глюконеогенез из аминокислот, регулировать образование аммиака и поддерживать кислотно-щелочной баланс.
Энергетическая функция и процессы адаптации к голоданию
Аминокислоты обладают как глюкогенным, так и кетогенным потенциалом. Несмотря на то что основным энергетическим субстратом для организма служат углеводы, при их дефиците метаболизм перестраивается на извлечение глюкозы и кетоновых тел из белковых структур. В условиях алиментарной депривации организм активирует эволюционно выработанные механизмы адаптации. Печень располагает определенным пулом резервных белков, которые немедленно мобилизуются при прекращении внешнего поступления нутриентов. Мышечная ткань, в которой сосредоточено до сорока процентов всего белка организма, также расценивается метаболическими системами как массивное энергетическое депо. При краткосрочном голодании организм начинает интенсивно расщеплять мышечные белки, трансформируя их в глюкозу, вследствие чего мышечная масса может редуцироваться даже быстрее, чем запасы жировой ткани. Основным транспортным белком и временным хранилищем мобилизованных аминокислот в крови является альбумин, синтезируемый печенью. В условиях белкового дефицита уровень альбумина стремительно снижается, что делает его клиническим индикатором нутритивной недостаточности. Напротив, при избыточном поступлении белковой пищи печень не только форсирует синтез альбумина, но и приобретает способность трансформировать излишки аминокислот в триглицериды, пополняя тем самым запасы жировой ткани.
Участие белков в синтезе нуклеиновых кислот и нейромедиаторов
Аминокислоты служат обязательной структурной основой для синтеза сложнейших биологически активных молекул, включая пуриновые и пиримидиновые основания. Организм человека способен полностью самостоятельно синтезировать весь спектр нуклеиновых кислот, составляющих генетический материал, исключая необходимость их специфического потребления с пищей. Этот процесс осуществляется преимущественно в тканях печени и требует обязательного участия витаминов, в частности цианокобаламина и фолиевой кислоты. Дефицит данных микронутриентов приводит к угнетению синтеза нуклеиновых кислот, что немедленно отражается на функциональном состоянии органов с высокой скоростью клеточной пролиферации, в первую очередь на системе кроветворения. Конечным метаболитом обмена нуклеиновых кислот является мочевая кислота. Нервная система также критически зависит от белкового обмена. Аминокислоты выступают предшественниками подавляющего большинства нейромедиаторов и могут оказывать прямое модулирующее воздействие на возбудимость нервной ткани. Высокие концентрации аспартата способствуют повышению нервной возбудимости. Триптофан является непосредственным биохимическим предшественником серотонина — нейромедиатора, ассоциированного с ощущением удовлетворения и регулирующего циклы сна и бодрствования. Совместное алиментарное поступление триптофана, обильно представленного в мясе птицы и яйцах, вместе с углеводами индуцирует усиленный синтез серотонина, что на физиологическом уровне выражается в развитии выраженной сонливости после приема пищи. Полноценная реализация всех этапов белкового обмена находится в тесной функциональной зависимости от обеспеченности организма витаминами, в особенности пиридоксином, который выступает кофактором во множестве реакций трансформации аминокислот.