Глава 3 значение пищевых веществ в обеспечении жизнедеятельности организма

Химический состав пищи определяется набором питательных веществ, включающим белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли и воду. В зависимости от функционального назначения питательные вещества делятся на преимущественно энергетические (жиры, углеводы), преимущественно пластические (белки, ряд минеральных веществ, вода) и преимущественно каталитические (витамины, микроэлементы). С учётом критерия обязательности питательные вещества дифференцируются на заменимые и незаменимые. К числу заменимых в организме пищевых веществ относятся углеводы и жиры, к незаменимым − 8 − 10 незаменимых аминокислот, 3 − 5 ПНЖК, все витамины и большинство минеральных элементов. Общее количество незаменимых веществ в сбалансированном питании превышает 50.

3.1. Значение белков в питании

Белки играют в питании человека чрезвычайно важную роль, так как они являются главной составной частью клеток всех органов и тканей организма. С белками тесно связаны все жизненные процессы: обмен веществ, сократимость, раздражимость, способность к росту, размножению и даже к высшей форме движения материи − мышлению. Связывая значительные количества воды, белки образуют плотные коллоидные структуры, характерные для нашего тела.

Основное назначение белков пищи − это построение новых клеток и тканей, обеспечивающих развитие молодого растущего организма. В зрелом возрасте, когда процессы роста уже полностью завершены, остается потребность в регенерации изношенных отживших клеток. Для этой цели требуется белок, причем пропорционально изнашиваемости тканей. Установлено, что чем выше мышечная нагрузка, тем больше потребности в регенерации и соответственно в белке.

Поступление белка необходимо и для поддержания постоянства специфических белков организма, представляющих собой особую ценность. Эти белки выполняют в организме тонкие и сложные функции, входят в состав гормонов, ферментов, антител и других образований, участвующих в важнейших биохимических процессах жизнедеяельности. Количество и состав специфических белков в организме поддерживаются на постоянном уровне за счёт использования пищи.

Белки − сложные азотсодержащие биополимеры, мономерами которых служат аминокислоты. Молекулярная масса белков варьирует от 6000 до 1000 000 и более. Они составляют около 20 % массы тела человека и более 50 % сухой массы клеток. В состав организма входят тысячи белков, каждый из которых имеет свою уникальную структуру. Благодаря информации, которая содержится в этой структуре, белки функционируют по разнообразным индивидуальным программам, им принадлежит ведущая роль в молекулярных механизмах всех проявлений жизнедеятельности. Информация, которая содержится в белках огромная; она записана в форме длинных последовательностей аминокислотных остатков и поступает из генетического аппарата клетки при биосинтезе белка. Белки являются важнейшими питательными веществами для человека и животных, их применяют в ряде отраслей производства как сырье. Белки − ферменты широко используются в качестве высокоэффективных катализаторов в разных отраслях промышленности.

Структурными элементами белков являются аминокислоты. Сравнительно простые молекулы аминокислот содержат кислотные группы − СООН, основные группы − NH₂ и боковые цепи − R. Аминокислоты в белках представлены остатками жирных кислот, которые соединены связями, − СО − NН. Для белка характерны именно такие аминокислотные (полипептидные) цепи, но каждая цепь состоит из десятков, а то и сотен звеньев. Молекула белка содержит один или несколько соединенных между собой полипептидных цепей. В их биосинтезе используются аминокислоты 20 определенных видов. Длина полипептидной цепи в разных белках. неодинакова. Отличается также состав аминокислот и их последовательность в цепи. Строение полипептидной цепи − первичная структура − является основной характеристикой каждого индивидуального белка. Она точно определяется соответствующим геномом, в котором всю последовательность аминокислот в полипептидной цепи записано с помощью нуклеотидного триплетного кода.

В пространственной организации белка различают также: а) вторичную структуру − спиралевидные и вытянуты участки цепи, фиксированные водородными мостиками между, (−COОH−) и (−NH₂−) групами пептидной цепи; б) третичную структуру − внутримолекулярную упаковку, которая возникает в результате различных взаимодействий аминокислотных остатков; в) если несколько молекул образуют крепкий комплекс, − это называют четвертичной (пространственной) структурой. Доказано, что пространственная организация балка имеет решающее значение для их биологических функций. Эта организация создается системой внутримолекулярных взаимодействий, которая, в свою очередь, определяется первичной структурой.

По своей структуре аминокислоты представляют собой органические соединения, содержащие две функциональные группы: карбоксильную (−COОH−), определяющую кислотные свойства молекул, и аминогруппу (−NH₂−), придающую им основные свойства. Среди огромного количества природных аминокислот в составе белков пищевых продуктов их содержится 20: лизин, треонин, глицин, аланин, серин, метионин, цистин, валин, лейцин, изолейцин, глутаминовая кислота, глутамин, аспарагиновая кислота, аргинин, фенилаланин, тирозин, гистидин, триптофан, пролин.

Белки пищевых продуктов делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из полипептидных цепей, сложные содержат, помимо белковой молекулы, небелковую часть (простетическую группу). В зависимости от пространственной структуры белки делятся на глобулярные (молекулы которых имеют сферическую или близкую к ним форму) и фибриллярные (состоящие из вытянутых нитевидных молекул). К числу простых глобулярных белков относятся альбумины, глобулины, проламины и глютелины. Альбумины и глобулины составляют основную часть белков молока, яичного белка, белков сыворотки крови. Проламины и глютелины относятся к растительным белкам семян злаков, образуя основу клейковины. Растительные белки характеризуются низким содержанием лизина, лейцина, треонина, метионина и триптофана и высоким содержанием глутаминовой кислоты. Структурные белки (протеноиды) относятся к фибриллярным белкам животного происхождения, которые выполняют в организме опорную функцию. Они не растворяются в воде и устойчивы к перевариванию пищеварительными ферментами. К ним относятся кератины, эластин, коллаген. При длительном кипячении в воде коллаген превращается в водорастворимый желатин (глютин), используемый в технологии приготовления ряда мясных и других блюд. Коллаген и эластин содержат мало серосодержащих аминокислот, кератин богат цистином.

Среди сложных белков различают нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды, металлопротеиды, фосфопротеиды.

Белки в организме человека выполняют несколько важных функций пластическую, каталитическую, гормональную, функцию специфичности и транспортную. Важнейшей функцией пищевых белков является обеспечение организма пластическим материалом. Белки являются основным строительным материалом клетки, её органоидов и межклеточного вещества, образуют наряду с фосфолипидами остов всех биологических мембран клеток, являются основным компонентом всех ферментов и значительной части гормонов. Белки участвуют в транспорте кровью кислорода, липидов, углеводов, некоторых витаминов, гормонов и других веществ. Специфические белки-переносчики осуществляют транспорт различных минеральных солей и витаминов через мембраны клеток и субклеточных структур. Белки обеспечивают индивидуальную и видовую специфичность, лежащую в основе проявлений иммунитета и аллергии. Единственным источником являются белки пищи, вследствие чего они относятся к незаменимым компонентам рациона.

Количества азота, поступающего в организм с пищей, обычно равно количеству, выводимому из организма (с мочой, калом, потом, слущивающимся эпидермисом, волосами, ногтями), т.е. поддерживается состояние азотного равновесия. Позитивный азотный баланс наблюдается у детей в связи с процессом роста, а также у выздоравливающих после тяжелых заболеваний. Негативный азотный баланс возникает при преобладании процессов катаболизма белка над процессами синтеза (полное или частичное голодание, потребление низкобелковых рационов, анорексия, рвота), а также при нарушении абсорбции белка в пищеварительной системе или их усиленном распаде вследствие заболеваний туберкулёз, опухоли, ожоговая болезнь и др.

Основные функции белков в организме:

1. Пластическая – участвуют в процессах образования живой материи, входя в состав нуклеопротеинов.

2. Опорная – выполняют белки костей, хрящей.

3. Сократительная – выполняют актиновые и миозиновые филаменты (элементы белковой природы).

4. Каталитическая – выполняют ферменты, которые в свою очередь являются белками.

5. Защитная (антитоксическая) – в основном участвуют антитела, которые образуются во время поступления в организм чужеродных веществ.

6. Коагулятивная – происходит при участии белков плазмы крови, которые препятствуют большим кровопотерям.

7. Транспортная – участвует белок гемоглобина и некоторые белки плазмы крови, которые транспортируют кислород и питательные вещества к тканям организма человека.

8. Возбуждения и торможения – осуществляют некоторые гормоны белковой природы и их производные.

Таким образом осуществляется их регуляторная функция. Для нормальной жизнедеятельности организма человека и хорошего усвоения пищи, человеческий организм должен получать все питательные вещества в определенных соотношениях. Например, нормальное соотношение белков, жиров и углеводов должно быть 1:1,1:4,1 для молодых мужчин и женщин, занятых умственным трудом, и 1:1,3:5 для тех же людей, если они заняты тяжелым физическим трудом. Эти вещества не имеют одинаковой питательной ценности, и каждая из них имеет свое особенное значение для организма.

При условии дефицита в рационе углеводов и липидов, белок используется как источник энергии. При окислении 1 г белка, выделяется 4 ккал тепловой энергии.

Для изучения потребности организма в белках вычисляют их баланс, то есть, сравнивают количество белков, которое поступило в организм, с количеством выделенных продуктов их распада.

Биологическая ценность белков определяется аминокислотным составом, в частности наличием незаменимых аминокислот, их соотношением и интенсивностью взаимодействия их с пищеварительными ферментами. Чем выше биологическая ценность пищи, тем больше она соответствует физиологическим потребностям организма.

Белки в зависимости от их биологической ценности разделяются:

1. Полноценные (биологически ценные белки) – содержат все незаменимые (эссенциальные) аминокислоты.

2. Неполноценные (биологически менее ценные белки) – проявляют дефицит одной или нескольких незаменимых аминокислот.

Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме, а поступает только с пищей. К эсенциальным аминокислотам относятся: метионин, лизин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин и валин, а также гистидин и аргинин, которые не синтезирует детский организм.

Поступление заменимых аминокислот в организм должно быть также в достаточном количестве, так как при их недостатке в рационе для образования белков тканей используются в большем количестве незаменимые аминокислоты. Таким образом, большое значение имеет не только сбалансированность заменимых и незаменимых аминокислот, но и их соотношение.

Нормы употребления незаменимых аминокислот, которые обеспечивают их сбалансированность следующие (г/сутки): триптофана – 1, лейцина – 4 − 6, изолейцина – 3 − 4, метионина – 2 − 4, фенилаланина – 2 − 4, лизина – 3 − 5, треонина – 2 − 3, валина – 4, гистидина – 1,5 − 2, аргинина – 6.

Нормы потребления заменимых аминокислот (г/сутки): цистеина – 2 − 3, тирозина – 3 − 4, аланина – 3, серина – 3, глутаминовой кислоты – 16, аспарагиновой кислоты – 6, пролина – 5, глицина – 3.

Установленные уровни употребления не являются постоянными. Потребность в них возрастает во время беременности, инфекционных заболеваниях, недостатке витаминов, тяжёлых физических нагрузках.

Источниками биологически ценных продуктов является молоко и молочные продукты, яйца, мясо, рыба, печень и субпродукты первой категории. Продукты растительного происхождения по отношению к биологической ценности, значительно уступают продуктам животного происхождения.

Важным показателем биологической ценности белков является их свойство подвергаться гидролизу в желудочно-кишечном тракте. Белки животного происхождения перевариваются лучше, чем растительного. В среднем, белки пищи животного происхождения усваиваются на 97 %, растительного – только на 83 −85 %. Это обусловлено значительным содержанием балластных веществ в продуктах растительного происхождения. Для более полного использования белков организмом необходимо ликвидировать их антипротеазную, антивитаминную активность и аллергизованное действие, что достигается достаточной тепловой обработкой. Чрезмерная тепловая обработка (например, жарка) ухудшает усваиваемость белков вследствие их чрезмерной денатурации, которая усложняет проникновение ферментов.

Во время выбора источников белка в пищевом рационе следует учитывать, что при наличии в них нуклеопротеинов, в пищевом тракте высвобождаются нуклеиновые кислоты. Конечным продуктом обмена этих соединений в тканях является мочевая кислота. Из-за плохой растворимости она может задерживаться в организме, особенно если ограничена физическая активность, что способствует развитию подагры.