Обмен белков и его значение. Обмен белков, жиров и углеводов в организме

Обмен белков в организме человека

1. Белки, жиры и углеводы, попадая в организм, поддаются растворению до состояния аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина. Только в таком состоянии они затем проникают в лимфу и кровь.

2. Кровь, насыщенная питательными веществами и кислородом, отправляется в ткани, насыщая их. Все вещества расщепляются до получения конечных продуктов, что подразумевает также синтез гормонов, ферментов и элементов цитоплазмы. Когда вещества растворяются, выделяется энергия, которая так необходима нам для нормального функционирования организма.

3. Процесс обмена белков заканчивается удалением из клеток оставшихся продуктов, осуществляется это выделение с помощью таких органов, как легкие, почки, потовые железы и кишечник.

Поступление белков – это важный процесс особенно в детском возрасте. И в первую очередь в организм должны поступать полноценные белки. Что же имеется в виду под этим термином? Речь идет об животных белках. В первую очередь стоит отдать предпочтение белкам рыбы, мяса, молока, яиц. Неполноценные белки содержаться в основном в таких растениях, как соя, орехи, фасоль и горох.

Обратите внимание, что процесс обмена белков – это важный вопрос жизнедеятельности человека, ведь если организму не будет хватать белков, он примется расходовать свои же ткани, а это может стать серьезной причиной нарушения здоровья.

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.

Реферат

Курсовая работа: 34 с., 12 источников, 5 рисунков

Объект исследования – Белковый обмен в организме человека.

Цель работы – исследование нарушения белкового обмена в организме человека.

Метод исследования – описательный

валин, треонин, фенилаланин, аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин, Белок, аминокислоты, гемоглобин, пуринових, инацина, гидрофильность, ураты, креатинина

Введение

1. Обмен белков

1.1 Промежуточный обмен белков

1.2 Роль печени и почек в обмене белков

1.3 Обмен сложных белков

1.4 Баланс азотистого обмена

1.5 Нормы белков в питании

1.6 Регуляция белкового обмена

2. Тканевой обмен аминокислот

2.1 Участие аминокислот в процессах биосин­теза

2.2 Участие аминокислот в процессах катаболизма

2.3 Образование конечных продуктов обмена про­стых белков

3 Тканевой обмен нуклеотидов

3.1 Синтез ДНК и РНК

3.2 Катаболизм ДНК и РНК

4 Регуляция процессов азотистого обмена

5 Радиоизотопное исследование азотистого обмена

6 Патология азотистого обмена

6.1 Белковая недостаточность

6.2 Патология обмена аминоки­слот

7 Азотистый обмен в облученном организме

8 Изменение азотистого обмена в процессе старения

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8%). Он постоянно расходует эти вещества на образование энергии, необходимой для функционирования внутренних органов, поддержания тепла и осу­ществления всех жизненных процессов, в том числе физи­ческой и умственной работы.

Одновременно происходят восстановление и создание клеток и тканей, из которых построен организм человека, восполнение расходуемой энергии за счет веществ, посту­пающих с пищей. К таким веществам относят белки, жи­ры, углеводы, минеральные вещества, витамины, воду и др., их называют пищевыми. Следовательно, пища для организма является источником энергии и пластических (строительных) материалов.

Это сложные органические соединения из аминокис­лот, в состав которых входят углерод (50-55%), водород (6-7 %), кислород (19-24 %), азот (15-19 %), а также могут входить фосфор, сера, железо и другие элементы.

Белки - наиболее важные биологические вещества живых организмов. Они служат основным пластическим материалом, из которого строятся клетки, ткани и органы тела человека. Белки составляют основу гормонов, фер­ментов, антител и других образований, выполняющих сложные функции в жизни человека (пищеварение, рост, размножение, иммунитет и др.), способствуют нормаль­ному обмену в организме витаминов и минеральных солей. Белки участвуют в образовании энергии, особенно в период больших энергетических затрат или при недоста­точном количестве в питании углеводов и жиров. Энергетическая ценность 1 г белка составляет 4 ккал (16,7 кДж).

При недостатке белков в организме возникают серьез­ные нарушения: замедление роста и развития детей, изменения в печени взрослых, деятельности желез вну­тренней секреции, состава крови, ослабление умственной деятельности, снижение работоспособности и сопротив­ляемости к инфекционным заболеваниям.

Белок в организме человека образуется беспрерывно из аминокислот, поступающих в клетки в результате переваривания белка пищи. Для синтеза белка человека необходим белок пищи в определенном количестве и оп­ределенного аминокислотного состава. В настоящее вре­мя известно более 80 аминокислот, из которых 22 наи­более распространены в пищевых продуктах. Аминокис­лоты по биологической ценности делят на незаменимые и заменимые.

Незаменимы восемь аминокислот - лизин, триптофан, метионин, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин; для детей нужен также гистидин. Эти аминокислоты в организме не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей в определенном соотношении, т. е. сбалансированными. Особенно ценны незаменимые ами­нокислоты триптофан, лизин, метионин, содержащиеся в основном в продуктах животного происхождения, соот­ношение которых в пищевом рационе должно составлять 1:3:3.

Заменимые аминокислоты (аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин и др.) могут синтезироваться в организме человека.

Пищевая ценность белка зависит от содержания и сбалансированности незаменимых аминокислот. Чем больше в нем незаменимых аминокислот, тем он ценней. Источниками полноценного белка являются мясо, рыба, молочные продукты, яйца, бобовые (особенно соя), ов­сяная и рисовая крупы.

Суточная норма потребления белка 1,2-1,6 г на 1 кг массы человека, т. е всего 57-118 г в зависимости от пола, возраста и характера труда человека. Белки живот­ного происхождения должны составлять 55 % суточной нормы. Кроме того, при составлении рациона питания следует учитывать сбалансированность аминокислотного состава пищи. Наиболее благоприятный аминокислотный состав представлен в сочетании таких продуктов, как хлеб и каша с молоком, пирожки с мясом, пельмени.

1 Обмен белков

Биологическое значение и специфичность белков. Белки являются основным веществом, из которого построена протоплазма клеток и меж­клеточные вещества. Жизнь - есть форма существования белковых тел (Ф. Энгельс). Без белков нет и не может быть жизни. Все ферменты, без которых не могут протекать обменные процессы, являются белковыми телами. С белковыми телами - миозином и актином - связаны явления мышечного сокращения. Переносчиками кислорода в крови являются пигменты белковой природы, у высших животных - гемоглобин, а у низших - хлорокруорин и гемоцианин. Белку плазмы, фибриногену, кровь обязана своей способностью к свертыванию. С некоторыми белко­выми веществами плазмы, так называемыми антителами, связаны иммун­ные свойства организма. Одно из белковых веществ сетчатки - зритель­ный пурпур, или родопсин - повышает чувствительность сетчатки глаза к восприятию света. Нуклеопротеиды ядерные и цитоплазматические принимают существенное участие в процессах роста и размножения. С участием белковых тел связаны явления возбуждения и его распростра­нения. Среди гормонов, участвующих в регуляции физиологических функций, имеется ряд веществ белковой природы.

Строение белков отличается большой сложностью. При гидролизе кислотами, щелочами и протеолитическими ферментами белок расщеп­ляется до аминокислот, общее число которых более двадцати пяти. Помимо аминокислот, в состав различных белков входят и многие другие компоненты (фосфорная кислота, углеводные группы, липоидные группы, специальные группировки).

Белки отличаются высокой специфичностью. В каждом организме и в каждой ткани имеются белки, отличные от белков, входящих в состав других организмов и других тканей. Высокая специфичность белков может быть выявлена при помощи следующей биологической пробы. Если ввести в кровь животного белок другого животного или раститель­ный белок, то организм отвечает на это общей реакцией, заключающейся в изменении деятельности ряда органов и в повышении температуры. При этом в организме образуются специальные защитные ферменты, спо­собные расщеплять введенный в него чужеродный белок.

Парэнтеральное (т. е. минуя пищеварительный тракт) вве­дение чужеродного белка делает животное через некоторый промежуток времени чрезвычайно чувствительным к повторному введению этого белка. Так, если морской свинке парэнтерально ввести небольшое количество (1 мг и даже меньше) чужеродного белка (сывороточные белки других живот­ных, яичные белки и т. д.), то через 10-12 дней (инкубационный период) повторное введение нескольких миллиграммов этого же самого белка вызывает бурную реакцию организма морской свинки. Реакция про­является в судорогах, рвоте, кишечных кровоизлияниях, понижении кро­вяного давления, расстройстве дыхания, параличах. В результате этих расстройств животное может погибнуть. Такая повышенная чувствитель­ность к чужеродному белку получила название анафилаксии (Ш. Рише, 1902), а описанная выше реакция организма - анафилак­тического шока. Значительно большая доза чужеродного белка, вводимая первый раз или до истечения инкубационного срока, не вызы­вает анафилактического шока. Повышение чувствительности организма к тому или иному воздействию называется сенсибилизацией. Сенсибилизация организма, вызванная парентеральным введением чуже­родного белка, сохраняется в течение многих месяцев и даже лет. Она может быть устранена, если ввести этот же белок повторно до истечения срока инкубационного периода.

Явление анафилаксии наблюдается и у людей в форме так называемой «сывороточной болезни» при повторном введении лечебных сывороток.

Высокая специфичность белков понятна, если учесть, что путем различного комбинирования аминокислот возможно образование бес­численного количества белков с различным сочетанием аминокислот. Расщепление белков в кишечнике обеспечивает не только возможность их всасывания, но и снабжение организма продуктами для синтеза своих собственных специфических белков.

Как однажды сказал знаменитый немецкий философ Фридрих Энгельс: «Жизнь – это форма существования белковых тел». Этим он хотел сказать, что наша жизнь невозможна без белков, так как они являются главным строительным материалом в нашем организме и участвуют во всех обменных процессах.

Белки, или протеины (от греческого protos– самый важный, первый) это самое сложное органическое соединение, которое играет важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности. Белки состоят из аминокислот, которые соединены между собой пептидными связями. Размеры молекулы белка огромные по сравнению со всеми остальными веществами.

Белки бывают простыми и сложными. Простые белки это протеины, а сложные протеиды. Отличие протеинов от протеидов заключается в более сложном составе последних. Кроме аминокислот, протеиды также включают в себя другие соединения. Например, протеид гемоглобин кроме аминокислот содержит в себе гема-вещества.

Белки бывают полноценными и неполноценными. Полноценные белки содержат незаменимые аминокислоты, а в неполноценных отсутствует какая-либо незаменимая аминокислота.

Биологические функции белка :

— формирует вещество соединительной ткани, например, коллаген, эластин;

— регулирует обмен веществ (например, гормоны инсулин и глюкагон являются белками);

— транспорт веществ в крови (например, транспорт кислорода – гемоглобин, транспорт жира – липопротеиды и т.д.);

— при длительном голодании белки могут выступать в качестве питания для развивающихся клеток и в качестве источника энергии;

— обеспечивают мышечное сокращение;

— участвует в обезвреживании чужих антигенов (иммуноглобулины, комплемент);

— участвует в остановке кровотечения, образовании тромба и др.

Это далеко не весь список биологических функций белков.

Что такое аминокислоты?

Аминокислоты это органические соединения, которые содержат группу амина и кислотную группу. Всего существует 22 аминокислоты, 10 из которых являются незаменимыми. Что значит незаменимая аминокислота? Это значит, что она не может воспроизводиться в организме человека и должна поступать только с пищей. Остальные аминокислоты могут образовываться в организме из различных групп других аминокислот.

Незаменимые аминокислоты содержатся в животных и некоторых растительных продуктах, например, в мясе, рыбе, яйцах, твороге, молочных и т.д.

К незаменимым аминокислотам относятся : лейцин, валин, треонин, изолейцин, метионин, триптофан, лизин, гистидин, аргинин, фенилаланин.

Есть также группа полузаменимых аминокислот, это аминокислоты, которые могут синтезироваться в организме, но в недостаточном количестве.

Пищеварение белков

Пищеварение белков начинается в желудке. Здесь, под воздействием фермента пепсина в условиях присутствия соляной кислоты, которая выделяется желудочными железами, начинается переваривание белков. Здесь сложные органические соединения белки расщепляются на крупные «осколки» — высокомолекулярные пептиды. Далее эти вещества попадают в кишечник, где подвергаются дальнейшим превращениям. Под воздействием ферментов трипсина, пептидаз и химотрипсина высокомолекулярные белки превращаются в низкомолекулярные и некоторое количество аминокислот. В тонком кишечнике начинает действовать фермент карбоксипептидаз А и В, который превращает низкомолекулярные белки в дипептиды, которые, под воздействием дипептидаз, расщепляются до аминокислот. Аминокислоты в свою очередь всасываются кишечными ворсинками и попадают в кровь и лимфу, где отправляются в печень для синтеза белка и в ткани тела.

Часть аминокислот и непереваренные белки подвергаются гниению в нижних отделах кишечника. Некоторые аминокислоты при этом выделяют ядовитые продукты типа амина, фенола, меркаптана. Они частично выводятся с калом и кишечными газами, частично попадают в кровь, где успешно обезвреживаются печенью.

Вообще распад белка всегда происходит с образованием аммиака и азотистых соединений. Эти ядовитые вещества также обезвреживаются печенью, и также успешно выводятся почками и потовыми железами. Чтобы не возникало накопления ядовитых веществ в крови, не было излишней нагрузки на почки и печень, или же наоборот, не было дефицита белка и аминокислот, необходимо всегда следить за балансом белка. Количество поступаемого белка, должно быть равно количеству расходуемого белка. Если это растущий организм ребенка или подростка, или человек, набирающий мышечную массу, то поступление белка должно превышать расход, но в разумных пределах.

Как это определить?

Азотистое равновесие (Азотистый баланс)

В среднем в белках количество азота составляет 16%. Азот в организме не подвергается никакому расщеплению или окислению и выводится в том же виде, в каком и поступил (главным образом с мочой). В результате, о количестве употребленного и израсходованного белка можно судить по количеству азота в пище и в выделениях. Это и есть азотистое равновесие.

Конечно, не так много людей могут или просто не готовы следить за белковым равновесием таким способом. Точного значения суточной потребности организма в белке нет. Многие ученые выводили различные формулы, но ни одна из них не принята за основу. Например, ВОЗ (Всемирная Организация Здравоохранения) рекомендует употреблять 0.75 гр. на 1 кг веса в сутки . Наш Роспотребнадзор рекомендует от 60 до 120 гр. в сутки . Многие спортсмены бодибилдеры рекомендуют употреблять от 2 до 4 гр. на 1 кг веса .

Здесь выбор остается за человеком.

О том, сколько белка стоит употреблять для достижения различных целей, мы поговорим в следующих статьях.

Обмен белков - это совокупность пластических и энергетиче­ских процессов превращения белков в организме, включая обмен амино­кислот и продуктов их распада. Белки составляют основу всех клеточных структур и являются материальными носителями жизни. Биосинтез белков определяет рост, развитие и самообновление всех структурных элементов в организме и тем самым их функциональную надежность. Суточная по­требность в белках (белковый оптимум) для взрослого человека в среднем составляет 100-120 г (при трате энергии 3000 ккал/сутки). В распоряжении организма должны быть все аминокислоты (20) в определенном соотно­шении и количестве, иначе белок не может быть синтезирован. Многие составляющие белок аминокислоты (8 - валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, фенилаланин, триптофан) не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей. Это так называемые незаменимые аминокислоты. Другие аминокислоты, которые могут быть синтезированы в организме, называются заменимыми (их 12: гликокол, аланин, глутаминовая кислота, пролин, оксипролин, серии, тирозин, цистеин, аргинин, гистидин и др.). Исходя из этого, белки делят на биологически полноцен­ные (с полным набором всех восьми незаменимых аминокислот) и непол­ноценные (при отсутствии одной или нескольких незаменимых аминокис­лот).

Основными этапами обмена белков являются:

1) ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот и вса­сывание последних;

2) превращение аминокислот;

3) биосинтез белков;

4) расщепление белков;

5) образование конечных продуктов распада аминокислот.

Всосавшись в кровеносные капилляры ворсинок слизистой оболочки

тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в печень, где они либо немедленно используются, либо задерживаются в качестве небольшого резерва. Часть аминокислот остается в крови и попадает в другие клетки тела, где они включаются в состав новых белков. Период обновления общего белка в организме составляет у человека 80 дней. Если пища содержит больше аминокислот, чем это не­обходимо для синтеза клеточных белков, ферменты печени отщепляют от них аминогруппы NH 2 , т.е. производят дезаминирование. Другие ферменты, соединяя отщепленные аминогруппы с СО 2 , образуют из них мочеви­ну, которая переносится с кровью в почки и выделяется с мочой. Углерод­ные цепи некоторых аминокислот, называемых «глюкогенными», могут превращаться в глюкозу или гликоген; углеродные цепи других аминокис­лот - "кетогенных" дают кетоновые тела. Белки как таковые практически не откладываются в депо. Поэтому белки, которые организм расходует после истощения запаса углеводов и жиров, - это не резервные белки, а ферменты и структурные белки самих клеток.

Нарушения обмена белков в организме могут быть количественные и качественные. О количественных изменениях белкового обмена судят по азотистому балансу , т.е. по соотношению количества азота, поступивше­го в организм с пищей и выделенного из него. В норме у взрослого чело­века при адекватном питании, как правило, количество введенного в орга­низм азота равно количеству азота, выведенного из организма (азотистое равновесие). В случаях, когда поступление азота превышает его выделе­ние, говорят о положительном азотистом балансе. При этом происходит задержка азота в организме. Наблюдается в период роста организма, во время беременности, при выздоровлении после тяжелых заболеваний. Ко­гда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего азота, говорят об отрицательном азотистом балансе. Он от­мечается при значительном снижении содержания белка в пище (белковом голодании).

Качественные изменения белкового обмена приводят к изменениям в структуре клеток и тканей - белковым дистрофиям - диспротеинозам. Одни из них проявляются в изменениях белка в клетках - паренхиматоз­ные (клеточные) дистрофии, другие - в изменениях внеклеточного белка тканей - мезенхимальные (внеклеточные) дистрофии.