Белки их физиологическая роль. Физиологическая роль и гигиеническое значение белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ. Опорная, или механическая

Функции белков играют центральную роль в биологических процессах организма и более разнообразны, чем функции других биополимеров - полисахаридов и ДНК. При всей важности этого макронутриента, не стоит недооценивать и другие (жиры , углеводы)

Структура и состав белков.

Основным строительным материалом белка являются аминокислоты . Существует двадцать различных форм аминокислот (α-аминокислот), используемых организмом человека.

Из них, одиннадцать считаются заменимыми, организм способен их самостоятельно синтезировать, а девять являются незаменимыми (жизненно необходимыми), организм не может синтезировать их для удовлетворения потребностей.

Длинные цепи аминокислот называют полипептидами, в зависимости от их расположения вдоль цепи, определяется структура и химические свойства белка.

Аминокислоты представляют собой органические молекулы, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и иногда серы.

Являясь основным компонентом для формирования и поддержания структурных и функциональных элементов организма, белки участвуют в функции регенераций клеток и тканей, производства гормонов и ферментов, баланса жидкости и обеспечения энергией.

В зависимости от аминокислотного состава, белки бывают: полноценными - содержат весь набор аминокислот и неполноценными - какие-то аминокислоты в их составе отсутствуют. Если белки содержат только аминокислоты, их называют простыми.

Если белки содержат помимо аминокислот еще и неаминокислотный компонент (простетическую группу)Простетические группы могут быть органическими (витамины, углеводы, липиды) или неорганическими (например, ионы металлов). , их называют сложными.

Роль и биологические функции белков в организме человека.

Описание с примерами белков осуществляющих данную функцию в организме.

Ферментативная, или каталитичеcкая

Одна из наиболее распространенных функций белков, которая состоит в ускорении химических превращений (синтез и распад веществ; перенос отдельных групп атомов, электронов от одного вещества к другому).

Фумаратгидратаза – катализирует обратимое превращение фумарат + Н 2 О -> малат.
Цитохромоксидаза – участвует в транспорте электронов на кислород.

Гормональная, или регуляторная

Участие белков в функции регуляции обмена веществ внутри клеток и интеграция обмена в разных клетках целого организма.

Инсулин – задействован в функции регуляции углеводного, белкового, жирового и других обменов.
Лютропин – задействован в регуляции синтеза прогестерона в желтом теле яичников.

Рецепторная

Избирательное связывание белком различных регуляторов (гормонов, медиаторов, циклических нуклеотидов) на поверхности клеточных мембран или внутри клетки (цитозольные рецепторы).

Цитозольный рецептор эстрадиола – связывает эстрадиол внутри клеток, например слизистой матки.
Глюкагоновый рецептор – связывает гормон глюкагон на поверхности клеточной мембраны, например печени.
Регуляторная субъединица протеинкиназы – связывает цАМФ внутри клеток.

Транспортная

Связывание и транспорт белком веществ между тканями и через мембраны клетки.

Липопротеиды – применяются в переносе липидов между тканями организма.
Транскортин – переносит кортикостероиды (гормоны коры надпочечников в крови).
Миоглобин – переносит кислород в мышечной ткани.

Структурная

Участие белков в построении различных мембран.

Структурные белки митохондрий, плазматической мембраны и т. д. .

Опорная, или механическая

Близкая по назначению к структурной функции белка организме. Обеспечивает прочность опорных тканей, применяется в построении внеклеточных структур.

Коллаген – структурный элемент опорного каркаса костной ткани, сухожилий.
Фиброин – задействован в построении оболочки кокона шелкопряда.
β-Кератин – структурная основа шерсти, ногтей, копыт.

Резервная, или трофическая.

Использование белков как запасного материала для питания развивающихся клеток.

Проламины и глютелины – запасной материал семян пшеницы (глютен) .
Овальбумин – запасной белок куриного яйца (используется при развитии зародыша).

Субстратно-энергетическая

Близка к резервной функции белка в организме. Белок используется как субстрат (при распаде) для образования энергии. При распаде 1 г белка выделяется 17,1 кДж энергии.

Все белки (поступающие или с пищей, или внутриклеточные), которые распадаются до конечных продуктов (СО 2 , Н 2 О, мочевина).

Механохимическая, или сократительная

Сокращение (механический процесс) с использованием химической энергии.

Миозин – закрепленные нити в миофибриллах.
Актин – движущиеся нити в миофибриллах.

Электроосмотическая

Участие белка в функции образовании разницы электрических зарядов и градиента концентрации ионов на мембране.

Na + , К + АТФаза – фермент, задействован в создании разницы концентраций ионов Na + и К + и электрического заряда на клеточной мембране.

Энерготрансформирующая

Функция трансформации электрической и осмотической энергии в химическую энергию (АТФ).

АТФ-синтетаза – осуществляет функцию синтеза АТФ за счет разности электрических потенциалов или градиента осмотической концентрации ионов на сопрягающей мембране.

Когенетическая

Вспомогательная генетическая функция белков (приставка “ко” в переводе с латинского означает совместность действия). Сами белки не являются генетическим (наследственным) материалом, но помогают нуклеиновым кислотам реализовывать способность к самовоспроизведению и переносу информации.

ДНК-полимераза – фермент, применяющийся в репликации ДНК.
ДНК-зависимая РНК-полимераза – фермент, участвующий в переносе информации от ДНК к РНК.

Генно-регуляторная

Способность некоторых белков участвовать в регуляции матричных функций нуклеиновых кислот и переноса генетической информации.

Гистоны – белки, участвующие в регуляции репликации и частично транскрипции участков ДНК.
Кислые белки – участвуют в регуляции процесса транскрипции отдельных участков ДНК.

Иммунологичеcкая, или антитоксическая

Антитела участвуют в обезвреживании чужеродных антигенов микроорганизмов (токсинов, выделяемых ими) путем образования комплекса антиген – антитело.

Иммуноглобулины А, М, G и др. – выполняют защитную функцию.
Комплемент – белок, способствующий образованию комплекса – антиген-антитело.

Токсигенная

Некоторые белки и пептиды, выделяемые организмами (в основном микроорганизмами), являются ядовитыми для других живых организмов.

Ботулинический токсин – пептид, выделяемый палочкой ботулизма.

Обезвреживающая

Благодаря функциональным группам белки связывают токсические соединения (тяжелые металлы, алкалоиды), обезвреживая их.

Альбумины – связывают тяжелые металлы, алкалоиды.

Гемостатическая

Участие белка в функции образования тромба и остановке кровотечения.

Фибриноген – белок сыворотки крови, полимеризуется в виде сетки, составляющей структурную основу тромба.

P.S. Работа и функции белков являются основой структуры любого организма и всех протекающих в нем процессов.

Белки, жиры, углеводы, витамины - основные пищевые вещества в рационе человека. Пищевыми веществами называют такие химические соединения или отдельные элементы, которые необходимы организму для его биологического развития, для нормального протекания всех жизненно важных процессов.

Белки - это высокомолекулярные азотистые соединения, основная и обязательная часть всех организмов. Белковые вещества участвуют во всех жизненно важных процессах. Например, обмен веществ обеспечивается ферментами, по своей природе относящимися к белкам. Белками являются и сократительные структуры, необходимые для выполнения сократительной функции мышц - актомиозин; опорные ткани организма - коллаген костей, хрящей, сухожилий; покровные ткани организма - кожа, ногти, волосы.

По составу белки делятся на: простые - протеины (при гидролизе образуются только аминокислоты и аммиак) и сложные- протеиды (при гидролизе образуются еще и небелковые вещества - глюкоза, липоиды, красящие вещества и др.).

От уровня снабжения белками в большой степени зависят состояние здоровья, физическое развитие, физическая работоспособность, а у детей раннего возраста - и умственное развитие. Достаточность белка в пищевом рационе и его высокое качество позволяют создать оптимальные условия внутренней среды организма, необходимые для роста, развития, нормальной жизнедеятельности человека и его работоспособности. Под влиянием белковой недостаточности могут развиваться такие патологические состояния, как отек и ожирение печени; нарушение функционального состояния органов внутренней секреции, особенно половых желез, надпочечников и гипофиза; нарушение условно-рефлекторной деятельности и процессов внутреннего торможения; снижение иммунитета; алиментарная дистрофия. Белки состоят из углерода, кислорода, водорода, фосфора, серы и азота, входящих в состав аминокислот - основных структурных компонентов белка. Белки различаются уровнем содержания аминокислот и последовательности их соединения. Различают белки животные и растительные.

В отличие от жиров и углеводов белки содержат кроме углерода, водорода и кислорода еще азот - 16%. Поэтому их называют азотсодержащими пищевыми веществами. Белки нужны животному организму в готовом виде, так как синтезировать их, подобно растениям, из неорганических веществ почвы и воздуха он не может. Источником белка для человека служат пищевые вещества животного и растительного происхождения. Белки необходимы прежде всего как пластический материал, это их основная функция: они составляют в целом 45% плотного остатка организма.

Белки входят также в состав гормонов, эритроцитов, некоторых антител, обладая высокой реактивностью.

В процессе жизнедеятельности происходит постоянное старение и отмирание отдельных клеточных структур, и белки пищи служат строительным материалом для их восстановления. Окисление в организме 1 г белка дает 4,1 ккал энергии. В этом и заключается его энергетическая функция. Большое значение имеет белок для высшей нервной деятельности человека. Нормальное содержание белка в пище улучшает регуляторную функцию коры головного мозга, повышает тонус центральной нервной системы.

При недостатке белка в питании возникает ряд патологических изменений: замедляются рост и развитие организма, уменьшается вес; нарушается образование гормонов; снижаются реактивность и устойчивость организма к инфекциям и интоксикациям. Питательная ценность белков пищи зависит прежде всего от их аминокислотного состава и полноты утилизации в организме. Известны 22 аминокислоты, каждая имеет особое значение. Отсутствие или недостаток какой-либо из них ведет к нарушению отдельных функций организма (рост, кроветворение, вес, синтез белка и др.). Особенно ценны следующие аминокислоты: лизин, гистидин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, валин. Для маленьких детей большое значение имеет гистидин.

Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и заменяться другими. Их называют незаменимыми. В зависимости от содержания заменимых и незаменимых аминокислот пищевые белки разделяются на полноценные, аминокислотный состав которых близок к аминокислотному составу белков человеческого тела и содержит в достаточном количестве все незаменимые аминокислоты, и на неполноценные, в которых отсутствуют одна или несколько незаменимых аминокислот. Наиболее полноценны белки животного происхождения, особенно белки желтка куриного яйца, мяса и рыбы. Из растительных белков высокой биологической ценностью обладают белки сои и в несколько меньшей степени - фасоли, картофеля и риса. Неполноценные белки содержатся в горохе, хлебе, кукурузе и некоторых других растительных продуктах.

Физиолого-гигиенические нормы потребности в белках. Эти нормы исходят из минимального количества белка, которое способно поддержать азотистое равновесие организма человека, т.е. количество азота, введенного в организм с белками пищи, равно количеству азота, выведенного из него с мочой за сутки.

Суточное потребление пищевого белка должно полностью обеспечивать азотистое равновесие организма при полном удовлетворении энергетических потребностей организма, обеспечивать неприкосновенность белков тела, поддерживать высокую работоспособность организма и сопротивляемость его неблагоприятным факторам внешней среды. Белки в отличие от жиров и углеводов не откладываются в организме про запас и должны ежедневно вводиться с пищей в достаточном количестве.

Физиологическая суточная норма белка зависит от возраста, пола и профессиональной деятельности. Например, для мужчин она составляет 96-132 г, для женщин - 82-92 г. Это нормы для жителей больших городов. Для жителей малых городов и сел, занимающихся более тяжелой физической работой, норма суточного потребления белка увеличивается на 6 г. Интенсивность мышечной деятельности не влияет на обмен азота, но необходимо обеспечить достаточное для таких форм физической работы развитие мышечной системы и поддерживать ее высокую работоспособность.

Взрослому человеку в обычных условиях жизни при легкой работе требуется в сутки в среднем 1,3 -1,4 г белка на 1 кг веса тела, а при физической работе - 1,5 г и более (в зависимости от тяжести труда).

В дневном рационе спортсменов количество белка должно составлять 15-17%, или 1,6-2,2 г на 1 кг массы тела.

Белки животного происхождения в суточном рационе взрослых должны занимать 40 - 50% от общего количества потребляемых белков, спортсменов - 50 - 60, детей - 60 - 80%. Избыточное потребление белков вредно для организма, так как затрудняются процессы пищеварения и выделения продуктов распада (аммиака, мочевины) через почки.

Следует подчеркнуть, что отечественные традиции питания и реальная структура питания населения РФ в настоящее время во многом соответствуют приведенным современным международным рекомендациям. Это относится, в частности, к широкому использованию в питании населения РФ хлеба, каш, макарон, и достаточно ограниченному использованию пищевых жиров.

Среди требований, предъявляемых к составу углеводов, следует отнести наличие в них пищевых волокон (ПВ).

Долгое время пищевые волокна считались ненужным балластом, от которого старались освободить продукты для повышения их пищевой ценности. С этой целью был разработан и выпускается до сих пор целый ряд рафинированных продуктов, полностью освобожденных от ПВ. К ним относятся: сахар, кондитерские изделия, мука тонкого помола, осветленные фруктовые и овощные соки, потребление которых составляет около 60 % общего рациона населения высокоразвитых стран. Это привело к тому, что на фоне неуклонного снижения потребления натуральных растительных продуктов (зерновых, овощей, муки грубого помола) в 2-3 раза уменьшилось потребление ПВ.

Пищевые волокна - это биологический термин, поскольку он объединяет вещества различной химической природы. Пищевые волокна - это компоненты растительной пищи, неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте и включающие в себя различные химические компоненты. Такими свойствами обладаю разнообразные пищевые углеводы, особенно устойчив крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин и неусваиваемые олигосахариды.

Камеди (гумми), некоторые пектины и гемицеллюлоза ферментируются в толстом кишечнике. Значительное количество пищевых волокон этого типа содержат овес, ячмень, горох, некоторые овощи, например, картофель.

Неусваиваемые олигосахариды (НО) являются теми компонентами пищи, пребиотическое действие которых было доказано. НО представляют собой олигомерные углеводы, причем пространственная структура связей внутри молекул делает их устойчивыми к гидролизу под действием пищеварительных ферментов. Согласно опубликованным данным к НО, обладающим свойствами пребиотиков относят:

· фруктаны инулинового типа (фруктоолигосахариды);

· олигосахариды сои; (раффиноза и стахиоза);

· галактоолигосахариды или трансгалактоолигосахариды;

· галактозилсахароза;

· изомальтоолигосахариды;

· палатиноза (изомальтулоза);

· ксилоолигосахариды.

Лидирующую позицию среди НО занимают соединения фруктозы. Фруктоолигосахаридами называют все плохо всасываемые олигосахариды, в составе которых преобладает фруктоза. Строго с точки зрения номенклатуры эти молекулы следует называть «фруктанами инулинового типа» - это линейные бета-(2-1)-фруктаны, отличающиеся от «леванов», разветвленных бета-(2-6)-фруктанов. Кроме пребиотического эффекта фруктаны инулинового типа улучшают биологическую доступность кальция.

Фруктаны инулинового типа являются на текущий момент времени наиболее изученными и лидируют на рынке пребиотиков. Они встречаются в чесноке, луке, спарже, артишоках, бананах и пшенице. Среднее потребление фруктанов инулинового типа варьируется в пределах от 1 до 12 г/сутки в зависимости от рациона.

Потенциально важной группой пребиотиков являются галактоолигосахариды или трансгалактоолигосахариды, которые в промышленности получают трансгликозилированием лактозы. Они представляют собой галактозильные производные лактозы с бета-1-3- и бета-1-6- связями.

Предполагаемая пребиотическая функция фруктоолигосахаридов и галактоолигосахаридов объясняется, по крайней мере частично, специфичностью бета- фруктозидазы и бета- галактозидазы из Bifidobacterium к типу расщепляемой связи. Эти ферменты являются клеточно- ассоциированными.

Мальтоолигосахариды и ксилоолигосахариды, имеющие в своем составе глюкозные звенья, являются кандидатами в пребиотики.

Вне зависимости от их пребиотического действия НО относятся к комплексу пищевых волокон из-за плохого всасывания и ферментации в толстой кишке. В частности было показано, что фруктаны инулинового типа оказывают приблизительно такой же эффект на формирование фекальной массы, как и растворимые волокна типа пектина, значительно снижают ожирение печени и уровень триглицеридов в крови.

При маркировке продуктов питания инулин и олигофруктозу классифицируют как пищевые волокна.

Кроме биополимеров, определяющих непосредственно термин «пищевые волокна» (лигнин, целлюлоза, пектин, гемицеллюлозы), в них входят сопутствующие вещества: крахмал, липиды, белковые, минеральные, дубильные вещества и др.

Пищевые волокна присутствуют только в растительной пище - фруктах, овощах, злаковых, бобовых.

Минеральные вещества в питании так же незаменимы, как белки, жиры и витамины. Они составляют значительную часть человеческого тела.

Накапливаемые клетками в определенных соотношениях или выбрасываемые из клеток в окружающую среду, ионы металлов играют роль необходимых компонентов ферментных систем, участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно – солевом, кислотно- щелочном, поддерживают осмотическое давление в клетках, влияют на иммунитет, кроветворении, свертываемости крови.

При оценке полноценности питания с позиции достаточности поступления химических элементов стоит иметь ввиду, что минеральные вещества представляют интерес только как «будущие биоэлементы», т.е. химические элементы которые находятся и функционируют в составе живого организма.

Наибольшую практическую ценность представляют две характеристики биоэлементов – их количественное содержание в организме и реакция организма на дефицит или избыток этих элементов.

Биоэлементы в зависимости от количественного содержания в организме, разделяют на:

· биоэлементы - органогены (их содержание в организме измеряется кг);

· биоэлементы - макроэлементы (их содержание измеряется в г);

· биоэлементы - микроэлементы (их содержание в организме измеряется в долях г).

Биоэлементы- органогены - это кислород, азот, углерод и водород. На их долю в организме приходится более 96% массы тела. Они образуют молекулы основных компонентов пищи – макронутриентов (белков, жиров, углеводов).

В группу биоэлементы- макроэлементы входит: фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор и относятся к числу незаменимых микронутриентов.

· фосфора – 800 мг/сутки;

· калия – 2500 мг/сутки;

· натрия – 1300 мг/сутки;

· хлора – 2300 мг/сутки;

· магния – 400 мг/сутки;

· кальция – 1000 мг/сутки.

Фосфор в форме фосфатов принимает участие во многих физиологических процессах, включая энергетический обмен в виде высокоэнергетического АТФ), регуляции кислотно – щелочного баланса, входит в состав фосфолипидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, участвует в клеточной регуляции путем фосфорилирования ферментов, необходим для минерализации зубов и костей. Дефицит приводит к анорексии, анемии, рахиту. Оптимальное соотношение фосфора к кальцию составляет 1:1.

Кальций необходимый элемент минерального матрикса кости, выступает регулятором нервной системы, участвует в мышечном сокращении. Дефицит приводит к деминерализации позвоночника, костей таза и нижних конечностей, повышает риск развития остеопороза.

Магний является кофактором многих ферментов, в том числе энергетического метаболизма, участвует в синтезе белков, нуклеиновых кислот, обладает стабилизирующим действием для мембран, необходим для поддержания гомеостаза кальция, калия и натрия. Недостаток магния приводит к гипомагниемии, повышению риска развития гипертонии, болезней сердца.

Калий является основным внутриклеточным ионом, принимающим участие в регуляции водного, кислотного и электролитного баланса, участвует в процессах проведения нервных импульсов, регуляции давления.

Натрий внеклеточный ион, принимающий участие в переносе воды, глюкозы крови, генерации и передаче электрических нервных сигналов, мышечном сокращении.

Хлор необходим для образования и секреции соляной кислоты в организме

Биоэлементы- микроэлементы включают в свой состав: железо, цинк, йод, медь, марганец, селен, хром, молибден, фтор.

Физиологическая потребность для взрослых составляет для:

· Железа – 10 мг/сутки для мужчин и 18 мг/сутки для женщин;

· Цинка – 12 мг/сутки;

· Йода – 150 мг/сутки;

· Медьи – 1,0 мг/сутки;

· Марганеца – 5 мг/сутки;

· Селена – 55 мкг/сутки для женщин и 70 мкг/сутки для мужчин;

· Хрома – 50 мкг/сутки;

· Молибдена – 70 мкг/сутки;

· Фтора – 4 мг/сутки.

Железо входит в состав различных по своей функции белков, в том числе ферментов. Участвует в транспорте электронов, кислорода, обеспечивает протекание окислительно – восстановительных реакций и активацию перекисного окисления.

Цинк входит в состав более 300 ферментов, участвует в процессах синтеза и распада углеводов, белка, жиров, нуклеиновых кислот и регуляции экспрессии ряда генов. Исследованиями последних лет выявлена способность высоких доз цинка нарушать усвоение меди, и тем способствовать развитию анемии.

Йод участвует в функционировании щитовидной железы, обеспечивая образования гормонов (тироксина и трийодтиронина). Он необходим для роста и дифференцировки клеток всех тканей организма человека, митохондриального дыхания, регуляции трансмембранного транспорта натрия и гормонов. Потребление йода с пищей варьируется в различных геохимических регионах.

Медь входит в состав ферментов, обладающих окислительно - восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов. Участвует в процессах обеспечения тканей организма человека кислородом.

Марганец участвует в образовании костной и соединительной ткани, входит в состав ферментов, включающихся в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов, необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов.

Селен – эссенциальный элемент антиоксидантной системы защиты организма человека, обладает иммуномодулирующим действием, участвует в регуляции действия тиреоидных гормонов.

Хром участвует в регуляции уровня глюкозы крови, усиливая действие инсулина. Дефицит приводит к снижению толерантности к глюкозе.

Молибден является кофактором многих ферментов, обеспечивающих метаболизм серусодержащих аминокислот, пуринов и пиримидинов. Фтор инициирует минерализацию костей. Недостаточное потребление фтора приводит к кариесу, преждевременному истиранию эмали зубов.

Для нормальной жизнедеятельности абсолютно необходимо не только регулярное получение макро- и микроэлементов, а также правильное их соотношение и адекватный уровень среднесуточного поступления.

Микронутриенты- пищевые вещества (витамины, минеральные вещества и микроэлементы), которые содержаться в пище в очень малом количествах – миллиграммах или микрограммах. Они не являются источниками энергии, но участвуют в усвоении пищи, регуляции функций, осуществлении процессов роста, адаптации и развитии организма.

Витамины – группа эссенциальных микронутриентов, участвующих в регуляции и ферментативном обеспечении большинства метаболических процессов. Поступают в организм с пищевыми продуктами, в которых находятся в свободном или связанном виде, а также в виде провитаминов. Витамины также синтезируются в организме человека, преимущественно в кишечнике, с участием нормальной кишечной микрофлорой.

Провитамины (греч. pro - перед, раньше, вместо)- биохимические предшественники витаминов. Провитаминами принято называть природные вещества, которые в организме животных и человека превращаются в витамины. Так, бета-каротин является провитамином А, эргостерин и 7-дегидрохолестерин – провитаминами D.

Отдельные витамины представляют собой группу близких по химической структуре соединений. Эти варианты одного и того же витамина называются витамерами. Они обладают сходными специфическими, но отличающимся по силе биологическим эффектом на организм.

Впервые вывод о существовании неизвестных веществ, абсолютно необходимых для жизни, сделал Николай Лунин в 1880 г. В своей диссертационной (по современным меркам – дипломной) работе, выполненной в Дерптском (ныне Тартуском) университете, он обнаружил, что мыши не могут выжить, питаясь искусственной смесью из белка, жира, сахара и минеральных солей. Вывод Лунина не получил признания, даже его руководитель Г.Бунге отнесся к этой идее скептически. И его можно понять. Еще в XIV в. английский философ Уильям Оккам провозгласил: "Сущности не следует умножать без необходимости". И этот принцип, известный как "бритва Оккама", ученые взяли на вооружение. И все-таки Лунин оказался прав! Его работа не была забыта, напротив, она стимулировала дальнейшие исследования в этом направлении. Потребовалось 30 лет для того, чтобы убедиться, что неудачи в кормлении животных искусственными смесями не связаны с отсутствием в пище ни нуклеиновых кислот, ни фосфолипидов, ни холестерина, ни незаменимых аминокислот, ни органических комплексов железа. И вывод о том, что в продуктах питания содержатся в очень малых количествах вещества, абсолютно необходимые для жизни, становился все более очевидным.

К 1910 г. был накоплен достаточный материал для открытия витаминов. И в 1911–1913 гг. произошел прорыв в этом направлении. За очень короткое время появилось большое число работ, заложивших основы учения о витаминах.

В 20-е гг. с разработкой способов получения экспериментальных авитаминозов и совершенствованием методов очистки витаминов постепенно становилось ясно, что витаминов не два и не три, а гораздо больше.

Вначале выяснили, что «витамин А» на самом деле является смесью двух соединений, одно из которых предотвращает ксерофтальмию, а другое – рахит. За первым сохранилась буква А, а второе назвали «витамин D». Затем был открыт витамин Е, предотвращавший бесплодие у крыс, растущих на искусственной диете. Тогда же стало ясно, что и «витамин В» состоит как минимум из двух витаминов. Вот тут и начинается первая путаница: одни исследователи обозначили новый витамин, предотвращавший пеллагру у крыс и стимулировавший рост животных, буквой G, другие предпочли называть этот фактор «витамином В 2 », а фактор, предотвращавший бери-бери, – «витамином В 1 ».

Термины В 1 и В 2 прижились. Фактор роста сохранил название В 2 , а фактор, предотвращающий пеллагру крыс, стал В 6 . Почему же использовали индекс 6? Разумеется, потому, что за это время появились В 3 , В 4 и В 5 . Куда же они потом делись? Название В 3 получило в 1928 г. новое вещество, найденное в дрожжах и предотвращавшее дерматит у цыплят. Об этом веществе долгое время не было известно практически ничего, а десять лет спустя, выяснилось, что оно идентично пантотеновой кислоте, которая изучалась как фактор роста дрожжей. В результате для этого витамина осталось название «пантотеновая кислота».

В 1929 г. в дрожжах был обнаружен фактор, который поспешили назвать «витамином В 4 ». Вскоре выяснилось, что этот фактор – не витамин, а смесь трех аминокислот (аргинина, глицина и цистина).

В 1930 г. появился термин «витамин В 5 »: такое название было предложено для фактора, который впоследствии оказался смесью двух витаминов. Один из них – никотиновая кислота, которую изредка продолжают называть «витамин В 5 », другой – витамин В 6 .

И в последующие годы продолжался тот же процесс: время от времени появлялись сообщения об открытиях новых факторов, и к букве «В» добавлялся новый индекс. Но повезло только индексу 12. Соединения с другими индексами либо оказались не витаминами или уже известными витаминами, либо их действие не получило подтверждения, либо название не получило широкого распространения.

А вскоре буквенная классификация витаминов утратила свое значение.

В 1976 г. Международный союз нутриционистов (от англ. nutrition – питание) рекомендовал сохранять буквенные обозначения в группе В только для витаминов В 6 и В 12 (по-видимому, из-за того, что эти витамины имеют несколько форм). Для остальных рекомендованы тривиальные названия веществ: тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, биотин – или обобщающие термины: ниацин, фолацин.

Главные общебиологические свойства витаминов:

· биосинтез витаминов осуществляется вне организма, лишь некоторое количество витаминов образуется благодаря деятельности кишечной микрофлоры. Поэтому основная часть витаминов должна поступать в организм человека извне, с пищевыми продуктами;

· витамины не являются пластическим материалом для построения тканей или источником энергии. Однако витамины необходимы для всех жизненно важных процессов и эффективны уже в очень малых количествах;

· недостаточное содержание витаминов в пище, снижение их усвоения, нарушения состава и функций кишечной микрофлоры ведет к развитию патологических процессов – гиповитаминозов (авитаминозов);

· избыточное накопление в организме некоторых витаминов (А, Д) также может сопровождаться развитием патологических проявлений (гипервитаминозы);

· для предотвращения развития гиповитаминозов эффективно профилактическое применение соответствующих витаминов;

· для лечения гипо- и авитаминозов необходимо применять повышенные дозы витаминов.

Потребность человека в отдельных витаминах зависит от возраста, состояния здоровья, характера деятельности, времени года, полноценности питания. Физическое напряжение и интенсивная умственная деятельность сопровождается повышенным расходованием ряда витаминов. Поэтому величина необходимой совокупности алиментарных факторов для поддержания динамического равновесия между человеком, как сформировавшимся в процессе эволюции биологическим видом, и окружающей средой, и направленная на обеспечение жизнедеятельности, сохранения и воспроизводства вида и поддержания адаптационного потенциала значительно варьируется.

Водорастворимые витамины.

Витамин С (формы и метаболиты аскорбиновой кислоты) – участвует в окислительно – восстановительных реакциях, функционировании иммунной системы, способствует усвоению железа. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 90 мг/сутки.

Витамин В 1 – тиамин в форме образующегося из него тиаминдифосфата входит в состав важнейших ферментов углеводного и энергетического обмена, обеспечивающих организм энергией и пластическими веществами, а также метаболизма разветвленных аминокислот. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 1,5 мг/сутки.

Витамин В 2 –рибофлавин в форме коферментов участвует в окислительно – восстановительных реакциях, способствует повышению восприимчивости цвета зрительным анализатором и темновой адаптации. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 1,8 мг/сутки.

Витамин В 6 – пиридоксин в форме своих коферментов участвует в превращениях аминокислот, метаболизме триптофана, липидов и нуклеиновых кислот, участвует в поддержании иммунного ответа, участвует в процессах торможения и возбуждения в центральной нервной системе, способствует нормальному формированию эритроцитов, поддержанию нормального уровня гомоцистеина в крови. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 2,0 мг/сутки.

Ниацин в качестве кофермента участвует в окислительно – восстановительных реакциях энергетического метаболизма. Физиологическая потребность для взрослых – 20 мг/сутки.

Витамин В 12 – играет важную роль в метаболизме и превращениях аминокислот. Фолат и витамин В 12 являются взаимосвязанными витаминами, участвуют в кроветворении. Физиологическая потребность для взрослых – 3 мкг/сутки.

Фолаты в качестве кофермента участвует в метаболизме нуклеиновых и аминокислот. Дефицит фолатов ведет к нарушению синтеза нуклеиновых кислот и белка, следствием чего является торможение роста и деления клеток, особенно в быстро пролифелирующих тканях: костный мозг, эпителий кишечника и др. недостаточное поступление фолата во время беременности является одной из причин недоношенности, гипотрофии, врожденных уродств и нарушения развития ребенка. Показа выраженная связь между уровнем фолата, гомоцистеина и риском возникновения сердечно – сосудистых заболеваний. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 400 мг/сутки.

Пантотеновая кислота участвует в белковом, жировом, углеводном обмене, обмене холестерина, синтезе ряда гормонов, гемоглобина, способствует всасыванию аминокислот и сахаров в кишечнике поддерживает функцию коры надпочечников. Физиологическая потребность для взрослых – 5 мкг/сутки.

Биотин участвует в синтезе жиров, гликогена, метаболизме аминокислот. Физиологическая потребность для взрослых – 50 мкг/сутки.

Природные вещества пищи с установленной химической структурой, присутствующие в ней в миллиграммах и микрограммах, играющих важную и доказанную роль в адаптационных реакциях организма, поддержании здоровья, но не являющиеся эссенциальными пищевыми веществами - это минорные и биологически активные вещества пищи, с установленным физиологическим действием. К ним относят витаминоподобные вещества, т.е. вещества животного и растительного происхождения с доказанной ролью в обмене веществ и энергии, сходные по своему физиологическому действию с витаминами. На текущий момент времени к ним относят ниже описанные соединения.

Инозит участвует в обмене веществ, вместе с холином участвует в синтезе лецитина, оказывает липотропное действие. Рекомендуемые уровни употребления для взрослых -500 мг/сутки.

L- карнитин играет важную роль в энергетическом обмене, осуществляет перенос длинноцепочечных жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий для последующего их окисления и, тем самым, снижает накопление жира в тканях. Дефицит карнитина способствует нарушению липидного обмена, в том числе развитию ожирения, а также развитию дистрофических процессов в миокарде. Рекомендуемые дозы употребления для взрослых – 300 мг/сутки.

Коэнзим Q 10 (убихинон) – это соединение участвует в энергетическом обмене и сократительной деятельности сердечной мышцы. Рекомендуемый уровень употребления для взрослых 30 мг/сутки.

Липоевая кислта оказывает липотропный эффект, оказывает детоксицирующее действие, участвует в обмене аминокислот и жирных кислот. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых 30 мг/сутки.

Метилметионинсульфоний (витамин U) участвует в метилировании гистамина, что способствует нормализации кислтности желудочного сока и проявлению антиаллергического действия. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых – 200 мг/ сутки.

Оротовая кислота (витамин В 13) – участвует в синтезе нуклеиновых кислот, фосфолипидов билирубина. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –300 мг/сутки.

Парааминобензойная кислота участвует в метаболизме белков и кроветворении. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –100 мг/сутки.

Холин входит в состав лейцитина, играет роль в синтезе и обмене фосфолипидов в печени, является источником свободных метильных групп, действует как липотропный фактор. В обычном рационе содержится 500-900 мг. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –500 мг/сутки.

Микросоединения.

Кобальт входит в состав витамина В 12 . Активирует ферменты обмена жирных кислот и метаболизма фолиевой кислоты. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –10 мкг/сутки.

Кремний входит в качестве структурного компонента в состав гликозоаминогликанов и стимулирует синтез коллагена. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –30 мг/сутки.

Индолы (индол-3- карбинол) относятся к продуктам гидролиза глюкозинолатов растений семейства крестоцветных. Биологическая активность пищевых индолов (индол-3- карбинол, аскорбиген, индол-3-ацетонитрил) связана с их способностью индуцировать активность монооксигеназной системы и некоторых ферментов 2 фазы метаболизма ксенобиотиков (глутатионтрансферазы). Имеются данные эпидемиологических наблюдений о существовании определенной связи между высоким уровнем потребления индол-3- карбинола и снижением частоты риска развития некоторых видов гормонозависимых опухолей. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –50 мкг/сутки.

Флавоноиды широко представлены в пищевых продуктах растительного происхождения. Регулярное потребление этих соединений приводит к достоверному снижению риска развития сердечно – сосудистых заболеваний. высокая биологическая активность флавоноидов обусловлен наличием антиоксидантных свойств. Установлена также важная роль флавоноидов в регуляции активности ферментов метаболизма ксенобиотиков. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –250 мг/сутки (в том числе катехинов – 100 мг/сутки).

Изифлавоны, изофлавонгликозиды содержатся в бобовых. Не являясь стероидными соединениями, они способствуют нормализации холестеринового обмена, оказывают антиоксидантное действие, способствуют нормализации обмена кальция, гормонального баланса. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –50 мг/сутки.

Растительные стерины (фитостерины) содержатся в различных видах растительной пищи человека и в море продуктах. Они являются обязательны компонентом растительных масел. Существенно снижают уровень свободного холестерина в липопротеидах низкой плотности, способны вытеснять холестерин из мембранных структур. Рекомендуемый уровень потребления растительных стеринов для взрослых –300 мг/сутки.

Глюкозамин сульфат – полисахарид хрящевой ткани животных и рыб, входит в состав гликопртеидов. Естественный компонент пищи человека. Участвует в формировании ногтей, связок, кожи, костей, сухожилий, суставных поверхностей, клапанов сердца и др. Положительное действие глюкозаминсульфата на организм человека и функциональную активность опорно - двигательного аппарата доказано в клинических исследованиях. Рекомендуемый уровень потребления для взрослых –700 мг/сутки.

Контрольные вопросы

1.Что подразумевается под балансом основных пищевых веществ в организме человека?

2.Какую физиологическую роль выполняют белки в организме человека. Как это связано с понятием «качества» пищевого белка?

3.Охарактеризуйте физиологическую роль основных пищевых жиров животного и растительного происхождения для организма человека?

4. Охарактеризуйте физиологическую роль основных классов углеводов продуктов питания для организма человека?

5.Что подразумевают под «гликемическим индексом» пищевых продуктов?

6. Какое физиологическое значение имеют основные группы минеральных веществ и витаминов, содержащихся в продуктах питания?

Белки - это высокомолекулярные азотистые соединения, основная и обязательная часть всех организмов. Белковые вещества участвуют во всех жизненно важных процессах. Например, обмен веществ обеспечивается ферментами, по своей природе относящимися к белкам. Белками являются и сократительные структуры, необходимые для выполнения сократительной функции мышц - актомиозин; опорные ткани организма - коллаген костей, хрящей, сухожилий; покровные ткани организма - кожа, ногти, волосы.

Среди многочисленных пищевых веществ белкам принадлежит наиболее важная роль. Они служат источником незаменимых аминокислот и так называемого неспецифического азота, необходимого для синтеза белков. От уровня снабжения белками в большой степени зависят состояние здоровья, физическое развитие, физическая работоспособность, а у детей раннего возраста - и умственное развитие. Достаточность белка в пищевом рационе и его высокое качество позволяют создать оптимальные условия внутренней среды организма, необходимые для роста, развития, нормальной жизнедеятельности человека и его работоспособности. Под влиянием белковой недостаточности могут развиваться такие патологические состояния, как отек и ожирение печени; нарушение функционального состояния органов внутренней секреции, особенно половых желез, надпочечников и гипофиза; нарушение условно-рефлекторной деятельности и процессов внутреннего торможения; снижение иммунитета; алиментарная дистрофия. Белки состоят из углерода, кислорода, водорода, фосфора, серы и азота, входящих в состав аминокислот - основных структурных компонентов белка. Белки различаются уровнем содержания аминокислот и последовательности их соединения. Различают белки животные и растительные.

Белки входят также в состав гормонов, эритроцитов, некоторых антител, обладая высокой реактивностью.

Питательная ценность белков пищи зависит прежде всего от их аминокислотного состава и полноты утилизации в организме. Известны 22 аминокислоты, каждая имеет особое значение. Отсутствие или недостаток какой-либо из них ведет к нарушению отдельных функций организма (рост, кроветворение, вес, синтез белка и др.). Особенно ценны следующие аминокислоты: лизин, гистидин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, валин. Для маленьких детей большое значение имеет гистидин.

Физиолого-гигиеническив нормы потребности в белках. Эти нормы исходят из минимального количества белка, которое способно поддержать азотистое равновесие организма человека, т. е. количество азота, введенного в организм с белками пищи, равно количеству азота, выведенного из него с мочой за сутки.

Физиологическая суточная норма белка зависит от возраста, пола и профессиональной деятельности. Например, для мужчин она составляет 96-132 г, для женщин - 82 - 92 г. Это нормы для жителей больших городов. Для жителей малых городов и сел, занимающихся более тяжелой физической работой, норма суточного потребления белка увеличивается на 6 г. Интенсивность мышечной деятельности не влияет на обмен азота, но необходимо обеспечить достаточное для таких форм физической работы развитие мышечной системы и поддерживать ее высокую работоспособность (табл. 30).

Современная наука достигла определенных успехов в изучении вопросов рационального питания. Хорошо известно, что его основу составляют получаемые с пищей белки, жиры, углеводы, а также витамины и минеральные вещества.

Белки, или протеины, имеют наибольшее значение для жизнедеятельности организма. Они являются структурной основой всех клеток тела, обеспечивают их деятельность. Белки выполняют разнообразные функции, такие как, каталитическая, структурная, регуляторная, сигнальная, транспортная, запасная (резервная), рецепторная, моторная (двигательная). Белки в организме человека образуются из пищевых белков, которые в результате переваривания расщепляются до аминокислот, всасываются в кровь и используются клетками. Существует 20 аминокислот, которые делятся на заменимые (они синтезируются в организме) и незаменимые, которые поступают с продуктами питания. К незаменимым аминокислотам относятся валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан, аргинин, гистидин, особо важными признаны метионин, лизин и триптофан. Они содержатся преимущественно в продуктах животного происхождения. Особенно необходим для умственной деятельности метионин. Наибольшее содержание его в твороге, яйцах, сыре, мясе.

Средняя потребность организма в белках составляет 1-1,3 г на килограмм массы тела. В суточный рацион людей умственного труда следует включать белки как животного, так и растительного происхождения. Соотношение их составляет 45:55. Из растительных наибольшей ценностью и биологической активностью обладают белки сои, картофеля, овсянки, гречневой крупы, фасоли, риса.

Жиры- наиболее концентрированный источник энергии. Вместе с тем в организме они выполняют и другие важные функции: совместно с белками образуют структурную основу клеток, защищают организм от переохлаждения, служат естественными источниками витаминов А, Е, Д. Поэтому жиры и особенно их основной компонент-жирные кислоты-являются незаменимой составной частью пищи. Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасыщенные. Одни из самых ценных в биологическом отношении среди ненасыщенных жирных кислот-арахидоновая и линолевая. Они укрепляют стенки кровеносных сосудов, нормализуют обмен веществ, противодействуют развитию атеросклероза. Соотношение животных и растительных жиров составляет 70:30.

Арахидоновая кислота содержится только в животных жирах (свином сале--2%, сливочном масле-0,2%). Богато этим продуктом и парное молоко.

Линолевая кислота находится преимущественно в растительных маслах. Из общего количества жиров, входящих в пищу, рекомендуется потреблять 30-40 % растительных. Потребность организма в жирах составляет примерно 1-1,2 г на килограмм массы. Избыток жиров ведет к появлению излишней массы тела, отложению жировой клетчатки, нарушению обмена веществ.

Углеводы, обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Углеводы считаются основным источником снабжения организма энергией. Кроме того, они необходимы для нормального функционирования нервной системы, главным образом головного мозга. Доказано, что при интенсивной умственной деятельности расходы углеводов повышаются. Углеводы также играют важную роль в обмене белков, окислении жиров, но их избыток в организме создает жировые отложения.

Углеводы поступают с пищей в виде моносахаридов (фруктозы, галактозы), дисахаридов (сахарозы, лактозы) и полисахаридов (крахмала, клетчатки, гликогена, пектина), превращаясь в результате биохимических реакций в глюкозу. Потребность организма в углеводах составляет примерно 1 г на килограмм массы. Излишнее употребление углеводов, особенно сахара, чрезвычайно вредно.

Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70-80 % глюкозы и фруктозы. Помимо того, употребление углеводов в виде рафинированного сахара, конфет способствует развитию кариеса зубов. Поэтому рекомендуется в качестве источников углеводов больше использовать продукты, содержащие полисахариды (каши, картофель), фрукты и ягоды.

Средняя суточная потребность человека в углеводах составляет 4-5 г на килограмм массы. Углеводы в виде сахарного песка, меда, варенья рекомендуется вводить 35%, а остальное количество желательно восполнять за счет хлеба, картофеля, круп, яблок и т. д. http://www.ref.by/refs/89/20072/1.html