Білки є основним будівельним матеріалом різноманітних біологічних структур клітин організму, тому обмін білків має першорядну роль в їх руйнуванні і новоутворенні. У здорової дорослої людини за добу оновлюється 1-2 % загальної кількості білків тіла, що пов’язане переважно з деградацією м’язових білків до вільних амінокислот. Близько 75-80 % вивільнених амінокислот знову використовуються в біосинтезі. Біля 10-15 % енергоспоживання організму забезпечується білками. При окисненні 1 г білків виділяється 17 кДж енергії.
Стан обміну білків в організмі людини може оцінюватись по азотистому балансу. Азотистий баланс – це різниця між кількістю введеного з їжею та виведеного з організму у вигляді кінцевих продуктів його обміну (г азоту за добу).
Азотиста рівновага спостерігається у випадках, коли кількість введеного та виведеного азоту однакове. Такий стан є фізіологічною нормою. Загальний вміст азоту в сечі людини в нормі складає 10-18 г/доба.
Позитивний азотистий баланс спостерігається при накопиченні азоту в організмі. В цьому випадку процеси синтезу переважають над процесами розкладу білків в тканинах. Це можливо у випадках молодого організму та у спортсменів при довготривалій адаптації до фізичних навантажень.
Негативний азотистий баланс має місце при надмірному виведенні азоту з організму (повне або часткове білкове голодування) у випадку виконання великих фізичних навантажень або у похилому віці.
М’язова діяльність різного характеру викликає зміну азотистого балансу, що необхідно враховувати при тренувальному процесі для попередження виснаження організму.
Білки є основним пластичним матеріалом нашого організму, який іншими речовинами замінити неможливо. Залежно від амінокислотного складу для покриття потреб організму в білку необхідна різна кількість окремих білків. Найбільш цінними є білки, які в достатній кількості містять всі необхідні організму незамінні амінокислоти.
Біологічна кількість білка визначається якісним і кількісним складом амінокислот. Цінними є білки молока, м’яса і курячого яйця, із рослинних білків – білки картоплі, хліба. У змішаній дієті, що складається з 110-120 г білків, 40-60 г жирів і 600-700 г вуглеводів, має міститись не менше 50% білків тваринного походження. Така дієта забезпечує потребу організму в усіх незамінних амінокислотах.
Розщеплення білків на амінокислоти відбувається в травному тракті. Процес обміну білків включає перетравлювання, усмоктування продуктів розщеплення і внутрішньоклітинний обмін.
Послідовність основних етапів перетворення білків в організмі людини схематично показано на рис. 7.
| Синтез білка, креатину та інших речовин
| |
| Гормо–Біосинтез
нів білка
| |
| ВСМОКТУ-ВАННЯ амінокислот в кров
| |
| Трипсин
Хімотрипсин
Дипептидази
в кишечнику
| |
Рис. 7.
Схема основних етапів обміну білків в організмі людини
Білки їжі в ротовій порожнині не розщеплюються, тому що слина не має ферментів, що розщеплюють білки.
Перетравлювання білків відбувається в шлунку і тонких кишках. Під дією хлороводневої кислоти, що міститься в шлунковому соці, який виділяється слизовою оболонкою шлунку (2,5 л на добу),
відбувається набрякання білків, що полегшує їх гідролітичне розщеплення ферментами.
Хімічне розщеплення білків починається в шлунку під дією протеолітичних ферментів (пептидгідролаз), які розщеплюють пептидні зв’язки між амінокислотами.
R1 — C — N — R2 + H2O → R1 –– C ––OH + R2 ––NH2
O H OH
Ці ферменти утворюються в неактивній формі, що запобігає самоперетравленню білків в клітинах, де вони синтезуються, і стінках шлунково-кишкового тракту.
Фермент шлункового соку пепсин утворюється з неактивного пепсиногену під дією хлороводневої кислоти. Він проявляє ферментативну активність в дуже кислому середовищі при рН 1-2. Пепсин розщеплює пептидні зв’язки білків з утворенням високомолекулярних пептидів та простетичних груп. Ферменти соку підшлункової залози трипсин і хімотрипсин проявляють максимальну активність при рН 7,8. Вони розщеплюють білки на більш прості сполуки – низькомолекулярні пептиди та деяку кількість вільних амінокислот.
Заключне розщеплення низькомолекулярних пептидів до амінокислот відбувається під дією високоспецифічних ферментів амінопептидаз, карбоксипептидаз та дипептидаз.
Ферменти мікрофлори товстого кишечнику розщеплюють амінокислоти з утворенням різних токсичних речовин: фенолу, крезолу, сірководню, меркаптанів (процес гниття).
Весь процес перетравлення білків займає в середньому 8-12 год. після прийняття їжі (рис. 8).
| Поліпептиди і амінокислоти
| |
| Поліпептиди і амінокислоти
| |
| Трипсин
Хімотрипсин
(рН біля 7,8)
| |
Рис. 8.
Перетворення білків в процесі травлення і всмоктування амінокислот
Всмоктування амінокислот в кишечнику включає різні механізми їх транспорту крізь стінки кишечнику та капілярів: осмос, дифузію, активний транспорт.
Амінокислоти, які утворилися при розщепленні білків їжі, використовуються для біосинтезу специфічних для організму білків. Щодобово в організмі утворюється 1,3 г білка на 1 кг маси тіла. Білки в клітинах організму постійно синтезуються, так як вони мають обмеження часу життя. Всі білки організму оновлюються за 130-150 діб.
Процес біосинтезу білка – складний багатоступінчастий процес. Основна роль у визначенні структури білків, які синтезуються, належить ДНК. Послідовність та набір амінокислот в білковій молекулі визначає послідовність нуклеотидів в молекулі ДНК. Самі ДНК безпосередньо в синтезі білків участь не приймають. Вони знаходяться в ядрі клітини і вміщують генетичну інформацію про структуру білка. Синтез білка відбувається в рибосомах – клітинних структурах, які знаходяться в цитоплазмі.
Синтез білка потребує витрат великої кількості АТФ. Для приєднання одної амінокислоти до поліпептидного ланцюга білка, який синтезується, використовується п’ять молекул АТФ.
Перетворення амінокислоти в організмі людини відбувається переважно в клітинах печінки, нирках і незначною мірою – у клітинах скелетних м’язів.
Відщеплення аміногруп від амінокислоти відбувається в процесах дезамінування (перенесення амінної групи від однієї молекули до іншої без утворення вільного аміаку). Окисне дезамінування полягає у відщепленні аміногруп від амінокислоти з виділенням аміаку.
При декарбоксилуванні амінокислот у тканинах утворюються аміни. У результаті різних перетворень амінокислот у тканинах організму утворюються аміак, вуглекислий газ і вода. Основний шлях знешкодження аміаку пов’язаний з утворенням сечовини, що являє собою нейтральну сполуку, розчинну у воді. На частку азоту сечовини припадає від 80 до 85 % загальної кількості азотистих речовин сечі.
Обмін нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти є складовою частиною нуклеопротеїдів і входять до складу харчових продуктів. Під дією травних соків травного каналу нуклеопротеїди розщеплюються на прості білки і нуклеїнові кислоти. У результаті повного розщеплення мононуклеотидів утворюються азотисті основи, пентози і фосфатна кислота, які використовуються організмом для біосинтезу різних сполук, у тому числі нуклеотидів, нуклеїнових кислот і нуклеопротеїдів.
Регуляція біосинтезу білка можлива на всіх її етапах: на рівні активації і переносу амінокислот до рибосом, на рівні біосинтезу ДНК, різних видів РНК та рибосом, а також на рівні організації субклітинних структур, клітин органу і організму.
