Обмен белков — все, что нужно знать об этом процессе. Обмен белков, его возрастные особенности. Регуляция белкового обмена

Белки вносят незначительный вклад в энергетику мышечной деятельности, поскольку обеспечивают только 10-15 % общего энергопотребления орга­низма. Тем не менее они играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композици­онного состава мышц.

Физические нагрузки вызывают изменения в процессах синтеза и рас­пада белков в тканях, особенно в скелетных мышцах и печени, степень вы­раженности которых зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок, а также от тренированности организма. Изменение внутриткане­вого обмена белков определяют обычно по концентрации в крови отдель­ных незаменимых аминокислот, которые в организме не синтезируются и образуются при распаде тканевых белков. В качестве специфического по­казателя распада сократительных белков актина и миозина используется 3-метилгистидин.

Однократные физические нагрузки вызывают угнетение синтеза белка и усиление их катаболизма. Так, например, при беге на тредмиле в тече­ние часа скорость синтеза белка в печени снижалась на 20 %, а при пре­дельной работе - на 65 %. Такая закономерность наблюдается и в скелет­ных мышцах. Под воздействием физических нагрузок усиливается распад мышечных белков (преимущественно структурных), хотя отдельные виды нагрузок усиливают распад и сократительных белков.

При систематических физических нагрузках в мышцах и других тканях активируется адаптивный синтез белка, увеличивается содержание струк­турных и сократительных белков, а также миоглобина и многих ферментов. Это приводит к увеличению мышечной массы, поперечного сечения мы­шечных волокон, что рассматривается как гипертрофия мышц. Увеличение количества ферментов создает благоприятные условия для расширения энергетического потенциала в работающих мышцах, что, в свою очередь, усиливает биосинтез мышечных белков после физических нагрузок и улуч­шает двигательные способности человека.

Нагрузки скоростного и силового характера усиливают в большей сте­пени синтез миофибриллярных белков в мышцах, а нагрузки на выносли­вость - митохондриальных ферментов, обеспечивающих процессы аэроб­ного синтеза АТФ. Тип физической нагрузки (плавание, бег) также во мно­гом определяет величину изменений белкового синтеза.

Адаптационные изменения обмена белков при мышечной деятельнос­ти изучались А.А. Виру, В.А. Рогозкиным, Н.Н. Яковлевым и другими уче­ными, которые пришли к заключению, что под влиянием тренировки в ске­летных мышцах происходит адаптивная активация всех основных звеньев синтеза белка , приводящая к общему увеличению клеточного белоксинтезирующего потенциала. В индукции адаптивного синтеза белка при трени­ровке важная роль принадлежит гормонам: глюкокортикоидам, адренали­ну, соматотропину, тироксину, инсулину. Они участвуют в обеспечении пе­рехода срочных адаптивных реакций в долговременную адаптацию.

Н.Н. Яковлевым обобщены возможные пути адаптивного протеиносин-теза в мышцах под влиянием систематической мышечной деятельности (рис. 100). Начало биохимической адаптации связано с повышением активности ряда ферментов и увеличением количества энергетических субстратов. Усиление энергетического обмена ведет к образованию мета­болитов - индукторов белкового синтеза на генетическом уровне. Индук­торами могут служить АДФ, АМФ, креатин, некоторые аминокислоты, цик­лический АМФ и др. Повышение активности генома вызывает усиление процессов трансляции либо синтеза структурных сократительных или фер­ментативных белков, что, в свою очередь, обеспечивает высокую функци­ональную активность мышц тренированного организма при выполнении мышечной работы.

Существенный вклад в энергетику мышечной деятельности, особенно длительной, вносят аминокислоты - продукты распада эндогенных белков. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической ра­боты может увеличиваться в 20-25 раз. Эти аминокислоты окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию ее уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах.

Одной из важнейших макромолекулярных групп в организме человека являются белки. Причем, их формы отличаются большим разнообразием: рецепторы клеточного типа, молекулы сигнального типа, элементы образующие структуру, определенные ферменты, вещества переносящие кислород и углекислый газ (речь идет о гемоглобине). И это далеко не весь перечень. Именно белок является одним их основных элементов в костном составе, его активное участие присутствует в строении связок, мышц, ткани организма, благодаря ему активно растут и восстанавливаются. Так что роль белков в организме человека, в обмене веществ переоценить трудно.

Однако, на всем вышеперечисленном функции белка не ограничиваются, дело в том, что именно такое вещество является незаменимым энергетическим источником. Есть ещё характерная особенность подобных веществ — организму человек по ряду причин не удается сохранять из про запас, поэтому, для того, что человеческий организм функционировал в нормальном режиме, надо потреблять белки на постоянной основе, только тогда белковый обмен будет в норме.

Если говорить о том, где начинается метаболизм белков, то все это начинается в районе желудка человека. Процесс носит следующий характер:

• еда, которая содержит много белка, начинает попадать в желудок человека, там первым делом начинает функционировать фермент под названием пепсин, а также к делу подключается соляная кислота;
• именно соляная кислота осуществляет обеспечение того уровня, в котором белки могут денатурироваться. Когда на них оказывает свое воздействие пепсин, то белки начинают процесс распада, при этом образуются полипептиды, а также аминокислоты, которые являются их составляющими;
• потом пищевая кашица, которая называется химус оказывается в тонком кишечнике;
• начинает работать поджелудочная железа, выделяющая сок с содержанием натриевого бикорбаната (речь идет о соде);
• соляная кислота нейтрализуется, что обеспечивает надежную защиту для кишечника человека.

Очень важно отметить, что организм имеет возможность для процесса синтезирования необходимых для его нормальной деятельности белков из аминокислот.

Все это получается из продуктов питания, те белки, которые оказываются в таком процессе лишними, просто начинают постепенно превращаться в глюкозу, также может быть превращение в триглецириды. Они имеют очень важную функцию — поддерживают энергию, а также способствуют увеличению резерва энергии в организме человека.

Тонкий кишечник отличается ещё и тем, что именно в нем начинают выделительные процессы гормоны пищеварительного типа, при этом выделяется секретин, а именно такие вещества способствуют дальнейшему белковому расщеплению. А ещё секретин осуществляет стимуляцию секреции сока железы поджелудочного типа, она тоже может осуществлять выработку большего числа элементов пищеварения.

Здесь выделяются такие вещества, как протеаза, эластаза и трипсин, а все это помогает лучше перевариваться белкам. Когда такие ферменты собираются вместе, белки сложного состава начинают разбиваться на определенные аминокислоты. Их транспортировка осуществляется через кишечную слизистую, её предназначение нужно для синтеза иных белковых соединений, потом они конвертируются в жиры.

Какова роль гормонов и ферментом в белковом обмене

Такой сложный процесс, как обмен белков не может осуществляться без определенных ферментов и гормонов. Об из функциях следует рассказать подробнее:

• роль ферментов в тонком кишечнике и желудке такова, что белки начинают расщепляться на аминокислотные части;
• HCI в области желудка помогают развиваться протеолизу;
• гормоны, которые секретируются кишечными клетками осуществляет регулирование пищеварительного процесса.

Белковые вещества, которые находятся в поджелудочной железе и тонком кишечнике, не должны расщепляться. Для предотвращения этого процесса железа поджелудочного типа осуществляет выработку проферементов, которые не являются активными. Внутри везикул поджелудочной железы имеются такие вещества, как:

• трипсин;
• химитрипсин;
• химотрипсиноген.

После того, как в тонкий кишечник попадает фермент, который располагается в пределах стенок тонкого кишечника, начинается его связь с трипсиногеном, после чего начинается активная форма, то есть, трипсин. Потом, начинается трансформация его в активную форму, то есть, в тринотрипсин. Функция такая веществ заключается в том, что они расщепляют белки крупного размера на пептиды, это осуществляется в процессе протеолиза.

Потом такие маленькие пептиды тоже начинают расщепляться на определенные аминокислоты, начинается их транспортировка через поверхностную часть кишечной слизистой, при этом используются аминокислотные транспортеры. Роль таких транспортеров заключается в том, чтобы связывать натрий и аминокислоты, потом они переносятся через оболочку. Когда натрий и аминокислоты оказывается на клеточной поверхности базального типа, то они начинают свое высвобождение.

Примечательно, что использование натрия, как транспортера, может быть использовано неоднократно, а что касается аминокислот, то они начинают свое проникновение в кровоток, потом начинается транспортировка к области печени, а также во всю клеточную структуру организма человека для того, чтобы синтезировать белки.

Если говорить о свободных аминокислотах, то они применяются для процесса синтеза белковых соединений нового типа. Если в организме аминокислот становится слишком много, причем, настолько много, что их хранить становится просто невозможно, то начинается их конвертация в глюкозу, также конвертация может быть в кетоны, а если все это не подходит, то тогда начинается процесс расщепления. Когда аминокислоты расщепляются, то получаются соединения углеводородного типа или же шлаки азотистого типа.

Но нужно понимать, что если наблюдаются высокая концентрация азота, то это может носить токсичный характер, так что сначала он проходит соответствующую обработку, благодаря которой из организма азот выводится. Такая биохимия процесса носит сложный характер, но очень слаженный, если такая биохимия подвергается нарушениям, то последствия могут быть самыми негативными. Если замечаются любые негативные симптомы, даже самые незначительные, то необходимо своевременно сдать определенные анализы, здесь может быть биохимическое исследование крови и ряд иных исследований.

Как образуется мочевина

Обмен белков подразумевает такой процесс, как цикл орнитинового типа, то есть образование мочевины. Здесь речь идет о биохимическом комплексе, в котором происходит образование мочевины из аммониевых ионов. Это необходимо для того, чтобы не было допущено повышения концентрации аммония в человеческом организме, когда он может достигнуть критического уровня. Такой процесс в основном проходить в районе печени, также задействуется и почечная область.

Результатом такого сложного и слаженного процесса начинается молекулярное образование, причем, образуются такие молекулы, которые нужны для нормального функционирования цикла Кребса. Все это приводит к тому, что начинает образовываться вода и мочевина. А что касается вывода мочевины, то этот процесс осуществляется посредством почек, она входит в состав урины.

Для того, чтобы были дополнительные энергетические источники, не редко задействуются аминокислоты, это особенно актуально, когда начинается период голода. Дело в том, что когда аминокислоты начинают обрабатываться, то получаются продукты метаболизма, которые имеют форму промежуточного характера. Здесь может иметь место кислота пировиноградного типа и другие вещества, все это требует дополнительных энергетических источников и вот здесь существенную поддержку способны оказать аминокислоты.

Подводя итог, можно сказать, что в результате белкового метаболизма аминокислоты нужны для того, чтобы синтезировать белковые соединения, которые необходимы для нормальной деятельности организма человека. Также они могут быть использованы в качестве альтернативных энергетических источников, также они могут просто выводиться, поскольку в них больше нет никакой необходимости, и в организме человека их хранить не стоит. Так что, для нормально роста и функционирования человеческого организма белки просто необходимы, они способны эффективно восстанавливать тканевые соединения и поддерживают здоровье человека в полном порядке. Также для этого нужны протеины, витамины и минералы.

Общая характеристика

Глава 28. Обмен веществ и энергии

Обмен веществ (метаболизм) - одно из базовых свойств живого организма. Суть его в постоянном поступлении и выведении из организма различных веществ. В организм человека поступает кислород, вода, органические и неорганические вещества. Сложные органические вещества, поступающие в организм, расщепляются до простых веществ, всасываются и поступают в клетки, где часть подвергается распаду и окислению до воды углекислого газа, аммиака, мочевины, молочной кислоты, обеспечивая организм энергией - реакции диссимиляции, или энергетического обмена (катаболизма) .

Другая часть поступивших веществ является строительным материалом для реакций ассимиляции, или пластического обмена (анаболизма). Из организма удаляются углекислый газ, продукты обмена, выделяется энергия.

Реакции ассимиляции и диссимиляции протекают одновременно и взаимосвязано. Синтез веществ требует энергии, которая образуется в реакциях энергетического обмена, а для реакций энергетического обмена нужны ферменты, синтезируемы в результате ассимиляции.

Обмен веществ зависит от выполняемой работы, от возраста͵ от состояния человека. В период роста преобладают реакции пластического обмена, в период старения реакции катаболизма. Регуляция осуществляется с помощью нервной системы и желœез внутренней секреции.

Белки составляют около 25% от массы тела. В пище различают белки растительного и животного происхождения, всœе они состоят из 20 видов аминокислот, из которых 10 являются незаменимыми - не могут синтезироваться в организме человека и должны поступать вместе с пищей.

Учитывая зависимость отаминокислотного состава белки делят на две группы: полноценные , содержащие всœе виды аминокислот и неполноценные . Растительные белки чаще неполноценные, в них могут отсутствовать некоторые аминокислоты, в связи с этим пища вегетарианцев должна быть разнообразной.

Под действием ферментов пищеварительного тракта (пепсина, трипсина, химотрипсина, эрепсина) белки гидролизуются до аминокислот, которые всасываются в кровь и транспортируются в клетки. В отличие от углеводов, накапливаться ʼʼпро запасʼʼ аминокислоты не могут, часть из них вступает в реакции ассимиляция, клетки организма непрерывно синтезируют белки, необходимые для нормальной жизнедеятельности, а избыток аминокислот подвергается диссимиляции, полное окисление аминокислот и белков происходит до СО 2 , Н 2 О и NH 3 . Аммиак ядовит и выводится из клеток в кровь. В печени превращается в менее ядовитую мочевину, которая удаляется из организма через мочевыделительную систему. (Животные с удаленной печенью погибают из-за накопления в организме аммиака). При полном окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж.

При положительном азотистом балансе в организм поступает больше азота͵ чем выделяется, к примеру, во время роста; при отрицательном балансе - наоборот. Выведение 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. Суточная потребность в белке 50-150 ᴦ. При избытке белки превращаются в углеводы и жиры. Синтезироваться из углеводов и жиров не могут.

В регуляции белкового обмена играют важную роль некоторые гормоны, к примеру, тироксин, который вызывает расщепление белков и превращение их в углеводы; соматотропный гормон усиливает биосинтез белков организмом.

Белковый обмен - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Белковый обмен" 2017, 2018.

Обмен веществ - это совокупность химических превращений, которым подвергаются в организме соединения, поступающие извне.

Деление сложного и многообразного обмена веществ на отдельные виды затрудняет комплексный подход к его оценке в условиях нормы и патологии человека. Такое разделение обмена веществ на различные типы (белковый, жировой, углеводный и т.д.) искусственно, т.к. приводит к разделению на части единого и неделимого целого, и, кроме того, нарушает понимание патогенетических процессов обмена веществ при функциональных и морфологических повреждениях органов и тканей человека (сахарный диабет, атеросклероз, длительное белковое голодание).

С другой стороны, патология обмена веществ может выступать как осложняющий фактор в развитии основного заболевания. Необходимо знать и помнить, что регуляция метаболизма осуществляется одновременно на разных уровнях.

Особенности белкового обмена

Белковый обмен организма жестко зависит от условий питания, так как в организме нет запасов белка (они не могут эффективно депонироваться). Для обеспечения устойчивости роста организм должен постоянно снабжаться белками.

Источником синтеза белков служат аминокислоты экзогенного и эндогенного происхождения. Определенные аминокислоты (незаменимые) не могут образовываться в результате эндогенных трансформаций, но они необходимы для синтеза.

Источником энергии служат углеводы, жиры, а при их недостатке - белки. В случае недостаточного поступления с пищей углеводов и жиров для обеспечения энергетических нужд, аминокислоты вместо включения в белки, будут расщепляться до субстратов.

Необходимо помнить, что обеспечение организма белками из нескольких источников может приводить к полиэтиологичности нарушений белкового обмена.

В нормальных условиях в процессе переваривания белки распадаются на олигопептиды и аминокислоты. Оптимальную рН для расщепления пептидов пепсином обеспечивает соляная кислота желудка. Протеинкиназы расщепляют специфические пептидные связи. В щелочной среде кишечника трипсин, хемотрипсин и карбоксипептидаза поджелудочной железы гидролизуют протеазы и пептоны до пептидов и аминокислот. Другие пептидазы кишечного сока обеспечивают переваривание аминокислот.

Некоторые белки в минимальных количествах могут абсорбироваться в неизменном виде: продукты гидролиза, некоторые аминокислоты и пептиды.

Аминокислоты попадают в печень по системе воротной вены, затем распределяются в других тканях и участвуют в восстановлении функциональных белков организма (альбумины, гемоглобин, гормоны и др.). Излишки аминокислот дезаминируются, азотосодержащая часть превращается в печени в мочевину и экскретируется почками. Углерод аминокислот, как жиров и углеводов, окисляется. Часть аминокислот относится к гликогенным, другая - к кетогенным.

Известно, что биологическую ценность белков определяет эффективность их утилизации. Белки с высокой биологической ценностью (напр., незаменимые аминокислоты) отличаются количественными характеристиками и распределением, благоприятными для ресинтеза тканей организма и небольших затрат энергии. При белковой недостаточности белки мышц могут разрушаться, становиться источником для образования ферментов и обеспечения потребностей тканей мозга.

На белки приходится около 20% от массы тела взрослого человека. Составляющие их аминокислоты относятся к незаменимым питательным веществам, участвующим в образовании протоплазмы клеток. Вид, число и строение аминокислот определяют характеристики белковой молекулы. Все аминокислоты делятся на незаменимые, заменимые и условно-незаменимые.

Десять аминокислот (треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, фенилаланин, метионин, гистидин и аргинин ) считаются незаменимыми для детей первого года жизни. Кроме того, цистин итаурин незаменимы для детей с низкой массой тела при рождении .

Для здорового взрослого человека незаменимыми являются восемь аминокислот: треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, триптофан, фенилаланин, метионин .

Очень важно, что аминокислотная недостаточность возникает не только при недостатке одной или нескольких незаменимых аминокислот, но и при нарушении количественных соотношений между незаменимыми аминокислотами, поступающими в организм. Эти нарушения могут возникнуть при однообразном питании или недостатке аминокислот.

Отдельную группу аминокислот составляют полунезаменимые (условно незаменимые) аминокислоты. Условно-незаменимыми эти кислоты называются потому, что, несмотря на то, что они синтезируются в организме, при патологических состояниях и заболеваниях их дефицит во внутренней среде может развиться сравнительно быстро. К полунезаменимым аминокислотам относятся: глутамин (необходим для синтеза нуклеотидов, белков скелетных мышц, образования аммиака в почках и глюконеогенеза в гепатоцитах); аргинин (является субстратом для синтеза контринсулярных гормонов, инсулина, необходим для синтеза протеинов). Заменимые аминокислоты могут быть синтезированы в организме, поэтому они необязательно должны содержаться в диете.

Белки - сложные вещества - полимеры, состоящие из аминокислот, связанных между собой пептидной связью.

Функции белков:

Основной строительный материал в организме.Являются переносчиками витаминов, гормонов, жирных кислот и др. веществ.Обеспечивает нормальное функционировании иммунной системы.Обеспечивает состояние "аппарата наследственности".Являются катализаторами всех биохимических метаболических реакций организма. Организм человека в нормальных условиях (в условиях, когда нет необходимости пополнения дефицита ами- нокислот за счет распада сывороточных и клеточных белков) практически лишен резервов белка (мобилизу- емый резерв - 45г: 40г в мыщцах, 5г в крови и печени), поэтому единственным источником пополнения фонда аминокислот, из которых синтезируются белки организма, могут служить только белки пищи.

Различают заменимые аминокислоты (синтезируются в организме) и незаменимые аминокислоты (не могут синтезироваться в организме, а поэтому должны поступать в организм в пищей). К незаменимым аминокислотам относятся: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин (ВСАА).
Недостаток незаменимых аминокислот в пище приводит к нарушениям белкового обмена.

Кроме основной функции белков - белки как пластический материал, он может использоваться и как источник энергии при недостатке других веществ (углеводов и жиров). При окислении 1 г белка освобождается около 4,1 ккал.

Поступая в организм с пищей белки, окончательно расщепляются в кишечнике до аминокислот, всасываются в кровь и транспортируется в печень. Из печени аминокислоты поступают в ткани, где и используются в основном для синтеза белков. Конечными продуктами метаболизма белков является аммиак, мочевина, мочевая кислота. Они выводятся из организма почками и частично потовыми железами.

При избыточном поступлении белков в организм , превышающем потреб-ность, они могут превращаться в углеводы и жиры. Избыточное потребление белка вызывают перегрузку работы печени и почек, участвующих в обезвреживании и элиминации их метаболитов. Повышается риск формирования аллергических реакций. Уси- ливаются процессы гниения в кишечнике - расстройство пищеварения в кишечнике.

Дефицит белка в пище приводит к явлениям белкового голодания - истощению, дистрофии внутренних орга- нов, голодные отеки, апатия, снижению резистентности организма к действию повреждающих факторов внеш- ней среды, мышечной слабости, нарушении функции центральной и периферической нервной системы, нару- шению ОМЦ, нарушение развития у детей.

Суточная потребность в белках - 1 г/кг веса при условии достаточного содержания незаменимых аминокислот (например, при приеме около 30 г животного белка), старики и дети - 1,2-1,5 г/кг, при тяжелой работе, росте мышц - 2 г/кг.

Большую роль в обмене белков играет азот. Азот является обязательной составной частью белка и продуктов его расщепления. Азот поступает в организм только с белковой пищей. Белки содержат в среднем 16% азота. Азотистым балансом называется разность между количеством азота поступившего в организм и количеством азота выведенного из организма. Различают: азотистое равновесие, положительный и отрицательный азотистый баланс.

Для здорового в обычных условиях характерно азотистое равновесие. В период роста, во время беременности, при интенсивных физических нагрузках наблюдается (при росте мышечной массы) положительный азотистый баланс. Отрицательный азотистый баланс формируется при белковом голодании, лихорадочных состояниях, нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена.