Все, что надо знать о белке

Именно аминокислоты — главная часть белков, служащая их «строительным материалом». Частично мы можем вырабатывать их самостоятельно, но большая часть этих веществ попадает в организм извне, с продуктами питания.

Из истории открытия белков

Основой для общего названия этих веществ стал обычный яичный белок. Римский историк Плиний Старший подробно описывает применение яичных белков в качестве эффективного лечебного средства. Тем не менее историю белков следует серьёзно изучать с того момента, как в документах появилась первая информация о том, какие свойства имеют белки именно в качестве химических соединений. Речь идёт:

• о свёртываемости в процессе нагрева;
• о разложении белков кислотами;
• о разложении белков высокоактивными щелочами и проч.

Вначале было дано описание белков, имеющих животное происхождение. Безусловно, яичный белок люди описали в первую очередь, а позже охарактеризовали белки, входящие в состав крови. Уильям Гарвей, которого принято считать основоположником учения о кровообращении, подробно изложил то, каким образом появляются сгустки крови, когда она начинает сворачиваться.

Среди белков растительной природы одно из первых описаний было дано клейковине, основу которой составляет пшеничная мука. Клейковину впервые получил исследователь Я. Беккари, чётко отметивший её очевидное сходство с животными компонентами.

Впоследствии слово «белковый» стали использовать по отношению ко всем биологическим жидкостям, имеющимся у животных и людей. Термин был введён физиологом из Франции Ф. Кене в середине XVIII века. Именно в таком виде определение можно прочесть в энциклопедии, авторами которой являются Д. Дидро и Ж. Аламбер. Этот момент научное сообщество традиционно считает точкой отсчёта систематического подхода к изучению белков.

В начале XIX века появились первые научные труды с описанием химической структуры белков. Так, Джоном Дальтоном были выведены первые белковые формулы. Он описал желатин и альбумин как вещества с азотом в составе. В свою очередь, А. Бракконо в 1820 году внёс ценный вклад в изучение происхождения белков. Он обнаружил, что вступая в химическую реакцию с серной кислотой, белок становится так называемым «клеевым сахаром», иными словами, глицином. Этот процесс впоследствии получил название гидролиза. Оказалось, что из мяса можно получить лейцин путём гидролиза фибрина и т.д. Подобным же образом учёный выделили и другие аминокислоты.

В 1934 году Л. Полинг и А. Мирски чётко сформулировали учение о строениях и функциях белков, а когда была изобретена рентгеновская кристаллография, научное сообщество получило возможность изучать структуру белков как на молекулярном, так и на атомном уровне. Применяя этот метод исследования, учёные обнаружили, что аминокислотные «цепочки» закручены одна вокруг другой в форме спирали. Таким образом была открыта трёхмерная структура белков, и именно это открытие следует считать крупнейшим достижением в области биохимической науки.

Какую структуру имеют белки?

Они имеют структуру линейных гетерополимеров. Длина у этих полимеров различна, а в качестве мономеров выступают аминокислоты. Белки состоят:

• из водорода;
• из кислорода;
• из азота;
• из углерода;
• из серы.

Серу содержат метионин и цистеин, две незаменимых аминокислоты. Также различают сложные виды белков, возникающие в процессе синтеза. К таким структурам присоединяется фосфорная кислота вместе с неаминокислотными группами. В состав неаминокислотных групп входит множество микоэлементов начиная с магния и заканчивая медью. Такие белки уже относят к сложным с выделением как полипептидной, так и небелковой части.

Физические и химические свойства

Белки являются твёрдыми веществами, имеющими кристаллическую или аморфную структуру. У них разные показатели растворимости в жидкой среде. Они бывают:

• жирорастворимыми;
• водорастворимыми;
• растворимыми в солевых растворах и проч.

Классификация белков основана именно на показателях их растворимости. Чаще они не имеют цвета либо обладают белым оттенком. Если белок имеет цвет, значит, в его состав входят компоненты, содержащиеся в металлах (например, таких как медь или железо).

С точки зрения химии белки обладают специфической молекулярной структурой. Их делят на огромное количество разных групп со сложной системой связей на химическом уровне. Именно поэтому их физико-химические свойства и отличаются таким разнообразием.

К химическим свойствам белков относят:

• горение с выделением характерного запаха. Он напоминает запах «подгорелого рога или кости». Если такая реакция есть, значит, речь идёт о качественной реакции, на основании которой различают животное и растительное происхождение вещества;
• разложение при невысоких температурных показателях.

Отдельно стоит упомянуть о способности белков к гидролизу. Вначале система, которая содержит белок, вступает в процесс коагуляции (речь идёт о коллоидной системе). Далее происходит разрушение молекулярной структуры белков. В реакцию вступают катализаторы в виде ферментов пепсина и трипсина, а сам гидролиз происходит в условиях кислой среды с разрушением первичных белковых структур.

Незаменимые аминокислоты

К ним относят аминокислоты, которые не может вырабатывать организм человека и животного. Мы должны обязательно получать незаменимые аминокислоты с белковой пищей. Поскольку все животные и люди разные, они нуждаются в различном белковом составе. Его определяет наша принадлежность к тому или иному виду. Также на состав необходимых аминокислот оказывают влияние возраст и иные факторы.

Если в организме есть недостаток незаменимых аминокислот (может не хватать одной или нескольких из них), происходит нарушение баланса азота со сбоем в работе белкового синтеза. Как результат — нарушение обменных процессов в целом. Организм останавливается в росте и развитии, человек страдает серьёзными нервными и психическими расстройствами.

Пищевые источники незаменимых аминокислот

Существует девять аминокислот, которые являются незаменимыми. Каждая из них содержится в определённых продуктах и по-своему ценна для человека:

• валин. Помогает тканям нашего тела полноценно развиваться. Отвечает за важнейшие телесные функции — в частности, за координацию движений. Валин содержат почти все виды рыбы, а также мясо, молочные продукты, орехи, семечки и сушёная зелень;
• лейцин. Отвечает за рост и развитие мышц, соединительной ткани, регулирует количество сахара в кровяном русле, способствует быстрому заживлению кожных покровов при ранах и травмах. Как и валин, лейцин содержат рыба, мясо, бобовые культуры, орехи и злаковые;
• треонин. Обеспечивает выработку эластина и коллагена, отвечающих за упругость и молодость кожи. Кроме того, треонин принимает активное участие в деятельности иммунной системы. Человек получает эту аминокислоту с рыбой, грибами, мясом и крупами;
• метионин. Участвует в пищеварительных процессах, помогает организму перерабатывать жиры, обеспечивает ему защиту от токсинов и ядов. Им богаты яйца, мясо, печень, бобовые, соя и все виды орехов. Есть метионин и в необработанном рисе, пшенице, овсяных хлопьях, гречке, манке, перловке;
• триптофан. Благодаря ему мы крепко и полноценно спим. При достаточном количестве триптофана у человека почти всегда бывают стабильное настроение и хороший аппетит. Эту аминокислоту содержат сыры, все виды орехов, кроличье и индюшачье мясо, рыба, молочные продукты, пшёнка и гречка;
• лизин. Без него мы не можем усваивать кальций. Организм человека вырабатывает ферменты и гормоны при активном участии лизина. Благодаря ему мышечная ткань становится более прочной и выносливой, память — острее, волосы — крепче. Лизин есть в красном мясе, курице, рыбе, молочных продуктах, картошке. Также его содержат соя, орехи, чечевица и пшеница;
• фенилаланин. Способствует повышению настроения, уменьшает болевые ощущения, улучшает процессы памяти и снижает аппетит. Фенилаланином богаты яйца, говядина, рыба, соя, орехи, молоко и продукция из него;
• аргинин. Замедляет развитие опухолевых процессов, оказывает благотворное действие на обменные процессы в мышечной ткани, регулирует артериальное давление. Его содержат семена тыквы, рис, горох, гречневая крупа, мясо курицы, свинина, молоко повышенной жирности;
• гистидин. Обеспечивает полноценную работу суставов, восстанавливает ткани и даже слуховые процессы. Он есть в злаковых и бобовых культурах, орехах, мясе. Больше всего гистидина содержится в сое и арахисе.

Виды белка по происхождению

Итак, всего существует девять аминокислот, которые принято называть незаменимыми. Белок, содержащий все эти девять компонентов — полноценный или полный. При недостаче хотя бы одного из перечисленных веществ речь идёт о неполном белке.

А сейчас внимание: именно здесь кроется ключевое различие между растительными и животными белками. Любой животный белок является полным, а любой растительный, к сожалению, имеет недостаток того или иного компонента, за исключением сои и продуктов, являющихся её производными. Сюда же относят и киноа.

Если в вопросах питания взять за основу и главный принцип его ценность, предпочтение, конечно, рекомендуется отдавать животным продуктам, так как их них гораздо проще получить весь спектр незаменимых аминокислот. Тем не менее, пользу растительных белков тоже отрицать не следует, так как отсутствующая аминокислота у них чаще всего только одна. Если грамотно совмещать одни растительные белки с другими, вегетарианец вполне может довольствоваться полноценным белковым питанием. Например, рис и бобы в таких случаях — сочетание просто идеальное.

Значение для человека

Белки принимают активное участие:

• в обменных процессах. Они поддерживают метаболизм в норме;
• в работе иммунной системы. Известные всем антитела имеют белковую структуру, обеспечивая нам защиту от опасных инфекционных болезней;
• в «транспортных процессах» нашего тела. Они укрепляют систему крови и обеспечивают доставку полезных веществ к клеткам.

И конечно, белки — основной строительный материал человеческого тела и вспомогательный источник энергии. В экстренных случаях, когда организму (например, при вынужденном голоде) не хватает белков, «в ход» идёт энергия, высвобождаемая их белковых структур.

Протеины в организме не вырабатываются, поэтому людям необходимо получать их с пищей.

Суточная норма

Средняя суточная норма потребления белков для человека зависит от массы тела и пола. Для мужчин она составляет от 165 до 210 г, для женщин — от 140 до 185 г. Иными словами, в процессе однократного приёма пищи количество белка, поступающего в организм, должно быть от 25 до 30 г.

Обмен в человеческом организме

Под белковым обменом следует понимать процессы преобразования и использования белковых веществ в нашем организме. Когда белок окисляется, происходит активное высвобождение энергии (примерно 17,2 килоджоуля, в пересчёте на калории — 4,1 ккал). Однако получение энергии не является главной функцией, выполняемой белками. Они отвечают за «строительство» клеток, тканей, органов и систем. Важный момент: организм человека постоянно нуждается не в белковых веществах как таковых, а в составляющих их аминокислотах.

Во время пищеварительного процесса происходит расщепление белков, так как на них действуют пищеварительные ферменты. Ворсинки в тонком кишечнике обеспечивают их всасывание и попадание в кровяное русло. Через кровь белки поступают к клеткам. В свою очередь, в клеточных структурах возникает синтез новых белковых веществ, естественных для организма.

Печень — основной орган, регулирующий уровень, как минимум, нескольких аминокислот в крови. Когда аминокислоты распадаются, происходит образование таких химических веществ:

• углекислого газа;
• аммиака;
• воды.

Печёночные клетки перерабатывают аммиак и обезвреживают его. В результате получается мочевина, которую наши почки выводят наружу с мочой. Мочевину частично выделяют кожные поры, а углекислоту выдыхают лёгкие.

Что касается остатка аминокислот, он служит для организма своего рода энергетическим материалом: далее происходит преобразование этого остатка в глюкозу, а потом — в гликоген.

Белковая недостаточность

Под белковой недостаточностью понимают патологическое состояние организма, обычно возникающее в одном из двух случаев:

• усиленный распад белков;
• белковый дефицит.

Часто такое состояние появляется по причине длительного недоедания либо жёсткой монодиеты. Вегетарианцы, к сожалению, тоже нередко страдают белковой недостаточностью. Что же касается вторичного белкового дефицита, он обусловлен различными заболеваниями, а также обменными нарушениями наследственного характера. Встречается он при тяжёлых формах инфекционных болезней и ожогах.

Симптоматика недостатка белка в организме выглядит так:

• прогрессирующее снижение массы тела;
• ломкость ногтей;
• выпадение волос, ухудшение их внешнего вида;
• появление отёков;
• сухость и шелушение кожных покровов;
• общее недомогание.

Терапия, прежде всего, должна включать диету, богатую содержанием белков животного происхождения. Они присутствуют в мясе, рыбе, яйцах и морепродуктах. Бывает так, что белковый дефицит провоцируют хронические болезни: например, диабет или патология почек. В таких случаях специальную диету для больного подбирает доктор с учётом клинических симптомов основной болезни. Иногда обычной, но полезной коррекции пищевого рациона бывает вполне достаточно для того, чтобы устранить белковую недостаточность, протекающую в лёгкой форме.

В более тяжёлых случаях врач назначает пациенту медикаментозное лечение в виде ферментных препаратов.

Передозировка

Существует понятие отравления белком или передозировки белка. Да, и такое тоже бывает, особенно у людей, которые слишком увлекаются белковыми монодиетами с низким содержанием других веществ. В тяжёлых случаях организм реагирует на переизбыток белка тошнотой, мышечной слабостью, головокружением. Во рту появляются сухость и привкус аммиака. Человек ощущает постоянные боли в области живота, а лицо становится бледным с зеленоватым оттенком.

Иными словами, система пищеварения «включает» аварийный режим работы, чтобы справиться с избытком белковых веществ. Часто подобные ошибки совершают начинающие спортсмены, употребляя слишком много белковых батончиков и таблеток. В тяжёлых случаях человеку может потребоваться дезинтоксикационная терапия в условиях стационара.

Во избежание подобных состояний специалисты не рекомендуют слишком увлекаться белковыми диетами и протеиновой продукцией. Для тех же, кто решил отдать предпочтение именно такому способу похудения, употребление углеводов является обязательным, чтобы белковый баланс в организме оставался в пределах физиологической нормы.