XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Высшей степенью развития вещества в природе, обусловившей появление жизни, являются высокомолекулярные соединения – белки. Жизнь и белок – понятия взаимосвязанные.

Жизнь представляет собой переплетение сложнейших химических процессов, в которых белки взаимодействуют между собой и с другими веществами.

Белок – неотъемлемая составляющая нашего организма, нарушение которой может вызвать его разрушение. Необходимость постоянного получения белковой пищи человеком вызвано наличием у белка определённых функций, которые необходимы живому организму для его развития, размножения и осуществления жизнедеятельности.

На долю белка приходится не менее 50% сухой массы органических соединений животной клетки. В каждой клетке находится более 3 000 молекул белков. В организме человека насчитывается свыше 10 млн. белков.

Функционирование белка лежит в основе важнейших процессов жизнедеятельности организма. Обмен веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечное сокращение, нервная проводимость и жизнь клетки в целом неразрывно связаны с активностью ферментов – высокоспецифичных катализаторов биохимических реакций, являющихся белками.

Основу костной и соединительной тканей, роговых образований составляют структурные белки. Они же формируют остов клеточных органелл (митохондрий, мембран и др.). Расхождение хромосом при делении клетки, работа мышц осуществляются по единому механизму при посредстве белков сократительной системы.

Белки защищают организм от инфекции. Контакты клетки с внешней средой выполняют разнообразные белки, умеющие различать форму молекул, регистрировать температурные изменения, ничтожные примеси веществ, отличать один цвет от другого.

Важную группу составляют регуляторные белки, контролирующие биосинтез белка, и нуклеиновых кислот.

Биохимический синтез белка в промышленных целях однозначно важен для человечества, это позволяет создавать искусственные препараты, продукты питания и средства индивидуальной защиты.

Всё это определяет актуальность темы данного проекта.

Целью данной работы является изучение влияния белков на состояние здоровья человека. Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1. Изучить состав, классификацию и функции белков.

2. Проанализировать содержание белков в продуктах питания.

3. Выявить влияние обмена белков в организме на состояние здоровья человека.

Объект: белки.

Предмет: влияние белков на состояние здоровья человека.

Вид проекта: информационный.

Методы исследования: анализ, систематизация, изучение, обобщение.

Белки, их состав, классификация и функции

Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков -аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Название протеины (от греческого proteos - первый, важнейший) отражает первостепенное значение этого класса веществ.

Рассмотрим химический состав белков. Несмотря на различие в строении и функциях белковых веществ, их элементный состав колеблется незначительно (в % на сухую массу): 51-53 % углерода, 15-18 % азота, 21,5-23,5 % кислорода, 6,5-7,3 % водорода, 0,3-2,5% серы. Кроме перечисленных основных компонентов, в состав некоторых белков входят фосфор, железо, йод, селен, медь и некоторые другие элементы. Для большинства белков характерна довольно постоянная доля азота (в среднем 16 %) по сравнению с другими элементами. Этот показатель используют для расчёта количественного содержания белка.

Белки представляют собой полимерные молекулы, в состав которых входит 20 различных -аминокислот. Поскольку эти аминокислоты могут объединяться в самой различной последовательности, то они могут образовывать громадное количество разнообразных белков и их изомеров.

По биологическому значению аминокислоты подразделяются на заменимые, полузаменимые и незаменимые.

Заменимые аминокислоты синтезируются в организме человека в достаточном количестве. К ним относятся: глицин, аланин, серин, цистеин, пролин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин.

Полузаменимые аминокислоты образуются в организме, но в недостаточном количестве, поэтому их недостаток должен восполняться белковой пищей. Для организма человека такими аминокислотами являются тирозин, аргинин, гистидин.

Незаменимые аминокислоты в организме человека не синтезируются, поэтому они должны поступать с пищей. Незаменимых аминокислот восемь: лейцин, метионин, изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан, треонин и валин.

Аминокислотный состав белков определяется не доступностью или незаменимостью той или иной аминокислоты, а назначением белка, его биологической функцией.

Перейдём к классификации белков.

Ввиду огромного числа белков, функционирующих в живых организмах, не существует единой их классификации. В настоящий момент действует несколько классификаций; в основу каждой из них положен какой-либо признак, по которому белки объединяют в узкие или широкие группы.

По степени сложности строения белки делят на простые и сложные. Простые или однокомпонентные белки состоят только из белковой части и при гидролизе дают аминокислоты. К сложным или двухкомпонентным относят белки, в состав которых входит протеин и добавочная группа небелковой природы, называемая простетической. В качестве простетической группы могут выступать липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты; соответственно сложные белки называют липопротеинами, гликопротеинами, нуклеопротеинами.

По форме белковой молекулы белки разделяют на две группы: фибриллярные (волокнистые) и глобулярные (корпускулярные).

По отношению к условно выбранным растворителям выделяют альбумины и глобулины. Альбумины очень хорошо растворяются в воде и в концентрированных солевых растворах. Глобулины не растворяются в воде и растворах солей умеренной концентрации.

По источнику получения белки подразделяют на животные, растительные и бактериальные.

В зависимости от наличия в составе белка незаменимых аминокислот, а также от степени его усвоения организмом, белок делится на полноценный и неполноценный.

Наиболее удовлетворительной является функциональная классификация белков, поскольку в её основу положен не случайный признак, а выполняемая функция.

Каталитически активные белки – ферменты. Они осуществляют катализ практически всех химических превращений в клетке.

Гормоны регулируют обмен веществ внутри клеток и интегрируют обмен в различных клетках организма в целом.

Рецепторы избирательно связывают различные регуляторы (гормоны, медиаторы) на поверхности клеточных мембран.

Транспортные белки осуществляют связывание и транспорт веществ между тканями и через мембраны клетки.

Структурные белки участвуют в построении, прежде всего, различных биологических мембран.

Белки – ингибиторы ферментов осуществляют регуляцию активности ферментов.

Сократительные белки обеспечивают механический процесс сокращения с использованием химической энергии.

Защитные белки – антитела защищают организм от воздействия чужеродных соединений, вирусов, бактерий и т. д.

Приведённые выше классы не исчерпывают перечень белков по функциональной классификации.

Белкам принадлежит особая роль в воспроизводстве основных структурных элементов клетки.

Наследственная информация сосредоточена в молекуле ДНК клеток любых живых организмов, поэтому с помощью белков реализуется генетическая информация. Без белков и ферментов ДНК не может реплицироваться, самовоспроизводиться. Таким образом, белки являются основой структуры и функций живых организмов.

Охарактеризуем основные функции белков:

1. Строительная функция – белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран, волос, сухожилий, стенок сосудов и т.д.

2. Транспортная – некоторые белки способны присоединять к себе различные вещества и переносить (доставлять) их из одного места клетки в другое, и к различным тканям и органам тела. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от лёгких ко всем тканям и органам, а от них в лёгкие переносит углекислый газ. В состав клеточных мембран входят особые белки, обеспечивающие активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки и в клетку – осуществляется обмен с внешней средой.

3. Регуляторная функция – принимают участие в регуляции обмена веществ. Гормоны влияют на активность ферментов, замедляя или ускоряя обменные процессы, изменяют проницаемость клеточных мембран, поддерживают постоянство концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в процессе роста. Гормон инсулин регулирует уровень сахара в крови путём повышения проницаемости клеточных мембран для глюкозы, способствует синтезу гликогена, увеличивает образование жиров из углеводов.

4. Защитная функция – иммунологическая. В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки – антитела, способные связывать и обезвреживать их. Синтез иммуно-глобулинов происходит в лимфоцитах. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений.

5. Двигательная функция – сократительные белки актин, миозин, тропонины, тропомиозин участвуют в работе мышц.

6. Сигнальная функция – в поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способные изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит приём сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

7. Запасающая функция – в организме могут откладываться про запас некоторые вещества. Например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется в селезёнке, образуя комплекс с белком ферритином.

8. Энергетическая функция – при распаде 1 г белка до конечных продуктов выде

ляется 17,6 кДж (4,1 ккал) энергии. Распад идёт сначала до аминокислот, а потом – до воды, аммиака и углекислого газа. Однако в качестве источника энергии белки используются тогда, когда израсходованы жиры и углеводы.

9. Каталитическая функция – ускорение биохимических реакций под действием белков-ферментов.

10. Трофическая функция – питают зародыш на ранних стадиях развития и запасают биологически ценные вещества и ионы.

Содержание белков в продуктах питания

Все пищевые продукты различаются как по содержанию, так и по аминокислотному составу протеинов. Аминокислотный состав белков в продуктах питания имеет большое значение, т.к. ряд аминокислот являются незаменимыми.

При этом большое значение имеет не просто наличие тех или иных незаменимых аминокислот, а ещё и их определённые пропорции. Полноценными считаются белки, включающие в состав восемь незаменимых аминокислот.

Причём продукты, содержащие эти белки, не могут быть заменены продуктами, содержащими жиры и углеводы.

В питательном отношении растительные белки менее ценны, чем животные; они беднее лизином, метионином и триптофаном, труднее перевариваются.

В наибольшем количестве белки и незаменимые аминокислоты представлены в следующих продуктах питания: молоко, молочные изделия, яйца, мясо и мясопродукты, рыба, морепродукты, бобовые (горох, чечевица, фасоль, соя), крупы, хлеб, картофель и др.

Первая группа – молочные продукты. Именно молоко почти полностью обеспечивает потребности не только детского, но и взрослого организма. В 100 г молока содержится 3 г белка. Пол-литра молока в день - это более половины суточной потребности человека в животном белке. Белки молока содержат все аминокислоты и в наилучшем соотношении, необходимом организму. В молочных белках содержатся в значительных количествах метионин – аминокислота, важная для обеспечения нормальной деятельности печени. Таким образом, в молоке и молочных продуктах весьма удачно сочетаются полноценные белки.

Вторая группа – мясо, рыба, яйца. Изучение аминокислотного состава различных продуктов показало, что степень усвоения мясных продуктов очень высока. Биологическая ценность белков рыбы не ниже, поскольку их аминокислотные составы весьма близки. Установлено, что белки рыбы и многих продуктов моря даже несколько легче перевариваются и усваиваются в организме человека, чем белки мяса. Весьма ценным и питательным продуктом являются яйца, в них содержатся лучшие по аминокислотному составу белки. Мясо, несомненно, очень полезный продукт благодаря высокому содержанию полноценного животного белка – в различных сортах мяса и птицы содержится от 14 до 24% белка.

Третья группа – мука, хлебобулочные изделия, крупы, макаронные изделия. Основное значение продуктов этой группы, содержащих большое количество углеводов, – снабжение организма энергией. Содержащиеся в них растительные белки удовлетворяют общую потребность человека в белках примерно на 30 - 35%.

Белки животного происхождения, как правило, содержат все незаменимые аминокислоты, а белки растительного происхождения часто некоторые из этих аминокислот или не содержат вовсе, или содержат, но слишком мало. Поэтому белок животного происхождения усваивается организмом полностью, а усвояемость белков растительного происхождения несколько ниже. Степень усвояемости белков из пищи зависит, кроме их аминокислотной сбалансированности, и от перевариваемости. Белки животного происхождения перевариваются практически на 100%, а белки растительного происхождения – на 75-85%.

Отдельно следует сказать о белках сои, которые всё более широко внедряются в повседневное питание населения многих экономически развитых стран. Они представлены соевой мукой (содержание белка около 50%), соевым концентратом (содержание белка около 70%) и соевым изолятом (содержание белка не ниже 90%). По аминокислотному составу белки сои близки к белкам мяса, и поэтому в народе их называют растительным «мясом». 

Белки поступают в организм человека с различными пищевыми продуктами, в которых содержание белка колеблется в широких пределах. Приведём таблицу, дающую представление о содержании белка в некоторых продуктах питания (табл. 1).

Таблица 1 – Содержание белка в некоторых продуктах питания

Название продукта	Содержание белка	Название продукта	Содержание белка
мясо	18-22%	горох	26%
рыба	17-20%	картофель	1,5-2%
сыр	20-36%	ржаной хлеб	7,8%
яйца	13%	яблоки	0,3-0,4%
молоко	3,5%	капуста	1,1-1,6%
рис	8%	морковь	0,8-1%
свекла	1,6%	макароны	9-13%
пшено	10%	гречневая крупа	11%

Влияние обмена белков в организме на здоровье человека

Для поддержания жизнедеятельности и функционирования организма должен существовать постоянный обмен веществ и энергии.

Белки являются основным строительным материалом различных биологических структур клеток организма, поэтому обмен белков играет первостепенную роль в их разрушении и новообразовании.

У здорового взрослого человека за сутки обновляется 1-2 % общего количества белков тела, что связано преимущественно с деградацией мышечных белков до свободных аминокислот. Примерно 75-80 % высвободившихся аминокислот снова используется в биосинтезе белков; оставшаяся часть подвергается различным метаболическим превращениям.

Белок – необходимая составная часть продуктов питания. Проблема пищевого белка стоит очень остро. По данным Международной организации по продовольствию и сельскому хозяйству при ООН больше половины человечества не получает с пищей необходимого количества белка. В связи с тем, что при различных усло­виях питания минимум может изменяться, а значение больших коли­честв белков в пище не выяснено, белковые нормы не являются опреде­лёнными. Фойт, исходя из статистических цифр, предложил в качестве суточной нормы 118 г белка. По некоторым данным норма потребления белка в день составляет 0,8 - 1 г на килограмм веса для людей старше 18 лет. При травме, беременности, кормлении грудью и для пожилых людей необходимо большее количество белка.

В процессе пищеварения белки подвергаются гидролизу. После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество полипептидов – соединений, состоящих из нескольких аминокислот. Из аминокислот клетки нашего тела синтезируют белок, причём белок, который образуется в клетках человеческого организма, отличается от потреблённого белка и характерен для конкретного человеческого организма.

Образование нового белка в организме человека идёт беспрерывно, так как в течение всей жизни взамен отмирающих клеток крови, кожи, слизистой оболочки, кишечника и т. д. создаются новые, молодые клетки. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо, чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются расщеплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет образован белок.

Чрезвычайно многообразны проявления нарушений процессов биосинтеза и распада белков в организме при синдроме белковой недостаточности. В экономически бедных районах тропической Америки, Центральной и Южной Африки, Индии недостаточное количество белка в рационе является важным этиологическим фактором заболевания детей – квашиоркора – на языке Ганы «красный мальчик» (синонимы: гидрокахексия, пеллагра детская, синдром «депигментация – отёк»). При продолжительной недостаточности белка в питании возникает ряд патологических изменений в организме:

- задержка роста и развития;

- нехватка пищеварительных ферментов;

- малокровие;

- снижение защитных сил организма;

- дистрофия и уменьшение сухой массы тела, то есть мышц.

Недостаток белка проявляется так же в косвенных расстройствах: в костях уменьшается содержание фосфора и кальция, которые чрезмерно накапливаются в других органах, снижается барьерная функция печени в связи с отложением вместо белка избыточного количества жира.

Отсутствие или снижение активности какого-либо фермента (нередко и избыточная активность) у человека приводит к развитию заболеваний (энзимопатий) или гибели организма. Так, передаваемое по наследству заболевание детей – галактоземия (приводит к умственной отсталости) – развивается вследствие нарушения синтеза фермента, ответственного за превращение галактозы в легко усваиваемую глюкозу. Причиной другого наследственного заболевания – фенилкетонурии, сопровождающегося расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин.

Как недостаток белка в питании, так и его избыток крайне опасны для здоровья человека. Переизбыток белка, то есть его поступление с рационом в количествах, превышающих необходимый уровень, создаёт дополнительную нагрузку на печень и почки, приводит к «засорению» организма продуктами распада белков, способствует развитию ряда обменных заболеваний (например, подагры), нарушению кальциевого обмена. Определение активности многих ферментов в крови, моче, спинно-мозговой, семенной и других жидкостях организма используется для диагностики ряда заболеваний. С помощью такого анализа сыворотки крови возможно обнаружение на ранней стадии инфаркта миокарда, вирусного гепатита, панкреатита, нефрита и других заболеваний.

Заключение

Из всего выше изложенного следует, что белки играют важней­шую роль в жизнедеятельности организма. В ходе проекта мы изучили состав белков, узнали, что обязательными элементами белков являются углерод, водород, кислород и азот. Белки представляют собой полимерные молекулы, в состав которых входит всего 20 различных -аминокислот, восемь из которых являются незаменимыми.

Узнали о различных подходах к классификации белков. Наиболее удовлетворительной является классификация по выполняемым функциям, согласно которой существуют белки-ферменты, гормоны, рецепторы, транспортные, структурные, сократительные, защитные белки.

Охарактеризовали основные функции белков: строительную, транспортную, регуляторную, двигательную, защитную, каталитическую, энергетическую и др.

Проанализировав состав продуктов, выяснили, что в наибольшем количестве белки присутствуют в молочных изделиях, яйцах, мясопродуктах, рыбе, бобовых (горох, чечевица, фасоль, соя). Белки животного происхождения являются более ценными, так как содержат все незаменимые аминокислоты и легче усваиваются организмом.

Рассматривая влияние обмена белков в организме на здоровье человека, выяснили как недостаток, так и избыток белка в пище приводит к различным патологиям.

Таким образом, в ходе проекта мы выяснили, что белки – важнейшие компоненты пищи человека. Совокупность непрерывно протекающих химических превращений белков зани­мает ведущее место в обмене веществ орга­низма и влияет на состояние здоровья человека.

Список использованных источников

1. Белки. Значение белков для человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gigabaza.ru/doc/181529-pall.html (дата обращения: 12.01.2020).

2. Большая энциклопедия эрудита [Текст] Москва: «Махаон», 2004. – 488с.
3. Касатова, Е. Белки: строение и функции [Электронный ресурс] / Е. Касатова. – Режим доступа: https://elena-kasatova.ru/osnovnye-funkcii-belkov-vliyanie-belkov-na-organizm-cheloveka/(дата обращения: 15.01.2020).

4. Проскурина, И. К. Биохимия [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И. К. Проскурина. – Москва: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001. – 240 с.

5. Сборник тематических статей о здоровом питании. Белки в питании [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://moydietolog.ru/belki-proteiny (дата обращения: 20.01.2020).

6. Универсальный справочник школьника. 5-11 класс [Текст]: Учебное пособие нового типа: Книга 2 / под ред. И. Ю. Алексашиной, С. В. Алексеева. – Санкт-Петербург: Весь, 2004. – 704 с.

7. Филиппович, Ю. Б. Биохимия белка и нуклеиновых кислот [Текст]: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по хим. и биол. спец. / Ю. Б. Филиппович. - Москва: Просвещение, 1978. – 192 с.

8. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия [Текст] / ред. коллегия: М. Аксенова, В. Володин, И. Леенсон и др. – Москва: Аванта, 2006. – 640 с.

Код для цитирования: Скопировать