Какие функции выполняют белки: классификация по химической структуре, строение

Что такое белок?

Белок – это большая группа сложных химических соединений. Видов белка существует очень много и каждый в организме выполняет свои функции. Из белков строятся ткани организма, белки переносят питательные вещества, включают и выключают различные реакции, ускоряют или замедляют те или иные обменные процессы. Без белков само существование нашего организма было бы невозможно.

Зачем белок организму?

Из белковых молекул в организме состоит решительно все — они составляют основу мышечных, нервных волокон, сосудов, кожи, ногтей, зубов, волос, крови и т.д. Белки — это и строительные кирпичики организма, и такие важные для его функционирования вещества как гормоны, ферменты, антитела… Роль белков в существовании живых организмов настолько велика, что Энгельс даже жизнь назвал «способом существования белковых тел».

Организм строит белки сам, но ему требуется большое количество материала для этого – именно поэтому в пище должно быть достаточно белка: это облегчает организму работу, а кроме того, некоторые аминокислоты, называемыми незаменимыми (лейцин, изолейцин, валин, метионин, триптофан и др.) организм не может создать сам, их требуется получать из пищи, а без них синтез белков невозможен.

Структура белков

Белки (полипептиды, протеины) — своего рода биологические полимеры природного происхождения. Они образованы из множества (более 50) молекул альфа-аминокислот, объединенных пептидными связями (-CONH-). В синтезе белков в живых организмах принимают участие всего 20 различных аминокислот, называемых протеиногенными (глицин, лейцин, изолейцин, валин, глютамин, аргинин и т.п.).

Молекулы белков очень сложны, они нередко закручены в пространственные спирали, которые в свою очередь, тоже переплетаются, образуя сложнейшие структуры. Таковы, к примеру, молекулы одного из самых распространенных белков – коллагена – составляющего основу кожи, сухожилий, сосудов, хрящей и т.д. Именно благодаря такой сложной структуре белков кожа, сухожилия и сосуды являются эластичными и упругими.

Классификация

В биохимии выделяют следующие виды белков:

  • фибриллярные — образующие фибриллы, микротрубочки, микрофиламенты, участвующие в становлении клеточной и тканевой структур, для них характерна вторичная структура в виде β-складчатого слоя;
  • глобулярные — полипептидная цепь в виде α-спирали скручивается и формирует компактное образование — глобулу, обычно глобулярные белки растворимы в воде;
  • мембранные — выполняют роль рецепторов, обеспечивают транспорт веществ через мембрану клетки.

Также принято деление на сложные и простые. Структурный состав простых соединений (протеинов) подразумевает только полипептидные цепочки. Условно такие белки делят по растворимости в солевых растворах и воде на глютелины, альбумины, глобулины, гистоны, проламины, протамины.

Сложные белки (протеиды) содержат также небелковую часть, т.н. простетические группы (фрагменты углеводов, липидов, ионы металлов и т. д.), подразделяются на 6 классов:

  1. Липопротеины, образованные липидами и белками-аполипопротеинами.
  2. Гликопротеины, содержащие углеводные остатки.
  3. Металлопротеиды, включающие ионы металлов.
  4. Фосфопротеины, обнаруживающие остатки фосфорной кислоты.
  5. Нуклеопротеиды, в состав которых входят РНК или ДНК.
  6. Хромопротеиды, предполагающие содержание простетических групп разнообразной химической природы.

Физико-химические свойства белка

Физико-химические свойства белков обусловлены составом и количеством входящих в их молекулы остатков аминокислот. Молекулярные массы полипептидов сильно колеблются: от нескольких тысяч до миллиона и более. Химические свойства белковых молекул разнообразны, включают в себя амфотерность, растворимость, а также способность к денатурации.

Амфотерность

Поскольку в состав белков входят и кислые, и основные аминокислоты, то всегда в составе молекулы будут свободные кислые и свободные основные группы (СОО- и NН3+ соответственно). Заряд определяется соотношением основных и кислых аминокислотных групп. По этой причине белки заряжены “+”, если уменьшается рН, и наоборот, “-”, если рН увеличивается. В случае, когда рН соответствует изоэлектрической точке, белковая молекула будет иметь нулевой заряд. Амфотерность важна для осуществления биологических функций, одной из которых является поддержание уровня рН в крови.

Читайте также:  Понятие об электродном потенциале. Уравнение Нернста

Растворимость

Классификация белков по свойству растворимости уже была приведена выше. Растворимость белковых веществ в воде объясняется двумя факторами:

  • заряд и взаимное отталкивание белковых молекул;
  • формирование гидратной оболочки вокруг белка – диполи воды взаимодействуют с заряженными группами на внешней части глобулы.

Денатурация

Физико-химическое свойство денатурации представляет собой процесс разрушения вторичной, третичной структуры белковой молекулы под влиянием ряда факторов: температуры, действии спиртов, солей тяжелых металлов, кислот и других химических агентов.

Важно! Первичная структура при денатурации не разрушается.

Рис. 3. Процесс денатурации белка.Рис. 3. Процесс денатурации белка.

Химические свойства белков, качественные реакции, уравнения реакций

Химические свойства белков можно рассмотреть на примере реакций их качественного обнаружения. Качественные реакции позволяют определить наличие пептидной группы в соединении:

1. Ксантопротеиновая. При действии на белок азотной кислоты высокой концентрации образуется осадок, который при нагревании приобретает желтый цвет.

Ксантопротеиновые соединения белков

2. Биуретовая. При действии на слабощелочной раствор белка сульфата меди образуются комплексные соединения между ионами меди и полипептидами, что сопровождается окрашиванием раствора в фиолетово-синий цвет. Реакция используется в клинической практике для определения концентрации белка в сыворотке крови и других биологических жидкостях.

Биуретовая соединения белков

Еще одним важнейшим химическим свойством является обнаружение серы в белковых соединениях. С этой целью щелочной раствор белка нагревают с солями свинца. При этом получают черный осадок, содержащий сульфид свинца.

Какие функции выполняют

Белки составляют основу большинства процессов, происходящих внутри организма на клеточном и тканевом уровнях. Выполняют следующие функции:

  • структурную — формирование элементов цитоскелета;
  • каталитическую — регулирование скорости различных химических реакций;
  • транспортную — перенос веществ из внешней среды в клетку;
  • защитную — синтез иммуноглобулинов, антител;
  • регуляторную — активация и репрессия генов, оптимизация активности ферментов;
  • энергетическую — восполнение аминокислот, необходимых для развития живой материи.

Кроме того, соединения способны выполнять двигательную функцию. К примеру, за сокращение мышц отвечают такие белки, как миозин и актин. Они же обеспечивают мерцание ресничек у простейших, движение листьев и ветвей растений.

Биологическое значение белка

Рис. 4. Структура фермента аланинаминотрансферазы
Рис. 4. Структура фермента аланинаминотрансферазы

Благодаря своим физическим и химическим свойствам белки выполняют большое количество биологических функций, в перечень которых входят:

  • каталитическая (белки-ферменты);
  • транспортная (гемоглобин);
  • структурная (кератин, эластин);
  • сократительная (актин, миозин);
  • защитная (иммуноглобулины);
  • сигнальная (рецепторные молекулы);
  • гормональная (инсулин);
  • энергетическая.

Белки важны для организма человека, поскольку участвуют в образовании клеток, обеспечивают сокращение мышц у животных, вместе с сывороткой крови переносят многие химические соединения. Помимо этого, белковые молекулы являются источником незаменимых аминокислот и осуществляют защитную функцию, участвуя в выработке антител и формировании иммунитета.

Список богатых белком продуктов

Знание белковосодержащих продуктов поможет не только регулярно восполнять суточную норму белков, но и правильно сочетать их друг с другом. Итак, бесспорные лидеры по содержанию протеина — мясо, яйца, молочная продукция и крупы.

Белки мяса

Мясо — кладезь протеина. В нём содержится 20 аминокислот, 8 из которых организм не может синтезировать самостоятельно. Поэтому они носят название незаменимых.

Наибольшее количество протеина содержат: телятина, говядина, конина, оленина. Меньшее содержание белков отмечается в индейке и курятине. Мясо хорошо усваивается организмом. Также важно, что оно медленно переваривается, поэтому чувство насыщения сохраняется более длительное время, чем после употребления молочных, овощных или рыбных блюд.

Белки рыбы и морепродуктов

Рыба — ещё один из источников легкоусвояемого протеина. К видам, которые содержат наибольшее его количество, относят лосося, сельдь, камбалу, форель и тунца.

Таблица содержания протеина в рыбе

Рыба Белок г/100 грамм

Камбала 15,7
Лосось 20,5
Сельдь 19,4
Тунец 24,5
Форель 19,2

Крупы

В крупах белок занимает от 7 до 14% от общей массы. В основном, он представлен здесь глютеном (клейковиной). Глютен состоит из набора аминокислот. Что касается наибольшего содержания белка, то здесь лидирует гречневая крупа.

Молочные белки

Название говорит само за себя — это вид белка, из которого состоят все молочные продукты. Наибольшее его количество содержится в твороге, сыре, молоке, а также кефире.

С молочными белками ситуация немного сложнее, чем с мясорыбными. Для их расщепления необходим специальный фермент — ренин. А он вырабатывается только у детей, поэтому только у них возможно полное расщепление казеина (это молочный белок). Но как же быть взрослым? Природа на этот случай одарила человеческий организм другим ферментом — пепсином. Хотя даже с его помощью расщепление казеина осуществляется не полностью.

Читайте также:  Медь: описание и свойства металла, сферы применения и месторождения

Усвояемость белка

О пользе белка мы поговорили. Тему его усвояемости тоже немного затронули, когда сказали, что процесс переваривания того же казеина довольно сложен у взрослых из-за отсутствия фермента, который его расщепляет. Поэтому молоко лучше заменить кисломолочной продукцией, а растительные белки – животными. Взгляните на таблицу усвояемости протеина в процентном выражении:

Продукт Усвояемость, %

Горох 39
Гречка 38
Молочная продукция 80
Мясо, рыба 70-80
Соя 48
Яйца 88

Помимо способа приготовления на процесс переваривания белка оказывают влияние состояние органов пищеварительной системы и режим питания. Многочисленные исследования доказали, что лучше всего сочетать мясо с овощами, тогда процесс усвоения будет происходить полнее. Также переваривание белков лучше всего происходит при частом питании — 5-6 раз в день. Реже питаться специалисты не советуют.

Суточная норма белка

Все вы непрерывно нуждаетесь в аминокислотах. Они выполняют свою функцию и распадаются. Часть попадает в кровь и используется вновь, другая часть – утилизируется.

Белки жизненно необходимы. Поэтому каждый взрослый человек должен употреблять минимум 40–50 г белка в сутки.

На самом деле 40–50 г – минимальная норма потребления, которая необходима для вашей жизни.

Ваша потребность зависит от калорийности. Калорийность, в свою очередь, зависит от пола, веса, возраста, физической активности. Рассчитав вашу индивидуальную калорийность и учитывая, что 1 г белка имеет калорийность 4 ккал и рассчитывается ваша норма. Поэтому говорить, что каждому человеку нужно 1, — 1,5 или 2 г белка на 1 кг веса в день — неверно.

Приблизительная норма на день приведена в таблице ниже в граммах.

Для примера были проведены расчёты для мужчины и женщины 30 лет, среднего роста с низкой активностью.

В случае с набором веса взята средняя активность (3 тренировки в неделю).

В зависимости от вашего веса и пола вы можете взять данные из таблицы за основу своего рациона. Повторяюсь, цифра примерная. Подобные расчёты проводятся по определённым формулам, согласно вашему возрасту, росту, весу, активности и ваших целей.

50 -55 кг 55-60 кг 60-65 кг 65-70 кг 75-80 кг 80-85 кг
Мужчины
Похудение 145 150 155 160 165 170
Поддержание веса 136 141 145 150 155 160
Набор мышечной массы 200 210 220 230 240 250
Женщины
Похудение 122 127 132 137 142 147
Поддержание веса 116 120 124 128 132 136
Набор мышечной массы 170 177 184 191 198 205

Здесь имеется в виду не только животный, но и растительный белок. А значит учитывайте не только мясо, яйца, но и хлеб, молочные продукты, крупы, овощи, фрукты и т. д. Поэтому какими бы ни были ваши цели, скорее всего, вам не придётся прилагать огромных усилий для того, чтобы достичь своей нормы.

Когда потребность в белках возрастает

  1. При увеличении физической нагрузки (тяжёлая работа, тренировки для увеличения мышечной массы и т. д.).
  2. Во время болезни, и в период выздоровления, а также во время стрессов.
  3. Во время интенсивного роста и развития.
  4. При беременности и грудном вскармливании.
  5. В холодное время года.

Когда потребность в белках снижается

  1. В тёплое время года.
  2. С возрастом. Чем старше человек, тем меньшее количество белков ему необходимо.

Признаки нехватки белка

  1. Усталость, слабость, утомляемость.
  2. Снижение объёма мускулатуры.
  3. Задержка роста у детей.
  4. Сухая, дряблая кожа.
  5. Сухие, тусклые, ломкие волосы.
  6. Снижение сопротивляемости к различным инфекциям.
  7. Анемия.
  8. Отёки.
  9. Нарушение функций систем организма: сердечно-сосудистой, нервной, кровеносной, ЖКТ и т. д.

Как сказывается недостаток белка на организм

Недостаточное потребление белков пагубно отражается на состоянии здоровья и внешнем облике человека:

  1. Снижается тонус организма. Человек быстро утомляется, постоянно чувствует себя уставшим.
  2. Тормозится рост, развитие организма, что критично для беременных, детей, подростков.
  3. Зарождаются внутренние патологии: гормональные сбои, нарушения сердечного ритма, метаболизма.
  4. Человека преследуют головные боли, мигрени, нарушение сна.
  5. Главная опасность – ослабление иммунитета, уязвимость к малейшей инфекции.

Перечисленные проблемы ясно говорят о роли белков в питании человека.

Причины дефицита

  1. Нехватка белка в пище.
  2. Несбалансированность рациона из-за питания только растительной пищей, голодания или вегетарианства. Вы можете есть белковые продукты, но при этом не получать весь комплекс необходимых аминокислот.
  3. Заболевания ЖКТ.
  4. Нарушение всасывания.
  5. Дефицит гормонов.
Читайте также:  Строение полимеров

Избыток белка в организме

Хроническое употребление большого количества белка может вызывать:

  • желудочно-кишечные, почечные и сосудистые нарушения;
  • снижение естественного иммунитета, что приводит к инфекционным болезням;
  • фактор риска возникновения онкологии.

Какой белок лучше употреблять при тренировках?

Раз уж мы затронули вопрос об усвоении белков и о возрастающих потребностях в белке при спортивных тренировках, то можно вспомнить, что в магазинах спортивного питания представлены белки самых разных видов.

Для спортсмена белок — это, во-первых, основной субстрат его мышечной ткани, которую он старается всячески совершенствовать, а, во-вторых, источник питания той самой ткани. По-другому белок называется протеин. И, собственно, протеин и есть первый и основной компонент спортивного питания. По сырью из которого он изготовлен, различают сывороточный протеин, казеин, яичный, соевый, мясной и т.д. По степени очистки — концентрат (ок. 80 % белка), изолят (более 85 % белка) и гидролизат. Но гидролизат — скорее уже не столько степень очистки, сколько частично разрушенный ферментами изолят протеина, который состоит уже не из цельных молекул белка, а из фрагментов по 2-3 связанные аминокислотные молекулы. Усваивается он быстрее всего, зато и самый дорогой.

Сырье, из которого получают протеин, определяет его аминокислотный состав, от чего зависит скорость усвоения данного вида белка и другие особенности. Кроме того, важны цели, которые ставит перед собой атлет и личные особенности его организма — кто-то лучше усваивает молочный протеин, а кто-то — соевый.

Белок, получаемый из обычной пищи (творог, мясо, рыба, орехи, горох и фасоль) является основным питательным сырьем для организма. И только когда его перестает хватать — при усиленных тренировках и стремлении увеличить достигнутые результаты (силовые показатели или рельеф) — можно принимать протеин дополнительно. О спортивном питании для набора массы, а также о видах протеина читайте в других наших статьях.

Какой белок лучше выбрать, зависит от индивидуальных особенностей и задач. Например, для быстрого усвоения перед тренировкой и подавления катаболизма мышц сразу после обычно выбирают сывороточный протеин. Для питания мышц в течение длительных перерывов (например, ночью или в дороге) – хорошо подходит казеин. Вегетарианцы выбирают соевый, гороховый или рисовый протеин. Комплексный протеин обеспечивает равномерное поступление аминокислот в организма в течение долгого времени.

По цене самым демократичным является концентрат, изолят содержит больше белка, но небольшая разница в содержании белка не всегда покрывается существенной разницей в цене. Гидролизат усваивается быстро и легко, но стоит весьма дорого.

Вред от белковой пищи

Польза протеиновой еды не отменяет ее опасности. Ведь большинство таких продуктов (особенно животных) считаются «тяжелыми» для организма.
Ограничения касаются людей со следующими проблемами здоровья:

  • печеночная недостаточность;
  • проблемы ЖКТ: язва желудка, гастрит, дисбактериоз.

Имеется в виду не полный отказ от такой пищи, а зацикленность на белковых диетах. Прежде чем их начинать, консультируются с лечащим врачом.

Здоровым людям она не противопоказана, но не более четырех недель. Доминирование протеинов в ущерб жирам или углеводам влечет нарушение баланса. Это чревато сбоями при обмене веществ, работе мочеполовой системы. Волосы и ногти станут ломкими, кожа сухой. А поклонник протеиновой пищи – нервным, раздражительным, тревожным.

Мнение специалиста

Не стоит полагать, будто для возвращения к стройности и её сохранения достаточно всего лишь ежедневно употреблять правильные количества различных белков. Это, безусловно, важно, но это — только часть правильного питания. Причём не самая значительная. Формирование здорового пищевого поведения включает в себя возвращение к норме потребления не только белков — но и углеводов, и жиров, и витаминов, и микроэлементов, и чистой воды, и прочих жидкостей, и калорий. Соблюдать эти нормы — непросто: потребуются и напряжение воли, и дисциплина, и упорство в достижении целей. Однако, современные прогрессивные методики снижения и сохранения веса позволяют оставаться стройными, сделав правильное питание обычной привычкой, таким образом сведя к минимуму любые усилия и ограничения.

Источники
  • https://BeFirst.info/articles/dietologija/komponenty/belok
  • https://wika.tutoronline.ru/himiya/class/10/fizikohimicheskie-svojstva-belkov
  • https://NauchnieStati.ru/spravka/fiziko-himicheskie-svojstva-belkov/
  • https://doctorbormental.ru/kb/produkty/belki/
  • https://toppitanie.ru/zdorovoe-pitanie/v-kakih-produktah-soderzhatsya-belki
  • https://vitaminic.ru/nutrienty/belki

Ваша оценка?

Петр Иваныч
Петр Иваныч
Возможно этот человек ответит на ваши вопросы
Задать вопрос
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Всё о химии
Adblock
detector