Доклад: Аминокислоты и здоровье человека.
статья по биологии по теме

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя школа №12

 с углубленным изучением отдельных предметов.

Доклад: Аминокислоты и здоровье человека.

           К.б.н. Титова А.В. учитель химии.

Губкин 2011г.

В чем суть жизни на земле? Если разбираться в том, как и чем мы отличаемся от окружающего мира, то можно выделить следующие структурные блоки:

Мы, растения и животные состоим из одного и того же - из белков, жиров и аминокислот. Остановимся на белках. Все белки нашего тела состоят из 20-ми “кирпичиков”, то есть как структурные микроблоки, складывающиеся уникальной неповторимой мозаикой. В животном, растительном мире и в отношении человека наблюдается всего 20 аминокислот. Каждая наша ткань, клеточка - это аминокислоты в определенном порядке. Вариантов расположения аминокислот бесчисленное количество, но именно характер расположения дает структуру ткани.

Для чего мы питаемся? Мы питаемся для того, чтобы получить именно эти 20 аминокислот. Употребляя растительную пищу, мы её перевариваем, расщепляем и получаем эти аминокислоты. Употребляя животную пищу, мы точно также её перевариваем и получаем те же аминокислоты.

12 аминокислот  у нас в организме синтезируются, а 8 нет и  мы должны их получать только из пищи. Чем разнообразнее наша пища, тем больше вероятность, что эти 8 незаменимых аминокислот попадут к нам в организм. Проблема в питании - проблема поступления этих 20 аминокислот. Чем разнообразнее мы питаемся, тем меньше мы болеем. Выздоровление тоже зависит от того, насколько мы можем восполнить свои белки.

Ученые многих стран мира бьются над задачей, каким же образом выделить чистые аминокислоты, чтобы человек мог их получать в нативном  виде. Итальянские ученые выделили 8 незаменимых аминокислот из растительного сырья. Это те аминокислоты, которые у нас в организме синтезироваться не могут, но они нам крайне необходимы. Даже без одной аминокислоты жизнь невозможна. Эти 8 аминокислот включают важнейшие уровни регуляции нашего жизненного процесса. Если мы не получаем эти аминокислоты, то идет нарушение регуляции ритма  работы внутренних органов и нарушается возобновление  белковой структуры организма.

После того как вы съели какой-нибудь белок, ферменты, называемые протеазами, разрывают пептидные связи. Происходит это в желудке и тонком кишечнике. Свободные аминокислоты переносятся током крови сначала в печень, а потом во все клетки. Там из них синтезируются новые белки, необходимые организму. Если в организм поступило белка больше, чем надо, или организму требуется "сжечь" белки из-за недостатка углеводов, то эти реакции аминокислот происходят в печени; здесь азот из аминокислот образует мочевину, выделяемую из организма с мочой через мочевыводящую систему. Именно поэтому белковое питание дает лишнюю нагрузку на печень и почки. Оставшаяся часть молекулы аминокислоты либо перерабатывается в глюкозу и окисляется, либо превращается в жировые запасы.

Человеческий организм может синтезировать 12 из 20 аминокислот. Остальные восемь должны поступать в организм в готовом виде вместе с белками пещи, поэтому они называются незаменимыми. Незаменимые аминокислоты включают изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин триптофан, валин и (для детей) гистидин. При ограниченном поступление такой аминокислоты в организм она становится лимитирующим веществом при построении любого белка, в состав которого она должна входить. Если такое случается, то единственное, что может предпринять организм, - это разрушить собственный белок, содержащий эту же аминокислоту.

Большинство животных белков содержат все восемь незаменимых аминокислот в достаточных количествах. Любой белок, имеющий необходимое содержание всех незаменимых аминокислот, называется совершенным. Растительные белки несовершенны: в них низок уровень некоторых незаменимых аминокислот. Хотя ни один из растительных белков не может обеспечить нас всеми незаменимыми аминокислотами, смеси таких белков - могут. Такие комбинированные продукты питания, которые содержат взаимодополняющие (комплементарные) белки, входят в состав традиционной кухни всех народов мира.

Человеческое тело не может запасать белки, поэтому сбалансированное белковое питание требуется человеку каждый день. Взрослому человеку весом 82 кг требуется 79 г белка в день. Рекомендуется, чтобы при этом с белками поступало 10 - 12% всех калорий. Впервые исключительную важность белков в питании и жизнедеятельности организма человека осознали ученые-химики в начале 19 века, они и придумали «международное» название для этих химических соединений - «протеины», от греческого ргоtos - «первый, главный».

  Белки имеют ни с чем не сравнимое значение в питании человека: прежде всего они служат «строительным материалом» для всего организма, кроме того:
• отвечают за обменные и регуляторные функции в организме;
• служат основой для создания тканей, например, мышечных волокон;
• выполняют транспортные функции в обменных системах организма, например, гемоглобин (переносчик кислорода в крови) - сложный белок;
• управляют функциями организма: некоторые важнейшие гормоны - белки, например, инсулин;
• участвуют в энергетическом обмене, в процессах пищеварения, обеспечивают защиту организма (токсины, антитела - тоже белки) и выполняют многие другие функции.

Биологическая роль аминокислот.

  В химическом смысле белки это очень большие молекулы, состоящие из остатков аминокислот. Единой классификации белков пока нет (во многом из-за того, что роль многих из них до сих пор не ясна), одной из распространенных является классификация белков не по их физико-химическим свойствам, и по биологической роли в организме. Причем наиболее важные свойства белков как раз и определяются тем, какие аминокислотные остатки (проще - аминокислоты) его составляют. То есть белок, особенно как продукт питания, ценен не сам по себе: ценны аминокислоты, его составляющие.
  Аминокислоты - разновидность органических кислот. Всего аминокислот, встречающихся в организмах, более 100 видов, и все они так или иначе участвуют в обменных процессах. Однако не все аминокислоты могут быть найдены в составе белков.

  Поступающие с пищей белки не усваиваются организмом непосредственно. Подавляющее же большинство белков разрушаются под воздействием пищеварительных соков и организмом используются составляющие их аминокислоты. Из аминокислот, полученных от «разбора» белков, поступивших с пищей, организм самостоятельно строит нужные ему белки. Причем, в целях создания тех или иных белков аминокислоты могут превращаться одна в другую, а также синтезироваться в организме.
Но, к сожалению, все необходимые для себя аминокислоты могут синтезировать только растения. Для животных (включая, естественно, человека), существуют так называемые незаменимые аминокислоты из числа тех 20. необходимых для строительства белков. Эти аминокислоты как раз организмы животных и человека не синтезируют, то есть они должны поступать извне с пищей.

Всего незаменимых аминокислот 8:
лизин, метионин, триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин.

  Эти аминокислоты мало того, что не синтезируются в организме, но и заменены другими аминокислотами не могут - они так и называются - незаменимые. Кроме того, есть аминокислоты, «зависимые» от незаменимых аминокислот: цистеин и тирозин образуются только из незаменимых метионина и фенилаланина. Таким образом, в питании ключевое значение имеет не количество белка, а его качество аминокислотный состав.

      ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Содержание лизина, метионина и триптофана - незаменимых аминокислот в продуктах питания
                                            (в мг на 100 г продукта)

  Белковый обмен в организме человека весьма сложен. В зависи мости от состояния организма необходимое количество тех или иных белков постоянно изменяется, белки расщепляются, синтезируются, одни аминокислоты переходят в другие или распадаются, выделяя энергию. В результате жизнедеятельности организма часть белков теряется, это обычно около 25-30 г белка в сутки. Поэтому белки должны постоянно присутствовать в рационе человека в нужном количестве.

  Необходимое для человека количество белка в пище зависит от различных факторов: от того, находится ли человек в покое или выполняет тяжелую работу, каково его эмоциональное состояние . Рекомендуемая суточная норма потребления белка составляет 0,75-0,80 г качественного белка на 1 кг веса для взрослого челове ка, т.е. около 56 г в сутки для среднего мужчины и 45 г для женщи ны. Детям, особенно совсем маленьким, требуется больше белка (до 1,9 г на 1 кг веса в сутки), так как их организм интенсивно растет.

.Биологическая роль пептидов 

Большое значение в организме  человека имеют не только чистые аминокислоты но и соединения из них пептиды.

В организме человека вырабатывается множество пептидов, участвующих в регуляции различных биологических процессов и обладающих высокой физиологической активностью.

Рис. 1-1. Плоскости расположения пептидных групп и ?-углеродных атомов в пространстве.

Рис. 1-2. Транс-конфигурация пептидных связей. Функциональные группы -СО- и -NH-, образующие пептидные связи, не ионизированы, но полярны, и могут участвовать в образовании водородных связей.

Количество аминокислотных остатков в структуре биологически активных пептидов может варьировать от 3 до 50. К одним из самых "маленьких" пептидов можно отнести ти-реотропин-рилизинг-гормон и глутатион (трипептиды), а также энкефалины, имеющие в своём составе 5 аминокислот. Однако большинство биологически активных пептидов имеет в своём составе более 10 аминокислот, например нейропептид Y (регулятор аппетита) содержит 36 аминокислот, а кортиколиберин - 41 аминокислоту.

Некоторые из пептидов, в частности большинство пептидных гормонов, содержат пептидные связи, образованные а-аминогруппой и а-карбоксильной группой соседних аминокислот. Как правило, они синтезируются из неактивных белковых предшественников, в которых специфические протеолитические ферменты разрушают определённые пептидные связи.

Ангиотензин II - октапептид, образующийся из крупного белка плазмы крови ангиотензиногена в результате последовательного действия двух протеолитических ферментов.

Первый протеолитический фермент ренин отщепляет от ангиотензиногена с N-конца пептид, содержащий 10 аминокислот, называемый ангиотензином I. Второй протеолитический фермент карбоксидипептидилпептидаза отщепляет от С-конца ангиотензина I 2 аминокислоты, в результате чего образуется биологически активный ангиотензин II, участвующий в регуляции АД и водно-солевого обмена в организме (см. схему А).

Однако в некоторых биологически активных пептидах могут содержаться либо необычные аминокислоты, либо существовать необычные связи между аминокислотами, не встречающиеся в белках.

Пример пептида, содержащего необычную для белков связь между аминокислотами, - трипептид глутатион, построенный из глутамата, цистеина и глицина (см. схему Б).

N-концевая аминокислота глутамат связана со второй аминокислотой цистеином не через ?-карбоксильную группу, а через ?-карбоксильную группу его радикала. Глутатион - широко распространённый пептид организма человека. Он может быть использован в окислительно-восстановительных реакциях как донор и акцептор водорода и необходим для работы ряда ферментов.

Функции пептидов зависят от их первичной структуры. Ангиотензин I по структуре очень похож на ангиотензин II (имеет только две дополнительные аминокислоты с С-конца), но при этом не обладает биологической активностью.

Изменение в аминокислотном составе пептидов часто приводит к потере одних и возникновению других биологических свойств. В качестве примера можно рассмотреть структуру и свойства двух пептидных гормонов - окситоцина и вазопрессина.

В гипоталамусе окситоцин и вазопрессин образуются в результате частичного (ограниченного) протеолиза более крупных белковых предшественников. Из гипоталамуса по нервным волокнам эти гормоны внутри секреторных гранул перемещаются в нервные окончания аксонов, находящихся в задней доле гипофиза. После действия специфических стимулов эти гормоны выделяются в кровь (см. схему А на с. 13).

Схема А 

Схема Б. Трипептид глутатион (?-глутамилцистеинилглицин) 

Окситоцин и вазопрессин в своей структуре имеют много общего:

1. оба содержат 9 аминокислотных остатков;
2. 7 аминокислотных остатков из 9 идентичны;
3. 2 остатка цистеина соединены дисульфидной связью;
4. на С-конце пептидов ?-карбоксильная группа глутамата амидирована.

Несмотря на небольшие отличия в последовательности аминокислот (замены аминокислот в положениях 3 и 8) эти гормоны сильно отличаются по физиологическому действию. Так, окситоцин выделяется в кровь во время кормления ребёнка, вызывает сокращение миоэпи-телиальных клеток протоков молочных желёз и стимулирует выделение молока. Кроме того, окситоцин влияет на гладкую мускулатуру матки во время родов, вызывая её сокращение.

В отличие от окситоцина, основное физиологическое действие вазопрессина - увеличение реабсорбции воды в почках при уменьшении АД или объёма крови (поэтому другое название этого гормона - антидиуретический). Кроме того, вазопрессин вызывает сужение ГМК сосудов.

Интересно отметить, что наличие в положении 8 основной аминокислоты важно для проявления антидиуретической активности, а аминокислоты с гидрофобным радикалом в положении 3 - для сокращения ГМК.

Так как пептиды - мощные регуляторы биологических процессов, их можно использовать как лекарственные препараты. Основное препятствие для терапевтического использования - их быстрое разрушение в организме. Одним из важнейших результатов исследований является не только изучение структуры пептидов, но и получение синтетических аналогов природных пептидов с целенаправленными изменениями в их структуре и функциях.

Например, синтезирован пептид 1-дезамино-8-D-аргинин-вазопрессин (ДАВ), структура которого представлена на схеме Б.

В структуре этого пептида (по сравнению с вазопрессином) нет аминогруппы на N-конце, и вместо L-аргинина в положении 8 стоит D-аргинин. Такой синтетический пептид обладает только антидиуретической активностью и химически устойчив, т.е. при введении в организм вызывает длительную реакцию. Такой искусственный аналог гормона (по сравнению с природным) более эффективен при лечении гормональной недостаточности.

Открытые и изученные в настоящее время пептиды можно разделить на группы по их основному физиологическому действию:

1. пептиды, обладающие гормональной активностью (окситоцин, вазопрессин, рилизинг-гормоны гипоталамуса, меланоцитстимулирующий гормон, глюкагон и др.);

Схема А 

Схема Б 

1. пептиды, регулирующие процессы пищеварения (гастрин, холецистокинин, вазоинтестиналшый пептид, желудочный ингибирующий пептид и др.);
2. пептиды, регулирующие тонус сосудов и АД (брадикинин, калидин, ангиотензин II);
3. пептиды, регулирующие аппетит (лептин, нейропептид Y, меланоцитстимулирующий гормон, (?-эндорфины);
4. пептиды, обладающие обезболивающим действием (энкефалины и эндорфины и другие опиоидные пептиды). Обезболивающий эффект этих пептидов в сотни раз превосходит анальгезирующий эффект морфина;
5. пептиды, участвующие в регуляции высшей нервной деятельности, в биохимических процессах, связанных с механизмами сна, обучения, памяти, возникновения чувства страха и т.д.

Однако такое деление пептидов крайне условно. Появились данные о том, что многие пептиды обладают широким спектром действия. Так, меланоцитстимулирующий гормон, помимо стимуляции пигментообразования, участвует в регуляции аппетита (вместе с лептином подавляет потребление пищи и является антагонистом нейропептида Y). В то же время ?-эндорфины, кроме анальгезирующего эффекта, - синергисты нейропептида Y, т.е. усиливают потребление пищи. Описанный выше вазопрессин, кроме антидиуретического и сосудосуживающего действия, имеет свойство улучшать память.

При организации питания следует иметь в виду, что из белков животных продуктов в кишечнике всасывается более 90% аминокислот, из растительных — 60-80%.

Наиболее быстро перевариваются белки молочных продуктов и рыбы, затем мяса (говядины быстрее, чем свинины и баранины), далее хлеба и круп, причем быстрее — белки пшеничного хлеба из муки высших сортов и манной крупы. Последнее имеет большое значение для лечебных диет, но не для питания здорового человека.

Рациональное питание подразумевает сочетание животных и растительных продуктов, улучшающее сбалансированность аминокислот. Вреден длительный избыток белка в питании, ведущий к перегрузке печени и почек продуктами его распада, перенапряжению секреторной функции пищеварительного аппарата, усилению гнилостных процессов в кишечнике, накоплению продуктов азотистого обмена со сдвигом кислотно-основного состояния организма в кислую сторону. Поэтому при недостаточности почек и печени, подагре и некоторых других заболеваниях потребление белка ограничивают или даже временно исключают.

Количество белка в продуктах

  Не стоит, однако, вычислять с точностью до миллиграмма свой рацион - просто питайтесь максимально разнообразно и обязатель но включите в рацион молочные продукты, например, сыр, творог.

  Если вы отказываетесь от молочных продуктов (например, при вегетарианском рационе), то необходимо гораздо более тщательно составлять свой рацион, из-за опасности недополучить незамени мые аминокислоты. В случае «безмолочного» вегетарианского пи тания необходимо больше употреблять бобовых, орехов, зерновых грубого помола и грибов.

  При занятиях спортом количество белка, поступающего с пищей, должно быть увеличено пропорционально физическим нагрузкам, но, запомните, переизбыток белка вовсе не способствует росту мышеч ной массы или спортивным достижениям, а может и повредить

последнее время все чаще и чаще мы слышим вокруг себя слово «аминокислоты», однако, мало, кто представляет, что оно таит за собой. Собственно аминокислоты, а научным языком – аминокарбоновые кислоты, представляют собой органические соединения и являются производными карбоновых кислот. Все они входят в состав человеческого организма, где участвуют в биосинтезе белка, отчего и становятся необходимыми человеку для строения мышечной ткани. Именно поэтому аминокислоты так обширно используются в спортивном питании.

При посещении ресурсов, связанных с продажей аминокислот для спортсменов, создается впечатление, что после употребления их в пищу, тело мгновенно приобретет «мужественные» формы и покупатель будет безумно счастлив. Но нет ни слова о вреде таких препаратов. Неужели нет никакого вреда от потребления несвойственных для человека веществ? Вредны ли аминокислоты? Давайте в этом разберемся.Самый минимальный вред, который могут причинить аминокислоты – пищевое отравление при неумелом или ненормированном их употреблении, которое, при усугублении ситуации, может перерасти в язву. Кроме того, можно добиться серьезного ухудшения работы сердечнососудистой системы, и, что не менее важно для мужчин – импотенции.К тому же, если не поддерживать постоянное количество ежедневных физических нагрузок, то вся мышечная масса, накопленная благодаря потреблению аминокарбоновых кислот, вовсе не будет выглядеть эстетично, а наоборот – лишь размягчится и обвиснет.

Вредны ли аминокислоты? Мы считаем, что действительно вредны, поэтому, прежде чем выбирать аминокислоты как альтернативу многократным физическим упражнениям, следует проконсультироваться со специалистами и выяснить, насколько ваш организм готов к их приему, и, конечно, понять, нужны ли вам величественные формы ценой жизни.

Без аминокислот невозможна жизнь, но  применение синтетических аминокислот и препаратов на их основе требует детального исследования.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя школа №12

 с углубленным изучением отдельных предметов.

Доклад: Аминокислоты и здоровье человека.

           К.б.н. Титова А.В. учитель химии.

Губкин 2011г.