Защитная функция белков

Поддерживает надлежащий уровень pH

Белок играет важную роль в регуляции концентрации кислот и щелочей в крови и других биологических жидкостях (, ).

Баланс между кислотами и щелочами измеряется с помощью шкалы рН. Он колеблется от 0 до 14, при этом 0 является самым кислотным, 7 нейтральным и 14 наиболее щелочным.

Вот примеры значения рН распространенных веществ ():

• pH 2: Желудочная кислота
• pH 4: Томатный сок
• pH 5: Черный кофе
• pH 7,4: Человеческая кровь
• pH 10: Гидроксид магния
• pH 12: Мыльная вода

Различные буферные системы позволяют вашим физическим жидкостям поддерживать нормальные диапазоны pH.

Постоянный рН необходим, так как даже небольшое изменение рН может быть вредным или потенциально смертельным (, ).

Один из способов, которым ваш организм регулирует рН – это действие белков. Примером может служить гемоглобин – белок, который присутствует в эритроцитах.

Гемоглобин связывает небольшое количество кислоты, помогая поддерживать нормальное значение pH вашей крови.

К другим буферным системам в вашем организме относятся фосфат и бикарбонат ().

Функции белков в клетке:

1. Строительная – обусловлена наличием белка во всех клеточных структурах. (Форма всех органелл клетки зависит от структуры белков).
2. Каталитическая – реакции в клетке без ферментов идут медленно, так как концентрации исходных веществ (субстратов) в клетке малы. Обычно размеры молекул ферментов больше, чем размеры субстратов. Например, молекулярная масса каталазы, разрушающей пероксид водорода Н2О2, равна 250000, а самого пероксида – 34. Активный центр фермента – лишь небольшой участок его молекулы, на котором и происходит сама реакция. Фермент сравнивают с замком, а субстрат – с ключом, так как они должны точно подходить друг другу. Каждая реакция катализируется своим ферментом, однако существуют ферменты, которые катализируют несколько реакций.
3. Двигательная – все движения обусловлены работой двигательных (сократительных) белков. В мышечных клетках при сокращении нитей более активна внедрённая между волокнами миозина за счёт энергии АТФ.
4. Транспортная – белок гемоглобин транспортирует кислород и углекислый газ в организме. Через мембраны происходит транспорт различных веществ (сахар, ионы и др.).
5. Защитная – осуществляется с помощью антител и антигенов. Антитела – белковые структуры β-лимфоцитов избирательно связывающиеся с чужеродными белками и клетками. Антигены – белки на поверхности клетки или в растворе, по которым Т-лимфоциты различают свои клетки и чужеродные. Убитые или ослабленные бактерии и вирусы (вакцины) несут свои антигены. При введении их в организм иммунная система вырабатывает антитела, что препятствует заболеванию.
6. Энергетическая – белки являются источниками энергии. 1г белка при окислении даёт 17,6 кДж. Белок при разрушении образует СО2, Н2О, NH3. Аммиак NH3 ядовит, поэтому в печени он превращается в мочевину и мочевую кислоту.
7. Регуляторная – пептидные гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, изменяют обмен веществ в клетках определенных тканей.

Инсулин активирует захват молекулы глюкозы клеткой и синтез из неё гликогена. Без инсулина клетки голодают, так как не поглощают глюкозу, в результате чего развивается сахарный диабет. Т-лимфоциты передают с помощью белков информацию о чужеродных клетках β-лимфоцитам.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Свойства белков так же разнообразны, как и функции. Одни растворяются в воде и образуют коллоидные растворы, другие растворяются в разбавленных растворах солей. Некоторые нерастворимы, например, белки кожи.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В радикалах АК-остатков белков содержатся различные функциональные группы, способные вступать в химические реакции:

• восстановления;
• этерификации;
• лкилирования;
• нитрования.

Будучи амфотерным соединением белок реагирует и с кислотами, и со щелочами.

Функции белков в организме

• Главная функция белков – строительная. Белок входит в состав каждой части клетки и внеклеточных структур. Он является источником построения и обновления клеток. Без белка органическая жизнь попросту не существовала бы.
• Каталитическая функция белков. Ни одна химическая реакция в живом организме не обходится без участия ферментов или энзимов. Это белковые молекулы, которые служат катализаторами, ускоряя все химические процессы в миллионы раз. Причем для каждой реакции требуется свой особый фермент.
• Транспортная функция белков. Белки осуществляют транспортировку элементов и соединений в организме. К примеру, гемоглобин доставляет кислород в каждую клетку, он же переносит и углекислый газ.
• Двигательная функция белков. Все мышечные движения в теле происходят благодаря специальному сократительному белку.
• Защитная функция белков. Как только в организм попадают чужеродные вещества, начинают вырабатываться особые белки – антитела, которые нейтрализуют враждебные элементы.
• Энергетическая функция белков. Белок, конечно же, участвует в энергетических процессах организма, однако по сравнению с жирами и углеводами, он как «топливо» наименее эффективен. По данным академика Покровского, разработавшего теорию сбалансированного питания, белки дают 70,8% энергии, тогда как жиры – 96,3%, а усвояемые углеводы – 100%.

Понятие, классификация, свойства и функции белков

Белки – высокомолекулярные
органические соединения, состоящие из
остатков более чем 100 АК. У человека в
организме содержится 15кг белка. По
количеству генов, у человека предполагают
наличие около 50000 видов белков. Самый
распространенный белок у человека —
коллаген, на его долю приходиться 30% от
общего содержания белка.

Пептиды— органические соединения,
состоящие из остатков от 2 до 100 АК.

Олигопептиды— органические
соединения, состоящие из остатков от 2
до 10 АК.

Полипептиды— органические
соединения, состоящие из остатков от
10 до 100 АК.

Белки имеют
3-4 уровня организации:

1. Первичная
   структура линейна, представлена
   последовательностью аминокислот,
   соединенных пептидными связями;

2. Вторичная
   структура является пространственной,
   она образуется только водородными
   связями. Выделяют α-спираль и β-складчатый
   лист;

3. Третичная
   структура является пространственной,
   она образуется ковалентными, водородными,
   ионными и гидрофобными связями. Образует
   белковые глобулы;

4. Четвертичная
   структура является пространственной,
   она образуется при соединении нескольких
   белковых глобул слабыми водородными,
   ионными и гидрофобными связями;

Разрушение первичной структуры белка
называется гидролиз. Гидролиз
пептидной связи идет в кислой и щелочной
среде и с участием ферментов пептидаз
(класс гидролаз).

Разрушение вторичной, третичной и
четвертичной структур называетсяденатурацией. Денатурация бываетобратимой, когда разрушаются
слабые связи (водородные, ионные,
гидрофобные) инеобратимой,
когда разрушаются прочные связи
(ковалентные).

Классификация белков

• По составу
  белки делятся на простые(протеины)
  исложные(протеиды). Простые
  белки содержат только остатки аминокислот.
  Сложные белки, кроме аминокислот,
  содержат небелковый компонент: липиды,
  углеводы, нуклеиновые кислоты, металлы,
  витамины, порфирины и т.д.

• По форме
  белки делятся на глобулярныеифибриллярные. Глобулярные белки
  содержат α-спираль, они как правило
  водорастворимы. Фибриллярные белки
  содержат β-складчатую структуру и
  водонерастворимы (кератин);

• Белки
  делятся по выполняемым в организме
  функциям.

Функции
белков

• Структурная
  (коллаген, эластин, кератин);

• Каталитическая
  (ферменты);

• Транспортная
  (гемоглобин, альбумины, глобулины);

• Сократительная
  (актин, миозин);

• Защитная
  (иммуноглобулины, фибриноген, плазминоген,
  лизоцим);

• Регуляторная
  (гормоны, рецепторы);

• Онкотическое
  давление (белки сыворотки крови);

• Буферная
  (гемоглобин, белки сыворотки крови).

Свойства
белков

• Белки в
  основном водорастворимые вещества,
  образующие коллоидный раствор;

• Белки
  способны к денатурации и гидролизу;

• Обладают
  амфотерными свойствами;

• Проявляют
  оптическую активность, т.к. состоят из
  оптически активных L-аминокислот.

Биологические функции

Белки нужны для жизнедеятельности всего организма и каждой его клетки в отдельности. Значение и роль белковых молекул тесно связаны с их пространственной конфигурацией.

Каталитическая

В каждой клетке организма постоянно протекают сотни реакций. Невысокая температура, низкое давление и мизерные концентрации веществ — не совсем благоприятные условия для быстрого прохождения реакций. Но присутствие ферментов ускоряет эти процессы в миллионы раз. Ферменты — это белки-катализаторы, которые избирательно контролируют и ускоряют определенную реакцию. Специфическая активность ферментов регулируется его аллостерическим центром.

Примеры белков-ферментов:

• уреаза ускоряет расщепление мочевины до аммиака и углекислого газа,
• каталаза расщепляет перекись водорода на воду и кислород,
• ДНК-полимераза синтезирует ДНК.

Регуляторная

Гормоны регулируют и координируют работу органов и организма в целом через систему химических реакций. Большинство гормонов имеет белковую природу.

Примеры регуляции:

• гормон поджелудочной железы инсулин контролирует содержание глюкозы в крови,
• соматотропин отвечает за рост органов, скелета и прирост мышечной массы.

Структурная

Молекулы полипептидов — основной материал для построения всех клеток и органов. Они обеспечивают формирование и функционирование всех органелл, а также осуществляют структурную связь между ними.

Примеры белков-строителей:

• коллаген участвует в образовании хрящей, сухожилий, дермы, костей, придавая им упругость,
• кератин находится в ногтях, волосах, рогах, копытах, перьях.

Защитная

Если организм атакуется инородными протеинами или микроорганизмами, то на помощь всегда приходят белки-защитники.

Они бывают в двух случаях:

1. При повреждении кровеносных сосудов белок фибриноген трансформируется в фибрин, а протромбин — в тромбин, участвующие в остановке кровотечения.
2. При нарушении работы иммунной системы в процесс включаются защитные протеины — антитела: иммуноглобулин, альбумин и интерферон. Они обнаруживают инфекцию, а затем обезвреживают ее.

Сигнальная

Белковые молекулы плазматической мембраны распознают сигналы из внешней среды и передают их во внутриклеточные центры. При этом механические или химические раздражители обуславливают изменения в конфигурации молекул, что является своеобразной реакцией клеток на раздражитель.

Примеры белков-сигнальщиков:

• адренорецептор сигнализирует клетке о присоединении молекулы адреналина,
• родопсин — светочувствительный рецептор, подающий сигнал для усиления зрения при слабом освещении.

Транспортная

Белки-переносчики транспортируют необходимые молекулы в ту часть клетки, где они нужны.

Примеры белков-транспортеров:

• содержащийся в эритроцитах гемоглобин переносит кислород и углекислый газ по крови,
• альбумин транспортирует жирные кислоты, билирубин, лекарственные вещества.

Двигательная

Существуют полипептиды, способные сокращаться и тем самым изменять форму, приводить в движение.

Например:

• актин и миозин — белки, сокращающие скелетные мышцы и приводящие их в движение,
• тубулин входит в состав ресничек и жгутиков клеток эукариотов.

Энергетическая

Белковые молекулы участвуют в энергетическом обмене. Окисляясь, они образуют молекулы АТФ, при расщеплении которых выделяется энергия. При расщеплении 1 г протеина освобождается 17,2 кДж энергии (около 41 ккал).

Как белок влияет на организм

Тело человека примерно на 20% состоит из белков. Когда мы едим, протеины из продуктов расщепляются на аминокислоты, из которых организм синтезирует собственные белки, необходимые ему для жизнедеятельности . Научные исследования подтверждают: если начать есть больше белковой пищи, можно уменьшить потребление калорий, ускорить обмен веществ и вырастить мышцы.

Дает ощущение сытости

Белок помогает уменьшить аппетит и насытиться меньшим количеством пищи, а значит — снизить калорийность рациона . Это объясняется несколькими факторами. Во-первых, его переваривание — сложный и длительный процесс. Во-вторых, протеин уменьшает уровень «гормона голода» грелина и повышает уровень пептида YY, который дает чувство сытости , . Кроме того, канадские ученые выяснили, что белковая пища снижает концентрацию сахара в крови .

Улучшает метаболизм

Для переваривания пищи нашему организму нужны дополнительные калории. Около 10% от суточной потребности. Это называется термогенным эффектом. Им обладают все продукты, но на усвоение белка расходуется намного больше калорий, чем на усвоение углеводов и жиров . Исследование американских ученых показало: при употреблении белковой пищи в день сжигается в среднем на 260 калорий больше . Примерно столько уходит за часовое занятие йогой.

Помогает нормализовать вес

Белковая пища помогает стать стройнее. Исследователи из Университета Вашингтона в Сиэтле предложили девушкам с избыточным весом повысить дозу белка в рационе до 30%. Через три месяца они проверили результат. Оказалось, что участницы эксперимента потеряли в среднем по 5 кг . При этом никто из них не следил за потреблением калорий. Кроме того, продукты, богатые белком, позволяют дольше удерживать вес после возвращения к привычному режиму питанию .

На усвоение белка расходуется больше колорий, чем на усвоение углеводов и жиров

Ускоряет рост мышц

Увеличение количества белка в рационе в сочетании с силовыми упражнениями помогает сделать мышцы сильнее и больше . А если вы не тренируетесь — защитить их от разрушения. Дефицит калорий во время диет может привести к неприятным последствиям. Одно из них — потеря мышечной массы. Это можно предотвратить, если начать есть протеин чаще . Кроме того, употребление большего количества белка уменьшает риск возрастной атрофии мышц , .

Укрепляет кости

Существует распространенное мнение, что протеин животного происхождения вымывает из костей кальций. Это миф. Напротив, он способствует удержанию кальция в костях и делает их плотнее . При этом нет никаких убедительных доказательств того, что растительный белок безопаснее, чем животный . Скорее наоборот: ученые доказали, что диета с повышенным содержанием мясного белка уменьшает риск остеопороза и переломов у пожилых людей .

Способствует заживлению ран

Другое важное свойство белка — он ускоряет процесс регенерации тканей . Если мы не получаем достаточное количество протеина с пищей, в организме замедляется выработка коллагена

Именно он отвечает за самовосстановление тканей при различных повреждениях кожи — будь то царапины, ссадины, ожоги или раны , . Кроме того, он помогает восстановлению после операций и способствует заживлению пролежней. При недостатке протеина раны заживают намного дольше .

Антибиотики

Огромна защитная роль белков в клетке. Частично ее возлагают на группу, которую принято называть антибиотиками. Это вещества природного происхождения, которые синтезируются, как правило, в бактериях, микроскопических грибах и прочих микроорганизмах. Они нацелены на подавление физиологических процессов других конкурирующих организмов. Открыты антибиотики белкового происхождения были в 40-х годах. Они произвели революцию в медицине, дав ей мощный толчок к развитию.

По своей химической природе антибиотики — весьма разнообразная группа. Они различаются и по механизму действия. Одни препятствуют внутри клеток, вторые блокируют выработку важных ферментов, третьи подавляют рост, четвертые — размножение. Например, хорошо известный стрептомицин взаимодействуют с рибосомами бактериальных клеток. Таким образом, в них резко замедляется синтез белков. При этом данные антибиотики не взаимодействуют с эукариотическими рибосомами организма человека. Это значит, что для высших млекопитающих данные вещества не токсичны.

Это далеко не все функции белков в клетке. Таблица антибиотических веществ позволяет определить и другие узкоспециализированные действия, которые эти специфические природные соединения способны оказывать на бактерии и не только. В настоящее время ведутся изучения антибиотиков белкового происхождения, которые при взаимодействии с ДНК нарушают процессы, связанные с воплощением наследственной информации. Но пока такие вещества используют только при химиотерапии онкологических заболеваний. Примером такого антибиотического вещества является дактиномицин, синтезируемый актиномицетами.

Что такое белок ?

Белки — это главные структурные соединения мышечной ткани в организме человека. Чтобы клетки получали эти питательные вещества, ферменты, находящиеся в ЖКТ, расщепляют их до более простых соединений — аминокислот.

В таком виде белки разносятся кровеносной системой по телу и питают клетки. Белки играют одну из важнейших биологических ролей в жизни человека. Они выполняют сразу массу фундаментальных функций, о которых мы поговорим чуть ниже.

Неваловажно, что тело не способно самостоятельно производить белки. Человек может получить эти вещества только из пищи

Поэтому их баланс необходимо постоянно поддерживать на протяжении всей жизни. В этом смысле протеины схожи с незаменимыми аминокислотами.

Недостаток белковой пищи способен нанести серьёзный вред здоровью, и повлечь за собой нарушения в работе многих органов.

Где больше всего содержится белка

Также стоит разобраться, где больше всего содержится белка в продуктах растительного происхождения. Самые ценные из растительных белков содержатся в гречихе, бобовых, картофеле, рисе и ржаном хлебе.

Сравнительно выгодны в данном отношении мучные изделия с творогом (вареники, сочники) или мясом (пельмени, пирожки с мясом и т. д.), тогда как сочетание теста с рисом и другими крупами менее оправданно.

Биологическая ценность белков возрастает при сочетании зерновых, бобовых и мясомолочных продуктов. Для повышения белковой полноценности питания выпускают хлебобулочные изделия, обогащенные обезжиренным молоком или молочной сывороткой, яичные и молочные макаронные изделия. Также существуют специальные сухие концентраты с высоким содержанием легкоусвояемых белков, используемые для питания тяжелобольных.

Впрочем, в отдельных случаях возникает необходимость ограничить потребление белка, например при недостаточности почек или печени. Для этого используют специальные малобелковые крупяные, макаронные и хлебобулочные изделия.

Нарушения в работе организма при недостатке или избытке белка

Нарушение энергетического обмена, нарушение в работе внутренних органов, таких как печень и поджелудочная железа, атрофия мышц — это всего лишь краткий перечень того, чем чреваты нарушения баланса белка в организме.

Проблемы при недостатке белка

При недостатке белка наиболее явно выделяются следующие симптомы:

1. Страдает кожа, становясь сухой, бледной и морщинистой.
2. Расстраивается пищеварение.
3. Снижается до полного исчезновения желание секса.
4. Дамы рискуют забыть, что такое критические дни.
5. Снижается работоспособность.
6. Мучает хандра и депрессия, способность противостоять стрессам приближается к нулю.
7. Память напоминает решето, а любое мыслительное усилие превращается в сизифов труд.
8. Преследуют болячки, начиная с самых незначительных и заканчивая серьезными проблемами со здоровьем.
9. Волосы тускнеют и ускоренно выпадают.
10. «Уходят» мышцы, превращая руки и ноги в палки.
11. Раны плохо заживают и гноятся.
12. Замедляется пульс, снижается давление.
13. Страдает печень.

Проблемы при избытке белка

Кроме дефицита, бывает и переизбыток белков в организме. В этом случае пищеварительная и выделительная системы претерпевают сильные перегрузки, что приводит к образованию продуктов гниения в пищеварительном тракте. А это вызывает интоксикацию и отравление всего организма.

Функции белков

Белки выполняют следующие основные функции:

1. Структурная (строительная). Входят в состав мембран, микротрубочек и микронитей, которые выполняют роль цитоскелета. В связях содержится белок эластин, в волосах, ногтях и перьях – белок кератин, в хрящах и сухожилиях – белок коллаген, в костях – белок осеин.
2. Защитная. Лимфоцитами вырабатываются специализированные белки – антитела, которые способны распознавать и обезвреживать бактерии, вирусы, инородные для организма белки. В процессах свертывания крови принимают участие белки фибрин, тромбопластин и тромбин. Они предупреждают значительные потери крови. В ответ на атаку болезнетворных микроорганизмов растения также синтезируют ряд защитных белков.
3. Сигнальная. Обеспечивает избирательное поглощение клеткой определенных веществ и способствует защите ее. При этом отдельные сложные белки клеточных мембран способны распознавать определенные химические соединения и реагировать на них. Они связываются с ними или изменяют свою структуру и передают сигналы об этих веществах на другие участки мембраны или вглубь клетки.

1. Двигательная (сократительная). Обеспечивают способность клетки двигаться, изменять форму. Например, сокращающиеся белки актин и миозин функционируют в скелетных мышцах и во многих других клетках. В состав микротрубочек ресничек и жгутиков эукариотических клеток входит белок тубулин.
2. Регуляторная. Являются гормонами белковой природы у животных, регулирующими рост, половое созревание, половые циклы, изменение покровов и т. п. Некоторые белки регулируют активность обмена веществ.
3. Транспортная. Белки транспортируют неорганические ионы, газы (кислород, углекислый газ), специфические органические вещества. Транспортные белки содержатся в мембранах клеток, в эритроцитах и т. п. В крови есть белки-транспортеры, которые узнают и связывают определенные гормоны и несут их к определенным клеткам. Например, гемоцианин (белок синего цвета) у беспозвоночных, гемоглобин у позвоночных переносят кислород.
4. Запасающая. Могут запасаться в эндосперме семени многих иидов растений (в злаковых от 15-25 %, бобовых – до 45 %), в яйцах птиц, пресмыкающих и т. п.
5. Питательная. Зародыш семени некоторых растений потребляет на первых этапах развития белки, которые отложены в запас.
6. Энергетическая. При расщеплении белков высвобождается энергия. Аминокислоты, которые образовались при расщеплении белков, или используются для биосинтеза белков, нужных организму, или раскладываются с высвобождением энергии. При полном расщеплении 1 г белков в среднем высвобождается 17,2 кДж энергии. Однако белки как источник энергии используются очень редко, преимущественно тогда, когда истощаются запасы углеводов и жиров.
7. Ферментативная (каталитическая). Эту функцию выполняют белки – ферменты, которые ускоряют биохимические реакции в организме.
8. Функция антифриза. В плазме крови некоторых живых организмов содержатся белки, которые предупреждают ее замерзание в условиях низких температур.

Некоторые организмы, живущие в горячих условиях, имеют белки, которые не денатурируют даже при температуре +50…90 °С.

Некоторые белки образуют сложные комплексы с пигментами, нуклеиновыми кислотами.

Белок в молочных продуктах

Качество молока принято оценивать по жирности, но более важный компонент — белок. Молочные продукты почти все полноценны по составу аминокислот. Лизина в них содержится в 3 раза больше, чем в хлебе. Стакан молока и ломоть хлеба обеспечивают правильное соотношение аминокислот, хотя многие считают такую пищу слишком простой, деревенской.

Содержание белка, г на 100 г продукта питания:

• различные сорта сыра — от 22 до 32;
• творог — от 14 до 18;
• йогурт — до 5;
• молоко — от 3 до 4.

Обезжиренное молоко является источником протеина и витаминов группы B. Одна чашка (250 мл) дает организму 7,3 г белка.  При кипячении молока до 2% этого ценного компонента теряется, разрушается часть витаминов. В 250 мл жирного кефира содержится 7 г белка. Кефир и простокваша усваиваются организмом в 3 раза быстрее, чем молоко.

Белок творога обеспечивает поступление в организм аргинина, валина, лизина, фенилаланина и триптофана. При тепловой обработке теряется от 5 до 7% белка. Молочные продукты богаты кальцием, необходимым для костей, но бедны железом.

Дневная норма протеина

Если вы активно занимаетесь спортом, а в особенности тяжелым физическим трудом, то вашу норму белков вам подскажет тренер. Мы укажем количество белка для людей с умеренной двигательной активностью.

• Малышам до 2-х лет рекомендуется кушать до 4-х г белка на 1 кг веса в сутки.
• Детям от 2 до 12 лет — 3 г белка на 1 г веса в сутки.
• Подросткам достаточно 2 г на 1 кг веса в сутки.
• Взрослым женщинам — 1 г белка на 1 кг веса в сутки.
• Взрослым мужчинам с активным образом жизни — 1,3 г белка на 1 кг веса в сутки.

Держите под рукой таблицу содержания белка в продуктах. Со временем вы запомните ее наизусть и будете питаться правильно.