Метаболизъм и енергия в тялото
Метаболизъм на протеини.
Структурата и значението на протеините.
Протеините са органични вещества с по-високо молекулно тегло и съдържат различни елементи в доста строги количествени съотношения. Протеинът съдържа въглерод (50-55%), водород (6,5-7,3%), кислород (21-24%), сяра (0-0,5%) и азот (15-18%).
Значението на протеините в организма е огромно. „Животът е начин на съществуване на протеинови тела“, пише Ф. Енгелс. Протеините са основният строителен материал на клетката. Образувайки ензими и хормони, те регулират процесите, протичащи на всички нива на организацията на живия организъм: молекулярно, клетъчно, органно и органично.
Протеините определят видовите и индивидуалните различия на организмите. Те са необходими за изпълнението на защитни функции. Протеините имат и енергийна функция, тъй като тяхното разграждане е съпроводено с освобождаване на енергия.
Има прости протеини - протеини - и сложни - протеини. Простите протеини се състоят само от аминокиселини, докато сложните протеини включват, в допълнение към аминокиселините, допълнителни групи, които имат различна структура. Има няколко групи сложни протеини: металопротеини - протеини, съдържащи метал; гликопротеини - комплекс от протеини с въглехидрати; липопротеини - комплекс от протеини с липиди; нуклеопротеини - протеини, които образуват комплекс с нуклеинови киселини (ДНК и РНК) и др.
Молекулното тегло на протеините е много голямо и варира в широки граници: от няколко хиляди до няколко милиона единици. Формата на молекулите на простите протеини най-често се доближава до сферична. Има първична, вторична, третична и кватернерна структура на протеиновата молекула. Първичната структура се отнася до последователността на аминокиселините в протеина. Двадесет аминокиселини, открити в живите организмимогат да се повтарят многократно, комбинирани в различна последователност, което води до съществуването на голям брой различни протеини.
Аминокиселините са свързани в протеините чрез пептидни връзки. Непълното разцепване на протеина произвежда съединения, състоящи се от по-малък брой аминокиселини от протеините и се наричат полипептиди и пептиди. Полипептидите съдържат по-голям брой аминокиселинни остатъци от пептидите. Понастоящем за няколко десетки протеини е установена последователността на аминокиселините в тях.
Полипептидните вериги в протеиновата молекула не са удължени, а навити в спирала, образувайки вторичната структура на протеина. Определено разположение на полипептидните вериги на протеиновата молекула в пространството се нарича нейната третична структура.
Установено е, че белтъчната молекула се състои от отделни субединици. Тяхното пространствено разположение определя кватернерния му строеж.
протеинова специфичност.
При наличието на такава сложна структура, каквато имат протеиновите молекули, са възможни безброй вариации в тяхната структура. Разлики могат да се наблюдават в една, няколко или всички структури на протеиновата молекула (от първична до кватернерна). Наличието на огромен брой различни видове протеини, които се различават по своята структура, определя тяхната видова, индивидуална и органна специфика. Специфичността на видовете се проявява във факта, че структурата на животинските протеини, принадлежащи към различни видове, не е еднаква. Структурата на протеините на отделните индивиди, принадлежащи към един и същи вид, също се различава, макар и в по-малка степен. При въвеждане на чужд протеин в тялото възникват различни имунни реакции, насочени към отстраняването му. Това е сериозна пречка за трансплантацията на органи и тъкани и може да причинипоявата на тежки нарушения в организма по време на трансфузия на несъвместими кръвни групи, по време на изкуствена имунизация.
Органната специфичност на протеините се характеризира с факта, че протеините на един и същи организъм, но различни органи, са различни по структура и, следователно, по свойства.
Всички видове протеинова специфичност се запазват през целия живот на организма. Това е възможно поради факта, че наред с постоянната консумация на протеинови резерви се извършва техният синтез и всяка клетка синтезира само определени видове протеини.
азотен баланс.
Количеството протеин, получено с храната или отделено от тялото, може да се съди по количеството консумиран или отделен азот. От хранителните вещества само протеините съдържат азот. Известно е, че количеството му в протеина е 16%. От тук е лесно да се изчисли, че 1 g азот се съдържа в 6,25 g протеин (100:16). От тук, знаейки количеството отделен или консумиран азот, е лесно да се изчисли съответното количество протеин.
Концепцията за "азотния баланс" означава разликата в количеството азот, въведено в тялото с храната и отделено с урина, изпражнения и пот. Здравият възрастен човек се характеризира с азотен баланс, при който азотният баланс е 0, т.е. азотът се отделя толкова, колкото идва от храната. Когато от тялото се отделя по-малко азот, отколкото постъпва, говорят за положителен азотен баланс. Това винаги се наблюдава при бременни жени и в растящо тяло.
В някои случаи, например по време на гладуване, количеството на отделения азот надвишава доставяното количество. В този случай тялото има отрицателен азотен баланс.
Биологичната стойност на протеините.
Има биологично пълноценни и непълноценни протеини. Степен на протеинова стойностсе определя от количеството аминокиселини, необходими за нормалното протичане на синтезните процеси в организма. Протеините, които съдържат в определено съотношение всички необходими за това аминокиселини, се наричат пълни, а протеините, които нямат необходимия набор от аминокиселини, се наричат непълни. Последните включват например царевичен и ечемичен протеин.
Особено ценни за организма са тези аминокиселини, които не се образуват в животинския организъм. Такива аминокиселини са 10. Те се наричат незаменими (метионин, лизин, триптофан и др.). 10 аминокиселини са несъществени, тъй като могат да се синтезират в тялото. Всяка една от аминокиселините има специфична функция в организма, поради което липсата на нейния прием може да причини определени нарушения в нейната дейност. Например, при липса на валин се отбелязва нарушение на функциите на нервната система.
Трансформация на протеини в тялото.
В живия организъм непрекъснато протича синтез и разграждане на протеини. Синтезът на протеини се осъществява с участието на аминокиселини от различен произход. Необходим постоянен източник на аминокиселини са хранителните протеини. В храносмилателния тракт те се разграждат до аминокиселини, които се абсорбират в кръвта. След като преминат през съдовете на черния дроб, аминокиселините се доставят до всички органи, в клетките на които отново се синтезира протеин, но вече специфичен за всеки от тях. За синтеза на протеини се използват и аминокиселини, пептиди и нуклеотидни пептиди, които се образуват при разграждането на клетъчните протеини. Нуклеотидният пептид е продукт на непълно разграждане на протеин, състоящ се от пептиди и нуклеотидна група. За синтеза на протеини се използват и аминокиселини, които се синтезират в тялото. В тялото могат да се синтезират протеини от друг тип от продуктите на разпадането на протеини от един вид.
Интензивностпротеиновият синтез е доста висок. Всеки ден в развиващия се човешки организъм се синтезират 100 g протеини. Въпреки това, не всички аминокиселини, образувани по време на разграждането на протеините, се използват за синтеза на протеини. Някои от аминокиселините претърпяват разграждане, крайните продукти на което са NH3, CO2 и H2O. Амонякът е токсичен за тялото. Дори леко повишаване на количеството му в организма може да предизвика редица тежки нарушения. Обикновено това не се случва, тъй като в тялото амонякът бързо се свързва с аспарагиновата и глутаминовата киселина и протеина. По този начин той губи своята токсичност. Неутрализирането на амоняка също се извършва в черния дроб чрез синтеза на урея, вещество, което е относително безвредно за организма и се екскретира с урината. Продуктите от непълното разграждане на някои аминокиселини могат да се използват в тялото като строителен материал за синтеза на други аминокиселини. В тялото непрекъснато се извършва синтез и разграждане не само на прости протеини, но и на сложни.
Крайните продукти на метаболизма на нуклеопротеините са урея, пикочна киселина, въглероден диоксид и вода.