Биологическая химия - часть 102

занимающийся умственным трудом или подвергающийся средней физи-

ческой нагрузке (полностью механизированный труд), должен получать

100–120 г белка в сутки при трате общего количества энергии 12000 кДж.

При изменении условий труда (недостаточно механизированный труд)

и больших тратах энергии норма белка увеличивается на 10 г на каждые

2100 кДж. Рабочие, выполняющие тяжелую физическую работу, должны

получать 130–150 г белка в сутки.

Потребности в белках детей определяются в первую очередь возрастом

и массой тела. Дети даже раннего детского возраста нуждаются в 55–72 г

белка в сутки. С возрастом (от 12 до 15 лет) эта норма увеличивается до

суточной нормы взрослого человека. Суточные потребности в белке резко

возрастают при беременности и лактации, а также при некоторых па-

тологических состояниях, когда организм теряет белок с мочой или асцит-

ной жидкостью, экссудатами при нефритах, тяжелых инфекционных за-

болеваниях, ожогах, травмах и т.д.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ БЕЛКОВ

Состояние белкового обмена целостного организма зависит не только от

количества принимаемого с пищей белка, но и от качественного состава его.

В опытах на животных было показано, что получение одинакового ко-

личества разных пищевых белков сопровождается в ряде случаев развитием

отрицательного азотистого баланса. Так, скармливание равного количества

казеина и желатина крысам приводило к положительному азотистому

балансу в первом случае и к отрицательному – во втором *. Имел значение

различный аминокислотный состав белков, что послужило основанием для

предположения о существовании в природе якобы «неполноценных» белков.

Оказалось, что из 20 аминокислот в желатине почти отсутствуют (или

содержатся в малых количествах) валин, тирозин, метионин и цистеин;

кроме того, желатин характеризуется другим, отличным от казеина про-

центным содержанием отдельных аминокислот. Этим можно объяснить тот

факт, что замена в питании крыс казеина на желатин приводит к развитию

отрицательного азотистого баланса. Приведенные данные свидетельствуют

о том, что различные белки обладают неодинаковой пищевой ценностью.

Поэтому для удовлетворения пластических потребностей организма тре-

буются достаточные количества разных белков пищи. По-видимому, спра-

ведливо положение, что, чем ближе аминокислотный состав принимаемого

пищевого белка к аминокислотному составу белков тела, тем выше его

биологическая ценность. Следует, однако, отметить, что степень усвоения

пищевого белка зависит также от эффективности его распада под влиянием

ферментов желудочно-кишечного тракта. Ряд белковых веществ (например,

белки шерсти, волос, перьев и др.), несмотря на их близкий амино-

кислотный состав к белкам тела человека, почти не используются в качестве

пищевого белка, поскольку они не гидролизуются протеиназами кишечника

человека и большинства животных.

С понятием биологической ценности белков тесно связан вопрос об

эссенциальных (незаменимых) аминокислотах. Живые организмы сущест-

венно различаются в зависимости от их способности синтезировать амино-

* Вопросы азотистого равновесия, положительного и отрицательного азотистого баланса

подробно рассматриваются в курсе физиологии.

413

кислоты или другие азотсодержащие соединения, которые они могут

использовать для биосинтеза аминокислот. Высшие растения, например,

могут синтезировать все необходимые для белкового синтеза амино-

кислоты, причем могут использовать для этого аммиак или нитраты

в качестве источника азота. Микроорганизмы обладают различной способ-

ностью синтезировать аминокислоты. В частности, если Е. coli синтезирует

все аминокислоты, используя нитриты и нитраты или аммиак, то мо-

лочно-кислые бактерии не обладают этой способностью и получают

аминокислоты в готовом виде из молока. Высшие позвоночные животные

не синтезируют все необходимые аминокислоты. В организме человека

и белых крыс синтезируются только 10 из 20 необходимых аминокислот – так

называемые  з а м е н и м ы е  а м и н о к и с л о т ы . Они могут быть синтези-

рованы из продуктов обмена углеводов и липидов. Остальные 10 амино-

кислот не синтезируются в организме, поэтому они были названы жизненно

необходимыми, эссенциальными, или  н е з а м е н и м ы м и  а м и н о к и с л о -

тами (табл. 12.1).

Таблица 12.1. Заменимые и незаменимые аминокислоты

Заменимые

Аланин

Аспарагин

Аспарагиновая

кислота

Глицин

Глутамин

Незаменимые

Аргинин

1

Валин

Гистидин

1

Изолейцин

Лейцин

Заменимые

Глутаминовая

кислота

Пролин

Серин

Тирозин

Цистеин (цистин)

Незаменимые

Лизин

Метионин

Треонин

Триптофан

Фенилаланин

1

 Частично заменимые аминокислоты.

Незаменимость аминокислот для роста и развития организма животных

и человека объясняется отсутствием способности клеток синтезировать

углеродные скелеты незаменимых аминокислот, поскольку процесс ами-

нирования соответствующих кетопроизводных осуществляется сравнитель-

но легко посредством реакций трансаминирования (см. далее). Следо-

вательно, для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека и

животных все эти 10 аминокислот должны поступать с пищей.

Следует отметить, что для взрослого человека аргинин и гистидин

оказались частично заменимыми. Г. Роуз наблюдал людей, получавших

искусственную пищу, в которой белок был полностью заменен смесью 20

аминокислот. Он установил, что для сохранения нормальной массы тела

и работоспособности имеют значение не только определенное количество

каждой аминокислоты и соотношение незаменимых аминокислот в по-

добной диете, но и содержание в последней общего азота (табл. 12.2).

Исключение какой-либо незаменимой аминокислоты из пищевой смеси

сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса, истоще-

нием, остановкой роста, нарушениями функции нервной системы и др.

В опытах на крысах были установлены следующие величины незаменимых

аминокислот, необходимых для оптимального роста, относительно три-

птофана, принятого за единицу: лизина 5; лейцина 4; валина 3,5; фенил-

аланина 3,5; метионина 3; изолейцина 2,5; треонина 2,5; гистидина 2;

414

Таблица 12.2. Минимальная суточная потребность организма человека в неза-

менимых аминокислотах (рекомендации ФАО и ВОЗ)

Амино-

кислота

Арг

Гис

Иле

Лей

Лиз

Потреб-

ность инди-

видуума,

г/сут

1,8

0,9

0,7

1,1

0,8

Потребность в

расчете на массу

тела, мг/кг

Взрослый орга-

низм не нужда-

ется

10

14

12

Амино-

кислота

Мет

(Цис)

1

Фен (Тир)

2

Тре

Трп

Вал

Потреб-

ность инди-

видуума,

г/сут

1,1

1,1

0,5

0,25

0,80

Потребность в

расчете на массу

тела, мг/кг

13

14

7

3,5

10

1

 Цистеин снижает потребность в метионине на 80%.

2

 Тирозин снижает потребность в фенилаланине на 70%.

аргинина 1. Имеются доказательства, что примерно такое же соотношение

незаменимых аминокислот требуется для человека.

Последствия недостаточного содержания какой-либо незаменимой

аминокислоты в пище более подробно изучены на животных. Отсутствие

или недостаток, например, валина и лизина приводит к остановке роста

и развитию тяжелой клинической картины, напоминающей авитаминоз

у животных.

Следует особо подчеркнуть, что недостаток в пище одной незаменимой

аминокислоты ведет к неполному усвоению других аминокислот. Вместе

с тем в опытах на животных было показано, что потребности в не-

заменимом фенилаланине могут быть частично компенсированы заме-

нимой аминокислотой тирозином, потребности в метионине – гомоцисте-

ином с добавлением необходимого количества доноров метильных групп.

Глутаминовая кислота снижает потребности в аргинине. Необходимо

учитывать и видовые различия при определении незаменимости отдельных

аминокислот. Для цыплят, например, глицин оказался незаменимым фак-

тором роста.

Для оценки биологической ценности пищевого белка важное значение

имеет знание его аминокислотного состава. Так, скармливание крысам

казеина (белок молока) и выделенного из кукурузы белка зеина, который не

содержит лизина и практически триптофана, показало, что при получении

с пищей казеина рост животных не нарушался. Замена казеина зеином

приводила к постепенному отставанию в росте и снижению массы тела

животных. Добавление к зеину только триптофана предотвращало сни-

жение массы тела, но не увеличивало рост; при добавлении к рациону еще

и лизина масса тела прогрессивно нарастала.

Таким образом, скармливание выделенного из кукурузного зерна белка

зеина, не содержащего двух незаменимых аминокислот, приводит к ос-

тановке роста, уменьшению массы тела животных и развитию отрица-

тельного азотистого баланса.

Человек и животные питаются не искусственно выделенными, а на-

туральными белками, входящими в состав смешанной пищи, в которой

обычно содержится весь набор незаменимых аминокислот. Так, цельное

кукурузное зерно содержит 2,5% лизина, 0,7% триптофана, в то время как

415

зеин не содержит лизина вообще, а триптофана в нем всего 0,1%. Этот

пример лишний раз свидетельствует о том, что в природе неполноценных

белков почти не существует и что следует, очевидно, лишь различать

биологически более ценные и менее ценные (в питательном отношении)

белки (табл. 12.3).

Т а б л и ц а 12.3. Содержание незаменимых аминокислот в белках различного проис-

хождения

Аминокислота

Apг

Гис

Иле

Лей

Лиз

Мет

Фен

Тре

Трп

Вал

Содержание аминокислоты в продуктах, в процентах от сухой массы

пшеничная

мука

4,2

2,2

4,2

7,0

1,9

1,5

5,5

2,7

0,8

4,1

соевая

мука

4,7

2,4

5,4

7,7

6,5

1,4

5,1

4,0

1,5

5,0

рыбная

мука

5,0

2,3

4,6

7,8

7,5

2,6

4,0

4,2

1,2

5,2

говядина

7,7

3,3

6,0

8,0

10,0

3,2

5,0

5,0

1,4

5,5

коровье

молоко

4,1

2,6

7,8

11,0

8,7

0,8

5,5

4,7

1,5

7,1

кормовые

дрожжи

8,0

1,7

5,5

7,6

6,8

1,2

3,9

5,4

1,6

6,0

Биологическая ценность пищевого белка целиком зависит от степени его

усвоения организмом, что в свою очередь определяется соответствием

между аминокислотным составом потребляемого белка и аминокислотным

составом белков организма. Такой пищевой белок лучше используется

организмом для синтеза белков тканей. Для человека, например, белки

мяса, молока, яиц биологически более ценны, поскольку их аминокислот-

ный состав ближе к аминокислотному составу органов и тканей человека.

Однако это не исключает приема растительных белков, в которых со-

держится необходимый набор аминокислот, но в другом соотношении.

Поэтому для обеспечения биосинтеза необходимого количества эндогенных

белков человеку потребуется значительно больше растительных белков, чем

животных.

Таким образом, для нормального роста и гармоничного развития

организма человека исключительно большое значение имеют составление

и подбор пищевых продуктов, содержащих оптимальный аминокислотный

состав и обеспечивающих физиологически полноценное питание для разных

групп населения с учетом не только возраста и пола, но и различных

климатических условий, характера труда, сезона года и т.д.

РЕЗЕРВНЫЕ БЕЛКИ

Под термином «резервные белки» понимают не особые отложения белков,

а легкомобилизуемые при необходимости тканевые белки, которые после

гидролиза под действием специфических протеиназ служат поставщиками

аминокислот, необходимых для синтеза ферментов, гормонов и др. Опыты

на животных показали, что при голодании наблюдается неравномерное

изменение массы отдельных органов и тканей; в значительно большей

416