Фізіолого-гігієнічне значення білків
Господин AtarangiФІЗІОЛОГО-ГІГІЄНІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ НУТРІЄНТІВ
Фізіолого-гігієнічне значення білків та наслідки їхнього надлишку і дефіциту у раціонах харчування
Білки - це незамінні компоненти раціону, без яких неможливе життя, ріст і розвиток організму. З білками пов'язані основні прояви життя: обмін речовин; скорочення м'язів та рух; подразливість нервів; здатність до росту, розмноження і мислення.
В організмі людини білків міститься в середньому 17 % від маси тіла, а в перерахунку на сухі речовини - 44 %, в тому числі: 30 % білків містяться у м'язах; близько 20 % - у кістках і сухожиллях; біля 10 % - у шкірі. Протягом 5-6 місяців відбувається повна заміна власних білків тіла людини. Нагромадження і накопичення білків в організмі дорослих людей не відбувається.
Білки складаються із а-амінокислот. В організмі людини близько 80 амінокислот, однак до складу білків продуктів харчування входять лише 25, які називають іноді природними. Сьогодні залишається загадкою те, чому життя на Землі, починаючи з мікрогрибів, засноване на білках, побудованих саме з L-, а не D-α-амінокислот. L-амінокислоти досить широко поширені в живій природі (бактерії) і входять до складу біологічно значущих олігопептидів (рис. 4.1).
Білки мають надзвичайно важливе значення для організму людини, їх неможливо замінити іншими речовинами. Вони належать до незамінних, есенціальних речовин і це зумовлено фізіологічними функціями, які виконують білки в організмі (табл. 4.1).
Рис. 4.1. Білкові структури організму
Таблиця 4.1. фізіологічні функції білків
Функції
Проявлення функції
Пластична (будівельна)
Незамінний субстрат для утворення власного специфічного білка в організмі, завдяки чому відбувається ріст і розвиток дитячого організму та відновлення клітин, що зносилися
Енергетична
Енергетичний коефіцієнт 1 г білка - 16,8 кДж (4 ккал)
Гормональна (регуляторна)
Гормони - в більшості білки і забезпечують нейрогуморальну регуляцію організму;
нейропептиди - відповідають за важливі процеси (сон, пам'ять, почуття страху та тривоги)
Каталітична (ферментативна)
Білки - основний компонент ферментів і забезпечують їх структурні й каталітичні функції
Транспортна
Складні білки-переносники транспортують в органи та тканини кисень, водорозчинні вітаміни, мінеральні речовини та продукти метаболізму
Захисна
Найважливіші фактори імунітету - білки. Вони забезпечують утворення антитіл, виведення токсинів, процес згортання крові. На основі цієї функції створена галузь науки - імунологія
Механічна (моторна)
Білки забезпечують скорочення і розслаблення м'язів, роботу внутрішніх органів, рух протоплазми в клітинах
Опорна
Білки - складова кісток і хрящів, нігтів і волосся
Рецепторна
Багато білків виконують функцію пізнання і передачі сигналів у клітину з зовнішнього середовища
Дефіцит і надлишок білка у харчовому раціоні негативно впливає на функціонування організму.
Дефіцит білків у дитячому організмі призводить до пластичних, гормональних, імунних та ферментативних розладів, а саме:
♦ затримується ріст;
♦ гальмується кістко утворення;
♦ порушується фізичний та психічний розвиток;
♦ порушуються процеси травлення, кровотворення.
Тривалий надлишок надходження білка до організму, що розвивається, призводить до:
♦ прискореного окостеніння епіфізів кісток;
♦ затримання росту;
♦ порушення гармонійності статури;
♦ збільшення темпів продукції статевих гормонів та прискорення статевого розвитку.
В організмі дорослих при дефіциті білків порушуються такі функції організму:
♦ знижується апетит та маса тіла;
♦ збільшується втомлюваність та знижується працездатність;
♦ уражається імунна система та підвищується рівень захворюваності;
♦ знижується активність ферментів, порушуються процеси травлення і кровотворення;
♦ негативно впливає на печінку, серцево-судинну та дихальну системи;
♦ знижується функціональна здатність статевого апарату.
При надлишку надходження білка до дорослого організму відбуваються біохімічні перетворення невикористаних амінокислот, що призводить до:
♦ інтоксикації організму продуктами метаболізму білків;
♦ зниження фізичної працездатності (сприяє розвитку втоми);
♦ накопичення кислих радикалів;
♦ утворення сечокислого каміння та новоутворень у суглобах;
♦ гальмування нервово-психічних реакцій.
Фізіолого-гігієнічна роль амінокислот
Фізіолого-гігієнічна цінність білків харчових продуктів залежить від кількості і співвідношення в них незамінних амінокислот, які не можуть синтезуватися в організмі й повинні надходити тільки з їжею.
Незамінних амінокислот (НАК) називають десять (вісім - для дорослого організму: метіонін, триптофан, лізин, фенілаланін, лейцин, ізолейцин, треонін, валін та дві амінокислоти: аргінін, цистеїн - для дитячого організму). Кожна амінокислота виконує певну фізіологічну функцію в організмі.
Фізіологічна роль незамінних амінокислот
МЕТІОНІН - ростова, ліпотропна, протекторна НАК
o є могутнім детоксикаційним агентом, антиоксидантом, гальмує старіння;
o сприяє регенерації тканин печінки і нирок і має ліпотропні властивості;
o запобігає стомленню, випаданню волосся;
o полегшує ревматичні розлади;
o розщеплює холестерин;
o сприяє боротьбі з інфекціями;
o бере участь в утворенні холіну, адреналіну, цистеїну, глікогену, S-аденозилметіоніну.
ТРИПТОФАН - найважливіша ростова НАК
♦ бере участь у:
- мозкових процесах (апетит, сон, настрій);
- синтезі тканинних білків та білків крові;
- синтезі нікотинової кислоти, (вітаміну РР), серотоніну;
♦ зміцнює імунну систему;
♦ зменшує ризик спазмів артерій і серцевого м'язу;
♦ сприяє росту шкіри і волосся;
♦ поліпшує травлення;
♦ сприяє утилізації вітамінів групи В;
♦ є антидепресантом;
♦ підвищує опірність стресам.
ЛІЗИН - найважливіша ростова НАК
♦ регулює процеси кровотворення;
♦ є субстратом довготривалої пам'яті, стимулює розумову працездатність, усуває порушення здібностей;
o послаблює ріст вірусів;
o бере участь в утворенні антитіл, зберігає імунну систему;
o протидіє стомленню;
o сприяє відновленню кісткових і сполучних тканин;
o поліпшує абсорбцію кальцію;
o цукор руйнує лізин.
ФЕНІЛАЛАНІН
♦ бере участь у синтезі сполучних тканин і пігменту меланіну;
♦ покращує пам'ять, увагу, настрій;
♦ є стимулятором ЦНС;
♦ антидепресант;
♦ знижує апетит;
♦ стимулює щитоподібну залозу до продукції тиреоїдних гормонів;
♦ поліпшує функціонування кровоносної системи;
♦ допомагає утворенню інсуліну, адреналіну, норадреналіну, тироксину і трийодтироніну;
♦ підвищує працездатність.
ІЗОЛЕЙЦИН
♦ метаболізується в м'язову тканину;
♦ бере участь в утворенні гемоглобіну, глікогену;
♦ розщеплює холестерин;
♦ бере участь у метаболізмі цукру.
ЛЕЙЦИН
♦ забезпечує ріст організму;
♦ зміцнює імунну систему;
♦ знижує вміст цукру у крові;
♦ нормалізує діяльність щитоподібної залози і нирок;
♦ сприяє загоєнню ушкоджень шкіри і кісткової тканини; розщеплює холестерин.
ТРЕОНІН - ліпотропна, імуннозахисна НАК
♦ регулює передачу нервових імпульсів медіаторами;
♦ нормалізує діяльність шлунково-кишкового тракту;
o складова сполучних білків;
o детоксикатор;
o бере участь у процесах росту тканин, у біосинтезі ізолейцину;
o сприяє енергетичному обміну в м'язових клітинах.
ВАЛІН
o метаболізується у м'язову тканину;
o нормалізуюче діє на нервову систему:
- захищає мієлінову оболонку;
- забезпечує координацію тіла;
- стимулює розумову діяльність і активність;
o бере участь у синтезі глікогену, пантотенової кислоти;
o антинаркоманний.
АРГІНІН - НАК для дитячого організму
o аргінін називають "речовиною молодості", оскільки вона регулює синтез багатьох гормонів;
o детоксикатор і гепатопротектор;
o заторможує розвиток пухлин, ракових утворень;
o бере участь у процесах росту м'язів, сполучної тканини;
o знижує жирові запаси організму;
o стимулює імунну систему;
o запобігає фізичній і розумовій втомі;
o стимулює сперматогенезу;
o сприяє синтезу глікогену;
o при недостачі аргініну організм швидко старіє;
o запобігає хворобам серця, судин.
ЦИСТЕЇН - умовно НАК
o поліпшує функції мозку;
o зміцнює імунну систему;
o учасник обміну метіоніну;
o детоксикатор (донор SH-груп);
o поліпшує засвоєння селену;
o стимулює ріст волосся;
o знижує шкідливі наслідки паління й алкоголю;
o прискорює загоєння тканин;
♦ сприяє продукції жовчі;
♦ переносить інші амінокислоти по організму;
♦ у харчовій промисловості використовується як антиоксидант, що захищає вітамін С від руйнування у готових виробах.
Фізіологічна роль важливих незамінних амінокислот
ГЛІЦИН
o учасник утворення гормонів, які поліпшують імунну систему;
o бере активну участь у забезпеченні киснем процесу утворення нових клітин;
o антидепресант, має заспокійливий вплив;
o сприяє мобілізації жиру з печінки;
o бере участь в утворенні імуноглобулінів і антитіл;
o знижує кислотність шлункового вмісту;
o підсилює ріст кісткових тканин.
ТИРОЗИН
o використовується організмом замість фенілаланіну при синтезі білка;
o попередник гормонів щитоподібної залози;
o антидепресант; засіб проти втомлюваності та стресів;
o сприяє функціонуванню наднирників, гіпофізу і щитоподібної залози;
o учасник утворення червоних і білих кров'яних тілець.
АЛАНІН
o важливе джерело енергії для функціонування центральної нервової системи, м'язів;
o бере участь у процесі створення імуноглобулінів і антитіл;
o регулює рівень цукру в крові;
o учасник енергетичних процесів;
o сприяє накопиченню глікогену печінкою і м'язами;
o сприяє відновленню після травм.
Фізіологічні основи нормування білка у раціонах харчування
При безбілковій дієті, цілком задовольняючи потреби організму людини в енергії, втрати білка, "коефіцієнт, який характеризується зношуванням", становить 13-17 грам на добу. Але навіть якщо до раціону включити цю кількість білка, то білкова рівновага не настане, тому що:
o по-перше, з невідомих причин споживання білка супроводжується підвищеним виведенням азоту (по кількості виведеного азоту мають уяву про втрати білка);
o по-друге, частка харчових білків, що йде на побудову білка самого організму, залежить від їхнього амінокислотного складу.
Фізіологічна цінність білків для людини є різною і визначається вмістом у них незамінних амінокислот. Синтезуються білки в організмі людини з амінокислот, що утворюються за рахунок засвоєння білків харчового раціону (⅓ - ¼ власних білків), так і за рахунок дисиміляції (⅔ - ¾ власних білків).
Нормування білків враховує азотистий баланс, який може бути негативним, позитивним і адекватним (азотиста рівновага).
Азотиста рівновага - це кількість азоту, яка надійшла до організму з їжею і дорівнює кількості азоту, яка виведена з організму (з сечею, калом, потом, волоссям, нігтями).
Позитивний азотистий баланс характерний для дітей у зв'язку з ростом, розвитком.
Негативний азотистий баланс є характерним під час повного або часткового голодування, споживання низькобілкових раціонів, порушенні засвоювання білків у шлунково-кишковому тракті, під час хвороб.
Фізіологічна потреба у білку
Наукове обґрунтування фізіологічної потреби у білку відбувається за азотистим балансом. Якщо людина знаходиться на безбілковому харчовому раціоні, то втрати азоту з сечею, калом та потом становлять 85 мг на 1 кг маси тіла. Тоді мінімальна норма споживання білка буде: (85 мг o 6,25) = 0,5 г на 1 кг маси тіла. Така кількість білків забезпечить рівновагу між процесами синтезу та розпаду їх в організмі людини. Враховуючи рівень засвоюваності білків, стресові ситуації, фізичні навантаження, безпечний рівень споживання білків становить 0,75 г на 1 кг маси тіла, а максимальний - 1,1 г. Таким чином:
o мінімальна потреба у білках - 0,5 г на 1 кг маси тіла, забезпечує азотисту рівновагу і є нижньою межею безпеки, яка задовольнить потребу у білку для 60 % населення.
o оптимальна потреба у білках - 0,75 г на 1 кг маси тіла, забезпечує поправку на стресову ситуацію (20 %) і забезпечує засвоюваність білків (30 %).
o максимальна потреба у білках - 1,1 г на 1 кг маси тіла, забезпечує витрати на фізичну працю (40 %), є верхня межа безпеки і задовольнить потребу у білку для 95 % населення. Для спортсменів, військовослужбовців потреба у білку - 2 г на 1 кг маси тіла, для підлітків та чоловіків у період виконання ними репродуктивної функції - 2,5-3 г.
Потреба у білках залежить від енерговитрат і становить при енерговитратах більше 3000 ккал - 11 %, 2500-3000 ккал - 12 %, 2000-2500 ккал - 13 % від енергоцінності раціону.
Добова потреба у незамінних амінокислотах, г:
триптофан - 1, треонін - 2-3, лейцин - 4-6, метіонін - 2-4, ізолейцин - 3-4, лізин - 3-5, валін - 3-4, фенілаланін - 2-4.
Поняття біологічної цінності білків та методи визначення
Біологічна цінність білків характеризує здатність їх забезпечити пластичні процеси та синтез метаболічно-активних субстанцій.
Біологічна цінність білків характеризує якість білка і обумовлена наявністю у них незамінних амінокислот, їх співвідношенням із замінними та засвоюваністю у шлунково-кишковому тракті.
Засвоєння білків їжі, повнота використання амінокислот може бути досягнута тільки при збалансованості незамінних амінокислот.
Якщо якої-небудь із незамінних амінокислот у білках їжі буде менше, ніж у стандартному білку, то й інші амінокислоти не можуть бути цілком використані організмом.
Біологічну цінність білків оцінюють хімічними, біохімічними та біологічними методами (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Методи оцінювання біологічної цінності білків
Хімічні методи
При хімічному методі визначення біологічної цінності білків визначають амінокислотний склад білків у гідролізаті, використовуючи аміноаналізатор, та порівнюють його із стандартною амінокислотною шкалою за такими показниками:
1. Амінокислотне число (Ач)
1 г стандартного білка містить, мг: ізолейцину - 40, триптофану - 10, лізину - 55, лейцину - 70, треоніну - 40, валіну - 50, сірковмісних амінокислот (цистеїн, метіонін) - 35, ароматичних сполук (фенілаланін, тирозин) - 60.
2. Амінокислотний скор (Аскор )
Амінокислотний скор (число) визначається по кожній незамінній амінокислоті.
3. Метод амінокислотних шкал - порівняння кількості амінокислот у продукті із стандартною амінокислотною шкалою FAO/ WHO для виявлення лімітуючих амінокислот.
Амінокислота, скор якої має найменше значення, вважають лімітуючою.
4. Відношення вмісту загальної кількості незамінних амінокислот до замінних
Для тваринних продуктів - 0,43-0,52; рослинних - 0,32-0,45.
5. Білково-якісний показник - відношення вмісту триптофану у білку до вмісту у ньому оксипроліну (пряма пропорційність з біологічною цінністю).
6. Вміст у білку правообертальних й-амінокислот (обернена пропорційність до біологічної цінності).
7. Вміст сірки у білку (пряма пропорційність з біологічною цінністю).
8. Вміст у білковому продукті вільних нуклеїнових кислот, пуринових основ, сечової кислоти (обернена пропорційність біологічній цінності).
Біохімічні методи
При біохімічному методі здійснюють ферментативний гідроліз білків пепсином і трипсином у моделях in vitro, що близькі до умов травлення у живому організмі. При цьому визначають атакованість білків in vitro, яка дає комплексну характеристику максимальної швидкості та глибини гідролізу досліджуваного білка порівняно з еталонним білком (казеїном).
Біологічні методи
Біологічні методи оцінки біологічної цінності характеризують засвоюваність білків за такими показниками (табл. 4.2):
1. Коефіцієнт ефективності білка (КЕБ) - збільшення маси тіла в г на 1 г споживаного білку (міжнародна абревіатура - PER > 2,5)
3. Коефіцієнт засвоєння білка (КЗБ) - співвідношення кількості засвоєного білка в % до його споживаної кількості.
Залежно від біологічної цінності білки продуктів харчування поділяють на 4 класи:
Клас 1. Білки молока, яєць
o мають високу біологічну цінність і організм спроможний коректувати їх амінограми.
Клас 2. Білки м'яса, риби, сої, насіння бавовни, соняшника, рапсу
♦ мають найоптимальніші амінограми і організм не спроможний коректувати їх амінограми.
Клас 3. Білки зернових культур
o погано збалансовані за вмістом амінокислот і мають низьку корекцію їх амінограм організмом.
Клас 4. Білки желатину, гемоглобіну
♦ неповноцінні, біологічна цінність наближається до нуля.
