1.Поняття білки. Функції.

Білки – високомолекулярні органічні сполуки, азотовмісні нерегулярні біополімери, побудовані з великої кількості залишків амінокислот, сполучених пептидним та іншими видами зв'язків. Свою назву білки дістали від яєчного білка, що з давніх-давен використовувався як харчовий продукт. Уперше термін "білки " було застосовано за аналогією з яєчним білком французьким фізіологом Ф.Керне в 1747 р. Пізніше, в 1853 р., дослідником Н.Мульдером білки Були названі протеїнами. Нині у літературі використовуються обидва терміни.

Білки є найважливішими в біологічному відношенні і найскладніше за своєю хімічною структурою сполуками. Вони становлять структурну і функціональну основу всіх живих організмів.

Білки в організмі виконують найрізноманітніші функції.

Структурна функція. Білки в середньому становлять 18-21 % загальної маси організму людини і тварин і до 45-50 % її сухої маси. Білки входять до складу усіх органів і тканин. Вони беруть участь в утворенні структурної основи клітин і їх органелл – мембранних структур, мітохондрій, рибосом, цитоплазми. Людирі і вищим тваринам білки необхідні для утворення стінок судин, формування покривних, м'язових і сполучних тканин організму, вони становлять основу органічної частини кісткової тканини, хрящів, звїязок і сухожилля.

Каталітична функція. Усі ферменти – біологічні каталізатори, що зумовлюють перебіг хімічних реакцій в організмі –мають білкову природу. Вони є необхідними для життєдіяльності кожного живого організму.

За участю ферментів у клітинах одночасно проходить багато різних хімічних реакцій, які забезпечують синтез і розщеплення різноманітних сполук з досить великою швидкістю за звичайних температурі і тиску. Зараз відомо близько 2 тисяч білків, які ферментативно активні і більше 200 з яких виділено в кристалічному стані.

Гормональна функція. Значна кількість гормонів також є білками або продуктами білкового обміну. Це, зокрема, такі гормони, як інсулін, тетелін, тиреотропін, адренокортикотропний гормон, окситоцин, вазопрессин та ін. Гормони беруть активну участь у регуляції обміну, впливають на проникність клітинних мембран, регулюють активність ферментів, діють на процеси трансляції і транскрипції та ін.

Захисна функція здійснюється в основному за участю білків γ-глобулінів, з якими пов'язані імунні реакції організму. Антитіла, які утворюються в організмі при несприятливій дії на нього різних факторів (хвороботворних бактерій, вірусів, токсинів), мають білкову природу. Зв'язуючись з мікроорганізмами чи токсинами, вони інактивують їх, гальмують патогенну дію і знешкоджують токсичні продукти. Відомо ряд інших процесів, в яких білки також виконують захисну функцію, наприклад у процессах зсідання крові, оберігаючи організм від надмірної втрати її при різних травмах, тощо.

Механічна фунція. Білки беруть участь у забезпечанні різних форм механічного руху – скороченні і розслабленні м'язів, роботі внутрішніх органів – серця, легень, шлунка і т.д. Ці процеси здійснюються за участю таких білків, як актин, міозин, тропоміозин і ряду інших.

Енергетична функція. Білки, як і вуглеводи, і ліпіди, є також важливим джерелом енергії для організму. Так, при розщепленні 1 г білки виділення 17,7 кДж енергїї. За рахунок білків організм людини одержує 10-15 % енергїї.

Отже, з далеко неповного переліку функцій білків в організмі видно, що їм належить ведуча роль у забезпеченні процесів життєдіяльності. Багатоплановість і важливість проблеми білка зумовлена насамперед тим, що з нею пов'язано вирішення досить важливого питання про закономірності розвитку жівої матерії,пізнання вищої форми її існування, розкриття суті явищ, що лежать в основі життя, і свідомого керування ним.

2. Хімічний склад білків

Елементарний склад. Дослідження елементарного складу білків розпочалось ще на початку Χ׀Χ ст. Перші дані про елементарний склад білків з'явились у 1809 р. на основі досліджень Ф.Грена. У результаті хімічного аналізу білків було визначено їх важливі складові елементи та кількісне співвідношення. Так, було встановлено, що до складу білків входять, % : вуглець – 50-55, водень – 6,5-7,3, азот – 15-17, кисень – 21-23, сірка – 0,3-2,5. У складі білків було виявлено також фосфор, йод, залізо та інші елементи.

Амінокислотний склад. Разом з визначенням елементарного складу білків було розпочато вивчення і їх будови. Спочатку вважали, що основними структурними компонентами молекул білками є пентони, які було виділено при гідролізі різних білків. Пізніше (серед продуктів розщеплення білків) дослідники звернули увагу на речовини, які довгий час роглядалися ними не як складові частини молекул білка, а як продукти дії на білкові речовини сильних хімічних реагентів.

У 1820 р. А.Браконно впершее при кислотному гідролізі білка (желатини) виділив амінокислоту – гліцин. Оскільки амінокислота булла солодка на смак, то її назвали глікоколом.

Дещо пізніше (в 1871 р. російським хіміком М.М.Любавіним) було доведено, що і при ферментативному гідролізі білки розкладаються на амінокислоти. Отже, в другій половині Χ׀Χ ст. було встановлено, що основними структирними компонентами білка є амінокислоти.

3. Обмін білків

Обмін білків займає центральне місце серед усіх біохімічних процесів, які здійснюються в живому організмі. У процесах життєдіяльності білки не можуть бути замінені жирами, вуглеводами або іншими органічними сполуками. Це насамперед пояснюється тим, що саме білкові речовини необхідні для відтворення основних структурних елементів, для синтезу ферментів, гормонів та ряду інших біологічно активних речовин. Тривала відсутність білків у раціоні зумовлює значні патологічні зміни, що може призвести до смерті організму.

Динаміку обміну білків в організмі часто характеризують балансом азоту, оскільки основна маса азоту потрапляє в організм з білками їжі. Його визначають як різницю між кількістю азотовмісних речовин, які надходять з продуктами харчування, і кількістю азоту, що виділяється з організму з сечею й екскрементами. Баланс азоту може бути позитивним, негативним і дорівнювати нулю, тобто перебувати в динамічній рівновазі. Позитивний баланс азоту має місце тоді, коли в організм вводиться азоту більше, ніж виводиться. Процес позитивного балансу азоту характерний для дитячих організмів (інтенсивний розвиток, ріст), вагітних жінок, а також при швидкому рості пухлин та інших станах організму пов’язаних з інтенсивним синтезом білка. Негативний баланс азоту простежується тоді, коли в організм з їжею надходить менше азоту, ніж його виділяється. Такий стан організму може мати місце при білковому голодуванні, деяких інфекційних захворюваннях, порушенні діяльності травного каналу і при старінні.І, нарешті, баланс азоту може дорівнювати нулю, тобто кількість азоту, яка надходить до організму, дорівнює кількості азоту, яка виділяється. Цей вид азотного балансу властивий переважно здоровим дорослим організмам при нормальному білковому харчуванні.

Визначення балансу азоту має важливе значення при складанні раціонів для тих або інших видів організмів, зокрема включення до його складу необхідної кількості білка. Кількість білка в раціоні, необхідна для підтримування балансу азоту організму, дістала назву фізіологічного мінімуму. При визначенні кількості білка важливе значення має його біологічна повноцінність. Вважають, що білок виявляє належну повноцінність у тому випадку, коли кількість і співвідношення незамінних амінокислот у його складі будуть оптимальними відносно потреб організму.

Вивчення вмісту білка в різних продуктах харчування показало, що його кількість коливається в досить в широких межах (табл.2).

Визначення добової потреби в білку для організму людини показало, що вона залежить від різних факторів: амінокислотного складу білків, віку людини, трудової діяльності тощо (табл.3).

Добова потреба в білку різних видів тварин також різна.

Слід зазначити, що порушення норм споживання білків часто викликають захворювання організму.Це, очевидно, пояснюється тим, що при патологічному стані знижується синтез окремих амінокислот в органах і тканинах, порушується розщеплення білків у травному каналі і засвоєння амінокислот організмом.

Таблиця 2.

Вміст білка в продуктах харчування

Тваринні продукти	Вміст білка, %	Рослинні продукти	Вміст білка, %
М'ясо	16,5 – 25	Соя	35
Риба	17 - 20	Горох	26
Сир	14 - 36	Пшениця	13
Яйця	12 - 14	Кукурудза	9,5
Молоко	3,5	Картопля	2,0 – 5,0
Масло	0,5	Капуста	1,1 – 1,6

Таблиця 3.

Добова потреба людини в білку

Групи людей за трудовою діяльністю	Стать	Вміст білка,г
Групи людей, діяльність яких не пов’язана з фізичною працею	Жінки Чоловіки	-78 -92
Групи людей, діяльність яких пов’язана з механізованою працею	Жінки - Чоловіки	-80 -95
Групи людей, діяльність яких пов’язана з важкою немеханізованою працею	Чоловіки ­	-132 -
Студенти	Чоловіки Жінки	-113 -96

Для нормальної життєдіяльності організму людини і доброго за­своєння їжі людський організм повинен одержувати усі поживні ре­човини у певних співвідношеннях. Наприклад, нормальне співвідношен­ня білків, жирів та вуглеводів має бути 1 : 1,1 :4,1 для молодих чолові­ків та жінок, зайнятих розумовою працею, і 1 : 1,3:5 для тих самих людей, якщо вони зайняті важкою фізичною працею. Ці речовини не мають однакової поживної цінності і кожна з них має своє особливе значення для організму.

Білки належать до життєво необхідних речовин, без яких немож­ливе життя, ріст і розвиток організму. Вони найважливіші компоненти харчування, що забезпечують пластичні та енергетичні потреби орга­нізму. Харчова і біологічна цінність білків ви­значається збалансованістю амінокислот, що входять до їх складу.

Різноманітне харчування—найправильніший шлях постачання орга­нізму повноцінними білками. Найбільшу біологічну цінність мають білки тваринного походження. Фізіологічними нормами передбачається, що 55 % необхідних білків мають забезпечуватись за рахунок білків тва­ринного походження.

Теплова обробка прискорює перетравлювання білків. Тривале роз­варювання, подрібнення, протирання продуктів поліпшує перетравлю­вання, і засвоювання білків, особливо рослинних. Проте надмірне на­грівання може негативно вплинути на амінокислоти, з яких складаються білки.

Потреба в білках для дорослої людини становить у середньому 85— 90 г на день. Досить суттєво на обмін речовин впливають гормони. Багато гормонів є білками, чи поліпептидами окремими амінокислотами. Одним з найбільш відомих білків-гормонів є інсулін. Цей простий білок складається тільки з амінокислот. Функціональна роль інсуліну має широкі межі. Він знижує зміст цукру в крові, сприяє синтезу глікогену в печінці і м'язах, збільшує утворення жирів з вуглеводів, впливає на обмін фосфору, збагачує клітки калієм. Регуляторною функцією володіють білкові гормони гіпофіза - залози внутрішньої секреції, зв'язаної з одним з відділів головного мозку. Він виділяє гормон росту, при відсутності якого розвивається карликовість. Цей гормон являє собою білок з молекулярною масою від 27000 до 46000.

4. Використання білків людиною

Білки надходять в організм разом з їжею й служать основним джерелом амінокислот. Обов'язкове використання білків у їжі обумовлене потребою в незамінних амінокислотах, які не можуть синтезуватися людиною з інших речовин. Травлення починається з кислотної денатурації білків у шлунку — необхідної стадії для кулінарно неопрацьованої їжі. Денатуровані білки стають субстратом для протеаз, спочатку в шлунку, а потім у слабо лужному середовищі тонкого кишечнику. Продукти протеазного розщеплення — короткі пептиди й амінокислоти усмоктуються ентероцитами розташованими в епітелії тонкого кишечнику. Основним транспортером ди- і трипептидів служить мембранний білок Pept1, через який проходить 65—80% усіх усмоктуваних людиною амінокислот. Активний перенос пептидів білком Pept1 здійснюється за рахунок одночасного транспорту протонів. Pept1 перебуває у дванадцятипалій і порожній кишках, і, меншою мірою, у клубовій кишці. Pept1 був виявлений у товстому кишечнику тільки у новонароджених. Інші 20—35% амінокислот всмоктуються ентероцитами за допомогою набору амінокислотних транспортерів різної специфічності. Увесь процес усмоктування білкових продуктів триває близько чотирьох годин.

В ентероцитах частина пептидів розщеплюється до окремих амінокислот. Потім амінокислоти й пептиди переправляються транспортерами через протилежну мембрану й розносяться по всьому тілу з потоком крові. Амінокислотне харчування інших кліток організму відбувається за допомогою мембранних транспортерів амінокислот, а також заковтування й протеазного розщеплення зовнішніх білків і пептидів. Для запобігання надлишкових втрат амінокислот з організму в нирках відбувається усмоктування пептидів і амінокислот із крові в цілому схоже на усмоктування цих речовин у тонкому кишечнику.

Суміш для нарощування м'язів (США) містить білки молочної сироватки. Регуляція транспорту й метаболізму амінокислот — складний, ще не досить вивчений процес. У ньому беруть участь різні системи організму, у тому числі нервова система, що відповідає за формування відчуття голоду й ситості в головному мозку. Інтерес до механізму білкового травлення проявляють не тільки фізіологи й дієтологи. У медичній практиці виникають питання, пов'язані з персональною алергією до деяких білків. У більш складних випадках розробляються спеціальні білкові дієти. У деяких випадках використовують суміші чистих амінокислот. Пептидні транспортери травної системи й нирок активно вивчаються фармакологами, оскільки ряд ліків всмоктується й утримується в організмі за рахунок Pept білків. Білкові й амінокислотні суміші викликають інтерес у спортсменів з метою нарощування м'язів. Слід зазначити, що засвоювання чистих амінокислот організмом сильно відрізняється від звичайного переварювання різноманітних білків їжі.

Значна кількість досліджень у медицині направлена на використання білків в якості терапевтичних препаратів та засобів діагностики захворювань. Фармацевтичне застосування білків почалося з природних білків отриманих з різноманітних живих організмів.

Нові препарати створюються штучно, рекомбінантними методами або за допомогою проектування білків. Біофармацевтичні препарати, що знаходять широке використання, включають білки крові (наприклад, для лікування гемофілії), тромболітичні ферменти, гормони, цитокіни та фактори росту, білки імунної системи (інтерферони і антитіла, що використовуються для лікування інфекційних захворювань та деяких видів раку) і вакцини.

Прагнення до перемоги будь-якою ціною штовхає деяких спортсменів, культуристів та спецназівців до вживання білкових ліків, що сприяють витривалісті та росту м'язів. Найбільш популярними є ерітропоетін та гормон росту людини. Вживання цих препаратів заборонено в багатьох змаганнях, але скандали з відомими спортсменами з'являються кожного року. Фармацевтичні білки, як і інші ліки, можуть являти загрозу здоров'ю.

Серед всіх білків в харчовій промисловості активно використовуються численні ферменти. Так, у пекарській промисловості використовуються альфа-амілаза і протеази; у пивоварінні використовуються численні ферменти ячменю (амілаза, глюканази, протеази); целюлази і пектинази використовуються для освітлення соків; хімозин, ліпаза і лактаза використовуються для виготовлення кисломолочних продуктів; а папаїн застосовується для пом'якшення м'ясних продуктів. Для виготовлення крохмалю використовують амілазу і глюкоамілазу, а для виготовлення паперу — целюлази і ксиланазу. Також протео- і ліполітичні ферменти часто дадаються до миючих засобів.

Іншим використанням білків є використання фібрилярних білків для виготовлення волокон, що використовуються, зокрема, в текстильній промисловості. Інші застосування включають використання білків у ряді технологічних процесів в хімічній промисловості, створення біосенсорів та інші.

Список використаної літератури

1.Боєчко Ф.Ф.Біологічна хімія.- К. : Вища шк.,1995. – 536 с.

2.Домбровський А.В., Найдан В.М.Органічна хімія.- К. : Вища шк., 1992.– 503 с.

3.Глинка Н.Л.Общая химия. – Л.: Химия, 1988.- 704 с.