Журнал Фрутоделики

Синтез белков

Белок, выполняющий одну и ту же функцию у разных видов животных и растений, будет отличаться. Эволюцию видов прослеживают через модификации белковых молекул: чем ближе друг к другу два каких-нибудь биологических вида, тем меньше различий обнаруживается в их белках. А некоторые белки обладают вариативностью даже у одного вида существ.

А это значит, что белки, которые мы получаем с пищей, не встраиваются в наш организм. Они распадаются, а потом заново собираются в клетках.

Поговорим о биохимических механизмах - о том, как белки строятся и разрушаются в нашем теле.


Белки - это ...


Белки (или протеины) - это крупные и сравнительно тяжёлые молекулы со сложной структурой. Они состоят из более простых элементов - аминокислот (а "сложные" белки помимо аминокислот включат и другие группы элементов). Белок можно сравнить с текстом, или с очень длинным словом, записанным в виде последовательности входящих в его состав аминокислотных звеньев. Их количество может варьировать от нескольких единиц до десятков тысяч. Например, коллаген состоит примерно из 3000 аминокислотных звеньев. А самое длинное слово в мире - это полное химическое название белка титина, из мышцы человека, состоящего из 34 350 аминокислот. (Чтобы его прочесть, редактору журнала Esquire потребовалось три с половиной часа https://vimeo.com/32664007)


Алфавит белков: 22 буквы


И хотя в природе существует множество схожих между собой аминокислот, в алфавит для записи белков входят всего 22, их называют протеиногенными.
Из них 20 "стандартных", наиболее часто участвующих в синтезе белков (назовем их):
аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновая кислота, валин, гистидин, глицин, глутамин, глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, пролин, серин, тирозин, треонин, триптофан, фенилаланин и цистеин;
и 2 "нестандартных": селеноцистеин и пирролизин .
Варьируя количество и порядок расположения разных видов аминокислот, можно получить огромное число разных белков, точно так же, как из букв алфавита можно составить множество разных текстов.

Набор и порядок аминокислот в каждом белке определяется генетическим кодом, записанным в ДНК. Последовательность аминокислот определяет его функции и свойства (а также его структура, которая имеет несколько уровней с разными типами связей… - но в эти детали мы пока вдаваться не будем). В прошлом на определение аминокислотной последовательности какого-нибудь белка уходило несколько лет. Прямое определение и теперь достаточно трудоёмкое дело, хотя созданы приборы, позволяющие вести его автоматически. Обычно проще бывает определить нуклеотидную последовательность соответствующего гена и вывести из неё аминокислотную последовательность белка. К настоящему времени уже определены аминокислотные последовательности многих сотен белков.


Аминокислоты: заменимые и незаменимые


Аминокислоты делят на заменимые - то есть те, которые организм может синтезировать самостоятельно - и незаменимые, которые необходимо в достаточном количестве получать из пищи, потребляя содержащие их белки.

К незаменимым аминокислотам относятся: 8 для взрослых (изолейцин, лизин, лейцин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин) и ещё дополнительно 2 для детей (гистидин, аргинин)
Эта классификация - условная, она действует для большинства, но не для всех людей, так как для синтеза "заменимых" аминокислот нужны вспомогательные вещества, и организм должен быть полностью здоров. К тому же, некоторые заменимые аминокислоты синтезируются в меньших количествах, чем они нужны организму, и их также необходимо получать извне.

Соответственно белки, которые мы получаем с пищей, делятся на полноценные – которые содержат все 20 стандартных аминокислот (особенно незаменимые), и неполноценные – в составе которых часть аминокислот отсутствует. Одни из самых питательных для человека – яичные и молочные белки, они легко усваиваются и содержат все незаменимые аминокислоты. В растительных белках часто отсутствуют какие-либо незаменимые аминокислоты, но если питаться разнообразными продуктами, то в сумме можно легко набирать весь комплект.


Как мы усваимваем белки


Итак, организм потребляет белки с пищей, трансформирует их в аминокислоты, потом формирует из них собственные белки.
Сначала происходит денатурация, когда молекула белка теряет свою форму (третичную структуру), превращаясь в спутанные цепочки аминокислотных звеньев - и утрачивает биологическую активность. (Денатурация белков может происходить не только при пищеварении. Белки - хрупкие молекулы, они могут разрушиться при нагревании, взбалтывании, воздействии кислот. Варёные яйца и взбитые сливки содержат уже денатурированные белки.)
Далее происходит реакция окончательного распада этих цепочек на аминокислотные остатки. Она называется "гидролиз" - взаимодействие с водой, при участии пищеварительных ферментов. (Эта реакция тоже может происходить вне организма. Например, при проращивании семян их белки расщепляются на аминокислоты, облегчая их усвоение организмом.)


Как мы строим белки


Далее… в организме происходит синтез собственных белков. Это сложный многостадийный процесс, который должен быть обеспечен достаточным количеством витаминов и минеральных элементов. Белки производятся на молекулярных машинах, находящихся в цитоплазме клеток. Потом они транспортируются в другие части клетки, а некоторые из них - во внеклеточную среду. Так что клетки обеспечивают белками не только себя, но и целостный организм, частью которого они являются.


Сколько живут наши белки?


Сколько живут белки, созданные нашими клетками? Не так долго, как мы. Организм постоянно обновляется - это называется "метаболический кругооборот".
Был проведён эксперимент: в организм животного вместе с кормом поступали аминокислоты с химическими метками. Они быстро встраивались в его собственные белки. Но, когда меченые аминокислоты перестали поступать, то и их количество в белках также снизилось. Результат эксперимента говорит о том, что организм сам создаёт - и сам разрушает собственные белки, а не сохраняет их до конца жизни. Период их жизни - от нескольких часов до нескольких месяцев. Потом они распадаются, и аминокислотные остатки либо выводятся, либо формируют новые молекулы. Исключением являются коллагены - наиболее стабильные белковые молекулы, которые практически не обновляются за все время жизни. В целом, в организме взрослого человека в результате биосинтеза ежесуточно обновляется до 400 г белка. Из них необратимо распадается (требует замещения) примерно 1/4 протеиногенных аминокислот.

Так что кажущееся постоянство нашей жизненной формы - это постоянство движения, постоянство баланса между разрушением (катаболизмом) и созданием новых структур (анаболизмом).


Осторожно: белки


Мы подробно рассказали о роли белков в статье "Роль белков в организме".

Однако, не умаляя пользы белков, ими не нужно злоупотреблять. Белки не могут накапливаться в организме и храниться про запас. Печень превращает их излишки в глюкозу и азотистые соединения, такие как мочевина, которую почки должны активно выводить. Это непростые превращения, создающие большую нагрузку на печень и почки.

Коме того, переизбыток белков приводит к кислой реакции организма, что увеличивает потерю кальция. Поскольку процесс усвоения кальция очень медленный, организм не успевает удовлетворять его необходимость только за счёт пищи, и берет кальций из костей, что может привести к остеопорозу.

Излишество белков прямо или косвенно ведёт к нарушению метаболизма так же, как и их недостаток. Происходит перевозбуждение нервной системы, ум теряет покой и ясность. Поэтому одним из преимуществ растительной пищи (при условии ее разнообразия и полноценности) является умеренное количество белка, в сочетании с необходимыми микронутриентами.