Попробуем выяснить, какое значение имеют белки для организма человека. Углеводы, белки, минеральные соли, жиры, витамины, которые входят в состав пищи, нужны человеку для различных внутренних процессов.
Питательные вещества – это источник энергии, который покрывает все расходы живого организма. Рассуждая над тем, каково значение белков в организме, отметим, что они являются отличным строительным материалом, необходимым для роста, воспроизведения новых клеток.
К базовым элементам относят углеводы, жиры, белки. Значение белков, жиров, углеводов для организма человека очевидно. Попадая в пищеварительный тракт, они под воздействием ферментов подвергаются физическим и химическим изменениям, распадаются на более простые химические соединения, всасываются в кишечник, усваиваются организмом.
История открытия
Как были выявлены белки? Значение для организма этих органических веществ выяснили только после того, как был определен их химический состав. В 1838 году голландскому биохимику Жерару Мюльдеру удалось открыть белковые тела, сформулировать теорию протеина. Исследователь отмечал, что некое вещество присутствует в животных и растениях, оно является основой жизни на планете.
Что такое белки, значение для организма которых выявил Жерар Мюльдер? Слово «протеин» означает в переводе с греческого языка - «занимающий первое место». Эти биополимеры составляют около половины сухого веса живых организмов. У вирусов этот показатель находится в диапазоне 45–95 %.
Особенности ферментов
Каково значение белков в организме человека? Их называют одними из основных четырех органических веществ живой материи. По биологическим функциям они существенно отличаются. Примерно треть всех белков человеческого тела сосредоточена в мышцах, примерно 20 % распределено в сухожилиях и костях и только 10 % находится в коже.
Рассматривая значение белков в организме человека, отметим, что наиболее важны ферменты. Несмотря на то что они присутствуют в клетках в ничтожных количествах, эти соединения управляют многими химическими реакциями, происходящими в живом организме:
- мышечная деятельность;
- активность желез внутренней секреции;
- функционирование мозга;
- окислительные взаимодействия.
В небольшой бактерии содержатся сотни ферментов.
Специфика протеинов
Анализируя значение белков для живых организмов, заметим, что протеины – обязательный компонент живых клеток. В их составе могут быть разные химические элементы: водород, кислород, углерод, сера, азот. В некоторых белковых молекулах есть фосфор. Их основными азотсодержащими веществами считают аминокислоты.
Что понять, какое значение имеют белки в организме, отметим, что свойства макромолекул определяются составом и последовательностью расположения аминокислотных остатков.
Химический состав
Между ними образуются пептидные (амидные) связи. Помимо полимерных длинных цепочек, в белках обнаруживаются остатки иных органических соединений. На одном кольце амидной связи есть ацилированная либо свободная группа, другой оснащен амидированной или свободной карбоксильной частью.
Часть цепи, имеющая аминогруппу, именуется М-концом. Фрагмент с карбоксильной группой называют С-концом пептидной цепи.
Между амидным фрагментом одной пептидной группы и NH-куском второго вещества образуются водородные связи.
Те группы, которые включены в состав радикала R аминокислот, способны вступать во взаимодействие между собой, соседними молекулами, создавая различные сложные структуры.
В макромолекулах белка есть одна либо несколько пептидных цепей, которые связаны между собой химическими поперечными связями. Среди самых распространенных их видов – дисульфидные мостики, создаваемые остатками аминокислоты цистеина.
Структуры белков
Какие структуры имеют белки? Значение для организма данного класса органических веществ объясняется их возможностью образовывать несколько структур. Простейшая структура формируется при линейном встраивании аминокислотных фрагментов, соединяемых между собой амидными (пептидными) связями. В процессе образования водородных связей наблюдается закручивание в спирали пептидных цепей. Процесс сопровождается формированием большого количества водородных связей, завершается образованием максимально выгодной энергетической конфигурации.
Такую сложную структуру впервые обнаружил американский физик и химик Полинг, анализируя на основе рентгеновского анализа основной белок шерсти и волос – кератин.
Увиденную структуру он назвал а-спиралью (а-структурой).
На один ее виток приходится по 3,6-3,7 аминокислотных остатков, расстояние между которыми достигает 0,54 миллиардных доли метра.
Рассуждая над тем, каково значение белков для жизнедеятельности организма, отметим, что стабильность такой спирали объясняется водородными связями, образуемыми внутри молекулы. В случае растяжения макроструктуры происходит ее превращение в линейный вид.
Силы электростатического взаимодействия (притяжения и отталкивания) препятствуют формированию правильной структуры. Они появляются между аминокислотными группами. Также на этот процесс влияют пирролидиновые кольца, заставляющие пептидную цепочку прогибаться на отдельных участках.
Затем происходит ориентация отдельных участков белковой макромолекулы в пространстве, сопровождающаяся формированием сильноизогнутой, пространственной структуры. Своей устойчивостью она обязана взаимодействию радикалов R с аминокислотами, сопровождающемуся образованием дисульфидных мостиков, ионных пар, водородных связей. Именно она характеризует основные биологические и химические свойства белковых полимеров.
Классификация
В зависимости от особенностей пространственной структуры принято подразделять все белки на два класса:
- фибриллярные, выступающие в роли структурного материала;
- глобулярные, к которым относятся антитела, ферменты, гормоны.
У полипептидных цепей фибриллярных белков спиралевидная форма, закрепленная водородными внутримолекулярными связями. В волокнах этого класса пептидные закрученные цепочки находятся параллельно оси, ориентируясь друг на друга. Их близкое расположение позволяет формировать нитевидные структуры. Этим объясняется высокая степень асимметрии таких биополимеров.
Фибриллярные белки практически не растворяются в воде, образуя растворы высокой вязкости. К ним относятся белки, которые входят в состав покровных образований и тканей:
- миозин, относящийся к белку мышечных тканей;
- коллаген, составляющий основу кожных покровов и седиментационных тканей;
- креатин, содержащийся в роговых покровах, волосах, перьях, шерсти.
Представителем данного класса является фиброин – белок натурального шелка. Эта сиропообразная жидкость, затвердевающая на воздухе в нерастворимую прочную нить, является структурой, которая формируется с помощью водородных межмолекулярных связей. Именно это определяет высокую механическую прочность натурального шелка.
Глобулярные белки отличаются изогнутой формой пептидных цепей. Глобулы имеют несущественную степень асимметрии, отличаются высокой растворимостью в воде, несущественной вязкостью образуемых растворов. Среди них можно отметить белки крови:
- альбумин;
- гемоглобин;
- глобулин.
Разделение белков на глобулярные и фибриллярные весьма условное, так как существует огромное количество макромолекул с промежуточной структурой.
Зависимость свойств
С чем связано такое большое значение белка в организме человека? Кратко можно отметить, что многообразие физических и химически свойств белковых молекул определяется разницей конфигураций полипептидных цепей, условиями образования пространственной структуры макромолекулы, которая будет влиять на его основные функции в организме. Количество аминокислотных остатков, которые включены в макромолекулы, колеблется в диапазоне от 51 (инсулин) до 140 (миоглобин).
Именно поэтому величина относительной молекулярной массы белков составляет от нескольких тысяч до многих миллионов.
С помощью элементарного состава была установлена эмпирическая формула молекулы белка – гемоглобина крови. Гормоны и ферменты имеют менее сложную структуру. Так, у инсулина молекулярная масса составляет 6500, а у вируса гриппа – 320.000.000.
Особенности полипептидных молекул
К ним принято относить вещества белковой природы, которые имеют в своем составе остатки аминокислот, объединенных пептидными связями. Они обладают меньшим значением относительной молекулярной массы, степенью пространственной организации, чем белок.
При растворении в воде получается молекулярно-дисперсная система, являющая раствором высокомолекулярного соединения. Часть соединений выделяют в виде кристаллов: гемоглобин крови, белок куриного яйца.
Велико значение для организма белков, жиров, углеводов.
Полипептиды при пищеварительных процессах перевариваются до различных аминокислот. Они хорошо растворимы в воде, поэтому поступают через кровь ко всем клеткам и тканям организма.
Частично они расходуются на синтез специфичных для каждого организма белков, синтез гормонов, ферментов, иных биологически значимых веществ. Оставшиеся аминокислоты являются энергетическим материалом.
Функции
Выделяют следующие функции белковых молекул:
- каталитические (ферменты ускоряют протекание гидролиза);
- регуляторные (гормоны);
- защитные (тромбин, антитела);
- транспортные (церулоплазмин, гемоглобин).
Особое место занимает обмен белков. Значение обмена белков в организме нельзя описать одним предложением. Они являются основными компонентами корма животных, пищи человека. Обмен веществ основывается именно на непрерывно протекающих процессах их превращений, зависит от аминокислот, входящих в их состав.
Значимость витаминов
Рассуждая над тем, каково значение для организма белков, жиров, углеводов, поговорим о группе соединений, называемой витаминами.
Каждый из них обладает определенной функцией, незаменим для живого организма.
Витамин Е защищает клетки от негативного воздействия свободных радикалов. Он замедляет процессы старения, улучшает внешний вид ногтей, волос, кожи. Это соединение является средством профилактики тромбов в кровеносных сосудах.
Витамин А контролирует рост у детей и подростков, он оптимизирует обменные процессы во взрослом организме, поддерживает нормальное состояние слизистых оболочек.
Витамин В 12 воздействует на пищеварительные процессы, принимает участие в обмене веществ. Он существенно уменьшает риск появления анемии, способствует формированию выносливости, отвечает за тонус организма, систематизирует мозговые процессы.
Витамин Д – средство профилактики рахита у детей. Он улучшает усвоение кальция, положительно влияет на состояние крови, стимулирует сердечную деятельность, улучшает работу щитовидной железы, повышает иммунитет.
Витамин В6 оптимизирует процесс выработки аминокислот, усвоения белков. Это вещество стимулирует выработку гемоглобина и эритроцитов.
В1 стимулирует обменные процессы в живом организме. Этот витамин укрепляет нервную систему, оптимизирует деятельность сердечно-сосудистой системы.
РР регулирует деятельность желудочно-кишечного тракта, печени, поджелудочной железы. Именно он контролирует выработку желудочного сока.
Витамин Н обеспечивает нормальный уровень полезной микрофлоры в кишечнике, он позитивно воздействует на состояние ногтей, волос, кожных покровов.
Аскорбиновая кислота – неотъемлемый элемент синтеза ферментов. Она поддерживает эластичность хрящевой и соединительной тканей, способствует усвоению железа организмом.
Витамин К отвечает за развитие костной ткани, свертываемость крови. Нехватка какого-либо из этих веществ негативно отражается на жизнедеятельности организма, приводит к ослаблению иммунитета, снижению работоспособности человека.
Липиды
Продолжим разговор о том, каково значение для организма белков, жиров, углеводов, витаминов. Самой «ненавистной» частью, по мнению представительниц женского пола, считаются жиры. Но без этих органических соединений организм не сможет полноценно функционировать, человек превратится в иссохший скелет, лишенный сил.
Липиды представляют собой соединения, которые состоят из жирных кислот и глицерина (многоатомного спирта). Они являются источником энергии, сопровождают процесс усвоения витаминов Е, Д, А.
Именно с этими органическими соединениями человек получает жирные незаменимые кислоты: линоленовую, линолевую, арахидоновую.
Без жиров невозможна передача нервных импульсов, так как они входят в состав клеточных мембран, оказывают влияние на их проницаемость.
Например, больше половины мозга составляют жиры, поступающие в организм с продуктами питания.
Ученые пришли к выводу, что для полноценной деятельности взрослому человеку необходимо 3,5-4 литра жира. Среди его основных функций отметим:
- контроль температуры тела;
- аккумулирование питательных веществ и энергии;
- защита от механических повреждений;
- фильтрация веществ, попадающих в организм;
- выработка гормонов, отвечающих за нормальную жизнедеятельность организма.
Кроме того, жиры помогают поддерживать внешнюю красоту, придают коже упругость, естественный блеск.
Принято подразделять их по происхождению на животные и растительные виды. К первой группе относят: сало, колбасные изделия, жирное мясо. Они при окислении частично превращаются в энергию, остальные накапливаются под кожей. При избытке таких кислот появляется значительное количество холестерина, развивается атеросклероз. Организм усваивает их медленно.
Растительные жиры обладают значительных количеством ненасыщенных органических кислот, которые быстро расщепляются в организме. Например, жирные кислоты Омега 3, Омега 6 нужны человеку для полноценного функционирования сердечно-сосудистой системы, предотвращения выработки холестерина.
Значение жиров для организма сравнимо с белками и углеводами. Ежедневно взрослый человек должен употреблять не менее 100 граммов жиров.
Заключение
При правильном составлении рациона можно рассчитывать на снабжение организма всеми необходимыми компонентами, не волнуясь за набор лишнего веса.
В настоящее время многие люди стараются следить за состоянием своего здоровья: физическими нагрузками, питанием, состоянием кожи. Для того чтобы быть успешным, обеспеченным, востребованным человеком, важно контролировать количество витаминов, белков, жиров, углеводов, употребляемых организмом. Все эти органические соединения выполняют важные функции, поэтому нельзя заменять одни другими.
