Білки тваринного та рослинного походження, що надходять з їжею, розпадаються в організмі людини та тварин до амінокислот, з яких потім будуються нові білки, властиві цьому організму. Таким чином, основна функція білків у харчуванні – постачання організму необхідною кількістю амінокислот.
При цьому 12 із 20 протеїногенних амінокислот можуть утворюватися в організмі людини та тварин також у ході реакцій вторинного синтезу, тобто. з органічних попередників, у тому числі шляхом перетворень одних амінокислот на інші. Відповідно до біологічної класифікації ці амінокислоти називають замінними.
Проте вісім протеїногенних амінокислот — лізин, триптофан, метіонін, фенілаланін, валін, лейцин, ізолейцин та треонін — не можуть синтезуватись в організмі людини та тварин. Вони є незамінними у харчовому відношенні, тому для побудови власних білків людина та тварини повинні регулярно споживати у складі харчових продуктів білки, що містять усі незамінні амінокислоти.
У рослинах усі 20 протеїногенних амінокислот можуть утворюватися з найпростіших неорганічних сполук – вуглекислого газу, води, аміаку та нітратів, тобто. у ході реакцій первинного синтезу. Тому рослин незамінних амінокислот немає.
Однак перш ніж потрапити в організм людини, синтезовані рослинами амінокислоти проходять довгий шлях по трофічних (від грец. трсофр – харчування) ланцюгах (рис. 3).
Мал. 3. Рух амінокислот за трофічними ланцюгами
Споживані людиною білки, розрізняються за амінокислотним складом, вмістом незамінних амінокислот і, отже, за харчовою цінністю.
Білки, які містять усі вісім незамінних амінокислот у кількостях, достатніх для задоволення пластичних потреб у них організму, називають повноцінними. Якщо хоча б одна з восьми незамінних амінокислот у білку відсутня або міститься у вкрай малій, абсолютно недостатній для задоволення цих потреб кількості, то такий білок вважається неповноцінним у харчовому відношенні. Неповноцінним білком, наприклад, є зеїн кукурудзи, оскільки він зовсім не містить лізину і майже не містить триптофану.
У разі відсутності в білку їжі будь-якої замінної амінокислоти клітини організму можуть синтезувати її з інших речовин і цим підтримувати повний набір амінокислот, необхідних для синтезу білків. Якщо ж у білку їжі відсутня хоча б одна з незамінних амінокислот, то синтез білків в організмі припиняється, тому що у побудові переважної більшості природних білків беруть участь усі 20 протеїногенних амінокислот.
Тому харчування неповноцінними білками призводить до смертельно небезпечних порушень обміну речовин. Наприклад, брак потрібного набору амінокислот у кормах тварин призводить до атрофії м'язів, падіння приріст і навіть до загибелі тварин. У людей внаслідок харчування неповноцінними білками виникають різні форми ідіопатії, недорозвинення, виснаження і може наступити смерть.
Як правило, повноцінними є тваринні білки, а рослинні білки переважно неповноцінні.
Це пов'язано з тим, що рослинні та тваринні білки різко відрізняються амінокислотним складом.У рослинних білках, як правило, не вистачає лізину, треоніну та триптофану, тому вони мають низьку харчову цінність, хоча в рослинах зазвичай міститься достатня для харчування людини кількість білків. Амінокислотний склад білків тваринного походження ближчий до амінокислотного складу білків людини. Включення їх у раціон задовольняє потребу людини у всіх незамінних амінокислотах, тому вони відносяться до повноцінних білків.
Високою харчовою цінністю відрізняються білки м'ясних та молочних продуктів. З рослинних білків добре збалансовані за амінокислотним складом білки насіння бобових культур. Вони містяться майже всі незамінні амінокислоти в достатній кількості для задоволення потреб людини і, в першу чергу, такі дефіцитні, як лізин, триптофан і треонін. Однак білки насіння бобових збіднені сірковмісними амінокислотами. У складі білків плодів злакових культур, навпаки, часто не вистачає лізину, треоніну та триптофану, але міститься достатня для харчування людини кількість сірковмісних амінокислот. Харчові білки бобових та злаків добре доповнюють один одного і в суміші наближаються до повноцінних тваринних білків.
Таким чином, проблема забезпечення населення харчовим білком пов'язана не тільки з кількістю білка, що споживається, але і з його якістю, яке визначається амінокислотним складом білка.
Харчова цінність білка визначається не тільки наявністю в ньому всіх незамінних амінокислот. Білок буде повноцінним, якщо всі амінокислоти в ньому представлені в оптимальній для нормальної життєдіяльності організму кількості та співвідношенні.Тобто в білку їжі не тільки повинен бути збалансований склад незамінних амінокислот, але і повинно бути певне співвідношення незамінних і замінних амінокислот, інакше частина незамінних амінокислот буде витрачатися не за призначенням.
Насамперед треба враховувати, що такі замінні амінокислоти, як цистеїн та тирозин, синтезуються в організмі людини із незамінних амінокислот — метіоніну та фенілаланіну відповідно. Тому при недостатньому вмісті у споживаному білку цистеїну та тирозину потреба організму в метіоніні та фенілаланіні збільшується, а при достатньому вмісті – значно зменшується. Цистеїн та тирозин відносять до умовно замінним амінокислот, тобто. до замінних амінокислот за умови достатнього надходження з їжею метіоніну та фенілаланіну.
Крім цього, такі амінокислоти, як аргінін та гістидин, синтезуються в організмі людини в недостатній кількості. Для забезпечення потреби організму, особливо дитячого, у цих амінокислотах з їжею повинні надходити додаткові кількості даних амінокислот. Аргінін і гістидин частково замінні амінокислоти.
При деяких, найчастіше вроджених захворюваннях, перелік незамінних амінокислот може розширюватися. Наприклад, в організмі людей, які страждають фенілкетонурією, реакція перетворення фенілаланіну на тирозин не протікає. Захворювання проявляється у порушенні розвитку мозку у новонароджених і, як наслідок, розумової відсталості. Для таких людей тирозин є незамінною амінокислотою, і продукти з високим вмістом фенілаланіну з їхнього раціону слід виключити.
Таким чином, на величини потреб організму певних амінокислотах сильно впливає загальний амінокислотний склад білків.
Для характеристики харчової цінності білка найчастіше користуються спеціальним показником. амінокислотним скором (Від англ. score рахунок), який розраховують за формулою:
де X – кількість міліграмів амінокислоти, що міститься в 1 г білка, що досліджується; А кількість міліграмів цієї ж амінокислоти, що міститься в 1 г еталонного білка.
Еталонний білок є теоретичним білоком, ідеально збалансованим за амінокислотним складом. Вміст незамінних амінокислот в 1 г ідеального в харчовому відношенні білка було визначено експертами ФАО (FAO, Food and Agriculture Organization – продовольча та сільськогосподарська організація при ООН) та ВООЗ (Всесвітня організація охорони здоров'я) у 1973 р. та уточнено у 1985 р.
Швидкість всіх амінокислот в еталонному білку становить 100%. Будь-який досліджуваний білок порівнюють з оптимальним харчування людини еталонним білком з кожної амінокислоті. Швидкість амінокислот досліджуваного білка може бути більшою, меншою або дорівнює 100%. Якщо амінокислотний скор перевищує 100%, дана амінокислота перебуває надміру в порівнянні з її оптимальним вмістом. Якщо амінокислотний швидкий дорівнює 100%, вміст цієї амінокислоти в досліджуваному білку оптимально для харчування людини. Нарешті, якщо амінокислотний скор менше 100%, то даної амінокислоти в харчовому відношенні бракує. Близькою до зразка є суміш білків пшениці та молока (табл. 2).
Харчова цінність білків коров'ячого молока та зерна пшениці
Еталонний білок, мг ам-ти
Білок коров'ячого молока
Білок зерна пшениці
Оскільки неточність визначення кількості амінокислот в білку становить 5%, повноцінними вважають білки тих продуктів, в яких швидка кожна з незамінних амінокислот дорівнює 95% і більше. При цьому вміст метіоніну та цистеїну, а також фенілаланіну та тирозину визначається в сумі, оскільки організм людини з метіоніну може отримувати цистеїн, а з фенілаланіну – тирозин.
З табл. 2 видно, що білок коров'ячого молока має високу харчову цінність, проте кількість амінокислот, що містять сірки, в ньому є недостатнім. Харчова цінність білка зерна пшениці значно нижча, у ньому в недостатній кількості містяться чотири амінокислоти: лізин, треонін, ізолейцин та валін. Найнижчий скор у лізину — 56%.
Амінокислоту, що володіє найнижчою швидкістю в досліджуваному білку, називають лімітує (Від лат. limitis — кордон). Вона визначає ступінь засвоєння всього білка. Це пов'язано з тим, що амінокислоти, що надходять в організм з їжею в надлишку щодо лімітуючої, не використовуються для біосинтезу білків і не запасаються на користь. Вони швидко розпадаються у процесі обміну речовин та виводяться з організму. Всі амінокислоти, необхідні біосинтезу білків, повинні бути присутніми в клітині одночасно і в доступній формі.
Білки відрізняються як харчової цінністю, а й ступенем засвоєння, тобто. мають різну біологічну цінність Тварини білки засвоюються людиною більш ніж 90%, а рослинні — на 60—80% — отже, біологічна цінність тварин білків вище, ніж рослинних. Це тим, що до білків людини
набагато ближче за амінокислотним складом білки тварин, ніж білки рослин.Крім того, засвоєння рослинних білків знижено через присутність у клітинах рослин целюлози – невсвоєння полісахариду, що заважає більш повному засвоєнню білків. Посилюючи перистальтику кишечника, целюлоза сприяє швидшому виведенню амінокислот з організму, які не всмоктуються. Встановлено, що біосинтез 1 кг тваринного білка витрачається 6—8 кг рослинного. Теплова обробка сприяє більш повному засвоєнню білків організмом.
Відповідно до рекомендацій ФАО та ВООЗ добова норма споживання білків для дорослої людини становить 80-100 г, або 1-1,5 г на 1 кг маси тіла. Для дітей ця норма вища – 1,5-4 г на 1 кг маси тіла, що пов'язано з інтенсивним перебігом у дитячому організмі синтетичних процесів та витрачанням білків на пластичні потреби. Потреба організму в білках зростає також при інтенсивному фізичному навантаженні, інфекційних захворюваннях, вагітності та ін.
Нині Землі відчувається загальний дефіцит незамінних амінокислот. Пов'язано це з тим, що 80% харчового білка Землі міститься у рослинах і лише 20% білків є білками тваринного походження, тоді як ідеальним вважається присутність у раціоні 45% рослинних і 55% тварин білків.
Зі викладеного стає зрозуміло, що білок — один із найважливіших компонентів продуктів харчування — дуже дефіцитна харчова речовина на Землі, а його біологічна цінність — важлива проблема з погляду повноцінного харчування людини.
За даними фахівців ООН, 10-15% мешканців Землі голодують, а 40% отримують неповноцінну та недостатню за кількістю білка їжу. Насамперед це стосується економічно слабо розвинених країн, де основу раціону складають рослинні продукти.Зміст у яких білків, а головне, вміст незамінних амінокислот у білках менше, ніж у м'ясних продуктах. В результаті виникає білкова недостатність, яка особливо важко проявляється у дитячому віці. Хвороба, спричинена білковою недостатністю у дітей, отримала назву квашіоркор, при якій спостерігаються затримка росту, недокрів'я, ураження нирок та печінки. Квашіоркор – одна з основних причин дитячої смертності у слаборозвинених країнах світу. У зв'язку зі швидким зростанням чисельності населення Землі проблема білкової недостатності стає дедалі гострішою.
Для вирішення цієї глобальної проблеми застосовуються заходи, створені задля збільшення виробництва повноцінного білка. По-перше, це підвищення продуктивності рослинництва та тваринництва, тобто. збільшення урожайності сільськогосподарських культур, збільшення виробництва м'яса та молока, а також селекція сільськогосподарських культур на амінокислотний склад. По-друге, це розвиток індустріального виробництва білків, яке здійснюється зараз трьома способами: виробництвом кормових дріжджів, приготуванням білково-вітамінних концентратів та виділенням білків із нехарчової сировини рослинного походження. По-третє, це виробництво незамінних амінокислот, удосконалення технології зберігання та переробки харчової сировини з метою мінімізації втрат білків та ін.
Зрештою, слід пам'ятати, що в продуктах харчування містяться три основні харчові речовини: білки, жири та вуглеводи. Вуглеводи і жири, що є переважно постачальниками енергії, взаємозамінні, тобто. можуть перетворюватися один на одного.Білки ж у тканинах людини не відкладаються про запас, тому необхідно щоденне надходження їх з їжею для заповнення пластичних та енергетичних витрат, побудови та відновлення тканин організму. Ось чому саме білки їжі значною мірою впливають на здоров'я та тривалість життя людини.
Білки відносяться до життєво необхідних речовин, без яких неможливі життя, зростання та розвиток організму. Білки не утворюються з інших харчових речовин (жирів, вуглеводів) та не запасаються у вигляді резервів (що характерно для жирів).
При надходженні білків з їжею в кількості, меншій за рекомендовані норми, в організмі починають розпадатися білки тканин (печінки, плазми крові і т. д.), а амінокислоти, що утворюються, – витрачатися на синтез ферментів, гормонів та інших необхідних для підтримки життєдіяльності організму біологічно активних речовин . Підвищена кількість білків у складі їжі значного впливу обмін речовин в організмі не надає.
Стан білкового обміну переважно залежить від нестачі чи відсутності незамінних амінокислот. Клітини організму людини не можуть синтезувати необхідні білки, якщо у складі їжі відсутня хоча б одна незамінна амінокислота. Синтез білків також порушується, якщо частина амінокислот у кишечнику руйнується патогенною мікрофлорою, амінокислоти погано всмоктуються або протеолітичні ферменти
шлунково-кишкового тракту малоактивні, і білки погано гідролізуються.
Основними характеристиками харчової цінності білків є їх біологічна цінність та азотистий баланс.
Азотистий баланс – це баланс між кількістю білків, що надходять, і кількістю продуктів розпаду, що виділяються.
Існує три типи азотистого балансу:
1) азотна рівновага (кількість азоту, що надходить з їжею, дорівнює кількості азоту, що виділяється). Характерно для зрілого організму;
2) позитивний азотистий баланс (кількість азоту, що надходить з їжею, перевищує кількість азоту, що виводиться з організму). Характерний молодого організму, коли йде накопичення білкової маси, утворюється ряд необхідних організму сполук;
3) негативний азотистий баланс (кількість надходить з їжею азоту менше кількості азоту, що виводиться). Спостерігається у людей похилого віку, а також при деяких захворюваннях, нестачі раціону білків, незамінних амінокислот, вітамінів, мінеральних речовин. Тривалий негативний баланс азоту веде до загибелі організму.
Біологічна цінність білків визначається збалансованістю амінокислотного складу та атакованістю білків ферментами травного тракту.
Основна функція білків у харчуванні – постачання організму амінокислотами у необхідній кількості. У білках їжі повинен бути не тільки збалансований склад незамінних амінокислот, а й визначено потрібне співвідношення незамінних та замінних амінокислот, інакше частина незамінних витрачається не за призначенням.
Оцінити біологічну цінність білка можна порівняння його амінокислотного складу з амінокислотним складом «ідеального» білка.
Амінокислотний склад «ідеального» білка вказано в амінокислотній шкалі Комітету ФАО/ВООЗ (табл. 1). Найчастіше для встановлення біологічної цінності білка застосовують метод амінокислотного скора (Від англ. score – підрахунок).Амінокислотний скор кожної незамінної амінокислоти в «ідеальному» білку приймають за 100%, а в природному (випробуваному) білку продукту або в сумарному білку раціону визначають відсоток відповідності за формулою
Амінокислотна шкала для розрахунку амінокислотного скора
Пропонований рівень, мг на 1 г білка
В результаті обчислень в досліджуваному білку визначають лімітуючу кислоту з найменшою швидкістю.
Найбільш близькі до незамінного білку тваринні білки. У більшості рослинних білків міститься недостатня кількість незамінних амінокислот. Наприклад, білки злакових культур неповноцінні по лізину, метіоніну, треоніну.
У білку картоплі, ряду бобових не вистачає метіоніну та цистеїну (60 – 70 % від оптимальної кількості).
Біологічна цінність білків може бути збільшена додаванням до раціону лімітуючої кислоти або компонента з підвищеним її вмістом. Амінокислоти одержують при гідролізі білків хімічним чи біологічним шляхом. Окремі мікроорганізми при вирощуванні на спеціальних середовищах продукують у своїй життєдіяльності певні амінокислоти, так промисловим способом отримують лізин і глутамінову кислоту.
Тварини та рослинні білки засвоюються організмом не однаково. Білки молока, молочних продуктів, яєць засвоюються на 96%; білки м'яса, риби – на 93 – 95 %; білки хліба – на 62 – 86 %; білки овочів – на 70 – 80 %.
У той же час необхідно пам'ятати, що деякі амінокислоти при тепловій обробці, тривалому зберіганні продуктів здатні утворити сполуки, що не засвоюються організмом, тобто можуть ставати для організму недоступними. Це знижує цінність білка.
На ступінь засвоєння організмом білків впливають технології отримання харчових продуктів та їх кулінарна обробка. При помірному нагріванні харчових продуктів, особливо рослинного походження, засвоюваність білків дещо зростає, оскільки часткова денатурація їх полегшує доступ протеаз (гідролізуючих ферментів) до пептидних зв'язків. За інтенсивної теплової обробки засвоюваність знижується. Такий же вплив має наявність у продуктах відновлювальних цукрів та продуктів окислення ліпідів у силу їх взаємодії з білковими компонентами їжі.
Добова потреба дорослої людини в білках різних видів становить 1 – 1,5 г білка на 1 кг маси тіла (у дітей 1,5 – 4 г), тобто приблизно 85 – 100 г. Частка тваринних білків повинна становити 55% загальної їх кількості у раціоні.
Основні джерела харчових білків – м'ясо, риба, молоко, продукти переробки зерна, хліб, овочі. Білки, що містяться в їжі, відіграють велику роль в утворенні гемоглобіну та еритроцитів, у синтезі ферментів, гормонів і антитіл, що забезпечують імунітет.
Недостатнє надходження білків з їжею, а також тривале вживання білків з низькою біологічною цінністю призводять до білкової недостатності організму – хворобливого процесу, спричиненого порушенням рівноваги між утворенням та розпадом білків у дорослих та недостатнім їх накопиченням у дітей. При цьому харчування може задовольняти потребу організму енергії за рахунок жирів і вуглеводів.
Білкова недостатність проявляється:
– Зниженням маси тіла;
– уповільненням інтенсивності зростання та психічного розвитку дітей;
– Порушенням функцій печінки, підшлункової залози, кровотворних органів;
Легкі та середньоважкі ступеня білкової недостатності можливі у строгих вегетаріанців, що вживають тільки рослинну їжу обмеженого асортименту, при нераціональному харчуванні дітей та підлітків, при незадоволенні підвищеної потреби організму в білках при вагітності, годуванні дитини груддю, самолікуванні фізіологічно. Тривала білкова недостатність призводить до тяжкого захворювання – квашіоркору, головним чином у дітей віком 1 – 5 років, особливо після припинення вигодовування грудним молоком. Воно проявляється у відставанні росту та ваги, набряках, шлунково-кишкових розладах.
Збитки здоров'ю людини завдає також харчова алергія, пов'язана з непереносимістю організмом окремих видів білкової їжі (молока, яєць, горіхів, білків деяких злаків).
Термін "алергія" походить від грецьких слів allos – інший і – ergon – дія. При нормальному травленні білки розщеплюються в шлунково-кишковому тракті до амінокислот, які не є антигенами (алергенами) і не викликають імунної (захисної) реакції у відповідь. При значному вступі в кров'яне русло нерозщеплених білків (алергенів) виникає гостра реакція (свербіж, висипання на шкірі, кишкові розлади). Запобігти харчовій алергії у немовлят можна грудним вигодовуванням або нагріванням деяких білків до 120 °С, проте найбільш ефективним способом є виключення алергену з дієти.
Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів.Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.
Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.