Аминокислоты - строительный материал жизни. Часть 1
Немного биохимии
Живой организм (мы будем вести далее речь лишь об организме человека) - макромолекулярная система, осуществляющая обмен веществ, энергии и самовоспроизведение. Минимальная структурная единица этой системы - клетка, в которой обнаружены шесть обязательных надмолекулярных образований или органелл (субклеточных - с позиций морфологии и надмолекулярных - с позиций химии):
- мембрана, отграничивающая клетку от окружения и разделяющая ее внутреннее пространство на функционально различающиеся отсеки, где происходят разнообразные биохимические процессы;
- митохондрии - образования, высвобождающие и запасающие энергию химических связей; это так называемые "энергетические станции" клеток;
- ядро, где локализованы молекулы-носители генетической информации; именно здесь записана информация о том, какого спортивного "потолка" вы можете достигнуть;
- рибосомы, где генетическая информация реализуется путем синтеза биологически активных молекул в согласии с "инструкцией", доставляемой сюда из ядра;
- лизосомы, переваривающие сложные питательные вещества и посторонние частицы;
- аппарат Гольджи, участвующий в биогенезе мембран и лизосом, в синтезе гликолипидов и фосфолипидов.
Благодаря разработке методов выделения субклеточных структур стало возможным изучение их химического состава. Оказалось, что все многообразие молекул, обнаруживаемых в этих частицах из разных по происхождению клеток, можно свести к небольшому числу классов:
1) макромолекулы (белки, углеводы, липиды);
2) низкомолекулярные биологически активные органические соединения;
3) минеральные вещества.
Живой организм осуществляет следующие функции:
1. Извлечение из внешней среды и превращение в приемлемые для организма формы химических соединений - материала для возобновления структур. Эта функция реализуется через прием пищевых продуктов, воды, и через дыхание.
2. Химическое преобразование оказавшихся во внутренней среде соединений (расщепление и синтез, трансформация) и выведение во внешнюю среду продуктов, которые более не используются (конечные продукты).
3. Высвобождение энергии, заключенной в поступающих извне соединениях, ее запасание в приемлемой для организма форме и использование в процессах жизнедеятельности.
Реализуются эти функции в общем виде следующим образом.
1. Источниками материалов для возобновления структур и энергообеспечения служат пищевые продукты, в составе которых организм получает углеводы (карбогидраты), липиды (жиры), белки (протеины), некоторые биологически активные соединения (например, витамины) и минеральные вещества. Белки, углеводы и липиды в усваиваемые формы преобразуются в пищеварительном тракте при участии активных компонентов, которые выделяются соответствующими железами желудка, кишечника, поджелудочной железы и поступают с желчью. Преобразование макромолекул заключается в их деполимеризации, т.е. в разрушении полимеров до мономеров (белков - до аминокислот, углеводов - до простых сахаров, липидов - до свободных жирных кислот и глицерола). Низкомолекулярные биологически активные и минеральные вещества всасываются во внутреннюю среду преимущественно без какой-либо предварительной химической трансформации.
2. Химические соединения с током крови поступают в органы (ткани), где включаются в процессы синтеза (образование специфических для тканей организма человека белков, углеводов, липидов и регуляторных соединений), процессы окислительно-восстановительного распада, в ходе которого высвобождается энергия химических связей. Промежуточные продукты используются в синтезе биологически активных веществ или выполняют регуляторные функции.
3. Высвобождение энергии в ходе окислительно-восстановительного распада сопряжено с ее запасанием в форме универсальных носителей. Они используются как источники энергии для выполнения всех видов работы, свойственных живому. Все перечисленные процессы протекают в организме повсеместно, однако можно отметить и локализацию их в отдельных органах и тканях.
Далее нам придется детальнее познакомиться с понятием биомолекулы.
Биомолекулы - обязательные компоненты живых организмов, создающие их характерные свойства - способность к обмену веществ и энергии, самовоспроизведению. Они выступают в качестве субстратов этих процессов или факторов, обеспечивающих их осуществление и (или) регуляцию. Вот их типы:
Нутриенты:
Белки
Липиды
Углеводы
Витамины
Регуляторы:
Витамины
Гормоны
Первые четыре типа биомолекул объединены понятием "нутриенты" - пищевые вещества, к их числу относятся также и минеральные соединения. Гормоны, выполняющие в организме регуляторную роль, в отличие от нутриентов образуются в специализированных органах - эндокринных железах. Витамины - по происхождению нутриенты, по функции - регуляторные соединения.
Остановимся немного на белках, так как именно белки (полипептиды) - это длинные протеиновые цепи, которые соединены отдельными звеньями - аминокислотами. Не напрасно аминокислоты называют строительными блоками организма! Большинство белков человеческого организма находятся в постоянном процессе синтеза и распада. Неизменный состав белка является выражением динамического равновесия. Каждая клетка нашего организма содержит очень много белка, который является "строительным материалом" для стенок клеток, мышц и волокон. Известно, что в организме человека в день синтезируется от 400 до 800 граммов белка, но только около 20 граммов из них представляет собой белок сократительных элементов мышечных тканей. Приблизительно через 8 дней весь протеин в организме обновляется. У клеток мозга, печени, почечных тканей время этого обновления - 10 дней. Конечным продуктом аминокислотного обмена выступает азот. Азотистый баланс организма соответствует темпам синтеза и распада. Негативный азотистый баланс сигнализирует, что разрушение белка в организме превалирует.
Интересно узнать, что многие тысячи различных видов белков, встречающиеся во всех живых земных организмах - растениях, животных, людях - состоят всего лишь из 20 аминокислот.
Всего же биохимикам известно около 200 различных природных аминокислот, а упомянутые выше 20, обнаруживаемые в белках - это протеиногенные аминокислоты. Классифицировать их можно по разным признакам. С наших позиций предпочтительнее упомянуть классификации, основанные на биологической роли аминокислот.
1. По строению соединений, получающихся при расщеплении углеродной цепи аминокислоты в организме, различают:
а) глюкопластичные (глюкогенные) - при недостаточном поступлении углеводов или нарушении их превращения они через щавелевоуксусную и фосфоэнолпировиноградную кислоты превращаются в глюкозу (глюкогенез) или гликоген. Это крайне нежелательное явление, если ваша цель - наращивание мышечной массы и силы! К этой группе относятся глицин, аланин, серин, треонин, валин, аспарагиновая и глутаминовая кислота, аргинин, гистидин и метионин;
б) кетопластичные (кетогенные) - ускоряют образование кетоновых тел - лейцин, изолейцин, тирозин и фенилаланин (три последние могут быть и глюкогенными).
2. В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме или обязательно должны поступать в составе пищи, различают:
а) заменимые;
б) незаменимые.
К незаменимым относятся изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин. В детском возрасте незаменимы также аргинин и гистидин (взрослый организм не требует их поступления с пищей). Существуют и другие классификации, которые не имеют особого значения применительно к тому аспекту, в котором мы будем далее рассматривать аминокислоты.
Насколько важна роль белка в здоровом питании?
Белки являются главным, наиболее ценным и незаменимым компонентом питания. Это связано с той огромной ролью, которую они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой структурных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии, участвуют в процессах роста и размножения, обеспечивают механизмы движений, развитие иммунных реакций, необходимы для функционирования всех органов и систем организма. Примерно 20% веса тела составляют белки. В течение 5 - 6 месяцев происходит полная замена собственных белков тела человека.
Поскольку резервы белков незначительны, то единственным источником их образования в организме являются аминокислоты белков пищи. Поэтому белки рассматриваются как совершенно незаменимый компонент питания человека любого возраста.
Уменьшение суточной нормы потребления белков приводит к белковому голоданию и быстрому расстройству здоровья. Симптомами белкового голодания являются вялость, похудение, отеки, поносы, дерматиты, анемия, снижение иммунитета, тяжелые нарушения функции печени и поджелудочной железы.
Когда поступление белка в организм ниже, чем его выведение, развивается состояние отрицательного азотистого баланса. Длительное состояние отрицательного азотистого баланса характеризуется потерей мышечной массы, когда организм для поддержания жизни начинает использовать внутренние белковые резервы, что представляет непосредственную угрозу жизни и здоровью. Например, снижение мышечной массы сердца может вызвать тяжелые нарушения его функций. Для активных спортсменов или лиц, ведущих физически активный образ жизни, потеря даже незначительного процента мышечной массы чревата моментальным снижением результативности. Поэтому общим требованием к безопасности ограниченных по калориям диет является отсутствие состояния отрицательного азотистого баланса и белкового дефицита.
Важно не только поступление белков в организм в необходимом количестве, но и их качественный состав. Так как организм использует только аминокислоты, образуемые в результате расщепления пищевых белков, то питательная ценность и качество последних определяются составом и сбалансированностью аминокислот (смотри ниже). Пищевые белки должны обеспечивать поступление в организм всех 20 аминокислот, включая 8 указанных выше незаменимых. Для поддержания нормального обмена веществ необходимо поступление всех аминокислот не только в достаточном количестве, но и в оптимальных пропорциях. Дефицит или дисбаланс аминокислот в пище может вызвать серьезные нарушения здоровья. В связи с этим, основным требованием к здоровому питанию является содержание высококачественных белков, обеспечивающих необходимое количество и сбалансированность аминокислот.
Относительное количество незаменимых аминокислот, которое вы получаете из разных продуктов, заметно варьируется, причем яйца имеют самую высокую биологическую ценность, или наиболее усвояемую комбинацию аминокислот. Рыба, говядина и птица стоят на втором месте в ряду продуктов с самой высокой биологической ценностью, за ними следуют молочные продукты. Овощи являются более бедными источниками белков (протеинов), поскольку они лишены одной или более незаменимых аминокислот, так что они считаются несовершенными протеинами. Метионин часто является той аминокислотой, которой больше всего недостает.
Все требуемые для организма аминокислоты должны быть доступными в одно и то же время для того, чтобы происходил синтез протеина. Аминокислота, которой недостает, является той самой, которая прекращает синтез протеина, и она обозначается как лимитирующий фактор. Питаясь продуктами, которые лимитированы по ряду аминокислот, вы сознательно лишаете себя возможности растить качественные мышцы и силу как минимум, а по максимуму - напрашиваетесь на нарушения здоровья, которые такая практика может за собой повлечь!
Наилучший способ обеспечения того, что вы имеете под рукой исходный материал для синтеза требуемых протеинов - это питаться качественными продуктами, а также принимать широкий спектр аминокислотных добавок, которые имеют высокую биологическую ценность.
Может возникнуть закономерный вопрос: разве нельзя обеспечить поступление в организм всего нужного ему белка, пользуясь натуральными продуктами, скажем, нежирным мясом, яйцами, молочными продуктами? Можно, конечно, но давайте еще подумаем вслух. Если вы весите, скажем, 80 килограммов, то, тренируясь 4 раза в неделю для наращивания мышечной массы, вы будете требовать для нормального функционирования вашего организма не менее чем в 1,5-2 граммах белка (протеина) на каждый килограмм вашего веса, то есть около 120-160 граммов. Если учесть, что даже нежирное говяжье мясо содержит примерно 20 % белка и примерно столько же жира, то, съев 600-800 граммов мяса, вы получите свою дозу протеина, однако вместе с ней вы получаете и 120-160 граммов жира, а не менее 1100-1400 калорий! Вы неминуемо будете наращивать жир в теле при такого рода питании, и этого нельзя избежать, не пользуясь протеиновыми или аминокислотными добавками. Такова современная технология этого процесса. Если же вы перейдете на дополнение вашего питания аминокислотами, добавляя их к каждому приему обычной пищи хотя бы два раза в день, то сбалансируете возможный дефицит отдельных аминокислот и легко снабдите организм нужным белком при минимальном количестве жира.
Конечно, индустрия спортивного питания с успехом решила эту проблему, предложив широкий спектр аминокислотных добавок, как говорится, на любой вкус. Чтобы хорошо ориентироваться в этом многообразии, следует четко представлять себе роль не только протеина в питании при активном образе жизни, но и тех элементов, из которых белки созданы, то есть аминокислот. Это важно еще и потому, что отдельные аминокислоты оказывают специфическое влияние на некоторые процессы, происходящие в вашем организме, так что при вдумчивом подходе к использованию аминокислот можно достигать весьма специфических целей. Поэтому мы предложим далее уникальный материал о том, какую роль играет каждая из протеиногенных и некоторых других аминокислот в организме человека.
