Пищевые вещества как источники энергии. Биосинтез белков. Углеводный и белковый обмен

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Энергетические затраты организма. Роль пищевых веществ как источника энергии. Примеры калорийности и пищевой ценности продуктов питания

2. Обмен нуклеиновых кислот и его конечные продукты

3. Биосинтез белков и его этапы

4. Триозы как промежуточные представители обмена белков и их роль в обмене

5. Гидролиз фосфолипидов, его продукты и участвующие в процессе ферменты

6. Связь между обменов углеводов и белков. Синтез аспарагиновой кислоты из щавелево-уксусной, образующейся в цикле Кребса

7. Минеральный состав молока. Пищевое значение минеральных веществ, микроэлементы и их роль в организме

8. Влияние термической обработки на компоненты молока

Список использованной литературы

1. Энергетические затраты организма. Роль пищевых веществ как источника энергии. Примеры калорийности и пищевой ценности продуктов питания

Обмен энергии в организме человека происходит в соответствии с фундаментальными законами равновесия в открытой саморегулирующейся системе. У человека имеется сложный механизм поддержания энергетического равновесия, который зависит от уровня поступления энергии с питанием. Обмен происходит в рамках двух основных метаболических процессов: катаболизма (диссимиляции) и анаболизма (ассимиляции). Эти процессы осуществляются у взрослого здорового человека в относительном равновесии. Дисбаланс метаболизма является прямой причиной развития различных функциональных нарушений, а со временем - патологических процессов.

Интенсивность обменных процессов имеет генетическую детерминацию на видовом и индивидуальном уровнях. Преобладание ассимиляции над диссимиляцией наблюдается у здорового человека в период роста и развития организма - в среднем до 25 лет. Обратная картина отмечается у лиц в возрастной группе после 60 лет (престарелый и старческий возраст).

Под энергетическим балансом следует понимать равновесное состояние между поступающей с пищей энергией и ее затратами в процессе поддержания оптимального гомеостаза. Проявлениями энергетического баланса у детей являются оптимальные показатели роста и развития, а у взрослых - стабильность массы тела.

Основными энергонесущими нутриентами являются белки, жиры и углеводы. При диссимиляции 1 г белка организм аккумулирует 4 ккал энергии (1 ккал = 4,18 кДж). При диссимиляции 1 г углеводов также высвобождается 4 ккал энергии. Жиры имеют более существенный энергетический потенциал - распад 1 г жира соответствует 9 ккал. Энергию несут также органические кислоты (уксусная, яблочная, молочная, лимонная) - около 3 ккал в 1 г и алкоголь - 1 г этилового спирта может принести организму 7 ккал. При этом органические кислоты, из-за своего малого количества в среднем рационе питания, не имеют существенного практического значения, а алкоголь в силу физиологически неполноценного использования выделяющейся энергии не может рассматриваться в качестве адекватного пищевого источника энергии (хотя его чрезмерное употребление следует учитывать при оценке общего энергобаланса).

В наибольшей степени организм использует с энергетическими целями углеводы и жиры. При выраженном дефиците двух этих макронутриентов, в качестве источника энергии кратковременно может быть использован белок пищи. В организме человека энергия запасается главным образом в виде жира (различные депо) и белка (в первую очередь в виде мышечной массы). Запасы углеводов у человека практически отсутствуют (за исключением небольшого количества гликогена) - все они оперативно трансформируются в метаболических процессах, а их излишки превращаются в жиры.

С гигиенической позиции энергия различных видов пищевых продуктов характеризуется по-разному. В питании целесообразно использовать продукты (в том числе и высокоэнергетические), содержащие значимые количества незаменимых аминокислот и микронутриентов (витаминов и минеральных веществ) - основных структурных и регуляторных компонентов макроэргических процессов. В этом случае в организме будет протекать физиологически полноценный обмен веществ.

Чем больше в продукте веществ, не несущих для организма энергии (воды, пищевых волокон), тем меньше его калорийность. Продукты, содержащие преимущественно жиры, моно- и дисахариды (в том числе так называемые «скрытые»), а также алкоголь относятся к высококалорийным и способствуют синтезу и депонированию в организме жира (с нарушением жирового и углеводного обменов) с параллельными затратами дефицитных микронутриентов, участвующих в энергетическом обмене, и напряжением гормональных механизмов, отвечающих за ассимиляцию.

Пищевая ценность продуктов питания - это комплексное свойство еды, содержащее определенное количество энергии, которая образовывается при окислении углеводов, жиров и белков. Она необходима для выполнения базовых физиологических и химических функций организма. Любой элемент потребляемой человеком еды, будь она животного или же растительного происхождения, имеет свою калорийность, которая измеряется килокалориями или килоджоулями Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х томах. Т. 2. - М.: Полис, 2017. - с. 165-167.

2. Обмен нуклеиновых кислот и его конечные продукты

Нуклеиновые кислоты играют очень важную роль в жизнедеятельности организмов и наряду с белками определяют главнейшие звенья обмена веществ, явления роста и размножения организмов, а также передачу наследственной информации.

Содержание ДНК на одну клетку довольно постоянно. В органах и тканях, характеризующихся быстрым ростом, интенсивно идет клеточное деление, значит, с такой же интенсивностью идет новообразование новых молекул ДНК. С другой стороны, в старых органах и тканях, характеризующихся интенсивным отмиранием клеток, преобладает распад молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Содержание РНК в среднем на 1 клетку не остается постоянным в течение всего жизненного цикла клетки. Сразу после клеточного деления оно невысоко, но быстро увеличивается и достигает максимума в период наиболее интенсивного роста клетки, когда напряженность обмена веществ, и прежде всего интенсивность синтеза белков, в клетке бывает самой высокой. В дальнейшем содержание РНК в клетке снижается, происходит ее распад. Таким образом, простые определения содержания ДНК и РНК в клетках и тканях показывают, что в организмах постоянно идут процессы синтеза и распада нуклеиновых кислот.

Основными структурными элементами, из которых построены молекулы ДНК и РНК, являются нуклеотиды - соединения, состоящие из рибозы и дезоксирибозы, азотистого основания и фосфорной кислоты. Поэтому образованию нуклеиновых кислот в клетках должен, очевидно, предшествовать синтез нуклеотидов. На второй стадии биосинтеза происходит фосфорилирование нуклеотидов с образованием соответствующих ди- и трифосфатов, имеющих макроэргические фосфатные связи. На третьей, последней стадии синтеза нуклеиновых кислот соответствующие фосфорилированные нуклеотиды полимеризуются, и возникают молекулы ДНК и РНК. Все животные организмы способны синтезировать нуклеиновые кислоты из простых соединений и не нуждаются в доставке их с пищей.

В отличие от многих других синтетических процессов, биосинтез пуриновых нуклеотидов происходит чаще всего не при взаимодействии соответствующих веществ, входящих в состав этих нуклеотидов (пуриновых оснований, рибозы, дезоксирибозы и фосфорной кислоты), а в результате более сложных реакций. Оказалось, что исходным соединением при биосинтезе нуклеотидов является рибоза, или рибозо-5-фосфат. К рибозо-5-фосфату затем последовательно присоединяются отдельные атомы или группы атомов, из которых постепенно строится гетероциклический скелет пуринового основания. В образовании этого скелета принимают участие атомы азота и углерода ряда аминокислот, муравьиной кислоты и угольной кислоты. Процесс требует значительной затраты энергии.

Донором формильных остатков (остатков муравьиного альдегида) является производное фолиевой кислоты - ангидроформилтетрагидрофолиевая кислота (АФТГФК). Синтез АФТГФК происходит из тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) с участием АТФ по схеме:

НСООН+ТГФК+АТФ АФТГФК+АДФ+Н₃РО₄.

Промежуточным продуктом в синтезе пуриновых нуклеотидов является инозиновая кислота. Она состоит из пуринового основания - гипоксантина, рибозы и фосфорной кислоты. Пуриновые нуклеотиды - адениловая, дезоксиадениловая, гуаниловая и дезоксигуаниловая кислоты - образуются из инозиновой кислоты в результате довольно простых превращений. Рибозо-5-фосфат, необходимый для синтеза нуклеотидов, образуется в растениях в процессе фотосинтеза или при окислении углеводов через пентозофосфатный цикл. Процесс биосинтеза инозиновой кислоты довольно сложен и идет через несколько стадий.

Суммарное уравнение биосинтеза инозиновой кислоты из простейших предшественников можно схематически представить следующим образом:

3 NH₄+ + 2 HCOO- + HCO_3- + глицин + рибозо-5-фосфат инозиновая кислота + 9 Н₂О

При этом две молекулы аммиака отщепляются от глютамина и одна - от аспарагиновой кислоты, а остатки муравьиной кислоты переносятся от 2 молекул ангидроформилтетрагидрофолиевой кислоты. Всего для синтеза 1 молекулы инозиновой кислоты из рибозо-5-фосфата необходимо 5 молекул АТФ. Но при расчете общего количества энергии следует учитывать, что при образовании каждой молекулы инозиновой кислоты необходимо девять молекул АТФ.

Синтез адениловой кислоты из инозиновой кислоты идет в две стадии через аденил-янтарную кислоту. Донором атома азота является аспарагиновая кислота. Эта реакция во многом напоминает реакцию синтеза инозиновой кислоты. Основное различие состоит в используемых макроэргических соединениях, которые дают энергию для синтеза С-N-связи. В реакции участвует АТФ, а в реакции синтеза адениловой кислоты - гуанозинтрифосфат (ГТФ). На 2-й стадии от аденилянтарной кислоты отщепляется фумаровая кислота, и образуется адениловая кислота. Обе реакции синтеза адениловой кислоты катализируются ферментом аденилосукцинатлиазой. Биосинтез гуаниловой кислоты из инозиновой кислоты также идет в две стадии и требует затрат энергии. На 1-й стадии инозиновая кислота окисляется до ксантиловой кислоты при помощи восстановленного никотинамидадениндинуклеотида. Эта реакция катализируется ферментом инозин-5-фосфатдегидрогеназой. На 2-й стадии происходит аминирование ксантиловой кислоты, которое требует затрат энергии. Донором атома азота здесь является глутамин. В результате реакции образуется гуаниловая кислота, аденозинмонофосфат и пирофосфорная кислота. Пуриновые дезоксирибонуклеотиды - дезоксиадениловая и дезоксигуаниловая кислоты, которые необходимы для биосинтеза ДНК, - образуются аналогично. Исходным продуктом для их синтеза также является рибоза, а превращение производных рибозы в производные дезоксирибозы осуществляется в результате их восстановления на уровне нуклеотидов при сохранении гликозидной связи между пентозой и основанием. Для восстановления необходим НАДФ*Н₂.

Хотя по своей структуре пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды довольно близки между собой, тем не менее пути их биосинтеза резко различны. Если при биосинтезе пуриновых нуклеотидов исходным соединением является рибозо-5-фосфат, к которому постепенно присоединяются отдельные атомные группировки, то биосинтез пиримидиновых нуклеотидов начинается с самых простых соединений (аммиака и углекислоты), а рибофосфат присоединяется лишь на заключительных стадиях синтеза. Промежуточным продуктом в синтезе производных пиримидина является оротовая кислота. Но в результате этих реакций синтез нуклеотидов происходит не всегда. В тех случаях, когда в тканях и клетках растений имеются свободные пуриновые и пиримидиновые основания (которые возникают в результате распада нуклеиновых кислот), они могут непосредственно использоваться для синтеза нуклеотидов. При синтезе из свободных оснований вначале образуются нуклеозиды, которые затем фосфорилируются и превращаются в нуклеотиды.

На первом этапе под действием фосфотрансфераз фосфатный остаток переносится от АТФ на рибозу или дезоксирибозу с образованием пентозофосфатов. Затем пентозофосфат, соединяясь с основанием, превращается в нуклеотид и свободную фосфорную кислоту. На последнем этапе нуклеотид фосфорилируется с участием АТФ и превращается в нуклеотид. Схематически процесс биосинтеза нуклеотида из свободного основания можно представить следующим образом (на примере синтеза адениловой кислоты):

рибозо-1-фосфат + аденин аденозин + Н3РО4

аденозин + АТФ адениловая кислота + АДФ

Молекула ДНК представляет собой две комплементарные полинуклеотидные цепи, скрученные вокруг общей оси, причем в цепях аденин соответствует тимину, а гуанин - цитозину, соединенным водородными связями. Таким образом, каждая цепь ДНК служит специфической структурой, которая может соединяться только с комплементарной структурной цепью и точно определять структуру вновь создаваемой цепи. В процессе удвоения молекул ДНК в период клеточного деления прежде всего разрываются водородные связи между цепями, цепи раскручиваются и расходятся. После этого под действием соответствующих ферментов к каждой из одиночных цепей присоединяются новые нуклеотиды. Но так как сочетание должно быть строго определенным, то на каждой образовавшейся цепи строится вторая комплементарная цепь прежнего состава.

Таким образом, благодаря принципу комплементарности в строении молекулы из одной молекулы ДНК образуются две совершенно одинаковые молекулы. Способность ДНК давать строго определенные, подобные себе новые молекулы играет определяющую роль в явлениях наследственности и в передаче генетической информации. ДНК определяет синтез специфических белков в клетке, и изменения в ее структуре будут вести к синтезу неспецифических для данной клетки и организма белков, что в конечном итоге вызывает изменения в обмене веществ и свойствах организма. Поэтому сама ДНК должна сохранять постоянство строения, не изменять его даже при делении клеток, что и достигается в результате специфического механизма самоудвоения ее молекулы. В периоды между делениями клеток молекула ДНК остается очень инертной, стабильной, что резко отличает ее от всех других веществ.

Синтез РНК из рибонуклеозиддифосфатов катализирует фермент полинуклеотидфосфорилаза. Для действия фермента необходимо наличие в реакционной среде ионов магния, при синтезе РНК освобождается неорганический фосфат. В качестве источников дифосфатов могут служить АДФ, УДФ, ГДФ и ЦДФ. Для синтеза высокомолекулярных полимеров в реакционную смесь необходимо добавлять некоторое количество «затравки». Состав «затравки» не оказывает влияния на состав синтезируемого продукта. В качестве «затравки» можно взять любую РНК или любой полинуклеотид. Состав синтезирующейся РНК зависит только от количества и соотношения нуклеозиддифосфатов в реакционной среде. Если в среде будет преобладать какой-нибудь нуклеозиддифосфат, то он же преобладает в составе РНК Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С. Спирина. - М.: Высшая школа, 2010. - с. 66-73.

3. Биосинтез белков и его этапы

Биосинтез белков в клетках представляет собой последовательность реакций матричного типа, в ходе которых последовательная передача наследственной информации с одного типа молекул на другой приводит к образованию полипептидов с генетически обусловленной структурой.

Биосинтез белков представляет собой начальный этап реализации, или экспрессии генетической информации. К главным матричным процессам, обеспечивающим биосинтез белков, относятся транскрипция ДНК и трансляция мРНК. Транскрипция ДНК заключается в переписывании информации с ДНК на мРНК (матричную, или информационную РНК). Трансляция мРНК заключается в переносе информации с мРНК на полипептид.

Копирование мРНК начинается с прикрепления РНК-полимеразы к участку ДНК, который называется промотором. Однако, учитывая сведения о возможности альтернативного сплайсинга, возможны случаи, когда гены, даже, расположенные рядом, будут транскрибироваться с разных цепей. Таким образом, для транскрипции могут использоваться обе цепи ДНК. При транскрипции комплементарных цепей ДНК используются разные РНК-полимеразы, а направление их движения по цепи определяется последовательностью промотора. Так как цепи ДНК инвертированы относительно друг друга, а синтез мРНК, так же, как синтез ДНК идет только в направлении от 5? к 3? концу, то и транскрипции на ДНК идут в противоположных направлениях.

Цепь ДНК, которая содержит те же последовательности, что и мРНК, называется кодирующей, а цепь, обеспечивающая синтез мРНК (на основе комплементарного спаривания) - антикодирующей. Антикодирующая цепь также называется транскрибируемой.

Кроме мРНК, в клетке образуются и другие продукты транскрипции ДНК. К ним относятся молекулы рРНК и тРНК, которые также являются участниками синтеза полипептидов. Все эти РНК называются ядерными. Если рассматривать процентное содержание этих трех видов РНК в клетке, то на долю зрелой мРНК приходится около 5 % от общего содержания РНК, на долю тРНК - около 10 %, а большая часть - до 85 % приходится на рРНК.

Все РНК транскрибируются с ДНК из рибонуклеотидтрифосфатов с освобождением пирофосфата при участии РНК-полимераз. У прокариот присутствует только один вид РНК-полимеразы, которая обеспечивает синтез мРНК, рРНК и тРНК.

В клетках эукариот присутствует три вида РНК- полимераз (I, II, III). Каждая из этих РНК-полимераз, прикрепляясь к промотору на ДНК, обеспечивает транскрипцию разных последовательностей ДНК. РНК-полимераза I синтезирует крупные рРНК (основные молекулы РНК больших и малых субъединиц рибосом). РНК-полимераза II синтезирует все мРНК и часть малых рРНК, РНК-полимераза III синтезирует тРНК и РНК 5s -субъединиц рибосом. Для связывания РНК-полимераз с промотором необходимы особые белки, выполняющие функцию факторов инициации транскрипции (TF I, TF II, TF III для соответствующих полимераз).

С учетом этих позиций, основные этапы биосинтеза белков состоят в следующем:

1 этап. Транскрипция ДНК. На транскрибируемой цепи ДНК с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы достраивается комплементарная цепь мРНК. Молекула мРНК является точной копией нетранскрибируемой цепи ДНК с той разницей, что вместо дезоксирибонуклеотидов в ее состав входят рибонуклеотиды, в состав которых вместо тимина входит урацил.

2 этап. Процессинг (созревание) мРНК. Синтезированная молекула мРНК (первичный транскрипт) подвергается дополнительным превращениям. В большинстве случаев исходная молекула мРНК разрезается на отдельные фрагменты. Одни фрагменты - интроны - расщепляются до нуклеотидов, а другие - экзоны - сшиваются в зрелую мРНК. Все стадии процессинга мРНК происходят в РНП-частицах (рибонуклеопротеидных комплексах). По мере синтеза про-мРНК, она тут же образует комплексы с ядерными белками - информоферами и образует ядерные и цитоплазматические комплексы (мРНК плюс информоферы) - информосомы. Таким образом, мРНК не бывает свободной от белков. На всем пути следования до завершения трансляции мРНК защищена от нуклеаз. Кроме того, белки придают ей необходимую конформацию.

3 этап. Трансляция мРНК. Полученная при транскрипции молекула мРНК служит матрицей для синтеза полипептида на рибосомах. Триплеты мРНК, кодирующие определенную аминокислоту, называются кодоны. В трансляции принимают участие молекулы тРНК. Каждая молекула тРНК содержит антикодон - распознающий триплет, в котором последовательность нуклеотидов комплементарна по отношению к определенному кодону мРНК. Каждая молекула тРНК способна переносить строго определенную аминокислоту.

Молекула тРНК по общей конформации напоминает клеверный лист на черешке. «Вершина листа» несет антикодон. Существует 61 тип тРНК с разными антикодонами. К «черешку листа» присоединяется аминокислота (существует 20 аминокислот, участвующих в синтезе полипептида на рибосомах). Каждой молекуле тРНК с определенным антикодоном соответствует строго определенная аминокислота. В то же время, определенной аминокислоте обычно соответствует несколько типов тРНК с разными антикодонами. Аминокислота ковалентно присоединяется к тРНК с помощью ферментов - аминоацил-тРНК-синтетаз. Эта реакция называется аминоацилированием тРНК. Соединение тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С. Спирина. - М.: Высшая школа, 2010. - с. 87-90.

4. Триозы как промежуточные представители обмена белков и их роль в обмене

Триозы (от греч. фсейт - три и франц. -ose - суффикс, обозначающий принадлежность к сахарам) - общее родовое химическое название класса трехуглеродных моносахаридов, то есть сахаров, общей формулой которых является C₃(H₂O)₃, или C₃H₆O₃.

В зависимости от наличия кето- или альдогруппы различают кетотриозы (единственный представитель дигидрооксиацетон, который ввиду отсутствия хирального центра не имеет стереоизомеров) и альдотриозы (единственный представитель глицеральдегид, из-за наличия асимметричного атома углерода имеет 2 стереизомера).

Строение триоз показано на рис. 1-3.

Рисунок 1. Дигидроксиацетон

Рисунок 2. D-глицеральдегид

Рисунок 3. L-глицеральдегид

Триозы и их производные (фосфаты) - важные промежуточные продукты обмена веществ у всех живых организмов, играющие важную роль в клеточном дыхании.

нуклеиновый биосинтез белок гидролиз углевод

В зеленых растениях триозы образуются в процессе фотосинтеза при фиксации CO₂ Страйер Л. Биохимия. В 3-х томах. Т. 1. - М.: Мир, 2014. - с. 93-94

5. Гидролиз фосфолипидов, его продукты и участвующие в процессе ферменты

Фосфолипиды - разнообразная группа липидов, содержащих в своем составе остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды делят на глицерофосфолипиды, основу которых составляет трехатомный спирт глицерол, и сфинго-фосфолипиды - производные аминоспирта сфингозина. Фосфолипиды имеют амфифильные свойства, так как содержат алифатические радикалы жирных кислот и различные полярные группы. Благодаря своим свойствам фосфолипиды не только являются основой всех клеточных мембран, но и выполняют другие функции: образуют поверхностный гидрофильный слой липопротеинов крови, выстилают поверхность альвеол, предотвращая слипание стенок во время выдоха. Некоторые фосфолипиды участвуют в передаче гормонального сигнала в клетки. Сфингомиелины являются фосфолипидами, формирующими структуру миелиновых оболочек и других мембранных структур нервных клеток.

Гидролиз фосфолипидов осуществляется группой липолитических ферментов, называемых фосфолипазами. Существует несколько типов фосфолипаз, обозначаемых как А₁, А₂, С и D. Они гидролизуют разные связи в молекуле фосфолипида (показано на примере фосфатидилхолина, рис. 4).

Рисунок 4. Гидролиз фосфолипидов

В кишечнике имеются фосфолипазы А₂, С и, возможно, D и лизофосфолипаза, участвующие в расщеплении фосфолипидов пищи. В поджелудочной железе образуются преимущественно фосфолипаза А₂ и в небольших количествах фосфолипаза С и лизофосфолипаза. В стенке кишечника также присутствуют фосфолипазы А₂ и С. Кроме того, в кишечнике обнаружена лизофосфолипаза, которая отщепляет жирную кислоту не от целой молекулы фосфолипида, а от лизофосфатидов (рис. 5)

Рисунок 5. Схема действия лизофосфолипазы

Активирование профосфолипазы А₂ происходит в кишечном соке, где под действием трипсина отщепляется от профермента гексапептид. Кроме того, для работы фосфолипазы А₂, как, впрочем, и для других фосфолипаз, требуются желчные кислоты и ионы кальция. Желчные кислоты помогают сближению субстрата с активным центром фермента, ионы кальция удаляют из зоны действия фермента свободные жирные кислоты (как и в случае с липазой) и препятствуют инактивации фосфолипазы.

Продуктом действия фосфолипазы А₂, являющейся основной пищеварительной фосфолипазой, являются чрезвычайно токсичные лизофосфатиды, которые тут же гидролизуются лизофосфолипазой.

Фосфолипазы С и D завершают процесс гидролиза фосфоглицеридов. Конечными продуктами их гидролиза являются глицерин, жирные кислоты, неорганический фосфат и один из остаточных спиртов (холин, этаноламин, инозит, серии).

Гидролиз других пищевых фосфолипидов - сфингофосфатидов, а также гликолипидов менее изучен. Однако в стенке кишечника обнаружены ферменты сфингомиелиназа и церамидаза. Первый из них гидролизует связь, образованную фосфорной кислотой и сфингозином в сфингомиелинах, а второй - N-ацильную связь в молекуле церамида. Это ведет к освобождению сфингозина, жирной кислоты и фосфохолина Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х томах. Т. 2. - М.: Полис, 2017. - с. 99-102.

6. Связь между обменов углеводов и белков. Синтез аспарагиновой кислоты из щавелево-уксусной, образующейся в цикле Кребса

При распаде белков в организме появляются аминокислоты, часть из которых может превратиться в углеводы. При дезаминировании аланина, аспарагиновой, глютаминовой кислот, серина, орнитина и т. д. образуются вещества, которые прямо или косвенно принимают участие в образовании углеводов. Этот процесс называется глюконеогенезом, регулируется глюкокортикоидами, гормонами коры надпочечников, является своеобразным компенсаторным механизмом снабжения организма энергией при недостатке углеводов. Это имеет место, например, при сахарном диабете, когда снижается процесс использования глюкозы клетками, испытывающими дефицит энергии.

Распад углеводов приводит к образованию пировиноградной кислоты, которая путем восстановительного аминирования или переаминирования дает начало аланину, аспарагиновой и глютаминовой аминокислотам.

Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов приведена на рис. 6.

Рисунок 6. Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов

Рассмотрим биологическое значение цикла Кребса.

Энергетическая функция. Энергетическая эффективность выражается количеством молекул АТФ. В цикле Кребса выделяют 3 реакции, идущие с образованием НАДН₂ по схеме:

RH₂ + НАД > R + НАДН₂.

Их катализируют ферменты изоцитратдегидрогеназа, кетоглютаратдегидрогеназный комплекс, малатдегтдрогеназа.

Образовавшиеся в ЦТК 3 молекулы НАДН₂в последующем окисляются в длинной ЦПЭ с образованием 9 молекул АТФ (при окислении каждой НАДН₂ синтезируется 3 молекулы АТФ).

В ЦТК одна реакция (сукцинатдегидрогеназная) протекает по схеме:

Образовавшийся в ЦТК ФАДН₂ окисляется в короткой ЦПЭ, давая энергию для синтеза 2 молекул АТФ.

В сукцинилтиокиокиназной реакции ЦТК непосредственно образуется 1 макроэрг - ГТФ (1 ГТФ = 1 АТФ).

В целом общая энергетическая эффективность ЦТК составляет 12молекул АТФ.

Анаболическая функция заключается в том, что некоторые метаболиты цикла Кребса не окисляются в нем, а используются для синтеза новых веществ. Например, б - кетоглютаровая используется на синтез глютаминовой кислоты. Сукцинил-КоА используется на синтез гема. Ацетил КоА идет на синтез жирных кислот, холестерина. Щавелевоуксусная кислота может участвовать в синтезе аспарагиновой кислоты.

Ключевыми ферментами ЦТК являются цитратсинтаза и изоцитратдегидрогеназа. Они ингибируются высокой концентрацией АТФ и НАДН₂. Активаторами этих ферментов являются АДФ и НАД окисленный.

Лимитирующим фактором цикла Кребса являются запасы щавелевоуксусной кислоты. Запасы щавелевоуксусной кислоты могут пополняться 2 путями:

А) дезаминированием аспарагиновой кислоты по схеме:

аспарагиновая кислота - NН₃ + Н₂О > ЩУК;

Б) карбоксилированием пировиноградной кислоты по схеме:

ПВК + СО₂ > ЩУК Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. - М.: Высшая школа, 2016. - с. 96-98

7. Минеральный состав молока. Пищевое значение минеральных веществ, микроэлементы и их роль в организме

В молоке также содержатся важные для организма минеральные вещества, подразделяемые на макро- и микроэлементы. Исследование минерального состава золы молока показало наличие в ней более 50 элементов: (Ca, P, Mg Na, Cl, K, S, Cu, Fe, Mn, Zn, Al, Si, I, Br, Mo, Cd, Pb, Co, F, Cr, Ba, Hg, Sr, Li, Sn, Se, Ni, As, Ag, Ti и др.)

Кальций и фосфор - это наиболее важные макроэлементы молока. Они содержатся в молоке в легкоусвояемой форме и хорошо сбалансированных соотношениях.

Кальций в организме необходим для формирования костной ткани, проведения нервного импульса, участвует в мышечном сокращении, стабилизирует белки. Фосфор является составной частью костной ткани и зубов, в составе фосфолипидов входит в структуру клеточных мембран, липопротеидов. В составе АТФ и ее производных играет большую роль в метаболизме, осуществлении важнейших физиологических процессов. Ионы хлора используются слизистой кишечника для секреции соляной кислоты.

На сегодняшний день известно около 70 элементов, необходимых человеку для полноценного функционирования. Некоторые из них нужны в большом количестве, их называют макроэлементы. А те, что необходимы в малом - микроэлементы.

Таким образом, микроэлементы - это химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов и содержащиеся в очень небольших количествах (менее 0,015 г). Они усваиваются организмом через воздух, воду и пищу (является основным поставщиком). Благодаря им в организме происходят важные обменные процессы.

Важнейшие микроэлементы, их источники и физиологическая роль приведены в табл. 1.

Таблица 1

Важнейшие микроэлементы, их источники и физиологическая роль Мартинчик А.Н. Физиология питания, санитария и гигиена: учебное пособие. - М.: Академия, 2014. - с. 30-32

8. Влияние термической обработки на компоненты молока

Тепловая обработка молока (пастеризация и стерилизация) вызывает необратимые процессы термолабильных компонентов молока, изменения в его физико-химических свойствах. Глубина и характер этих изменений зависят от степени и продолжительности теплового воздействия на молоко. В результате молоко приобретает специфические вкус, запах и цвет, изменяются его вязкость, поверхностное натяжение, претерпевают изменения и свойства отдельных свойств молока.

При температуре выше 65^оС изменяются сывороточные белки, они начинают выпадать в осадок. При 85^оС достаточно 5-минутного нагревания, чтобы выделить сывороточные белки из молока. При температуре выше 85^оС частично изменяется и казеин. Стерилизованное молоко не свертывается сычужным ферментом.

Молочный жир устойчив к тепловому воздействию. При температуре 72^оС и выше происходит частичная дегидратация оболочек жировых шариков. Продолжительное воздействие таких температур вызывает полное разрушение лейцитино-белковых оболочек и слияние жировых шариков в капельки жира (вытапливание).

Лактоза почти не изменяется при воздействии температур до 100^оС. При продолжительном высоком нагревании она дает реакции меланоидинообразования (реакция Майера), карамелизации. Образование меланоидинов (бурых продуктов со специфическим запахом) происходит в результате реакции лактозы с белками и некоторыми свободными аминокислотами, между ними возникает необратимая аминокарбонильная реакция. Пищевая ценность такого молока снижается, ибо меланоидины практически не усваиваются организмом человека.

Карамелизация лактозы происходит при температуре выше 150^оС, при этом также образуется темноокрашенные продукты - карамели.

Витамины при нагревании молока также изменяются, но характер этих изменений разный. Так, витамин С во время пастеризации при 75^оС в течение 15 сек. разрушается на 65%, а при 135^оС в течение 2 сек. - только на 32%. Ускоряют его разрушения контакт с кислородом воздуха, металлами - железом, медью. Чем более длительна тепловая обработка молока, и чем выше воздействующая температура, тем значительнее потери всех витаминов.

Ферменты при тепловой обработке также инактивируются и полностью разрушаются при 85-90^оС, и этот процесс необратим. Нарушается и солевое равновесие сырого молока: растворимые известковые соли переходят в нерастворимые, образуется осадок трикальцийцитратов - фосфатов и др. Выпадение белков и фосфорнокислых солей вызывает отложение на горячих поверхностях аппаратов плотного осадка (молочного камня) Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. - М.: Высшая школа, 2016. - с. 89-91.

Список использованной литературы

1. Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х томах. Т. 2. - М.: Полис, 2017. - 320 с.

2. Мартинчик А.Н. Физиология питания, санитария и гигиена: учебное пособие. - М.: Академия, 2014. - с. 30-32

3. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С. Спирина. - М.: Высшая школа, 2010. - 352 с.

4. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. - М.: Высшая школа, 2016. - 216 с.

5. Страйер Л. Биохимия. В 3-х томах. Т. 1. - М.: Мир, 2014. - 232 с.

Размещено на Allbest.ru