Углеводы

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

И ИХ РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Белки

Характеристика и функции белков в организме. Белки составляют примерно половину сухой массы клеток, а от общей массы человеческого тела на долю белков приходится около 20%, причем насчитываются десятки тысяч разновидностей белков.

Многообразие полимерных белковых молекул обусловлено различными комбинациями входящих в их состав остатков двадцати протеиногенных аминокислот, соединенных друг с другом пептидной связью. Количество аминокислотных остатков в белковых молекулах колеблется от нескольких десятков до сотен и даже тысяч.

В соответствии со своим строением и свойствами белки выполняют в организме разнообразные функции. Одни из них входят в состав костей и хрящей и выполняют опорную функцию, другие белки, входя в состав ядер, протоплазмы и клеточных мембран мышечной и других видов тканей выполняют пластические функции построения тканей и функции транспорта веществ в организме, в том числе переноса их через биомембраны. Такие белки, как актин и миозин, обеспечивают сократительные функции мышц. Особая группа белков (ферменты) выполняют регуляторные функции, управляя протекающими в организме реакциями. Белки иммунных тел выполняют защитные функции, предохраняя организм от вторжения чужеродных белков. Белки могут выполнять энергетические, запасные и некоторые другие функции.

В любом живом организме протекает процесс самообновления белковых структур. Установлено, что белки человеческого организма в течение жизни обновляются около 200 раз. При этом белки пищи служат источником для построения собственных белков организма.

Пищевая ценность и усвояемость белков. Пищевая ценность белков определяется их аминокислотным составом и усвояемостью организмом человека.

Для построения собственных белков организму требуется набор аминокислот в определенном количестве и соотношении. При этом из 20 аминокислот 8 являются незаменимыми (эссенциальными), они не могут синтезироваться в нашем организме и должны поступать с пищей. Незаменимыми являются валин, лизин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, триптофан и фенилаланин. Кроме того, детским организмом не синтезируются аргинин и гистидин, и их тоже относят к незаменимым.

Всемирной организацией здравоохранения разработан состав «идеального белка», в котором соотношения незаменимых кислот наиболее оптимальны для организма человека. В белках пищи могут содержаться все незаменимые аминокислоты в таких же соотношениях, и такие белки считают полноценными. Более низкую биологическую ценность имеют белки, содержащие все аминокислоты, но не в благоприятных для организма пропорциях. И, наконец, белки, в которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, считают неполноценными.

Для сопоставления аминокислотного состава белков используют аминокислотный скор – процентное содержание каждой из аминокислот в данном белке по отношению к ее содержанию в «идеальном» белке. Обычно рассчитывают скор для наиболее дефицитных аминокислот: лизина, триптофана и суммы серосодержащих аминокислот (метионина и цистеина).

В табл.1 приведен аминокислотный состав идеального белка и некоторых животных и растительных белков. Из природных белков наиболее близки к идеальному белки куриного яйца и женского молока, для всех незаменимых аминокислот они имеют скор, близкий к 100%.

Таблица 1. Состав незаменимых аминокислот

в некоторых белках, %

Аминокислота	Идеальный белок	Казеин	Сывороточ-ные белки	Белок яйца	Белок пшеницы	Белок сои
Валин		7,2	5,7	7,3	3,0	4,7
Лейцин		9,0	12,3	8,8	6,0	7,8
Изолейцин		6,1	6,2	6,6	6,0	4,9
Метионин + Цистин	3,5*	2,8	2,3	5,5*	2,3	1,3
0,3	3,4	2,3	1,5
Треонин		4,9	5,2	5,1	3,0	3,6
Лизин	5,5	8,2	9,1	6,4	0,6	6,4
Фенилаланин + Тирозин	6*	5,0	4,4	10,0*	2,5	5,4
6,3	3,8	3,1	4,3
Триптофан		1,7	2,2	1,5	0,9	1,4

^* Пары суммируются, так как потребность в одной аминокислоте может быть покрыта за счет наличия другой.

Организм человека должен получать в достаточном количестве и заменимые аминокислоты, поскольку при недостатке на их синтез расходуются незаменимые, потребность в которых возрастает.

На усвояемость белков в организме человека оказывает влияние ряд факторов: активность протеолитических ферментов, аминокислотный состав белков и наличие других составных частей пищи (витаминов, минеральных веществ), структура белков, которая определяется степенью их денатурации.

Расщепление белков начинается в желудке. Хлористоводородная кислота желудочного сока обеспечивает значение рН 1,5–2,5. В этих условиях происходит набухание белков, их дезагрегация и частичное расщепление до пептидов различной молекулярной массы под действием фермента пепсина. Далее, в тонком кишечнике, сок поджелудочной железы (рН 7,5–8,5) создает благоприятные условия для действия протеаз (трипсина, химотрипсина) и коллагеназы, благодаря которым завершается процесс превращения белков и полипептидов в отдельные аминокислоты. Через стенки кишечника аминокислоты всасываются в кровь и лимфу.

К снижению усвояемости белков может привести избыточное содержание в рационе клетчатки. Усиливая перистальтику кишечника, она способствует более быстрому прохождению пищи по пищеварительному тракту, и часть белков не успевает гидролизоваться. Кроме того, клетчатка адсорбирует протеиназы и, связывая часть аминокислот, выводит их из организма.

Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения суточная норма потребления белков должна составлять 85–90 г, причем половина этой нормы должна приходиться на белки животного происхождения. При недостатке в рационе белков замедляется рост организма, повышается восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Избыточное потребление белка неблагоприятно сказывается на деятельности пищеварительного тракта, почек, желез внутренней секреции, приводит к нарушению обмена веществ, снижению возбудимости центральной нервной системы.

Липиды

Характеристика и функции липидов в организме. Важнейшими представителями простых липидов являются ацилглицерины (глицериды) – сложные эфиры глицерола и жирных кислот. Многообразие жиров обусловлено, главным образом, природой и положением жирных кислот. В состав природных жиров в основном входят жирные кислоты с четным числом атомов углерода (от 4 до 30, наиболее распространены от 12 до 22), нормального строения, одноосновные, насыщенные и ненасыщенные. Ненасыщенные кислоты обычно имеют цис-конфигурацию и положение двойной связи ближе к центру цепи.

Из насыщенных кислот наиболее часто встречаются пальмитиновая и стеариновая, они придают жирам твердую консистенцию, таких кислот больше в животных жирах. Ненасыщенные жирные кислоты широко распространены в растительных маслах, в жире морских животных и рыб, при комнатной температуре они имеют жидкую консистенцию. Наиболее часто встречаются олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты, имеющие соответственно одну, две и три двойные связи. Арахидоновая кислота с четырьмя двойными связями имеет наиболее высокую биологическую активность.

При хранении в неблагоприятных условиях (при повышенных температуре и относительной влажности воздуха, на свету, при контакте с кислородом воздуха и металлами) происходит прогоркание жиров. Оно обусловлено протеканием окислительных процессов с накоплением пероксидов, альдегидов, кетонов и др. Причиной прогоркания может быть и действие ферментов – липазы и липоксигеназы.

В организме существует две формы жира: запасной и структурный. Запасной сосредоточен в подкожном слое и сальниках. Он используется организмом для обновления структурного жира, как источник энергии, предохраняет организм от переохлаждения и механических повреждений, служит амортизатором для внутренних органов, смазочным материалом. Структурный жир в виде липопротеиновых комплексов входит в состав протоплазмы, а в форме фосфолипидов (фосфатидов)– в состав клеточных и внеклеточных мембран. Жиры в составе нервных клеток обеспечивают передачу нервных импульсов, участвуют в образовании некоторых гормонов.

Важную физиологическую роль в организме выполняют сопутствующие жирам вещества: фосфолипиды (лецитин, кефалин), стерины, жирорастворимые витамины.

Фосфатиды в комплексе с белками входят в состав нервных и мозговых тканей, печени, сердечной мышцы, половых желез, клеточных мембран. Они принимают участие в процессе свертывания крови, лецитин способствует выведению из организма избыточного холестерина. Фосфатиды содержатся в нерафинированных растительных маслах, яичном желтке, мозге, печени животных и в других продуктах. При недостатке фосфолипидов происходит накопление жира в печени и кровеносных сосудах.

Из стеринов важная роль принадлежит холестерину, который участвует в образовании гормонов, необходим для синтеза желчных кислот. Холестерин поступает в организм с пищевыми продуктами и синтезируется в организме. При нарушении холестеринового обмена он откладывается на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, нарушая их функции, способствует развитию атеросклероза и желчекаменной болезни.

Незаменимым фактором питания является комплекс полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) – арахидоновой, линолевой и линоленовой. Биологическое значение этих кислот сравнимо со значением витаминов, их часто называют витамином F. Эссенциальные кислоты влияют на обмен холестерина, повышают эластичность кровеносных сосудов, устойчивость организма к ультрафиолетовому и радиоактивному облучениям, участвуют в образовании гормоноподобных веществ – простагландинов. При недостатке в организме ПНЖК наблюдается некротическое поражение кожных покровов, нарушаются половая деятельность, пищеварение, функционирование почек.

Пищевая ценность и усвояемость жиров. Ценность жиров, как компонентов питания, определяется наличием в их составе полиненасыщенных жирных кислот, фосфолипидов, стеринов, жирорастворимых витаминов. В зависимости от содержания ПНЖК жиры делят на три группы: растительные масла с высоким содержанием ПНЖК (50–80%) – подсолнечное, соевое, кукурузное, хлопковое; жиры со средней биологической активностью, содержащие 15–22% ПНЖК – масло оливковое, сало свиное, жир куриный; жиры с низким (5–6%) содержанием ПНЖК – бараний, говяжий, молочный.

В расщеплении жиров в организме участвуют фермент липаза, желчь и желчные кислоты, их переваривание происходит в тонком кишечнике. Образовавшийся глицерин хорошо растворяется в воде и быстро всасывается стенками кишечника. Всасывание жирных кислот идет при участии желчных кислот, с которыми они образуют растворимые в воде комплексы. Чем выше температура плавления жира, тем хуже он усваивается организмом.

Для покрытия энергетических затрат организма и построения клеточных структур взрослому человеку необходимо 80–100 г жира в сутки. Разработано понятие «эталонный жир», как обладающий показателями, необходимыми для правильного питания человека. Такой жир должен содержать 38–47% ненасыщенных и 53–62% насыщенных жирных кислот при отношении количества ненасыщенных кислот к насыщенным от 0,6 до 0,9. Содержание линолевой кислоты должно составлять 7–10%, линоленовой – 0,5–1,0%, низкомолекулярных кислот С₄–С₁₂ – 10–12%, транс-изомеров – не более 16%, фосфолипидов – не менее 0,3%, холестерина – не более 0,2%.

Недостаточное потребление жира может привести к нарушению функций центральной нервной системы, половых желез, ослаблению иммунитета и устойчивости организма к неблагоприятным факторам. Избыточное потребление жиров приводит к ожирению, возникновению атеросклероза, нарушениям функций печени, ухудшению усвояемости кальция, магния и других веществ.

Углеводы

Характеристика и функции углеводов в организме. Моносахариды в пищевых продуктах присутствуют в свободном виде или в составе ди- и полисахаридов. В свободном виде глюкоза и фруктоза содержатся в плодах, ягодах, меде. В связанном состоянии глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчатки, фруктоза – в состав сахарозы, раффинозы, инулина. Галактоза в свободном состоянии в пищевых продуктах не встречается, в связанном виде она входит в состав молочного сахара – лактозы.

Моносахариды обладают восстанавливающей способностью, разлагаются в щелочной среде, имеют сладкий вкус. Если сладость сахарозы принять за 100 усл. ед., то сладость глюкозы составляет 74, фруктозы – 173, галактозы – 32, лактозы – 16.

Дисахариды в пищевых продуктах представлены в основном сахарозой, лактозой и мальтозой. Источником сахарозы являются сахарная свекла, фрукты, ягоды, лактоза встречается только в молоке и молочных продуктах, мальтоза в небольшом количестве содержится в семенах злаковых культур. Мальтозу называют солодовым сахаром, поскольку она образуется при ферментативном расщеплении крахмала солода.

Из полисахаридов в состав пищевых продуктов входят крахмал, гликоген, целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества. Крахмал и гликоген имеют сходное строение, в качестве запасного углевода крахмал содержится в зерновых культурах и картофеле, гликоген – в органах и тканях животных. Целлюлоза содержится в растительном сырье и продуктах из этого сырья (фруктах, овощах, крупе, хлебе из муки грубого помола). Пектиновые вещества по химической структуре представляют собой полимеры, состоящие из остатков галактуроновой кислоты, этерифицированных метанолом и соединенных между собой гликозидными связями. Пектиновые вещества содержатся в плодах (яблоки, груши, сливы, абрикосы, цитрусовые), ягодах (красная и черная смородина и др.), клубнях (свекла, морковь и др.).

И целлюлоза, и пектиновые вещества, входя в состав клеточных стенок, выполняют опорные функции, и удерживают коллоидную влагу, предохраняя плоды и овощи от высыхания. В недозрелых плодах и овощах пектиновые вещества связаны с целлюлозой, не растворяются в воде, такая форма пектина называется протопектином. По мере созревания плодов протопектин переходит в растворимую форму – гидратопектин. Под действием фермента протопектиназы происходит постепенное деметоксилирование – отщепление метоксильных групп, в результате чего пектин превращается в пектовую кислоту. Способность пектиновых веществ образовывать студни используют при производстве мармелада, джема, пастилы. Следует отметить, что желирующая способность пектина снижается по мере его деметоксилирования, и пектовая кислота такой способностью не обладает.

В организме человека углеводы служат основным источником энергии, входя в состав тканей и жидкостей, выполняют пластические функции, продукты окисления углеводов служат исходными веществами для синтеза необходимых организму соединений. Углеводы выполняют разнообразные регуляторные (препятствуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров и др.) и защитные функции (гепарин предотвращает свертывание крови и образование тромбов, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через оболочку клетки и др.). Клетчатка и пектиновые вещества выводят из организма вредные вещества (избыточный холестерин, соли тяжелых металлов, радионуклиды и др.). Обмен фруктозы в организме происходит с участием ферментов, активность которых не зависит от наличия инсулина, поэтому ее используют в рационах питания больных сахарным диабетом. Углеводы оказывают тонизирующее действие на центральную нервную систему.

Пищевая ценность и усвояемость углеводов. Пищевая ценность углеводов определяется степенью их очистки (рафинирования). Углеводы, максимально освобожденные от сопутствующих составных частей (клетчатки, минеральных веществ, витаминов и др.) являются только легкодоступным источником энергии и не имеют биологической ценности. Такие углеводы содержатся в сахаре, кондитерских изделиях, хлебе из муки высшего сорта и других продуктах, их называют «незащищенными». В отличие от них, «защищенные» углеводы содержатся в продуктах растительного происхождения, не подвергнутых глубокой очистке и обработке, они представляют комплекс крахмала с клетчаткой, медленнее усваиваются и равномернее снабжают организм энергией.

Расщепление углеводов начинается уже в ротовой полости, так как слюна содержит амилазу – фермент, расщепляющий крахмал. В желудке, при значении рН желудочного сока 1,5–2,5, амилаза не действует. Переваривание углеводов происходит в кишечнике под действием амилаз и других ферментов желудочного сока и поджелудочной железы. Моносахариды быстро всасываются в кровь, быстрее всего глюкоза, несколько медленнее фруктоза. Часть фруктозы и галактозы задерживается печенью, превращаясь в гликоген. Целлюлоза и пектиновые вещества в организме человека не расщепляется из-за отсутствия соответствующих ферментов. Вместе с тем, присутствие в рационе растительных пищевых волокон является обязательным, поскольку они составляют основное содержимое кишечника и способствуют его перистальтике.

Потребление углеводов составляет 400–500 г в сутки, содержание моно- и дисахаридов – 50–100 г, пищевых волокон – 20–25 г, в том числе клетчатки и пектиновых веществ – 10–15 г. Избыточное потребление углеводов приводит к нарушению обмена веществ, ожирению, диабету, сердечно-сосудистым заболеваниям, возникновению аллергических реакций и т.д.