Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия пищевых продуктов и их метаболизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
животные белки превосходят растительные. Если животные
белки усваиваются на - 90%, то растительные - только на 6080%. Пониженная усвояемость растительных белков связана с
тем, что оболочки растительных клеток, построенные из клетчатки и близких к ней полисахаридов, не разрушаются пищеварительными ферментами и тем самым препятствуют полному
использованию питательных веществ.
1.5.1.1. Биологическая роль и метаболизм аминокислот
в организме
Основное количество аминокислот, поступивших в кровяное русло из пищеварительного тракта, расходуется как пластический материал при синтезе белков в тканях нашего организма. Однако некоторые аминокислоты выполняют особые
функции в организме человека.
Обмен аминокислот в организме человека может быть
представлен следующей схемой:
Белки пищи
Переваривание
Аминокислоты
Дыхание
СО2; Н2О;
мочевина
Биосинтез белков
и пептидов
Биосинтез
заменимых
аминокислот
Особые функции аминокислот
(нейромедиаторы,
радиопротекторы и др.)
Биосинтез нуклеотидов, биогенных ами-
нов, пигментов, фе-
нольных соединений
и др.
Познакомимся с другими наиболее интересными функциями аминокислот в организме человека.
Аминокислоты – медиаторы
Медиаторы (от латинского mediator - посредник) - это вещества, с помощью которых в нервной системе осуществляется
81
передача нервных сигналов от одной клетки к другой. Они
обеспечивают функционирование нервной системы. Роль медиаторов выполняет группа соединений, различающихся по
своей химической природе. К ним принадлежат и аминокислоты: глутаминовая, аспарагиновая, глицин и непротеиногенная
гаммааминомасляная кислота (ГАМК). Аминокислотымедиаторы участвуют в терморегуляции, деятельности сердечно-сосудистой системы, регуляции сна и бодрствования. Роль
медиаторов выполняют и некоторые производные гистидина
(гистамин) и триптофана (серотонин).
Образование пигментов меланинов
Меланины (от греческого melas - черный) - темноокрашенные пигменты, образующиеся из тирозина при его окислении ферментом тирозиназой (монофенол-монооксигеназа). Они
придают окраску покровам животных. Определяют пигментацию кожи, волос, роговицы глаз. Образование меланинов усиливается под действием ультрафиолетовых лучей (загар). Клетки, продуцирующие меланины, могут давать начало злокачественным опухолям - меланомам. При врожденном отсутствии
тирозиназы наблюдается альбинизм - отсутствие пигментации
кожи, волос, светобоязнь.
Цистеин как радиопротектор
Радиопротекторы (от латинского radius - луч и protector защитник) - вещества, повышающие устойчивость тканей организма к ионизирующим излучениям.
Поиск эффективных радиопротекторов начался после
атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. К наиболее
эффективным радиопротекторам относятся сульфгидрильные
соединения, например, цистеин.
Сульфгидрильные соединения защищают от радиационного
повреждения важнейшие компоненты клетки - белки и нуклеиновые кислоты, снижают интенсивность окислительных процессов в
липидных структурах клетки - клеточных мембранах.
Врожденные нарушения аминокислотного обмена у
человека. Особенно серьезным и довольно широко распро-
страненным нарушением такого типа является фенилкетонурия
(ФКУ).
82
В основе этого нарушения лежит мутация гена, кодирующего фермент, который участвует в превращениях фенилаланина. Фермент фенилаланин - монооксигеназа катализирует реакцию
В результате этой реакции один из 2-х атомов молекулы
кислорода включается в фенилаланин, чтобы образовать гидроксильную группу тирозина, второй - восстанавливается до Н2О
за счет НАДН2.
При наследственном дефекте, затрагивающем этот фермент, превращение фенилаланина идет по другому пути:
В этом случае фенилаланин претерпевает трансаминирование, что приводит к образованию фенилпирувата, который не
83
подвергается в дальнейшем каким-либо превращениям, накапливается в крови, тканях, а затем выводится с мочой.
Избыток фенилпирувата в крови у новорожденных нарушает нормальное развитие мозга и служит причиной умственной отсталости.
Фенилкетонурия - одно из врожденных нарушений обмена
веществ, впервые открытых у человека, кроме того, эта болезнь
достаточно широко распространена (примерно 1 на 10 тысяч
новорожденных детей). В то же время при достаточно раннем
выявлении этой болезни при помощи соответствующей диеты
(исключение продуктов с высоким содержанием фенилаланина
в белках) можно создать условия для нормального развития ребенка.
1.5.1.2. Пептиды
Из биологических тканей разного происхождения выделены многие десятки пептидов - полимеров аминокислот, уступающих по молекулярной массе белкам. Структура многих
пептидов расшифрована, а их свойства и функции в организме
весьма разнообразны (см. схему).
Кратко познакомимся с некоторыми функциями пептидов.
Нейропептиды
Нейропептиды впервые выделены из мозга животных. К
настоящему времени описана структура нескольких десятков
пептидов, образующихся в клетках головного мозга. Многие из
них формируют поведение человека и животных. Отсюда их
название – регуляторы поведения. Их содержание так мало, что
при выделении первых нейропептидов (1969-1970) были использованы тонны мозговой ткани из сотен тысяч животных.
84
Несмотря на чрезвычайно низкую концентрацию, эти соединения регулируют важнейшие функции высшей нервной
системы. К ним относятся пищевое насыщение, жажда, сон,
обучаемость, удовольствие, двигательная активность и др. Обнаружены пептиды, снижающие болевое ощущение (морфиноподобные или опиоидные).
Показано, что в ряде случаев несколько нейропептидов
образуются из одного общего предшественника (одной полипептидной цепочки) путем последовательного отщепления
фрагментов по механизму ограниченного протеолиза. Например, образование группы нейропептидов, называемых эндорфинами, осуществляется по следующей схеме:
Исходный пептид (200 аминокислот)
β – липотропин (91 а.к.)
β – эндорфин (31 а.к.)
мет – энкефалин (5 а.к.)
Последний нейропептид представляет собой N - концевой
фрагмент полипептидной цепочки β-эндорфина следующего
строения:
Тир – Гли – Гли – Фен – Мет
Эндорфинами называют группу опиоидных пептидов,
способных подавлять болевые ощущения и вызывать ощущения эйфории, удовольствия. Эти же пептиды отрицательно действуют на память и обучаемость.
Интересно отметить, что среди продуктов неполного гидролиза белков молока и хлеба обнаружены пептиды опиоидного действия. Высказывается предложение, что при нарушении
пищеварения в тонком кишечнике подобные пептиды могут
всасываться в кровь и оказывать воздействие на психику человека. Отмечено также, что пептиды, стимулирующие чувство
удовольствия (группа опиоидных пептидов), снижают обучаемость и память.
Многие нейропептиды имеют достаточно простое строение
и легко могут быть получены методами органического синтеза.
85
С открытием нейропептидов появилась возможность избирательно стимулировать или подавлять элементы психической
деятельности у людей, например осуществлять коррекцию сна.
Пептидные токсины
Белково-пептидную природу имеют самые мощные токсины
микробного происхождения. Сюда относится ботулинистический
токсин, продуцируемый анаэробом, Clostridium botulinum, вызывающий тяжелые (часто смертельные) пищевые отравления. Чаще
всего причиной отравления этим токсином являются консервированные продукты домашнего приготовления.
Пептидную природу имеют токсины змей, скорпионов,
пчел. Высокая концентрация пептидных токсинов очень сильного действия характерна для бледной поганки. Это циклические пептиды фаллоидин и α - аманитин. Содержание токсина в
бледной поганке достигает 0,4 мг на 1 г массы, при летальной
(смертельной) дозе для человека - 5-7 мг.
Другими словами, для смертельного отравления бледной
поганкой достаточно одного гриба.
Вкусовые пептиды
Большое внимание пищевиков привлекают пептиды с ярко
выраженными вкусовыми качествами. Широко известен пептидный подсластитель аспартам, который в 200 раз слаще сахарозы и
нетоксичен. Аспартам представляет собой метиловый эфир дипептида аспартил-фенилаланина следующей структуры:
Асп - Фен – Оме
При протеолизе казеина молока образуется гептапептид
горького вкуса Арг - Гли - Про - Про - Фен - Иле - Вал.
Образование этого пептида придает горький вкус молочным продуктам.
В настоящее время ведется интенсивный поиск пептидов,
обладающих приятными вкусовыми характеристиками.
Регуляторные пептиды
К регуляторным пептидам относится один из наиболее
интересных пептидов, обладающий полифункциональными
функциями, глутатион (γ-глутамилцистеинилглицин). Трипептид глутатион содержится в каждой живой клетке. В наибольших количествах он обнаружен в дрожжах и зародышах пшеницы.
86
Глутатион регулирует окислительно-восстановительные
реакции по схеме:
.
Защищает –SH группы белков от окисления; активирует
тиоловые (цистеиновые) ферменты по схеме:
.
Как известно, отличительной особенностью этих протеиназ является обязательное наличие в активном центре фермента
сульфгидрильной группы. Если эта группа окислена, фермент
не проявляет каталитической активности. При восстановлении
сульфгидрильной группы каталитическая функция восстанавливается.
Глутатион защищает от окисления аскорбиновую кислоту
(витамин С) и другие биологически активные соединения; выполняет функции радиопротектора, участвует в транспорте
аминокислот через биологическую мембрану клетки.
Глутатион является важнейшим детоксицирующим агентом. Он обезвреживает соединение ртути, фосфоорганические
соединения, ароматические углеводороды, токсичные перекисные соединения.
Нарушения обмена глутатиона в организме человека приводят к заболеванию костного мозга, развитию катаракты, другим нарушениям функций организма.
Одна из важнейших особенностей глутатиона состоит в
том, что он оказывает сильное воздействие на структуру и реологические свойства белков перерабатываемого пищевого сырья, нарушая в них систему дисульфидных связей. Тем самым
глутатион может существенно влиять на ход технологического
процесса. В пищевой технологии источником значительного
количества глутатиона являются дрожжи. Следовательно, его
87
действие может активно проявляться во всех технологиях, использующих процессы брожения.
Рассмотрим этот вопрос применительно к хлебопекарному
производству. Разнообразные продукты жизнедеятельности
дрожжей (углекислый газ, этиловый спирт, высшие спирты, органические кислоты, сульфгидрильные соединения) оказывают
воздействие на белковый комплекс и ферменты муки.
Из всего многообразия факторов, действующих на белковый комплекс теста и связанных с жизнедеятельностью дрожжей, остановимся на роли глутатиона (восстановленного), выделяемого пекарскими дрожжами при брожении.
В технологии хлебопечения следует учитывать не общее
содержание глутатиона в дрожжах, достигающее 1%, а только
то его количество, которое может быть выделено дрожжами в
окружающую среду.
Проведенная оценка 24 образцов пекарских дрожжей Московского дрожжевого завода показала, что отдельные партии
сильно различаются по интенсивности выделения глутатиона в
процессе брожения. Способность дрожжей выделять глутатион
колеблется от 80 до 300 мкг/г за 4 часа брожения. Если учесть,
что выделение глутатиона в пределах 100 - 150 мкг/г достаточно для заметного расслабления теста, то окажется, что около
80% обследованных партий дрожжей должно быть отнесено к
числу тех, которые оказывают чрезмерно сильное воздействие
на белковый комплекс муки в ходе технологического процесса.
Опыты, проведенные на кафедре биохимии МГУПП с
разными сахарами, показали, что количество выделившихся
сульфгидрильных соединений пропорционально интенсивности брожения и не зависит от природы сахара.
Влияние выделяемого дрожжами глутатиона на белки и
ферменты теста значительно, причем расслабление клейковины
и теста пропорционально количеству глутатиона, выделенного
дрожжами в процессе брожения.
В связи с изложенным желательно оценивать качества пекарских дрожжей по их способности выделять в процессе брожения определенное количество глутатиона.
88
1.5.1.3. Новые формы белковой пищи
Различают аналоги белка, которые имитируют готовые к
употреблению пищевые продукты и текстураты белка или белковые разбавители, имитирующие по структуре, физикохимическим свойствам традиционные продукты питания.
Основными задачами технологии производства пищевого
белка являются:
- извлечение его из сырья с максимальным выходом при
минимальных затратах и потерях других ценных компонентов
сырья;
- минимальные изменения функциональных свойств белка
или направленное изменение в желаемую сторону;
- сохранение биологической, пищевой ценности белка;
- необходимая степень удаления и дезактивация нежелае-
мых примесей.
Пищевые белки производят в виде трех основных типов
продуктов, которые различаются по содержанию белка и его
фракционному составу.
Первый тип - содержит 50% белка (обезжиренная мука
бобов и других культур, дезинтеграт биомассы дрожжей и т.п.).
Второй тип - концентраты с содержанием белка 70-75%.
Третий тип - наиболее дорогой и стандартный тип белковых продуктов - изоляты, содержащие 90% белка и более.
Концентраты и изоляты белка практически полностью используются для пищевых целей.
Все три основных типа пищевых белков (или белковых
продуктов) производятся в виде широкого набора модификаций, различающихся по функциональным свойствам. Необходимо подчеркнуть, что широкое применение в пищевой промышленности получили белковые продукты из соевых бобов
(обезжиренная мука, концентраты соевого молока и т.п.), изоляты (соевый творог), обладающие высокими функциональными свойствами.
1.5.2. Генная инженерия
Генная инженерия является новой методической ветвью
молекулярной биологии, разрабатывающей методы направленного изменения наследственности в результате изъятия отдель-
89
ных генов и переноса их из одной клетки в другую. Иначе говоря, генная инженерия позволяет манипулировать генами, что
дает возможность передавать генетическую информацию от
одного организма другому, не родственному ему по генетическим свойствам.
Согласно современной стратегии генетической инженерии
можно выделить 5 основных условий проведения генноинженерных исследований:
а) в молекулу ДНК, способную реплицироваться в клетке
автономно от хромосом (плазмида или вирусная ДНК), in vitro
ферментативно встраиваются фрагменты ДНК из любого источника;
б) получаемые при этом молекулы, которые будем называть гибридными ДНК, вводят в чувствительные клетки;
в) в клетках гибридные молекулы ДНК реплицируются,
размножая в своем составе клонируемый фрагмент ДНК;
г) определенными методами селектируют клоны клеток и
вирусов, содержащих индивидуальные молекулы гибридных
ДНК;
д) выявленные гибридные молекулы ДНК подвергают
разностороннему структурно-функциональному изучению.
Особую роль при этом играют высокоэффективные методы
анализа последовательности нуклеотидов фрагментов ДНК.
Технология комбинированных ДНК дает возможность
встраивать ДНК и добиваться синтеза ДНК в промышленных количествах.
Генетическая инженерия открыла небывалые ранее возможности по созданию принципиально новых микробиологических
продуцентов биологически активных веществ. Так, с помощью
методов генной инженерии синтезирован ген, кодирующий лимфотоксин - белок, убивающий опухолевые клетки. Промышленное производство интерферона и иммуноглобулина, обладающих
противовирусным действием, стало возможным благодаря успехам генной инженерии.
В бактерию кишечной палочки была внесена молекула
ДНК, кодирующая белок вируса ящура - болезни, поражающей
крупный рогатый скот и приносящей огромные убытки животноводам. Сегменты ДНК, введенные в бактерию, стали проду-
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]