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.