Что такое белки?

Много всего можно сказать, отвечая на этот вопрос. Если бы белков не существовало, то и жизнь была бы невозможна. Они необходимы нам для роста и развития. Мы отличаемся друг от друга цветом глаз, ростом, активностью ферментов именно потому, что обладаем уникальным набором белков. Они у нас в организме на первых ролях: формируют мышцы и обеспечивают движение, участвуют в иммунитете, регулируют биохимические реакции, транспортируют молекулы, поддерживают водно‑электролитный баланс, обеспечивают свертывание крови и так далее. Так же, как углеводы и жиры, белки могут использоваться для получения энергии.

Клетки нашего тела имеют ограниченный срок жизни, их структурные элементы должны постоянно обновляться. Синтез новых белков – это растущие волосы и ногти, затягивающиеся раны, увеличивающиеся под действием занятий мышцы. Мы можем видеть, как отслаиваются отработавшие своё клетки верхнего слоя кожи – эпидермиса. На их место придут другие. Четыре месяца живут эритроциты, а клетки на поверхности слизистой оболочки кишечника обновляются каждые три дня. Клетки рождаются, живут и умирают, и при этом они должны постоянно заменять отслужившие своё белки новыми. Источниками строительного материала для синтеза белков служат аминокислоты пищи, а также подвергнутые вторичной переработке собственные белки.

Белки – это органические соединения, в которых есть азот. Они построены из двадцати аминокислот, которые могут объединяться в разной последовательности, поэтому существуют тысячи белков. Синтез белков идёт по принципу «все или ничего». Для него нужен полный набор аминокислот, включая те девять незаменимых, которые организм выработать не может, поэтому мы находим их в еде. Человек должен регулярно получать пищу, содержащую полноценный белок, иначе телу придётся разрушать не старые ещё клетки, чтобы эти аминокислоты добыть. В этом случае, чтобы поддерживать жизнь более важных систем организма, в жертву приносятся собственные белки мышц, печени, плазмы крови. У кишечной палочки жизнь и то проще – она сама умеет делать любые аминокислоты. Заменимые аминокислоты синтезируются из углеводных и жировых фрагментов, к которым добавляется азот, чтобы образовалась аминогруппа. Не удивительно ли, как разные питательные вещества могут у нас в организме превращаться друг в друга! Из‑за таких штук я и люблю биологию.

Допустим, аминокислоты все в наличии, что происходит дальше? А дальше клетка по имеющемуся у неё образцу соединяет между собой разные аминокислоты и строит белок. Аминокислотные последовательности всех белков записаны в генетическом коде каждого из нас. На рисунке 6.2 представлен гормон инсулин. Это белок, который состоит из двух цепей расположенных в строгом порядке аминокислот, соединённых между собой серными мостиками. Буквы внутри кружков обозначают названия аминокислот – аспарагин, цистеин, тирозин и так далее.

Рис. 6.2. Строение инсулина

Для белков важны не только последовательности аминокислот, но и более сложные пространственные структуры, которые они образуют. Например, молекула гемоглобина состоит из четырёх свернутых определённым образом белковых цепей, соединённых между собой химическими связями. Каждая цепь содержит гем – небелковую структуру, которая несёт железо. Именно в таком виде гемоглобин может заниматься доставкой кислорода в клетки.

Что делают белки?

Главное свойство белков, которое определяет их огромные возможности, – способность строго избирательно, специфически соединяться с разнообразными молекулами. Поэтому ферментами в основном работают именно белки. Мы много говорили о пищеварительных ферментах, но это понятие гораздо шире. Каждая клетка нашего тела – маленькая биохимическая фабрика, в которой что‑то разрушается, что‑то строится, одни вещества превращаются в другие. Для того чтобы регулировать скорость химических реакций в наших клетках, нужны катализаторы. Ими и являются ферменты, которые управляют химическими реакциями в биологических системах.

Другой пример – транспортные белки. Один из них – уже хорошо известный нам гемоглобин. Другие белки связывают витамины, минералы, жиры и доставляют их до места назначения. Белки – не только перевозчики, но и управленцы. Это ряд гормонов – сигнальных молекул, которые дирижируют метаболизмом. К белкам относятся регуляторы углеводного обмена: инсулин и глюкагон. Предшественниками гормонов являются даже некоторые аминокислоты. Так, тирозин может превращаться в гормон щитовидной железы тироксин, в адреналин, который мы обсуждали в главе о стрессе, в пигмент меланин. Незаменимая аминокислота триптофан служит материалом для синтеза нейромедиатора серотонина, а также одного из витаминов группы B – ниацина.

Специальные белки – иммуноглобулины – обеспечивают иммунный ответ, они распознают чужеродные для нас объекты (обычно тоже белковые), которые могут быть частью вируса, бактерии или токсина. Когда захватчик опознан, иммуноглобулины (антитела) его обезвреживают. Они специфичны для каждого вида чужеродных белков: встреча с возбудителем инфекции формирует к нему иммунитет. Вырабатываются ещё и иммуноглобулины, которые «запоминают» агрессора и при следующей встрече дают ему мгновенный отпор. Дети часто болеют не потому, что у них плохой иммунитет, а потому, что со многими микробами их иммунная система ещё просто не встречалась. Механизм молекулярной памяти лежит и в основе вакцинации. Убитый или ослабленный возбудитель болезни, а чаще небольшие фрагменты его белков вводят в организм, чтобы выработать защитные антитела против ряда тяжёлых и дающих осложнения инфекций.

Нас защищает и способность некоторых белков крови к свертыванию. При травмах и ранениях это помогает предупредить опасную кровопотерю. Белки образуют волокнистую сеть, в которую попадают другие клетки крови. Так образуется тромб, который является своеобразной заглушкой, мешающей крови вытекать. Если эти белки не работают, человек страдает гемофилией – наследственным заболеванием, при котором как раз и нарушается свертывание крови. Ранение и травма для такого человека могут стать фатальными из‑за большой кровопотери или внутреннего кровоизлияния. Сейчас гемофилию контролируют, вводя человеку отсутствующие у него факторы свёртывания.

Последняя по списку, но не по значению функция белков – структурная. Коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудах – всё это примеры структурных белков. Функция мышечного сокращения тоже связана с белками – актином и миозином.

Белки и аминокислоты в еде

Хорошая новость состоит в том, что если вы взрослый здоровый человек, то вам придётся очень сильно постараться, чтобы организовать себе белковую недостаточность. Для этого надо стать как минимум веганом с очень ограниченным рационом или сыроедом; соблюдать долгое время жесткую диету или вместо еды потреблять аминокислотные смеси в банках. При недоедании и неполноценном питании развивается белково‑калорийная недостаточность. Дефицитными становятся не только белки или незаменимые аминокислоты, но и энергия, витамины, минералы. Это замедляет рост у детей, нарушает работу мозга и почек, ослабляет иммунитет и так далее. До сих пор на планете живут люди, которые голодают не по собственному выбору. Если же у человека хватает ресурсов на любую пищу животного происхождения, белковый дефицит ему не грозит.

Общее правило таково, что чем богаче страна, тем больше в ней потребление белка за счет пищи животного происхождения. Пищевой белок высокого качества хорошо переваривается. Лучше всего перевариваются и всасываются животные белки (более 90 %), затем белки бобовых (80–90 %), замыкают колонну белки злаков и овощей (70–90 %). Пища животного происхождения содержит все необходимые аминокислоты; из растительной пищи полноценным является только соевый белок. Присутствие нескольких видов растительных белков в ежедневном питании (не обязательно при этом в одном приеме пищи) способно снабдить взрослого здорового человека всеми незаменимыми аминокислотами, если он питается адекватно. Хорошие источники белков – бобовые, орехи, семечки. Кроме того, белки присутствуют в зерновых и овощах. Для меня одно из любимейших вегетарианских блюд – хумус, который традиционно делается из турецкого гороха и кунжутной пасты и подаётся с тонкими пшеничными лепешками. Если добавить сюда немного рагу из баклажанов, в одном блюде соберутся все растительные источники белка. К тому же это очень вкусно!

Сколько белка нужно человеку? По рекомендации ВОЗ, его количество в питании должно соответствовать 10–15 % от суточной калорийности рациона. Обмен и обновление белков идут в организме непрерывно. Должно сохраняться равновесие между теми белками, которые изнашиваются и теряются в процессе жизни, и поступающими с едой. Практически это определяется состоянием азотистого баланса. Мы усваиваем азот из аминокислот; у здорового взрослого человека азотистый баланс будет пребывать в равновесии: количество азота, поступающего с пищей, эквивалентно выводимому из организма. Положительный азотистый баланс с преобладанием синтеза белка над его распадом бывает при активном росте тканей: у детей, беременных женщин, при увеличении мышечной массы, выздоровлении после тяжёлого заболевания. Отрицательный азотистый баланс, когда люди теряют белок, бывает при голодании, несбалансированном питании, во время болезни, у космонавтов, которые в невесомости значительно меньше используют свои мышцы.

Рекомендуемая норма белка для взрослого здорового человека при смешанной диете, когда потребляется и растительная, и животная пища, – 0,83 г/кг в сутки. Предполагается, что в питании будет достаточно углеводов и жиров, дающих энергию, чтобы белки могли использоваться по прямому назначению. Для детей, особенно новорождённых и грудных, для беременных и кормящих женщин, для спортсменов нормы потребления белка выше. Самый лучший источник белков – полноценная и разнообразная еда. Надо очень сильно постараться, чтобы превзойти природу. Оптимальный баланс аминокислот и других веществ, которые нужны для их усвоения и использования, даёт пища, а не белковые порошки и аминокислотные добавки. Каким образом совместить пожелания диетологических экспертов с нашими обычными завтраками, обедами и ужинами, мы поговорим в главе 8.4.

Много белка – и зачем?

В уже упоминавшемся мною исследовании Food & Health Survey 2012 года обычным потребителям задавали вопросы и о белке. Люди понимают важность пищевых белков, 60 % согласны с тем, что белки усиливают ощущение сытости. Однако благодаря массовой пропаганде коммерческих низкоуглеводных диет, белки теперь считаются инструментом контроля веса. 60 % потребителей думают, что диета с высоким содержанием белка способствует похудению. Примерно половина всех опрошенных, вероятно, из соображений снижения веса, старается приурочить белки к вечернему приёму пищи.

Рандомизированное контролируемое исследование по сравнению высокобелковой диеты Аткинса с высокоуглеводной у людей с ожирением провели учёные Пенсильванского университета. Действительно, за первые полгода добровольцы на диете Аткинса похудели сильнее, чем контрольная группа, которая ела углеводы. Как пишут исследователи, нет никакого волшебства в самой диете. Просто питание с высоким уровнем белка позволяет сильнее ограничить калорийность рациона. Если ваши энергетические поступления стабильно меньше трат, вы похудеете независимо от того, что вы едите. За следующие полгода различия в потерянном весе между двумя группами стёрлись. В долговременной перспективе монотонная, однообразная высокобелковая диета оказалась настоящим испытанием. За год исследования отсеялись 41 % людей, которые на ней сидели, что не позволяет считать этот метод каким‑то особенно эффективным. Быстрое похудение, которое обеспечивает на первых порах высокобелковая диета, не означает автоматического сохранения и поддержания стабильного веса. Если вы не верите науке, можете проверить на себе (хотя лучше не стоит: читать исследования безопаснее для здоровья).

Примечательно, что здесь сравнивались две несбалансированные диеты. В этом подходе есть научная честность, только вот жаль, что поклонники такого рода самопомощи даже не подозревают о том, что результаты применения подобных диет, их влияние на здоровье и вес исследованы и опубликованы. Удивительно, но сайты популярных «диетологов» умудряются извлекать из научных статей только положительные отзывы. Все отрицательное или не слишком хвалебное старательно игнорируется.

Чрезмерное потребление богатых белками продуктов не даёт никаких преимуществ для здоровья и потенциально может нанести вред. Особенно важно это помнить людям с заболеваниями почек или наследственной предрасположенностью к ним. Питание с высоким содержанием белка увеличивает нагрузку на почки. Здоровая мочевыделительная система с этим справится, но если по каким‑либо причинам работа почек нарушена, высокобелковая диета может ухудшить ситуацию. Для некоторых неприятным сюрпризом такой диеты становятся камни в почках или дебют метаболических нарушений в виде приступа подагры. Когда рацион стремящегося похудеть человека в основном состоит из белковых продуктов животного происхождения, из него вытесняются совершенно необходимые овощи, фрукты, крупы и даже бобовые. Это вариант дефицитного питания, которое, как я покажу в следующей главе, не лучшим образом влияет на здоровье.

Аминокислоты – структурные элементы, из которых строятся белки. Все они имеют аминогруппу, содержащую азот, и кислотную группу. Каждая аминокислота отличается специфической частью – радикалом, который и определяет их заменимость или незаменимость.

Путь аминокислоты в клетке:

1. Стать частью строящегося белка.

2. Превратиться во что‑то совсем иное, например в гормон щитовидной железы тироксин.

3. Отдать аминогруппу, которая нужна для синтеза другой аминокислоты. Из оставшейся части молекулы клетка получит энергию.

4. Быть использованной в качестве топлива, если не хватает энергии из других источников, а также в питании присутствуют в основном неполноценные белки или избыток отдельных аминокислот.

5. Превратиться в глюкозу или жир и отложиться в депо, если ни белки, ни энергия сейчас не нужны.