Определение и общая формула аминокислот, их классификация

Белки

Среди органических соединений клетки белки являются наиболее важными. Содержание белков в клетке колеблется от 50 % до 80 %.Белки – это высокомолекулярные органические соединения, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, серы и азота. В состав некоторых белков входит фосфор, а также катионы металлов.

Белки являются биополимерами, которые состоят из мономеров аминокислот. Их молекулярная масса варьируется от нескольких тысяч до нескольких миллионов, в зависимости от количества аминокислотных остатков.

В состав белков входит всего 20 типов аминокислот из 170, найденных в живых организмах.

Аминокислоты в таблетках

Самый распространенный тип спортивного питания. Но с приемом аминокислот в таблетированной форме все сложнее, чем в виде порошка или жидкости. Это связано с длительным усвоением. Запивать препарат можно соком, водой, другим напитком. Только не используйте газировку.

Преимущества

• Всегда можно найти в ассортименте профильных магазинов.
• Содержат максимальное количество питательных компонентов.
• При правильном использовании не вызывают побочной реакции.
• Не требуют длительного времени для приготовления.
• Не уступают жидким анаболикам по химическим свойствам.

Недостатки

• Сложно рассчитать правильную дозировку.
• Размер таблеток может вызвать дискомфорт при приеме.
• Вовлекаются в энергообменные процессы в среднем через 25 минут.

Что такое аминокислоты

Где встречаются

Строительные блоки любой макромолекулы сходны по строению, т. е. имеют одинаковые химические группировки, своего рода скелет, характерный для каждого вида.

Он образуется при соединении строительных блоков химической связью и состоит из повторяющихся одинаковых групп. В основе белковой молекулы лежит пептидная связь, возникающая при реакции аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты. От неизменного пептидного скелета ответвляются боковые группы аминокислот, строение которых зависит от вида аминокислоты. Каждый белок имеет свой неповторимый аминокислотный состав и уникальный порядок соединения аминокислот, называемый первичной структурой белка.

Для удобства двадцать главных аминокислот обозначают символами, используя одну или первые три буквы русского или английского наименования, например, аланин — Ала или А, глицин — Гли или G. Белки разного размера включают в себя от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч аминокислот. В среднем длина белка — около 300 аминокислот. Одна часть молекул РНК, информационная, диктует последовательность аминокислот в белке, другая, рибосомная, способствует соединению аминокислот в белковую цепь. Хранится информация о составе белков в более прочных молекулах ДНК.

Основное значение

Для нормальной жизнедеятельности организм человека нуждается в полном наборе из двадцати основных аминокислот. Они участвуют в обмене веществ и используются в качестве сырья для получения многих биологически активных молекул: гормонов, алкалоидов, пигментов. В некоторых белках содержатся особые аминокислоты, не входящие в число двадцати стандартных. Они образуются модификацией нормальных аминокислот. Например, в белке соединительной ткани коллагене найдены 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин. От пролина и лизина они отличаются только гидроксильной группой. Эта группа необходима для образования прочных волокон коллагена.

Мономеры белков (аминокислоты) и их характеристика

Аминокислоты, входящие в состав природных пептидов, являются альфа-аминокислотами (т.е. аминогруппа присоединена к альфа-атому углерода углеродного скелета молекулы). В структуре их молекул условно выделяют две части: одинаковую у всех аминокислот (альфа-атом углерода с присоединенными к нему карбоксильной и аминогруппами и атомом водорода) и примыкающую к ней другую часть молекулы, которая у разных аминокислот имеет различное строение (аминокислотный радикал) (рис. ).

Примечание. В соответствии с другой нумерацией атомов углерода в молекуле аминокислот альфа-атом обозначается как Су-атом (первый номер присваивается С-атому карбоксильной группы). С этих позиций все аминокислоты объединяются в группу 2-амипокарбоиовых кислот.

Типы аминокислот: моноаминомонокарбоновые, моноаминоди- карбоновые, гидроксиаминокислоты, основные, серосодержащие, ароматические, гетероциклические (рис. ).

Список стандартных аббревиатур аминокислот представлен в табл. 3.3.

Рис. Схема строения молекулы аминокислоты

Рис. Биологически значимые аминокислоты:

а — моноаминомонокарбоновые; б — гидроксиаминокислоты; в — моноаминодикарбоновые; г — основные; д — серосодержащие;

е — ароматические; ж — гетероциклические

Обозначения аминокислот

Аминокислота	Русская аббревиатура	Английская аббревиатура
Глицин	Гли	Gly
Аланин	Ала	Ala
Валин	Вал	Val
Лейцин	Лей	Leu
Изолейцин	Иле	lie
Пролин	Про	Pro
Фенилаланин	Фен	Phe
Тирозин	Тир	Tyr
Триптофан	Трп	Trp
Серии	Сер	Ser
Аспарагиновая кислота	Асп	Asp
Аспарагин	Асн	Asn
Глутаминовая кислота	Глу	Glu
Глутамин	Глн	Gin
Цистеин	Цис	Cys
Метионин	Мет	Met
Гистидин	Гис	His
Лизин	Лиз	Lys
Аргинин	Apr	Arg
Треонин	Тре	Thr

В случае моноаминодикарбоновых аминокислот (аспарагиновой и глутаминовой кислот) в состав белков могут входить их амидные производные — аспарагин и глутамин (рис. ).

Число разновидностей аминокислот, входящих в состав природных белков, — 20, из них 8 — незаменимые (т.е. в клетках чело-

Рис. Моноаминодикарбоновые аминокислоты и их амиды

века не синтезируются). К ним относятся лизин, фенилаланин, триптофан, треонин, лейцин, изолейцин, валин, метионин (для детей также гистидин и аргинин). Среди незаменимых аминокислот следует особо выделить фенилаланин, являющийся исходным субстратом для синтеза нейромедиаторных биогенных аминов (адреналина, норадреналина, дофамина) и триптофан — предшественник нейрогормона мелатонина.

Примечание. В действительности число биологически значимых разновидностей аминокислот составляет 22. У бактерий, некоторых растений (лук, чеснок и др.), животных и человека обнаружена аминокислота селе- ноцистеин, у ряда метаногенных архей — пирролизин. Эти модификации аминокислот происходят вследствие так называемого трансляционного перепрограммирования. В результате ряда химических реакций в цистеине атом серы замещается селеном, а лизин приобретает пиррольную группу. Базовое число аминокислот (20) остается неизменным. Модифицированные аминокислоты входят в состав очень небольшой группы белков.

Химические свойства аминокислот: совмещают свойства кислоты и основания (в молекуле аминокислоты имеется как карбоксильная группа, так и аминогруппа), что позволяет им взаимодействовать друг с другом (такие вещества называются амфотерными). Аминокислоты в водных растворах существуют в виде биполярных ионов, образующихся в результате переноса протона от карбоксильной группы к аминогруппе. При этом значение pH, при котором суммарный заряд аминокислоты равен нулю, обозначается как изоэлектрическая точка аминокислоты.

МИКРОНУТРИЕНТЫ

Витамины

К витаминам причисляют группу органических веществ, различных по строению и химической природе. Они не вырабатываются в организме человека (за 1-2 исключениями), но принимают важное участие в построении гормонов и ферментов.

Суточная норма основных групп витаминов

Наименование	Роль в организме	Продукты	Потребность в сутки	Норма при физ. нагрузках
Витамин А	отвечает за зрение, состояние волос и кожи	печень и рыбий жир	1 мг	1,2 мг
Витамины группы В	принимают активное участие в энергетическом обмене	мясо, крупы, дрожжи	1-2,4 мг	5-50 мг
Витамин С	препятствует появлению свободных радикалов, способствует усвоению железа, важен для соединительных тканей	свежие овощи и фрукты	70 мг	200-300 мг
Витамин D	управляет обменом кальция и фосфора. Организм может вырабатывать его самостоятельно под влиянием ультрафиолета	яичный желток, сливочное масло, сливки	10 мкг	25 мкг
Витамин E	уменьшает вероятность тромбозов, положительно влияет на кожу и развитие мышц	капуста, шпинат, свекла	10 мг	100 мг
Витамин K	защищает от развития онкологии предстательную железу и печень, отвечает за свёртываемость крови. В малых количествах производится в кишечнике с помощью микроорганизмов	зеленые овощи, яйца	80 мкг	130 мкг
Витамин P	защищает организм от свободных радикалов и оберегает кровеносные сосуды	яркие овощи и фрукты, зеленый чай.	50 мг	200 мг

В современном мире сложно напитать организмы витаминами только из продуктов (плохая экология, загрязненный воздух), тут на помощь приходят пищевые добавки. Главное — помнить, что употреблять витамины нужно в меру, не превышая дозировок. Их избыток (гипервитаминоз) может привести к серьезным проблемам со здоровьем и вывести их из организма бывает сложно.

Минералы

Минеральные компоненты – это неорганические вещества, поддерживающие нормальную работу организма и запускающие в нем различные химические процессы.

Основные минералы и их суточная норма

Наименование	Роль в организме	Продукты	Потребность в сутки	Норма при физ. нагрузках
Кальций	обеспечивает здоровье костей и зубов, настраивает работу сердца	кунжутные семечки, листовые зеленые овощи	1 г	2-2,5 г
Фосфор	помогает образованию костной и зубной ткани, регулирует работу обмена веществ и щитовидной железы	мясо, рыба	1,2 г	3 г
Магний	отвечает за нервную систему, участвует во многих биохимических процессах организма	зерна, орехи, зеленые листовые овощи	300 мг	600 мг
Натрий	контролирует водный баланс и объем крови в организме	Образуется в ходе тепловой обработки продуктов	500 мкг	3500-5000 мкг
Калий	отслеживает водный баланс, снижает кровяное давление	мясо, молоко, овощи, фрукты	2 г	2,5-5 г
Сера	способствует образованию хрящей и соединительных тканей	мясо, рыба, грибы	3 г	10 г
Железо	поддерживает иммунитет	птица, мясо, грибы, морепродукты	15 мг	30 мг

Спортсмены особо тщательно должны отслеживать уровень ценных элементов в своем организме в связи с регулярными интенсивными тренировками. Например, нехватка кальция остро дает о себе знать при тяжёлых спортивных нагрузках. Легче предотвратить негативное влияние дефицита кальция пропив курс витаминов, чем потом бороться с последствиями.

Некоторые витамины и минералы могут ослаблять или блокировать свойства друг друга, т.е. не сочетаться между собой, поэтому их следует принимать отдельно.

Наименование	Несовместимость
Витамин А	В12, К
Витамин С	В2, В12
Витамин D	Е
Витамин E	В12, D, К, железо, магний
Витамин K	А, Е
Витамин P	В12
Кальций	В1, железо, фосфор, натрий
Фосфор	магний, кальций
Магний	В1, Е, железо, фосфор
Натрий	кальций
Железо	В2, В12, Е, магний,кальций

Сбалансированное сочетание макро и микронутриентов в рационе необходимо для здорового и долгого функционирования сложного организма человека. Правильно подобранное питание — залог долголетия и отличного самочувствия!

Свойства аминокислот

Аминогруппа —NH2 определяет основные свой­ства аминокислот, т. к. способна присоединять к себе катион водорода по донорно-акцепторному механизму за счет наличия свободной электронной пары у атома азота.

Группа —СООН (карбоксильная группа) опреде­ляет кислотные свойства этих соединений. Следо вательно, аминокислоты — это амфотерные орга­нические соединения.

Со щелочами они реагируют как кислоты:

С сильными кислотами как основания-амины:

Кроме того, аминогруппа в аминокислоте всту­пает во взаимодействие с входящей в ее состав кар­боксильной группой, образуя внутреннюю соль:

Ионизация молекул аминокислот зависит от кислотного или щелочного характера среды:

Так как аминокислоты в водных растворах ве­дут себя как типичные амфотерные соединения, то в живых организмах они играют роль буферных веществ, поддерживающих определенную концен­трацию ионов водорода.

Аминокислоты представляют собой бесцветные кристаллические вещества, плавящиеся с разло­жением при температуре выше 200 °С. Они рас­творимы в воде и нерастворимы в эфире. В зависи­мости от радикала R— они могут быть сладкими, горькими или безвкусными.

Аминокислоты подразделяют на природные (обнаруженные в живых организмах) и синтети­ческие. Среди природных аминокислот (около 150) выделяют протеиногенные аминокислоты (около 20), которые входят в состав белков. Они представляют собой L-формы. Примерно полови­на из этих аминокислот относятся к незамени­мым, т. к. они не синтезируются в организме че­ловека. Незаменимыми являются такие кислоты, как валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, ли­зин, треонин, цистеин, мети­онин, гистидин, триптофан. В организм человека данные вещества поступают с пи­щей. Если их количество в пище будет недостаточ­ным, нормальное развитие и функционирование орга­низма человека нарушаются. При отдельных заболеваниях организм не в состоянии син­тезировать и некоторые другие аминокислоты. Так, при фенилкетонурии не синтезируется тирозин.

Важнейшим свойством аминокислот является способность вступать в молекулярную конденса­цию с выделением воды и образованием амидной группировки —NH—CO—, например:

Получаемые в результате такой реакции высо­комолекулярные соединения содержат большое число амидных фрагментов и поэтому получили название полиамидов.

К ним, кроме названного выше синтетического волок­на капрона, относят, напри­мер, и энант, образующийся при поликонденсации аминоэнантовой кислоты. Для получения синтетических во­локон пригодны аминокис­лоты с расположением амино- и карбоксильной групп на концах молекул.

Полиамиды α-аминокислот называются пепти­дами. В зависимости от числа остатков аминокислот различают дипептиды, трипептиды, полипепти­ды. В таких соединениях группы -NH-CO- на­зывают пептидными.

Белки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Белки (протеины, полипептиды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа- аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.

В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.

Белки обладают свойством амфотерности, то есть в зависимости от условий проявляют как кислотные, так и осно́вные свойства. В белках присутствуют несколько типов химических группировок, способных к ионизации в водном растворе: карбоксильные остатки боковых цепей кислых аминокислот (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) и азотсодержащие группы боковых цепей основных аминокислот (в первую очередь, ε-аминогруппализина и амидиновый остаток CNH(NH2)аргинина, в несколько меньшей степени —имидазольный остаток гистидина).

Белки различаются по степени растворимости в воде. Водорастворимые белки называются альбуминами, к ним относятся белки крови и молока. К нерастворимым, или склеропротеинам, относятся, например, кератин (белок, из которого состоят волосы, шерсть млекопитающих, перья птиц и т. п.) и фиброин, который входит в состав шёлка и паутины. Растворимость белка определяется не только его структурой, но внешними факторами, такими как природа растворителя, ионная сила и pH раствора.

Как рассчитать правильно?

Чтобы рассчитать аминокислотный скор, необходимо найти массу всего белка в 100 граммах данного продукта, используя таблицу его химического состава. Затем найти содержание нужной аминокислоты (чаще оно дается в мг, а нам нужно в г; так как 1000 мг — это 1 г, то просто разделите данное число на тысячу) в 100 г продукта. Для расчета АС нужно рассчитать эту величину на 100 г белка.

Необходимо составить формулу:

• масса всего белка в 100 г продукта/100 г белка=количество необходимой аминокислоты в 100 г продукта/X (количество рассчитываемой аминокислоты в 100 г белка продукта).

Найдя Х, приступаем к расчету АС. Для этого нужно разделить полученное значение на эталонное значение данной аминокислоты. Оно приведено в таблице ниже (г на 100 г белка).

Масса белка в 100 г кефира — 2,8 г. Содержание валина в данном продукте составляет 135 мг на 100 г.

Следовательно, по формуле:

1) 2,8 г — 0,135 г;

2) 100 г — X г;

3) Х=0,135*100/2,8=4,8 г.

Делим полученное значение на значение из таблицы: 5,0 г / 4,8 г = 0,96. Если умножим на 100, то получим этот показатель в процентах.

Таким образом, до нужной нормы не хватает еще 0,04, или 4 % валина в сравнении с его эталонным (нужным нашему организму) значением. Именно так можно рассчитать аминокислотный скор.

Биологические функции белков крайне разнообразны. Они выполняют различные функции: каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), структурные (коллаген, фибраллин), двигательные (миозин), транспортные (гемоглобин), защитные (иммуноглобулин, интерферрон), запасные (козеин, альбумин, глиадин, зеин).

Среди белков встречаются антибиотики и вещества, оказывающие токсическое действие.

Белки играют ключевую роль в жизни клетки, составляя материальную основу её химической деятельности. Вся деятельность организма связана с белковыми веществами. Являются важнейшей составной частью пищи человека и животных, поставщиками необходимых им аминокислот.

Отсутствие в пище белков в течение нескольких дней приводит к серьёзным нарушениям обмена веществ, а продолжительное без белковое питание неизбежно заканчивается смертью.