Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

БЕЛКИ В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА. ПРОБЛЕМА БЕЛКОВОГО ДЕФИЦИТА НА ЗЕМЛЕ

Белки в питании человека занимают особое место. Они выполняют ряд специфических функций, свойственных только живой материи. Бел­ковые вещества наделяют организм пластическими свойствами, заклю­чающимися в построении структур субклеточных включений (рибосом, митохондрий и т. д.), и обеспечивают обмен между организмом и окру­жающей внешней средой. В обмене веществ участвуют как структурные белки клеток и тканей, так и ферментные и гормональные системы. Бел­ки координируют и регулируют все то многообразие химических превра­щений в организме, которое обеспечивает функционирование его как единого целого.

Все элементы клеток находятся в процессе обновления, при котором распад уравновешивается ресинтезом, то есть имеет место стационарное состояние фиксации равновесия. О стационарном состоянии и целост­ности организма свидетельствует равновесие между скоростью синтеза и распада белков тела. Постоянный обмен и обновление осуществляется между тканевыми белками и фондом свободных аминокислот, образую­щихся в процессе переваривания пищи и поступающих в кровь (рис. 2.1). Белки в организме человека обновляются постоянно независимо от его возраста. В молодом растущем организме скорость синтеза белков пре­вышает скорость распада; при тяжелых заболеваниях или голодании — наоборот. Наиболее быстрому обновлению подвергаются белки печени и слизистой оболочки кишечника (до 10 дней), наиболее медленному (до 180 дней) — белки мышц (миозин), соединительной ткани (коллаген) и

мозга (миелин). Период обновления гормонов измеряется часами или даже минутами (инсулин). Скорость обновления белков выражается вре­менем, необходимым для обмена половины всех молекул. Эта величина носит название периода полужизни (Т). Средняя величина Т_]/2 для бел­ков всего организма составляет примерно 3 недели. Общая скорость син­теза белков у человека достигает 500 г в день, что почти в 5 раз превосхо­дит потребление их с пищей. Достижение такого результата осуществля­ется за счет повторного использования продуктов распада белков и пред­шественников аминокислот в организме.

Эффективность обмена белков в значительной степени зависит от количественного и качественного состава пищи. При поступлении бел­ков (с пищей) ниже рекомендуемых норм, в организме начинают распа­даться белки тканей (печени, плазмы крови и т. д.), а образующиеся ами­нокислоты — расходоваться на синтез ферментов, гормонов и других не­обходимых для поддержания жизнедеятельности организма биологически активных соединений. Повышенное количество белков в составе пиши значительного влияния на обмен веществ в организме человека не ока­зывает, при этом избыток продуктов азотистого обмена выводится с мо­чой. Состояние белкового обмена в большей степени зависит от недо­статка или отсутствия незаменимых аминокислот. Клетки организма че­ловека не могут синтезировать необходимые белки, если в составе пиши отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота. Синтез белков так­же нарушается, если часть аминокислот в кишечнике разрушается пато­генной микрофлорой, аминокислоты плохо всасываются, а протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта мало активны. Удаление части аминокислот из организма с продуктами обмена веществ обуслав­ливает его отрицательный азотистый баланс.

Показатель азотистого баланса используется для оценки степени обес­печенности человека белковой пищей. Он представляет собой разность между количеством поступающего с пищей азота и количеством азота, выводимого в виде конечных продуктов обмена, выраженными в одних

и тех же единицах (г/сут). При положительном балансе количество вы­водимого из организма азота меньше количества азота, поступающего с пищей, а при отрицательном — количество выделяемого азота превыша­ет количество азота, поступающего в течение суток. Положительный ба­ланс азота характерен для молодого организма и беременных женщин, отрицательный — для людей, пища которых бедна белком, для больных с нарушениями процессов переваривания пищи и людей пожилого воз­раста.

Состояние, при котором количество азота, поступающего с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, характерно для азо­тистого равновесия. Им обладает здоровый взрослый человек, потребля­ющий полноценные белки в необходимом количестве. Азотистый баланс у такого организма равен нулю.

На состояние азотистого обмена любого организма существенное вли­яние оказывают жиры и калорийность пищи, витамины (В₂, В₆, РР и др.), минеральные вещества и гормоны. Например, гормоны щитовид­ной железы и низкокалорийная диета стимулируют распад белков, а гор­моны роста и половых желез, наоборот, способствуют их синтезу. Таким образом, организм человека требует обеспечения его белковой пищей, в противном случае могут развиваться патологические процессы и на­ступить гибель организма. Следовательно, здесь уместно рассмотреть нормы потребления человеком белка.

Средняя суточная физиологическая потребность человека в белке в течение более чем ста лет постоянно исследуется и периодически отра­жается в решениях ВОЗ, ФАО и национальных организаций различных стран. Эти величины носят ориентировочный характер, так как они на­ходятся в стадии постоянного уточнения в зависимости от возраста че­ловека, пола, характера профессиональной деятельности, физиологичес­кого состояния, климата, индивидуальных и национальных особеннос­тей и степени загрязнения окружающей среды. В соответствии с реко­мендациями ВОЗ и ФАО величина оптимальной потребности в белке составляет 60—100 г в сутки или 12—15% от общей калорийности пищи. В общем количестве энергии на долю белка животного и растительного происхождения приходится по 6—8%. В пересчете на 1 кг массы тела по­требность белка в сутки у взрослого человека в среднем равняется около 1 г, тогда как для детей, в зависимости от возраста, она колеблется от 1,05 до 4,00 г.

Приведенные здесь данные отражают общие требования к оптималь­ному уровню белка для обеспечения здоровья человека. К примеру, еще в 1904 г. Читтенден (Chittenden) установил, что уровень порядка 44—53 г белка в день способствует нормальному физиологическому состоянию взрослого человека (весом 70 кг). Известны случаи, когда люди хорошо себя чувствовали при употреблении и повышенного количества белка в день, например, мяса до 337 г в сутки (Shah, 1953). Это все крайние слу­чаи, в питании следует придерживаться рекомендуемых норм.

Рекомендуемые нормы потребления основных пищевых веществ для основных групп населения, выработанные российской научной школой питания, включают 73— 120 г белка в сутки для мужчин и 60—90 г для жен­щин, в том числе белка животного происхождения 43—65 и 43—49 г, соот­ветственно. Нижняя граница относится к тем, чья деятельность не свя­зана с физическим трудом, верхняя — к людям, испытывающим тяже­лые физические нагрузки. В среднем, для взрослого мужчины в возрасте 30 лет необходимый уровень потребления белка в пересчете на азот ра­вен 9,0—9,2 г в сутки на I кг массы тела. Потребность в белке для лиц, перенесших тяжелые инфекции, хирургические вмешательства, имею­щих заболевания органов пищеварения, дыхания, увеличивается в сред­нем до 110— 120 г в день, а в высокобелковой диете, например, у диабети­ков его количество может достигать 135—140 г. Белок ограничивается до 20—40 г в сутки при заболеваниях, связанных с почечной недостаточнос­тью, подагре и некоторых других.

Сегодня в мире существует дефицит пищевого белка и недостаток его в ближайшие десятилетия, вероятно, сохранится. На каждого жителя Земли приходится около 60 г белка в сутки, при норме 70 г. По данным Института питания РАМН, начиная с 1992 г. в России потребление жи­вотных белковых продуктов снизилось на 25—35% и соответственно уве­личилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопро­дуктов, макаронных изделий). Среднедушевое потребление белка умень­шилось на 17—22%: с 47,5 до 38,8 г/сут белка животного происхождения (49% против 55% рекомендуемых); в семьях с низким доходом потребле­ние общего белка в сутки не превышает 29—40 г.

Снижение употребления белка с пищей соответствует современным мировым тенденциям снижения степени обеспеченности населения Зем­ли белком. Общий дефицит белка на планете оценивается в 10—25 млн т в год. Из 6 млрд человек, живущих на Земле, приблизительно половина страдает от недостатка белка. Нехватка пищевого белка является не только экономической, но и социальной проблемой современного мира. Не во всех странах продукты животного происхождения доступны широким слоям населения. В районах тропической Африки, Латинской Америки и Азии, население которых занято тяжелым сельскохозяйственным тру­дом, проблема обеспеченности белком яиц, мяса и молока особенно ос­трая. Пока животные белки будут оставаться ценным источником пита­ния, экономически развитым и богатым странам предстоит найти реше­ние важной проблемы: с одной стороны, это разработка рациональных способов хранения и сбыта избытка продуктов животного происхождения, а с другой — поиск путей получения новых ресурсов пищевого бел­ка. В противном случае большая часть населения земного шара будет упот­реблять в пищу только белки растительного происхождения, отличаю­щиеся неполноценным аминокислотным составом.

Традиционным путем увеличения ресурсов пищевого белка является повышение производительности растениеводства и животноводства на основе технологий возделывания зернобобовых, масличных и злаковых культур, употребляемых как непосредственно в пищу, так и на корм ско­ту. Наибольшие количества белка, и особенно лизина, обеспечивают по­севы зернобобовых культур: сои, нута, чечевицы, гороха, люпина. Одна­ко, бобовые культуры, используемые непосредственно в пищу, не явля­ются традиционными для многих народов, к тому же трудно достичь вы­соких урожаев и расширения площадей посева любой культуры в силу особенностей почвенно-климатических условий выращивания и приме­нения агротехнических мероприятий.

Растительный рацион, содержащий полноценный белок в необхо­димом количестве, может быть создан на основе использования пище­вых продуктов, полученных из разных источников. Например, куку­руза бедна триптофаном и лизином, а бобовые — метионином, поэто­му смесь, состоящая из кукурузы и соевых белковых продуктов или ово­щей, обеспечивает поступление в организм «качественного» белка. Воз­можность же использования однокомпонентного состава диеты в пище человека повышается за счет практического применения достижений генетики растений. В нашей стране и за рубежом выведены сорта высоколизиновой кукурузы «Опейк-2», ячменя «Хайпроли», сорго, пше­ницы с повышенным количеством белка. Путем скрещивания, напри­мер, ячменя «Хайпроли» с высокобелковыми мутантами, получены сорта с содержанием лизина 4,5—4,8% и белка 13,5—15,5%. Создан гиб­рид ржи и пшеницы (тритикале) с 3,7% лизина и средним содержани­ем белка 13,4%.

В последние годы все большее внимание уделяется получению новых видов белковой пищи, производство которых основано на использова­нии полноценных по аминокислотному составу растительных белков. Научные и практические основы производства пищевых изделий с при­менением белкового сырья растительного происхождения для замены продуктов из натурального мяса, рыбы и птицы в нашей стране заложе­ны А. Несмеяновым с сотрудниками еще в 1971 г. Однако, учитывая слож­ность и высокую стоимость отдельных стадий производства, данное на­правление пищевой промышленности только зарождается.

Увеличение количества пищевого белка за счет животноводства яв­ляется менее перспективным путем, по сравнению с растениеводством. На получение 1 кг животного белка, содержащегося в молоке, мясе и

яйцах, требуется израсходовать 5—8 кг кормового белка. При этом коэф­фициенты трансформации растительных белков в белки высокопродук­тивных животных и птиц очень низкие (25—39%). В процессе трофичес­кой (пищевой) цепи теряется 60—75% белка в непереваренных остатках корма, неутилизированных в организме аминокислотах, выделяемых с мочой в виде продуктов распада, в процессах обмена (движении, обнов­лении белков тканей и т. д.) и через кожно-волосяные покровы. Особен­но большие потери белков происходят за счет затрат на их биосинтез, так как животные белки значительно отличаются по аминокислотному со­ставу от белков растений. Отсутствие у животных способности синтези­ровать ряд аминокислот приводит к тому, что свои потребности в пос­ледних они удовлетворяют за счет повышенного количества раститель­ных белков. Организм животного может синтезировать ряд недостающих аминокислот, но только в ущерб деятельности гормональной и фермен­тативной систем. Отсюда актуальным является сбалансированное корм­ление животных (отходы мясомолочной, рыбной промышленности, со­евый шрот и т.д.) в целях повышения коэффициента трансформации бел­ков в животноводческую продукцию.

В ближайшие годы растениеводство и животноводство, вероятно, бу­дут основными источниками пищевого белка, однако важное место в решении белковой проблемы отводится и рыболовству. В то же время за­пасы морепродуктов ограничены, поэтому поиск новых эффективных пу­тей покрытия белкового дефицита с учетом природных ресурсов каждой страны остается актуальным. Так, в недавнем прошлом Россия была един­ственной страной, производящей микробиологический белок для корм­ления животных — БВК. Из объема свыше 1 млн т/год 60% продукции выпускалось на основе парафинов нефти, а 40% — на основе гидролиза-тов древесины. Организация производства белка осуществлялась и с ис­пользованием спирта и природного газа. Такие технологические процес­сы экономически выгодны при отсутствии соевого белка для кормления животных. По содержанию незаменимых аминокислот и витаминов дрожжевая масса не уступает, а иногда даже и превосходит соевые белки. Добавка БВК в корма экономит фуражное зерно (5 т на 1 т БВК) и увели­чивает привесы животных.

В решении проблемы дефицита белка за последние два десятилетия определилось новое биотехнологическое направление — получение пи­щевых объектов с повышенным содержанием и улучшенным качеством белка методами генетической инженерии. Сущность генетической ин­женерии заключается в переносе генов любого организма в клетку реци­пиента для получения растений, животных или микроорганизмов с ре-комбинированными генами, а следовательно, и с новыми полезными свойствами. Растения, животные и микроорганизмы, полученные гене-

тической инженерией, называются генетически измененными, а продук­ты их переработки — трансгенными пищевыми продуктами.

Генетическая инженерия, или рекомбинация in vitro, включает выде­ление чужеродного гена ДНК, получение гибридных (рекомбинирован-ных) молекул ДНК и введение их в живые клетки модифицируемого, например, растения для получения новых признаков организма.

ДНК растения предварительно подвергается гидролизу ферментом рестриктазой в специфических участках двойной спирали, при этом на обо­их концах расщепленной молекулы становятся свободными четыре нуклеотида, в которых азотистые основания представлены, например, тимином и аденином (ТТАА и ААТТ) (рис. 2.2). Ген, который необходимо встроить в ДНК, «выщипывают» из ДНК организма-донора с помощью того же фермента рестрикции так, чтобы его концы были комплемен­тарными нуклеотидными последовательностями на концах ДНК моди­фицируемого организма (ААТТ и ТТАА). Обе ДНК «сшивают» вместе ферментом лигазой. Полученную рекомбинантную ДНК вводят в клетку растения, признаки которого хотят изменить. Клетка, размножаясь, об­разует клон, содержащий чужеродный ген, индуцирующий синтез белка с новой аминокислотной последовательностью.

Рис. 2.2. Введение гена в ДНК модифицируемого растения

Наиболее интенсивно проводятся работы с такими сельскохозяйст­венными культурами как соя, пшеница, кукуруза, томаты, сахарная свек­ла, картофель, хлопчатник, рапс. Практические разработки уже сейчас внедрены во многих странах мира, увеличиваются площади под транс­генной соей, рисом, картофелем и ягодными культурами (малина, клуб­ника). С генетически измененной соей только в США выпускается око­ло 3000 пищевых продуктов: супов, рыбных консервов, детских каш, со­усов и т. д.

Продукты, полученные с использованием генов микроорганизмов и растений, по сравнению с традиционными продуктами, содержат мень­ше пестицидов, консервантов, остаточного количества тяжелых метал­лов, они не требуют обработки химическими препаратами от вредите­лей. Трансгенная соя и кукуруза устойчивее к сорнякам и насекомым, трансгенные томаты невосприимчивы к вирусным заболеваниям, а бот­ва картофеля несъедобна для колорадского жука. Соя, содержащая ген пшеницы, к примеру, имеет биологическую ценность 1,0 против 0,92 у традиционной, а картофель, полученный с пересаженным геном фасо­ли, содержит повышенное количество белка (на 6%).

Одним из способов интенсификации производства продуктов пита­ния с повышенным содержанием качественного белка является внедре­ние урожайных сортов растений, не подверженных влиянию пестици­дов, гербицидов, инсектицидов, но обладающих рядом других полезных свойств (морозоустойчивость, засухоустойчивость, отсутствие способно­сти к полеганию, определенные размеры семян и повышенная биологи­ческая ценность).

С помощью генетически измененных бактерий получают ферменты, которые применяются при производстве глюкозного сиропа из крахма­ла, при производстве кондитерских, хлебобулочных изделий (амилазы), соков и вин (пектиназы). При этом улучшаются физико-химические и органолептические показатели качества пищевых продуктов.

Потребление генетически модифицированных продуктов находится под контролем специальных органов, так как введение в организм расте­ний генов, ответственных за синтез белков, например, альбуминов мо­лока, яиц и т.д., заключает в себе опасность употребления в пищу про­дуктов питания, непереносимых определенной группой людей (пище­вая аллергия). Это может быть связано с появлением антиалиментарных и токсичных веществ, определяемых свойствами переносимых генов. При условии пересадки генов из микроорганизмов может синтезироваться белок с низкой усвояемостью.

Подходы к оценке безопасности и качества генетически модифици­рованных объектов в различных странах разные и по содержанию и объе­му, но во всех них разрабатываются специальные методы и критерии. Так, в России принят закон «О государственном регулировании в области ген­ной инженерной деятельности» и создана специальная Комиссия во главе с главным санитарным врачом РФ, задача которой состоит в разработке подзаконных актов и методик для контроля общей безопасности транс­генных продуктов. С учетом выполненных комплексных мер, в РФ раз­решена для использования в питании населения соя линии 40-3-2 («Мон-санто Ко», США) и белковый концентрат из нее. Длительное включение белкового концентрата из генетически модифицированной сои в раци-

он крыс не сопровождалось изменениями состояния мембран клеток печени и активности ферментных систем, участвующих в защитно-адап-ционных процессах.

Таким образом признано, что ликвидация в питании человека дефи­цита белка всеми эффективными методами, включая генетическую ин­женерию, является одной из насущных проблем нашего столетия.