Краткая характеристика биологических функций аминокислот и пептидов свидетельствует об их важности для животных и необходимости создания условий для оптимизации их в составе внутренней среды организма.
Аминокислоты в белках связаны пептидными связями (-СО-NH). Линейная последовательность аминокислот в белке уникальна для каждого индивидуального белка, которых в организме человека насчитывается около 50 000. Информация о линейной последовательности содержится в участке молекулы ДНК, называемой геном.
Полипептидные цепи за счет внутримолекулярных взаимодействий образуют пространственные структуры – конформации белков. Изменения последовательности аминокислот в белках приводит к нарушению их пространственной структуры, нарушению функциональной деятельности, патологическим проявлением.
5.2 Белки
Высокомолекулярные органические вещества в живых организмах образуются в основном из 20 важнейших природных аминокислотных остатков. Составляют основу процессов жизнедеятельности всех организмов. Белки в живых организмах являются основой построения тканей и клеточных компонентов, ферментов, гормонов.
Необходимость постоянного обновления белков лежит в основе обмена веществ. В организме гидролиз белка осуществляется под действием ферментов пептидаз и строго контролируется. Природные белки проявляют запрограммированные природой биологические свойства. Фибриллярные белки – нитевидные структуры в клетках и тканях животных - составляют основу соединительных тканей животных (сухожилие, хрящи), рогового слоя кожи, волос, перьев и т.п. Молекулы фибриллярных белков не растворяются в воде, образуя коллоидные растворы. К этой группе относятся яичный белок, миоглобин, почти все ферменты.
Молекулы белков и отдельные их фрагменты рассматриваются как носители биологической информации, в которой роль букв алфавита играют 20 аминокислотных остатков. Информационные свойства белков лежат в основе иммунитета, представляющего собой целостную систему биологических механизмов самозащиты организма. Эта группа участвует в процессах распознавания «свой» и «чужой». Это качество белков является одним из оптимальных и надежных способов кодирования важной информации для жизнедеятельности живых систем.
Вследствие наличия в молекулах белков различных функциональных групп они образуют множество комплексных соединений.
Комплексы белков с металлами принимают активное участие в ферментативном катализе. Действие более четверти известных в настоящее время ферментов связано с участием иона металла. В большинстве случаев ионы металлов образуют непрочную связь с белком фермента и субстратом. Такие комплексы легко распадаются, а фермент проявляет максимальную активность. Активации ферментов особенно часто способствуют катионы марганца, цинка, меди, магния, кальция.
С катионами калия и натрия белки образуют комплексы, которые обеспечивают транспорт ионов через клеточные мембраны, а также выполняют роль активаторов белков как субстратов для тех или иных биологических процессов.
Кроме ферментов металлы образуют с белками транспортные биокомплексы, которые доставляют в ткани кислород, биометаллы и другие метаболиты. Таким образом, для белков характерны функции, лежащие в основе жизнедеятельности любых живых систем. Совокупность функций объясняет уникальность белков для всего животного мира.
Полноценность белка определяется оптимальными параметрами и видового, и структурного состава аминокислот. Некоторые белки содержат полный набор незаменимых аминокислот в оптимальном соотношении, в других отсутствует одна или несколько незаменимых аминокислот.
Если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых пропорциях и легко подвергается гидролитическому распаду под действием ферментов, то биологическая ценность его условно принимается за 100, и он считается полноценным. К таким относят белки молока и яиц. Белки мяса говядины имеют биологическую ценность 98. Растительные белки по биологической ценности имеют более низкие показатели. Так как бедны лизином, метионином и триптофаном. Однако при определенной комбинации организм может быть обеспечен более полноценным белковым питанием. При сочетании кукурузы, биологическая ценность белка которой – 36 (недостаточное количество лизина), с бобовыми, богатыми этой аминокислотой, но имеющих недостаток триптофана, которого в кукурузе достаточно, получается более полноценная по белку кормосмесь. Но если учесть, что в организме человека насчитывается более 100 000 разнообразных белков, то очевидной становится необходимость системного подхода к решению. Получение полноценной кормосмеси по белку – это лишь частичное решение проблемы полноценности питания. Приведение всех структурных органических и минеральных элементов пищи (кормов) к оптимальному балансу обеспечит преимущества полноценного питания.
Одним из решений проблемы протеинового питания предлагается использование кормов с полноценным белком, в котором в наличии незаменимые аминокислоты. Однако понятие это ограничивается лишь наличием их в составе продуктов, но не уточняется оптимальный уровень потребления и баланс их структуры к потребности конкретного организма. Более того, без внимания остаются заменимые аминокислоты, количественная потребность которых строго регламентирована конкретным видом. Белок - это не простое сочетание аминокислот, а сложный органоминеральный комплекс (металлопротеины и др.), выполняющий разнообразные физиологические функции: каталитические (ферменты), регуляторные (гормоны), структурные (коллаген, фиброин), двигательные (миозин), транспортные (гемоглобин), защитные (иммуноглобулины, интерферон), запасные (казеин, альбумин, глиадин) и другие. Поскольку животные белки совершенно не адекватны по составу и структуре растительным, то простое наличие каких бы то ни было незаменимых аминокислот не может служить оценкой их полноценности. Поэтому белки кормов могут быть определены как полноценные лишь при условии оптимального баланса всех аминокислот, формирующих конкретный живой организм.
Несмотря на то, что метаболитические способности организма безграничны, модификация нативных (природных) белков будет более эффективна при соответствующем балансе органоминеральных соединений питательной среды.
5.3 Жиры
Органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот, относятся к липидам. Липиды представляют обширную группу природных органических соединений, включая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных – из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Липиды – один из основных компонентов биологических мембран. Образуют энергетический резерв, участвуют в передаче нервного импульса, в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов организма.
Карбоновые кислоты, составная часть липидов (от одного до девяти углеродных атомов), содержатся в значительном количестве в клетках животных и особенно растений. Они являются продуктами превращения основных питательных веществ: жиров, белков и углеводов. Многие имеющиеся или поступающие в клетку органические вещества на конечных этапах катаболизма (диссимиляции) превращаются в ту или иную карбоновую кислоту. В то же время карбоновые кислоты синтезируются в клетке, т.е. являются продуктами анаболизма (ассимиляции), что свидетельствует о необходимости их для жизнедеятельности организма.
Карбоновые кислоты в результате ацилирования (замещение по карбонильному углеродному атому) образуют связи с новым нуклеофилом, содержащим атомы: галогенов, кислорода, серы, азота или углерода, которые являются важнейшими промежуточными метаболитами в живых системах.
Жирными кислотами называются высшие карбоновые кислоты, углеводородная цепь которых содержит более 12 углеродных атомов. В организмах окисление жирных кислот - чрезвычайно важный процесс.
При β-окислении одной молекулы стеариновой кислоты параллельно образуется 40 молекул АТФ, а при полном окислении этой кислоты до СО2 и Н2О образуется 146 молекул АТФ. Это является свидетельством важности процессов окисления жирных кислот с позиции энергетики организма.
Конечным продуктом β-окисления жирных кислот в митохондриях является ацетилкофермент А. Полное окисление его ацетильного остатка до углекислого газа и воды осуществляется мультиферментным ансамблем, обеспечивающим протекание серий реакций, которые называются циклом Кребса.
Работа ансамбля ферментов цикла Кребса чрезвычайно надежна, так как не известны патологические состояния, связанные с недостатком активности какого-либо из этих ферментов. Это указывает на важность реакций цикла Кребса для организма и хорошую их защищенность от внешних воздействий. Это, однако, может быть достигнуто лишь при оптимальном уровне ферментного гомеостаза. Ферменты и их каталитическая активность находятся в прямой зависимости от обеспеченности в первую очередь органогенами и металлами жизни. Даже для простых ферментов, у которых активный центр сформирован только белковой молекулой, необходимо иметь в оптимуме и азот, и фосфор, и серу. В сложных ферментах, металлопротеинах, имеется небелковая составляющая – кофактор. Кофактор содержит катионы металлов, прочно (ковалентно) связанные с белком. В сложных ферментах, в которых небелковый фрагмент удерживается белком в основном за счет межмолекулярных
