Биохимия

Проламіни погано розчиняються у воді, але добре розчиняються у 60—80%-вому спирті. Всі проламіни — рослинні білки, вони багаті глютаміновою кислотою і проліном.

Протеїди — це білки, які в своєму складі, крім амінокислот, мають ще яку-небудь небілкову групу, котра називається простатичною. До цих білків належать фосфопротеїди, глікопротеїди, ліпопротеїди, хромопротеїди.

Фосфопротеїди — це білки, до складу яких обов'язково входить фосфорна кислота, яка зв'язана ефірним зв'язком з оксигрупою таких амінокислот, як серин і треонін. Це важливі харчові білки для молодого організму.

Ліпопротеїди — складні  білки, які мають залишки ліпідів. Вони розчиняються у воді і не розчиняються в органічних розчинниках. Ліпопротеїди є основою біологічних мембран рослин і тварин, які регулюють проникнення речовин з однієї клітини в іншу. Утворення ліпопротеїдів забезпечує перенесення і розчинність ліпідів у тканинах і клітинах.

Глікопротеїди у своєму складі мають вуглеводи (глюкозу, галактозу, манозу). Ці білки зустрічаються в усіх тканинах рослин, тварин, мікробів і вірусів.

Хромопротеїди у своєму складі, крім залишків амінокислот, мають небілкові забарвлені сполуки, які можуть належати до різних класів органічних речовин. Вони досить поширені у продуктах рослинного і тваринного походження.

Нуклеопротеїди —  складні білки, що мають нуклеїнові кислоти. Вони входять до складу кожної клітини, відіграють важливу біологічну роль не тільки тому, що беруть участь в утворенні структурних елементів клітин, а й тому, що виконують такі важливі функції в організмі, як передача спадкових властивостей.

3. Обмін білкових  речовин і нуклеїнових кислот

В організмі постійно відбувається розщеплення і синтез білків. Основним шляхом перетворення білків є їх гідролітичне розщеплення  до амінокислот. Цей процес протікає у тварин і людини як у травному каналі, так і в кожній клітині (рибосомах клітин) організму.

Продукти гідролізу  білка пептиди і амінокислоти всмоктуються в кінцевій частині  дванадцятипалої і на початку  тонкої клубової кишок і попадають  у кров, а звідти - до клітин різних органів і, насамперед, до печінки. Амінокислоти в клітини надходять також за рахунок реакцій переамінування з метаболітів вуглеводного і ліпідного обмінів.

Продуктами обміну амінокислот  є карбонові кислоти, гідроксикислоти, кетокислоти, аміни, а також аміак, вуглекислий газ та інші сполуки.

Якщо ці сполуки не використовуються у процесах синтезу, то вони піддаються дальшим перетворенням (крім аміаку і оксиду вуглецю (IV)).

Аміни внаслідок окиснювального дезамінування перетворюються в  карбонові кислоти, карбонові кислоти  і кетокислоти, які утворились внаслідок розщеплення амінокислот, піддаються ß-окисненню і в трикарбоновому циклі розщеплюються до кінцевих продуктів - Н₂О 5 СО₂.

Аміни, що утворюються  в процесі декарбоксилювання, мають  високу біологічну активність, тому їх називають також біогенними амінами.

у-аміномасляна кислота  відіграє важливу роль у функціональній діяльності центральної нервової системи. Серотонін впливає на функції  нервової, серцево-судинної та м'язової систем. Бере участь у регуляції  тиску крові, в роботі органів дихання, в роботі травного каналу. Гістамін викликає секрецію соляної кислоти в шлунку, виявляє специфічну дію на нервові закінчення судин, зумовлюючи їх розширення і зниження тиску крові.

Серотонін і гістамін належать до медіаторів. Вони не мають  строгої локалізації і виявляють короткочасну біологічну дію. Принцип дії медіаторів полягає у тому, що вони зв'язуються з поверхнею рецепторів клітинних мембран і на поверхні клітинної мембрани утворюють гормон-рецепторний комплекс, який служить сигналом для активації молекулярних механізмів проведення сигналу в клітину, що впливає на метаболізм.

Амінокислоти, які не всмоктуються в тонку кишку, а потрапляють у товсту, піддаються різним перетворенням за допомогою мікроорганізмів. Цей процес дістав назву гниття білків. При цьому найбільше значення має декарбоксилювання

Кінцевими продуктами розщеплення  амінокислот є аміак, вода і оксид  вуглецю (IV). Для організмів людини і  високоорганізованих тварин аміак  є токсичною речовиною. Особливо шкідливо він впливає на центральну нервову систему, значно порушує процеси тканинного дихання. Тому аміак в процесі синтезу перетворюється в нетоксичні організму сполуки.

Нуклеїнові кислоти є основним джерелом спадкової інформації і відіграють провідну роль у процесах синтезу білка в організмі. В організм вони потрапляють з їжею у складі складних білків-нуклеопротеїдів.

Нуклонові кислоти (лат. nucleus — ядро). Ці речовини вперше було виявлено і виділено з ядер клітин. Є дві види нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДHK) і рибонуклеінова. (РНК). Основна кількість ДНК зосереджена в хромосомах клітини і лише невелика її кількості міститься в мітохондріях і пластидах. РНК міститься в ядерцях, а також у цитоплазмі.

Молекула ДНК —  це дуже довгий полінуклеотидний ланцюг, довжина його може досягати десяти міліметрів. Так, вважають, що сумарна довжина молекул ДНК 46 хромосом однієї клітини людини становить 170—180 см. Відповідно дуже велика і молекулярна маса ДНК (сотні мільйонів умовних одиниць).

Кожна молекула ДНК складається  з двох сполучених між собою ланцюгів нуклеотидів. До складу кожного нуклеотиду входять азотиста основа, дезоксирибоза і фосфорна кислота. Всього в ДНК є чотири види азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц).

Нуклеотиди різняться  лише азотистими основами. Назва нуклеотидів також пов'язана з назвою нуклеозидів (сполук азотистих основ з пентозою) цих основ.

Біосинтез рибо- та дезоксирибонуклеотидів є життєво важливим, оскільки ці біомолекули є прямими попередниками  ДНК, РНК та нуклеотидних коферментів. Утворення нуклеотидів в організмі відбувається шляхом синтезу з простих попередників, а також з готових пуринових і піримідинових основ.

4. Вуглеводи  та їх обмін

Вуглеводи — це безпосередні продукти фотосинтезу, тому вони являють  собою первинні речовини, які можуть перетворюватися в інші органічні сполуки.

Вуглеводам належить велика роль в живих організмах, а отже, і в харчових продуктах, які зберегли життєві функції (плоди, овочі, ягоди та ін.). Крім того, необхідно  пам'ятати, що припинення життя в організмі не означає припинення процесів, які в ньому проходили, змінюється лише напрям цих процесів. Наприклад, зменшення (або відсутність) кисню в атмосфері при зберіганні плодів і овочів супроводжується зниженням активності аеробного дихання і підвищенням активності анаеробного дихання.

Тваринні організми  нездатні утворювати вуглеводи з  неорганічних елементів. У зелених частинах рослин, багатих хлорофілом, під впливом сонячної енергії можуть синтезуватися прості вуглеводи з вуглекислого газу (С0₂) повітря та води, що потрапляє з ґрунту.

Синтез вуглеводів рослинами  супроводжується вбиранням великої  кількості сонячної енергії, яка  запасається у вигляді хімічної енергії. Тому вони мають високу реакційну  здатність.

У харчуванні людини вуглеводи — головне джерело енергії. На частку вуглеводів в енергетичній цінності раціону харчування припадає близько 56%. При окисленні в організмі людини 1 г вуглеводів виділяє приблизно 15 Кдж енергії.

При значному перебільшенні  вуглеводів у раціоні харчування вони можуть в організмі людини перетворюватися в жир або накопичуватися в деяких органах (печінці, м'язах) як запасний матеріал.

За хімічною природою вуглеводи — це альдегіде- або  кето-спирти. Більшість природних  вуглеводів — альдегідоспирти. Усі  вуглеводи, які зустрічаються в харчових продуктах, залежно від складності будови їхньої молекули, можна поділити на три головні групи: моносахариди, олігосахариди і полісахариди.

Моносахариди являють собою найпростіші сполуки вуглеводів, які мають у своєму складі від 3 до 7 атомів вуглецю (тріози, тетрози, пентози, гексози).

Моносахариди легко  розчиняються у воді, розчини їх нейтральні й оптично активні. При дослідженні питомого обертання водних розчинів моносахаридів було встановлено, що воно починає швидко змінюватись і досягає постійного значення тільки через певний час. Це явище було названо муторатацією. Явище муторатації пов'язане із встановленням рівноваги між циклічною та ациклічною формами моносахаридів, кожна з яких має свою величину питомого обертання.

При нагріванні та випаровуванні моносахаридів  утворюються в'язкі сиропи, а кристалізація не відбувається. Ця властивість використовується при одержанні карамельної маси.

Моносахариди мають солодкий смак, тому істотно впливають на органолептичні властивості тих продовольчих товарів, до складу яких вони входять.

Завдяки тому, що моносахариди у складі своїх молекул мають вільний  напівацетальний (глікозидний) гідроксил, вони є активними відновниками. При окиснюванні моносахаридів утворюються кислоти, а при відновленні — спирти.

Завдяки тому, що всі моносахариди здатні вступати в окиснювально-відновні реакції, вони одержали назву редукуючих цукрів. Однією з найважливіших властивостей цих цукрів є гігроскопічність. Тому редукуючі цукри використовуються в кондитерській промисловості як антикристалізатори.

До олігосахаридів (від грецького oligos — небагато, декілька) належать вуглеводи, які у своєму складі мають  від 2 до 10 залишків моносахаридів. У  харчових продуктах частіше зустрічаються дисахариди (сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза) і трисахариди (рафіноза).

Дисахариди (С₁₂Н₂₂О₁₁) складаються з двох залишків моносахаридів, які з'єднані між собою напівацетальним зв'язком або за рахунок напівацетальних гідроксилів (сахароза, трегалоза), або за рахунок напівацетального і спиртового гідроксиду (мальтоза, лактоза).

Трисахариди (С₁₈Н₃₂О₁₆) складаються з трьох залишків моносахаридів. У харчових продуктах з трисахаридів частіше зустрічається рафіноза.

Властивості олігосахаридів. Ця група вуглеводів за своїми фізичними властивостями наближається до моносахаридів. Всі вони розчиняються у воді, а розчини оптично активні. Але ступінь розчинності олігосахаридів різний. Найменшою розчинністю відзначається лактоза. Це часто є причиною появи такого недоліку згущених молочних консервів, як піскуватість. При порушенні технології виробництва (зокрема охолодження) кристалики лактози через недостатню розчинність утворюють явища борошнистості або піскуватості.

Більшість олігосахаридів має нижчу солодкість, ніж моносахариди.

Олігосахариди мають  різну гігроскопічність. Наприклад, мальтоза дуже гігроскопічна, а хімічно  чиста сахароза практично негігроскопічна.

Хімічні властивості  олігосахаридів зумовлюються наявністю кисневоглікозидного зв'язку (гідроліз) і напівглікозидного гідроксилу (окиснення, відновлення, заміщення).

Усі олігосахариди здатні гідролізуватися, утворюючи при  цьому ті моносахариди, із залишків яких вони складались. Наприклад, мальтоза утворює дві глюкози, лактоза — галактозу і глюкозу.

Олігосахариди не можуть зброджуватися різними мікроорганізмами, але після гідролізу утворені моносахариди добре зброджуються.

Внаслідок особливостей утворення деякі олігосахариди (сахароза, трегалоза, рафіноза) нездатні вступати в окиснювально-відновні реакції, оскільки на утворення кисневоглікозидного зв'язку в молекулах цих цукрів використані напівглікозидні гідроксиди. Ті ж олігосахариди, при утворенні яких один напівглікозидний гідроксил залишився вільним (мальтоза, лактоза), здатні вступати в окиснювально-відновні реакції і називаються редукуючими цукрами.

Полісахариди — це високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, які зв'язані кисневоглікозидними зв'язками в лінійні або розгалужені ланцюжки.

Систематичної хімічної номенклатури полісахаридів немає. Свою назву полісахариди одержали залежно  від того, звідки їх виділили або  у зв'язку з особливостями їхніх  властивостей.

У складі харчових продуктів  ми частіше зустрічаємося з такими полісахаридами, як крохмаль, целюлоза (клітковина), глікоген (тваринний крохмаль), інулін: Всі ці полісахариди в основі своєї молекули мають гексози, тому називаються гексозанами і мають загальну формулу (С₆Н₁₀О₅)n.

Полісахариди зустрічаються  переважно в рослинах. Деякі з них (целюлоза) утворюють опорні тканини, а інші (крохмаль, інулін) виконують роль запасних речовин.

5. Загальний обмін  речовин в організмі

Обмін речовин — загальна властивість, характерна для всіх живих організмів.

Загальнобіологічна суть обміну речовин як специфічної властивості живої матерії полягає в тому, що всі живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні сполуки та хімічні елементи, використовують їх у своїй життєдіяльності і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну у вигляді простіших органічних і неорганічних сполук. Обмін речовин можна схарактеризувати як комплекс біохімічних і фізіологічних процесів, які забезпечують життєдіяльність організмів у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фізіологічних процесів, що вивчається на рівні цілісного вищого організму, охоплює акти дихання, живлення, травлення, всмоктування, а також виділення продуктів обміну органами і системами (шкіра, легені, видільна система, травний апарат).