Какво представляват протеините?

Масово разпространена е идеята, че за да сме в добра кондиция, се нуждаем единствено от достатъчно сериозни физически натоварвания. Истината е, че за да влезем във форма, хранителният ни режим играе по-важна роля дори от тренировките и без неговото спазване трудно ще постигнем желания ефект. Много трудно можем да се подобрим физически (например да покачим мускулната си маса или да отслабнем) само с упражнения. Затова е много важно да променим начина си на хранене спрямо желаната физическа трансформация.

А няма как да си направим добър хранителен режим, ако не знаем основните правила и процеси на нашия организъм. 

Добро начало за всеки занимаващ се със спорт човек е да научи какво представляват протеините и защо са толкова важни. Познаването на основните вещества, които приемаме ежедневно, може значително да ни помогне да разбираме нуждите на тялото си по-добре.

Протеините, са изградени от аминокиселини и, са част от трите основни хранителни вещества (белтъчини, въглехидрати, мазнини), спадащи към групата на макронутриентите. Те играят главна роля в нормалното функциониране на тялото ни и съдържат по 4 калории на грам.

Интересно е и, че те имат най-голям термичен ефект от всички макронутриенти. Това означава, че тялото изгаря по-голямо количество калории при обработката им в сравнение с въглехидратите и мазнините. Освен това те са известни и с засищащият си ефект.

Не е тайна, че те са най-важните вещества за всеки атлет. Интересно е, че терминът “протеин” води началото си от древна Гърция – πρωτεῖος (prōteîos), което означава първостепенен. Произлиза от πρῶτος (prôtos), което се превежда като “първи”.

След водата, те са най-изобилните неща в тялото и представляват верига от свързани единици, наречени аминокиселини. 

След като биват разпаднати до аминокиселини, те се абсорбират в тънкото черво, пренареждат се и след това отиват в кръвния поток, за да захранят нуждите на тялото.

Всички живи тъкани са изградени от 22 вида аминокиселини. Има 9 аминокиселини, които не се произвеждат от тялото и е жизненоважно да се приемат с храната. Те са още известни като незаменими аминокиселини. Те са: 

• валинова аминокиселина; 
• изолевцинова аминокиселина ; 
• левцинова аминокиселина; 
• лизинова аминокиселина;
• метионинова аминокиселина; 
• фенилаланинова аминокиселина ; 
• треонинова аминокиселина; 
• триптофанова аминокиселина; 
• хистидинова аминокиселина. 

От своя страна, тялото може да извърши три основни действия с тях:

1. Да ги превърне в мазнини, ако приемът на калории е по-висок от разхода;
2. Да ги използва за енергия – ако тялото не получава достатъчно калории от другите хранителни вещества или от мазнините, съхранявани в организма, белтъчините се използват за енергия;
3. Най-значимата – да използва белтъчините за жизнени процеси на организма. Те включват: възстановяване на наранени и изграждане на нови мускулни влакна, възстановяване на тъкани в органите, кожата, ноктите, косата и още много други.
   

Те участват и във формирането на хормоните, антителата и ензимите в организма ни. Представляват градивните елементи на нашето тяло, точно както тухлите изграждат една къща.

Предполагаме, всички сте чували стария израз: „ти си това което ядеш” — за да имаме мускули, трябва да приемаме аминокиселини! 

Идеята е да предоставим на тялото ни нужния материал за изграждането на мускули, който то да използва. Ако се интересувате от различните видове прахови добавки, прочетете статията ни протеини на прах.

Най-важното дотук

След водата, белтъчините са втората най-разпространена съставна част на нашето тяло. 

Те са от първостепенна важност поради ролята им в множество жизненоважни процеси – производството на ензими, хормони, антитела и други. Представляват важен градивен елемент на костите, мускулите, хрущялите, кожата и кръвта. Сега нека разгледаме ролята им по-обстойно, като за тази цел ще навлезем в сферите на химията и биологията.

Структура

Структурата на белтъчините е триизмерното подреждане на атомите в молекула на аминокиселинна верига. Те са полимери и по-специално – полипептиди, образувани от последователности на аминокиселини, мономерите на полимера. Единичен аминокиселинен мономер може също да се нарече остатък, показващ повтаряща се единица на полимер. Белтъчините се образуват от аминокиселини, подложени на кондензационни реакции, при които аминокиселините губят по една молекула вода за реакция, за да се свържат една с друга чрез пептидна връзка. Верига под 30 аминокиселини често се идентифицира като пептид, а не като протеин.  

За да могат да изпълняват своята биологична функция, белтъчините се сгъват в една или повече специфични пространствени конформации, задвижвани от редица нековалентни взаимодействия като водородна връзка, йонни взаимодействия, сили на Ван дер Ваалс и хидрофобни опаковки. За да се разберат функциите на белтъчините на молекулярно ниво, много често е необходимо да се определи тяхната триизмерна структура. 

Това е темата на научната област на структурната биология, която използва техники като рентгенова кристалография, ЯМР спектроскопия, крио електронна микроскопия (крио-ЕМ) и двойна поляризационна интерферометрия за определяне на структурата на белтъчините. Размерите на техните структури варират от десетки до няколко хиляди аминокиселини.  По физически размер се класифицират като наночастици, между 1–100 nm. Много големи агрегати могат да се образуват от  субединици на белтъчините. Например, много хиляди актинови молекули се събират в микрофиламент.

Един протеин обикновено претърпява обратими структурни промени при изпълнение на своята биологична функция. Алтернативните структури на един и същ белтък се наричат ​​различни конформационни изомери или просто конформации, а преходите между тях се наричат ​​конформационни промени.

Денатурация

Денатурацията е процес на промяна на молекулната структура на нуклеиновите киселини и белтъците, под влияние на висока температура, налягане, киселини и основи. Протеините или полипептидите са полимери на аминокиселини. Те се създават от рибозоми, които „четат“ РНК, кодирана  в гена, и събират необходимата комбинация от аминокиселини от генетичната инструкция, в процес, известен като транслация. След това новосъздадената верига претърпява посттранслационна модификация, при която се добавят допълнителни атоми или молекули, например мед, цинк или желязо. След като този процес приключи, протеинът започва да се сгъва (понякога спонтанно, а понякога и с ензимна помощ), свивайки се върху себе си, така че хидрофобните елементи са заровени дълбоко в структурата и хидрофилните елементи се озовават отвън. Крайната форма на протеина определя как той взаимодейства със заобикалящата го среда.

Сгъването на белтъците се състои от баланс между значително количество слаби вътремолекулни взаимодействия в рамките на протеин и взаимодействия между протеин и разтворител.  В резултат на това този процес силно зависи от състоянието на околната среда, в което протеинът се намира. Тези условия на околната среда включват, (но не се ограничават до) температура, соленост, налягане и разтворители, които случайно участват. Следователно всяко излагане на екстремни стресове (например топлина или радиация, високи концентрации на неорганични соли, силни киселини и основи) може да наруши взаимодействието на протеина и неизбежно да доведе до денатурация. 

Когато той е денатуриран, вторичните и третичните структури се променят, но пептидните връзки на първичната структура между аминокиселините остават непокътнати. Тъй като всички структурни нива на протеина определят неговата функция, той вече не може да изпълнява ,,задачата“ си, след като е денатуриран. Това е разликата от вътрешно неструктурираните белтъчини, които се разгръщат в своето естествено състояние, но все още са функционално активни и са склонни да се сгъват при свързване с биологичната си цел.

Повечето биологични субстрати губят своята биологична функция, когато са денатурирани. Например ензимите губят своята активност, поради невъзможността на  субстратите да се свързват с активното място и аминокиселинните остатъци, участващи в стабилизиращите преходни състояния на субстратите, вече не са позиционирани, за да могат да го правят. Процесът на денатуриране и свързаната с това загуба на активност могат да бъдат измерени с помощта на техники като двойно поляризационна интерферометрия. Важно е да споменем, че  денатурацията все пак е обратим процес – протеините могат да се завърнат към предишното си състояние и  гореспоменатите процеси не са крайни.

Какво са прости и комплексни протеини?

Простите белтъчини се състоят от аминокиселинни субединици, съединени заедно с пептидни връзки. Когато се хидролизират от ензими,  дават само аминокиселините, от които са съставени. Примери за тях включват албумини, глобулини, глутелини и албуминоиди.

Комплексните белтъчини  са съставени от прости белтъци и непротеиново вещество, посочено като протезна група или кофактор. Повечето протезни групи или кофактори са малки органични молекули, образувани от витамини. Когато се хидролизират от ензими, тези белтъчини дават аминокиселините, от които се състоят и някои други химични компоненти. Примери за тях включват нуклеопротеини, гликопротеини, фосфопротеини и хемоглобини.

Различни функции на протеините

Каталитична функция е най-известната роля на белтъчините в тялото като ензими, които катализират химичните реакции. Ензимите обикновено са силно специфични и ускоряват само една или няколко химични реакции. Те осъществяват повечето процеси, участващи в метаболизма, както и манипулирането на ДНК при репликация , възстановяване и транскрипция на ДНК. Някои от тях  действат върху други белтъчини , за да добавят или премахнат химични групи в процес, известен като посттранслационна модификация. Известно е, че около 4000 реакции се катализират от ензими. 

На практика всичко, което се случва вътре в клетките, се случва в резултат на действията на белтъчините. Освен всичко друго, техните ензими играят основна роля при сигнализирането, придават структура както на клетките, така и на многоклетъчните организми и упражняват контрол върху експресията на гени. Това е тяхната структурна функция. Животът, какъвто го познаваме, не би съществувал, ако белтъчините не съществуваха. Универсалността им възниква поради техния разнообразен строеж. Структурни белтъчини са и колагена и еластина – основните компоненти на междуклетъчното вещество на съединителната тъкан (напр. хрущял) и кератинът, участващ в състава на коса, нокти, пера, а и някои черупки.

Белтъчините изпълняват и отбранителна роля за организма. 

Такава е физическата защита – извършва се от колаген – белтък, който е в основата на междуклетъчното вещество на съединителната тъкан (включително кости, хрущяли, сухожилията и дълбоките слоеве на кожата (дермата) Обикновено тези белтъчини се разглеждат като структурни. Други примери в тази група са протеините фибриноген и тромбин , участващи в кръвосъсирването.

Химическа защита – свързването на белтъчини с токсини може да доведе до детоксикация на последните. Особено важна роля за детоксикация в хората имат чернодробните ензими, които трансформират отровите или  ги превръщат в разтворима форма, което допринася за бързото им отделяне от тялото. 

Транспортна функция – извършва се от транспортния протеин (по-различно наричан трансмембранна помпа, транспортер , киселинен транспортен протеин), който изпълнява функцията за преместване на други материали в организма. той е жизненоважен за растежа и живота на всички живи същества. Транспортна функция осъществяват и някои мембранни белтъчини, които участват в транспорта на малки молекули през клетъчната мембрана, чрез промяна в пропускливостта на клетката.

Част от останалите им функции в организма са регулаторна, сигнална, двигателна и резервна. Всички те са особено важни за жизнените процеси и баланса на тялото. Без функционирането на който и да е от тези ,,отдели“, организма трудно би поддържал нормален начин на живот.

Можем ли да прекалим с прием на протеин?

Ползите от приема на белтъчини  са много. Освен, че са особено полезни за изграждане на сила на мускули чрез различни видове упражнения, те играят и ключова роля за процесите в тялото ни. Но както е и ситуацията с повечето неща в живота, прекалената им консумация може да доведе до дисбаланс и проблеми в организма. Според проучване, направено през 2016 година, предозирането на техния прием е напълно възможно и крие редица опасности. В зависимост от съответните продукти, чрез които получаваме белтъчини, рисковете могат да бъдат свързани с проблеми със сърцето и дехидратация. 

Въпреки че ограничаването на протеини е полезно за хора с вече съществуващи бъбречни проблеми, не съществува проучване доказващо, че протеинът причинява увреждане на бъбреците. Дори обратното — установено е, че по-високият прием на протеини може да благоприятства нормалното кръвно налягане и да намали риска от диабет. Двете състояния са сред основните рискови фактори за бъбречни заболявания.

Някои хора също смятат високия прием на протеин за рисков фактор за развитието на остеопороза, което е парадоксално, като се има предвид, че проучванията показват, че достатъчният прием на протеини може да предотврати това състояние. Нека не забравяме, че протеинът намалява апетита и подпомага загубата на тегло, а затлъстяването е голям рисков фактор за бъбречни проблеми.

Причината прекаляването с тези вещества да е вредно се крие в ,,механизма” на нашето тяло. За извършването на основните жизнени процеси, организма се нуждае от определено количество макро и микронутриенти. Драстичното увеличение на някой от тези хранителни компоненти претоварва тялото, което реагира по различен от нормалния начин. За да избегнем подобен вид проблеми, трябва да консумираме балансирани количества от белтъчини, съобразени с нуждите на тялото и приемът на останалите макронутриенти и микронутриентите. Ако желаете да научите в подробности това колко протеин да приемате дневно, в зависимост от текущото ви състояние и цели, посетете статията ни „Колко протеин на ден„.

Заключение

Поради цялостния научен напредък в последните 30 години вече научаваме все повече за нашето тяло и различните видове вещества, които приемаме, за да поддържаме здравословен начин на живот. Пряко повлияни от този прогрес са изключително много сфери от нашето всекидневие. Разширяването на познанията за протеините има сериозен ефект не само върху почти всички спортове, но и върху цялостното хранене на хората. 

Ползите от тях карат потребителите да се насочват към продукти с по-голямо съдържание на протеин. Същевременно, високопротеиновата диета е много по-популярна от преди, а дори при хората, които не спазват хранителни режими, съдържанието на белтъчини в храната бележи ръст. Въпреки многото ползи, неправилната консумацията на храни или продукти, богати на аминокиселини, крие рискове за здравето. Прекаляването е напълно излишно и опасно и често е породено от желанието за бързи резултати. Много по-правилно е да увеличим приема на белтъчини постепенно, за да дадем възможност на организма да се адаптира. 

Особено важно е да практикуваме някакъв вид интензивна физическа активност, която ще е допълнителен фактор за желания резултат. Приемът на протеин на прах също е добър вариант за увеличаване на мускулна маса, но отново е важно да внимаваме в какви количества го консумираме. Цялостното значение на белтъчините за човека е огромно и познаването му може да ни бъде само от полза. Ако познаваме процесите в тялото си достатъчно добре, ще се научим да се грижим по-добре за него и да сме винаги във форма!

Източници:

The myth of 1 g/lb: Optimal protein intake for bodybuilders

How to Follow a Cutting Diet for Weight Loss

Macronutrient content of a hypoenergy diet affects nitrogen retention and muscle function in weight lifters

Influence of protein intake and training status on nitrogen balance and lean body mass

Effect of Protein Intake on Strength, Body Composition and Endocrine Changes in Strength/Power Athletes

Protein requirements and muscle mass/strength changes during intensive training in novice bodybuilders

High-Protein Weight Loss Diets and Purported Adverse Effects: Where is the Evidence?

Dietary protein and blood pressure: a systematic review

An increase in dietary protein improves the blood glucose response in persons with type 2 diabetes

Dietary protein and skeletal health: a review of recent human research

Dietary protein: an essential nutrient for bone health