CC BY
50
УДК 641.12
Новые полифункциональные нанобиокорректоры
для компенсации дефицита белка
А.А. Кудряшева, д-р техн. и биол. наук, проф., Е.В. Оникиенко, аспирант Научно-практический центр академика А.А. Кудряшевой
Среди многочисленных пищевых веществ и соединений белкам принадлежит наиболее важная жизненная роль. Они служат источниками незаменимых аминокислот и так называемого неспецифического азота, необходимого для синтеза специальных белков в организме человека.
Белки (протеины) представляют собой высокомолекулярные азотистые органические соединения, являющиеся полимерами аминокислот. Белковые вещества - это не только структурная база организма, они осуществляют все важнейшие процессы жизнедеятельности.
Сухое вещество тканей человека и животных, а также большинства микроорганизмов состоит в основном из белка. Жизненные процессы обмена веществ (пищеварение, дыхание, выделение и др.) происходят с участием ферментов, являющихся по своей природе белками.
Исходя из современных научных представлений к белкам относят сократительные структуры человека, обеспечивающие движение, опорные ткани организма (коллаген костей, хрящей, сухожилий), покровы организма (кожа, волосы, ногти и др.), антитела, гормоны, репродуктивные клетки и др.
Белки содержат в среднем около 16 % азота. При гидролизе они распадаются до аминокислот с присоединением воды. Молекулы белка состоят из остатков около 20 различных аминокислот и представляют собою полимеры.
Пищевые белки значительно различаются по составу и содержанию аминокислот. Эти характеристики служат главным критерием их ценности в питании. Некоторые из пищевых белков не содержат тех или иных аминокислот. В растительных белках не всегда присутствуют все незаменимые аминокислоты.
Белки, поступающие в организм человека с пищей, служат главным источником аминокислот и органического азота. В процессе пищеварения пищевые белки подвергаются гидролизу до аминокислот, которые всасываются
в кровь и подвергаются дальнейшим превращениям.
В расщеплении пептидных связей пищевого белка участвуют ферменты сока поджелудочной железы (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза), а также ферменты кишечника (амино- и дипептидазы).
Наряду с простыми белками в тонкой кишке расщепляются нуклеопроте-иды, дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. Благодаря последовательной гидролитической деятельности пищеварительных ферментов и ферментов микроорганизмов, обитающих в кишечнике, белки пищи распадаются на низкомолекулярные пептиды, аминокислоты, нуклеотиды и нуклеозиды, всасывающиеся в тонком кишечнике. В случае дефицита белка в пищевом рационе аналогичный процесс происходит и при ферментативном распаде тканевых белков организма под влиянием ферментов протеаз и пептидаз тканей. Продукты тканевого ферментативного распада также попадают в кровь и из аминокислотного фонда поступают во все органы и ткани тела.
Образовавшийся в организме фонд аминокислот в результате ферментативного расщепления пищевого белка продуктов или распада тканей расходуется на биосинтез специфических белков и многих других соединений.
Белковый обмен или иначе аминокислотный обмен составляет основу азотистого обмена веществ в организме. Белки образуются в тканях только из свободных аминокислот при непосредственном участии нуклеиновых кислот. Процесс биосинтеза белка в организме протекает с потреблением энергии, аккумулированной в теле человека в виде аденозинфосфорных кислот. Регуляция биосинтеза белка представляет собою весьма сложную систему, функционирующую с участием генетического кода клеток (хроматин ядер).
Более тысячи различных белковых веществ выполняют строго определенные функции в организме благодаря
Ключевые слова: белковые вещества; дефицит белка; незаменимые и заменимые аминокислоты; полифункциональные нанобиокорректоры.
Keywords: Albumens; deficiency of fiber; irreplaceable and replaceable amino acids; multifunctional nano-biocorrectors.
отличительным особенностям в их составе и строении. Белки надежно обеспечивают согласованную физиологическую, биохимическую и энергетическую деятельность организма. Как известно, человек - это сложная целостная биологическая система. Белковое голодание вызывает нарушение азотистого равновесия в организме и приводит к тяжелым заболеваниям. Исходя из современных научных представлений белок состоит из незаменимых и заменимых аминокислот. К незаменимым относят аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в организме человека и животных. Они должны ежедневно поступать с пищей или дополнительно к ней. Незаменимые: валин, изолейцин, лейцин, лизин, ме-тионин, треонин, триптофан, фенила-ланин и др. Остальные известные аминокислоты считают условно заменимыми - образуются в организме из определенной другой аминокислоты. Например, тирозин образуется только из фенилаланина. В результате его недостатка в организме тирозин может оказаться дефицитным. Цистеин и цистин могут образовываться из метионина и незаменимы при недостатке этой аминокислоты.
Недостаточное содержание или отсутствие в пище одной из незаменимых аминокислот приводит к общей дистрофии и нарушению синтеза гормонов, ферментов, иммуноглобулинов и других функциональных белков.
При оценке качества, полезности и безопасности белковых продуктов питания целесообразно учитывать их аминокислотный состав, степень доступности и перевариваемости сложных и простых белков ферментами пищеварительного тракта, интегральные показатели усвояемости и возможной потенциальной опасности для здоровья человека из-за наличия токсичных, радиоактивных веществ, патогенных микроорганизмов и др.
Белковые источники питания делят на три группы: животного, растительного и микробиального происхождения. Высокой биологической ценнос-
NUTRITION AND HEALTH
тью обладают такие белки животного происхождения, как молоко, яйца, мясо, рыба. Они легко и наиболее полно усваиваются организмом человека. В настоящее время большая часть жителей нашей планеты Земля испытывает дефицит белков животного происхождения, что негативно отражается на здоровье и генофонде человечества.
Белки растительного происхождения менее полноценны по содержанию незаменимых аминокислот и усваиваются организмом не полностью. Они не соответствуют аминокислотному скору по шкале ФАО, не содержат вообще или в недостаточном количестве имеют некоторые незаменимые аминокислоты. Помимо этого, растительные белки обладают более низкими показателями утилизации в организме человека из-за наличия в составе растительной пищи большого количества крахмала, клетчатки и других веществ, экранирующих к ним доступ ферментов. В табл. 1 дана сравнительная характеристика наиболее распространенных белковых пищевых ресурсов, а также приведены коэффициенты, характеризующие степень утилизации белка организмом человека.
В современных условиях климатического и экологического неблагополучия для питания человека и животных чрезвычайно перспективны белки одноклеточных организмов.
Клетки микроорганизмов содержат значительно больше белка по сравнению с более крупными живыми организмами. Большая часть известных микроорганизмов состоит, главным образом, из белковых веществ. Пищевые микроорганизмы целесообразно широко использовать для компенсации дефицита полноценного пищевого белка в рационе питания.
Белки микроорганизмов (комплекс белковых веществ, входящих в состав пищевых бактерий, дрожжей и микроскопических грибков) обладают высокой биологической ценностью, оптимальным соотношением незаменимых и заменимых аминокислот, легко и полностью усваиваются организмом. Пищевые микроорганизмы содержат до 80 % полноценного, безопасного белка, тогда как мясо животных не более - 22 %.
Белок одноклеточных микроорганизмов экологически безопасен, так как его получают в промышленных условиях, полностью изолированных от внешней среды. В измененных экологических и климатических условиях получение микробиального белка возможно в любое время года в нелими-тируемых количествах с высоким биологическим, пищевым и социально-
Таблица 1
Сопоставление показателей аминокислотного скора и утилизации белка*
Аминокислотный скор Лимитирующие аминокислоты Показатели
Продукт по шкале ФАО по женскому молоку по куриным яйцам утилизации белка
Молоко коровье 80 75 60 Серосодержащие 75
Яйца 100 90 100 - 100
Казеин 80 75 60 Серосодержащие 72
Яичный альбумин 100 80 90 Триптофан 83
Мясо говяжье 80 80 80 Серосодержащие 80
Сердце говяжье 80 80 70 - 67
Печень говяжья 85 85 70 - 65
Почки говяжьи С рмимид 1 Ск1Г103/Э 1 80 85 85 90 70 80 - 77 84
свинина (вырезка) Рыба 70 80 70 70 75 70 Триптофан Пмомц 83
Рожь Рис 80 70 / и 90 75 90 75 лизин Треонин Лизин 57
Кукурузная мука 40 40 45 J \ V Ю V \ п Триптофан 55
Просо 70 60 60 Лизин 56
Сорго 70 50 50 - 56
Пшеничная мука 50 50 50 - 52
Пшеничные зародыши Пшеничный глютент 60 АП 70 АП 65 АП Серосодержащие Лизин 67 37
Арахисовая мука 4U 60 4U 80 4U 70 Серосодержащие 48
Соевая мука 70 85 70 - 56
Семена кунжута 60 50 50 Лизин 56
Семена подсолнечника 70 70 70 - 65
Семена хлопчатника 70 95 80 Серосодержащие 56
Картофель 60 85 70 - 71
Горох 60 70 60 - 44
Батат (сладкий картофель) 80 85 75 - 72
Шпинат 70 100 90 - -
Кассава 20 50 40 - -
* БМЭ: 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1976, т. 3, с. 18.
экономическим эффектом. Промышленные заводы для выращивания мик-робиального белка не требуют больших финансовых затрат и площадей земли. Они могут быть размещены на неплодородных землях в любых географических и климатических условиях планеты. Особые свойства одноклеточных организмов - высокая скорость размножения и чрезвычайно малые сроки удвоения белковой биомассы. Например, крупный рогатый скот удваивает белковую массу за 5 лет, свиньи -за 4 мес, цыплята - за 1 мес, высшие растения - за 1-4 нед, бактерии, дрожжи - за 1-8 ч**. Огромный дефицит белка в рационе человечества обусловливает острую необходимость масштабного индустриального производства и широкого использования белковых одноклеточных организмов как для производства продовольствия, так
** БМЭ: 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1976, т. 3, с. 19.
и в сельскохозяйственной практике в качестве обогатителей кормов и экологически безопасных удобрений для растений.
Эти перспективные и жизненно важные направления имеют огромные преимущества, а именно: рациональное и демографически целесообразное размещение производственных экологически безопасных предприятий на землях, непригодных для сельскохозяйственных целей; снижение токсичной нагрузки на среду обитания за счет исключения ядовитых пестицидов и вредных искусственных химических удобрений из технологических процессов и сырья; повышение гарантии безопасности белковой продукции за счет полного исключения чужеродных, токсичных химических веществ, искусственных гормонов роста, антибиотиков, средств ветеринарной медицины
и других вредных для здоровья человека веществ и соединений; отсутствие в белковой продукции патогенных
Таблица 2
Суточная потребность человека и аминокислотный состав ННБК «Александрина»
Аминокислота Суточная потребность, г Содержание в ННБК «Александрина», г/100 г порошка
Триптофан 1 1,7
Лейцин МзППОМ! 1 ми 4-6 3-4 6,3 4,5
и з олеицин Валин Треони н 3-4 2-3 6,4 3,1
1 ис\лп V \ п Лизин N/1 отм лими 3-5 2-4 11,0 1,1
Ме1 ион ин Фенилаланин Гм !—гм пмы 2-4 1 5-2 1,4 0 9
1 ис1 иди п Аргинин 1 1 М !—ГМ И 5-6 2-3 2,5 2,4
цис1 ин Тирозин Л п э ы м ы 3-4 3 3 1,7
Ал |ании Серин 3 11,3 11,3 3,1
Глутаминовая кислота 16 16,2
Аспарагиновая кислота П по п 1/11-1 6 5 5,6 2,9
п рол и П Гликокол 3 2,4
микроорганизмов, вызывающих опасные инфекционные заболевания и пищевые отравления у людей; белковое сырье не содержит балластных веществ, несъедобных частей и отходов; более высокое содержание полноценного белка, витаминов и минеральных элементов по сравнению с сырьем животного и растительного происхождения; оптимальное содержание в белке одноклеточных организмов, незаменимых и заменимых аминокислот; возможность повышения пищевой и биологической ценности белка и увеличения содержания в нем незаменимых аминокислот; высокая скорость размножения микроорганизмов и круглогодичная непрерывность биотехнологических процессов их выращивания в разных климатических, метеорологических и географических условиях независимо от времени года, температуры, влажности, степени солнечной радиации и других факторов, негативно влияющих на эффективность сельского хозяйства в процессе выращивания растений и животных; возможность широкого выбора и селекции более продуктивных видов и штаммов полезных микроорганизмов, а также эффективно утилизирующих питательные субстраты; способность микроорганизмов использовать для роста и размножения разнообразные легко воспроизводимые сырьевые ресурсы, а также пищевые отходы сельского хозяйства, перерабатывающей и фармацевтической
промышленности; меньшие затраты на оборудование для биотехнологических процессов по сравнению с расходами, необходимыми для сельскохозяйственной сферы; быстрая окупаемость затрат за счет круглогодичных биотехнологических процессов, их высокой эффективности, полной автоматизации и механизации; значительное снижение себестоимости полноценной белковой продукции за счет сокращения земельных, производственных, сырьевых, технических, трудовых, транспортных и других затрат; возможность точного планирования и производства необходимых объемов более дешевой и качественной белковой продукции.
Физиологические нормы потребления белка служат основой планирования его объемов производства. В СССР суточная норма белка в питании взрослого человека составляла 100 г, что соответствовало 16 г белкового азота при трате энергии в 2500 ккал***.
В настоящее время большая часть жителей нашей планеты Земля испытывает значительный дефицит животного белка в рационе ежедневного питания. Это негативно отражается на состоянии здоровья, вызывает повышенную утомляемость и хроническую усталость людей, а также ухудшение их работоспособности и других жизненно важных функций. Недостаточное потребление полноценного белка приводит к дефициту в организме человека аминокислот, которые необходимы для синтеза разнообразных белков.
Вырабатываемые с использованием новейшей нанобиотехнологии полифункциональные натуральные нанобио-корректоры (ННБК) позволяют эффективно и своевременно компенсировать дефицит пищевого белка и решить возникшие кризисные проблемы человечества, особенно в области экологии, питания и здоровья. ННБК хорошо изучены, широко испытаны и апробированы на организмах разного уровня организации. Их можно применять для оздоровления среды обитания, восстановления биологического разнообразия, в отраслях сельского хозяйства, пищевой, перерабатывающей и фармацевтической промышленности, медицине и других сферах народного хозяйства.
Например, ННБК «Александрина» -это смесь аминокислот, в том числе всех незаменимых (табл. 2). Их содер-
***БМЭ: 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1974, т. 1, с. 133.
жание составляет почти 82 % по отношению к общей массе этого нанобио-корректора. Помимо аминокислот в этом ННБК содержатся низкомолекулярные пептиды, витамины и минеральные вещества.
Масштабное и своевременное производство ННБК дает возможность: в полной мере компенсировать дефицит белка и незаменимых пищевых веществ в масштабах мирового сообщества; повысить защитные реакции людей от различных инфекционных заболеваний и неблагоприятных факторов внешней среды обитания; усилить генетическую память, адаптационные, иммуномодуляторные, регуляторные и репарационные процессы живых организмов; повысить питательную ценность и гарантию безопасности продовольственных и кормовых ресурсов; улучшить структуру питания людей, животных, растений и полезных микроорганизмов; обеспечить адекватное питание человечества в соответствии с ежедневными потребностями организма с учетом возраста, пола, состояния здоровья, условий профессиональной деятельности и среды обитания; оптимизировать ценовую доступность безопасной био- и пищевой продукции для всех слоев населения; сократить финансовые затраты из государственного бюджета за счет уменьшения импорта дорогостоящих биологически активных веществ и белковых продовольственных ресурсов; предотвратить и снизить загрязнение среды обитания и продовольственных организмов вредными и токсичными веществами и соединениями; стимулировать эффективное развитие всех отраслей аграрного сектора, пищевой, перерабатывающей, биотехнологической, фармацевтической промышленности и др.
Многолетние наукоемкие системные разработки, биологические, медицинские, клинические экспериментальные исследования и широкие практические испытания показали высокую эффективность и безопасность ННБК для организмов разного уровня организации, а также больных и здоровых людей разного возраста. Их широкое применение в настоящее время необходимо и целесообразно для решения кризисных экологических, биологических, продовольственных, медицинских и экономических проблем мирового сообщества. Новые полифункциональные ННБК экологически и биологически безопасны, высокоэффективны, доступны для всех слоев населения и чрезвычайно важны как средства эффективного действия и многоцелевого назначения.
