Мы потребляем белки с пищей, но в наш организм попадают не они, а аминокислоты, из которых протеины построены. Их этих аминокислот мы строим собственные протеины. А лишние аминокислоты (те, которые не были использованы для построения наших белков) перерабатываются на глюкозу или утилизируются иными способами. Если у нас и без того много глюкозы, та дополнительная глюкоза, которая производится из аминокислот (так же, как и все излишки глюкозы) перерабатываются в жиры, которые накапливаются в жировой ткани.
Белки (протеины) – это длинные цепочки аминокислот, которые закручены в сложные пространственные структуры. В белке важна как последовательность аминокислот, так и пространственная структура их цепочки.
В живых организмах часть протеинов выполняет функции структурных элементов, как, например, коллаген, который образует соединительные ткани, связки, сухожилия, входит в состав костей и кожи (на самом деле, это не один белок, а целая группа разных белков с разными свойствами, целых 28 разных типов коллагена).
Значительное количество белков является нано-машинами. Они выполняют определённые функции. Например, специальные протеины в мышцах обеспечивают сокращение мышц при получении клетками мышц соответствующих сигналов. Специальный белок гемоглобин транспортирует кислород к клеткам организма и забирает у них углекислый газ. Определённые протеины в мембранах клеток реагируют на гормональные и другие химические сигналы (являются рецепторами). Часть гормонов являются протеинами (а остальные – стероиды). Энзимы – это протеины, которые обеспечивают определённые биохимические реакции. Все эти нано-машины требуют энергии для своей работы, и они получают её от молекул АТФ.
Поскольку протеины – это "машины", допуск таких "машин" с другой "фабрики" на нашу, то есть, белков из других организмов в наш организм, может представлять опасность. А некоторые из них (например, некоторые протеины вирусов и бактерий) специально сконструированы, как "машины войны", оружие для нападения на наш организм. Именно поэтому мы не усваиваем протеины из пищи, а вместо этого, разбираем их на "запчасти" и усваиваем именно их, то есть, аминокислоты. А появление любого чужеродного белка в нашем организме воспринимается иммунной системой как сигнал тревоги. Впрочем, некоторые более простые протеины почти или полностью одинаковы во всех организмах одного биологического вида, или даже нескольких видов. Но даже такие белки всё равно разбираются на аминокислоты в процессе их потребления.
Аминокислоты – это органические молекулы, которые состоят из атомов углерода, водорода, азота и кислорода. Всего известно около 500 разных аминокислот. Кроме того, аминокислоты могут быть правосторонними (R), или левосторонними (S), как если бы одна была отражением другой в зеркале. И свойства одной и той же молекулы заметно отличаются у тех, которые R, от тех, которые S.
Для образования протеинов у всех живых существ на Земле используется только 22 аминокислоты. Из них 20 аминокислот закодированы в генетическом коде, и ещё две аминокислоты добавляются только к определённым белкам другим способом (не через генетическое кодирование). Одна из двух "некодированных" аминокислот присутствует лишь в белках некоторых бактерий, но не в наших белках.
Лишь одна аминокислота, используемая всеми формами жизни на Земле является правосторонней (R) – это цистеин. Все другие аминокислоты всех форм жизни – левосторонние (S).
Короткие цепочки аминокислот (до 10 в цепочке) называют пептидами. Пептиди могут иметь отдельную функцию, как самостоятельно, так и в составе протеина. Цепочки от 10 до 100 аминокислот обычно называют полипептидами, а длиннее, чем 100 аминокислот – протеинами. Иногда полипептидами называют любые протеины. Типовые белки (протеины) включают в себя от нескольких сотен до многих тысяч аминокислот. Самый длинный известный протеин содержит около 27 тысяч аминокислот.
Восемь из 20 "кодированных" аминокислот и одна "некодированная" аминокислота являются незаменимыми для людей. Мы можем получать их только с пищей. Ещё шесть аминокислот являются условно заменяемыми, то есть, мы их можем синтезировать из других аминокислот, но не всегда. При определённых нарушениях метаболизма эти аминокислоты не синтезируются, и единственным их источником становится пища. И шесть аминокислот являются заменяемыми, то есть, мы можем синтезировать их из других аминокислот.
Людям на вегетарианской, и особенно веганской, диете важно следить, чтобы все незаменимые аминокислоты присутствовали в пище в достаточном количестве. Нередко у определённых растений могут отсутствовать, или присутствовать в недостаточном количестве, одна-две, или даже четыре незаменимых аминокислоты, так что следует подбирать такие комбинации растений и злаков, которые обеспечат все незаменимые аминокислоты в достаточном количестве.
В проеинах животного происхождения все нужные нам аминокислоты присуствуют в пропорциях, близких к тем, которые нам нужны. Особенно близки эти пропорции в красном мясе. Мясо также содержит большинство нужных нам витаминов и минералов. Но мясо почти не содержит необходимых нам омега-3 (ALA, EPA, DHA) и совсем не содержит клетчатки.
В ходе своей работы, как структурные элементы, так и нано-машины, постепенно изнашиваются и требуют замены. Этот процесс замены происходит постоянно, для чего клетки синтезируют нужные им протеины.
Протеины закодированы в генетическом коде (геноме). Геном человека содержит от 20 до 22 тысяч генов (у разных людей по-разному). Кожний ген – це окремий код. Але він кодує не лише один протеїн, бо важливий не тільки сам код, а ще й спосіб його інтерпретації і застосування для цієї інтерпретації для синтезу білків. Тому загальна кількість білків, які закодовані у нашому генетичному коді, оцінюється від 800 тисяч до понад 2 мільйонів.
Для производства белков, клетка делает копию части генетического кода из молекулы ДНК в специальную молекулу РНК, которая называется мРНК. Эта молекула доставляется на "фабрику белков" – рибосому, которая производит нужный белок по предоставленной "технической документации" в виде мРНК,
Очевидно, что для создания конкретного белка, все нужные детали (аминокислоты) должны быть в наличии в достаточном количестве.
Источником аминокислот может быть не только пища, но и разбор повреждённых протеинов на запчасти, то есть, на аминокислоты. В трудные времена, когда пищи нет длительное время, , менее приоритетные протеины тела (например, мышцы) могут разбираться на аминокислоты для обновления наиболее приоритетных белков.
В организме может образовываться излишек аминокислот, если мы потребляем слишком много белков. Или может образовываться излишек только определённых аминокислот, если их доля, поступающая с пищей, превышает ту долю, которая нужна для синтеза наших белков. Излишние аминокислоты перерабатываются в глюкозу и используются как топливо, или перерабатываются в вещества. которые можно вывести из организма. При этом образуются вещества, часть из которые ядовита. Бывает даже такое состояние – белковое отравление. Оно наблюдается у людей, которые вынуждены питаться почти исключительно протеинами из-за незватки другой еды, либо потребляют слишком много белков по другим соображениям.