Обмежувальне живлення реагентами білками - ChemPRIME

Від ChemPRIME

Зміст

Вегетаріанські дієти

Хоча вегетаріанська дієта має багато переваг для здоров’я та навколишнього середовища, деякі люди переживають, що, якщо виключити м’ясо, вони будуть отримувати недостатньо білка у своєму раціоні. Але щоб отримати 1 фунт білка у вигляді яловичини або телятини, ми повинні годувати тварину 21 фунтом рослинного білка (не кажучи вже про галони води). Можливо, кількість втраченого таким чином для людини білка дорівнює 90% річного дефіциту білка у світі. У сучасних США практично неможливо страждати від білкового недоїдання, незалежно від того, якою є наша дієта (ми, як правило, їмо величезний надлишок білка), але в деяких слаборозвинених країнах певні вегетаріанські дієти можуть не забезпечувати достатньо білка, хоча вони забезпечують достатню кількість калорій, і такі захворювання, як квашиоркор, є загальними. Існують тваринні дані про збільшення захворюваності, коли поодинокі амінокислоти мають дефіцит [1] .

білками

Обмежувальні реактиви в біосинтезі білка

Дієтологи звертаються до хіміків, щоб пояснити дефіцит білка з точки зору амінокислотного складу продуктів і "обмежуючих реагентів". Коли витрачається обмежуючий реагент, інші реагенти, якими б їх рясними не було, не мають з чим реагувати, тому реакція припиняється, а залишки реагентів витрачаються даремно.

Людські білки - це складні полімери ("поліпептиди"), що утворюються шляхом об'єднання приблизно 8 незамінних амінокислот, які наше тіло не може синтезувати (та інших 12, які наше тіло синтезує), зокрема, порядків, що визначають активність білка (який може бути ферментом, структурний компонент тіла або виконує багато інших функцій). Тут показані молекулярні структури двох незамінних амінокислот - лізину та триптофану.

До амінокислот приєднується дуже проста реакція "конденсації", коли дві молекули приєднуються, усуваючи воду, як показано на малюнку нижче. Частина молекули, позначена як "R", означає змінну частину молекули, яка відрізняє різні амінокислоти; решта молекули є спільною для всіх амінокислот.

Цей процес може продовжуватися з додаванням різних амінокислот до будь-якого кінця білкового ланцюга. HN амінокислоти додає до кінця C-OH білка, усуваючи воду (H-OH) і утворюючи зв'язок CN, де вода була елімінована (або кінець C-OH амінокислоти додає NH-кінець білка). Цей процес триває до тих пір, поки білок не містить сотні різних амінокислот.

Приклад 1

Покажіть два шляхи поєднання однієї молекули лізину та однієї молекули триптофану за допомогою пептидного зв’язку.

Рішення На малюнку, що демонструє утворення пептидного зв’язку, ми бачимо, що дві амінокислоти відрізняються лише тим, що мають різні групи «R». Група "R" лізину являє собою -CH2CH2CH2NH2, а група триптофану - CH2C8H6N (із сплавленими кільцями атомів 5 і 6). Завжди кінцева кислота (-COOH) та альфа-амінокислота (-NH2 на сусідньому атомі вуглецю) реагують на утворення пептидного зв’язку. Якщо замінити "R" на лівій амінокислоті на -CH2CH2CH2NH2, він стає лізином. Замінюючи "R" на правій амінокислоті на -CH2C8H6N, ми отримуємо триптофан, а амінна (-NH2) група триптофану зв'язується з кислотною групою (-COOH) лізину. Якщо ми переключимо групи "R", то амінна група лізину праворуч зв’яжеться з кислотною групою триптофану зліва, щоб утворити інший дипептид.

Ми можемо зрозуміти, чому вегетаріанська дієта з великою кількістю калорій може спричинити гіпотрофію білка, уявивши прості рослинні білки, що містять лише дві амінокислоти - лізин (скорочено LYS) та триптофан (ГТО), які людина вживає і їх потрібно використовувати для виготовлення білок людини. Цей приклад дуже спрощений для демонстрації принципу; власне синтез людського білка з рослинного набагато складніший.

Приклад 2

Бобова їжа забезпечує 100,0 г і 100,0 г триптофану, але людський поліпептид вимагає рівної кількості кожного. Що є обмежуючим реагентом?

Рішення Збалансоване рівняння


говорить нам, що згідно з атомною теорією, 1 моль LYS необхідний на кожен моль TRP, щоб отримати поліпептид з довгим ланцюгом з великою кількістю "n" повторюваних одиниць LYS-TRP:

. Тобто стехіометричне відношення S (LYS/TRP) = 1 моль LYS/1 моль TRP. Давайте подивимося, скільки родимок кожного з нас насправді є в бобових продуктах. Перевіряючи молекулярну структуру, ми бачимо, що LYS являє собою C6H14N2O2 і має молярну масу M = 146,19 г моль -1, аналогічно TRP є C11H12N2O2, має M = 204,23 г моль -1 .

Коли реакція закінчиться, 0,4896 моль TRP вступить в реакцію з 0,4896 моль LYS, і буде


(0,6840 - 0,4896) моль LYS = 0,195 моль LYS


залишився. ГТО, отже, є граничним реагентом, і 0,1273 моль (близько 19 г або 20% від загальної кількості) повністю витрачається.