Біологічно-активні білки: їжа чи БАДи PDF

БІОЛОГІЧНО-АКТИВНІ БІЛКИ: ЇЖА ЧИ БАДи? Bioactive Proteins and Peptides as Functional Foods and Nutraceuticals / Ed. Yoshinori Mine, Eunice Li-Chan, and Bo Jiang Біологічно активні речовини (БАР) БАР (грец. bios — життя, + лат. аctivus — активний, тобто речовина, яка має біологічну активність)...

БІОЛОГІЧНО-АКТИВНІ БІЛКИ: ЇЖА ЧИ БАДи? Bioactive Proteins and Peptides as Functional Foods and Nutraceuticals / Ed. Yoshinori Mine, Eunice Li-Chan, and Bo Jiang Біологічно активні речовини (БАР) БАР (грец. bios — життя, + лат. аctivus — активний, тобто речовина, яка має біологічну активність) - це сполука, яка внаслідок своїх фізико-хімічних властивостей має певну специфічну активність і виконує або впливає, змінює каталітичну (ферменти, вітаміни, коферменти), енергетичну (вуглеводи, ліпіди), пластичну (вуглеводи, ліпіди, білки), регуляторну (гормони, пептиди) або іншу функцію в організмі. Біологічна дія — це біохімічні, фізіологічні, генетичні та інші зміни, що відбуваються у живих клітинах та організмі в результаті дії БАР. Біологічну активність мають алкоголь, отруйні речовини, що містяться у тютюновому димі та наркотичних речовинах. Отже, поряд із позитивним впливом на живий організм БАР можуть негативно впливати і залежно від ступеня токсичності зумовлювати несприятливі наслідки або неспецифічні реакції (зміни структури загальної захворюваності або пригнічення трудової здатності), а інколи і загибель організму. БАР поділяються на: ендогенні: хімічні елементи (кисень, водень, калій, фосфор та ін.), низькомолекулярні (глюкоза, АТФ, етанол, адреналін та ін.) і високомолекулярні (ДНК, РНК, білки). Вони входять до складу організму, беруть участь у обмінних процесах речовин і мають виражену біологічну (фізіологічну) активність. екзогенні: БАР, що надходять до організму різними шляхами. Головним джерелом надходження БАР в організм є: ліки, харчові та інші продукти (напр., перга). Окрім цього, багато БАР потрапляє в організм із навколишнього середовища з повітрям та питною водою.  У чому різниця між пептидами та білками? Умовно вважають, що пептиди мають у своєму складі до 100 амінокислот, пов'язаних між собою пептидними (амідними) зв'язками, а білки – понад 100 амінокислот або їхня молекулярна маса становить понад 6000 дальтон. У свою чергу, пептиди діляться на олігопептиди – до 10 амінокислот і поліпептиди – від 10 до 100 амінокислот. У живих клітинах пептиди синтезуються з амінокислот чи утворюються під час розпаду білків. Амінокислоти- пептид-протеїн Структурні рівні організації білків Функції білків Чому важливі біологічно активні білки? Зростаюча кількість наукових даних показало, що багато харчових білків та пептиди окрім харчової цінності проявляють ще і специфічну біологічну активність. Біологічно активні пептиди були знайдені в ферментативних білкових гідролізатах і кисломолочних продуктах, вони також можуть вивільнятися під час шлунково-кишкового перетравлення білків. Біологічно активні пептиди можуть допомогти зменшити світову епідемію хронічних захворювань, на які припадає 58 мільйонів передчасних смертей щороку. Функціональні білки та пептиди є важливою категорією в харчуванні. Проблеми при виробництві і споживанні БАБ великомасштабне виробництво; сумісність з різними харчовими продуктами; шлунково-кишкова стабільність; біодоступність та довгострокове збереження і безпека; сприйняття споживачами; необхідні дослідження споживчого сприйняття та законодавства. Протизапальні/антиоксидантні білки та пептиди Оки́слювальний (оксидати́вний) стрес — нездатність клітини подолати збільшення кількості активних форм кисню (АФК) та запобігти пошкодженню клітинних структур в результаті цього збільшення. Активні форми кисню - це тип вільних радикалів, які утворюються з кисню.  "Вільні радикали — це молекули, яким не Вільні радикали пощастило». У кожної молекули є електрони. Щоб молекула добре почувалася, їх має бути парна кількість. Коли молекула втрачає 1 електрон або ж має 1 зайвий — вона стає вільним радикалом. Щоб знайти джерело стабільності, вільний радикал «атакує» інші молекули (білки, ліпіди, ДНК) та «забирає» у них електрон. Зіпсована молекула або гине, або, своєю чергою, стає вільним радикалом і починає псувати інші молекули. Якщо це триває довго, то запускається процес, який називається оксидативним або окислювальним стресом. Багато природних біологічних процесів у нашому тілі, таких як дихання, перетравлення їжі, метаболізм алкоголю та ліків, перетворення жирів на енергію, супроводжуються утворенням вільних радикалів. Основним виробником вільних радикалів в організмі є кисень. Близько 2 % кисню, що вдихається, перетворюється на високореактивну форму кисню – вільний радикал. АФК можуть утворюватися у великих кількостях під час запалення: клітини вродженого імунітету виробляють і вивільняють АФК для знищення мікроорганізмів. Вільні радикали атакують біологічні молекули клітин, окислюють і, руйнуючи клітинні мембрани, руйнують клітини.  Вільні радикали, зазвичай, знищуються природною антиоксидантною системою нашого організму. Якщо ця система не справляється належним чином, вільні радикали можуть викликати ланцюгову реакцію окиснення. Ситуація посилюється стресами, неправильним харчуванням, курінням, агресивним ультрафіолетом, підвищеним радіоактивним фоном, які посилюють активність вільних радикалів. В результаті в організмі утворюється дуже багато вільних радикалів, а рівнозначного відновлення пошкоджених клітин не відбувається. На клітинному рівні розвиваються патологічні процеси. Окислювальний стрес може спричинити розвиток різних захворювань: Серцево-судинних (атеросклероз, гіпертонія, ішемічна хвороба серця, інфаркт міокарда, серцева недостатність, аритмія) Рак (пошкодження ДНК клітинами може призвести до мутацій, що є одним з факторів розвитку раку.) Неврологічні захворювання (хвороба Альцгеймера та Паркінсона) Раннє старіння Запальні захворювання (ревматоїдний артрит, остеоартрит, хвороба Крона, коліт, астма, псоріаз, ожиріння) Виявити підвищений рівень вільних радикалів у організмі може бути складно, оскільки безпосередні симптоми часто не є специфічними і можуть збігатися з іншими захворюваннями. Однак, існують певні ознаки та симптоми, які можуть вказувати на окислювальний стрес, спричинений надлишком вільних радикалів: Посилена втома без видимих причин Погане загоєння ран Проблеми зі шкірою (пігментні плями , зморшки, втрата еластичності шкіри) Погіршення когнітивних функцій (проблеми з пам'яттю або концентрацією ) Антиоксидантний захист від окислювального стресу Захист організму від окислювального стресу забезпечує власна природна антиоксидантна система, що складається з низько- та високомолекулярних сполук (ферменти-антиоксиданти), здатних вловлювати та нейтралізувати вільні радикали. Частину антиоксидантів людина отримує з їжею, що посилює наші антиокислювальні сили. На жаль, у харчуванні сучасної людини переважають технологічно оброблені продукти, позбавлені цінних природних властивостей. Тому важливо додатково приймати багаті на природні антиоксиданти продукти.  Антиоксиданти (антиокислювачі) — це загальний термін для будь-якої сполуки, яка може протидіяти Що таке антиоксиданти? вільним радикалам. Антиоксидант діє як природний вимикач для вільних радикалів: він віддає свій електрон вільному радикалу (при цьому сам антиоксидант не стає шкідливими), після чого радикал перетворюється в стабільний елемент, якому вже не потрібно красти електрони. Це допомагає перервати ланцюгову реакцію, яка може вплинути на інші молекули в клітині. Антиоксиданти завдяки своїй хімічній структурі можуть легко віддавати електрони, не стаючи високореактивними вільними радикалами. Наприклад, вони можуть мати спеціальні групи хімічних елементів (наприклад, фенольні групи у вітаміні Е), які можуть стабільно існувати як у відновленій (з електроном), так і в окисленій (без електрона) формах.  До антиоксидантів належать: 1. Ферменти— супероксиддисмутази (СОД), каталаза, пероксидаза, глутатіон-редуктаза (стоять на першій лінії захисту організму від шкідливої дії вільних радикалів). Супероксиддисмутаза (СОД) металофермент, має три форми, що містять різні іони металів зі змінною валентністю: ▪- СОД, що містить магній, знаходиться у мітохондріях: ▪- СОД, що містить мідь – у цитозолі: ▪- СОД, що містить цинк - у ендотелії. Цей фермент каталізує реакцію інактивації супероксидного аніон радикала. У разі збільшення кількості супероксидного радикала відбувається індукція синтезу молекул СОД. Каталаза гемовмісний фермент, що знаходиться переважно в пероксисомах клітин печінки (найбільша активність), нирок, еритроцитів. Цей фермент перешкоджає накопиченню перекису водню: 2Н2О2→ 2 Н2О + О2. Каталазу відносять до ферментів з найбільшою активністю – вона здатна розщепити 44 000 молекул H2O2 за секунду. Активність каталази може бути знижена при дефіциті вітамінів (тіаміну, рибофлавіну, пантотенової кислоти, біотину, фолієвої кислоти тощо), надлишку деяких амінокислот (метіоніну, тирозину, цистеїну) та мінералів (міді, цинку). Ферментативна пара СОД та каталаза дуже потужна і практично повністю виключає можливість вільно-радикальних реакцій, але дія різноманітних факторів внутрішнього та навколишнього середовища можуть знижувати їх ферментативну активність. Саме тому дія цих ферментів АОС не гарантує 100% захист клітин від вільних радикалів. Глутатіонпероксидаза фермент, що містить селен і для своєї роботи потребує наявності глутатіону (GSH). Фермент використовує глутатіон для відновлення перекису водню (H2O2) та ліпідних гідроперекисів (LOOH) до нейтральних малотоксичних сполук: H2O2 + 2GSH → GS-SG + 2H2O; LOOH + 2GSH → GS-SG + LOH + H2O. Далі окиснена форма глутатіону (GS-SG) відновлюється за допомогою глутатіонредуктази: GS-SG + НАДФН → 2GSH + НАДФ+. Робота глутатіонпероксидази може бути пригнічена в разі дефіциту селену. Цей мікроелемент переважно накопичуєтся у злакових культурах. У разі вирощування рослин на ґрунтах з низьким вмістом цього елемента (наприклад, у деяких регіонах України, Фінляндії, Китаю, Нової Зеландії) надходження в організм людини селену зменшується, що може мати негативні наслідки для роботи АОС та стану здоров’я людини взагалі. Дефіцит селену в організмі призводить до розвитку м’язової дистрофії, кардіоміопатії, підвищує ризик розвитку інфаркту міокарда тощо. Відомо, що в еритроцитах у разі високої швидкості утворення H2O2 переважає активність глутатіонпероксидази, а при низькій швидкості утворення – каталази. 2. Макромолекулярні неферментні сполуки – це білки, що беруть участь у транспорті та зв’язуванні іонів металів зі змінною валентністю: заліза, міді, селену, кобальту (трансферин, феритин, церулоплазмін, гаптоглобін, транскобаламін). Церулоплазмін - мідь-вмісний білок крові, має супероксид-дисмутазну активність і, таким чином, захищає ліпіди мембран від окиснення. Важливою функцією церулоплазміну є знешкодження вільних радикалів, що утворюються та вивільняються у кров макрофагами під час фагоцитозу. Крім того, цей білок інактивує вільні радикали, які утворюються у місцях запалення. макромолекулярні неферментативні компоненти: білок — переносник заліза (трансферин) та інші білки сироватки крові, здатні зв’язувати іони заліза (гаптоглобін, гемопексин); Церулоплазмін Цитохром С Опосередкована антиоксидантна дія цитохрому пов’язана з транспортом міді від печінки до тканин. Активність супероксиддисмутази залежить від наявності саме цього мікроелемента. 3. Низькомолекулярні неферментні сполуки Поділяють на дві групи: 1. Жиророзчинні, які ще називають «істинними» (інактивують вільні радикали): токофероли, вітаміни А, каротиноїди, убіхінон, флавоноїди, стероїдні гормони та ін. 2. Водорозчинні, які належать до допоміжних антиоксидантів (у тому числі відновлюють «істинні» антиоксиданти). Окрім нейтралізації нестабільних молекул, на що ще впливають антиоксиданти: Покращення стану шкіри: захист від шкоди ультрафіолетового випромінювання, зменшення ознак старіння (зморшки, пігментація), підтримка еластичності та здорового кольору шкіри. Захист та підтримка зору: захист від окислювального стресу, запобігання та уповільнення розвитку вікових змін в очах (катаракта, макулярна дегенерація). Особливо корисні антиоксиданти для очей. Підтримка імунної системи: зміцнення імунної відповіді шляхом захисту імунних клітин від окислювальних пошкоджень. Зменшення запальних процесів: антиоксиданти можуть допомагати контролювати запалення в організмі (артрит, серцеві захворювання та деякі види раку). Підтримка серцево-судинної системи: Антиоксиданти сприяють поліпшенню здоров'я серцево-судинної системи, захищаючи кровоносні судини від окислювальних пошкоджень та запобігаючи накопиченню бляшок у артеріях (атеросклерозу). Вони також можуть покращувати кровообіг та знижувати кров'яний тиск. Найпопулярніші антиоксиданти Вітамін C (аскорбінова кислота) - потужний природний антиоксидант, який також сприяє виробництву колагену, покращує здоров'я шкіри та покращує загоєнню ран. Вітамін E (токоферол) - є одним з найважливіших ліпофільних антиоксидантів у людському організмі. Він особливо корисний для здоров'я шкіри та волосся. Бета-каротин - попередник вітаміну A, бета-каротин має антиоксидантні властивості та сприяє здоров'ю очей та імунної системи. Селен - мінерал, який відіграє ключову роль в антиоксидантних захисних системах організму. Він допомагає запобігти окисленню клітинних компонентів. Цинк - є важливим для підтримки імунної системи та має антиоксидантні властивості, які допомагають захищати клітини від пошкодження. Коензим Q10 - цей антиоксидант важливий для виробництва енергії в клітинах та захищає клітини від окисного пошкодження. Куркумін - активний компонент куркуми, відомий своїми протизапальними та антиоксидантними властивостями. Флавоноїди - рослинні сполуки, що знаходяться у фруктах, овочах, біологічно активних добавках. Фактори, які впливають на рівень антиоксидантів Харчування - один з основних способів отримання антиоксидантів. Спосіб життя - паління, надмірне вживання алкоголю та вплив забрудненого середовища можуть збільшувати кількість вільних радикалів у тілі, що, у свою чергу, підвищує потребу в антиоксидантах. Вік. З віком природна здатність організму виробляти деякі антиоксиданти може знижуватися. Стан здоров'я. Деякі хвороби, такі як запалення або хронічні захворювання, можуть збільшувати потребу в антиоксидантах.  Останні досягнення в дослідженні пептидів призвели до накопичення все більшої кількості доказів того, що багато ендогенних пептидів мають біологічну функцію стабілізувати радикали. Розробляють антиоксидантні пептиди та пептидні суміші шляхом ферментативного або мікробного гідролізу звичайних харчових білків або за допомогою хімічного синтезу. Було показано, що сполуки, отримані з харчових продуктів, такі як куркумін та флавоноїди, а також біофеноли оливкової олії регулюють внутрішньоклітинний синтез GSH та підвищують активність антиоксидантних ферментів. Аналогічно, виділено пептиди, які індукують синтез ендогенних антиоксидантів, таких як глутатіон.  Показано, що ферментативно розщеплені соєві запасні білки β - конгліцинін та гліцинін мали у три- п'ять разів вищу активність поглинання радикалів порівняно з негідролізованими білками. Під час гідролізу відбувається «розкриття» структури білка, «оголюються» амінокислоти, які раніше були "заховані" у вихідному білку. Такі амінокислоти, як His, Tyr, Trp, Met і Lys мають відому потужну антиоксидантну активність, і оголення цих амінокислотн в пептидах збільшує потенціал гасіння оксидантів. Зміна ферменту, температури та умов підготовки зразків під час виробництва пептидів може впливати на подальший антиоксидантний потенціал пептидів. Показано, що гідролізати соєвого білка, отримані з використанням різних ферментів, мали різний ступінь гідролізу (1,7 - 20,6%) та антиоксидантну активність (28 - 65%) Соєвий біб практично на 50% складається з білка, може містити до 25% жиру та 1% лецитину. Також наявні в соєвих бобах амінокислоти роблять цю культуру поживною і популярною. Glycine max Також антиоксидантні властивості виявлені у ферментативних гідролізатах білків з зародків пшениці, альфа- і бета- лактоглобуліну. Антиоксидантні білки та пептиди також були ідентифіковані в яйцях, картоплі та желатині. Білки та пептиди з антиоксидантними властивостями можуть бути отримані з різних харчових джерел включаючи яйця, молоко та рослини. Пептиди яєчного жовтка  Фосвітин. Фосфопептиди курячого жовтка Фосвітин - білок, багатий на фосфор і містить залізо. Фосвітин (Gal d фосвітин) має молекулярну масу 35 кДа і дуже унікальний амінокислотний склад, що складається приблизно на 50% із залишків серину і відповідає за унікальні функціональні та поживні властивості. Дуже високий вміст фосфору: фосвітин містить 80% всього білковозв'язаного фосфору в яєчному жовтку. В яєчному жовтку він є основним переносником металів. Зокрема, підраховано, що понад 90 % заліза, присутнього в яйці, зв'язано з фосвітином у жовтку. Завдяки цій властивості фосвітин проявляє антибактеріальну та антиоксидантну активність Фосвітин становить трохи більше 5% сухої речовини яєчного жовтка і 11% його білків.  Крім білків і жирів, до складу жовтка входять полісахариди: маноза, галактоза і глікоген. Маноза зв’язана з вітеліном (ліпопротеїн високої щільності, є основним компонентом яєчного жовтка всіх яйценосних хребетних і безхребетних) і ліветином (альбумін птахів) , галактоза — з лецитином (фосфоліпід, бере участь в утворенні мембран клітин), і церебразидами (гліколіпіди, виявлені у мембранах нервових клітин). Жовток свіжознесеного яйця містить глікоген. Білки молока Сироваткові білки, такі як β-лактоглобулін, сироватковий альбумін та лактоферин містять високий рівень цистеїну та глутамілцистеїну, які є попередниками для синтезу глутатіону. β-лактоглобулін – один із компонентів молока, який разом із α-лактальбуміном становить близько 75% сироваткового білка. Він відіграє дуже важливу роль у харчуванні людини. Це джерело амінокислот, включаючи незамінні амінокислоти, які людський організм не може виробляти самостійно, але є необхідні для правильного функціонування та розвитку організму. β-лактоглобулін має багато біологічних властивостей. Він пов’язує ретинол (необхідний для зору) та вітамін D, підвищуючи їхню концентрацію в організмі, регулює рівень “хорошого” та “поганого” холестерину. Він а також має доведену антиоксидантну та протиракову активність. β-Лактоглобулін є термочутливим білком: після 15-20 хвилин кип’ятіння в молоці не виявляється. Це дозволяє деяким людям з алергією на білок вживати молоко після відповідної термічної обробки. Лактоферин Лактоферин - багатофункціональний білок сімейства трансферинів (носій мікроелементів, таких як залізо, мідь і цинк), який міститься в молоці, і особливо багато його в молозиві - першому молоці, яке виробляється відразу після народження дитини. Завдяки своїм імуностимулюючим та протимікробним властивостям лактоферин забезпечує харчування та захист новонароджених від інфекцій. Також цей білок присутній в екзокринних секретах, зокрема в плазмі крові та лейкоцитах, у помірних кількостях у всіх рідинах організму і є частиною вродженої імунної системи. За допомогою сучасних технологій фільтрації лактоферин виділяють з коров'ячого молока та виробляють як харчову добавку, що називається бичачий (коров'ячий) лактоферин. Лактоферин складається з 700 амінокислот; бичачий лактоферин відрізняється від лактоферину людини лише двома амінокислотами.  Лактоферин має здатність зв'язувати залізо (феритин). Спочатку дослідники вважали, що лактоферин відіграє значну роль у засвоєнні заліза новонародженими. Однак пізніше було виявлено, що він ніяк не регулює цей процес. Натомість, у випадку низького рівня заліза в крові, лактоферин посилює його засвоєння, тим самим підвищуючи концентрацію. Якщо в організмі є інфекція чи запалення, лактоферин їх блокує. Залізо є «паливом» для інфекцій та стимулює ріст багатьох інфекційних організмів. При запаленні залізо може утворювати вільні радикали, які здатні пошкодити тканини організму. Лактоферин може зв'язувати атоми заліза, що перешкоджає розвитку інфекцій та запалень. Лактоферин має протимікробні властивості Лактоферин має ознаки протимікробної дії проти багатьох хвороботворних вірусів, одноклітинних, грибків та бактерій. Зокрема, лактоферин перешкоджає проникненню вірусів у клітини, блокуючи їхню здатність приєднуватися до клітинних рецепторів, що знаходяться на поверхні клітин- хазяїв. Лактоферин також може пригнічувати реплікацію вірусу вже після того, як він інфікував клітину. Ця дія дуже важлива, особливо на ранній стадії вірусної інфекції. Лактоферин є також потужним стимулятором розмноження корисних бактерій (пробіотиків). Запобігаючи розмноженню шкідливих бактерій і сприяючи зростанню корисних біфідобактерій, лактоферин сприяє розвитку здорового мікробіому. Функції лактоферину Регулювання метаболізму заліза Посилення імунної функції Антибактеріальні, протигрибкові та противірусні властивості Сприяння функціонуванню здорової мікрофлори кишківника Антиоксидантна дія Рослинні білки/фітотерапія Глікопротеїн Gardenia jasminoides Глікопротеїн Gardenia jasminoides Ellis традиційно використовується як харчова добавка та фітопрепарат. Глікопротеїн, виділений з плодів GJ є ефективним поглиначем кисневих радикалів: підвищує активність СОД, катлази та глутатіон-пероксилази.