Главная страница
Навигация по странице:

Нутрієнтна (нутріційна) Біохімія (Nutritional Biochemistry) Нутрієнтна біохімія



Скачать 1.72 Mb.
Название Нутрієнтна (нутріційна) Біохімія (Nutritional Biochemistry) Нутрієнтна біохімія
Анкор 1_Lecture_NB (1).doc
Дата 11.12.2017
Размер 1.72 Mb.
Формат файла doc
Имя файла 1_Lecture_NB (1).doc
Тип Документы
#11796
страница 1 из 5
  1   2   3   4   5

Нутрієнтна (нутріційна) Біохімія

(Nutritional Biochemistry)

Нутрієнтна біохімія – наука, що об’єднує знання про нутрієнти та інші компоненти харчування в аспекті їх функціонального впливу на нормальний метаболізм організму тварин та людини. Нутрієнтна біохімія є наукою, що грунтується на фундаментальних знаннях, концепціях та методологіях пов’язаних з хімічними властивостями нутрієнтів та інших компонентів харчування у зв’язку з їхніми біохімічними, метаболічними, фізіологічними та епігенетичними функціями. Особлива наукова увага в нутрієнтній біохімії сконцентрована на науково обгрунтованому визначенні оптимального споживання для кожного нутрієнта та компонента харчування протягом життєвого циклу організму.

Нутрієнтна біохімія – інтегрована галузь біохімічної науки, яка базується на знаннях біологічних, хімічних та фізіологічних наук, але виокремлюється у своєму практичному значенні щодо застосування цих знань у розумінні інтерактивної взаємодії між дієтою, здоров’ям та схильністю до розвитку патологічних процесів на молекулярному рівні. Зокрема нутрієнтна біохімія використовує аналітичну методологію, що дозволяє виділяти у високоочищеному стані окремі нутрієнти, встановлювати їх структуру, так само як і використовувати класичні біохімічні підходи для встановлення метаболічних шляхів та визначенні ролі окремих компонентів харчування в процесах регуляції метаболізму та генної експресії. Водночас, встановлення генетично детермінованих вроджених порушень метаболізму зробило вагомий внесок в нутрієнтну біохімію, забезпечивши молекулярними основами взаємозв’язку нутрієнтів, метаболізму і генотипу, а також їх взаємодії у нормі та при патології.

Знання, отримані за допомогою наукових підходів нутрієнтної біохімії формують основу для нутрієнтно обгрунтованих заходів у системі охорони здоров’я. В основі багатьох розповсюджених хвороб та порушень, які торкаються населення як розвинених країн, так і країн, що розвиваються, є порушення нутрієнтного статусу організму, викликаного нестачею одних специфічних нутрієнтів чи надлишком інших. Недостатнє надходження нутрієнтів призводить до анемії, гіповітамінозів, та інших станів, які самі по собі не впливають на загальну захворюваність і смертність, але створюють умови для розвитку синдрома маладаптації, який передує розвиткові захворюванню. Недостатнє забезпечення організму мінорними есенціальними біологічно активними компонентами харчування, є однією з причин зниження неспецифічної резистентності до несприятливих факторів оточуючого середовища, формуванню імунодефічитних станів та порушення функцій антиоксидантного захисту.

Неадкватні дієти чи звички у харчуванні пов’язані зі зростанням ризику захворюваності і смертності, включаючи вроджені вади розвитку, діабет, серцево-судинні захворювання, ожиріння та онкологічні захворювання. Специфічні нутрієнти, компоненти харчування чи метаболіти поодиноко або у комбінації можуть збільшувати ризик захворювання або, навпаки, проявляти протективні властивості. Окрім цього, взаємозв’язок компонентів дієти та захворювань у значній мірі залежать від генетичних варіацій, таких як однонуклеотидний поліморфізм, поширений у всіх людських популяціях. Науково обгрунтовані дієтні терапії та стратегії для зниження частоти появи випадків нутрієнтно пов᾽язаних захворювань мають успішну історію у покрашенні якості життя. До таких стратегій відоситься:

  • насичення зернових продуктів фолієвою кислотою для зниження випадків поширених вроджених дефектів (spinabifida);

  • йодування харчової солі для попередження кретинізму – хвороби розвитку, пов’язаної зі значними неврологічним та когнітивним дефіцитом у дітей;

  • популяризація дієт з низьким рівнем холестеролу для попередження та контролювання серцево-судинних захворювань.

На сучасному етапі наукові дослідження в нутрієнтній біохімії сконцентровані на декількох напрямках, основними з яких є нутрієнтна геноміка та метаболоміка. Нутрієнтна геноміка, яка вивчає геном-нутрієнтні взаємодії, включає вивчення:

  • ролі нутрієнтів та компонентів харчування в процесах регуляції структури експресії та стабільності геному;

  • впливу генетичних варіацій на індивідуальні нутрієнтні потреби.

Нутрієнтна метаболоміка, яка досліджує спеціалізовані метаболічні шляхи та мережі, включає вивчення:

  • регуляції метаболічних шляхів та мереж нутрієнтами та іншими компонентами харчування;

  • розробки аналітичних методів дослідження профілю метаболітів біологічних рідин (сироватки, сечі тощо) для встановлення нутрієнтного дисбалансу та ризику виникнення захворювання.

Вважається, що знання, отримані з використанням цих підходів, забезпечать можливостями оптимізувати індивідуальні нутрієнтні потреби відповідно до генетичного та метаболічного профілю, що сприятиме здоровому стану протягом усього життя. Водночас, практична інформація, отримана за допомогою цих технологій, сприятиме:

  • вдосконаленню чи покращенню харчування шляхом спрямованого застосуваня традиційних чи нових видів харчування;

  • хіміко-технологічного збагачення продуктів харчування специфічними нутрієнтами;

  • спрямоване генетичне моделювання сільськогосподарських сортів та порід для вищого та якісного виходу окремих нутрієнтів.

Ключові аспекти, які визначають нутрієнтну біохімію:

  • Структура та функції нутрієнтів та інших компонентів харчування.

  • Хімічна структура та метаболічні функції незамінних (есенційних) та замінних нутрієнтів.

  • Біохімічні основи нутрієнтних потреб.

  • Механізми абсорбції і транспорту нутрієнтів.

  • Інтеграція, координація та регуляція мікро- та макронутрієнтного метаболізму.

  • Регуляція нутрієнтного метаболізму та нутрієнтних потреб гормонами та ростовими факторами.

  • Взаємодія нутрієнтів з геномом; нутрієнтний контроль генної експресії та стабільності ДНК.

  • Біоактивні компоненти дієт (функціоналне харчування) – нетрадиційна роль нутрієнтів.

  • Харчування, дієти та добавки.

  • Харчові джерела нутрієнтів та фактори, які визначають нутрієнту біосумісність.

  • Вплив процесів приготування та зберігання продуктів харчування на вміст нутрієнтів та їх біосумісність.

  • Нутрієнтна токсикологія – верхні межі споживання; взаємодії нутрієнт – нутрієнтн та нутрієнт – лікарські препарати/хімічні препарати.

  • Добові норми споживання нутрієнтів та нутрієнтна піраміда (піраміда харчування).

  • Нутрієнтні добавки – ризики/переваги, період життя, біосумісність.

  • Молекулярні маркери нутрієнтного споживання – gene arrays та аналітичні чіпи.

  • Нутрієнтний статус і патологічні стани.

  • Вплив патологічного стану (захворювання) на функціонування нутрієнтів та їх потреба.

  • Генетичні основи метаболічних хвороб.


Загальна характеристика нутрієнтів
Нутрієнти – це біоорганічні компоненти харчування, які надходять в організм з їжею, а також продукуються бактеріями у кишечнику, які організм використовує для своєї нормальної життєдіяльності. Ширше визначення включає поняття компонентів, які утилізуються прямо для:

  • утворення енергії (етанол, органічні кислоти);

  • оптимального проходження метаболізму (вітаміни, коферменти);

  • побудови структур організму (амінокислоти, холестерол);

  • виконання специфічних клітинних функцій (бром в оксидативному вибуху еозинофілів).

На основі кількісних потреб організму в нутрієнтах їх поділяють на:

  • макронутрієнти – складають основну частину дієти і забезпечують організм джерелами енергії та пластичними субстратами для росту, підтримки життєдіяльності та активності; сюди належать вуглеводи, білки, ліпіди, макроелементи і вода.

  • мікронутрієнти – компоненти дієти, які організм потребує у мінімальних кількостях, але відсутність яких зумовлює розвиток критичних порушень метаболізму; сюди належать:

  • вітаміни;

  • вітаміноподібні речовини;

  • мікроелементи;

  • мікронутрієнти білкової природи (амінокислоти, пепетиди);

  • мікронутрієнти ліпідної природи (ω-3 поліненасичені жирні кислоти, холін, γ-лінолева кислота, фосфоліпіди та ліпотропні речовини, фітостерини);

  • мікронутрієнти вуглеводної природи (харчові волокна, незасвоювані олігосахариди (пребіотики), полісахаридні ад᾽юванти);

  • органічні кислоти (оцтова, лимонна, молочна, малеїнова, таурин);

  • живі кишкові мікроорганізми (пробіотики);

  • харчові ферменти рослинного походження;

  • парафармацевтики (глікозиди, алкалоїди, індоли та ізотіоционати, органічні полісульфіди, фітоестрогени, сапоніни, фітостерини, терпени).

Нутрієнти вважаються есенціальними для організмів з короткою тривалістю життя, якщо їх нестача перешкоджає організму завершити життєвий цикл, і які прямо залучені у функціонування організму. Це визначення у повній мірі стосується організму людини, оскільки більш ніж половина тривалості здорового людського життя, припадає на період після досягнення репродуктивного віку. В цьому аспекті профілактика серцево-судинних захворювань, раку, деменції спрямована саме на продовження цього періоду життя, а значення особистісного споживання певних харчових продуктів з метою продовження тривалості життя набуває все більшої актуальності.
Есенціальні нутрієнти

Серед нутрієнтів лише 26 є абсолютно есенціальними, оскільки вони не можуть бути утворені з попередників. Попередники можуть забезпечувати малий відсоток потреб у воді (окислення макронутрієнтів) та ніацину (метаболізм триптофану), але більшість повинна надходити ззовні.

Деякі нутрієнти есенціальні лише для людей і можливо для деяких інших видів. Наприклад, більшість ссавців можуть синтезувати аскорбінову кислоту з глюкози і утворювати добові кількості еквівалентні декільком грамам на 70 кг ваги тіла. Люди, як і інші примати, втратили здатність синтезувати вітамін С з L-гулонової кислоти, оскільки їх ген L-гулонолактон оксидази (КФ 1.1.3.8) зник внаслідок мутацій.



До інших нутрієнтів, які не можуть бути синтезовані людським організмом взагалі, належать дев’ять амінокислот, омега-3 та омега-6 жирні кислоти, одинадцять вітамінів та queuine. Queuine включається у специфічні ділянки тРНК, які забезпечують стабільність та функціонування колоноцитів.



Вітамін D не міститься у переліку есенціальних нутрієнтів, оскільки синтезується в організмі з попередника і людина може жити без його додаткового споживання. В цьому аспекті ультрафіолетове опромінення шкіри, необхідне для утворення вітаміну D, виявляється ессенціальним.

При певних умовах, особливо в дитячому віці та у старших людей, які живуть на високих широтах та часто перебувають в приміщеннях дієтичне споживання стає важливим для оптимального здоров’я. Наприклад, аргінін стає есенціальним нутрієнтом при неадекватному споживанні вітамінів В6 та РР.

Слід зауважити, що багато есенціальних нутрієнтів можуть виявитися шкідливими при надлишковому споживанні. Саме тому важливим є встановлення оптимальних потреб споживання оскільки дуже багато може виявитися більш проблематичним ніж дуже мало.




Нутрієнт

Метаболічна роль

1.

Вода

водне середовище, протони, гідроксид-іони

2.

Сахариди

утворення енергії, синтез органічних сполук

3.

Лейцин

синтез білка, синтез β-лейцину

4.

Валін

синтез білка

5.

Ізолейцин

синтез білка

6.

Лізин

синтез білка

7.

Триптофан

синтез білка, ніацину, серотоніну, мелатоніну

8.

Фенілаланін

синтез білка, тирозину, адреналіну, дофаміну, норадреналіну, пігментний синтез

9.

Метіонін

синтез білка, цистеїну, донор метильних груп

10.

Треонін

синтез білка, гліцину

11.

Гістидин

синтез білка, гістаміну

12.

Омега-3 жирні кислоти

синтез ейкозаноїдів

13.

Омега-6 жирні кислоти

синтез ейкозаноїдів

14.

Вітамін А

регулятор активності генів

15.

Вітамін Е

антиоксидант

16.

Аскорбінова кислота

антиоксидант, кофактор

17.

Рибофлавін

кофактор багатьох ферментів

18.

Ніацин (вітамін РР)

кофактор декілька сотень ферментів

19.

Пантотенова кислота

кофактор багатьох ферментів

20.

Фолієва кислота

кофактор багатьох ферментів

21.

Піридоксин (вітамін В6)

кофактор декілька сотень ферментів

22.

Вітамін К

кофактор одного фермента, що модифікує 14 білків

23.

Тіамін

кофактор 5 ферментів, нейрональна дія

24.

Біотин

кофактор 4 ферментів, додаткові властивості

25.

Вітамін В12

кофактор 5 ферментів

26.

queuine

стабілізує специфічні тРНК в клітинах прямої кишки

27.

Натрій

осмоліт, кофактор, котранспортер

28.

Калій

месенджер, кофактор

29.

Хлор

осмоліт, котранспортер, у травленні, імунний захист

30.

Залізо

кофактор багатьох ферментів і білків

31.

Цинк

кофактор багатьох ферментів

32.

Мідь

кофактор багатьох ферментів та білків

33.

Манган

кофактор багатьох ферментів

34.

Йод

компонент тиреоїдних гормонів

35.

Селен

кофактор 13 ферментів та білків

36.

Молібден

кофактор 4 ферментів, додаткові властивості

37.

Хром

хромодулін, взаємодія з ДНК

38.

Кобальт

компонент вітаміну В12, метіонін амінопептидази

39.

Бром

галогенуючий оксидант еозинофілів

40.

Бор

невідомо

41

Кремній

невідомо

42.

Миш’як

невідомо

43.

Ванадій

невідомо

44.

Нікель

невідомо

45.

Олово

невідомо

46.

Рубідій

невідомо

47.

Літій

невідомо

48.

Алюміній

невідомо

49.

Кадмій

невідомо

50.

Германій

невідомо


Неесенціальні органічні мікронутрієнти

Деякі сполуки можуть бути синтезованими в людському організмі, але у кількостях, які не покривають потреби, особливому певні періоди життєвого циклу. Таким чином, харчові ресурси повинні підвищувати ендогенний синтез аргініну, цистеїну, таурину, докозагексаєнової кислоти (омега-3 жирна кислота) щоб забезпечити потреби новонароджених. Значні пошкодження, інфекції, хронічні захворювання чи інші тимчасові обставини також можуть зумовлювати підвищення потреби, які кількісно переважають можливості ендогенного синтезу. З іншого боку дієтичне споживання специфічних неесенціальних нутрієнтів може стати важливим при наявності генетично детермінованих порушень у синтезі специфічних компонентів, таких як карнітин.

Вітамін D є прикладом того як ендогенно синтезований компонент може бути кондиційно есенціальним. Людський організм може виробляти великі кількості холекальциферолу настільки довго наскільки їх шкіра взаємодіє з сонячним світлом. Тільки проживання у зонах з тривалою зимою чи перешкоджання попаданню світла на шкіру (використання одягу та сонцезахисних кремів) робить споживання цього вітаміна необхідним.
Умовно есенціальні нутрієнти



Нутрієнт

Метаболічна роль

1.

Вітамін D

Генний регулятор

2.

Холін

Синтез фосфоліпідів, донор метильних груп

3.

Аргинін

Синтез білка, креатину, оксиду азоту

4.

Тирозин

Синтез білка, медіаторів, пігментів

5.

Цистеїн

Синтез глутатіону, реакції кон᾽югації

6.

Таурин

Компонент жовчевих кислот, осмоліт

7.

Холін

Компонент фосфоліпідів, донор метильних груп

8.

Ліпоєва кислота

Антиоксидант, кофактор 4 ферментів

9.

Убіхінон

Кофактор окислюючого фосфорилювання

10.

Карнітин

Кофактор переносу жирних кислот

11.

Докозагексаєнова кислота

Необхідна для росту мозку

Безумовно існує велика кількість компонентів дієти, які сприяють здоров᾽ю. Сюди належить широкий спектр полісахаридів, флавоноїди, фітостероли, сапоніни та інші речовини рослинного походження, які виявляються перспективними у профілактиці атеросклерозу, раку та інших патологічних процесів.




Нутрієнт

Метаболічна роль

1.

Фтор

Стабілізує мінерали зубів

2.

Флавоноїди

Антиоксиданти, фітоестрогени

3.

Каротиноїди

Антиоксиданти

  1   2   3   4   5
написать администратору сайта