Регуляция активности генов через питание - диету. Физиологические основы

Обновлено: 16.05.2024

Разработка теории оперона Ф. Жакобом и Ж.Моно (1961 г.) дала представление о регуляции генной активности в клетке.

Энергетических ресурсов клетки не хватает для одновременного осуществления транскрипции и трансляции всех структурных генов. Поэтому постоянно экспрессируются только те гены, которые кодируют белки, поддерживающие основные клеточные функции, а транскрипция остальных структурных генов регулируется. Когда у клетки возникает потребность в каком-то белке (белках), то инициируется транскрипция соответствующего структурного гена (генов), а когда такая потребность исчезает, транскрипция выключается.

Оперон - единица генетической экспрессии, состоящая из одного или нескольких связанных друг с другом структурных генов, а также промотора и оператора.

Интенсивность транскрипции определяется промотором, который распознается ферментом РНК-полимеразой и указывает место, где должна начинаться транскрипция. Перед группой структурных генов находятся общий для них промотор и общийоператор.Интенсивность транскрипции регулируется в результате взаимодействия оператора сбелком-репрессором, который, присоединяясь к оператору, блокирует транскрипцию. В зависимости от ситуации в клетке репрессор закрывает или открывает оператор и начинается транскрипция гена.

Например, Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении:

1) Z-β - галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу).

2) Y-β- галактозидпермеаза (переносит лактозу через мембрану клетки).

3) А - тиогалактозидтрансацетилаза (ацетилирует галактозу).

В отсутствие в клетке лактозы lac-оперон выключен. Активный белок - репрессор, кодируемый в моноцистронном опероне (LacI) , не имеющем оператора, связан с оператором lac-оперона. Поскольку оператор перекрывается с промотором, даже посадка РНК-полимеразы на промотор невозможна. Как только некоторое количество лактозы попадает в клетку, две молекулы субстрата (лактозы) взаимодействуют с белком - репрессором, изменяют его конформацию - и он теряет сродство к оператору. Тут же начинается транскрипция lac-оперона и трансляция образующейся mРНК; три синтезируемых белка участвуют в утилизации лактозы. Когда вся лактоза переработана, очередная порция репрессора, свободного от лактозы, выключает lac-оперон (рис. 27).

Рис. 27. Регуляция транскрипции у прокариот.

Регуляция транскрипции у эукариот осуществляется с помощью специфических белков - факторов транскрипции. В отличие от прокариот у эукариот опероны в большинстве своем отсутствуют, т.е. каждый эукариотический структурный ген имеет свой собственный набор регуляторных элементов.

Изменчивость

Бактерии обычно гаплоидны, т.е. имеют только один набор генов. Полный набор генов, которым обладает микробная клетка, составляет генотип данного микроорганизма. Проявление наследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называетсяфенотипом.Сходные по генотипу микроорганизмы могут существенно различаться по фенотипу, т.е. способу проявления наследственных признаков. Фенотипические различия между микроорганизмами, одинаковыми по генотипу, называютмодификациями (средовая, ненаследственная изменчивость).Она обусловлена влиянием внутри- и внеклеточных факторов на проявление генотипа. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, данные изменения исчезают.

Однако существует и наследственная (генотипическая) изменчивость, связанная с мутациями. Несмотря на то, что репликация обеспечивает очень точную передачу информации от материнских молекул ДНК дочерним, в этом процессе могут происходить изменения -мутации. Основу мутации составляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата, т.е. происходит структурная перестройка генов, проявляющаяся фенотипически в виде измененного признака.

Мутации происходят спонтанно, т.е. случайно. Выделяют генные и хромосомные мутации, различающиеся по числу мутировавших генов и характеру изменений в первичной структуре ДНК. Генные мутации обычно затрагивают только один ген, тогда как хромосомные распространяются на несколько генов.

Генные мутации, при которых происходит химическое изменение лишь одного нуклеотида, называют точечными. К ним относится вставка лишнего нуклеотида. Возникшие в результате такой мутации мутанты часто по признакам «возвращаются» к исходной дикой форме благодаря обратной мутации - реверсии.

Хромосомные мутации связаны с крупными перестройками в отдельных фрагментах ДНК. Они проявляются в результате выпадения меньшего или большего числа нуклеотидов (делеция), или поворота участка ДНК на 180° (инверсия), или повторения какого-либо фрагмента ДНК (дупликация).

Диссоциация - особая форма изменчивости, в основе которой лежат мутации, приводящие к расщеплению признаков.

Кроме спонтанных мутаций, могут возникать и индуцированные мутации - мутации, вызываемые искусственно при помощи химических или физических агентов, которые поддаются контролю. Мутагенным действием обладают многие химические вещества, такие как нитрит, гидроксиламин, алкилирующие агенты, а также радиация, УФ и ионизирующее излучения и т.д.

Мутационная изменчивость является важнейшей предпосылкой для успешной селекции.

Поддержание массы тела: физиологические основы набора веса после его снижения

Несмотря на то, что снижения массы тела, как правило, можно достигнуть за счёт ограничения потребления пищи и/или увеличения физической активности, подавляюще большинство людей через некоторое время восстанавливают вес, который они потеряли. Результаты мета-анализа следующие. Спустя 4,5 года после завершения структурированной программы по снижению веса, включающей гипокалорийную диету с применением упражнений или без них, средняя потеря массы тела, которую удалось поддержать, составила 3 кг (3,2% снижения от исходного веса) (1). Количество людей, кто успешно поддерживает сниженный вес, варьируется в зависимости от определения «поддерживаемого веса» от менее 3% (100% снизивших вес во все контрольные визиты в течение 4 - 5 лет после завершения программы по снижению массы тела (2)) до 28% (поддерживающих потерю, по крайней мере, 10% исходного веса за 4 года (3)). Wing and Hill (4) предлагают использовать в качестве определения успешной потери веса «поддержание дольше 1 года не менее 10% потери веса от исходного. Согласно этому определению, 20,6% из 228 людей с лишним весом по результатам случайного набора телефонных номеров в США, сообщили об успешном поддержании веса (4). Почему же сниженный при помощи питания вес так трудно сохранять? Представленный обзор рассматривает данные исследований с участием людей. Он начинается с рассмотрения вопросов регулирования веса, чтобы создать основу для последующего обсуждения краткосрочных и долговременных физиологических изменений, которые сопровождают снижение массы тела с помощью диеты. Несколько подробных тематических обзоров по сходному вопросу на животных моделях ожирения были опубликованы ранее (5, 6).

Влияние режима питания на здоровье людей

Ожирение и связанные с ним заболевания современного общества (диабет, сердечно-сосудистые / цереброваскулярные заболевания, рак и болезнь Альцгеймера) непреодолимы для системы здравоохранения. К сожалению, общеизвестная стратегия оптимизации массы тела за счёт уменьшения потребления энергии и систематических упражнений в большинстве случаев не приносит успеха. Некоторые рекомендации, предоставляемые пациентам врачами и диетологами, содержат последние научные данные о преимуществах овощей, фруктов, волокон, орехов и рыбы, а также о целесообразности уменьшить или исключить перекусы. Тем не менее, продолжает существовать множество мифов, касающихся питания и здоровья, включая важность трёх или более систематических приёмов пищи в день (1, 2). Несмотря на то, что многие аспекты питания и образа жизни оказывают влияние на метаболический статус и течение заболеваний на протяжении жизни, согласно новым данным частота и время приёмов пищи имеют большое значение, но их трудно охарактеризовать и обобщить.

Регуляция активности генов через питание - диету. Физиологические основы

В настоящее время практически каждый человек испытывает витаминно-минеральный «голод», который постепенно усиливается и приводит к ряду заболеваний. Недостаток витаминов и минеральных веществ в рационе питания приводит к нарушению обмена веществ, снижению работоспособности, быстрой утомляемости и даже различным заболеваниям.

В настоящее время наиболее эффективным и экономически доступным путем улучшения обеспеченности населения микронутриентами в общегосударственном масштабе является дополнительное обогащение ими продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека.

Хлеб, мука, макаронные и кондитерские изделия являются наиболее распространенными продуктами питания, потребляемыми ежедневно и повсеместно всеми группами взрослого и детского населения.

Ежедневное употребление хлебобулочных изделий, обогащенных микронутриентами, позволяет существенно уменьшить дефицит витаминов. Хлебобулочные изделия обогащаются витаминами (В1, В2, В3, В6, РР, фолиевой кислотой и др.), минеральными веществами (йод, железо, кальций, цинк, магний, фосфор и др.) и аминокислотами (глицин, метионин, лизин).

Включение в питание хлеба с микронутриентами - экономически обоснованный и простой способ укрепления здоровья населения.

Хлебобулочная продукция с микронутриентами восполняет от 20 до 75% суточной потребности человека в витаминах и минеральных веществах. За счет их содержания происходит укрепление иммунной системы, сердечно-сосудистой, нервной и т.д.

Покупая продукты питания, обогащенные микронутриентами, Вы помогаете своему организму накопить нужное для своей нормальной работы количество полезных и незаменимых веществ.

Микронутриенты - это пищевые вещества (витамины, минеральные вещества и микроэлементы), которые содержатся в пище в очень малых количествах - миллиграммах или микрограммах в отличие от так называемых макронутриентов (белков, жиров, углеводов), составляющих основной объем пищи. Они не являются источниками энергии, но участвуют в усвоении пищи, регуляции функций, осуществлении процессов роста, адаптации и развития организма.

Рацион питания должен содержать достаточные количества минеральных веществ и витаминов, соответствующие потребностям организма в них.

Микронутриенты оказывают действие на организм человека в основном опосредованно, изменяя деятельность ферментов, гормонов, белков и других биологически активных веществ. Практически ни один процесс в организме человека не протекает без участия микронутриентов.

Основной перечень процессов, протекающих с участием микроэлементов пищи:

- участвуют во всех видах обмена, обеспечивая максимально эффективное усвоение макронутриентов, т.е. белков, жиров и углеводов;

- активируют ферментные системы;

- обеспечивают антиоксидантную защиту;

- участвуют в процессах клеточного дыхания;

- поддерживают электролитный баланс и кислотно-щелочное равновесие;

- участвуют в процессах кроветворения, регуляции свертываемости крови, возбудимости миокарда и сосудистого тонуса, поддержании иммунной системы и др.

Физиологические функции микронутриентов весьма разнообразны. Причем лечебно-профилактические эффекты пищи — не просто сумма биологических эффектов отдельных микронутриентов, а результат комплексного взаимодействия между ними.

Здоровое питание предусматривает поступление с пищей всего спектра эссенциальных микроэлементов в определенных количествах и соотношениях.

В последние десятилетия крайне актуальной является проблема дефицита микронутриентов в питании человека:

- дефицит кальция, особенно у лиц пожилого возраста, что сопровождается развитием остеопороза и повышенной ломкостью костей;

- дефицит железа, особенно для беременных женщин и детей раннего возраста, что сопровождается развитием анемии;

- дефицит йода, особенно для детей в период интенсивного развития центральной нервной системы, что приводит к потере существенной доли интеллектуальных способностей в зрелом возрасте;

- дефицит фтора, функция которого напрямую связана с формированием и здоровьем зубов, а также опорно-двигательного аппарата;

- дефицит селена - важнейший антиоксидант, снижающий риск развития онкологических заболеваний, без которого невозможно нормальное функционирование репродуктивной системы человека и сексуальной активности;

- дефицит цинка - минерал, имеющий особое значение для формирования и эффективной реализации половой функции, имеющий прямое отношение к формированию иммунитета, росту и развитию организма, заживлению ран и др. Некоторыми учеными высказывается мнение о том, что при дефиците цинка в питании детей и подростков повышается предрасположенность их к алкоголизму и наркомании;

- дефицит витамина А (ретинол) - витамин играющий важную роль в обеспечении хорошего зрения секреции слезной жидкости, которая защищает роговицу глаза от пересыхания. Витамин А участвует в работе иммунной системы. Ретинол - мощный антиоксидант, способный нейтрализовать самые опасные виды свободных радикалов (агрессивных обломков молекул, разрушающих клетки организма). Этот витамин помогает процессам заживления кожи и ее естественному обновлению, а также принимает участие в производстве половых гормонов человека, очень важен во время внутриутробного питания эмбриона.

- дефицит витамина С (аскорбиновая кислота). Основная функция витамина С - повышение устойчивости организма к инфекциям и защита стенок сосудов от повреждений. Аскорбиновая кислота участвует в синтезе коллагена - основного строительного материала соединительной ткани. Кроме того, аскорбиновая кислота помогает в усвоении других важных витаминов, минералов и питательных веществ: фолиевой кислоты, витамина Е, железа, белков и углеводов, а также участвует в работе гормональной системы.

- дефицит витамина D. Этот витамин отвечает за нормальное развитие и рост костей человеческого скелета, препятствует активному размножению раковых клеток, обеспечивает хорошую свертываемость крови и работу щитовидной железы, способствует повышению общего иммунитета, оказывает существенное влияние на обменные процессы, отвечает за инсулиновую активность и уровень сахара в крови.

- дефицит витаминов группы В. Витамины этой группы играют огромную, разностороннюю роль в организме человека, как то участие в обмене веществ, энергетическом обмене, выполняют защитную функцию, способствуют формированию нервных импульсов, выполняют кроветворную функцию и пр.

Если с пользой витаминов мы более или менее знакомы, то про важность некоторых минеральных веществ для нормального функционирования организма мало знакомы. Остановимся на тех, дефицит которых наиболее часто ощущаем на себе.

Кальций - минерал, который необходим для сокращения мышц, свертывания крови, защиты клеточной оболочки. Именно от содержания кальция в организме зависит правильное функционирование сердца человека. Предотвращает наиболее разрушительные последствия менопаузы: потеря костной массы, что в свою очередь приводит к переломам костей, искривлению позвоночника, выпадению зубов. Суточная норма кальция - 700 мг. Продукты, в которых содержится кальций: молоко, сыр и другие молочные продукты, зеленолистные овощи (брокколи, капуста, но не шпинат), соевые бобы, тофу (соевый творог), орехи, рыба (в которой можно есть кости, например, сардины).

Магний и кальций поглощают действие друг друга, потому что кальцию необходима кислота, а магний предотвращает образование кислоты.

Биологическое действие йода осуществляется через функцию щитовидной железы. Йод необходим для биосинтеза тироксина, который регулирует обменные процессы в организме, в том числе метаболизм липидов и углеводов. Недостаток йода может привести к сильной потере веса. Физиологическая потребность в йоде составляет 100—200 мкг в день. В диетотерапии больных ишемической болезнью сердца и сахарным диабетом 2-го типа в связи с повышенным риском сосудистых осложнений содержание йода должно соответствовать 500 мкг в сутки.

Существенные источники йода: йодированная соль, морская рыба, морепродукты (морской гребешок, кальмар, мидии, морская капуста).

Селен. Эссенциальный элемент антиоксидантной системы защиты организма человека, способствует образованию иммунитета, участвует в регуляции действия гормонов щитовидной железы. Дефицит приводит к болезни Кашина-Бека (остеоартроз с множественной деформацией суставов, позвоночника и конечностей), болезни Кешана (эндемическая миокардиопатия), наследственной тромбастении. Среднее потребление 28 - 110 мкг/сутки. Основными источниками селена являются мясо, морская рыба, бобовые, зерновые.

Физиологическая потребность детей - от 4 до 18 мг/сутки. Наибольшее количества железа содержится в говяжьей и свиной печени, в говяжьем языке, в кроличьем мясе и в мясе индейки, а также в овсяной и гречневой крупах, в фасоли. Во фруктово-ягодных культурах - в персикахи чернике.

Фтор. Инициирует минерализацию костей. Недостаточное потребление приводит к кариесу, преждевременному стиранию эмали зубов. Среднее потребление 0,5 - 6,0 мг/сутки. Установленные уровни потребности 1,5 - 4,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления 10 мг/сутки. Рекомендуемая физиологическая потребность для взрослых - 4 мг/сутки. Физиологическая потребность для детей - от 1,0 до 4,0 мг/сутки. Больше всего фтора в чае, черном и зеленом, в морепродуктах, в морской рыбе, в грецких орехах. Богаты этим микроэлементом и крупы, такие как овсянка, гречка. Важно помнить, что избыток фтора ведет к тому, что процесс обмена веществ становится более медленным, замедляется также и рост, повреждаются кости, ухудшается здоровье зубной эмали, появляются слабость и рвота.

Необходимо организовать свой рацион с учетом всех основных компонентов питания в нужных соотношениях и количествах. Это позволит избавиться, или предотвратить развитие заболеваний, оставаться молодым, красивым и здоровым.

(c) Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Республике Алтай, 2006—2015 г.

Все права на материалы, размещенные на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе об авторском праве и смежных правах.
При использовании материалов сайта необходима ссылка на источник

Адрес: 649002, Республика Алтай, г. Горно-Алтайск, проспект Коммунистический, 173

Питание — это процесс, в результате которого вещества в пище преобразуются и обеспечивают энергией и строительным материалом организм человека.

Изучение питания человека носит междисциплинарный характер и включает в себя не только физиологию, биохимию и молекулярную биологию, но и такие области, как психология и антропология, которые исследуют влияние взглядов, убеждений, предпочтений и культурных традиций на выбор продуктов питания.

Одной из целей наук о питании является здоровье человека и снижение риска хронических заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, онкологические заболевания.

Человеческое тело можно рассматривать как двигатель, который высвобождает энергию из продуктов, которые он переваривает. Эта энергия используется для механической работы, например, выполняемой мышцами, и частично для работы, необходимой для поддержания функций организма, например, создание и секреция гормонов.

Питание является неотъемлемой частью метаболизма — обмена веществ. Его разделяют на два вида: катаболизм и анаболизм. В ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию, а в процессах анаболизма — более сложные вещества синтезируются из более простых с затратами энергии.

Как правило, энергия, обеспечиваемая пищей, измеряется в килокалориях или калориях. В обиходе килокалории называют просто «калориями». Одна килокалория - это количество тепловой энергии, необходимое для повышения одного килограмма воды с 14,5 до 15,5 °C при одной атмосфере давления. Еще одной широко используемой единицей измерения энергии является джоуль, который измеряет ее с точки зрения механических работ.

Один джоуль - это энергия, расходуемая при перемещении одного килограмма на расстояние в один метр силой в один ньютон.

Одна килокалория эквивалентна 4,184 килоджоулям.

С точки зрения энергетической ценности белки, жиры и углеводы могут быть взаимозаменяемы, но жиры являются более энергоемким нутриентом:

1 грамм углеводов — 4 ккал;

1 грамм белков — 4 ккал;

1 грамм жиров — 9 ккал.

Однако, функционально они необходимы для разных целей.

У белков несколько функций:

защитная — помощь в борьбе с вирусами и другими чужеродными организмами;
каталитическая — участие в химических реакциях в организме;
структурная — образование и ремонт тканей, например мышц;
транспортная — перенос по организму различных веществ, например гемоглобина;
двигательная — некоторые белки отвечают за сокращение мышц;
регуляторная — управление активностью химических веществ в теле.

Норма белка для обычного человека — 0,8 грамма на каждый килограмм тела. .

Жиры отвечают за энергию, они защищают органы, поддерживают рост клеток, держат под контролем холестерин и кровяное давление и помогают телу усваивать жизненно важные питательные вещества.

Эксперты по питанию ВОЗ рекомендуют ограничивать употребление любых жиров растительного и животного происхождения до 30% от общей калорийности рациона.

Углеводы — основной источник энергии в организме. Тело перерабатывает их в глюкозу, которую использует для питания.

Углеводы должны составлять 45-65% дневного рациона.

Если организм недополучает питательных веществ для своих функций, человек начинает испытывать голод. Голодом и насыщением заведует гипоталамус. Среди его подкорковых ядер находится особый пищевой центр, включающий в себя центр голода и центр насыщения.

Существует несколько теорий, объясняющих возникновение чувства голода:

Глюкостатическая теория — ощущение голода связано со снижением уровня глюкозы в крови.
Аминоацидостатическая — чувство голода возникает из-за понижения содержания в крови аминокислот.
Липостатическая — нейроны пищевого центра возбуждаются недостатком жирных кислот и триглицеридов в крови.
Локальная теория — чувство голода возникает в результате импульсации от механорецепторов желудка при его «голодных» сокращениях.

Обратной стороной голода можно считать переедание.

В обычной жизни люди часто переедают из-за неправильного распорядка дня, например, переедают на ужин, пропускают завтрак, плохо обедают и так по кругу неправильного и несбалансированного рациона, с большим количеством жирных снеков и сладкого.

Все это влечет за собой превышение нормы калорийности, а всю лишнюю энергию организм будет запасать в виде жира.

Но как сделать рацион более здоровым и не переедать в течение дня? Вот несколько советов:

Соблюдайте режим питания. Планируйте три основных приемов пищи и один-два перекуса в течение дня.
Не пропускайте завтрак. Была обнаружена связь между пропусками завтрака в юности и последующим развитием алиментарно-зависимых заболеваний.
Ешьте свежие фрукты и сырые овощи вместо сладких закусок.
Не покупайте готовые продукты питания и напитки, содержащие большое количество сахаров.
Ограничьте потребление соленых закусок, выбирайте снэки с более низким содержанием натрия.
Заменяйте сливочное масло и сало растительными маслами, богатыми полиненасыщенными жирами, такими как подсолнечное, оливковое.
Осознанный приём пищи, без спешки, с вниманием на чувстве сытости, поможет предотвратить переедание.

Эти простые правила помогут поддерживать здоровый образ жизни и чувствовать себя лучше в долгосрочной перспективе.

Читайте также: