Как знания химии помогают правильно жарить мясо
Вы помните восхитительный запах жарящегося на раскаленной сковороде или гриле мяса? А цвет румяной корочки на стейке? Да, такое забыть сложно — настолько эти гастрономические картины аппетитные и запоминающейся. Можно описывать их разными словами, а можно сказать по-научному: это всё результат реакции Майяра. Используем научные знания во благо кулинарии и учимся жарить мясо правильно.
Белки — это цепочки крошечных, связанных между собой строительных блоков, называемых «аминокислотами». При высокой температуре они начинают активно контактировать с сахарами, содержащимися в мясе, чтобы потом превратиться в более сложные соединения. Именно эти соединения ответственны за появление аппетитного и такого призывного цвета, аромата и вкуса продуктов, подвергнутых термической обработке. Реакция Майяра ускоряется с повышением температуры и поэтому интенсивно протекает при варке, жарке и выпечке. У реакции несколько стадий (фаз), это, своего рода, целый комплекс последовательных процессов, которые «окрашивают» продукт в золотисто-коричневый цвет.
Реакция Майяра запускается примерно при 140 °C. При этом должно происходить не долгое и медленное нагревание, а стремительное повышение температуры. Почему вареное мясо не выглядит таким аппетитным? Потому что максимальная температура достигает всего 100 °C и процесс происходит в воде. Её присутствие на поверхности мяса продлевает время приготовления и снижает температуру, поскольку для испарения жидкости требуется больше времени. Жарка — в противовес варке — обеспечивает превосходную реакцию Майара: процесс происходит в безводной среде при очень высокой температуре. Отсюда и характерный аромат, а также цвет, и вкус!
Правила запуска реакции Майяра или Как правильно жарить мясо
Для получения хорошо поджаренного стейка с безошибочным верным «жареным» ароматом:
1. Не выбирайте для жарки слишком постное мясо.
2. Мясо должно быть абсолютно сухим. Достаньте мясо из холодильника за несколько часов до приготовления и тщательно протрите кухонным полотенцем. Процесс жарки в дальнейшем будет происходит при такой высокой температуре и в течение такого короткого времени, что в середине куска мясо не должно быть слишком холодным, иначе оно рискует остаться сырым.
3. Смажьте поверхность мяса рафинированным маслом, которое не будет гореть во время жарки. Или как говорят профессионалы: у которого высокая точка дымления. Жир изолирует мясо от прямого контакта со сковородой (или грилем) и предотвратит прилипание. Плюс он обеспечивает равномерное распределение тепла и образование восхитительной корочки по всей поверхности мяса.
4. Дома жарьте мясо на тяжелой чугунной сковороде. На ней мясо пожариться равномернее.
5. Нагрейте гриль или жаровню до правильной температуры: выше 140 °C и ниже 170 °C, чтобы мясо не горело. Положите мясо на раскалённую поверхность и не трогайте его, по крайней мере, пару минут (в зависимости от толщины мяса). Пусть реакция Майяра просто идёт своим чередом, формируя восхитительные запахи и ароматы. Потом кусок переверните и оставьте нетронутым ещё на пару минут.
Совет: если кусок мяса толстый и вы предпочитаете среднюю прожарку, переложите мясо в форму или на противень у подпеките в нагретой до 230-240 °C духовке по паре минут с каждой стороны.
6. Оберните обжаренное мясо фольгой и оставьте на 2-3 минуты, чтобы внутренние мясные соки распределились в мясе равномерно, это сделает стейк сочным. Последний штрих: немного соли, свежемолотого перца и оливкового масла.
Ответ на вопрос: можно ли жарить замороженный стейк ищите здесь.
Что такое реакция Майяра? Реакция образования коричневых продуктов
Химическое соединение, которое происходит при нагревании и вызывает процессы между аминокислотами и сахаром, называется реакция Майяра. Свое название приобрело благодаря французскому врачу Луи Камилла Майяра, который исследовал это явление.
Зачастую происходит взаимодействие элементов при жарке мяса, а также может иметь место в процессе запекания хлебной продукции, когда по причине нагрева выделяется своеобразный запах, образуется нетипичный цвет и привкус. Сопровождается все неферментативным побурением продукции. Помимо пищи причиной может стать повышенное содержание глюкозы в человеческом организме. Продукты реакции Майяра становятся следствием образования клеточного мусора, шлака, способного изменить работоспособность клетки, нарушить ее нормальное функционирование.
Образование и протекание реакции
Любое изменение клеточной формулы, конструктивного состава имеет свои периоды, в том числе и Майяра реакция. Этапы формируются последовательно, проходя определенную стадийность.
Этап первый
Это стадия конденсации, в результате которой карбонильная группа сахара воссоединяется с аминокислотами, вызывая химическую реакцию с протеином или пептидом. В результате такого содружества начинает образовываться замещенный альдозиламин. Простыми словами, происходит дегидратация сахара, при котором формируется вода. После реакция Майяра начинает изменять структуру молекул подле атома кислорода, и происходит перегруппировка состава, формируются при этом промежуточные компоненты, которые являются причиной реакции потемнения.
Второй этап
На данной стадии происходит распад и разложение продукта, который сформировался в результате реакции Амадори. В зависимости от условий распад может происходить тремя разными способами. Таким образом, аминокислоты подвергаются распаду за счет окисления и от воздействия карбонильных составов, которые образуются от разложения кетозаминов. Далее за счет катализации кислот начинается процесс декарбоксилирования, что приводит к выделению углекислорода, способствующего началу реакции трансаминации. Это говорит о том, что имеет место реакция Майяра. Меланоидинообразования подтверждаются появлением аромата.
Третий этап
Полимеризация и потемнение продукта с образованием запаха жареного. Майяра реакция на данном этапе является поздней, со всеми вытекающими обстоятельствами. Происходит полимеризация реактивных элементов, что сопровождается резким неприятным запахом. Сюда можно отнести запах горелого, протухшего или отдельных продуктов, таких как лук, капуста, а также растворитель или ацетон, что свидетельствует о том, что происходит Майяра реакция.
Примеры продуктов не ограничиваются неприятностью запаха, процесс может сопровождаться приятным испражнением, когда речь идет о конфетах, кофе или испеченной хлебной корочке. Негативность в данном случае имеет место, потому что использование ингредиентов для потребителя просто неизвестно.
Чем грозит реакция для человека
Дело в том, что сегодня пищевая отрасль использует в своем производстве огромный набор продуктов реакции Майяра. Это необходимо для придания приятного запаха и вкуса. Но реакция Майяра помимо пищевой отрасли может произойти в живом человеческом организме. Когда состояние стабилизировано, то соединение белков с сахаром очень медленное, поэтому организм успевает усваивать продукты. В случае повышения уровня сахара начинается ускорение, усвоение происходит не полностью, что приводит к накоплению шлаков, которые способны вызывать серьезные заболевания. Подвержены реакции люди, страдающие диабетом. Поэтому при реакции Майяра у них могут быть проблемы со зрением, а также наблюдаются тканевые нарушения.
Изменение биомолекул
Реакция Майяра, формула которой способна модифицировать биомолекулы, наносит огромный ущерб разным органам функционирующего организма. Происходит это от коллагена, который находится в тканях, сухожилиях, костях и составляет значительное количество на массу тела. Когда структура меняется, возникает нарушение тканевой составляющей, могут появляться преждевременные морщины, кожа дрябнет, теряет естественную красоту, причем происходит это раньше, чем должно быть в силу возраста. Поэтому люди, страдающие сахарным диабетом, подвержены так называемому раннему старению.
Кулинария как источник возникновения реакции
Майяра реакция в кулинарии занимает ведущее место, потому что используется множество добавок и ароматизаторов. Сегодня химические пищевые добавки наполняют практически все продукты питания. Но не каждая добавка может быть полезной для организма, потому что это не натуральный продукт, а частица, созданная из взаимодействующих молекул искусственным путем.
Результатом употребления продуктов может стать реакция Майяра. Формула зависит от использования веществ, которые идут для получения результативного продукта, использующегося в пищевой отрасли. С другой стороны, результат создания не отличается от полученного посредством природных компонентов. Но набор и расположение атомов при промышленном изготовлении могут значительно отличаться, что делает в конечном результате употребляемую пищу опасной для здоровья.
Проблема заключается в том, что индустрия ароматизирующих пищевых добавок максимально быстро прогрессирует, потому что необходимо разрабатывать новые вкусы, ароматы, способствующие оперативной продаже, спросу среди населения, а от этого может быть Майяра реакция. Стейк, который вкусно пахнет, как бы тая во рту, притягивает человека намного больше, чем кусок домашней котлеты с луком, вот поэтому население необходимо подсаживать на такие продукты, а значит, и производство ароматизаторов как минимум на будущее десятилетие не останется без востребованности.
Домашняя кухня
При собственной готовке может быть реакция Майяра. Жарение мяса способствует появлению определенного аромата, специфического вкуса, хотя в сыром виде этими характеристиками продукт не обладает. Обусловлено это тем, что при взаимодействии разных веществ, которые соединяются с иными элементами, происходит зарождение всевозможных частиц, имеющих разные по природе образования. Именно эти процессы становятся причинами приятного запаха. Помимо мясной продукции сюда можно отнести кофе, хлеб, кондитерские изделия и многое другое. Обусловлены данные реакции взаимодействием элементов при нагревании, поэтому использование продуктов на собственной кухне должно быть очень аккуратным. Несоблюдение пропорций, чрезмерное добавление вкусовых добавок и т. п. спокойно становятся причинами реакции Майяра. Зачастую для вкусовой приятности добавляются приправы, кубики «Роллтон» или «Магги», ароматизаторы для разных видов жарки, которые насыщены элементами, провоцирующими возникновение реакции. Этим пользуются промышленные предприятия по изготовления добавок в пищу, чтобы подсадить человека на пряность посредством использования им приправ для готовки.
Кроме того, такие добавки постоянно применяются в кафе, где массово предлагается картошка фри, стейки, гамбургеры, чизбургеры и т. п. Это сделано для того, чтобы приятный вкус и насыщенный запах постоянно манили. Человеческий организм не против после нескольких посещений повторить употребление данной пищи, потому что начинается привыкание, а домашняя еда уже не столь заманчива.
Как обезопасить себя
Реакция Майяра не имеет определенной модели, потому что задействовано множество соединений элементов, которые в своем составе имеют как минимум белок. Кроме того, лекарства против реакции не существует, есть только некоторые препараты, содержащие в себе компоненты, способные минимизировать или успокоить на какое-то время уже начавшееся изменение. Поэтому для сохранения своего здоровья необходимо в первую очередь следить за уровнем сахара в крови. В старшем возрасте проходить обследования, чтобы исключить появление диабета.
Также стоит отказаться от посещения мест общественного питания, где основными продуктами являются жареные блюда. Для домашней кухни стоит минимизировать использование ароматизаторов и приправ, больше отдать предпочтение приготовлению на пару. Полностью исключить продукты, содержащие элементы, способные провоцировать реакцию Майяра, невозможно, потому что современная индустрия в этой области захватила практически каждую пищевую отрасль. Остается только обезопасить себя посредством употребления рискованных продуктов в наименьшем количестве.
Фазы реакции Майяра и деградация Штрекера
Реакции способствует нагревание (температура от 140 до 165 ° С), хотя это также происходит при более низкой скорости, при комнатной температуре. Это был французский врач и химик Луи-Камиль Майяр, который описал это в 1912 году.
Потемнение происходит без действия ферментов, а также карамелизации; поэтому оба они называются реакциями неферментативного потемнения.
Однако они отличаются тем, что при карамелизации нагреваются только углеводы, в то время как для реакции Майяра также должны присутствовать белки или аминокислоты..
Фазы реакции
Несмотря на то, что кулинарными методами приготовления пищи легко добиться золотого цвета в продуктах, химический состав реакции Майяра очень сложный. В 1953 году Джон Ходж опубликовал схему реакции, которая до сих пор признается в общем виде..
На первом этапе восстанавливающий сахар, такой как глюкоза, конденсируется с соединением, содержащим свободную аминогруппу, таким как аминокислота, с получением продукта присоединения, который превращается в N-замещенный гликозиламин..
После молекулярного расположения, называемого перегруппировкой Амадори, получается молекула типа 1-амино-дезокси-2-кетоза (также называемая соединением Амадори)..
Как только это соединение сформировано, возможны два пути реакции:
— Может происходить расщепление или разрушение молекул в карбонильных соединениях, в которых отсутствует азот, таких как ацетол, пирувальдегид, диацетил.
— Возможно, что происходит интенсивное обезвоживание, которое приводит к таким веществам, как фурфурол и дегидрофурфурол. Эти вещества производятся путем нагревания и разложения углеводов. Некоторые имеют легкий горький вкус и аромат обожженного сахара.
Деградация Штекера
Существует третий способ реакции: деградация Штрекера. Это состоит из умеренного обезвоживания, которое производит восстанавливающие вещества.
Когда эти вещества реагируют с неизмененными аминокислотами, они превращаются в альдегиды, типичные для участвующих аминокислот. Эта реакция дает такие продукты, как пиразин, который придает картофельным чипсам характерный аромат..
Когда аминокислота вмешивается в эти процессы, молекула теряется с точки зрения питания. Это особенно важно в случае незаменимых аминокислот, таких как лизин.
Факторы, влияющие на реакцию
Природа аминокислот и углеводов сырья
Тип аминокислоты, участвующей в реакции, определяет полученный вкус. Сахара должны быть восстановительными (то есть они должны иметь свободную карбонильную группу и реагировать как доноры электронов).
Было обнаружено, что в углеводах пентозы более реактивны, чем гексозы. То есть глюкоза менее реактивна, чем фруктоза и, в свою очередь, чем манноза. Эти три гексозы являются одними из наименее реактивных; с последующей пентозой, арабинозой, ксилозой и рибозой в порядке возрастания реакционной способности.
Дисахариды, такие как лактоза или мальтоза, даже менее реакционноспособны, чем гексозы. Сахароза, поскольку она не имеет свободной восстанавливающей функции, не вмешивается в реакцию; это происходит только в том случае, если оно присутствует в кислой пище, а затем гидролизуется в глюкозе и фруктозе.
температура
Реакция может развиваться при хранении при комнатной температуре. По этой причине считается, что тепло не является обязательным условием для его возникновения; однако высокие температуры ускоряют его.
По этой причине реакция происходит особенно при варке, пастеризации, стерилизации и дегидратации..
При увеличении pH интенсивность увеличивается
Если рН увеличивается, то увеличивается и интенсивность реакции. Тем не менее, рН между 6 и 8 считается наиболее благоприятным.
Снижение pH позволяет ослабить потемнение во время дегидратации, но неблагоприятно изменяет органолептические показатели.
влажность
Скорость реакции Майяра составляет максимум от 0,55 до 0,75 с точки зрения активности воды. Следовательно, обезвоженные продукты являются наиболее стабильными при условии, что они защищены от влажности и при умеренной температуре..
Наличие металлов
Негативные эффекты
Хотя реакция обычно считается желательной во время приготовления, она имеет недостаток с точки зрения питания. Если продукты с низким содержанием воды и наличием редуцирующих сахаров и белков (таких как злаки или сухое молоко) нагреваются, реакция Майяра приведет к потере аминокислот.
Наиболее реактивными в порядке убывания являются лизин, аргинин, триптофан и гистидин. В этих случаях важно отложить начало реакции. За исключением аргинина, остальные три являются незаменимыми аминокислотами; то есть они должны быть внесены путем кормления.
Если в результате реакции Майяра обнаружено большое количество аминокислот белка, связанных с остатками сахара, аминокислоты не могут быть использованы организмом. Протеолитические ферменты кишечника не могут их гидролизовать.
Другой отмеченный недостаток состоит в том, что при высоких температурах может образовываться потенциально канцерогенное вещество, такое как акриламид..
Пища с органолептическими характеристиками продукт реакции Майяра
В зависимости от концентрации меланоидинов цвет может изменяться от желтого до коричневого или даже черного в следующих продуктах:
— Жареный кофе и какао.
— Хлебобулочные изделия, такие как хлеб, печенье и пирожные.
Гликирование и его продукты: Мусор внутри вашего тела
В процессе приготовления продуктов нутриенты не остаются пассивными, а активно взаимодействуют между собой. Особое значение среди этих процессов имеет взаимодействие сахаров и белков, так называемое глики́рование, или неферментативное гликозилирование, оно же реакция Майяра.
Эта реакция может происходить в разных видах: как при готовке пищи, так и в нашем организме при повышении уровня глюкозы. В конце этой и ряда других реакций происходит образование так называемых «конечных продуктов гликирования», которые и являются клеточным мусором, шлаками, которые засоряют клетку и перестраивают все ее работу.Тема большая, поэтому сначала разберем саму реакцию гликирования и условия, предрасполагающие к ней. Затем узнаем, что такое метаболическая память и как AGE-продукты (они же «конечные продукты гликирования», Advanced Glycosylation End-products (AGE)) влияют на наш обмен веществ). Ну, и, разумеется, что с этим делать как в процессе готовки, так и внутри нашего организма!
Стадии реакции Майара.
Реакция Майяра (реакция сахароаминной конденсации Maillard reaction) — химическая реакция между аминокислотой и сахаром, которая, как правило, происходит при нагревании. Примером такой реакции является жарка мяса или выпечка хлеба, когда в процессе нагревания пищевого продукта возникает типичный запах, цвет и вкус приготовленной пищи. Эти изменения вызваны образованием продуктов реакции Майяра.
Т.о. если гликозилирование является нормальным, генетически контролируемым механизмом, протекающим с участием ферментов, то гликация – не ферментативный и не запрограммированный генами процесс, который не приносит пользы.
Глюкоза в своей обычной форме – D-глюкопираноза – довольно инертная молекула, являющаяся важнейшим источником питания клетки. Это единственный из сахаров, который циркулирует в организме в избытке.
И, несмотря на то, что он относительно безвреден, он может стать опасным при трансформации в AGE в результате сложного, произвольно возникающего процесса, свойственного животным и растениям. Этот процесс «потемнения» не требует участия ферментов, он зависит только от температуры и обилия реактивных компонентов.
На первом шаге этого процесса глюкоза и другие простые сахара вступают в реакцию с протеинами, а затем, соединяясь с аминокислотами и другими компонентами, запускают дальнейшую реакцию. Например, при гликации лизина получается фруктоза-лизин, которая может быть расщеплена на составляющие, такие как карбоксиметиллизин (CML) и пентосидин. В результате эластин и коллаген теряют способность разъединяться и на замену им образуются новые протеины.
Согласно теории Мэйларда, белковые сшивки образуются в результате повреждающего действия моносахаров. Этот процесс многоступенчатый.
Он начинается обратимой гликацией — восстановленный сахар (глюкоза, фруктоза, рибоза и др.) присоединяется к концевой α-аминогруппе белка. Происходит это спонтанно, без участия ферментов.
По сути дела, идет типичная реакция конденсации, известная из органической химии — реакция между альдегидной группой и α-аминогруппой, в результате которой образуются Шиффовы основания (Shiff bases). В данном случае вещества, образованные первичной конденсацией белка и восстановленного сахара, называются продуктами Амадори (Amadori products).
В дальнейшем продукты Амадори подвергаются различным, в большинстве своем необратимым, модификациям (окислению, конденсации, структурным перестройкам и проч.). В результате формируется достаточно разнообразная группа веществ, получившая обобщенное название Advanced Glycosylation End-products (AGE). AGE медленно накапливаются в тканях и обладают многими негативными эффектами.
Реакция гликирования включает несколько этапов: этап первый – конденсация.
Реакция Майяра начинается, когда карбонильная группа альдозы (HC=O) соединяется со свободной аминогруппой аминокислоты (-NH2), обычно протеином или пептидом, в результате чего получается N-замещенный альдозиламин. Проще говоря, сахар соединяется с амино кислотой.
В целом, это реакция дегидратации сахара с формированием воды, а продукт конденсации быстро теряет воду по мере превращения в основания Шиффа. Основания Шиффа характеризуются двойной связью углерода с азотом, а азот в них связан с арильной или алкильной группой (H-C=N-R).
Далее основание Шиффа приобретает кольцевую структуру. Эта перестройка структуры под названием «перегруппировка Амадори» формирует кетозамин в процессе изменения молекулярной структуры вокруг атома кислорода. Если в качестве альдозы взять глюкозу, а в качестве аминокислоты глицерин, тогда в результате перегруппировки Амадори получим 1-амино-1-диокси-2-фруктозу или монофруктозаглицерин. Перегруппировка Амадори является ключевым этапом в формировании промежуточных компонентов, участвующих в реакции потемнения.
Этап второй – распад, разложение
Далее продукт, полученный в результате реакции Амадори, может распадаться тремя различными способами, в зависимости от условий. В разложении Стреккера (рис. 6) аминокислоты претерпевают окислительный распад под действием карбонильных компонентов, появляющихся в результате разложения кетозаминов.
В этой реакции разложения аминокислоты выходят из оснований Шиффа и затем проходят процесс декарбоксилирования, катализируемого кислотами. Новые основания Шиффа легко гидролизируются до аминов и альдегидов. В результате разложения Стеккера выделяется CO2 и происходит реакция трансаминации, которая соединяет азот с меланоидами. Образующиеся альдегиды вносят вклад в появление аромата и участвуют в формировании меланоидинов.
Этап третий гликирования – полимеризация и потемнение
Этот этап характеризуется образованием темного пигмента и запаха жареного. Образование меланоидинов является результатом полимеризации высоко реактивных компонентов на поздней стадии реакции Майяра.
Это может характеризоваться не очень приятными или резкими запахами: появляется запах подгорелого, протухшего, запах лука, растворителя или капусты. Могут появляться и приятные ароматы – солода, поджаренной хлебной корочки, карамели или кофе. Химический состав этих компонентов не очень хорошо известен.
Конечные продукты гликации (AGE).
В конце этих всех преобразований образуются «конечные продукты гликации», Advanced Glycosylation End-products (AGE), которые оказывают неблагоприятный эффект на обмен веществ. Разумеется, среди этих соединений есть и относительно безвредные, а есть и очень токсичные. Для токсичных конечных продуктов гликации есть название – гликотоксины.
Реакция Майяра происходит не только при приготовлении пищи. Эта реакция между белками и сахарами (т. н. гликирование) имеет место и в живом организме. В нормальных условиях скорость реакции настолько мала, что её продукты успевают удаляться.
Однако, при резком повышении сахара в крови при диабете реакция значительно ускоряется, продукты накапливаются и способны вызвать многочисленные нарушения (например, гиперлипидемии). Особенно это выражено в крови, где резко повышается уровень повреждённых белков (например, концентрация гликозилированного гемоглобина является показателем степени диабета).
Накопление изменённых белков в хрусталике вызывает тяжёлое нарушение зрения у больных диабетом. Накопление некоторых поздних продуктов реакции Майяра, так же как и продуктов окисления, которое происходит с возрастом, приводит к возрастным изменениям в тканях.
Наиболее распространённым поздним продуктом реакции является карбоксиметиллизин, производное лизина. Карбоксиметиллизин в составе белков служит биомаркером общего оксидативного стресса организма. Он накапливается с возрастом в тканях, например в коллагене кожи, и повышен при диабете.
В форме AGE глюкоза становится своеобразным молекулярным клеем, который делает кровеносные сосуды неэластичными и стенозными. Она вызывает воспаление, которое в свою очередь приводит к гипертрофии гладких сосудистых мышц и внеклеточного матрикса. Эти процессы способствуют атерогенезу (развитию атеросклероза), который протекает с большей скоростью у диабетиков из-за повышенного уровня глюкозы.
В силу своей реактивности метилглиоксаль играет большую роль в образовании поздних продуктов гликирования в процессе реакции Майяра. Более того, он считается важнейшим из гликирующих реагентов (т. е. ковалентно связывающихся с амино-группами белков, таких как глюкоза, галактоза и др.), приводящих к нарушению функций белков при диабете и старении
Модификация биомолекул.
Под действием АGE модифицируются различные биомолекулы. Это, разумеется, приводит к ухудшению структуры различных органов. Одним из основных белков кожи, а также сухожилий, связок и костей является коллаген. Он составляет немного немало 20-30 % от массы всего тела. И именно происходящие с ним изменения ответственны за появление морщин, снижение эластичности кожи и т.п. В нормальном состоянии между триплетами тропоколлагена существуют сшивки, т.е. ковалентные химические связи, которые придают коллагеновым волокнам необходимые механические свойства.
Однако с возрастом количество сшивок между тропоколлагеновыми единицами увеличивается. Этот процесс, протекающий с участием такого распространённого в тканях вещества, как глюкоза, более интенсивно происходит у больных сахарным диабетом. Именно изучение последнего и пролило свет на коллагеновую теорию старения.
Карбонильная группа восстанавливающих сахаров, к которым относится в том числе и такое распространённое в нашем организме вещество, какглюкоза, реагирует со свободными концевыми аминогруппами аминокислоты лизина, которым весьма богат коллаген.
Это тривиальное превращение известно нам, химикам, как нуклеофильное присоединение по карбонильной группе, и зовётся реакцией Майяра. Продукт этой реакции с красивым названием основание Шиффа в дальнейшем претерпевает более сложные превращения с ещё более загадочными названиями, например, перегруппировку Амадори.
Продукт Амадори в результате миграции протонов, циклизации и многочисленных дегидратаций превращается в активированное карбонильное соединение, с любовью присоединяющее остаток аргинина соседней цепи тропоколлагена, образуя, например, глюкозепановую сшивку.
Simplified scheme of the complex Maillard reaction and formation of some advanced glycation endproducts (AGEs) in vivo. CEL = carboxyethyllysine; MOLD = methylglyoxal lysine dimer; DOLD, 3-deoxyglucosone lysine dimer; CML, carboxymethyllysine; GOLD, glyoxal lysine dimer. Redrawn with permission from Monnier VM, Arch Biochem Biophys. 2003;419:1-15.
Представьте, что вы одновременно растягиваете обеими руками 5 резиновых жгутов. А теперь представьте, что в нескольких местах эти жгуты связаны друг с другом узлами. Участки жгутов между узлами будут растягиваться в гораздо меньшей степени.
Примерно то же самое происходит и кожей. Естественно, ситуация усугубляется тем, что с возрастом уменьшается и содержание коллагена в коже, так как падает активность ферментов, участвующих в его синтезе. Но даже если бы этого не происходило, то ситуация всё равно не сильно исправилась бы, так как расщепить коллаген с частыми сшивками, чтобы заменить его новым, гораздо труднее, чем с редкими.
Полагают, что этот механизм играет роль в сужении артерий, уменьшении сосудистого кровотока и снижении гибкости сухожилий. Показано, что в коллагене кожи коротко- и долгоживущих видов животных уровень маркера гликозилирования пентозидина обратно пропорционален видовой максимальной продолжительности жизни. Уровень конечных продуктов гликозилирования связан с повреждением нервов и склонностью к образованию кожных поражений, которые плохо поддаются лечению.
Повреждения кровеносных сосудов.
Процесс гликирования коллагена запускает ряд осложенений в тех органах, где он играет важную структурную роль: кожа, хрусталик, почки, сосуды, межпозвоночные диски, хрящи и др.
Артериосклероз инициируют длительная гипергликемия, реакции химического гликирования цепей коллагена и эластина рыхлой соединительной ткани в результате химического воздействия глюкозы и ее метаболитов — гликотоксинов (глиоксаля и метилглиоксаля), формирования ими поперечных «сшивок» между волокнами коллагена и эластина.
В отличие от артериосклероза при атероматозе — основном проявлении атеросклероза — поражение артерий эластического типа происходит за счет накопления в интиме липидов — этерифицированных спиртом холестерином эссенциальных ненасыщенных и полиеновых жирных кислот, формирования бляшек в местах локализации оседлых макрофагов в интиме, очагов некроза и кальциноза; атероматоз не затрагивает коллагеновые и эластические структуры в стенке артерий.
Артериосклероз и атероматоз как проявление атеросклероза — это два самостоятельных патологических процесса в стенке артерий эластического типа. Артериолосклероз является следствием гликирования цепей коллагена и эластина в стенке артериол мышечного типа, постартериол, в эндотелии и перицитах обменных капилляров. Микроангиопатии инициируют только процессы гликирования и действия гликотоксинов, поскольку в артериолах мышечного типа нет интимы, которая является локальной интерстициальной тканью для сбора и утилизации биологического «мусора» из крови, из внутрисосудистого пула межклеточной среды
Прочие белки и ДНК.
Нуклеиновые кислоты и белки могут быть модифицированы путем присоединения Сахаров к их свободным аминогруппам, что ведет к структурной и функциональной перестройке молекул. Нуклеотиды и ДНК тоже подвергаются неэнзиматическому гликозилированию, что приводит к мутациям из-за прямого повреждения ДНК и инактивации систем репарации ошибок рекомбинации, а также вызывает повышенную ломкость хромосом. Неферментативное гликозирование биологически важных молекул становится все более важной областью в изучении диабета и процесса нормального старения.
В первую очередь страдают, то есть гликируются, долгоживущие белки: гемоглобины, альбумины, коллаген, кристаллины, липопротеиды низкой плотности. Последствия самые неприятные. Например, гликирование белков мембраны эритроцита делает ее менее эластичной, более жесткой, в результате чего ухудшается кровоснабжение тканей.
Из-за гликирования кристаллинов мутнеет хрусталик и, как следствие, развивается катаракта. Модифицированные таким образом белки мы можем обнаружить, а значит, они служат маркерами атеросклероза, сахарного диабета, нейродегенеративных заболеваний. Врачам и диабетикам знаком один специфический конечный продукт гликации – А1с.
Он образуется в результате реакции Амадори путем присоединения глюкозы к β-цепи нормального гемоглобина. Сегодня одна из фракций гликированного гемоглобина (HbА1c) — в числе основных биохимических маркеров диабета и сердечно-сосудистых заболеваний. Снижение уровня HbА1c на 1% уменьшает риск каких-либо осложнений при диабете на 20%.
Повреждения аминокислот.
К минусам гликирования нужно приписать и то, что реакция Майара снижает биологическую ценность белков, поскольку аминокислоты, особенно лизин, треонин, аргинин и метионин, которых чаще всего недостает в организме, после соединения с сахарами становятся недоступными для пищеварительных ферментов и, следовательно, не усваиваются. опубликовано econet.ru
Автор: Андрей Беловешкин
Это Вам будет интересно:
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
