Wprowadzenie

Nazwa proteins -  białka wywodzi się od greckiego wyrazu - protos, co znaczy "pierwszy". Związki te

w rzeczywistości zajmują  czołowe miejsce, odnośnie rozmaitości funkcji spełnianych w przyrodzie. Białka zapewniają jego formę oraz prawidłowe funkcjonowanie wszystkich organizmów żywych. Stanowią główny element budulcowy:

  •   skóry
  •   mięśni
  •   ścięgien,
  •   nerwów
  •   krwi
  •   mleka
  •   chrząstek
  •   sierści
  •   paznokci
  •   piór
  •   enzymów
  •   receptorów
  •   przeciwciał
  •   antybiotyków
  •   toksyn bakteryjnych
  •   wirusów
  •   jadu węży
  •   hormonów

Budowa

Białka zbudowane są z aminokwasów. Te zaś posiadają: grupę aminową i grupę karboksylową, oraz specyficzny, dla danego aminokwasu, łańcuch boczny (oprócz glicyny).

W ich cząsteczkach można wyróżnić centralny węgiel (węgiel α) powiązany z czterema różnymi podstawnikami. Determinuje to powstanie centrum chiralności, co wiąże się z możliwością występowania aminokwasu w postaci dwóch form, różniących się ułożeniem grup wokół atomu węgla, nazywanych izomerami optycznymi. Jedna forma może przechodzić w drugą bez zniszczenia struktury. Izomery są wzajemnymi odbiciami lustrzanymi.

W przyrodzie wszystkie aminokwasy występują w postaci L. Organizmy żywe zawierają  20 podstawowych aminokwasów.

Substancje te występują w roztworze obojętnym w postaci jonów obojnaczych, a więc w postaci jonów: NH3+

i COOH-. Przy wzroście pH, czyli zmniejszeniem stężenia jonów wodorowych, grupa NH3+ ulega dejonizacji

do NH3, a przy spadku pH, a więc wzroście stężenia jonów wodorowych,  grupa karboksylowa przyjmuje postać COOH.

Białka są substancjami organicznymi o najbardziej skomplikowanej budowie. Stanowią wielkocząsteczkowe polimery, które składają się z ułożonych linearnie cząsteczek aminokwasów połączonych wiązaniem peptydowym. Jest ich bardzo wiele, ponieważ liczba kombinacji 20 różnych aminokwasów (taka ich liczba występuje w organizmach), w danym białku jest w zasadzie nieskończona.

Zawierają one pierwiastki  takie jak:

  •   wodór
  •   węgiel
  •   tlen
  •   azot
  •   siarka
  •   fosfor
  •   żelazo
  •   chlor i in.

Aminokwasy  w organizmie człowieka i ich funkcja

Aminokwas

Funkcja w organizmie

Izoleucyna
  •   Ważna w regulacji poziomu cukru i produkcji energii oraz przy budowie hemoglobiny.
  •   Aminokwas ten jest transformowany (metabolizowany) i przetwarzany w tkankę mięśniową.
  •   Jego brak powoduje objawy podobne do hipoglikemii lub niskiego poziomu cukru we krwi.

Leucyna
  •   Niezbędny aminokwas, który znajduje się w białkach zwierzęcych i roślinnych.
  •   Ważny dla kontroli poziomu cukru we krwi.

Lizyna
  •   Ważna przy budowie białek, głównie w mięśniach i w kościach, istotna dla rozwoju dzieci.
  •   Pomaga wchłaniać wapń, uzyskiwać większą koncentrację umysłową.
  •   Zwalcza objawy przeziębienia, grypy oraz opryszczki.
  •   Pomaga w wytwarzaniu hormonów, przeciwciał, enzymów i budowie kolagenu.
  •   Jej brak powoduje zmęczenie, rozdrażnienie, anemię i wypadanie włosów.

Metionina
  •   Usuwa trujące resztki z wątroby i wspomaga tworzenie tkanki wątroby oraz nerek.
  •   Bardzo ważna w leczeniu choroby reumatycznej i toksemii, czyli obecności toksyn we krwi pojawiającej się w czasie ciąży.
  •   Wspomaga układ trawienny, wzmacnia osłabione mięśnie, łamliwe włosy i jest bardzo pomocna w osteoporozie.

Fenyloalanina
  •   Skuteczna pomoc przy depresji, otyłości i utracie pamięci.
  •   Jest ważnym składnikiem w produkcji kolagenu, głównego włóknistego białka ustroju.
  •   Dzięki jej działaniu w centralnym układzie nerwowym zmniejsza ból towarzyszący migrenom, menstruacji i zapaleniom stawów.
  •   Fenyloalanina nie powinna być przyjmowana przez kobiety w ciąży oraz cierpiące na nadciśnienie

Tryptofan
  •   Pomaga kontrolować nadaktywność u dzieci, łagodzi stres, dobry dla serca.
  •   Pomaga w kontroli wagi i umożliwia wzrost hormonów potrzebnych do produkcji witaminy B6 i niacyny.
  •   Aminokwas ten jest używany przez mózg do produkcji serotoniny i melatoniny, neuroprzekaźników potrzebnych do przenoszenia impulsów nerwowych z jednej komórki do innej.
  •   Brak serotoniny i melatoniny powoduje depresję, bezsenność i inne zaburzenia umysłowe.

Treonina
  •   Znajduje się w sercu, centralnym układzie nerwowym i mięśniach.
  •   Bardzo ważna w budowie kolagenu i elastyny, wspomaga wątrobę i utrzymanie równowagi białkowej w organizmie.

Walina
  •   Ma działanie pobudzające.
  •   Utrzymuje metabolizm mięśni, regeneruje tkanki i przyczynia się do równowagi azotowej.
  •   Walina powinna być łączona z leucyną i izoleucyną.

Alanina
  •   Ważne źródło energii i regulator poziomu cukru we krwi.
  •   Wchodzi w szlaki metaboliczne glukozy.

Aspargina
  •   Odgrywa znaczącą rolę w metabolicznych procesach układu nerwowego.
  •   Od niej zależy stan umysłowy, decyduje czy jest się zdenerwowanym, czy spokojnym.

Kwas asparginowy
  •   Buduje barierę przeciwko immunologlobimom i przeciwciałom układu immunologicznego.
  •   Ma duże znaczenie dla przemiany węglowodanów w energię mięśniową.

Cytrulina
  •   Stymuluje układ immunologiczny.
  •   Pomaga w wytwarzaniu energii organizmu.
  •   Odtruwa wątrobę z produktów zawierających amoniak.

Cysteina
  • Stymuluje porost włosów
  • Chroni przed uszkodzeniami, które może spowodować alkohol i papierosy.

Glutamina
  •   Wspomaga pamięć, koncentrację i prawidłowe funkcjonowanie aktywności umysłowej.

Kwas glutaminowy
  •   Ważny składnik metaboliczny w układzie immunnologicznym, do produkcji energii i funkcji mózgu.

Glicyna
  •   Opóźnia zwyrodnienie mięśni poprzez dostarczanie dodatkowej keratyny.
  •   Bardzo ważna przy budowie czerwonych krwinek i dostarczaniu aminokwasów do organizmu, a także przy syntezie glukozy i keratyny - dwóch ważnych substancji dla produkcji energii.

Histydyna
  •   Bardzo ważna przy produkcji czerwonych i białych krwinek, podstawa dla budowy tkanek organizmu.

Prolina
  •   Ważny składnik w budowie tkanek.

Seryna
  •   Wspomaga pamięć, funkcjonowanie systemu nerwowego.
  •   Bardzo ważna przy produkcji energii w komórce.

Tyrozyna
  •   Stosowana przy bezsenności, niepokoju i depresji, a także alergii.
  •   Bardzo istotna dla funkcji tarczycy i przysadki.
  •   Brak tego amonokwasu jest związany z nadczynnością tarczycy, co powoduje zmęczenie i wyczerpanie.
  •   Zmniejszenie ilości tyrozyny powoduje brak norepinefryny, co może spowodować depresję nerwową.

Karnityna
  •   Pomaga w kontrolowaniu wagi i przemiany tłuszczowej w organizmie.
  •   Zmniejsza ryzyko wystąpienia schorzeń serca.
  •   Do produkcji tego aowskkwasu organizm potrzebuje lizyny i witamin B1 i B6 wraz z żelazem.

GABAowskas gamma-aminomasłowy
  •   Jest ważny dla uzyskania opanowania, ponieważ hamuje komórki nerwowe przed wyładowaniem.
  •   Pomaga wstrzymać niepokój i nad-aktywność.

Tauryna
  •   Ważna dla mięśni i w zaburzeniach serca.
  •   Pomaga w trawieniu tłuszczów (znajduje się w żółci), a także przy hipoglikemii i nadciśnieniu.
  •   Jest związana z epilepsją i niepokojem.

Tabela. Aminokwasy  w organizmie człowieka i ich funkcja

Synteza

Tworzenie białek w żywym organizmie polega na odtworzeniu sekwencji aminokwasów na bazie DNA. Odwzorowanie jest uwarunkowane sekwencją zasad azotowych występujących w łańcuchu cząsteczki kwasu nukleinowego. Proteiny tworzą się w polikondensacji, a więc polimeryzacji zachodzącej na rybosomach (wyspecjalizowane kompleksy enzymatyczne) z wytworzeniem związków małocząsteczkowych

α-L-aminokwasów. Proces ten nosi biochemiczna nazwę  translacji.

Podział aminokwasów i  białek

Łańcuchy boczne aminokwasów, jak już wspomniano, różnią się między sobą:

  •   kształtem
  •   wielkością
  •   ładunkiem elektrycznym
  •   reaktywnością
  •   zdolnością do utworzenia wiązań wodorowych oraz oddziaływań hydrofobowych

Podział aminokwasów w oparciu o właściwości bocznej grupy:

  •   Charakter chemiczny:
  •   kwasowe
  •   zasadowe
  •   nienaładowane
    • lub powinowactwo do wody:
  •   hydrofobowe
  •   hydrofilowe

Podział peptydów z uwagi na liczbę aminokwasów:

    • dipeptydy, tripeptydy,  itd.
    • peptydów
    • oligopeptydy utworzone z paru do parunastu aminokwasów
    • polipeptydy to cząsteczki zbudowane z parudziesięciu (do 100) aminokwasów

Białka są  związkami makromolekularnymi (wielkocząsteczkowymi) zawierające łańcuchy polipeptydowe dochodzące powyżej 1 000 cząsteczek aminokwasów. Na funkcje i właściwości fizyko-chemicznych białek mają wpływ rodzaj oraz  sposób powiązania aminokwasów budujących łańcuch polipeptydowy.

Te makrocząsteczki tworzą dwie struktury:

  •   harmonijkę
  •   helisę, która w organizmach żywych  występuje głównie w postaci prawoskrętnej
  •   i lewoskrętna

Podział białek z uwagi na budowę:

  •   proste - cząsteczki składające się tylko z łańcuchów polipeptydowych
  •   złożone - cząsteczki składające się oprócz łańcuchów polipeptydowych, również elementy niepeptydowe (np.: jony metalu – hemoglobina):
  •   nukleoproteiny – proteiny budujące  jądra komórkowe
  •   witelina - składnik żółtka jaja kurzego
  •   kazeina - składnik mleka

Podział białek w oparciu o funkcję w powiązaniu ze strukturą:

    • część funkcjonalna - posiadająca centrum katalityczne reakcji biochemicznej
    • część strukturalna - zazwyczaj hydrofobowa, która ma na celu umocowanie białka w błonie lipidowej

Podział białek przez wzgląd na rozpuszczalność w wodzie:

  •   hydrofobowe (fibrylarne, które są nierozpuszczalne w wodzie) – można je spotkać zazwyczaj w błonach komórkowych
  •   hydrofilowe (globularne, które rozpuszczają się w wodzie) – stanowią składnik  cytoplazmatyczny

Podział białek w oparciu o pełnioną funkcję:

  •   enzymy - receptory
  •   zapasowe - strukturalne
  •   transportujące - białka ochronne (przeciwciała)
  •   kurczliwe - regulatorowe
  •   hormony
  •   toksyny

Białka są jednymi z podstawowych składników pożywienia, posiadają odmienną wartość odżywczą, ponieważ  zawierają bardzo różny skład aminokwasowy. O wartości białek decyduje ilość aminokwasów, ich skład jakościowy, przyswajalność oraz strawność.

Podział białek ze względu odmienną wartość odżywczą:

  •   pełnowartościowe - zawierające wszystkie aminokwasy, które są niezbędne, w dostatecznym stosunku ilościowym pokrywającym w pełni zapotrzebowanie;  zaliczamy tutaj głównie białka pochodzenia zwierzęcego, które występują w mięsie, mleku, jajach, serze oraz rybach
  •   częściowo niepełnowartościowe – czyli takie,  które zawierają wprawdzie wszystkie niezbędne aminokwasy, ale nie pokrywają one dziennego zapotrzebowania na białko; występują
  •   w żywności pochodzenia roślinnego, a szczególne w przetworach zbożowych
  •   niepełnowartościowe – stanowią je  głównie białka pochodzenia roślinnego

Własności fizyczne białek:

  •   rozpuszczalność białek jest zależna od stosunku aminokwasów hydrofobowych oraz hydrofilowych:
  •   nierozpuszczalne to: skleroproteiny w tkance łącznej (paznokcie, rogi, włosy), a także białka budujące błony lipidowe (receptory błonowe)
  •   rozpuszczalne: białka osocza krwi (globuliny)
  •   tworzą żel (z niewielką ilością wody) przechodzący w zol (w miarę dodawania rozpuszczalnika)
  •   zol posiada wysoką lepkość, małe napięcie powierzchniowe, a także powoduje rozpraszanie światła, czyli tzw. efekt Tyndalla
  •   aktywność koloido-osmotyczną
  •   podatność na koagulację, a więc przejście żelu zol pod wpływem rozmaitych czynników

Właściwości chemiczne białek:

  •   ulegają denaturacji pod wpływem soli o wysokich stężeniach, niektórych kwasów, soli metali ciężkich, rozpuszczalników organicznych oraz wysokiej temperatury  (powyżej 50oC) wytracając się z roztworu
  •   wykazują właściwości kwasowo-zasadowe, z uwagi na posiadanie dwóch grup funkcyjnych,
  •   a ich aktywność zależy od środowiska:
  •   w punkcie izoelektrycznym (wartości pH charakterystycznej dla danego białka)  posiadają ładunek zerowy
  •   przy pH, odmiennych od punktu izoelektrycznego, białka znajdują się w roztworze
  •   w formie makrojonów
  •   białka ulegają charakterystycznym rekcjom uwarunkowanym obecnością różodnych grup funkcyjnych aminokwasów

Białka identyfikuje się za pomocą dwóch metod:

  •   reakcja biuretowa, która polega na reakcji białka z roztworem siarczku miedzi (II) 
  •   oraz wodorotlenkiem potasu. Obecności białka powoduje pojawienie się zabarwienia fioletowo-czerwonego, gdy występują polipeptydy - na purpurowo
  •   reakcja ksantoproteinowa, opierająca się na reakcji białek z kwasem azotowym (V), w której pojawia się żółto-pomarańczowe zabarwienie roztworu

Wpływ alkoholu na organizm

Alkohol, podobnie jak wysoka temperatura prowadzi do denaturacji białka (nieodwracalny proces ścinania białka). Alkohol przenika bardzo szybko z układu pokarmowego do krwi, a potem to wszystkich komórek ciała. Ma działanie destrukcyjne na mózg, wątrobę czy nerki. Powoduje on  zmniejszenie siły obronnej organizmu przy różnych stanach zapalnych, a także przy gorączce oraz obniżenie sprawności fizycznej

i umysłowej. Najbardziej toksycznie wpływa na rozwój dzieci, hamując go.

Znaczenie

Prawidłowa zawartość białka w organizmie zapewnia jego prawidłowe funkcjonowanie. Jego podstawowa rolą jest dostarczanie materiału budulcowego tkanek i komórek. Składnik ten musi być dostarczany z zewnątrz, w postaci pożywienia zwierzęcego lub roślinnego, w odpowiednich ilościach: zarówno ilościowych jaki i jakościowych. Krótkotrwały niedobór białka nie wyrządza szkody organizmowi. Gdy brak jest tego składnika przez dłuższy czas może dojść do upośledzenia wielu  czynności życiowych, takich jak: zmniejszenia się sprawności fizycznej i umysłowej, spadku odporności na choroby, licznych zaburzeń ogólnoustrojowych powodujących groźne zmiany biologiczne oraz morfologiczne w organizmie, mogące prowadzić, w skrajnych przypadkach, do śmierci. Nadmierne spożywanie białka, np. przez sportowców, również ma swoje konsekwencje. Prowadzi do odkładania tłuszczu, który uległ przemianie białka w wątrobie.

Najbardziej wartościowymi, z punktu widzenia żywieniowego, są jaja kurze. Stanowią najcenniejsze źródło

10 niezbędnych aminokwasów we idealnych proporcjach. Następnymi produktami zawierającymi cenne biała są mleko i mięso. Mięso jest dobrym źródłem białka, ale dość duża zawartości tłuszczu narzuca nam jego mniejsze spożycie. Produktami pochodzenia zwierzęcego, posiadającego niezbyt dużą zawartość lipidów są mięsa drobiowe, np. kurczaki, indyki , a także mięso ryb.

Produkty pochodzenia roślinnego również zawierają dużą ilości białka. Szczególnie dobrymi źródłami, tego drogocennego budulca, są:

  •   ziarna soi
  •   czarna fasola
  •   soczewica
  •   suche nasiona grochu
  •   ziarna pszenicy

W skład każdej żywej komórki wchodzi bardzo wiele białek: enzymy, hormony, organelle komórkowe. Dogłębny opis funkcji protein żywych organizmów jest tematem poszczególnych dyscyplin biologii.