Bílkoviny (1. LF UK, NT)

Z WikiSkript

(přesměrováno z Bílkoviny)

Bílkoviny (proteiny) neboli polypeptidy jsou organické makromolekulární látky. Jejich molekulová hmotnost přesahuje 10 000. Skládají se z aminokyselin v počtu větším než 100. Typický protein jich obsahuje 200–300.

Stavba[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

peptidová vazba

Aminokyseliny v peptidu jsou vzájemně vázány peptidovou vazbou. Peptidová vazba spojuje jednoduchou kovalentní vazbou aminoskupinu jedné aminokyseliny a karboxylovou skupinu druhé aminokyseliny. Hodnota Gibbsonovy energie této reakce je rovna G = 10 kJ/mol.

Polykondenzací vzniká libovolně dlouhý řetězec aminokyselin. Konec řetězce, který má volnou (nezreagovanou) aminoskupinu, se nazývá N-konec. Na opačné straně řetězce nalezneme naopak volnou karboxylovou skupinu. Tento konec se nazývá C-konec.

Struktura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Struktura proteinů vychází z uspořádání aminokyselin v řetězci. Struktura proteinů je velmi důležitá pro jejich funkci.

Primární struktura

Primární struktura je definována přesným pořadím aminokyselin v řetězci.

Sekundární struktura
α-helix
β-skládaný list

Sekundární strukturou rozumíme prostorové uspořádání aminokyselin v řetězci a stabilizace vodíkovými můstky.

Existují dvě základní sekundární struktury:
  1. α-helix: Řetězec je stočen do pravotočivé šroubovice. Délka jednoho závitu šroubovice je rovna 3,6 aminokyselinových zbytků. Strukturu α-helixu nalezneme především u vláknitých proteinů (keratinů) nebo proteinů svalových.
  2. β-skládaný list: Dva rovnoběžně a antiparalelně uspořádané řetězce připomínající složený list papíru.
Terciární struktura

Terciární strukturu charakterizují další intramolekulární vazebné interakce. Například disulfidické můstky, iontové vazby a van der Waalsovy síly. V molekule mohou také vznikat další H-můstky.

Kvarterní struktura

Kvarterní struktura vzniká u proteinů, které se skládají ze dvou a více polypeptidových řetězců. Jejich spojení zajišťují vzájemné extramolekulární vazebné interakce. Kvarterní strukturu nalezneme například v hemoglobinu. Naopak myoglobin kvarterní strukturou nedisponuje.

Denaturace proteinů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Denaturace bílkovin je proces, kdy se mění sekundární a terciární struktura. Protein tímto ztrácí biologickou aktivitu. Denaturace můžeme dosáhnout například zahřátím nebo změnou pH.

Hlavní živiny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • peptidové vazby
  • jiné vazby
    • disulfidové -S-S-
    • esterové
    • amidové
  • jiné složky než aminokyseliny (fyzikálně nebo chemicky)


Klasifikace

Dělení[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Podle původu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • živočišné (maso, mléko, vejce) − 60 % proteinů potravy
  • rostlinné (obilniny, luštěniny, ovoce, zelenina) − 30 % proteinů potravy
  • netradiční (řasy, mikroorganismy)

Podle funkce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Podle struktury[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

(přítomnosti nebílkovinné složky)

  1. Jednoduché proteiny (obsahují jen bílkovinný řetězec – globulární, fibrilární proteiny)
  • globulární, sféroproteiny (albuminy, globuliny)
  • fibrilární (vláknité), skleroproteiny, stromatické bílkoviny (kolageny, keratiny, elastiny)
  1. Složené proteiny (obsahují bílkovinný řetězec a nebílkovinnou část – prostetickou skupinulipoproteiny, glykoproteiny)

Podle rozpustnosti[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Rozpustné
  • albuminy − mléko (laktalbumin), vaječný bílek (ovalbumin, konalbumin), pšenice (leukosin)
  • globuliny − maso (myosin, aktin), mléko (laktoglobulin), vejce (ovoglobulin)
  • gliadiny neboli prolaminy − pšenice (gliadin), ječmen (hordein), kukuřice (zein)
  • gluteliny − pšenice (glutenin), rýže (oryzenin)
  • protaminy − mlíčí ryb (cyprimin, salmin, klupein, skombrin)
  • histony − krev (globiny hemoglobinu a myoglobinu)
Nerozpustné
  • kolagen, elastin, keratin

Podle stavu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • nativní (přírodní, biologické funkce)
  • denaturované
  • upravené (modifikované, aditiva)

Výživové hledisko[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • plnohodnotné (esenciální aminokyseliny v optimálním množství)
    • vaječné a mléčné
  • téměř plnohodnotné (některé esenciální aminokyseliny nedostatkové)
    • živočišné svalové
  • neplnohodnotné (některé esenciální aminokyseliny nedostatkové)
    • veškeré rostlinné, živočišných pojivových tkání
Potraviny deficitní některými aminokyselinami
  • Lysin − obiloviny (obecně rostlinné proteiny)
  • Methionin − mléko, maso
  • Threonin − pšenice, žito
  • Tryptofan − kasein, kukuřice, rýže
Obsah v potravinách
  • 0–100 % P (v sušině)
  • potraviny živočišné > rostlinné
  • luštěniny, olejniny > ovoce, zelenina
vejce – 75 % H2O, 13 % P (celá), 52 % P v sušině
luštěniny – 12 % H2O, 24 % P (sója 32-45 %), 27 % v sušině
maso (H) – 69 % H2O, 21% P, 68 % v sušině
chléb – 38 % H2O, 7 % P, 11 % v sušině
mléko – (3,5 % L) 87-90 % H2O, 3,4 % P, 28 % v sušině
brambory – 78 % H2O, 2 % P, 9 % v sušině

Krytí potřeby energie: ~ 10 % Doporučená denní dávka: 1-1,2 g/kg Poměr živin

  • bílkoviny : lipidy : sacharidy (hmotnost = 1 : 1 : 4)
  • energie = < 14 : < 14 : <56 %

Fyziologie a výživa[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • minimální potřeba plnohodnotného proteinu 0,5-0,6 g·kg-1
  • doporučovaná dávka 1,0-1,2 g·kg-1 (nevyužity optimálně)
~ 2,4 g·kg-1 období růstu, kojící ženy, rekonvalescenti aj.
  • výživová hodnota (nutriční, biologická)
  • celkový příjem

Dostupnost peptidových vazeb trávicím enzymům

Další faktory

Dříve
  • BV (Biological Value) (= g P vzniklé v organismu / 100 g P v potravě)
  • NPU (Net Protein Utilization)
  • PER (Protein Efficiency Ratio) aj. (zvířata)

Závisí na:

  • absolutní obsah esenciálních aminokyselin
  • relativním poměru
  • poměru k neesenciálním aminokyselinám
  • travitelnosti
Dnes
  • aminokyselinové skóre AAS (Amino Acid Score)
  • index esenciálních aminokyselin EAAI (Essential Amino Acid Index) − přesnější údaje
AAS (%) = 100 Ai /Asi

kde:

  • Ai = obsah esenciální aminokyseliny v proteinu
  • Asi = obsah téže aminokyseliny ve standardním (referenčním) proteinu

Standardní protein = fiktivní protein s optimálním složením esenciálních aminokyselin (AAS = 100%)

EIAA.jpg

Fyzikálně-chemické vlastnosti[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • rozpustnost, hydratace a bobtnání
  • disociace
  • optická aktivita
  • vznik gelů
  • vznik emulzí
  • stabilizace pěn
  • denaturace
    • faktory fyzikální − změny teploty, tlaku, ultrazvuk, pronikavé elektromagnetické záření
    • faktory chemické − soli, změny pH (kyseliny, zásady), povrchově aktivní látky
  • důsledky
    • přístupnější digestivním enzymům trávicího traktu
    • denaturace antinutričních faktorů, toxických látek (inhibitory proteas, amylas, lektiny)
    • inhibice nežádoucích enzymů a mikroorganismů
Maso, masné výrobky, drůbež, ryby

Maso, masné výrobky, drůbež, ryby[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

4 hlavní druhy tkání (další krev)

  • epitelové
  • podpůrné (pojivové)
  • svalové (příčně pruhované, hladké)
  • nervové
Definice
Části teplokrevných zvířat v čerstvém, zpracovaném stavu
V užším smyslu: skeletální svalová tkáň − počet svalů, úpony na kosti, přívod krve, nervy, kůže, chrupavky, kosti, tuk
Další složky
  • vitaminy
  • volné aminokyseliny 0,1–0,3 %
taurin (0,02-0,1 %), složka žlučových kyselin, přenos nervových vzruchů Taurin.jpg
  • kvarterní amoniové sloučeniny
cholin 0,02-0,06 %, fosfolipidů, transmethylační reakce, acetylcholin, sinapin Cholin.jpg
karnitin 0,05-0,2 %, transport mastných kyselin Karnitin.jpg
  • guanidinové sloučeniny
  • glykogen
  • fosfáty cukrů a volné cukry
  • kyselina mléčná aj. kyseliny
  • puriny a pyrimidiny

Použití pro potravinářské a nepotravinářské účely.

Myofibrilární proteiny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • svalové vlákno
  • myofibrily (kontraktilní vlákna)
  • mikrofilamenta (mikrovlákna)
Reakce in vivo
Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Spojení excitace a kontrakce.
Reakce post mortem
  • ATP anaerobní glykolýzou z glykogenu
  • mléčná kyselina › pokles pH z 6,8 na < 5,8
  • inhibice glykolytických enzymů
  • Ca2+ / reakce aktinu s myosinem, není ATP › posmrtné ztuhnutí (rigor mortis)

Vliv na jakost masa[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zrání masa
  • štěpení aktomyosinu endogenními proteasami (hlavně kathepsiny)
  • štěpení kolagenu kolagenasami
Vady masa
  • DFD (dry-firm-dark) a DCB (dry-cutting-beef)
    • tmavé, vysoká vaznost, nízká údržnost
    • odstranění mléčné kyseliny při vykrvení, pH~ 6
  • PSE (pale-soft-exudative)
    • světlé, nízká vaznost, šedo-zelený povrch
    • zvýšená glykolýza stimulovaná hormony, pH~ 5,6

Změny při zpracování[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ~35° C asociace sarkoplasmatických bílkovin, snížení vaznosti, zvýšení tuhosti
  • ~45° C viditelné změny, zkrácení =denaturace myosinu
  • ~50-55° C denaturace aktomyosinu
  • ~55-65° C denaturace sarkoplasmatických bílkovin, asociované struktury a gel
  • ~60-65° C změny konformace kolagenu (zkrácení 1/3-1/4)
  • ~80° C oxidace SH-skupin
  • ~90° C želatinace kolagenu (uvolnění tropokolagenových vláken, sol želatiny)
  • ~100 ° C eliminace NH3, H2S, další látky, aromatické látky, změna barvy

Mléko a mléčné výrobky[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Komplikovaný disperzní systém
  • globulární bílkoviny syrovátky − koloidní disperze
  • kaseinové molekuly − micelární disperze
  • tuk − tukové globule (mikrosomy, φ 0,1-10 µm): emulze
  • částice lipoproteinů − koloidní suspenze
  • nízkomolekulární látky (laktosa, aminokyseliny, minerální látky, hydrofilní vitaminy) − pravý roztok
Zbarvení

Složení proteinů kravského mléka[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Obsah aminokyselin mléka

  • kaseiny
    • α-kaseiny = fosfoproteiny, αS1, αS2, fosfoserin Alfa-kasein.jpg
    • ß-kaseiny = fosfoproteiny
    • γ-kaseiny = produkty degradace ß-kaseinů
    • κ-kaseiny = glykoproteiny (2 genetické varianty, B), cukr = tetra-, tri-, di-, mono-, GalNAc, Gal,

NeuAc, vazba na Thr (133) Kapa-kasein.jpg

  • kaseiny − αS-, ß-, κ-kaseiny agregace do submicel a micel, molekuly kaseinů › submicela › micela

Změny při skladování a zpracování[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Tepelné zpracování
  • shlukování tukových globulí v syrovém mléce, ~ makroglobulin
  • bílkoviny syrovátky termolabilní, denaturují, kaseiny prakticky nedenaturují
Pasterace
  • 72-74 °C (20-40 s): denaturuje asi 50-90 % bílkovin séra
  • > 75 °C:
    • inaktivuje se většina enzymů
    • redukce disulfidových vazeb
    • eliminace H2S (ß-laktoglobulin)
    • sulfidy, disulfidy vařivá příchuť (Met)
    • degradace thiaminu
    • vznik laktonů a methylketonů
  • sterilace 140 °C (4 s)
    • denaturuje 100 % bílkovin
    • reakce laktosy s proteiny syrovátky
    • ztráty lysinu (Maillardova reakce), vonné látky − syrové a pasterované mléko ~ 400 vonných látek (1-100 mg/kg)
Srážení a proteolýza kaseinů
  • mléko čerstvé − pH 6,5-6,75
  • srážení kaseinů − pH 4,6 (kontaminující, kulturní mikroby)

Tvrdé sýry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • mikroorganismy (mléčná kyselina), okyselení (pH 5,5)
  • proteolytický enzym rennin (chymosin, syřidlo), specifická hydrolýza κ-kaseinu − para-κ-kasein = hydrofobní část, součást micel, κ-kaseinmakropeptid = hydrofilní část, koagulace
  • sýřenina, (skladování › tuhost, kyselost, odstředění syrovátky, solení, zrání (u sýru typu Emmental konverze mléčná › propionová kyselina + CO2), proteolýza, lipolýza › tvrdý sýr

Měkké sýry, jogurty[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • srážení, nízké pH (fermentace laktosy, mléčná kyselina), koagulace kaseinů částečná, u jogurtů asociace micel (gelová struktura)
Nerozpustný kyselý kasein
Sladký kasein (srážení syřidlem)
Kaseináty (rozpustné
Na, K, NH4; dispergovatelné: Ca, Mg)
Nerozpustné koprecipitáty
Syrovátka
Vejce

Vejce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Proteiny bílku[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

~ 40 proteinů (globuliny, glykoproteiny a fosfoproteiny)
  • enzymy (lysozym, aktivita N-acetylmuramidasy, murein, buněčné stěny bakterií)
  • bílkovinné složky enzymů (flavoprotein/riboflavin, avidin/biotin)
  • inhibitory proteas (ovomukoid, ovoinhibitor)
Důsledky
  • viskozita a gelovitá konzistence bílku − ovomukoid a ovomucin
  • stabilita pěny šlehaného bílku − ovoglobuliny G2 a G3
  • antimikrobní účinky −lysozym (ovoglobulin G1)
  • antinutriční působení − avidin

Proteiny žloutku (emulze tuku ve vodě)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 1/3 = bílkoviny, 2/3 = lipidy
  • glyko-, lipo-, glykofosfo- a glykofosfolipoproteiny
  • granule − lipovitellin a fosvitin
  • plasma − lipovitellenin a livetin

Změny při skladování a zpracování[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • částečná denaturace proteinů bílku při šlehání
  • denaturace teplem
    • 57 °C − počátek
    • 60-65 °C − denaturuje většina bílkovin (ne ovomukoid)
    • 65-70 °C − většina bílkovin žloutku (ne fosvitin)
Potraviny rostlinného původu

Potraviny rostlinného původu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • hlavní zdroje − semena rostlin
  • omezené zdroje − plody, listy, hlízy, bulvy a jiné části rostlin (ovoce, zelenina, okopaniny)

Cereálie a pseudocereálie[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Proteiny pšenice[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Mouka 7-13 (až 15) % bílkovin

  • 15 % albuminy (ve vodě rozpustné) leukosin
  • 7 % globuliny (0,4 M-NaCl) edestin
  • 33 % prolaminy (70 % ethanol) gliadin
  • 46 % gluteliny (zbytek) glutenin
poměr prolaminy / gluteliny = 2 : 3
  1. Mouka silná = chlebová (12-14 %)
  • (těsto elastické, tuhé, nutné intenzivní míchání, zadržuje oxid uhličitý, vzduch, objemnější výrobky)
  1. Mouka slabá = výroba sušenek, cukrovinek (< 10 %)
Těsto
  • lepek (gluten) = viskoelastická hmota, 2/3 vody, 1/3 hydratované gluteliny (viskozita),
  • gliadiny (elasticita), sušina lepku = 90 % proteinů, 8 % lipidů, 2 % cukrů
Bezlepkové výrobky
  • alergické onemocnění celiakie (~ 0,05 % dětí v Evropě)
  • změny epithelových buněk střevní stěny, zhoršená absorpce živin
  • prolaminové frakce pšenice, žita, ječmene, sekvence: Pro-Ser-Gln-Gln a Gln-Gln-Gln-Pro
limity < 100 mg gliadinu/kg (sušiny)

Proteiny žita[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • není gluten
  • pekařské vlastnosti: pentózany, některé proteiny (botnající v kyselém prostředí)
  • vznik kyselin činností mikroorganismů (S. cerevisiae, S. minor, L. plantarum, L. brevis)

Proteiny luštěnin a olejnin[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • vysoký obsah globulinů, funkce při klíčení
Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce obsah aminokyselin v luštěninách.


Využití netradičních zdrojů bílkovin
Texturované rostlinné proteiny
Přípravky bohaté na bílkoviny
Reakce

Reakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • eliminační, isomerační, adiční, oxidační
  • komplexní reakce
  • vliv složení potravin, podmínek: teplota, pH, O2, další látky
Důsledky
  • snížení biologické hodnoty
    • rozklad esenciálních aminokyselin
    • vznik nemetabolizovatelných produktů
    • snížení travitelnosti
    • vznik antinutričních a toxických látek
  • vznik aromatických látek
    • hlavně Cystein, Methionin, Ornitin, Prolin
    • aminy, aldehydy, alkoholy, S-sloučeniny

Eliminační reakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • dekarboxylace (eliminace oxidu uhličitého) Dekarboxylace.jpg
aromatické látky
biologicky aktivní látky (biogenní aminy)
Eliminace amoniaku a vody
  • vznik 2,5-dioxopiperazinů (cyklické dipeptidy) Vznik 25.jpg
  • vznik alk-2-enových kyselin Vznik alk2en.jpg
  • vznik γ-laktamů z γ-aminokyselin, γ-aminokyselina Glu, kreatin Vznik gamalaktamu.jpg
Eliminace funkčních skupin postranních řetězců
  • reakce v kyselém prostředí nebo termické reakce
    • deamidace proteinů, hydrolýza
  • reakce v neutrálním prostředí nebo termické reakce
    • vznik neobvyklých vazeb
  • reakce v alkalickém prostředí nebo termické reakce
    • vznik neobvyklých vazeb, neobvyklých aminokyselin, D-aminokyseliny (abiogenní)
Důsledky
  • snížení travitelnosti
  • snížení výživové hodnoty
  • vznik potenciálně toxických aminokyselin
  • vznik aromatických látek
Kyselé prostředí
  • Výroba hydrolyzátů bílkovin
    • enzymy autolýza kvasničné autolyzáty, potravinářské hydrolyzáty, sójová omáčka
    • kyseliny potravinářské hydrolyzáty
Neutrální prostředí
  • vznik příčných vazeb a neobvyklých aminokyselin
ε-aminoskupina Lys, karboxamidová skupina Asn, Gln Příčné neutrální.jpg
Alkalické prostředí
  • ztráty Lysin, Cystein, Serin, Threonin, Arginin aj.
  • 1,2-eliminace H-X (Ser, Thr, Cys, SySSCy) a hydrolýza

Reakce alkalické.jpg

X = OH, SH, SR, SSR aj.

Cys, Ser›2-aminoakrylová kyselina (dehydroalanin), Thr › 2-aminokrotonová kyselina (dehydrobutyrin) Vznik k aminokrotonové.jpg

  • adice funkčních skupin aminokyselin (intra- a intermolekulární příčné vazby)

Adice-příčné vazby.jpg

  • hydrolýza zesítěného proteinu a vznik neobvyklých aminokyselin, lysinoalanin, lanthionin

Hydrolyza zesítěných proteinů.jpg

Isomerace vznik D-AMK.jpg

Adiční reakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • reakce se sacharidy (aldehydy, ketony), Maillardova reakce

Maillardova reakce.jpg

    • barevné látky, aromatické látky, biologicky aktivní látky

Oxidační reakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • oxidační deaminace a transaminace
    • Enzymové reakce
      • deaminasy nebo transminasy, hydrolasy

Hydrolasy.jpg

      • aldehydy − aróma ovoce a zeleniny
      • alkoholy − aróma alkoholických nápojů (alkoholy přiboudliny)
Streckerova degradace (oxidační dekarboxylace)
Oxidační činidla
  • dikarbonylové sloučeniny
  • sacharidy
  • chinony
  • anorganické látky (chlornany)
Vznik dalších produktů
  • N- a S-heterocyklické sloučeniny
Další oxidace
  • oxidované lipidy a fenoly, O2 (fotosenzibilizátory)
  • cystein a cystin
    • oxidace Cys na sulfenovou, sulfinovou, sulfonovou (cysteovou) kyselinu (nevyužitelná) Cysteová.jpg
    • oxidace Cys na CySSCy Oxidace na CySSCy.jpg
    • oxidace CySSCy Oxidace CySSCy.jpg
    • oxidace Met Oxidace Met.jpg

Reakce se složkami potravin[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • reakce s polyfenoly
    • tmavá barva izolátů ze šrotů
    • nevyužitelné produkty, snížená travitelnost
  • reakce s oxidovanými lipidy
    • nevyužitelné produkty, snížená travitelnost


Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • KOOLMAN, Jan a Klaus-Heinrich RÖHM. Barevný atlas biochemie. 1. vydání. Praha : Grada, 2012. ISBN 978-80-247-2977-0.
  • MATOUŠ, Bohuslav, et al. Základy lékařské chemie a biochemie. 1. vydání. Praha : Galén, 2010. 540 s. ISBN 978-80-7262-702-8.
  • MURRAY, Robert K. (Robert Kincaid), David A BENDER a Kathleen M BOTHAM, et al. Harper’s illustrated biochemistry : [object Object]. 29. vydání. New York [u.a.] : McGraw-Hill Medical ; New York [u.a.] : McGraw-Hill Lange, 2012. ISBN 9780071765763.
  • LEDVINA, Miroslav, et al. Biochemie pro studující medicíny. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009. 548 s. ISBN 978-80-246-1414-4.