Hurá!   WikiSkripta jsou v novém! Vzhled ale není jediná věc, která se změnila, pod kapotou je novinek mnohem víc. Pokud se chcete dozvědět více, nebo pokud vám něco nefunguje správně, podívejte se na podrobnosti.

Bílkoviny (1. LF UK, NT)

Z WikiSkripta

(přesměrováno z Bílkovina)

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

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.