Białka i ich budowa, rola białek w żywieniu.
Aminokwasy endogenne i egzogenne.
Białka- należą do najważniejszych składników pokarmowych, które są niezbędne do utrzymania życia i nie mogą być zastąpione innym składnikiem.
Budowa chemiczna białek jest bardzo skomplikowana, są to związki organiczne o dużej masie cząsteczkowej, składające się z azotu, węgla, wodoru, tlenu i siarki. Pierwiastki te łączą się w aminokwasy tj. podstawowe cegiełki do budowy białek. Aminokwasy mają zdolność łączenia się między sobą za pomocą specjalnego wiązania o nazwie peptydowe. Połączone dwa lub kilka aminokwasów nazywa się peptydami.
Białka mają różne właściwości rozpuszczania się w wodzie, alkoholu lub rozcieńczonych roztworach soli obojętnych. Charakteryzują się różną masą cząsteczkową,
Skład aminokwasowy białek jest różny stąd taka różnorodność cech chemicznych, fizycznych i biologicznych białek. W skład niektórych białek wchodzą takie pierwiastki jak: fosfor, wapń, miedź, cynk, jod, magnez. Wspólną cechą białek jest tworzenie roztworów koloidalnych. Obecnie przyjmuje się, że w organizmie człowieka znajduje się ok. 1600 różnego rodzaju białek. Są to białka tkanek, narządów, gruczołów, cieczy ustrojowych, włókien nerwowych, łącznotkankowych i mięśniowych, chrząstek, zębów, kości, skóry, paznokci, włosów, enzymów itp.
Białka należą do substancji wrażliwych i łatwo ulegają przemianom. Przykładem tego jest denaturacja białek, która zachodzi przy ogrzewaniu lub po dodaniu mocnego kwasu czy alkoholu.
Podział białek i właściwości
Biorąc pod uwagę budowę białek można je podzielić na białka proste i złożone.
Białkiem prostym będziemy nazywać takie białko roślinne lub zwierzęce, w skład którego wchodzą tylko aminokwasy ( zawierające tylko pierwiastki: azot, węgiel, tlen, wodór i siarka). Białka złożone (zawierają w swojej cząsteczce jeszcze fosfor) są połączeniem białka z częścią niebiałkową zwaną grupą prostetyczną. Grupami prostetycznymi mogą być: kwasy nukleinowe, barwniki, tłuszcze, metale, węglowodany.
Do białek prostych zaliczamy:
1. albuminy
2. globuliny
3. glute1iny
4. pro laminy
5. skleroproteiny
6. histony
7. protaminy
Do białek złożonych zaliczamy: 1. fosfoproteidy
2. nukleoproteidy
3. chromoproteidy
4. metaloproteidy
5. glikoproteidy
6. lipoproteidy
Białka proste są to białka roślinne i zwierzęce, hydrolizujące tylko do aminokwasów. Hydroliza to rozpad białek na aminokwasy z dołączeniem cząsteczki wody.
Albuminy- są to białka rozpuszczalne w wodzie i w rozcieńczonych roztworach soli. Wytrącają się podczas ogrzewania np. przy gotowaniu mięsa włożonego do zimnej wody albuminy wytrącają się w postaci szumowin lub ścinają się na dnie garnka podczas gotowania mleka. Albuminy zawierają dużo siarki ok. 2,25%. Typowymi przedstawicielami albumin są: owoalbumina jaja, laktoalbumina mleka, albumina surowicza krwi i białko mięśniowe miogen. Albuminy są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie.
Globuliny- białka nierozpuszczalne w wodzie, a rozpuszczalne w roztworach soli. Niektóre z nich
rozpuszczają się w rozcieńczonych kwasach i zasadach. Białka tej grupy w roztworach są mniej trwałe niż albuminy i łatwiej ulegają denaturacji. Globuliny występują w tkankach zwierzęcych i roślinnych. Duże ilości tego białka występują w grochu, ryżu, owsie, mięsie, krwi
Gluteliny- białka nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli. Rozpuszczają się natomiast w rozcieńczonych kwasach. W dużych ilościach występują w ziarnach zbóż np. pszenicy, żyta, jęczmienia. Składową częścią glutelin jest białko zwane glutenem. Są dzieci, a także ludzie dorośli, którzy nie tolerują glutenu ( choroba zwana celiakią). Nie mogą oni spożywać pieczywa, kasz pszennych i jęczmiennych, makaronów i innych przetworów zbożowych z ich udziałem. Konieczne jest wówczas zastosowanie leczenia dietetycznego z wyłączeniem tych składników.
Prolaminy- białka nie rozpuszczające się w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli.
Skleroproteiny- to białka występujące tylko w organizmach zwierzęcych głównie w tkankach podporowych i ochraniających. Nie rozpuszczają się w wodzie, kwasach i zasadach, nie są podatne na działanie enzymów trawiennych człowieka. Należą do nich białka tkanki łącznej- kolagen i elastyna. Oba te białka występują np. w ścięgnach. skleroproteidów. W czasie gotowania tych białek w wodzie otrzymuje się lepką substancję, która po ochłodzeniu daje galaretkę. Do skleroproteidów należy także keratyna- białko wchodzące w skład włosów, paznokci, rogów, kopyt, piór, wełny
Do białek złożonych należą:
Fosfoproteidy- zaliczane jeszcze do niedawna do białek prostych. Zawieraj ą w swym składzie resztę kwasu fosforowego. Fosfoproteidy wchodzą w skład kazeiny i żółtka jaj. Grupa tych białek jest nierozpuszczalna w wodzie i łatwo rozpuszczalna w zasadach.
Nukleoproteidy- powstają w wyniku połączenia białka i kwasu nukleinowego. Są nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się w roztworach soli. Występują w komórkach mózgu, wątroby, trzustki, śledziony itp., a więc wchodzą w skład narządów wewnętrznych.
Chromoproteidy- są białkami, których grupę prostetyczną stanowi związek barwny, np. hem zawarty w hemoglobinie krwi, chlorofil w białku chloroplastów- chloroplastynie. Glikoproteidy- składają się z białka i grupy prostetycznej, którą stanowią cukry, głównie glukoza. Do tej grupy białek należą: mucyna- białko śliny, białka występujące w śluzie żołądkowym, tkance kostnej i chrzęstnej.
Lipoproteidy- są połączeniem białek z tłuszczami. Występują w żółtku jaja ( lipowitelina) oraz w osoczu krwi.
Wartość odżywcza białek
Białka z punktu widzenia nauki o żywieniu interesują nas przede wszystkim jako źródło aminokwasów dla człowieka. Zawartość niezbędnych aminokwasów w białkach jak również wzajemne proporcje poszczególnych aminokwasów warunkują wartość odżywczą białek.
Spożycie jednych białek daje lepsze efekty wzrostowe niż innych.
Na świecie umówiono się, że jako białko wzorcowe o optymalnym składzie przyjmuje się białko całego jaja kurzego. Z tym też białkiem porównuje się inne białka, aby określić ich wartość odżywczą.
Znamy wiele białek pełnowartościowych. Należą do nich białko mleka kobiety karmiącej, białko całego jaja kurzego, albumina mleka krowiego. Do białek pełnowartościowych, choć już o nieco niższej wartości zalicza się wszystkie białka zwierzęce: białko mięsa i ryb.
Do białek odbiegających od składu białka pełnowartościowego, tj. białek częściowo niepełnowartościowych, które charakteryzuj ą się niskim
poziomem jednego lub kilku aminokwasów niezbędnych należą różne białka roślinne, a więc białka zbóż, ziemniaków. Wyższą wartość spośród białek roślinnych ma białko roślin strączkowych.
Człowiek żywi się różnymi produktami zarówno roślinnymi jak i zwierzęcymi. Pożywienie jego zawiera więc białka roślinne i zwierzęce. Prawidłowo zestawione jadłospisy dostarczaj ą białka roślinne i zwierzęce, które pod względem składu aminokwasowego na ogół dobrze się wzajemnie uzupełniają i charakteryzują się wysoką wartością odżywczą.
Rola białek w żywieniu
Białka zaliczamy do składników budulcowych organizmu. W chodzą one w skład każdej komórki zarówno organizmów zwierzęcych jak i roślinnych. Ponadto białka biorą bezpośredni udział w procesach życiowych. Z białka występującego w pożywieniu organizm nie tylko buduje, ale również odbudowywuje ( odnawia) własne komórki i tkanki. Niedobór białek powoduje takie objawy jak: zahamowanie wzrostu, spadek odporności, spadek masy ciała, zmiany degeneracyjne wątroby, w skrajnych przypadkach prowadzi nawet do śmierci. Niedobory białkowe są szczególnie niebezpieczne dla dzieci i kobiet w ciąży. Długotrwałe niedobory białkowe w życiu płodowym i u niemowląt odbijają się na ich rozwoju fizycznym a także umysłowym. Niedożywienie białkowe zwiększa podatność organizmu na choroby infekcyjne i pasożytnicze. Białko jest więc składnikiem, który musi być dostarczony z pożywieniem i to nie tylko w odpowiedniej ilości, ale także musi ono charakteryzować się właściwą jakością tj. mieć odpowiedni skład aminokwasowy.
Obecnie znamy już 20 aminokwasów wchodzących w skład produktów spożywczych. Większość aminokwasów organizm może sam wytworzyć z odpowiedniego materiału, dostarczonego mu z zewnątrz. Jednak ośmiu z nich nie
potrafi sam wytworzyć tzn syntetyzować. Na tej podstawie wszystkie aminokwasy zostały podzielone na dwie zasadnicze grupy: aminokwasy egzogenne i endogenne. Aminokwasy egzogenne- to te, które muszą być dostarczone z pożywieniem, ponieważ organizm ludzki i zwierzęcy nie może ich albo wcale syntetyzować z innych związków albo syntetyzuje je w ilości niewystarczającej w stosunku do potrzeb organizmu.
Aminokwasy endogenne to takie, które organizm może wytworzyć sam, jeżeli zabraknie ich w pożywieniu. Przyjęty obecnie podział aminokwasów jest następujący:
Aminokwasy egzogenne: l. Fenylo alanina 2.Izoleucyna
3.Leucyna
4.Lizyna
5.Metionina
6.Treonina
7.Tryptofan
8. Walina
9.Arginina
lO Histydyna
Aminokwasy endogenne:
I.Alanina 2.Cysteina 3.Cystyna
4. Glicyna 5.Hydroksyprolina
6.Prolina 7.Seryna 8.Tyrozyna
9 .Kwas asparaginowy
IO.Kwas glutaminowy
Organizm potrzebuje ośmiu pierwszych aminokwasów egzogennych, natomiast arginina i histydyna należą do aminokwasów względnie egzogennych. Obecność aminokwasów egzogennych w białku określa jego wartość biologiczna. W zależności od tego rozróżniamy białka wysokowartościowe ( pełnowartościowe) i białka mniej wartościowe ( niepełnowartościowe).
Białkiem wysokowartościowym lub pełnowartościowym nazywamy takie białko, które zawiera wszystkie aminokwasy egzogenne w odpowiednich ilościach i odpowiednim stosunku. Takimi białkami są przeważnie białka produktów zwierzęcych ( oprócz kolagenu i białek krwi). Zawierają one wszystkie aminokwasy egzogenne. Białka produktów roślinnych nie mają wszystkich aminokwasów egzogennych lub zawierają niektóre z nich w nieodpowiedniej ilości,
dlatego też są określane jako białka niepełnowartościowe. Niedobory aminokwasów egzogennych w pożywieniu prowadzą do niekorzystnych zmian w organizmie. Braki w składzie aminokwasowym danego produktu można jednak uzupełnić podawaniem różnych produktów zawierających różne białka. Racjonalny dobór produktów stwarza warunki do wzajemnego uzupełniania się białek tj. wypełnienia braków poszczególnych aminokwasów w jednym białku aminokwasami drugiego białka. Typowym przykładem dobrego uzupełnienia się składu aminokwasów białek jest chleb i mleko. Następuje tutaj uzupełnienie białka mąki, ubogiego w aminokwas lizynę, przez białko mleka bogate w ten składnik. Białka produktów zwierzęcych zawierają na ogół więcej niezbędnych aminokwasów i w lepszych proporcjach. Dlatego są one lepszym materiałem budulcowym organizmu człowieka niż białka zawarte w produktach roślinnych. Białka roślinne są zwykle uboższe pod względem zawartości aminokwasów egzogennych. Jeżeli poda się je z odpowiednią ilością białek pochodzenia zwierzęcego, to można z nich uzyskać wartościowy materiał budulcowy organizmu.
Przykładem właściwego uzupełniania białek w posiłku jest podanie takiego zestawu, w którym białko roślinne będzie połączone w białkiem zwierzęcym np. kluski z serem, ziemniaki z jajkiem, kapusta z mięsem, fasola z kiełbasą. Racjonalne żywienie tj. racjonalna gospodarka białkami w organizmie polega właśnie na ich wzajemnym uzupełnianiu. Białka trzeba uzupełniać w każdym posiłku, gdyż w ten sposób podnosi się ich wartość biologiczną.
Podstawową rolą spożywanego białka jest dostarczenie organizmowi odpowiedniej ilości aminokwasów. Służą one budowie nowych tkanek u organizmów rosnących tj. u niemowląt, dzieci i młodzieży, oraz wymianie białek tkankowych li ludzi dorosłych. Białka są odpowiedzialne za
prawidłową aktywność enzymów, utrzymują właściwy odczyn płynów ustrojowych, a także treści przewodu pokarmowego. Spełniają również ważną rolę nośnika niektórych witamin i składników mineralnych. Niektóre aminokwasy spełniają także dodatkowe specyficzne funkcje np. tyrozyna służy do wytwarzania hormonu tyroksyny, metionina może być dawcą grup metylowych, z histydyny powstaje w tkankach histamina, substancja działająca na układ nerwowy.
N ormy spożycia białka- zapotrzebowanie człowieka na białka
N ormy na białko powstały na podstawie bilansu azotowego oraz obserwacji stanu zdrowia, wzrostu itp. Do tej pory są one przedmiotem dociekań naukowych. Stwierdzono, że zapotrzebowanie na białko jest również cechą indywidualną organizmu. Normy te ulegają ciągłym modyfikacjom. Im organizm jest młodszy, tym szybciej rośnie i jego zapotrzebowanie na białko jest odpowiednio wyższe. Niemowlęta wykazują nawet 2-3 razy większe zapotrzebowanie na białko niż człowiek dorosły, licząc na 1 kg masy ciała. Młodzież w okresie największego wzrostu i rozwoju wykazuje 1,5- 2 razy większe zapotrzebowanie na białko niż dorośli, w stosunku do masy ciała. Wynika to z wykorzystania białka do budowy i ogólnego rozwoju organizmu. U osób dorosłych białko powinno być wykorzystane głównie do odbudowy starych komórek i tkanek. Biorąc to wszystko pod uwagę określono zapotrzebowanie dzienne dla człowieka dorosłego przeciętnie jako 1 g na 1 kg masy ciała. Tak więc dorosły mężczyzna ważący 75 kg powinien otrzymać 75 g białka dziennie, a kobieta ważąca 60 kg- 60 g białka dziennie. Nie zawsze jednak takie zapotrzebowanie jest wystarczające.
Niekiedy człowiek dorosły ma zwiększone zapotrzebowanie na białko np. w stanach pooperacyjnych i chorobach połączonych z wysoką temperaturą, kobiety w okresie ciąży i karmienia.
Przy określaniu zapotrzebowania na białko ważny jest rodzaj białek. W pożywieniu dzieci, młodzieży, kobiet ciężarnych i karmiących powinien się utrzymywać odpowiedni stosunek między białkiem zwierzęcym a białkiem roślinnym. Pamiętać przy tym należy, aby to białko podawać równomiernie w ciągu całego dnia, by występowało we wszystkich posiłkach razem z białkiem roślinnym, gdyż wówczas jego wartość biologiczna jest najwyższa.
Około 12- 13% energii całodziennej racji pokarmowej powinno pochodzić z białka. Spożycie białka w prawidłowej ilości sprzyja wykorzystaniu innych ważnych składników jak np. żelazo, cynk czy witamin.
Przegląd produktów białkowych
Białko należy do tych składników, których w pożywieniu nie powinno być ani za dużo ani za mało. Dieta zawierająca zbyt małe ilości białka może wywołać niedokrwistość, zmiany chorobowe wątroby, spadek odporności na zakażenia, skłonność do owrzodzeń. Białko jest dostarczane zarówno w
r
produktach zwierzęcych jak i roślinnych. Źródłem białka
zwierzęcego w naszej diecie są: mięso, mleko, jaja i wszelkiego rodzaju przetwory. Z produktów roślinnych źródłem białka są głównie produkty zbożowe j ak pieczywo, makarony, kasze. Stosunkowo dużo białka zawierają rośliny strączkowe i powinny być spożywane przez osoby dorosłe oraz młodzież. Najmniej białka zawierają warzywa i owoce. Mleko
Mleko i j ego przetwory maj ą podstawowe znaczenie w żywieniu człowieka. Jest idealnym pokarmem dla dzieci ze względu na łatwo przyswajalne białko, węglowodany, tłuszcz, składniki mineralne oraz niektóre witaminy. Aminokwasy występujące w białku mleka mogą uzupełniać niedobory aminokwas owe innych białek. Białko mleka jest najtańszym białkiem znajdującym się w produktach.
W żywieniu ludzi stosuje się najczęściej mleko krowie. Zawiera ono przeciętnie 3,2% białka. Białko mleka to kazeina (2,5%), laktoalbumina (0,4%). laktoglobulina (0,2%). Tłuszcz mleka (ok.3,4%) jest lekko strawny, a cukier mleka-laktoza (4,8%) jest trawiona bardzo powoli. Mleko zawiera również znaczne ilości witamin zwłaszcza A i D, witaminy grupy B oraz składniki mineralne.
Głównym białkiem mleka jest kazeina. Jest to białko wysokowartościowe, zawiera bowiem wszystkie
aminokwasy egzogenne. Kazeina jest fosfoproteiną zawierającą fosfor. W słodkim mleku występuje ona jako kazeinian wapnia. Jedynymi produktami, które mogą zastąpić białko mleka są sery, mleko w proszku, mleko skondensowane, jogurt, kefir.
Jaja
Drugim produktem o bardzo dużej wartości odżywczej są jaja. Odznaczają się one dużą ilością wysokowartościowego białka. Oprócz cennego białka jaja zawierają wiele innych składników odżywczych rozmieszczonych w jaju nierównomiernie. Te różnice w rozmieszczeniu składników odżywczych decydują o tym, że przy niektórych schorzeniach wykorzystuje się tylko jedną część składową jaj, np. przy większości schorzeń wątroby podaje się tylko samo białko ponieważ żółtko zawiera dużo cholesterolu i tłuszcz. Naj bogatszą w składniki odżywcze częścią jaja jest żółtko. Zawiera ono 17 % białka, 32% tłuszczu i 48% wody
podczas gdy białko zawiera 88% wody, 11 % białka i 0,2% tłuszczu. Ponadto żółtko zawiera witaminy rozpuszczalne w tłuszczach A, D, E oraz rozpuszczalne w wodzie witaminy grupy B. Jajo a zwłaszcza żółtko zawiera, zawiera różne składniki mineralne, w tym także żelazo, które jest słabo przyswajalne. Jaja w ogóle pogarszają przyswajalność żelaza.
Najważniejsze białka jaja to albumina, występująca głównie w białku i wite lina występująca w żółtku. O wysokiej wartości biologicznej białka jaj decyduje jego skład aminokwasowy i prawie całkowita przyswajalność.
Mięso zwierząt rzeźnych, ryb i drobiu
Wartość odżywcza mięsa zwierząt rzeźnych zależy od gatunku zwierzęcia, wieku, płci, stanu odżywienia. Mięso młodych zwierząt zawiera przeważnie mniej białka i tłuszczu, a więcej wody w porównaniu z mięsem zwierząt starych. Ze względu na dużą wartość odżywczą i smakową mięso zwierząt rzeźnych, ryb i drobiu jest bardzo ważnym produktem w żywieniu ludzi. Dostarcza ono głównie wysokowartościowe białko, witaminy ( zwłaszcza z grupy B) oraz składniki mineralne- głównie żelazo i cynk. Wśród wysokowartościowego białka mięsa rozróżniamy albuminy, globuliny i nukleoproteidy. Białkiem niżej wartościowym występującym w mięsie jest kolagen i elastyna.
Białko mięsa ryb pod względem wartości odżywczej nie ustępuje białku mięsa zwierząt rzeźnych. Zawiera bowiem wszystkie aminokwasy egzogenne.
Zawartość białka w mięsie ryb wynosi 6- 15%. Przyswajalność białka ryb przez organizm wynosi ok. 96%. spożywanie tego produktu przez cały rok. Ze względu na wysoką wartość odżywczą ( wysokowartościowe białko, sole mineralne, witaminy, tłuszcze) ryby powinny mieć większe zastosowanie w naszych posiłkach.
Mięso drobiu ma takie same wartości odżywcze jak mięso
ryb lub zwierząt rzeźnych. Zawiera ono również wysokowartościowe białko, składniki mineralne, witaminy. W mięsie niektórych gatunków drobiu np. kurcząt jest mniej tłuszczu niż w mięsie zwierząt rzeźnych przy czym zawiera ono więcej nienasyconych kwasów tłuszczowych. Podsumowując mięso jest produktem o wysokiej wartości odżywczej, a białka mięsa maj ą korzystny skład aminokwasowy . W praktyce nie należy przeceniać mięsa, pomijając inne produkty o wysokiej wartości białkowej.
Należy uwzględniać produkty równorzędne, nieraz nawet bogatsze w niektóre składniki odżywcze np. podroby.
Suche nasiona roślin strączkowych
Suche nasiona roślin strączkowych( groch, fasola, bób, soja, soczewica) należą do najbogatszych źródeł białka roślinnego. Pod względem wartości biologicznej białko roślin strączkowych jest niżej wartościowe niż białko zwierzęce, ale wśród białek roślinnych ma wartość najwyższą. Jedynie białko soi jest swym składem aminokwasowym najbardziej zbliżone do białka zwierzęcego.