^{Aminokwasy – organiczne związki chemiczne zawierające zasadową grupę aminową -NH2 oraz kwasową grupę karboksylową -COOH lub – w ujęciu ogólniejszym – dowolną grupę kwasową, np. sulfonową -SO3H. Aminokwasy są tzw. solami wewnętrznymi (amfolitami).}

Aminokwasy charakterystyka i klasyfikacja

Funkcja w organizmie

Izoleucyna

regulacja poziomu cukru, wytwarzanie energii i budowanie hemoglobiny

metabolizowana oraz przetwarzana w tkankę mięśniową

brak wywołuje objawy podobne do hipoglikemii lub niskiego poziomu cukru we krwi.

Leucyna

konieczny aminokwas, występuje w białku pochodzenia zwierzęcego oraz roślinnego

reguluje poziom cukru we krwi

Lizyna

wchodzi w skład białek, szczególnie mięśni oraz występuje w kościach, ważna dla prawidłowego rozwoju dzieci

ułatwia wchłanianie wapnia, zwiększa koncentrację umysłową

współuczestniczy w produkcji hormonów, enzymów, przeciwciał, wchodzi

w skład kolagenubrak wywołuje zmęczenie, anemię, rozdrażnienie i wypadanie włosów

Metionina

odtruwa wątrobę oraz odbudowuje hepatocyty i nefrocyty

wspomaga leczenie reumatyzmu oraz toksemii (pojawienie się toksynw ciąży)

działa korzystnie na układ trawienny, wzmacnianie mięśni, włosów oraz kości

Fenyloalanina

wspomaga leczenie depresji, zaników pamięci i otyłości

uczestniczy w biosyntezie kolagenu (podstawowe białko włókniste)

zmniejsza ból pochodzenia migrenowego, zapaleniu stawów oraz menstruacyjnego

jest szkodliwa dla kobiet ciężarnych i chorych na nadciśnienie

Tryptofan

zapobiega nadpobudliwości u dzieci, stresowi, chroni serce

reguluje przemianę materii, wpływa na sekrecję hormonów wspomagających syntezę witaminy B6 oraz niacyny

jest przekształcany w serotoninę oraz melatoninę, a także neuroprzekaźniki (uczestniczą w przekazie impulsów nerwowych)

brak serotoniny oraz melatoniny wywołuje depresję, bezsenność, a także inne zaburzenia o podłożu umysłowym

Treonina

występuje w sercu, mięśniach oraz centralnym układzie nerwowym

współ uczestniczy w syntezie kolagenu oraz elastyny, a także reguluje gospodarkę wątrobową i reguluje równowagę białkową

Walina

działa pobudzająco

reguluje metabolizm mięśni, odbudowuje tkanki i reguluje równowagę azotową

walinę powinno się podawać wraz z leucyną lub izoleucyną

Alanina

źródło energii oraz regulator poziomu cukru we krwi

uczestniczy w szlakach metabolicznych glukozy

Aspargina

uczestniczy w procesach metabolicznych układu nerwowego

wpływa na stan umysłowy, zdenerwowanie bądź spokój

Kwas asparginowy

chroni organizm przed samo atakiem immunologlobin

uczestniczy w przemianie węglowodanów na energię w mięśniach

Cytrulina

wspomaga układ immunologiczny

współuczestniczy w produkcji energii organizmu

detoksykacja wątroby z pochodnych amoniaku

Cysteina

wspomaga porost włosów

chroni przed toksycznym działaniem alkoholu oraz papierosów

Glutamina

stymuluje pamięć, koncentrację oraz prawidłowe działanie aktywności umysłowej

Kwas glutaminowy

uczestniczy w metabolizmie układu immunnologicznego oraz

w wytwarzaniu energii i funkcjonowaniu mózgu

Glicyna

przeciwdziała zwyrodnieniom mięśni, ponieważ dostarcza keratyninę

uczestniczy w syntezie erytrocytów, dostarczaniu aminokwasów,

w biosyntezie glukozy oraz keratyny (odpowiedzialnych za produkcję energii)

Histydyna

uczestniczy w syntezie erytrocytów i leukocytów, składnik tkanek organizmu

Prolina

główny składnik tkanek

Seryna

poprawia pamięć, działanie systemu nerwowego

współuczestniczy w produkcji energii na poziomie komórkowym

Tyrozyna

pomaga w bezsenności, depresji, niepokoju i alergii

wspomaga działanie tarczycy oraz przysadki

brak powoduje nadczynność tarczycy (objawy: zmęczenie, wyczerpanie)

wpływa na poziom norepinefryny (brak powoduje depresję)

Karnityna

regulacja wagi oraz przemiany tłuszczowej

przeciwdziała chorobom serca

w jej syntezie niezbędna jest lizyna, witaminy B1 i B6 oraz żelazo

Tauryna

pełni ważna rolę dla mięśni oraz w schorzeniach serca

wspomaga trawienie tłuszczów (składnik żółci), przeciwdziała hipoglikemii oraz nadciśnieniu

wywołuje pobudzenie nerwowe i epilepsję

Klasyfikacja:

Biorąc pod uwagę różne kryteria podziału można dokonać ich rozmaitej klasyfikacji. Aminokwasy dzielimy na:

• białkowe i niebiałkowe,

• glikogenne i ketogenne,

• α-aminokwasy i o nietypowej budowie,

• egzogenne i endogenne,

• alifatyczne, aromatyczne i heterocykliczne,

• niepolarne i polarne,

• kwasowe, zasadowe i obojętne (zawierające niepolarne łańcuchy boczne lub polarne łańcuchy boczne z grupami funkcyjnymi niedysocjującymi).

Białka – wielocząsteczki zbudowane z reszt aminokwasów połączone ze sobą wiązaniami peptydowymi –CONH- synteza białek przebiega za pomocą rybosomów. Zwzg na budowę i skład dzielime je na białka złożone proste.

Białka mają następujące funkcje:

• kataliza enzymatyczna – od uwadniania dwutlenku węgla do replikacji chromosomów

• transport – hemoglobina, transferyna

• magazynowanie – ferrytyna

• kontrola przenikalności błon – regulacja stężenia metabolitów w komórce

• ruch uporządkowany – skurcz mięśnia, ruch – np. aktyna, miozyna

• wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych

• bufory

• kontrola wzrostu i różnicowania

• immunologiczna – np. immunoglobuliny

• budulcowa, strukturalna – np. &-keratyna, elastyna, kolagen

• przyleganie komórek (np. kadheryny)

• regulatorowa (regulacja hormonalna i regulacja przebiegu procesów genetycznych) – reguluje przebieg procesów biochemicznych – np. hormon wzrostu, insulina, czynniki transkrypcyjne i inne.

budowa cząsteczki białka

Struktury przestrzenne białka występujące w przyrodzie, utworzone z łańcuchów polipeptydowych o określonej sekwencji aminokwasów, tworzą bardzo skomplikowane struktury przestrzenne (konformacje). Konformacje decydują o charakterystycznych właściwościach tych substancji oraz ich funkcjach w organizmach żywych. Budowa białek jest bardzo skomplikowana i w wielu przypadkach dotąd nieustalona. Określa się ją czterostopniowo:

1. Struktura pierwszorzędowa (1°) białek mówi o sekwencji aminokwasów w cząsteczce. Strukturę te bada się metodami chemicznymi. Struktura pierwszorzędowa określa, w jaki sposób atomy w cząsteczkach białka są ze sobą połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Pokazuje sekwencję aminokwasów w łańcuchu białkowym. Sekwencja aminokwasów może na przykład wyglądać następująco:

H₂N – Tyr – Tre – Wal – ASP – Leu – Gli – Gli – Cys – His – COOH

W wyniku połączenia wielu aminokwasów powstaje długi łańcuch o regularnej budowie, w którym co trzeci atom węgla jest połączony z łańcuchem bocznym. Budowa łańcuchów bocznych pochodzących z różnych aminokwasów decyduje o wyższych poziomach organizacji strukturalnej cząsteczek białkowych. Wytworzone pomiędzy łańcuchami bocznymi wiązania mają wpływ na kształt i budowę przestrzenną cząsteczek białka, od której zależą jego właściwości biologiczne.

2. Struktura drugorzędowa określa kształt łańcucha polipeptydowego, czyli konformację (łańcuch rozciągnięty lub zwinięty w spiralę). W tej strukturze znaczącą rolę odgrywają wiązania wodorowe. Struktura drugorzędowa pokazuje wzajemne przestrzenne ułożenie aminokwasów w łańcuchu białkowym o określonej sekwencji. Jest ona stabilizowana wiązaniami wodorowymi między grupami karbonylowymi –C=O i grupami –N–H występującymi w wiązaniu peptydowym.

Dwa podstawowe modele struktury drugorzędowej białek to:

– struktura β (pofałdowanej kartki),

– struktura α (struktura helisy).

3. Struktura trzeciorzędowa mówi o kształcie cząsteczki, czyli o zwinięciu łańcucha polipeptydowego. W tej strukturze znacząca rolę odgrywają wiązania dwusiarczkowe. Struktura trzeciorzędowa określa sposób, w jaki układają się w przestrzeni łańcuchy białkowe o określonej strukturze drugorzędowejStruktura trzeciorzędowa jest cechą charakterystyczną każdego białka. Jej zniszczenie powoduje utratę jego właściwości biologicznych.

4. Struktura czwartorzędowa białka określa sposób agregacji łańcuchów. Struktura czwartorzędowa występuje w białkach zbudowanych z co najmniej dwóch łańcuchów peptydowych. Każdy z nich tworzy określoną strukturę trzeciorzędową, tzw. kłębek strukturalny. Kilka lub nawet kilkanaście kłębków tworzy podjednostki, których zespoły budują strukturę czwartorzędową. Przykładem białka o strukturze czwartorzędowej jest hemoglobina, składająca się z czterech podjednostek – pofałdowanych łańcuchów. Tworzą one kulistą cząsteczkę. Cztery płaskie grupy hemowe, z których każda zawiera atom żelaza mogący wiązać cząsteczkę tlenu, mieszczą się w oddzielnych „kieszeniach” tej kuli. Budowę podjednostkową ma również wiele białek enzymatycznych.

Metabolizm to całokształt zachodzących w żywych komórkach reakcji chemicznych i związanych z nimi przemian energii, stanowiący podstawę wszelkich zjawisk biologicznych^[1]. Procesy te pozwalają komórce na wzrost i reprodukcję, zarządzanie swoją strukturą wewnętrzną oraz odpowiadanie na bodźce zewnętrzne. Metabolizm można podzielić na dwie grupy procesów: katabolizm i anabolizm. Pierwsze z nich są źródłem energii, na przykład w procesie rozkładu wyższych związków organicznych do niższych, drugie zużywają powstałą w ten sposób energię do syntezy i konstrukcji elementów komórki, jak białka i kwasy nukleinowe.

Anabolizm to grupa konstruktywnych procesów metabolicznych, w których energia uwolniona podczas katabolizmu używana jest do syntezy złożonych molekuł. Te cząsteczki, budulec wszystkich żywych komórek, są tworzone krok po kroku z prostych związków o stosunkowo niewielkich rozmiarach. Można wyróżnić trzy podstawowe etapy anabolizmu: pierwszy obejmuje produkcję aminokwasów, monosacharydów, izoprenoidów i nukleotydów, czyli podstawowych elementów biomolekuł. W drugim etapie cząsteczki te są aktywowane do form reaktywnych energią pochodzącą z ATP, zaś etap trzeci to łączenie wytworzonych molekuł w cząstki złożone - białka, polisacharydy, lipidy i kwasy nukleinowe.

Katabolizm węglowodanów polega głównie na rozkładaniu ich na mniejsze cząstki. Są one transportowane do komórek wkrótce po strawieniu do monosacharydów^[34]. Kolejnym etapem katabolizmu jest glikoliza, podczas z cukrów takich jak glukoza czy fruktoza powstaje kwas pirogronowy, przy czym wydziela się wiązana w ATP energia^[35]. Kwas pirogronowy jest elementem występującym w kilku szlakach metabolicznych, jednak zdecydowana większość jego cząsteczek jest przekształcana w acetylo-CoA i włączana w cykl kwasu cytrynowego. Mimo że podczas samego cyklu powstaje również kilka cząsteczek ATP, jego najważniejszym produktem jest NADH powstałe z NAD⁺ w chwili utleniania acetylo-CoA. Produktem ubocznym tego procesu jest CO₂. W warunkach beztlenowych glikoliza produkuje kwas mlekowy za pomocą enzymu laktatodehydrogenazy, utleniającego ponownie NADH do NAD⁺ dla powtórnego użycia w glikolizie. Alternatywną drogą rozkładu glukozy jest szlak pentozofosforanowy, podczas którego następuje redukcja koenzymu NADPH i produkcja cukrów pentozowych takich jak ryboza, cukrowy komponent kwasu nukleinowego.Katabolizm tłuszczy odbywa się poprzez proces hydrolizy, podczas którego uwalniane są kwasy tłuszczowe i glicerol. Glicerol przechodzi glikolizę, zaś kwasy tłuszczowe rozpadają się podczas beta-oksydacji i przechodzą w Acetylo-CoA, wchodzący następnie w cykl kwasu cytrynowego. Utlenianie kwasów tłuszczowych wyzwala więcej energii niż utlenianie glukozy, ponieważ węglowodany zawierają w swych strukturach więcej tlenu.

Pobieranie energii z pożywienia: dostarczenie pokarmu, trawienie białek ,tłuszczów, cukrów wchłanianie i przyswajanie

6 .glikoza C₂H₁₂O₆, sześciowęglowy cukier prosty zawierający w cząsteczce grupę aldehydową (aldoheksoza), substancja krystaliczna o słodkim smaku, rozp. w wodzie; składnik płynów ustrojowych, np. soków niektórych roślin, krwi (u człowieka normalnie ok. 0,1 proc., a chorobowy stale podwyższony jej poziom nosi nazwę cukrzycy) oraz wielocukrów, np. dwucukrów: sacharozy – razem z fruktozą i laktozy – razem z galaktozą); jest jedną z podstawowych substancji odżywczych; u roślin powstaje w procesie fotosyntezy; g. jest stosowana w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i medycynie; glukoza, dekstroza, cukier gronowy, cukier skrobiowy.

Rolą glikolizy jest:

• dostarczanie energii - w wyniku glikolizy powstają 2 cząsteczki ATP oraz substraty do cyklu kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej, gdzie wytwarzana jest większa ilość ATP.

• wytwarzanie intermediatów dla szlaków biosyntetycznych.

7. Enzymy - to katalizatory zmieniające szybkość reakcji chemicznej przez obniżenie energii swobodnej niezbędnej do zajścia reakcji, przy czym enzymy same nie ulegają zmianie w trakcie reakcji.

Klasyfikacja enzymów:

1. oksydoreduktazy - przenoszą ładunki (elektrony i protony) z cząsteczki substratu na cząsteczkę akceptora: AH₂ + B → A + BH₂;

2. transferazy - przenoszą daną grupę funkcyjną (tiolową, aminową, itp.) z cząsteczki jednej substancji na cząsteczkę innej substancji: AB + C → A + BC;

3. hydrolazy - powodują rozpad substratu pod wpływem wody (hydroliza); do grupy tej należy wiele enzymów trawiennych: AB + H₂O → A + B;

4. liazy - powodują rozpad substratu bez hydrolizy: AB → A + B;

5. izomerazy - zmieniają wzajemne położenie grup chemicznych bez rozkładu szkieletu związku: AB → BA;

6. ligazy - powodują syntezę różnych cząsteczek; powstają wiązania chemiczne: A + B → AB;

8. Rola różnych grup bakterii fermentacji mlekowej w przetwórstwie żywności

Właściwą fermentację mlekową wywołują bakterie fermentacji mlekowej zaliczane do rodzajów:

Lactococcus - paciorkowce homofermentatywne (Lactococcus lactis paciorkowiec mlekowy, Lactococcus cremoris - paciorkowiec śmietanowy)

Leuconostoc - paciorkowce heterofermentatywne (Leuconostoc citrovorum - bywa używany jako dodatek do zakwasów przy wyrobie masła)

Lactobacillus - pałeczki homo- i heterofermentatywne (Lactobacillus bulgaricus - pałeczka bułgarska występująca w jogurcie, Lactobacillus viridescens - powoduje zielenienie mięsa peklowanego i surowych kiełbas).

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej dzieli się na:

homofermentatywne - fermentują cukrowce wytwarzając głównie kwas mlekowy

heterofermentatywne - fermentują cukrowce wytwarzając obok kwasu mlekowego produkty uboczne

9

Zastosowanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym

• w przemyśle mleczarskim (produkcja napojów mlecznych fermentowanych, ukwaszanie mleka, śmietanki, dojrzewanie serów)

• w przemyśle warzywnym (kwaszenie ogórków i kapusty)

• w przemyśle mięsnym (produkcja wędlin surowych, np. metka , salami)

• w przemyśle piekarskim (wchodzą w skład zakwasów chlebowych, używanych przy produkcji pieczywa żytniego)

10  Probiotyki (gr. pro bios – dla życia), zwane również czynnościową żywnością – są to podawane doustnie wyselekcjonowane kultury bakteryjne lub drożdży, najczęściej bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus), których zadaniem jest korzystne dla zdrowia działanie w przewodzie pokarmowym, poprzez immunomodulację oraz zachowywanie prawidłowej flory fizjologicznej.

Interferencja z patogenami – zapobieganie zakażeniom jelitowym – hamowanie rozwoju patogennych mikroorganizmów poprzez wytwarzanie kwasów organicznych, nadtlenku wodoru, bakteriocyn, kompetetywne hamowanie adhezji do nabłonka jelitowego innych drobnoustrojów, głównie patogennych, oraz wykorzystywanie składników pokarmowych niezbędnych do wzrostu i rozwoju innych drobnoustrojów (patogennych)^[2]

Antybakteryjny wpływ kwasów organicznych przejawia się obniżeniem pH poza zakres optymalny dla patogenów. Kwas piroglutaminowy, produkt metabolizmu bakterii fermentacji mlekowej działa hamująco na rozwój bakterii Gram-, szczególnie na Pseudomonas i Enterobacter. Bakterie Lactobacillus lactis i L. bulgaricus produkują nadtlenek wodoru w ilości 5-10 ppm, który hamuje wzrost Staphylococcus aureus. Rodniki hydroksylowe są bardziej aktywne i toksyczne od krótkołańcuchowych kwasów organicznych^[4]. Nadtlenek wodoru hamuje rozwój patogenów które nie syntetyzują enzymów: peroksydaza, katalaza, dysmutaza ponadtlenkowa, które zabezpieczają przed utlenianiem mostków disiarczkowych w białkach^[10]. Bakteriocyny wytwarzane przez bakterie kwasu mlekowego to przede wszystkim nizyna, która wykazuje bakteriobójcze działanie w stosunku do bakterii Gram+ oraz hamuje kiełkowanie zarodników Clostridium i Bacillus^[4]. Bakteriocyny wytwarzane przez bakterie fermentacji mlekowej: acidolina, acidofilina, lactacyna, lactocydyna, reuteryna, laktolina i enterocyna. Substancje te wykazują wysoką aktywność antybakteryjną w stosunku do : E. coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Bacillus sp., Listeria sp., Klebsiella sp., Proteus sp.^[10]

11.

Kiszenie, pot. kwaszenie – sposób konserwacji żywności przeznaczonej do spożyciaopierający się na procesie fermentacji mlekowej przeprowadzanym przez bakterie mlekowe - cukry proste zawarte w komórkach roślinnych rozkładają się na kwas mlekowy hamując m.in. procesy gnicia (przez zahamowanie rozwoju bakterii gnilnych nie odpornych na zakwaszenie środowiska do pH poniżej 5). Prawidłowy przebieg kiszenia zależy od zawartości w surowcu cukrów i wody , utrzymania temp. 15-20°C w początkowych 2–3 dniach fermentacji, usunięcia powietrza (bakterie przeprowadzające proces są beztlenowe) np. przez ubicie (kapusta) lub zalanie solanką (ogórki, pomidory)Na skalę przemysłową kiszenie przeprowadza się w dużych kadziach lub betonowych silosach.

Podczas fermentacji oprócz kwasu mlekowego powstają niewielkie ilości alkoholu i kwasu octowego, wpływające – obok zastosowanych przypraw – na podniesienie smaku i zapachu produktów kiszenia, stanowiących bardzo cenne dietetyczne pożywienie, bogate w witaminy C

Fermentowane napoje mleczne

Napoje mleczne fermentowane są to produkty otrzymywane z mleka i przetworów mlecznych w wyniku działania specyficznej mikroflory, powodującej obniżenie pH i koagulację białek mleka. Przemysłowa produkcja fermentowanych napojów z mleka rozpoczęła się po wyizolowaniu czystych kultur bakterii fermentacji mlekowej. Zastosowanie szczepów, o określonych właściwościach biochemicznych, pozwoliło uzyskać produkty, odznaczające się pożądanymi cechami organoleptycznymi, odżywczymi i dietetycznymi.

Jogurt- Japończycy udowodnili że picie jogurtu pozwala wyleczyć lekkie przypadki choroby popromiennej oraz zapobiega jej powstawaniu. Wzmacnia odporność na zarazki gruźlicy i tyfusu, przyspiesza powrót do zdrowia po kuracji antybiotykowej, działa uspokajająco przy nadpobudliwości nerwowej i bezsenności, przeciwdziała cukrzycy i miażdżycy naczyń krwionośnych.

Jogurt zawiera około 3,3% białka, 2 do 6% tłuszczu, 3,1% cukru, 0,8% kwasu mlekowego, śladowe ilości alkoholu. W jednej szklance jogurtu znajduje się 415 miligramów bardzo dobrze przyswajalnego wapnia ( w mleku odtłuszczonym – 302 mg), witaminy i inne biopierwiastki.

Jogurt produkowany jest z mleka pasteryzowanego, zagęszczonego przez odparowanie lub dodanie mleka w proszku. Po dodaniu kultur bakterii Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus, fermentacja przebiega przez kilka godzin w temperaturze 42 do 450 C.

Bio jogurt -produkuje się go przez dodanie połączonych szczepów bakterii używanych do produkcji zwykłego jogurtu i mleka acydofilnego. Probiotyki są to specjalnie wyselekcjonowane bakterie kwasu mlekowego i zbliżone do nich bifidobakterie. Specyficzną cechą bakterii probiotycznych jest ich zdolność przedostawania się w stanie żywym do jelita grubego, osiedlania się w nim i rozmnażania.

Oddziałują one korzystnie na stan zdrowotny przewodu pokarmowego, a w konsekwencji na stan naszego zdrowia.

Kefir - jeden z najstarszych mlecznych napojów fermentowanych, który jest produktem mleczarskim o najwyższych właściwościach odżywczych w grupie napojów fermentowanych.

Proces fermentacji mleka prowadzony jest przez zespół specyficznych mikroorganizmów, koegzystujących w postaci tak zwanych ziaren kefirowych (grzybki kefirowe, nazywane również grzybkiem tybetańskim oraz grzybkiem jogów hinduskich) o wymiarach od 0,3 do 2 cm i nieregularnym kształcie, często porównywanych do rozgotowanego ryżu lub cząsteczek kalafiora.

Grzybki kefirowe to symbiotyczny układ bakterii paciorkowców mlekowych, bakterii pałeczek mlekowych i drożdży, lub - w przypadku biokefirów - także bifidobakterii. Substancją utrzymującą strukturę ziarna kefirowego jest polisacharyd (glukozo-galaktan), zwany kefiranem. Ziarna są symbiotycznym zespołem mikroorganizmów o unikatowym składzie, zachowującym się jak jeden organizm.

13. Nizyna – policykliczny peptyd składający się z 34 aminokwasów. Nizyna wytwarzana jest w procesie fermentacji przez bakterie kwasu mlekowego Lactococcus lactis. Zalicza się do bakteriocyn, jest antybiotykiem^[2][3]. Używana jako środek ochronny przeciwko gram-dodatnim, psującym żywność bakteriom. Stosowana jako konserwant przy produkcji serów