Węglowodany - (inaczej sacharydy lub potocznie cukry) to związki organiczne - wielowodorotlenowe alkohole składające się z węgla, wodoru i tlenu, w których stosunek wodoru do tlenu jest taki sam jak w wodzie (H2O), czyli 2:1. Znajdują się we wszystkich powszechnie występujących roślinach: zbożach, ziemniakach, roślinach strączkowych, owocach, a także w organizmach zwierzęcych.
Funkcje
są głównym, najtańszym i najłatwiej dostępnym źródłem energii, służącej przede wszystkim do utrzymywania stałej ciepłoty ciała, pracy narządów wewnętrznych oraz do wykonywania pracy fizycznej. Z 1 g węglowodanów wyzwalają się 4 kcal,
glukoza jest prawie wyłącznym źródłem energii dla mózgu i mięśni,
węglowodany pozwalają na oszczędną gospodarkę białkami i tłuszczami,
węglowodany dostarczane w pożywieniu lub syntetyzowane w ustroju, stanowią materiał budulcowy dla wytwarzania elementów strukturalnych komórek lub substancji biologicznie czynnych (galaktoza, ryboza, kwas galakturonowy, amonocukry, acetylowane cukry, itd.),
węglowodany nie przetworzone (całościowe) odgrywają dużą rolę w gospodarce wodno-mineralnej, zmniejszając wydalanie tych składników,
biorą udział w budowie błon komórkowych,
niektóre wielocukrowce (błonnik) choć nie są przez organizm człowieka trawione i przyswajane, to jednak odgrywają dużą rolę w regulowaniu perystaltyki przewodu pokarmowego.
Zapotrzebowanie
Węglowodany powinny dostarczać 55-60% wartości energetycznej dziennej racji pokarmowej dorosłego człowieka. Powinny to być węglowodany złożone, nieoczyszczone, nierozgotowane.
Dzienny poziom zalecanego spożycia Węglowodanów dla różnych grup ludności*
Podział, źródła
Węglowodany (cukry) dzielimy na proste, złożone małocząsteczkowe, złożone wielkocząsteczkowe i pochodne węglowodanów.
Cukry proste - Monosacharydy
Cukry złożone małocząsteczkowe - Oligosacharydy
Cukry złożone wielkocząsteczkowe - Polisacharydy
Związki składające się z węglowodanów - Pochodne węglowodanów
Pentozy
Występują przeważnie w postaci wielocukrów lub w połączeniu z aglikonami. Nie ulegają fermentacji drożdżowej.
Arabinoza - składnik żywic i gum roślinnych,
Ksyloza - składnik ksylanu - gumy drzewnej,
Ryboza - nie występuje w naturze w stanie wolnym,
Ksyluloza
Rybuloza
Heksozy
Glukoza - cukier gronowy, szeroko rozpowszechniony w naturze. Znajduje się w sokach roślinnych, zwłaszcza owocowych. Ilość glukozy w owocach zależy od ich gatunku i stanu dojrzałości. Glukoza jest cukrem fizjologicznym - znajduje się w płynach ustrojowych. Pod wpływem drożdży ulega fermentacji,
Galaktoza - rzadko występuje w stanie wolnym. U roślin występuje przede wszystkim w postaci galaktanów (agar), a u zwierząt min. jako składnik cukru mlecznego i cerebrozydów.
Mannoza - w świecie zwierzęcym składnik wielocukrów złożonych, wchodzących w skład sympleksów białkowych. W świecie roślinnym występuje jako trudnostrawny węglowodan (niektóre gatunki orzechów i fasoli). W odżywianiu nie odgrywa większej roli,
Fruktoza - cukier owocowy, występuje w owocach, soku z owoców, miodzie. Fruktoza jest słodsza od sacharozy o 73%, rozpuszcza się w wodzie, smak w owocach i miodzie.
Dwucukrowce
Sacharoza - składa się z glukozy i fruktozy. Sacharoza jest doskonałym konserwantem dla mleka i dżemów, ponieważ obniża aktywność wodną w tych produktach, przez co hamuje wzrost pleśni,
Laktoza - składa się z glukozy i galaktozy. Występuje w mleku i produktach mlecznych. U ludzi z upośledzonym wytwarzaniem laktazy - enzymu, który bierze udział w trawieniu laktozy, organizm nie toleruje tego cukru. Dlatego zaleca się im spożywanie fermentowanych napojów mlecznych takich jak np. jogurt, kefir w których bakterie kwasu mlekowego podczas procesu fermentacji rozkładają laktozę, przez co obniżają jej ilość w tych produktach,
Maltoza - składa się z z dwóch cząsteczek glukozy. Występuje w piwie i produktach piekarniczych. Maltoza jest wytwarzana w procesie fermentacji ziarna zbóż.
Trójcukrowce
Rafinoza - składa się z galaktozy, glukozy i fruktozy.
Czterocukrowce
Stachioza - składa się z dwóch cząsteczek galaktozy, glukozy i fruktozy.
Grupa skrobi
Skrobia - główny materiał zapasowy roślin. Dostarcza prawie 25% całkowitej dziennej energii. Żywność zawierająca skrobię daje uczucie sytości i na długo redukuje uczucie głodu. Budowa ziarn skrobiowych jest różnorodna i charakterystyczna dla poszczególnych roślin, Inulina - występuje w bulwach georgini, karczochach, cykorii. Składa się z fruktozy. Jest wielocukrem, który w drodze trawienia, wchłaniania, wydalania nie podlega żadnym przemianom (cukier testowy),
Glikogen - materiał zapasowy organizmów zwierzęcych i drożdży. Glikogen mięśniowy jest wykorzystywany głównie do dostarczania energii wykorzystywanej na ich pracę. Glikogen zawarty w wątrobie jest używany bezpośrednio jako źródło glukozy dla mózgu i czerwonych ciałek krwi. Wątroba nie może go syntetyzować. Glikogen jest rozkładany do glukozy,
Chityna - wielocukier zbudowany wyłącznie z N-acetyloglukozoaminy. Nie poddaje się działaniu enzymów roślinnych i zwierzęcych. Stanowi główny materiał podporowy i budulcowy niektórych bakterii, grzybów, owadów, skorupiaków,
Dekstryny.
Grupa celulozy
Grupa celulozy zwana jest potocznie błonnikem pokarmowym (włóknem pokarmowym)
Włókno pokarmowe nie rozpuszczalne w wodzie (Celuloza, hemiceluloza, ligniny) - jest to część pożywienia, której nasz organizm nie trawi, lecz jest ona niezbędna; włókna nierozpuszczalne przyspieszają przechodzenie treści pokarmowej przez jelita, w czym wspomagają proces trawienia i zapobiegają zaparciom. Celuloza nie jest trawiona przez człowieka. Wchodzi w skład ścian pokarmowych roślin. Jest zbudowana z glukozy połączonych wiązaniami 1,4-ß-glikozydowymi. Usuwa zaparcia, przeciwdziała powstawaniu nowotworów przewodu pokarmowego, obniża poziom glukozy we krwi, hamuje przyrost masy ciała, Hemicelulozy - wielocukrowce, nierozpuszczalne w wodzie. Ligniny usuwają nadmiar kwasów żółciowych i cholesterolu z przewodu pokarmowego, zapobiegają powstawaniu kamieni żółciowych,
Włókno pokarmowe rozpuszczalne w wodzie (Śluzy, gumy, pektyny) - frakcje błonnika spowalniają przekazywanie pożywienia z żołądka do jelita cienkiego, przedłużając w ten sposób uczucie sytości i pozwalając na lepsze wchłanianie niektórych składników pokarmowych, włókna te mają postać lepkiej substancji występującej w ścianach komórkowych roślin. Śluzy mają zdolność wiązania dużych ilości wody, przez co znajdują zastosowanie jako środki przeczyszczające (przy kłopotach żołądkowych). Gumy są szeroko stosowane w produkcji żywności jako środek zagęszczający, tworzą połączenia z celulozą, dając tzw. pentocelulozy. Pektyny wykorzystywane do produkcji dżemu, są rozpuszczalne w gorącej wodzie, składają się arabinozy, galaktozy, kwasu D-galakturonowego, metanolu i kwasu octowego.
Glikozydy
Glikozydy są pochodnymi cukrowców. Produktami rozpadu naturalnych glikozydów obok cukrów (najczęściej glukoza) są: hydrochinon, floretyna, puryny, ester metylowy kwasu salicylowego, cyjanowodór. Glikozydy są zwykle bezbarwne i gorzkie w smaku, rozpuszczają się w wodzie i alkoholu. Niektóre z glikozydów wywierają silne działanie na organizm człowieka. Najgroźniejsze są glikozydy zawierające cyjanowodór, który blokuje łańcuch oddechowy na poziomie komórki. Glikozydy takie znajdują się w makuchach lnianych, niektórych paszach, pestkach gorzkich migdałów, śliwek, moreli, brzoskwiń.
Saponiny
Saponiny są to bezpostaciowe substancje rozpuszczalne w wodzie i silnie zmniejszające napięcie powierzchniowe. Zwiększają pienienie się i stabilizują tłuszcze, dlatego niekiedy są używane do wyrobu napojów chłodzących i do wyrobu chałwy. Ich stosowanie w wielu krajach jest zabronione, ze względu na to, że powodują hemolizę krwi, zapalenie jelita biodrowego. Znajdują się też w roślinach strączkowych (substancje antyodżywcze).
Taniny
Taniny są to połączenia polifenoli z glukozą. Występują w kawie i herbacie, w mniejszych ilościach w grzybach. Tanina tworzy nierozpuszczalne związki z solami metali ciężkich - może więc zmniejszać wchłanianie żelaza, miedzi, itd. Z białkiem tworzy nierozpuszczalne kompleksy przez co powoduje hamowanie procesów trawienia w żołądku.
Kwasy organiczne
Do kwasów organicznych można zaliczyć: kwas jabłkowy, kwas cytrynowy, kwas mlekowy, kwas bursztynowy. W swej budowie nie zawierają azotu i swymi cechami fizyko-chemicznymi są zbliżone do węglowodanów. Nadają produktom charakterystyczny smak i zapach, mogą być też źródłem energii. Pewne kwasy organiczne powstają podczas fermentacji produktów (kwaszenie ogórków, kapusty, mleka). Podczas spalania tych kwasów często odłączana jest zasada, która bierze udział w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej.
Białka są to zasadnicze elementy budowy wszystkich tkanek ustroju człowieka oraz wielu związków takich jak: enzymy, hormony, przeciwciała. Białka regulują procesy przemiany materii i wiele funkcji ustroju, zapewniając prawidłowy stan i funkcjonowanie naszego organizmu. Odpowiednie ilości białek decydują o normalnym wzroście i rozwoju człowieka, regeneracji wydalanych lub uszkodzonych tkanek. Białka są to związki wielkocząsteczkowe zbudowane są z aminokwasów. Istnieje około 20 aminokwasów, a 8 z nich, zwanych niezbędnymi lub egzogennymi, zawartych jest w białku pochodzenia zwierzęcego, które przyjmujemy w pożywieniu. Tylko niektóre produkty żywnościowe pochodzenia roślinnego zawierają 8 niezbędnych aminokwasów. dlatego też istotna jest różnorodność przyjmowanych pokarmów.
Funkcje
są niezbędnym materiałem do budowy nowych i odbudowy zużytych tkanek. Zajmują pierwsze miejsce wśród stałych składników ciała - stanowią 75% suchej masy tkanek miękkich ciała,
białka nie wykorzystane do anabolicznych są źródłem energii, przy spalaniu 1 g białka powstają 4 kcal energii,
są podstawowym składnikiem płynów ustrojowych: krwi, płynu śródtkankowego, mleka,
organizm tworzy z nich białkowe części enzymów trawiennych i tkankowych. Niedobory białkowe w diecie po kilku dniach odbijają się w ilościach i aktywności enzymów,
białka są materiałem do biosyntezy hormonów białkowych,
są materiałem do biosyntezy ciał odpornościowych,
biorą udział w odtruwaniu organizmu.
Zapotrzebowanie
Białka powinny dostarczać 10-14% wartości energetycznej dziennej racji pokarmowej dorosłego człowieka. Powinno to być białko pełnowartościowe zawierające 8 niezbędnych aminokwasów.
Dzienny poziom zalecanego spożycia Białka dla różnych grup ludności* przy założeniu wartości odżywczej białka 90%
Białko pełnowartościowe
Białko pełnowartościowe zawiera wszystkie niezbędne 8 aminokwasów, w odpowiedniej proporcji. Takie białka są powoli absorbowane w organiźmie i efektywnie wykorzystywane. Białka występujące w żywności pochodzenia zwierzęcego odznaczają się większą wartością biologiczną niż białka roślinne, ubogie w jeden lub kilka niezbędnych aminokwasów. Za najbardziej optymalne pod względem składu aminokwasowego uważane jest białko całego jajka. Brak choćby jednego aminokwasu egzogennego determinuje nie możność wchłonięcia białka. Aby posiłki były pełnowartościowe należy zestawiać ze sobą produkty zawierające białko częściowo lub niepełnowartościowe.
Aminokwasy egzogenne (niezbędne):
walina
leucyna
izoleucyna
treonina
metionina + cysteina
fenyloalanina + tyrozyna
tryptofan
lizyna
Aminokwasy endogenne:
alanina
arginina
glicyna
histydyna
kwas asparaginowy
kwas glutaminowy
prolina
seryna
Podział, źródła
Białka dzielimy na białka proste i białka złożone
Białka proste
Białka złożone
Albuminy
Białka rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie: znajdują się w surowicy krwi, w limfie, mleku, jajach, mięśniach kręgowców (mioalbumina, miogen), w nasionach roślin strączkowych (legumina w grochu) i zbóż (leukosina w jęczmieniu, życie i pszenicy).
Globuliny
Białka nierozpuszczalne w czystej wodzie, ale rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworach soli obojętnych. Bardzo łatwo ulegają ścięciu (denaturacji). Do białek tych należą globuliny surowicy krwi, globulina mleka, fibrynogen osocza, miozyn mięśni, tyreoglobulina (hormon tarczycy), tuberyna (z ziemniaków). Do globulin należą też ciała odpornościowe (immunoglobuliny).
Gluteliny
Rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad, a nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli. Zawierają znaczne ilości aminokwasu - kwasu glutaminowego i glutaminy oraz proliny. Występują w nasionach roślin dwuliściennych, ale w największych ilościach w ziarnach zbóż (glutelina w pszenicy).
Prolaminy
Prolaminy zwane też są gliadynami. Rozpuszczają się w 70-80% alkoholi. Występują wyłącznie w ziarnach zbóż.
Skleroproteiny
Występują tylko w organizmach zwierzęcych, głównie w tkankach podporowych i ochraniających. Należą tu przede wszystkim białka tkanki łącznej (kolagen, elastyna), włosów i części zrogowociałych (keratyna). Nie rozpuszczają się ani w wodzie, ani w rozcieńczonych roztworach kwasów i ługów. Skleroproteiny są odporne na działanie enzymów proteolitycznych przewodu pokarmowego ludzi.
Histony
Zasadowe białka jąder komórkowych, w których występują w połączeniach z kwasami nukleinowymi, tworząc nukleoproteidy. Histony są dobrze rozpuszczalne w wodzie i w rozcieńczonych roztworach kwasów.
Protaminy
Białka silnie zasadowe. Wystepują w plemnikach ryb, gdzie tworzą połączenia z kwasami nukleinowymi. Nie zawierają aminokwasów siarkowych (metionina, cysteina), są dobrze rozpuszczalne w roztworach kwasów.
Chromoproteidy
Złożone z białek prostych i grupy prostetycznej - barwnika. Należą tu hemoproteidy (hemoglobina, mioglobina, cytochromy, katalaza, peroksydaza) zawierające układ hemowy oraz flawoproteidy.
Fosfoproteidy
Zawierają około 1% fosforu w postaci reszt kwasu fosforowego. Do tych białek należą: kazeina mleka, witelina żółtka jaj, ichtulina ikry ryb.
Nukleoproteidy
Składają się z białek zasadowych i kwasów nukleinowych. Rybonukleoproteidy są zlokalizowane przede wszystkim w cytoplaźmie: w rybosomach, mikrosomach i mitochondriach, w niewielkich ilościach także w jądrach komórkowych, a poza jądrem tylko w mitochondriach. Wirusy są zbudowane prawie wyłącznie z nukleoproteidów.
Lipoproteidy
Połączenia białek z tłuszczami prostymi lub złożonymi, sterydami. Lipoproteidy są nośnikami cholesterolu (LDL, HDL, VLDL).
Glikoproteidy
Grupę prostetyczną stanowią cukry, należą tu min mukopolisacharydy (ślina). Glikoproteidy występują też w substancji ocznej i płynie torebek stawowych.
Metaloproteidy
Zawierają jako grupę prostetyczną atomy metalu (miedź, cynk, żelazo, wapń, magnez). Atomy metalu stanowią grupę czynną wielu enzymów.
Ciekawostki
wysokie spożycie białka prowadzi do większych strat wapnia,
warzywa zawierają dużo wody, w konsekwencji zajmują dużo miejsca w przewodzie pokarmowym. Przy relatywnie niskiej zawartości białka nie są znaczącym źródłem aminokwasów,
niska zawartość białka w diecie prowadzi do niedożywienia; stanu, które hamuje proces rozwoju organizmu, wzrostu mięśni, gromadzenia rezerw energii, zaburzenia w pracy jelit (upośledzenie wchłaniania) oraz wzrost ryzyka chorób infekcyjnych i niekiedy alergii,
zboża są relatywnie ubogie w białko (8-14%) w porównaniu do innych produktów z naszej diety. Są bogate w bardzo cenne aminokwasy siarkowe (w których skład wchodzi siarka), ale za to ubogie w lizynę - aminokwas niezbędny do prawidłowego wzrostu i rozwoju niemowląt i dzieci. Jednak, z uwagi na wysoki poziom konsumpcji produktów zbożowych, ich udział w zalecanym spożyciu białka jest bardzo ważny,
połączenie produktów zbożowych ze strączkowymi lub produktami mlecznymi jednym posiłku, może pokryć zapotrzebowanie na niezbędne aminokwasy. Jest to bardzo ważne, ponieważ takie połączenia produktów są zalecane jako wzór w krajach rozwiniętych (np. płatki zbożowe + mleko) i w krajach rozwijających się (soja + ryż, soja + kukurydza, fasola + pszenica),
gdy organizm człowieka straci więcej niż 14% całkowitej ilości białka w organizmie, prowadzi to do poważnych schorzeń, co uświadamia nam wagę tego składnika w diecie. Tylko woda jest bardziej istotna dla naszego życia od białka (już strata 8% wody może okazać się fatalna w skutkach). Przeciwieństwem takich strat i konsekwencji dla zdrowia człowieka jest tłuszcz, albowiem utrata nawet do 90% tkanki tłuszczowej może mieć tylko nieznaczny wpływ na nasze zdrowie,
źródła białka zwierzęcego występują w produktach zawsze w połączeniu z tłuszczem zwierzęcym (np. mięsa, sery) i z tego powodu, ten rodzaj białka pokarmowego ma tendencje do podnoszenia we krwi poziomu cholesterolu i wzrost produkcji cholesterolu przez organizm. Przyczyną tego stanu są tłuszcze bogate w nasycone kwasy tłuszczowe, które odpowiedzialne są m.in. za produkcję złego cholesterolu,
produkty bogate w białko zwierzęce często są nośnikami różnych składników mineralnych np. a wapnia w mleku, żelaza i cynku w czerwonym mięsie,
nasiona roślin strączkowych są bogate w białko (25-40%), ale jego skład aminokwasowy nie jest tak dobry jak w białku zwierzęcym (zawierają mało aminokwasów tzw. siarkowych). Wyjątek stanowi soja. Jednakże połączenie nasion roślin strączkowych i zbożowych w diecie może dostarczyć odpowiedniej ilości wszystkich aminokwasów niezbędnych do prawidłowego wzrostu organizmu i utrzymania zdrowia,
orzechy zawierają dużo białka, są spożywane w zbyt małych ilościach i dlatego nie są postrzegane jako jego ważne źródło.
Tłuszcze (Lipidy) należą do dużej grupy naturalnych związków organicznych, nierozpuszczalnych w wodzie, natomiast rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych takich jak eter etylowy, eter naftowy, chloroform, benzen, aceton itd. Do lipidów zalicza się też pochodne lipidów naturalnych i pokrewne im związki, które zachowują cechy lipidów. Lipidy występują we wszystkich żywych organizmach. W roślinach są one obecne przede wszystkim w nasionach i w miąższu owoców, a w organizmach zwierząt w różnych narządach lub jako wyodrębniona tkanka tłuszczowa.
Funkcje
są najbardziej skoncentrowanym źródłem energii, z 1 g tłuszczów wyzwalają się 9 kcal,
są wygodnym i głównym źródłem materiału zapasowego (umożliwiają robienie przerw między posiłkami, podczas pracy, umożliwiają funkcjonowanie organizmu poza strefą neutralności cieplnej - utrzymywanie temperatury ciała),
nagromadzony w tkance tłuszcz chroni przed nadmiernym wydzieleniem ciepła, pozwala na adoptowanie się w niskiej temperaturze, wewnątrz organizmu utrzymuje narządy w stałym położeniu, zapobiega ich przemieszczaniu się,
odłożone w organizmie lipidy są magazynem wody, 30-50% tkanki tłuszczowej stanowi woda, spalenie 100 g tkanki tłuszczowej wyzwala 107 g wody,
mieszane tłuszcze pożywienia są źródłem witamin rozpuszczalnych w tłuszczach: A, D, E, K i Niezbędnych Nienasyconych Kwasów Tłuszczowych (witamina F),
tłuszcze w pożywieniu oszczędzają gospodarkę białkami i witaminami z grupy B,
mają dużą wartość sytną - hamują wydzielanie soku żołądkowego, podnoszą smak potraw,
pełnią funkcję budulcową, są składnikiem błon komórkowych oraz stanowią ważny element wchodzący w skład wielu hormonów, cholesterolu oraz ważnych substancji wewnątrzkomórkowych.
Zapotrzebowanie
Tłuszcze powinny dostarczać 25-30% wartości energetycznej dziennej racji pokarmowej dorosłego człowieka. Powinny to być tłuszcze nienasycone, nie utwardzane chemicznie, pozbawione izomerów trans.
Podział
Ze względu na budowę chemiczną lipidy można podzielić na:
Lipidy proste - estry kwasów tłuszczowych i alkoholi.
Lipidy złożone - związki zawierające oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi także inne składniki.
Inne lipidy złożone
Lipidy pochodne - pochodne lipidów prostych i złożonych, powstałych przede wszystkim w wyniku ich hydrolizy, zachowując ogólne właściwości lipidów.
Alkohole
Węglowodory
Lipidy właściwe
Są to estry kwasów tłuszczowych i glicerolu.
Woski
Są to estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi innych niż glicerol.
Fosfolipidy
Są to lipidy zawierające kwas fosforowy jako mono lub diester.
Glikolipidy
Są to związki zawierające co najmniej jeden cukier połączony wiązaniem glikozydowym z częścią lipidową.
Kwasy tłuszczowe
Tłuszcze zbudowane są z kwasów tłuszczowych, których budowa chemiczna determinuje podział tych związków na kwasy tłuszczowe nasycone, jednonienasycone (monoenowe) i wielonienasycone (polienowe).
Kwasy tłuszczowe nasycone (ważniejsze):
masłowy
kapronowy
kaprylowy
kaprynowy
laurynowy
mirystynowy
palmitynowy
stearynowy
arachidowy
behenowy
lignocerowy
Kwasy tłuszczowe jednonienasycone (ważniejsze):
oleomirystynowy
oleopalmitynowy
oleinowy
elaidynowy
wakcenowy
gadoleinowy
erukowy
brasydynowy
Kwasy tłuszczowe wielonienasycone - Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe (ważniejsze):
linolowy (omega-6)
γ-linolenowy (gamma-linolenowy) (omega-6)
arachidonowy (omega-6)
α-linolenowy (alfa-linolenowy) (omega-3)
dokozaheksaenowy (omega-3)
eikozapentaenowy (omega-3)
Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe
Kwasy tłuszczowe są składnikami tłuszczów. Istnieją dwa Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe. Niezbędne to znaczy musimy pozyskiwać je z pożywienia ponieważ organizm nie potrafi ich sam wytworzyć. Pierwszym takim kwasem jest α-linolenowy należący do rodziny kwasów omega-3. Źródłem tego kwasu w pożywieniu są: tłoczone na zimno oleje: lniany i rzepakowy, nasiona lnu i rzepaku, siemię lniane, orzechy włoskie, kiełki pszenicy. Drugim Niezbędnym Kwasem Nienasyconym jest kwas linolowy należący do rodziny omega-6. Możemy go znaleźć w tłoczonych na zimno oleju sojowym i kukurydzianym, nasionach słonecznika, nasionach dyni, nasionach sezamu i w większości orzechów. Poza kwasami: α-linolenowym (omega-3) i linolowym (omega-6) istnieją inne kwasy należące do rodziny kwasów omega-3 i omega-6. Do rodziny kwasów omega-3 należą: kwas dokozaheksaenowy i kwas eikozapentaenowy, które nasz organizm może wytworzyć z kwasu α-linolenowego. Zawarte są one przede wszystkim w żywności pochodzenia morskiego (w rybach tj. makrela, łosoś, halibut, dorsz, śledź, sardynka). Dla niemowląt i dzieci kwas dokozaheksaenowy ze względu na swoje funkcje jest Niezbędnym Nienasyconym Kwasem Tłuszczowym (jest on zawarty w mleku ludzkim). Do rodziny kwasów omega-6 należą: kwas γ-linolenowy i kwas arachidonowy, które nasz organizm może wytworzyć z kwasu linolowego. Największą wartością i aktywnością biologiczną odznaczają się należące do rodziny omega-3. Prawidłowy stosunek kwasów tłuszczowych z rodziny omega-6 do kwasów z rodziny omega-3 powinien wynosić (<5:1).
Rola Niezbędnych Nienasyconych Kwasów Tłuszczowych:
stanowią jeden z niezbędnych składników budulcowych komórek,
biorą udział w metabolizmie cholesterolu (zwłaszcza kwas arachidonowy) i jego transporcie (przeszło połowa estrów cholesterolu występuje w postaci połączeń z kwasem linolowym, co ułatwia ich rozprowadzenie w organizmie, obniżają poziom cholesterolu we krwi),
hamują agregację płytek krwi, powodują rozszerzanie naczyń krwionośnych, w tym i wieńcowych, działają antyarytmicznie,
są prekursorami do biosyntezy prostaglandyn i prostacyklin,
biorą udział w transporcie wody i elektrolitów przez błony biologiczne,
regulują wydalanie jonów sodu z organizmu.
Niedobór Niezbędnych Nienasyconych Kwasów Tłuszczowych powoduje:
zahamowanie wzrostu i spadek przyrostu masy,
zmiany skórne i wypadanie włosów,
zwiększona wrażliwość na zmiany alergiczne i zakażenia bakteryjne,
spadek napięcia mięśnia sercowego (mniejsza siła skurczu, gorsze krążenie, obrzęki).
Kwasy nukleinowe wywodzą swoją nazwę od łacińskiej nazwy jądra komórkowego - nucleus, gdzie po raz pierwszy stwierdzono ich obecność. W 1869 roku został odkryty przez Mieschera kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) w plemnikach łososia. Ogromny postęp badań nad kwasami nukleinowymi datuje się dopiero od połowy XX wieku, kiedy w 1944 roku Avery, MacLeod i McCarty wykazali po raz pierwszy, że DNA zawiera informację genetyczną. W 1952 roku Brown i Todd określili sposób powiązania nukleotydów w cząsteczce, a w 1953 roku Watson i Crick zaproponowali model DNA. W ciągu ostatnich 40 lat dokonano wielu odkryć w zakresie budowy i funkcji kwasów nukleinowych, jak również przeprowadzono wiele syntez fragmentów DNA. Badania te przyczyniły się do rozwoju takich dyscyplin naukowych, jak: genetyka, wirusologia, bakteriologia i wielu innych.
Kwasy nukleinowe są wielkocząsteczkowymi polinukleotydami zbudowanymi z mononukleotydów. Mononukleotyd jest zbudowany z trzech podstawowych składników:
1) z zasady pirymidynowej lub purynowej,
2) z pentozy, którą najczęściej jest D-ryboza lub 2-deoksy-D-ryboza,
3) z kwasu fosforowego.
Zasady azotowe pirymidynowe są pochodnymi pirymidyny, zawierającymi przy C2 zawsze grupę posiadającą tlen, natomiast przy C^ - grupę hydroksylową lub aminową. Tego rodzaju rozmieszczenie grup sprzyja występowaniu zjawiska tautomerii, polegającego na tym, że atom wodoru może łączyć się z tlenem na pierścieniu lub atomem azotu w pierścieniu. Formę, w której wodór znajduje się w grupie hydroksylowej (postać enolowa), nazywamy laktim, natomiast jeśli tlen występuje w postaci ketonowej, mamy do czynienia z formą, zwaną laktam. Analogicznie pochodne aminowe mogą występować w formie iminowej.
W nukleotydach istotne są te formy zasad pirymidynowych, u których przy N3 w pierścieniu znajduje się wodór, ponieważ może on być zastąpiony pentozą, która w tym miejscu łączy się wiązaniem N-glukozydowym. Z reguły występują formy aminowe.
Do najczęściej spotykanych zasad pirymidynowych należą: uracyl, tymina, cyto-zyna, 5-metylocytozyna oraz 5-hydroksymetylocytozyna.
Zasady purynowe zawierają układ puryny, powstały przez skondensowanie pirymidyny i imidazolu. Podobnie jak w przypadku zasad pirymidynowych spotykamy formy tautomeryczne: laktim i laktam oraz aminowe i iminowe. Istotne dla nukleotydów są formy ketonowe i aminowe pochodnych puryn.
Do zasad purynowych należą: adenina, guanina, hipoksantyna, ksantyna oraz 6-deoksyguanina.
Adenina jest 6-aminopuryną. Jeśli grupa aminowa adeniny zostanie podstawiona grupą hydroksylową, to powstaje hipoksantyna, czyli 6-oksopuryna. Guanina jest 2-amino-6-oksopuryną wyodrębnioną po raz pierwszy z guana peruwiańskiego, stąd jej nazwa. Guanina pod wpływem deaminacji może przejść w 2,6-dioksopurynę, czyli ksantynę. Na skutek enzymatycznego utlenienia zarówno hipoksantyna, jak i ksantyna przechodzą w kwas moczowy, który jest 2,6,8-trioksopuryną.
DNA jest polimerem nukleotydów składających się z zasad purynowych (adenina A, guanina G) i zasad pirymidynowych (cytozyna C, tymina T) oraz reszt deoksyrybozowych i reszt kwasu fosforowego. Niektórzy błędnie uważają,[dodaj źródło] że uracyl U wchodzi w skład jedynie RNA. Jednak w DNA niektórych wirusów, np. bakteriofagów PBS2, znaleziono właśnie niemal wyłącznie U, a stwierdzono brak T. Innym przypadkiem, choć sztucznie wytworzonym jest chemiczna degradacja C do U.
W skład cząsteczki DNA wchodzą dwa łańcuchy, które biegną antyrównolegle (tzn. koniec jednego jest dokładnie naprzeciw początku drugiego). Łańcuchy owijają się wokół wspólnej osi i tworzą tzw. prawoskrętną podwójną helisę. Reszty cukrowe i fosforowe, połączone ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym, znajdują się na zewnątrz helisy, natomiast zasady skierowane są do wnętrza i tworzą pary połączone według wzoru:
A-T (A-U)
G-C
T-A (U-A)
C-G
Zasady połączone są wiązaniami wodorowymi. Cząsteczki DNA mogą być bardzo długie. U Drosophila melanogaster ich długość (po "rozkręceniu chromosomu") dochodzi do 2 cm. W ścisłym skręceniu DNA do postaci chromosomu biorą udział białka histonowe lub niehistonowe. Autorami modelu podwójnej helisy DNA są James Watson i Francis Crick, na podstawie zdjęć krystalografii rengenowskiej wykonanych przez Rosalind Franklin.
Każda z nici DNA ma na jednym końcu (oznaczanym jako 5'), przy ostatnim nukleotydzie wolną grupę fosforanową przy węglu 5' deoksyrybozy, a na drugim końcu (oznaczanym jako 3') ostatni nukleotyd posiada wolną grupę hydroksylową przy węglu 3' deoksyrybozy. Ze względu na to, że helisa dwóch nici DNA jest spleciona w ten sposób, że jedna z nici zaczyna się od końca 5' a druga od końca 3', mówi się, że obie nici są względem siebie antyrównoległe.
Łańcuch nici DNA zawiera informację genetyczną o kolejności aminokwasów w białkach kodowaną w postaci trójek nukleotydowych odpowiadających odpowiednim aminokwasom podczas syntezy białka. Nazywamy to kodem genetycznym.
Rodzaje DNA [edytuj]
Dwupasmowy DNA istnieje przynajmniej w 6 formach (A-E i Z). Najważniejsze z nich przedstawiono w tabeli:
Rodzaj DNA/Funkcja |
B-DNA |
A-DNA |
Z-DNA |
liczba par zasad przypadająca na skręt helisy |
10,4 (ok. 10.2 dla tzw. wysp CpG) |
11 |
12 |
kąt skręcania między sąsiednimi parami zasad (w stopniach) |
+ 34,6 |
+ 32,7 |
- 30,0 |
skok helisy (w nm) |
3,54 |
2,53 |
4,56 |
kierunek skręcania |
prawoskrętna |
prawoskrętna |
lewoskrętna |
średnica helisy (w nm) |
2,37 |
2,55 |
1,84 |
Kwas rybonukleinowy, RNA, polimer rybonukleotydów, występujący zarówno w jądrze komórkowym, jak i w cytoplazmie. Nukleotydy połączone są typowym dla kwasów nukleinowych wiązaniem fosfodiestrowym. Kwasy rybonukleinowe w zależności od pełnionej funkcji, masy cząsteczkowej i struktury dzieli się na:
heterogenne jądrowe (hnRNA lub Pre-mRNA)- głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do mRNA
antysensowne RNA albo interferencyjne RNA - produkowane w celu precyzyjnej regulacji ekspresji genów kodujących białka (za pomocą mechanizmu wspólnego lub bardzo zblizonego do systemu zwalczania wirusów RNA)
małe jądrowe (snRNA) pełniące funkcje enzymatyczne przy wycinaniu intronów z transkryptów
informacyjne zwane matrycowymi(mRNA)
rybosomowe (rRNA)
małe cytoplazmatyczne (w tym tRNA)
RNA jest zazwyczaj jednoniciowy, postać dwuniciowa, analogiczna do dwuniciowego DNA występuje głównie jako materiał genetyczny niektórych wirusów i wiroidów (porównaj też. Retrowirusy). Jednak w wypadku cząsteczek jednoniciowych, szczególnie pełniących funkcje enzymatyczne, lub współdziałających w tych funkcjach (np. rRNA, tRNA) tworzenie fragmentów dwuniciowych przez parowanie różnych odcinków tej samej nici decyduje o strukturze całej cząsteczki. Ułożenie zasad azotowych w RNA nie jest dowolne. Ich kolejność jest lustrzanym odbiciem kolejności ułożenia zasad azotowych w jednej z nici DNA.
W przypadku wirusów RNA zawierających pojedynczą nić kwasu nukleinowego można mówić o polarności nici. Nić o dodatniej polarności to taka, która może pełnić funkcję mRNA, zaś nić o ujemnej polaryzacji to taka, która jest komplementarna do mRNA
RNA
1. Budowa RNA
RNA - (ang. ribonucleic acid) Struktura kwasu rybonukleinowego różni się
od DNA. Jednostką cukrową w RNA jest ryboza, a nie deoksyryboza jak w przypadku DNA. Kwas rybonukleinowy, zatem, zbudowany jest z czterech rodzajów nukleozydów: adenozyny (AMP), guanozyny (GMP), cytydyny (CMP) oraz uracylu (UMP). Istotną różnicą jest to, że jedną z czterech zasad jest uracyl zamiast tyminy. Uracyl paruje komplementarnie z adeniną, tworząc dwa wiązania wodorowe, różniąc się od tyminy występowaniem grupy metylowej. Cząsteczki RNA występują w formie jedno- i dwuniciowej. Cząsteczki dwuniciowego RNA (dsRNA) nie mogą tworzyć tak regularnej struktury jak w przypadku B-DNA, ze względu na występowanie grupy hydroksylowej przy 2 atomie węgla rybozy.
Zazwyczaj jednak RNA występuje w postaci jednoniciowego (ssRNA), silnie pofałdowanego polinukleotydu zawierającego odcinki dwuniciowe i tworzącego skomplikowane struktury przestrzenne. W przeciwieństwie do DNA stosunek zasad azotowych purynowych do pirymidynowych w cząsteczce jednoniciowego RNA nie jest zachowany.
2. Rodzaje RNA
Wyróżnia się kilka rodzajów RNA. DNA zawiera w sobie informację o każdym z rodzajów RNA (z pominięciem wirusów). W procesie transkrypcji (syntezy RNA) są tworzone prekursory poszczególnych klas RNA (preRNA), które ulegają później obróbkom potranskrypcyjnym. Istnieją trzy podstawowe grupy RNA - informacyjny RNA (mRNA), transportujący RNA (tRNA) oraz rybosomalny (rRNA), wszystkie wiążą się z procesem ekspresji informacji genetycznej.
a.) mRNA - (ang. messenger RNA) - jest pojedynczą cząsteczką RNA (ssRNA), która jest nośnikiem informacji genetycznej, zawartej w postaci sekwencji zasad azotowych w cząsteczce. Na jej podstawie polimeryzowane są aminokwasy wg określonej kolejności - dzięki temu procesowi powstaje produkt końcowy ekspresji informacji genetycznej - białko. Bezpośredni produkt transkrypcji - prekursorowy RNA ("pierwotny transkrypt") podlega późniejszym obróbkom potranskrypcyjnym. Szczególnie w przypadku organizmów Eukariotycznych (jądrowych) w procesie splicingu, (wycinania intronów) są wycinane niekodujące części RNA oraz dołączane elementy stabilizujące - od końca 5' "czapeczkę" (ang. cap - będącą zmodyfikowanym nukleotydem guanylowym) oraz na 3' końcu - "ogon poli-(A)" zawierający 200-250 nukleotydów adenylowych. Taka operacja zapobiega degradacji mRNA przez enzymy tnące łańcuch kwasu rybonukleinowego - RNA-zy.
b.) tRNA - zwany transferowym RNA, związany z enzymem - syntetazą aminoacylo-tRNA, służy do odczytywania kodu genetycznego i transportu odpowiednich aminokwasów do - rybosomu, w trakcie procesu translacji. Cząsteczki tRNA zbudowane są z ok. 75 nukleotydów, podobnie jak mRNA wytwarzane są one w wyniku obróbki cząsteczki pierwotnego transkryptu. W skład cząsteczki wchodzą również zmodyfikowane zasady azotowe (np.: dihydrourydyna, pseudourydyna). W każdej komórce znajduje się przynajmniej 20 rodzajów cząsteczek tRNA i przynajmniej jedna odpowiada swoistemu aminokwasowi. Cząsteczki tRNA posiadają cztery dwuniciowe obszary pozwalające wytworzyć drugorzędową strukturę podobną do liścia koniczyny. W cząsteczce tRNA można wyróżnić 4 główne ramiona. Ramię akceptorowe składa się z szypuły utworzonej ze sparowanych zasad, które kończy się sekwencją CCA (5'-3'). Grupa 3'-hydroksylowa reszty adenylowej wiąże się z grupą karboksylową odpowiednich dla danej cząsteczki tRNA aminokwasów wiązaniem estrowym. Pozostałe ramiona posiadają szypuły ze sparowanych zasad i na końcu pętle zawierające zasady niesparowane. Pętla ramienia antykodonowego posiada sekwencję antykodonową, decydującą o specyficzności cząsteczki tRNA w procesie translacji. Sekwencja antykodonowa rozpoznaje komplementarny tryplet nukleotydów tworzących kodon, na cząsteczce mRNA - w taki sposób następuje odczyt informacji genetycznej. Ramiona DHU i Ty C zostały nazwane od sekwencji, w których występują nietypowe nukleotydy wchodzących w skład ich końcowych pętli.
Istnieje jeszcze dodatkowe ramię, które w zależności od klasy tRNA posiada różną liczbę par zasad (Klasa 1 tRNA - ok. 75% wszystkich 3-5 pz, natomiast Klasa 2 - 13-21 pz). Stałą strukturę drugorzędową utrzymują komplementarne zasady we wszystkich ramionach tRNA.
c.) rRNA , czyli rybosomalne RNA - to grupa kwasów rybonukleinowych wchodzących w skład rybosomu, a więc kompleksu enzymatycznego odpowiedzialnego za syntezę polipeptydu - translację. Odkryto kilka klas rRNA, które w większości przypadków przyjmują złożoną strukturę drugorzędową łącząc się z polipeptydami wchodzącymi w skład poszczególnych podjednostek rybosomu. Przykładem może posłużyć 16S rRNA, które rozpoznaje miejsce "start" w cząsteczce mRNA, natomiast 23S rRNA oddziałuje z ramieniem akceptorowym cząsteczki tRNA. Inne cząsteczki L7 i L12 rRNA, wchodzące w skład rybosomu posiadają zdolności autokatalityczne - mogą prowadzić reakcje enzymatyczne nawet bez udziału innych białek oraz rRNA rybosomu.
Podobnie jak poprzednie klasy RNA, rRNA powstaje z pierwotnego transkryptu na drodze obróbki potranskrypcyjnej.
3. Inne rodzaje RNA - Oprócz trzech podstawowych klas RNA można wspomnieć o istnieniu snRNA (ang. small nuclear RNA ) i scRNA (ang. small cytoplasmic RNA ) - małych cząsteczek rybonukleinowych, których długość nie przekracza 300 nukleotydów. Biorą udział w procesach obróbki pierwotnego transkryptu takich jak splicing editing, czy poliadenylacja 3'końca.