PROTEINI

PROTEINI� proteos (grč.) - prvi, najvažniji� prisutni u svim živim organizmima od virusa do biljaka i

životinja� ulaze u sastav svake ćelije: protoplazama, jedro

(nukleoproteini), membranauloga u organizmu:� gradivna (primarna funkcija)� kontraktilna (miogen)� katalitička (enzimi)� regulatorna (hormoni)� transportna (hemoglobin)� imunološka (antitela)� puferska� energetska (17 kJ/g)

elementarni sasatav:

� C, O, H, N, S, (P)

hemijska definicija:

� Proteini su makromolekulska jedinjenja izgrañena od polipeptidnih lanaca koji se sastoje iz αααα-L-aminokiselina povezanih peptidnom vezom.

� Proteini omogućavaju rast i regeneraciju organizma, kaoi pravilan tok metaboličkih procesa.

� Ljudski organizam može da izgrañuje sopstvene proteineiz proteina hrane, odnosno aminokiselina.

Distribucija proteina u organizmu (% ukupnih telesnih proteona)

tkivo %

krv 10

masno tkivo 3-4

koža 9-9.5

kosti 18-19

mišići 46-47

Sadržaj proteina u namirnicama

namirnica sadr žaj (%)

meso 18-20

ribe 18-20

jaja 12.5

mleko 3.5

žitarice 10-12

suve leguminoze 25-37

sveže povrće 1-3

sveže voće oko 1

masno voće (lešnik, orah, badem i dr.) 15-50

AMINOKISELINE – osnovne gradivne jedinice proteina� Od osobina aminokiselina zavise osobine proteina

� aminokiseline su jedinjenja koja sadrže najmanje jednu amino i jednu karboksilnu grupu (prolin i hidroksiprolin sadrže imino grupu koja takoñe gradi peptidnu vezu)

� sve aminokiseline koje ulaze u satav proteina su αααα-amino-kiseline i mogu dase prikažu formulom:

� sve aminokiseline biljnih i životinjskih proteina su L-konfiguracije� kapsule nekih bakterija izgrañene su od D-aminokiselina, koje digestivni

sokovi ne mogu da hidrolizuju

� zbog hiralnog C atoma aminokiseline su optički aktivne i mogu da bududekstrogirne (+) ili levogirne (-)

R CH COOH

NH2

αααα-L-AMINOKISELINE PROTEINA (oko 20 aminokiselina)1. a l i f a t i ~ne m on o am i n o-m on ok ar bo s k e k i s e l i ne :

g l i k o k o l i l i g l i c i n , G ly αααα -a minos i r} e tna k is e l ina

a l a n i n , Alaαααα -a minopropionsk a k ise l ina

v a l i n , V a lαααα -a minoiz ov a le ri ja nsk a k ise l ina

l e u c i n , Le uαααα -a minoiz ok apronsk a k is e l ina

i z o l e uc i n , I leαααα -a mino- ββββ -me t i l - ββββ -e t i lpropions ka k is e l ina

s e r i n , S e rαααα -a mino- ββββ -hidrok s ipropions ka k is e l ina

t reo n i n , T hrαααα -a mino- ββββ -hidrok s ibute rna k ise l ina

CH2 COOH

NH2

CH COOH

NH2

CH3

CH COOH

NH2

CH

CH3

CH3

CH COOH

NH2

CH2CH

CH3

CH3

CH COOH

NH2

CH2CH

CH3

C2H5

CH COOH

NH2

CH2

OH

CH COOH

NH2

CH

OH

CH3

2. m on o am i no -d i k a rb on s k e k i s e l i n e :

as p ara g i ns k a k i s e l i n a , As p αααα - amino} i l ibarna k ise l ina

as p ara g i n , As namid a s pa ra gins ke k ise l ine

g l u t a m i n s k a k i s e l i n a , G luαααα - aminogluta rna k ise l ina

g l u t a m i n , G lnamid glutamins k e k is e l ine

3. d i a m i n o-m on o k a rb on s k e k i s e l i n e

l i z i n , Ly sαααα ,,,, εεεε -dia minoka prons ka k ise l ina

arg i n i n , Argαααα - amino- δδδδ -gv anidinov a le ri jans ka k is e l ina

h i s t i d i n , H isαααα - amino- ββββ - imidaz ol i lpropionsk a k is e l ina

CH COOH

NH2

CH2CH2HOOC

CH COOH

NH2

CH2CH2CH2CH2

NH2

CH COOH

NH2

CH2CH2CH2NH

C NH

NH2

CH COOH

NH2

CH2

HN N

CH COOH

NH2

CH2HOOC

CH COOH

NH2

CH2H2NOC

CH COOH

NH2

CH2CH2H2NOC

4 . am i n ok i s e l i n e s a s um p orom :

c i s t e i n , Cy s αααα -a mino- ββββ - t iopropionska k ise l ina

c i s t i ndi - ( αααα -amino- ββββ - t iopropionsk a k ise l ina )

m et i o n i n , M e tαααα -a mino- γγγγ -me t i l t iobute rna k ise l i na

5 . a rom at i ~ne am i nok i s e l i n e

f e n i l a l a n i n , P heαααα -a mino- ββββ - f eni lpropions ka k is e l ina

t i r o z i n , T y rαααα -a mino- ββββ -p-hidroks i f eni lpropionsk a k ise l ina

6 . he t e ro c i k l i ~ne am i no k i s e l i ne

t r i p t o f an , T rpαααα -a mino- ββββ - indol i lpropionskak ise l ina

p ro l i n , P ropi rol idi n-2 -ka rbons ka k i se l ina

h i d rok s i p ro l i n , Hpr4 -hidroks ip i ro l idin-2 -ka rbonsk a k is e l ina

CH COOH

NH2

CH2CH

S CH3

CH COOH

NH2

CH2

SH

CH COOH

NH2

CH2

SS

CH2CHHOOC

NH

CH2 CH COOH

NH2

NHCOOH

NHCOOH

HO

CH2

NH2

COOHCH

CH2

NH2

COOHCH

OH

Podgrupa aminokiselina – razgranate aminokiseline

Valin

Leucin

Izoleucin

Čine oko 35-40% mišićaEsencijelne su

Najvažnija podela aminokiselina u nutritivnom smislu je prema mogućnosti sinteze u organizmu:

1. esencijalne - u organizmu ne mogu da se sintetišu i moraju da se unose hranom

2. poluesencijalne - pod odreñenim uslovima mogu da zamene esencijalne aminokiseline, neophodne su u dečijem uzrastu

3. neesencijalne - organizam ih sintetiše

esencijalneaminokiseline

poluesencijalneaminokiseline

neesencijalneaminokiseline

metionin arginin alanin

valin histidin

(esencijelne za decu i u specijalnim stanjima – traume, rane, sepsa)

taurin – kod novoroñenčadi i tokom rasta

glutamin – kod trauma, kancera, u imunodeficitnim stanjima

asparagin

fenilalanin asparaginska kiselina

treonin cistein

triptofan cistin

izoleucin glutamin

leucin glutaminska kiselina

lizin glicin

prolin

serin

tirozin

FIZIČKE OSOBINE AMINOKISELINA

� jedinjenja male molekulske mase 75-240

� imaju visoku tačku topljenja iznad 200oC, a neke i iznad300oC, pri čemu se zagrevanjem na visokimtemperaturama često i raspadaju

� rastvorljivost u vodi je različita i zavisi od njihoveizoelektrične tačke i polarnosti radikala

� optički aktivne (+) i (-) zbog hiralnog C atoma (treonin ima 2 hiralna C atoma)

� većina aminokiselina je slatkog ukusa, leucin je bez ukusa, a arginin i izoleucin su gorki. Glutaminska kiselina i njene soli su prijatnog ukusa i koriste se kao pojačivači aroma.

HEMIJSKE OSOBINE AMINOKISELINA

I Amfoternost aminokiselina� kisela (karboksilna) i bazna (amino) grupa u molekuli

aminokiselina odgovorne su za njihovo ponašanje kao organskih kiselina i baza

� prema Bronsted-u kiselina je svako jedinjenje koje može da posluži kao donor, a baza je svako jedinjenje koje može da bude akceptor protona.

� aminokiseline sadrže kiselu karboksilnu grupu koja može da otpušta proton i baznu amino grupu koja može da ga primi.

� otpuštanjem protona anjonski oblik aminokiseline stiče odlike baze jer može da primi natrag proton, a isto tako, primanjem protona u amino grupu katjonski oblik aminokiseline stiče odlike kiseline jer taj proton može da otpusti.

H2N-CHR-COOH → H2N-CHR-COO- + H+

kiselina

H2N-CHR-COO- + H+ → H2N-CHR-COOH baza

H2N-CHR-COOH + H+ → +H3N-CHR-COOH baza

+H3N-CHR-COOH → H2N-CHR-COOH + H+

kiselina

� U kristalnom stanju monoamino monokarbonske kiselineimaju oblik dvopolnog, hibridnog jona - zwitter jon

+H3N-CHR-COOH +H3N-CHR-COO- H2N-CHR-COO-

H2N-CHR-COOH(pH < pI) (pH = pI) (pH > pI)

� zwitter jon je oblik koji sadrži isti broj pozitivnog i negativnog naelektrisanja, a dipolnost molekule je izražena samo unutrašnjim premeštanjem protona

� zwitter jon se ne kreće u električnom polju i taloži se iz rastvora. Ima odlike slabe kiseline zbog jače kiselosti karboksilne grupe (Ka = 1.6x10-9)

� nejonizovani oblik se nalazi samo u tragovima, dok jonizacija zavisi od pH rastvora.

� dodatkom kiseline u vodeni rastvor aminokiseline suzbija se disocijacija NH3

+ grupe zwitter jona i pomera se ravnoteža u smeru stvaranja katjonskog oblika aminokiseline:

+H3N-CHR-COO- + HCl → +H3N-CHR-COOH + Cl-

� dodatkom baze oslobaña se H+ jon iz NH3+ grupe i

ravnoteža se pomera u pravcu nastajanja anjonskogoblika aminokiseline:

+H3N-CHR-COO- + NaOH → H2N-CHR-COO- + Na+ + H2O

� izoelektrični pH aminokiselina:� neutralne: 4.8-6.3 � kisele: 2.7-3.2� bazne: 7.8-10.8

� poznavanje vrednosti izoelektričnog pH proteina je značajno za njihovo odvajanje taloženjem i elektroforetskim tehnikama

� Hemijske osobine aminokiselina ne zavise samo od NH2i COOH grupe već i od R

II Reakcije amino grupe

1. grañenje soli2. alkilovanje3. arilovanje - koriste se za identifikaciju N-

terminalnih aminokiselina peptida

4. dezaminacija – u organizmu u enzimski katalizovanoj reakciji nastaju ketokiseline

III reakcije karboksilne grupe

1. Sorensen-ova formol titracija� Aminokiseline ne mogu da se u vodenom rastvoru

direktno titriraju bazom jer zwitter jon sporo reaguje, a dodata baza trenutno utiče na promenu boje indikatora. Formaldehid dodat rastvoru aminokiselina u velikom višku vezuje se za aminogrupu i sprečava vezivanje protona iz karboksilne grupe. Tada aminokiselina može da se titrira bazom uz indikator na uobičajen način.

CH COO-+H3N

R

+ 2HCHO CH COOHN

RHOH2C

HOH2C

• ova reakcija se primenjuje za odreñivanje proteina u mleku

2. estri aminokiselina3. hloridi aminokiselina – koriste se u sintezi polipeptida4. dekarboksilacija – nastaju amini5. stvaranje helata sa metalnim jonima (prelazni metali)

IV reakcije funkcionalnih grupa sa sumporom

� funkcionalne grupe sa sumporom sadrže :� cistein - tiolska (sulfhidrilna) grupa (-SH)� cistin - disulfidna grupa (-S-S-)� metionin - metilovana tiolska grupa (-S-CH3)

1. oksidacija tiola do disulfida

4R-SH → 2R-S-S-R + 2H2O O2

2. formiranje tioestara

3. reakcije disulfida sa tiolima

R-S-S-R + 2R’-SH → 2R-SH + R’-S-S-R’

R C

O

OH + R' SH R C

S

R'

OH

OH R C

O

S R' + H 2O

4. reakcije izmene disulfida

R-S-S-R + R’-S-S-R’ → R-S-S-R’ + R’-S-S-R

5. formiranje kompleksa sa metalnim jonima

� Co2+, Cu2+, Mn2+, Cd2+ i dr.

6. reakcije sa sulfitima� raskidanje disulfidne veze

R-S-S-R + SO32- → R-S- + R-S-SO3

� većina proteina optimalno učestvuje u ovim reakcijama tek posle denaturacije, što se objašnjava na dva načina:

1. aktivne grupe su skrivene usled konformacije nativne molekule

2. aktivne grupe učestvuju u formiranju labilnih hemijskih veza koje se raskidaju denaturacijom

PEPTIDI� Peptidna veza nastaje kondenzacijom karboksilne grupe

jedne i amino grupe druge aminokiseline.

� Karbonilna (C=O) i imino (N-H) grupa leže u istoj ravni jer peptidna veza ima delimično karakter dvogube veze čime je praktično onemogućena rotacija

� Kod većine aminokiselina kondenzacija je linearna� Izuzetak je prolin� peptіdі dobіjaju oѕnovno іme prema C termіnalnoj

amіnokіѕelіnі, a oѕtale amіnokіѕelіne ѕe оznačаvајu kаоradіkalі роčеv od N termіnalne amіnokіѕelіne npr. trіpeptіd glutatіon je glutamіl-cіѕteіnіl--glіcіn

� рерtidnі nіz моžе da bude гаzlіčіtоg oblіka:1. linеаran2. rаčvаѕt zbog prіѕuѕtva dіamіnomonokarbonѕkіh i monoamіnodіkarbonѕkіh

kіѕelіna3. ѕеmісіklіčаn uѕled ѕtvaranja іntramolekulѕkіh vоdоničnіh veza

4. cikličan usled stvaranja intramolekulskih peptidnih veza

PROTEINI

� Proteini su makromolekulska jedinjenja izgrañena od polipeptidnih lanaca koji se sastoje iz αααα-L-aminokiselina povezanih peptidnom vezom.

� Postoje milioni prtoeinskih molekula i sve su izgrañene najvećim delom iz 20-tak istih aminokiselina

� Raznolikost proteina u živom svetu je daleko veća od one kod ugljenih hidrata i lipida

� Sekvenca (redosled vezivanja) aminokiselina je osnovna odrednica osobina proteina

� Nivo organizacije proteina u prirodi je veoma složen i obuhvata primarnu, sekundarnu, tercijernu i kvaternernu strukturu

� molekule proteіna ѕaѕtoje ѕe іz jednog іlі vіšе polіpeptіdnіh lаnаса, a broj amіnokіѕelіnѕkіh ostataka kгеćе ѕe і do nekoiіko deѕetіna hіljada.

� ѕtruktura proteіna моžе da ѕe izučаvа nа čеtігі nіvoa:

1.рrіmаrnа ѕtruktura� redoѕled (ѕekvenca) amіnokіѕelіnѕkіh oѕtataka u molekulі proteіna

� odreñіvanje prіmarne ѕtrukture

ЅTRUKTURA PROTE ІNA

N termіnalna analіza

a) Ѕangerov po ѕtupak (d іnіtrofen іl poѕtupak)b) Edmanova degradacija

Prvi protein čija je primarna struktura bila potpuno rasvetljena je hormon insulin

C terminalna analiza

a) Enzimska metoda� Enzim karboksipeptidazab) Sekvencioniranje DNK

2. Sekundarna struktura� prostorni raspored aminokiselina koje su u primarnoj strukturi blizu

jedna drugoj i periodično ponavljanje strukture.

� Postoje tri tipa sekundarme strukture: β-plisirani list, α-spirala i slobodni niz

1. β-plisirani list2. α-spirala3. Slobodni niz

3. Tercijerna struktura

� α- i β- strukture, kao i molekule proteina koje nemaju sekundarnu strukturu mogu da se savijaju i grade globularne, elipsaste ili vretenaste strukture

� savijeni delovi polipeptidnog niza meñusobno su povezani disulfidnim, vodoničnim ili jonskim vezama preko bočnih ostataka aminokiselina

4. Kvaternerna struktura� Imaju je neki oligomerni proteini koji predstavljaju asocijaciju nekoliko

globula povezanih vezama koje nisu kovalentne (peptidne ni disulfidne), npr hemoglobin

� Primer: struktura hemoglobina� Primarna struktura: polipeptidni niz se sastoji iz 574 a.k. u odreñenom

redosledu

� Sekundarna struktura: polipeptidni niz je uvrnut u α-spiralu� Tercijerna struktura: α-spirala je smotana u klupko� Kvaternerna struktura: 4 klupka formiraju tetramer

Podela proteina

Proteini se klasifikuju na nekoliko načina:

oprema složenosti molekule (prosti koji sadrže samo C, H, O, N i S, tj. aminokiseline i složeni koji sadrže dodatno P, lipide, proteine, DNK)

oprema rastvorljivosti (analitička podela)

oprema obliku molekule

oprema biološkoj vrednosti

A. Podela proteina prema složenostiProsti proteini (homoproteini) sastoje se isključivo iz aminokiselina

1. Albumini (rasprostranjeni u biljnom i životinjskom svetu)

2. Globulini (u krvi, belancu, mleku)

3. Prolamini (proteini žitarica)

4. Glutelini (proteini žitarica, grade lepak sa prolaminima)5. Globini (deo hromoproteina)

6. Protamini (sadrže arginin; bazni, u ikri riba)

7. Histoni (sadrže arginin, bazni, u ikri riba)

8. Skleroroteini (keratini, kolageni, elastini)

Složeni proteini (heteroproteini) sastoje se, pored aminokiselina i iz neproteinskog dela (prostetične grupe):

1. fosfoproteini

� sadrže fosfornu kiselinu najčešće vezanu za aminokiselinu serin

� kazein (mleko), vitelin, vitelenin i fosfitin (žumance jajeta)

� kazein se u mleku nalazi kao so Ca-kazeinat. Taloži se zakišeljavanjem mleka do njegove izoelektrične tačke (pH 4.6)

P

HO

HO

O

O

CH2 CH COOH

NH2

fosfoserin

Ca-kazeinat + 2H + kazein + Ca 2+

2. glikoproteini� satoje se iz proteina i heksoza ili heksozamina� teško hidrolizuju� mukoidi (ovomukoid belanceta) i mukoproteini (hondro-mukoprotein

hrskavice)

3. lipoproteini� kompleksi proteina sa lipidima� značajni za transport lipida� Lipovitelin, lipovitelenin

4. nukleoproteini� sastoje se iz alkalnih proteina protamina i histona i RNA i DNA

� nalaze se u ikri riba, kvascu, klici žitarica

5. hromoproteini� sastoje se iz prostih proteina npr. globina i neke obojene supstance

(prostetična grupa)� hemoglobin, mioglobin, citohromi, flavoproteini, hlorofil, rodopsin,

karotenoproteini

B. Primer podele proteina prema rastvorljivosti

1. albumini�rastvorljivi u vodi i razblaženim rastvorima soli �talože se u zasićenom rastvoru amonijumsulfata�koagulišu na toploti�siromašni su u glikokolu�rasprostranjeni su u biljnom i životinjskom svetu.

2. globulini�nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u razblaženim rastvorima soli�koagulišu na toploti�talože se dodatkom zasićenog rastvora amonijumsulfata(poluzasićenje), kao i uklanjanjem soli iz rastvora (dijaliza)�nalaze se u krvi, belancu jajeta, mleku i dr.

Proteinski sastav nekih namirnica

namirnica proteini Vrsta % u namirnici

meso miogenmioalbumin

miozinaktin

mioglobinostali

albuminalbuminglobulinglobulin

hromoprotein....

ukupno

2.01.210.44.20.22.020.0

mleko kazeinlaktoalbuminlaktoglobulin

fosfoproteinalbuminglobulinukupno

2.70.20.43.3

jaje ovoalbuminlizozim

ovoglobulinovomukoid

vitelinfosfitinostali

albuminglobulinglobulin

glikoproteinfosfoproteinfosfoproteinlipoproteini

ukupno

6.10.40.40.55.10.40.513.4

Podela proteina prema obliku molekule:

1. globularni

� odnos dužina-širina molekule manji od 10

� kompaktno izuvijani polopeptidni lanci

� insulin, albumini, globulini, enzimi

2. fibrilarni

� odnos dužina-širina molekule veći od 10

� dugački polipeptidni lanci uvrnuti u spiralu poprečno povezani disulfidnim ili vodoničnim vezama

� keratin, kolagen, miozin

FIZIČKE I HEMIJSKE OSOBINE PROTEINA� Mm peptida: do 10 000

� Mm proteina: 10 000 - 25 000 000

Odreñivanje Mt proteina:1. Ultracentrifugiranje (6 000 o/min)2. SDS PAGE3. Gel filtracija

� prema veličini čestica (1-100 mµ) spadaju u koloide

� predstavljaju smešu više proteinskih frakcija različitih Mm (npr. glijadini se nalaze u opsegu Mm 15 – 90 kD)

� za prečišćavanje proteina koristi se dijaliza. Ne prolaze kroz polupropustljive membrane creva za dijalizu čiji su prečnici pora manji od njihovih prečnika.

� proteini su koloidni elektroliti i talože se na izoelektričnom pH.

� mogu da se razdvoje elektroforezom. U rastvoru čiji je pH manji od izoelektrične tačke putuju prema katodi, a kada je pH viši od izoelektrične tačke prema anodi.

opti čke osobine proteina

� interakcije proteina ili njihovih konstituenata (aminokiselina i peptida) i elektromagnetog zračenja deli se na:

1. neapsorptivne interakcije:(polarizacija, difrakcija x zraka, optička anizotropija,

refrakcija i disperzija, skatering)

2. apsorptivne interakcije• apsorpcija u UV oblasti• apsorpcija u IR oblasti

DIGESTIJA PROTEINAAPSORPCIJA PROTEINA

oko 100 g

Dnevne potrebe za proteinima

Dnevne potrebe za proteinima prema I principu racionalne ishrane su 12-15% dnevnih energetskih potreba

Maksimalni dnevni unos ne treba da prekorači 30-35%

Problemi koji nastaju usled prekomernog unosa proteina se još proučavaju, ali obuhvataju smanjeni unos drugih nutrimenata (pre svega ugljenih hidrata i vlakana), povećani prateći unos masti; jetra metaboliše povećanu količinu proteina, a bubrezi ekskretuju povećanu količinu azotnih metabolita

Unos od 2,5-5 g/kg TM može ozbiljno da ugroze zdravlje i bez pratećeg unosa UH i masti može dovesti do smrti (tzv. „gladovanje na zečetini“)

I princip racionalne ishrane

Ugljeni hidrati50-60%

masti25-30%

Proteini12-15%

Deficit proteina dovodi do ozbiljnog oboljenja rasprostranjenog u nerazvijenim zemljama – kvašiokor i marazmus

Proteinski deficit se javlja u gerijatrijskoj populaciji, kod bolničkih pacijenata

Klinički simptomi blažeg proteinskog deficitaogubitak koseosmanjenje mišićne maseootežano zarastanje ranaosmanjenje otpornosti organizma

Preporučen dnevni unos (RDA) proteina za različite starosne grupe i posebna stanja

starost (godine)ili stanje

RDA(g proteina/dan) do 1989.

DRI (g/dan)

0.0-0.5 telesna masa (kg) x 2.2 9,1

0.5-1 telesna masa (kg) x 2.0 11

1-3 23 13

4-6 30 19 (4-8 godina)

7-10 34 34 (9-13 godina)

11-14, muškarci 45 52 (14-18 godina)

15-51+, muškarci (70 kg) 56 56 (18- >70 godina)

11-18, žene 46 46 (14- >70 godina)

19-51+, žene (55 kg) 44

graviditet +30 71

laktacija +20 71

U proseku potrebe za proteinima za odraslu osobu iznose 0,8 g/ kg TM

individualni faktori:

1. veli čina tela� višlje i krupnije osobe imaju veće potrebe2. uzrast� za vreme rasta potrebe su 2-3 puta veće po jedinici telesne mase3. pol� muškarci imaju veće potrebe po jedinici mase jer imaju razvijeniju

muskulaturu4. nutricioni status� pothranjene osobe i osobe na dijeti sa niskim sadržajem ugljenih

hidrata imaju veće potebe5. graviditet i laktacija� veće potrebe za razvoj fetusa i sintezu proteina mleka6. klima� pri niskim temperaturama nije potreban povećan unos proteina

ukoliko se energija obezbeñuje iz ugljenih hidrata. � pri visokim temperaturama potrebno je malo povećati unos proteina

zbog povećanog gubitka azota tanspiracijom

7. fizička aktivnost� osobe koje treniraju ili se oporavlju posle mirovanja imaju veće potrebe

8. dijetarne komponente ishrane� osobe koje unose proteine niske biološke vrednosti moraju da ih unose u

većoj količini (vegetarijanci)� važan je i odnos ugljenih hidrata i proteina u hrani, jer ugljeni hidrati “štede”

proteine

9. emocionalna stabilnost� pokazano je da stresna stanja dovode do izlučivanja veće količine azota i

do promena u hormonskom profilu

10. bolesti� uglavnom povećavaju potrebu za proteinima zbog regeneracije tkiva,

povećanog bazalnog metabolizma kod hipertermije, povećane siteze antitela, perspiracije, osim u slučaju povišene temperature

AZOTNA RAVNOTEŽA

� proteinske potrebe organizma obično se izražavaju preko azotnog bilansa:

1. pozitivan azotni bilans - količina izlučenog azota je manja od količine unetog. Karakterističan za mlade organizme, jer se uneti proteini koriste ne samo za regeneraciju tkiva, već i za izgradnju novih tkiva -povećanja telesne mase

2. negativan azotni bilans - količina izlučenog azota je veća nego količina unetog. Troše se sopstvena tkiva -dolazi do smanjenja telesne mase

3. azotna ravnoteža - količina izlučenog azota je jednaka količini unetog - telesna masa se ne menja

BIOLOŠKA VREDNOST PROTEINA

Biološka vrednost proteina je sposobnost proteina da se nakon apsorpcije ugrade u proteine organizma

Faktori koji utiču na BV proteina su:osastav aminokiselinaopromene uslovljene procesima prerade namirnica

Postoji nekoliko načina za procenu BV proteina:oodreñivanje indeksa efikasnosti proteina (Protein Efficacy Ratio)oodreñivanje biološke vrednosti (BV)oodreñivanje aminokiselinskog skora korigovanog za digestibilnostproteina (PDCAAS = Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score)ouporeñivanje sadržaja aminokiselina u ispitivanom proteinu sa referentnim sastavom aminokiselina

indeks efikasnosti proteina - PER� pretstavlja sposobnost proteina da u datom momentu regenerišu stara i

izgrañuju nova tkiva – koristi se od 1913.godine

povećanje telesne masePER =

masa unetog proteina

biološka vrednost proteina - BV� pretstavlja deo iskorišćenog proteinskog azota u organizmu

količina zadržanog azotaBV =

količina unetog azota

� za odreñivanje BV i PER koriste se:

1. biološke metode - zasnivaju se na praćenju azotnog bilansa i promena telesne mase eksperimentalnih životinja

2. hemijske metode - zasnivaju se na odreñivanju sadržaja amino-kiselina u hidrolizatu ispitivanog proteina

Formule Block-a i Mitchel-a:

PER = 3.77 - 0.0321 · x

BV = 102 - 0.634 · x

• limitirajući faktor (limitirajuća aminokiselina) je ona esencijalna aminokiselina čiji je sadržaj najmanji u odnosu na sadržaj iste aminokiseline u ukupnim proteinima jajeta čiji se sadržaj dogovorno uzima kao 100%

• x - procenat deficita limitirajuće aminokiseline - dobija se oduzimanjem od 100 vrednosti procenta limitirajuće aminokiseline (% od iste amino-kiseline proteina jajeta)

% esencijelnih aminokiselina u proteinima jajeta (FAO)

Lizin 6,88

Treonin 5,01

Valin 6,75

Metionin 5,71

Izoleucin 8,70

Leucin 6,20

Tirozin 4,10

Fenilalanin 5,65

primer: u proteinima pasulja limitirajuća a.k. je metionin

1.92 % (5.71 % u proteinima jajeta)1.92 · 100 / 5.71 = 33.6 %100 - 33.6 = 66.4 - procenat deficita limitirajuće a.k.

BV = 102 - 0.634 · 66.4 = 59.9

PER = 3.77 - 0.0321 · 66.4 = 1.64

PDCAASmg limitirajuće AK u 1 g test proteina

PDCAAS = x % digestibilnostimg iste amino kiseline u 1 g test proteina

Prednost ove metode – utvrñuje se na ljudima i uzima se u obzir njihova prava digestibilnost

Poreñenje sadržaja AK sa referentnim proteinom

Primer je zahtev za kvalitet AK u formulama za ishranu odojčadi„U odnosu na istu energetsku vrednost, početna formula za odojčad mora sadržati najmanje istu količinu svih iskoristljivih neophodnih i uslovno neophodnih aminokiselina kao u referentnim proteinima majčinog mleka“

Sastav referetnog proteina majčinog mleka

Podela proteina prema biološkoj vrednosti:

1. potpuni proteini (BV > 75)- omogućavaju normalan rast i regeneraciju organizma- proteini: mesa (sem proteina vezivnog tkiva), mleka, jaja

2. delimično nepotpuni proteini (BV = 55-75)- omogućavaju samo održavanje telesne mase- većina biljnih proteina: proteini žitarica su deficitarni u

lizinu, a proteini leguminoza u metioninu

3. nepotpuni proteini (BV < 55)- ne omogućavaju ni održavanje telesne mase- proteini vezivnog tkiva: kolagen, elastin. - zein iz kukuruza je veoma deficitaran u lizinu

Poboljšanje biološke vrednosti proteina

� komplementacija kombinovanjem proteina� dodavanje deficitarnih a.k. u dijetetske proizvode� genetske modifikacije – hibridi sa većim sadržajem deficitarnih a.k.

Proteini poreklom iz namirnica životinjskog porekla obezbeñuju sve esencijelne aminokiseline u potrebnim količinama i zato se smatraju „potpunim“ proteinima.

Proteini iz namirnica biljnog porekla su uglavnom deficitarni u 1 ili više esencijelnih aminokiselina i zato se smatraju „nepotpunim“ proteinima

Ishrana vegetarijanaca može biti adekvatna po kvalitetu aminokiselina ako se kombinuju izvori nepotpunih proteina kojima nedostaju različite esencijelne aminokiseline

Kombinacija Primer

Žita i leguminozno povrće (uključujući suve leguminoze)

Pirinač i pasuljSupa od graška i tostKari sa sočivom i pirinač

Žita i mlečni proizvodi Testenina sa siromSutlijašSendvič sa sirom

Leguminozno povrće i semenke

Boranija sa susamomHumus / falafel sa semenkama bundeve

Kombinacije biljnih namirnica koje obezbeñuju sve EAK

DIGESTIBILNOST PROTEINAFaktori koji utiču na digestibilnost proteina:� poreklo (biljni proteini imaju manju digestibilnost zbog manje

digestibilnih ćelijskih memebrana)� fizikohemijski faktori (konformacija molekula, tipovi veza)� prisustvo sastojaka hrane koji modifikuju digestiju (vlakna, tanini)� prisustvo antifizioloških faktora koji utiču na digestiju (tripsin

inhibitori, lektini)� termički tretman (Millard-ova reakcija, stvaranje lizinoalanina,

racemizacija i dr.)

Namirnica Digestibilnost proteina (%)

Belance jajeta 97

Celo jaje, govedina, živina, riba 95

Pšenično belo brašno 95

Soja protein izolat 94

Polirani pirinač 88

Sojino brašno 86

Integralna pšenica 86

Kukuruzni proizvodi 86

Integralni pirinač 84

pasulj 69

UTICAJ TERMIČKOG TRETMANA NA BIOISKORISTLJIVOST PROTEINA� Denaturacija i koagulacija proteina imaju povoljno dejstvo na

digestivnu iskoristljivost proteina zbog promene konformacije polipeptidnih lanaca što omogućava lakši pristup enzimima

Denaturacija proteina

� Denaturacija je promena nativne strukture proteina

� Faktori koji dovode do denaturacije:

� povišena ili snižena temperatura

� kiseline ili baze

� ultrazvuk

� UV svetlost� jonizujuća zračenja

� teški metali

� enzimi

� organski rastvarači i dr.

� denaturisanjem proteini prelaze iz visoko organizovanog u neorganizovano stanje uz promenu konformacije(odmotavanje, ispravljanje molekula)

� denaturisani proteini se lakše hidrolizuju dejstvom enzima

� pokazuju povećanu optičku rotaciju i viskozitet

� povećana reaktivnost aktivnih grupa i smanjena rastvorljivost

� denaturisani enzimi i peptidi gube biološku aktivnost

koagulacija proteina

� pojava kada se čestice proteina talože usled smanjenog Braunovog kretanja

� pri manjim koncentracijama čestice se talože, a pri većim dolazi do očvršćavanja celog sistema – prelazak u gel

� denaturacija je jednaka koagulaciji kada nastane talog

� neki koagulisani proteini su svarljiviji (npr. ovoalbumin)

� koagulacija eliminiše antivitaminsko dejstvo avidina (antivitamin vitamina H)

� koagulisani gluten ne može da veže vodu (sušenje hleba)

� Formiranje unutrašnjih peptidnih veza izmeñu ε-amino grupe lizina i amidne karboksilne grupe glutaminske i asparaginske kiseline pri veoma visokim temperaturama usled sternih smetnji onemogućava pristup digestivnim enzimima.

Digestivna iskoristljivost proteina pasterizovanog mleka je veća nego UHT sterilizoivanog.

� Racemizacija aminokiselina usled uticaja alkalne sredine prilikom tehnoloških procesa pripremanja proteinskih koncentrata (kazeinata, proteina kvasca, soje) dovodi do smanjenja bioskoristljivosti jer se D-aminokiseline ne metabolišu u organizmu

� interakcija proteina i ugljenih hidrata• Pri zagrevanju dolazi do reakcije neenzimskog tamnjenja - Millard-ove reakcije.

Lizin najviše učestvuje u ovoj reakciji jer su slobodne i terminalne amino grupenajaktivnije. Zbog toga pri reakciji neenzimskog tamnjenja dolazi do smanjenjaiskoristljivosti proteina jer je deo lizina blokiran.

� interakcija proteina i masti• Oksidativnom razgradnjom nezasićenih masnih kiselina i holesterola

nastaju proizvodi koji mogu da reaguju sa amino grupama proteina, naročitolizina, čime se smanjuje njihova iskoristljivost.

Uloga proteina u namirnicama

Fizičke osobine proteina i njihove interakcije sa drugim sastojcima namirnica utiču na senzorne karakteristike namirnica

Protein Funkcionalne karakteristike u namirnicama

Mehnizam funkcionalnih svojstava

Gluten Elastičnost, viskozitet Vodonične veze; disulfidne veze; hidrofobno povezivanje

Miozin Emulgujuća svojstva, želiranje Hidrofobno povezivanje; disulfidne veze

Kazein Koagulacija, emulgujuća svojstva, viskozitet

Hidrofobno povezivanje; elektrostatsko privlačenje

Kolagen Geliranje, penjenje Vodonične veze; hidrofobno povezivanje