Οι πρωτεΐνες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο τόσο στη ζωή, όσο και στη διατροφή του ανθρώπου. Αυτό υποδηλώνεται και από το όνομα τους που προέρχεται από το ρήμα «πρωτεύω». Επειδή βρίσκονται στο λευκό του αυγού ονομάζονται και λευκώματα. Στη συνέχεια οι πρωτεΐνες θα μελετηθούν ως προς τη δομή, το βιολογικό τους ρόλο και ως συστατικά των τροφίμων.

Η Σύσταση

Οι πρωτεΐνες είναι χημικές ενώσεις πολύ μεγάλου μοριακού βάρους. Δηλαδή αποτελούνται από πολύ μακριές αλυσίδες. Και τώρα λίγη χημεία. Αυτές οι αλυσίδες σχηματίζονται από μικρές επαναλαμβανόμενες δομικές μονάδες που ονομάζονται αμινοξέα. Ένα αμινοξύ φαίνεται όπως η εικόνα.

Οι πρωτεΐνες, τόσο στα τρόφιμα όσο και στους οργανισμούς, αποτελούνται από 20 μόνο αμινοξέα: Σερίνη, Θρεονίνη, Ασπαρτικό οξύ, Γλουταμινικό οξύ, Ασπαραγίνη, Γλουταμίνη, Κυστεϊνη, Τυροσίνη, Λυσίνη, Αργινίνη, Ιστιδίνη, Γλυκίνη, Αλανίνη, Βαλίνη, Λευκίνη, Ισολευκίνη, Μεθειονίνη, Προλίνη, Τρυπτοφάνη και Φαινυλαλανίνη.

Για το σχηματισμό μιας πρωτεΐνης, αρχικά η αμινομάδα ενός αμινοξέος αντιδρά με την καρβοξυλομάδα (-COOH) με την αμινομάδα (-NH₂) ενός άλλου σχηματίζοντας ένα δεσμό που ονομάζεται πεπτιδικός:

Στη συνέχεια με τις διαδοχικές προσθήκες νέων αμινοξέων δημιουργούνται οι μακριές αλυσίδες των πρωτεϊνών που μπορεί να αριθμούν 30000 αμινοξέα.

Η δομή των πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες θα ήταν δύσκολο να τακτοποιηθούν στο χώρο, αν οι πολύ μακριές αλυσίδες ήταν ευθείες. Γι’ αυτό οι αλυσίδες αναδιπλώνονται σε διάφορες, όπως λέγονται, δομές.

Το είδος και η σειρά αλληλουχίας των αμινοξέων, δηλαδή ο τρόπος που συνδέονται μεταξύ τους, ονομάζεται πρωτοταγής δομή, και μπορούμε να τη φανταστούμε σαν μια μακριά αλυσίδα. Η αλυσίδα αυτή μπορεί να αναδιπλωθεί και να σχηματίσει μια έλικα ή ένα πτυχωτό φύλλο. Αυτό γίνεται με αλληλεπιδράσεις (δηλ. ασθενείς δεσμούς) μεταξύ μη γειτονικών αμινοξέων. Σε αυτή την περίπτωση λαμβάνεται η δευτεροταγής δομή της πρωτεΐνης και είναι δύο ειδών: α-έλικα και β-πτυχωτό φύλο. Η περαιτέρω αναδίπλωση της έλικας ή του πτυχωτού φύλλου στο χώρο με πρόσθετες αλληλεπιδράσεις δημιουργεί την τριτοταγή δομή. Τέλος με συνδυασμό δύο ή περισσοτέρων πρωτεϊνικών αλυσίδων σχηματίζεται η τεταρτοταγής δομή της πρωτεΐνης.

Οι διάφορες αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν κατά την αναδίπλωση της πρωτεϊνικής αλυσίδας είναι ασθενείς και για αυτό μπορούν να διασπαστούν εύκολα με διάφορα μέσα, όπως η θέρμανση και η επίδραση οξέων π.χ. ξύδι. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή της δευτεροταγούς, της τριτοταγούς και της τεταρτοταγούς δομής και επιφέρει το ξεδίπλωμα της πρωτεΐνης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μετουσίωση και προκαλεί αλλαγές στις ιδιότητες της πρωτεΐνης και στη μορφή του τροφίμου. Συμβαίνει κατά την πέψη των τροφών στο στομάχι και κατά το μαγείρεμα. Κλασικό παράδειγμα είναι το ασπράδι του αυγού που από διαφανής υδαρής μάζα μετατρέπεται σε λευκή συνεκτική μάζα κατά το βράσιμο ή το τηγάνισμα.

Ο βιολογικός ρόλος των πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του οργανισμού, στα χαρακτηριστικά των τροφίμων και στη διατροφή του ανθρώπου.

Λειτουργίες του οργανισμού

Τα φυτά μπορούν να συνθέτουν τις απαραίτητες πρωτεΐνες από ανόργανες αζωτούχες ενώσεις. Αντίθετα ο άνθρωπος και τα ζώα πρέπει να τις λάβουν έτοιμες με την τροφή τους. Οι πρωτεΐνες αποτελούν τους δομικούς λίθους του οργανισμού αφού οι μύες, το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνες. Για αυτό το λόγο οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη ιδιαίτερα στις μικρές ηλικίες. Όσον αφορά τη συντήρηση του οργανισμού οι πρωτεΐνες χρειάζονται για την αναπλήρωση των ιστών π.χ. μετά από τραυματισμούς.

Πηγές ενέργειας

Οι πρωτεΐνες αποτελούν εναλλακτικές πηγές ενέργειας του οργανισμού και καταναλώνονται σε περίπτωση έλλειψης υδατανθράκων. Το 1gr πρωτεΐνης παράγει ενέργεια 4 kcal, όση δηλαδή και οι υδατάνθρακες.

Ένζυμα, ορμόνες, αντισώματα

Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες δηλαδή ενώσεις που επιταχύνουν σε πολύ μεγάλο βαθμό χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στις διάφορες λειτουργίες του οργανισμού. Τα περισσότερα ένζυμα είναι πρωτεΐνες και βρίσκουν μεγάλες εφαρμογές στα τρόφιμα, θετικές ή αρνητικές, που θα μελετηθούν σε άλλη ανάρτηση.

Οι ορμόνες είναι βιολογικές ενώσεις, που δημιουργούν ένα δίκτυο μεταφοράς πληροφοριών του οργανισμού, συμμετέχοντας σε διάφορες λειτουργίες όπως η πέψη, η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή. Πολλές ορμόνες είναι πρωτεϊνικής φύσεως. Στους ζωντανούς οργανισμούς παράγονται από διάφορους αδένες και μεταφέρονται με το αίμα στα διάφορα σημεία του σώματος. Και τα φυτά όμως χρειάζονται ορμόνες που ονομάζονται φυτοορμόνες ή αυξίνες. Από τις πιο γνωστές ορμόνες είναι η ινσουλίνη που ρυθμίζει την περιεκτικότητα του σακχάρου στο αίμα και η αδρεναλίνη που διεγείρει το νευρικό σύστημα και αυξάνει την πίεση του αίματος. Η χρήση των ορμονών και ιδιαίτερα η αλόγιστη στην παραγωγή κρέατος και φυτικών προϊόντων αποτελεί ένα από τα γνωστά προβλήματα στην υγιεινή και την ασφάλεια τροφίμων.

Τα αντισώματα είναι τα όπλα του ανοσοποιητικού συστήματος του ανθρώπου. Είναι επίσης, πρωτεϊνικής φύσεως ενώσεις και παράγονται κατά την προσβολή του οργανισμού από ξένες ουσίες, τα αντίγονα. Τέτοιες ουσίες είναι διάφορες πρωτεΐνες, ιοί ή βακτηρίδια. Τα αντισώματα που βρίσκονται στο αίμα, αναγνωρίζουν τα αντιγόνα, αντιδρούν με αυτά και έτσι τα εξουδετερώνουν.

Οι πρωτεΐνες στα τρόφιμα

Οι πρωτεΐνες αποτελούν βασικό συστατικό των περισσότερων τροφίμων. Πέραν της διατροφικής τους αξίας, επηρεάζουν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τροφίμου. Επιπλέον με τη μορφή των ενζύμων μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην τεχνολογία τροφίμων ή να συμμετέχουν σε διάφορες αλλοιώσεις.

Πηγές των πρωτεϊνών

Οι καλύτερες πηγές πρωτεϊνών είναι τα τρόφιμα ζωικής προέλευσης όπως το κρέας (20-25%), τα ψάρια (14-18%) και τα αυγά (13%). Η σόγια περιέχει επίσης υψηλά ποσοστά πρωτεΐνης (40%). Άλλες πηγές πρωτεϊνών είναι τα όσπρια (10-20%) και τα δημητριακά (10-15%). Τα φρούτα και τα λαχανικά περιέχουν πολύ μικρές ποσότητες πρωτεϊνών (1-2%). Στο παρακάτω γράφημα (εικόνα 10) φαίνεται ο μέσος όρος της περιεκτικότητας των πρωτεϊνών σε διάφορα τρόφιμα.

Ο ρόλος των πρωτεϊνών στα τρόφιμα

Ο ρόλος των πρωτεϊνών στα τρόφιμα είναι πολυσύνθετος. Ως συστατικά του κρέατος συντελούν στη γεύση, στην τρυφερότητα και στο χρώμα του. Αυτά τα χαρακτηριστικά διαμορφώνονται κατά τη διάρκεια του σιτέματος, όπου συμμετέχουν οι πρωτεΐνες. Η πήξη του γάλακτος για την παρασκευή γιαουρτιού και τυριού οφείλεται στην καταβύθιση της πρωτεΐνης του γάλακτος, της καζεΐνης. Ο σημαντικός ρόλος των αυγών στα τρόφιμα οφείλεται στις πρωτεΐνες του. Οι πρωτεΐνες του λευκού του αυγού έχουν αφριστικές ιδιότητες (μαρέγκα). Τα αυγά επίσης χρησιμοποιούνται για τη σταθεροποίηση των παρασκευασμάτων, το σχηματισμό πηκτών και γαλακτωμάτων (μαγιονέζα). Τέλος, η αρτοποιητική ικανότητα του αλεύρου των δημητριακών εξαρτάται από την πρωτεΐνη του, που ονομάζεται γλουτένη.

Ο ρόλος των ενζύμων στα τρόφιμα

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα ένζυμα είναι πρωτεϊνικής φύσεως ενώσεις που δρουν ως βιολογικοί καταλύτες.

Η λειτουργία τους έχει ως εξής:

Το ένζυμο έχει κάποιες υποδοχές που λέγονται ενεργό κέντρο για να δεχτεί το αντιγόνο που εισέρχεται σε αυτές τις θέσεις. Αυτό λέγεται λειτουργία κλειδιού – κλειδαριάς/

Η παρουσία τους στα τρόφιμα μπορεί να είναι επιθυμητή ή ανεπιθύμητη. Μερικά παραδείγματα επιθυμητών δράσεων των ενζύμων είναι:

• Τα ένζυμα συμμετέχουν στην ωρίμανση των φρούτων και λαχανικών όπως η τομάτα, η μπανάνα, τα μήλα κλπ.
• Το κρέας τρυφεροποιείται κατά τη διάρκεια του σιτέματος χάρη στη δράση των ενζύμων, π.χ η παπαΐνη.
• Η παραγωγή της βύνης για την παραγωγή της μπύρας βασίζεται σε ενζυμικές δράσεις
• Η αμυλάσες, ένζυμα που διασπούν το άμυλο, βελτιώνουν την υφή του ψωμιού και επιβραδύνουν το μπαγιάτεμα.
• Η λακτάση προστίθεται στο γάλα για τη διάσπαση της λακτόζης. Αυτό γίνεται γιατί πολλοί άνθρωποι δεν μπορούν να πίνουν γάλα.

Τα ένζυμα όμως έχουν και ανεπιθύμητες δράσεις στα τρόφιμα όπως είναι το ενζυμικό μαύρισμα (ή αμαύρωση). Τα λαχανικά και τα φρούτα κατά τη διατήρηση τους ωριμάζουν και μαυρίζουν λόγω των ενζυμικών δράσεων και πρέπει να ληφθεί πρόνοια για την καταστολή τους. Αυτό μπορεί να γίνει με την ψύξη και την κατάψυξη. Έτσι, για την παρασκευή κατεψυγμένων και κονσερβοποιημένων λαχανικών προηγείται το ζεμάτισμα για να καταστραφούν τα ένζυμα.

Πρωτεΐνες και διατροφή

Ο βασικός ρόλος των πρωτεϊνών είναι η προμήθεια του οργανισμού σε άζωτο και αμινοξέα, τα οποία ο οργανισμός τα χρησιμοποιεί περαιτέρω για τη σύνθεση άλλων πρωτεϊνών και αζωτούχων μη πρωτεϊνικών ενώσεων. Η σημασία των πρωτεϊνών στη διατροφή καθορίζεται τόσο από την ποσότητα που περιέχεται στο τρόφιμο, όσο και από την ποιότητά τους.

Η ποσότητα της πρωτεΐνης διακρίνεται στο φαινομενικό ποσό, που είναι η ποσότητα πρωτεΐνης που περιέχεται σε ένα τρόφιμο, και στο πραγματικό, που είναι το ποσό που χρησιμοποιείται από τον οργανισμό. Οι πρωτεΐνες παρέχουν στον οργανισμό τις αναγκαίες ποσότητες αζώτου (Ν) το οποίο διατηρείται σε σταθερά επίπεδα από τον οργανισμό. Αυτό επιτυγχάνεται με μια διαδικασία που ονομάζεται ισοζύγιο αζώτου, που είναι η εξισορρόπηση του αζώτου που αφομοιώνεται με την πέψη με αυτό που αποβάλλεται με τα ούρα.

Η ποιότητα μιας πρωτεΐνης καθορίζεται από την βιολογική και την πεπτική αξία της. Ο άνθρωπος δεν μπορεί να συνθέσει 8 από τα 20 αμινοξέα και πρέπει να τα πάρει με τη διατροφή του. Αυτά λέγονται απαραίτητα, ενώ τα υπόλοιπα μη απαραίτητα. Τα απαραίτητα αμινοξέα είναι: Βαλίνη, Θρεονίνη, Ισολευκίνη, Λευκίνη, Λυσίνη, Μεθειονίνη, Τρυπτοφάνη, Φαινυλαλανίνη. Η βιολογική αξία μιας πρωτεΐνης είναι το ποσοστό (%) του Ν της πρωτεΐνης, που συγκρατείται από τον οργανισμό και εξαρτάται από το είδος και το ποσό των απαραίτητων αμινοξέων που περιέχει. Η βιολογική αξία μιας πρωτεΐνης αποδίδεται σε κλίμακα 0-100, όπου το 100 αποδίδεται στις πρωτεΐνες του αυγού. Τα τρόφιμα ζωικής προέλευσης, όπως το κρέας, το ψάρι, το γάλα και τα αυγά έχουν μεγαλύτερη βιολογική αξία πρωτεΐνης από τα φυτικά τρόφιμα.

Η πεπτική αξία (ή πεπτικότητα) της πρωτεΐνης είναι το ποσοστό Ν της πρωτεΐνης που απορροφάται από τον οργανισμό. Τα ζωικά τρόφιμα συνήθως έχουν πεπτικότητα >90% ενώ τα φυτικά <80%.

Επίλογος

Σε αυτή την ανάρτηση είδαμε τις πρωτεΐνες από όλες τις απόψεις χημικά και “ανθρώπινα”. Ο ρόλος τους είναι πολύ μεγάλος αφού ρυθμίζουν τη λειτουργία και την κατασκευή των ιστών και της σάρκας. Όμως απαντώνται και σε μορφές υπερπολύτιμες για τον οργανισμό όπως τα ένζυμα και οι ορμόνες. Τέλος αποτελεί το θαύμα του DNA και την πρωτεϊνοσύνθεση από αυτό για τις ανάγκες των κυττάρων γεγονός όμως που ξεφεύγει από τα όρια αυτής της εργασίας.

ΠΗΓΗ: Ιωάννης Τσαγκατάκης, Το αδυνάτισμα και Εγώ!, εκδ. Ιτανος, 2015