ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΚΑΙ ΔΙΑΤΡΟΦΗ Σεπτέμβριος 2016 Αντωνία Ματάλα Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο
Βασικά στοιχεία Πρωτεΐνες και διατροφή Οργανικά μεγαλομόρια τα οποία αποτελούνται από αμινοξέα (περιέχουν C, H, O & Ν) Απαραίτητες για τη λειτουργία των κυττάρων (οι «εργάτες» του κυττάρου) Το δεύτερο -μετά το νερό- συστατικό του σώματος
Περίγραμμα Τα χαρακτηριστικά των μορίων τους Το βιολογικό τους ρόλο Τις διαιτητικές πηγές τους Ποιες είναι οι απαιτήσεις του ανθρώπου σε πρωτεΐνη και πώς εκτιμώνται Τις συστάσεις για πρόσληψη Την έννοια της ποιότητας των πρωτεϊνών
Τα μόρια των πρωτεϊνών είναι μακρομόρια Τα οποία αποτελούνται από «αλυσίδες» αμινοξέων Αλληλουχία αμινοξέων στην αλυσίδα = Πρωτοταγής δομή Τμήμα της πρωτεϊνικής αλυσίδας της ινσουλίνης
Γενική δομή αμινοξέος Αμινομάδα: - NH2 Καρβοξυλική ομάδα: - COOH Πλευρική ομάδα: ποικίλει
Παραδείγματα μοριακής δομής: Γλυκίνη (GLY), αλανίνη (ALA), ασπαρτικό οξύ (ASPR) & φαινυλαλανίνη (PHE)
Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού ανάμεσα σε δύο αμινοξέα
Δευτεροταγής δομή πρωτεΐνης
Αναδίπλωση αλυσίδας Αναδίπλωση αλυσίδας στο χώρο = τριτοταγής δομή
Όταν περιλαμβάνονται περισσότερες της μίας πρωτεϊνικές αλυσίδες έχουμε: Τεταρτοταγή δομή π.χ. Αιμοσφαιρίνη: 4 μόρια αίμης & Fe Αίμη Σίδηρος
Μετουσίωση με άλκαλι, θερμική επεξεργασια ή ανάδευση. To μαγείρεμα καθιστά τις πρωτεΐνες των τροφίμων περισσότερο εύπεπτες τροποποιώντας την δευτεροταγή / τριτοταγή δομή τους.
Βιολογικές λειτουργίες πρωτεϊνών Δομούν τους ιστούς (π.χ. κολλαγόνα, ελαστίνη, ακτίνη) Καταλύουν ενζυματικά τις χημικές αντιδράσεις (ένζυμα) Δρουν ως ορμόνες, αυξητικοί, μεταγραφικοί κ.ά παράγοντες Συμβάλουν στην ανοσία (π.χ. αντισώματα, κυτταροκίνες) Μεταφέρουν/αποθηκεύουν μόρια (π.χ. οι καρνιτίνη, αλβουμίνη, τρανσφερίνη, φερριτίνη) Ρυθμίζουν την οξεοβασική ισορροπία, δρώντας ως ρυθμιστικά διαλύματα. Διατήρηση του ph αίματος Παρέχουν γλυκόζη (γλυκονεογένεση) Ρυθμίζουν την κατανομή νερού
Κατανομή υγρών μέσα και έξω από τα κύτταρα. Ενδοκυττάριο, διάμεσο & ενδοαγγειακό υγρό
Ο βιολογικός κύκλος του Ν στη φύση
Τα φυτά, μέσω της δράσης αζωτοβακτηρίων, δεσμεύουν άζωτο από την ατμόσφαιρα (ενώ τα ζώα, όχι)
Σύνοψη μεταβολισμού πρωτεΐνης/αμινοξέων
Διαιτητική απαίτηση για πρωτεΐνες. Μεταβολική αιτιολόγηση 1. Ο οργανισμός έχει ορισμένες αναπόφευκτες απώλειες Ν καθημερινά (απεκκρινόμενο Ν) Πρακτικά, η απέκκριση Ν αντιπροσωπεύει τις αναπόφευκτες απώλειες συν την πλεονάζουσα διαιτητική πρωτεΐνη. 2. Οι υγιείς ενήλικες οι οποίοι διατηρούν ισοζύγιο ενέργειας, απεκκρίνουν τόσο άζωτο, όσο και προσέλαβαν
Απαιτήσεις σε πρωτεΐνη - Ορισμός «Τα χαμηλότερα επίπεδα διαιτητικής πρόσληψης τα οποία εξισορροπούν τις απώλειες πρωτεΐνών από τον οργανισμό»... προϋπόθεση: διατήρηση ενεργειακού ισοζύγιου σε συνθήκες μέτριας σωματικής δραστηριότητας Παιδιά, έγκυες & θηλάζουσες: επιπλέον ποσότητα για εναπόθεση νέου ιστού ή παραγωγή γάλακτος
Απαιτήσεις σε πρωτεΐνη, συνιστώμενη πρόσληψη & συνήθεις προσλήψεις στις δυτικές κοινωνίες Συνιστώμενη πρόσληψη για τους ενήλικες: 0,8 g/ kg σωματικού βάρους
Τα αμινοξέα της δίαιτας (ή/και της ενδογενούς ανακύκλωσης), τα οποία δεν αξιοποιούνται για σύνθεση σωματικής πρωτεϊνης, χρησιμοποιούνται για παραγωγή ενέργειας. Το Ν απεκκρίνεται (& σύνθεση λίπους...)
Ισοζύγιο Αζώτου στον οργανισμό Βασική έννοια για τον υπολογισμό των απαιτήσεων ΒΑΣΙΚΑ ΣΗΜΕΙΑ Ι.Α.= Προσλαμβανόμενο Ν Απεκκρινόμενο N Ο οργανισμός έχει καθημερινά αναπόφευκτες απώλειες Ν (μέσω ούρων, ιδρώτα, κοπράνων κ.λ.π.) Οι απώλειες Ν πρέπει να είναι γνωστές προκειμένου να εφαρμοστεί η δοκιμασία του Ι.Α. Η διατήρηση ισοζυγίου ενέργειας αποτελεί προϋπόθεση για τη επίτευξη ισοζυγίου αζώτου Πρακτικά, η απέκκριση Ν αντιπροσωπεύει την αναπόφευκτη απώλεια συν ένα μέρος της διαιτητικής πρωτεΐνης που προσλήφθηκε Παραδοχή για τον υπολογισμό ποσότητας αζώτου: g N x 6,25= g πρωτεΐνης
Ισοζύγιο Αζώτου Nitrogen Balance (ΝΒ) ΝΒ = ΠροσλαμβανόμενοΝ - ΑπεκκρινόμενοN NB< 0 απώλεια σωματικής πρωτεΐνης (απώλεια βάρους, κατάκλιση, καχεξία) NB = 0 αμετάβλητη σωματική πρωτεΐνη (σε ενήλικες που διατηρούν ισοζύγιο ενέργειας) Οι υγιείς ενήλικες που διατηρούν ισοζύγιο ενέργειας, σε καμία περίπτωση δεν απεκκρίνουν λιγότερο Ν απ ό,τι προσλαμβάνουν NB> 0 εναπόθεση σωματικής πρωτεΐνης (ανάπτυξη, εγκυμοσύνη, αύξηση μυϊκού ιστού, ανάπλαση ιστών)
Οι απαίτησεις σε πρωτεΐνη δεν αφορούν μόνο το Ν, αλλά και τα απαραίτητα αμινοξέα Ως απαραίτητα ορίζονται τα αμινοξέα που ο οργανισμός δεν μπορεί να συνθέσει από συστατικά τα οποία είναι συνήθως διαθέσιμα στα κύτταρα, και με ταχύτητα που να ανταποκρίνεται στις ανάγκες για φυσιολογική ανάπτυξη.
Τα απαραίτητα για τον άνθρωπο αμινοξέα (Essential amino acids) ΔΟΜΙΚΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ Ιστιδίνη Βαλίνη Λευκίνη Ισολευκίνη Λυσίνη Μεθειονίνη (& Κυστεΐνη) Φαινυλαλανίνη (&Τυροσίνη) Θρεονίνη Τρυπτοφάνη δακτύλιος ημιδαζόλης διακλαδισμένη αλειφατική αλυσίδα διακλαδισμένη αλειφατική αλυσίδα διακλαδισμένη αλειφατική αλυσίδα πρωταρχική αμίνη θειούχος ομάδα αρωματικός δακτύλιος αλκοόλη δακτύλιος ινδόλης
Τα τρόφιμα ως πηγές πρωτεΐνης. Η πρωτεϊνη των τροφίμων εκτιμάται μέσω υπολογισμού του Ν. Εφαρμόζεται η παραδοχή: g πρωτεΐνης = 6,25 x g N (Όμως, αποκλίσεις όταν το τρόφιμο περιέχει αξιόλογες ποσότητες μη πρωτεϊνικών αζωτούχων ενώσεων, όπως νουκλεϊκά οξέα, ουρία κ.α.)
Πέψη της πρωτεΐνης
Η διαιτητική πρωτεΐνη απορροφάται -σχεδόν- εξ ολοκλήρου ως αμινοξέα
Τρία από τα απαραίτητα αμινοξέα και η δομή τους VAL, LEU: TYR: διακλαδισμένη αλειφατική αλυσίδα αρωματικός δακτύλιος Βαλίνη (Valine) Λευκίνη (Leucine) Τυροσίνη (Tyrosine)
Η έννοια της ποιότητας των πρωτεϊνών των τροφίμων Οι διάφοροι δείκτες ποιότητας εκφράζουν την ικανότητα των διαφόρων πρωτεϊνών να καλύπτουν τις ανάγκες σε άζωτο και απαραίτητα αμινοξέα (Η ποιότητα, κατά βάση, καθορίζεται από τη συγκέντρωση αλλά και τη διαθεσιμότητα των απαραίτητων αμινοξέων)
Σκορ αμινοξέων διορθωμένο για την απορροφησιμότητα (PDCAAS) Μια διαδικασία αξιολόγησης της ποιότητας των πρωτεϊνών (προτείνεται από FAO) Ως βάση αξιολόγησης χρησιμοποιούνται οι απαιτήσεις του ανθρώπου σε απαραίτητα αμινοξέα Περιλαμβάνει τον προσδιορισμό του περιοριστικού αμινοξέος
Περιοριστικό αμινοξύ Limiting amino acid (ή αλλιώς, ο αδύνατος κρίκος της πρωτεϊνης) Περιοριστικό αμινοξύ μιας πρωτεΐνης είναι εκείνο το απαραίτητο αμινοξύ που ανάμεσα σε όλα τα απαραίτητα αμινοξέα, περιέχεται στη μικρότερη αναλογία σε σχέση με τις απαιτήσεις του ανθρώπου.
Σκορ αμινοξέων διορθωμένο για την απορροφησιμότητα: υπολογισμός (Protein Digestibility-Corrected Amino Acid Score - PDCAAS) 1. Προσδιορισμός του περιοριστικού αμινοξέος της πρωτεΐνης (σύγκριση με απαιτήσεις) 2. Υπολογισμός του λόγου της περιεκτικότητας της πρωτεΐνης στο περιοριστικό αμινοξύ προς την περιεκτικότητα της πρωτεΐνης-αναφοράς (π.χ. ασπράδι αυγού) 3. Πολλαπλασιασμός του λόγου με την απορροφησιμότητα της πρωτεΐνης Οι τιμές του σκόρ κυμαίνονται μεταξύ 0,0 και 1,0
ΠΡΑΔΕΙΓΜΑ: Υπολογίστε το διορθωμένο για την απορροφησιμότητα σκορ αμινοξέων (protein digestibility corrected aminoacid score) της πρωτεΐνης καλαμποκιού. Η σύσταση της πρωτεΐνης σε απαραίτητα αμινοξέα δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί και ο παράγοντας απορροφησιμότητάς της, είναι 0,80. Απαραίτητο αμινοξύ.. Απαιτήσεις παιδιών 2 ετών (mg/ημ.) Πρωτεΐνη αναφοράς (αυγό) (g/100g) Πρωτεΐνη καλαμποκιού (g/100g) Ισολευκίνη 31 5,4 4,4 Λευκίνη 73 8,6 9,5 Λυσίνη 64 7,0 2,9 Μεθειονίνη & κυστείνη 28 5,7 5,7 Φαινυλαλανίνη & τυροσίνη 69 9,3 8,8 Θρεονίνη 37 4,7 4,2 Τρυπτοφάνη 13 1,7 1,4 Βαλίνη 38 6,6 6,6