ΠΡΩΣΕΪΝΕ Οι πρωτεΐνεσ (ι λευκϊματα) είναι απαραίτθτα ςυςτατικά των ηϊντων οργανιςμϊν κυρίωσ ωσ δομικά ςτοιχεία και ωσ ζνηυμα που χρθςιμεφουν για τα φαινόμενα του μεταβολιςμοφ. Η ονομαςία τουσ, προερχόμενθ από το πρϊτοσ, υποδεικνφει ότι είναι ουςίεσ βαςικζσ (πρωταρχικισ ςθμαςίασ) για τθ ηωι. Οι πρωτεΐνεσ είναι οργανικζσ αηωτοφχεσ ενϊςεισ μεγαλομοριακζσ, που ζχουν ωσ δομικά ςτοιχεία α-l-αμινοξζα ενωμζνα μεταξφ τουσ με πεπτιδικοφσ δεςμοφσ. Πρόκειται για ενϊςεισ πολφπλοκθσ ςφςταςθσ οι οποίεσ αποτελοφνται από C, H, O, N, S και ςε μερικζσ περιπτϊςεισ και από P. Είναι χαρακτθριςτικό ότι θ μζςθ περιεκτικότθτα των πρωτεϊνϊν ςε Ν είναι 16%, (Άηωτο:Πρωτεΐνθ, Ν:Ρ=6.25), γεγονόσ που χρθςιμοποιείται για τον ποςοτικό προςδιοριςμό των πρωτεϊνϊν μζςω τθσ περιεκτικότθτάσ τουσ ςε Ν.
Ο άνκρωποσ παραλαμβάνει τισ απαραίτθτεσ για τθ διατροφι του ποςότθτεσ πρωτεϊνϊν από τα φυτικά ι ηωικά τρόφιμα. Σα φυτά είναι ικανά να ςχθματίηουν πρωτεΐνεσ χρθςιμοποιϊντασ ανόργανεσ ενϊςεισ του αηϊτου (όπωσ αμμωνία, νιτρικά ι νιτρϊδθ άλατα), οριςμζνα βακτιρια ακόμθ και από ατμοςφαιρικό άηωτο, ενϊ ο άνκρωποσ και τα ανϊτερα ηϊα εξαρτϊνται άμεςα ι ζμμεςα από τισ φυτικζσ πρωτεΐνεσ.
Σα ηωικά τρόφιμα περιζχουν ςθμαντικά ποςά πρωτεΐνθσ, ενϊ από τα φυτικά τρόφιμα οριςμζνα παρουςιάηουν αξιόλογεσ ποςότθτεσ πρωτεΐνθσ. Ενδεικτικά αναφζρονται για ςυνικθ τρόφιμα τθσ διατροφισ οι περιεκτικότθτζσ τουσ ςε πρωτεΐνεσ. Για κρζασ: 15-25%, λεφκωμα αυγοφ: 12%, κρόκοσ αυγοφ: 16%, ψωμί: 6-10%, αλεφρι: 10-15%, γάλα: 3-4%, και λαχανικά και πατάτεσ: 1-4%.
Χημεία των πρωτεϊνών - Αμινοξζα ωσ δομικά ςυςτατικά πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνεσ είναι οργανικζσ αηωτοφχεσ ενϊςεισ, πολυμερείσ ενϊςεισ με δομικά ςυςτατικά α- αμινοξζα. Η ςφςταςθ των πρωτεϊνϊν ςτα βαςικά χθμικά ςτοιχεία κυμαίνεται ςτα παρακάτω όρια: C: 50-55%, H: 6.5-7.0%, Ν: 15.0-17.6%, O: 19-24% ι/και S: 0.3-2.3% και P: 0.3% Οι πρωτεΐνεσ παρουςιάηουν οργανωμζνθ δομι αποτελοφμενθ επί μζρουσ από πρωτοταγι, δευτεροταγι, τριτοταγι και τεταρτοταγι δομι.
Σα α-αμινοξζα που περιλαμβάνονται ςτισ δομζσ των πρωτεϊνϊν επθρεάηουν τισ ιδιότθτζσ τουσ. τθ φφςθ απαντϊνται 20 περίπου αμινοξζα. Με βάςθ αυτά ςχθματίηεται μεγάλοσ αρικμόσ ςυνδυαςμϊν πολυπεπτιδικϊν αλυςίδων και κατ επζκταςθ πρωτεϊνϊν.
Αμινοξζα τισ πρωτεΐνεσ απαντϊνται α-αμινοξζα τα οποία είναι ενϊςεισ που ζχουν ςτο μόριό τουσ αμινομάδα (ΝΗ 2 ) και καρβοξυλομάδα (COOH) ενωμζνεσ ςτο ίδιο άτομο άνκρακα, ζχουν το γενικό τφπο: H NH 2 - C - COOH R 1 Σα α- αμινοξζα λόγω τθσ φφςθσ τουσ, περιζχοντασ όξινθ (COOH) και βαςικι (ΝΗ 2 ) ομάδα ςτο μόριό τουσ, παρουςιάηουν τόςο όξινο όςο και βαςικό χαρακτιρα.
Ανάλογα με το είδοσ τθσ πλευρικισ ομάδασ R, τα αμινοξζα διακρίνονται ςε δφο κφριεσ ομάδεσ: άκυκλα και κυκλικά, και κακεμία από αυτζσ ςε υποομάδεσ, όπωσ: Ι) Άκυκλα αμινοξζα: α) Μονοαμινοκαρβοξυλικά οξζα: γλυκίνθ, αλανίνθ, βαλίνθ, λευκίνθ β) Μονοαμινοδικαρβοξυλικά οξζα: αςπαραγινικό οξφ, γλουταμινικό οξφ γ) Διαμινοκαρβοξυλικά οξζα: ορνικίνθ, αργινίνθ, λυςίνθ δ) Τδροξυοξζα: ςερίνθ, κρεονίνθ ε) Θειοφχα αμινοξζα: κυςτεΐνθ, κυςτίνθ, μεκειονίνθ ΙΙ) Κυκλικά αμινοξζα: α) αμινοξζα αρωματικισ ςειράσ: φαινυλαλανίνθ, τυροςίνθ β) αμινοξζα ετεροκυκλικισ ςειράσ: ιςτιδίνθ, τρυπτοφάνθ, προλίνθ.
Ιδιότητεσ αμινοξζων - Ιςοηλεκτρικό ςημείο Σα αμινοξζα ςε υδατικά διαλφματα βρίςκονται ςε μορφι διπολικϊν ιόντων (εςωτερικά άλατα, αμφολφτεσ, Zwitterions) και όχι ςτθ μορφι αδιάςτατων μορίων, δθλαδι ζχουν ιοντιςμζνεσ τόςο τισ αμινο- όςο και τισ καρβοξυλο- ομάδεσ (το καρβοξφλιο χάνει ζνα πρωτόνιο και αποκτά αρνθτικό φορτίο, ενϊ θ αμινομάδα προςλαμβάνει ζνα πρωτόνιο και αποκτά κετικό φορτίο.
Σα αμινοξζα ωσ αποτζλεςμα του αμφοτεροφσ χαρακτιρα τουσ ςυμπεριφζρονται ανάλογα με το ph του διαλφματοσ, άλλοτε ωσ οξζα ςε αλκαλικό περιβάλλον (υπό τθν επίδραςθ θλεκτρικοφ πεδίου ωσ ανιόντα οδεφουν ςτθν άνοδο) ι ωσ βάςεισ ςε όξινο περιβάλλον (υπό τθν επίδραςθ θλεκτρικοφ πεδίου ωσ κατιόντα οδεφουν ςτθν κάκοδο)
Η κζςθ τθσ ιςορροπίασ για κάκε αμινοξφ εξαρτάται από το ph του διαλφματοσ. ε ςυγκεκριμζνθ τιμι ph, ςαφϊσ κακοριςμζνθ, τα αμινοξζα εμφανίηονται θλεκτρικά ουδζτερα και δεν μεταναςτεφουν υπό τθν επίδραςθ θλεκτρικοφ φορτίου. ε αυτιν τθν τιμι ph οι ςυγκεντρϊςεισ του ςυηυγοφσ οξζοσ και τθσ ςυηυγοφσ βάςθσ εξιςϊνονται και εκεί ακριβϊσ αντιςτοιχεί θ μζγιςτθ ςυγκζντρωςθ του διπολικοφ ιόντοσ. Σο ςθμείο αυτό είναι γνωςτό ωσ ιςοηλεκτρικό ςημείο (pi), είναι ςαφϊσ κακοριςμζνο για κάκε αμινοξφ και ζχει ιδιαίτερθ ςθμαςία για αυτό.
Σα αμινοξζα ςε υδατικό διάλυμα, ςυνεπϊσ, ανάλογα με τθν τιμι του ph ζχουν όξινθ ι βαςικι ςυμπεριφορά. Σα μονοαμινοδικαρβοξυλικά οξζα, όπωσ το γλουταμινικό οξφ, είναι ιςχυρά οξζα, ενϊ τα διαμινοκαρβοξυλικά οξζα, όπωσ θ λυςίνθ είναι ιςχυρζσ βάςεισ. Σα αμινοξζα είναι ςτακερζσ ενϊςεισ, μθ αποςτάξιμεσ, ευδιάλυτεσ ςε νερό, δυςδιάλυτεσ ςε αλκοόλθ και αδιάλυτεσ ςε οργανικοφσ διαλφτεσ
Απαραίτητα αμινοξζα Πολλά από τα αμινοξζα που παραλαμβάνει ο άνκρωποσ με τθ διατροφι, μζςω των πρωτεϊνϊν των τροφίμων, μποροφν να ςυντεκοφν από τον οργανιςμό για τισ κρεπτικζσ του ανάγκεσ. Οριςμζνα όμωσ αμινοξζα δεν μπορεί να τα ςυνκζςει ο οργανιςμόσ και για αυτό πρζπει υποχρεωτικά να τα παραλαμβάνει από τισ τροφζσ. Ακριβϊσ για αυτό το ρόλο τουσ τα αμινοξζα αυτά χαρακτθρίηονται ωσ «απαραίτητα» ι «ουςιώδη», κακϊσ θ δράςθ τουσ δεν μπορεί να αντικαταςτακεί από άλλα κρεπτικά ςυςτατικά των τροφίμων και επομζνωσ πρζπει να λαμβάνονται ςε επαρκείσ ποςότθτεσ μζςω των τροφίμων.
Ωσ απαραίτθτα αμινοξζα χαρακτθρίηονται: βαλίνθ, ιςολευκίνθ, λυςίνθ, αργινίνθ, μεκειονίνθ, κρεονίνθ, φαινυλαλανίνθ, τρυπτοφάνθ και ιςτιδίνθ. Η αργινίνθ και θ ιςτιδίνθ κεωροφνται απαραίτθτα μόνο για τουσ αναπτυςςόμενουσ οργανιςμοφσ.
Όταν ςτθ διατροφι του ανκρϊπου υπάρχει ανεπαρκισ ποςότθτα ι ζλλειψθ κάποιου αμινοξζοσ, προκαλοφνται προβλιματα ςτθν υγεία όπωσ διαταραχζσ ςτθν ανάπτυξθ, μεταβολζσ ςτο δζρμα και γενικζσ διαταραχζσ του πρωτεϊνικοφ και γενικοφ μεταβολιςμοφ. Με βάςθ το πρότυπο των αμινοξζων μπορεί να εκτιμθκεί θ βιολογικι αξία (ι ποιότθτα) μίασ πρωτεΐνθσ ι ενόσ πρωτεϊνοφχου τροφίμου που ουςιαςτικά δθλϊνει το κατά πόςον ο οργανιςμόσ μπορεί να χρθςιμοποιιςει τισ πρωτεΐνεσ τθσ διατροφισ.
Περαιτζρω θ βιολογικι αξία μίασ πρωτεΐνθσ ι ενόσ τροφίμου περιορίηεται από τα αμινοξζα εκείνα τα οποία περιζχονται ςε ποςότθτεσ μικρότερεσ από τα αντίςτοιχα ελάχιςτα απαιτοφμενα όρια. Σα αμινοξζα αυτά ονομάηονται ελλείποντα ι περιοριςτικά ουςιϊδθ αμινοξζα. Αξιολογϊντασ τισ διάφορεσ πθγζσ τροφίμων από πρωτεϊνικι άποψθ, προκφπτει ότι οι ηωικζσ πρωτεΐνεσ ζχουν καλζσ αναλογίεσ απαραίτθτων αμινοξζων και ςυνεπϊσ υψθλι βιολογικι αξία. Από τθν άλλθ πλευρά οι φυτικζσ πρωτεΐνεσ χαρακτθρίηονται από χαμθλι βιολογικι αξία λόγω ανεπάρκειασ ουςιωδϊν απαραίτθτων αμινοξζων, θ βιολογικι τουσ αξία όμωσ μπορεί να βελτιωκεί με εμπλουτιςμό τουσ με τα αντίςτοιχα ελλείποντα αμινοξζα μζςω ςυνδυαςμοφ πρωτεϊνϊν ι τροφίμων.
Δομή πρωτεϊνών Σα αμινοξζα ςυνδζονται μεταξφ τουσ ςτισ πρωτεϊνικζσ αλυςίδεσ μζςω πεπτιδικϊν δεςμϊν. Ο χαρακτθριςτικόσ πεπτιδικόσ δεςμόσ (CO-NH) ςχθματίηεται από τθν καρβοξυλομάδα του ενόσ αμινοξζοσ με τθν αμινομάδα ενόσ άλλου αμινοξζοσ και με απομάκρυνςθ ενόσ μορίου νεροφ. Σα πεπτίδια ονομάηονται δι-, τρι- πεπτίδια κοκ. ανάλογα με τον αρικμό των αμινοξζων από τα οποία αποτελοφνται. Ολιγοπεπτίδια ονομάηονται εκείνα που προζρχονται από ζνωςθ ζωσ 10 αμινοξζων, ενϊ τα πολυπεπτίδια και οι πρωτεΐνεσ αποτελοφνται από τθ ςυνζνωςθ 100 και πλζον αμινοξζων. Ο ςκελετόσ των πρωτεϊνϊν ςυνικωσ αποτελείται μόνο α- αμινοξζα ενωμζνα με τουσ πεπτιδικοφσ δεςμοφσ, ενδιαφζρον παρουςιάηουν όμωσ τα αμινοξζα που παραμζνουν ςτισ άκρεσ τθσ πεπτιδικισ αλυςίδασ, θ Ν- ακραία ομάδα και θ C- ακραία ομάδα
ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΕ ΠΡΩΣΕΙΝΩΝ Ανάπτυξθ νζων κυττάρων (τρίχεσ και αίμα). «Επιςκευι» κατεςτραμμζνων κυττάρων. Παραγωγι κερμότθτασ και ενζργειασ (τελευταία πθγι για τον οργανιςμό). Παραγωγι ςθμαντικϊν χθμικϊν του ςϊματοσ όπωσ ζνηυμα, ορμόνεσ και αντιςϊματα.
Έλλειψη Πρωτεϊνών Κακυςτζρθςθ ανάπτυξθσ ςτα παιδιά. Σα φκαρμζνα κφτταρα δεν αντικακίςτανται. Δεν επουλϊνονται οι πλθγζσ. Δυςλειτουργία διαφόρων οργάνων λόγω τθσ ζλλειψθσ ορμονϊν/ενηφμων. Ευαιςκθςία ςε αςκζνειεσ λόγω τθσ ζλλειψθσ αντιςωμάτων.
Ο προςδιοριςμόσ ΜΒ των πρωτεϊνϊν γίνεται με φυςικζσ μεκόδουσ, όπωσ με ωςμωτικι πίεςθ, υπερφυγοκζντρθςθ ι ιοντοεναλλακτικζσ ρθτίνεσ. Σα πρωτεϊνικά μεγαλομόρια αποτελοφνται από εκατοντάδεσ αμινοξζα και θ ςυχνότθτα εμφάνιςθσ κακενόσ αμινοξζοσ βρίςκεται με ανάλυςθ των υδρολυμάτων των πρωτεϊνϊν. Παρόλα αυτά θ ςειρά και ο τρόποσ ςφνδεςθσ των αμινοξζων μποροφν να γίνουν γνωςτά μόνο με μελζτθ τθσ δομισ των πρωτεϊνϊν. H δομή μιασ πρωτεΐνθσ κακορίηεται πλιρωσ από τθν πρωτοταγι, δευτεροταγι, τριτοταγι και τεταρτοταγι δομι. Η πρωτοταγήσ δομή (primary structure) αναφζρεται ςτθ γραμμικι αλλθλουχία των αμινοξζων που απαρτίηουν τθν πρωτεΐνθ. Η δομι αυτι κακορίηει ςε μεγάλο βακμό τισ ιδιότθτεσ τθσ πρωτεΐνθσ, κακϊσ και τθ δευτεροταγι και τθν τριτοταγι δομι αυτισ.
Η δευτεροταγήσ δομή (secondary structure), αναφζρεται ςτον τριδιάςτατο τρόπο διάταξθσ των ςχετικά γειτονικϊν τμθμάτων τθσ πρωτεϊνικισ αλυςίδασ. Είναι θ διάταξθ που λαμβάνει ςτο χϊρο θ πολυπεπτιδικι αλυςίδα γφρω από τον άξονα που ςχθματίηεται από τον πεπτιδικό δεςμό. Λόγω του ςθμαντικοφ χαρακτιρα διπλοφ δεςμοφ (~40%) που παρoυςιάηει ο δεςμόσ C-H, ο πεπτιδικόσ δεςμόσ αντιςτοιχεί ςε επίπεδθ διάταξθ με τα άτομα H και Ο ςε αντιπαράλλθλεσ κζςεισ, ζτςι ϊςτε θ αλυςίδα ενόσ πεπτιδίου να παρουςιάηει τθν ακόλουκθ δομι: Η δομι μίασ πρωτεΐνθσ ςτο χϊρο δεν είναι τυχαία, όπωσ ζχει αποδειχκεί με μελζτθ ακτίνων Χ, αλλά παρουςιάηει μία επανάλθψθ, ςε κανονικά διαςτιματα, οριςμζνων τμθμάτων τθσ πρωτεϊνικισ αλυςίδασ τα οποία καλοφνται "περίοδοι ταυτότθτασ". Οι δευτεροταγείσ δομζσ των πρωτεϊνϊν ςτακεροποιοφνται με ενδομοριακοφσ δεςμοφσ υδρογόνου.
Οι κυριότερεσ μορφζσ δευτεροταγοφσ δομισ είναι θ α-ζλικα, το β-πτυχωμζνο φφλλο (παράλλθλο ι αντιπαράλλθλο), θ τριπλι ζλικα του κολλαγόνου και θ δομι τθσ τυχαίασ ςπείρασ. i) Δομι α-ζλικασ (α-helix) ii) Δομι β-πτυχωμζνου φφλλου (β-plated sheet) iii) Δομι κολλαγόνου, υπερζλικα του κολλαγόνου (hyperhelix) iv) Δομι τυχαίασ ςπείρασ (random coil) αποτελεί μία τυχαία ςπείρα με μθ οργανωμζνθ δομι.
Η τριτοταγήσ δομή (tertiary structure) αναφζρεται ςτθν τριδιάςτατθ οργάνωςθ μεγάλων τμθμάτων τθσ πρωτεϊνικισ αλφςου. Περιλαμβάνει τθ διάταξθ ςτο χϊρο τμθμάτων που διακζτουν δευτεροταγι δομι όςο και τμθμάτων που τζτοιασ δομισ. Προκφπτει από τθν αναδίπλωςθ των αλφςων του όλου ςυςτιματοσ, οπότε ςχθματίηονται οι ινϊδεισ πρωτεΐνεσ (fibrous) που περιλαμβάνουν κυρίωσ α-ζλικεσ και οι ςφαιροειδείσ πρωτεΐνεσ (globular) που περιλαμβάνουν εν μζρει α-ζλικεσ. τθν τριτοταγι δομι τα ςυνεςτραμμζνα τμιματα του πρωτεϊνικοφ μορίου ςυνδζονται μεταξφ τουσ με δεςμοφσ υδρογόνου και κυρίωσ με ομοιοπολικοφσ διςουλφιδικοφσ δεςμοφσ που αυξάνουν ςθμαντικά τθ ςτακερότθτα του μορίου.
Η τεταρτοταγήσ δομή (quaternary structure) αφορά τθ διάταξθ μεγάλων πολυπεπτιδικϊν αλυςίδων και είναι το αποτζλεςμα αλλθλεπιδράςεων περιςςότερων τθσ μίασ πολυπεπτιδικϊν αλυςίδων προσ ςχθματιςμό ςτακερότερων ςυνόλων. Σο είδοσ των δεςμϊν και αλλθλεπιδράςεων που λαμβάνουν μζροσ ςτθ διαμόρφωςθ τθσ δευτεροταγοφσ, τριτοταγοφσ και τεταρτοταγοφσ δομισ των πρωτεϊνϊν παρουςιάηονται παρακάτω. (Α) δεςμοί υδρογόνου (Β) αλλθλεπιδράςεισ διπόλου-διπόλου (C) υδρόφοβεσ αλλθλεπιδράςεισ (D) διςουλφιδικοί δεςμοί (Ε) θλεκτροςτατικζσ αλλθλεπιδράςεισ
Σαξινόμηςη πρωτεϊνών - Κατηγορίεσ πρωτεϊνών Η ταξινόμηςη των πρωτεϊνών γίνεται μάλλον εμπειρικά και βαςίηεται κυρίωσ ςε εξωτερικά χαρακτθριςτικά όπωσ θ προζλευςθ, θ διαλυτότθτα ι θ λειτουργικότθτα. Με βάςθ τθ δομι, οι πρωτεΐνεσ χωρίηονται ςε δφο μεγάλεσ κατθγορίεσ: τισ απλζσ και τισ ςφνκετεσ ι ςυηευγμζνεσ πρωτεΐνεσ ανάλογα με το αν περιζχουν ςτο μόριό τουσ μόνο αμινοξζα ι και άλλεσ ομάδεσ (προςκετικζσ ομάδεσ) (π.χ. λιπίδια, υδατάνκρακεσ, χρωςτικζσ, βιταμίνεσ κ.α.). Οι απλζσ πρωτεΐνεσ ταξινομοφνται ανάλογα με τθ διαλυτότθτά τουσ ςε νερό, υδατικά διαλφματα αλάτων, οξζων ι βάςεων, ενϊ οι ςφνκετεσ με βάςθ τα χαρακτθριςτικά τθσ προςκετικισ ομάδασ. Άλλθ κατθγορία πρωτεϊνϊν είναι οι ςκελετικζσ.
Επίςθσ οι πρωτεΐνεσ αυκαίρετα μποροφν να ταξινομθκοφν ςε τρεισ βαςικζσ κατθγορίεσ ανάλογα με τθ λειτουργικότθτά τουσ: α) δομικζσ, που περιλαμβάνουν κφρια τισ ςκελετικζσ πρωτεΐνεσ, β) πρωτεΐνεσ με βιολογικι δράςθ, όπωσ τα ζνηυμα, οι ορμόνεσ, διάφορεσ αποκεματικζσ πρωτεΐνεσ, πρωτεΐνεσ με τοξικι δράςθ κ.ά. και γ) πρωτεΐνεσ των τροφίμων ι τθσ διατροφισ (Food proteins) οι οποίεσ δεν αποτελοφν μία αυςτθρά κακοριςμζνθ ομάδα, κακότι περιλαμβάνουν και δομικζσ πρωτεΐνεσ ι πρωτεΐνεσ με βιολογικι δράςθ. Ζτςι χαρακτθρίηονται οι πρωτεΐνεσ εκείνεσ που είναι εφγευςτεσ, μθ τοξικζσ και οικονομικά διακζςιμεσ πρωτεΐνεσ.
Απλζσ πρωτεΐνεσ Αλβουμίνεσ: είναι διαλυτζσ ςτο νερό, κακιηάνουν με εξαλάτωςθ με κορεςμό με (NH 4 ) 2 SO 4. Δεν περιζχουν γλυκίνθ, αλλά είναι πλοφςιεσ ςε κειοφχα αμινοξζα. τθν κατθγορία αυτι υπάγονται θ γαλακτοαλβουμίνθ, θ ωοαλβουμίνθ, θ οροαλβουμίνθ του οροφ αίματοσ και οι φυτικζσ αλβουμίνεσ διαφόρων ςπόρων. Μερικζσ φυτικζσ αλβουμίνεσ ενδζχεται να είναι δθλθτθριϊδεισ όπωσ θ ριςίνθ του κίκεωσ (αδρανοποιείται με κζρμανςθ). Γλοβουλίνεσ: είναι αδιάλυτεσ ςε νερό αλλά διαλυτζσ ςε αραιά διαλφματα αλάτων, εμφανίηουν ελαφρά όξινθ αντίδραςθ (λόγω περιεχομζνων αμινοδικαρβοξυλικϊν οξζων), κακιηάνουν με οξίνιςθ ι με εξαλάτωςθ με (NH 4 ) 2 SO 4 και με υδρόλυςθ παρζχουν γλυκίνθ. Είναι οι πιο διαδεδομζνεσ απλζσ πρωτεΐνεσ και ςτθν κατθγορία αυτι υπάγονται θ γαλακτογλοβουλίνθ, θ ωογλοβουλίνθ, θ ορογλοβουλίνθ, θ μυοςίνθ και αποκεματικζσ πρωτεΐνεσ φυτϊν.
Γλοιαδίνεσ (προλαμίνεσ): είναι αδιάλυτεσ ςε νερό και κακαρι αλκοόλθ, αλλά διαλφονται ςε αλκοόλθ 50-90. Ζχουν υψθλι περιεκτικότθτα ςε προλίνθ και γλουταμινικό οξφ. Απαντϊνται κυρίωσ ςτο ενδοςπζρμιο των ςιτθρϊν: γλοιαδίνθ ςτο ςιτάρι, χορδεΐνθ ςτο κρικάρι και ηεΐνθ ςτο καλαμπόκι. Γλουτελίνεσ: είναι αδιάλυτεσ ςτο νερό, διαλυτζσ ςε αραιά διαλφματα οξζων και βάςεων και ουδζτερων αλάτων και εξαλατϊνονται από αλκαλικά διαλφματα με (NH 4 ) 2 SO 4. Οι γλουτενίνεσ μαηί με τισ γλοιαδίνεσ βρίςκονται ςτουσ κόκκουσ των ςιτθρϊν, π.χ. ςτο ςιτάρι τα μίγμα γλουτενίνθσ και γλοιαδίνθσ είναι θ γνωςτι πρωτεΐνθ για τισ αρτοποιθτικζσ τθσ ιδιότθτεσ γλουτζνθ.
Ιςτόνεσ: βρίςκονται ςτον πυρινα όλων ςχεδόν των κυττάρων του ςϊματοσ (ςε μορφι νουκλεοπρωτεϊνϊν), δεν αδιαλυτοποιοφνται με κζρμανςθ, ςχθματίηουν όμωσ δυςδιάλυτεσ ενϊςεισ με άλλεσ πρωτεΐνεσ και όξινα λιπίδια. Πρωταμίνεσ: αποτελοφνται από μικρό αρικμό αμινοξζων, περιζχουν ςθμαντικι ποςότθτα αργινίνθσ, αλλά δεν περιζχουν κειοφχα και αρωματικά αμινοξζα. Μαηί με τισ ιςτόνεσ απαντϊνται ςε ηωικά προϊόντα όπωσ ςε ςπζρματα ψαριϊν. κλθροπρωτεΐνεσ (ςκελετικζσ πρωτεΐνεσ): ανευρίςκονται ςε ςτερει μορφι ςτουσ ηωικοφσ οργανιςμοφσ και παρουςιάηοντασ μεγάλθ ςυνοχι και ανκεκτικότθτα χρθςιμεφουν ωσ μζςο ςτιριξισ τουσ (όπωσ θ κυτταρίνθ ςτα φυτά). Οι κυριότερεσ από αυτζσ είναι: α) το κολλαγόνο, κφριο ςυςτατικό των ςυνδετικϊν ιςτϊν, χόνδρων και οςτϊν το οποίο μετατρζπεται ςε ηελατίνθ με βραςμό ςε ελαφρά όξινο διάλυμα, β) θ ελαςτίνθ, βαςικό ςυςτατικό των ελαςτικϊν ινϊν θ οποία δεν δίνει ηελατίνθ με βραςμό και γ) θ κερατίνθ, ςυςτατικό τθσ επιδερμίδασ και των νυχιϊν, κεράτων, φτερϊν θ οποία είναι πλοφςια ςε κυςτίνθ.
φνθετεσ πρωτεΐνεσ Γλυκοπρωτεΐνεσ: περιζχουν ωσ προςκετικι ομάδα ετεροςακχαρίτεσ οι οποίοι ενϊνονται με τισ πρωτεΐνεσ με ομοιοπολικοφσ δεςμοφσ. Σα μοριακά τουσ βάρθ που κυμαίνονται από 500-3500. Οι ετεροςακχαρίτεσ αποτελοφν 4-70% του ςυνολικοφ μορίου και περιζχουν εξοηαμίνεσ και γαλακτόηθ, μαννόηθ, φυκόηθ και ςιαλικό οξφ. Απαντϊνται ςτα βλεννϊδθ εκκρίματα των κθλαςτικϊν, δρϊντασ ωσ λιπαντικοί παράγοντεσ των ςωματικϊν ιςτϊν. Λιποπρωτεΐνεσ: περιζχουν ωσ προςκετικι ομάδα λιπίδια κυρίωσ τριγλυκερίδια, φωςφολιπίδια και χολθςτερόλθ. Απαντϊνται ςτα κφτταρα και τον ορό αίματοσ και χρθςιμεφουν ωσ μεταφορείσ λιπιδίων ςτο αίμα και ωσ ςυςτατικά των κυτταρικϊν μεμβρανϊν. Ανάλογα με τθν πυκνότθτά τουσ ταξινομοφνται ςε υψθλισ πυκνότθτασ, χαμθλισ πυκνότθτασ (ςυνδζεται με τθ χολθςτερόλθ) και πολφ χαμθλισ πυκνότθτασ - όςο μικρότερθ είναι θ πυκνότθτα τθσ λιποπρωτεΐνθσ τόςο μεγαλφτερθ είναι θ περιεχόμενθ ποςότθτα λιπιδίων.
Νουκλεοπρωτεΐνεσ: περιζχουν ωσ προςκετικι ομάδα νουκλεϊκά οξζα τα οποία ζχουν ιςχυρά όξινο χαρακτιρα (λόγω του περιεχόμενου φωςφορικοφ οξζοσ) και αποτελοφν ζνα από τα κφρια ςυςτατικά του πυρινα των ηωικϊν και φυτικϊν κυττάρων. Φωςφοροπρωτεΐνεσ: περιζχουν ωσ προςκετικι ομάδα το ορκοφωςφορικό οξφ, είναι αδιάλυτεσ ςτο νερό, αλλά διαλυτζσ ςε αραιά αλκάλια και αμμωνία. Κυριότεροσ εκπρόςωποσ είναι θ καηεΐνθ θ οποία είναι θ κυριότερθ πρωτεΐνθ του γάλακτοσ (80% του ςυνόλου των πρωτεϊνϊν). το γάλα θ καηεΐνθ βρίςκεται ςε μορφι κολλοειδοφσ καηεϊνικοφ διαλφματοσ και κατά τθν οξίνιςθ του γάλακτοσ αποχωρίηεται το αςβζςτιο και ςε οριςμζνθ τιμι pη κακιηάνει ωσ ελεφκερθ καηεΐνθ (κατά τθν οξυγαλακτικι πιξθ του γιαουρτιοφ), ενϊ με τθν επίδραςθ τθσ πυτιάσ μετατρζπεται ςε αδιάλυτο παρακαηεϊνικό αςβζςτιο (κατά τθν πιξθ του τυριοφ).
Χρωμοπρωτεΐνεσ: περιζχουν ωσ προςκετικι ομάδα μία μικροφ μοριακοφ βάρουσ ομάδα παρόμοια με τισ φυςικζσ χρωςτικζσ οι οποίεσ περιζχουν ςυνικωσ κάποιο μζταλλο (ςίδθρο, μαγνιςιο). υνικωσ θ πρωτεΐνθ είναι γλοβουλίνθ ενϊ οι φυςικζσ χρωςτικζσ μπορεί να είναι παράγωγα τθσ πορφυρίνθσ (αίμθ, χλωροφφλλθ) ι λιποδιαλυτά καροτινοειδι. Από τισ χρωμοπρωτεΐνεσ με χρωςτικι προρφυρίνθσ είναι θ αιμοςφαιρίνθ, θ μυοςφαιρίνθ και θ χλωροπλαςτίνθ. Επίςθσ ςυνικθσ χρωμοπρωτεΐνθ περιζχουςα 20% ςίδθρο είναι θ φεριτίνθ (μεταλλοπρωτεΐνθ) θ οποία απαντάται ςτο ιπαρ και το ςπλινα και αποτελεί αποκεματικι πθγι ςιδιρου του οργανιςμοφ.
Μετουςίωςη πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνεσ που υπάρχουν ςτουσ ιςτοφσ των ηωντανϊν οργανιςμϊν, είτε βρίςκονται μζςα ςτα κφτταρα είτε ςτα υγρά τουσ, βρίςκονται ςε φυςικι (native) κατάςταςθ. Σα πρωτεϊνικά μόρια είναι ευπακι (ευαίςκθτα) και πολλοί παράγοντεσ ι ςυνκικεσ, όπωσ θ κερμοκραςία, ιςχυρά χθμικά μζςα ι ζνηυμα, μποροφν να προκαλζςουν αλλαγζσ (μικρζσ ι μεγάλεσ) ςτθ δομι και τθ διαμόρφωςι τουσ (ξεδίπλωμα πρωτεϊνικοφ μορίου). Σο φαινόμενο καλείται "μετουςίωςη" (denaturation) και ζχει ωσ αποτζλεςμα τθ μεταβολι των ιδιοτιτων των πρωτεϊνϊν.
Πρζπει να ςθμειωκεί ότι κατά τθ μετουςίωςθ επζρχονται μεταβολζσ ςτθ δευτεροταγι, τριτοταγι και τεταρτοταγι δομι των πρωτεϊνϊν, όχι όμωσ και ςτθν πρωτοταγι, δθλαδι δεν διαςπϊνται οι πεπτιδικοί δεςμοί των πρωτεϊνικϊν αλυςίδων. Η καλά οργανωμζνθ δομι τθσ φυςικισ πρωτεΐνθσ αλλάηει με τθ μετουςίωςθ προσ μία μορφι ανοργάνωτθ και κακαρά τυχαία. Όςο θ παραμόρφωςθ αυτι γίνεται μεγαλφτερθ τόςο λιγότερο αντιςτρεπτι είναι θ μετουςίωςθ. υνικωσ θ μετουςίωςθ είναι πρακτικά αναντίςτρεπτθ, αλλά με εξαιρετικά ιπιεσ ςυνκικεσ μπορεί να γίνει και αντιςτρεπτι μετουςίωςθ - πρακτικά αναντίςτρεπτθ ςθμαίνει ότι θ αντίςτροφθ πορεία (renaturation) είναι πολφ πιο βραδεία.
Ο ςπουδαιότεροσ παράγοντασ που προκαλεί μετουςίωςθ των πρωτεϊνϊν είναι θ κζρμανςθ. Ο ρυκμόσ μετουςίωςθσ εξαρτάται από τθ κερμοκραςία και αυξάνεται κατά 600 φορζσ για αφξθςθ κερμοκραςίασ 10 C, λόγω τθσ χαμθλισ ενζργειασ των αλλθλεπιδράςεων που ςτακεροποιοφν τισ δομζσ των πρωτεϊνϊν. Η ευαιςκθςία των πρωτεϊνϊν ςτθ μετουςίωςθ λόγω κζρμανςθσ εξαρτάται από παράγοντεσ όπωσ: θ φφςθ τθσ πρωτεΐνθσ, θ ςυγκζντρωςι τθσ, θ ενεργότθτα του νεροφ, το ph, θ ιοντικι ιςχφσ και το είδοσ των υπαρχόντων ιόντων.
Άλλοι παράγοντεσ που προκαλοφν μετουςίωςθ των πρωτεϊνϊν είναι: θ ψφξθ, θ μθχανικι καταπόνθςθ (άλεςθ ι επίδραςθ υπεριχων), θ υδροςτατικι πίεςθ (>50-60 kpa), θ υπεριϊδθσ ακτινοβολία (δόςεισ >1 Mrad), θ ζκκεςθ ςε ακραίεσ (πολφ υψθλζσ ι χαμθλζσ) τιμζσ ph, απορρόφθςθ ςε διεπιφάνειεσ μεταξφ νεροφ και αερίου, μθ υδατικοφ διαλφτθ ι ςτερεοφ, τα αλκάλια, τα ςτοιχεία μετάπτωςθσ, οργανικοί διαλφτεσ, πυκνά υδατικά διαλφματα (4-8 Μ) οργανικϊν ενϊςεων (ουρίασ και αλάτων γουανιδίνθσ), και επιφανειακά ενεργζσ ενϊςεισ ι αναγωγικζσ ουςίεσ (αςκορβικό οξφ, β-μερκαπτοαικανόλθ κ.α.) που ανάγουν τουσ διςουλφιδικοφσ δεςμοφσ και τροποποιοφν τθν πρωτεϊνικι διαμόρφωςθ.
Θρεπτικότητα πρωτεϊνών Η "ποιότητα" ι θ "αξία" μιασ πρωτεΐνθσ εξαρτάται από το είδοσ και τισ ποςότθτεσ των απαραίτθτων αμινοξζων που περιζχει. Πρωτεΐνεσ υψθλισ ποιότθτασ ι ιςορροπθμζνεσ πρωτεΐνεσ λζγονται αυτζσ που περιζχουν απαραίτθτα αμινοξζα ςε αναλογίεσ που αντιςτοιχοφν ςτισ ανάγκεσ του οργανιςμοφ. Για τθν εκτίμθςθ τθσ ποιότθτασ των πρωτεϊνϊν χρθςιμοποιοφνται δείκτεσ οι οποίοι προςδιορίηονται με βιολογικζσ μεκόδουσ.
Οι πρωτεΐνεσ των τροφίμων και η θρεπτικότητά τουσ Σα τρόφιμα τθσ διατροφισ περιζχουν διαφορετικζσ ποςότθτεσ πρωτεϊνϊν αλλά και διαφορετικισ ποιότθτασ πρωτεΐνεσ. Ειδικότερα, για τα κυριότερα τρόφιμα ηωικισ και φυτικισ προζλευςθσ αναφζρονται: α) Ζωικήσ προζλευςησ τρόφιμα Κρζασ: Σο κρζασ των ηϊων που χρθςιμοποιοφνται ςτθ διατροφι αποτελείται από ςκελετικοφσ μφεσ οι οποίοι (χωρίσ λίποσ) περιζχουν 18-20% πρωτεΐνεσ ςε υγρι βάςθ. Σο κρζασ τθσ αγελάδασ, του αρνιοφ και του χοίρου χαρακτθρίηεται ωσ «κόκκινο κρζασ», ενϊ των πουλερικϊν ωσ «λευκό κρζασ».
Γάλα: Σο αγελαδινό γάλα περιζχει 3-4% πρωτεΐνεσ οι οποίεσ αποτελοφνται κατά 80% από το κλάςμα τθσ καηεΐνθσ που είναι φωςφοροπρωτεΐνθ και το κλάςμα των πρωτεϊνϊν του οροφ (γαλακτοαλβουμίνεσ και γαλακτογλοβουλίνεσ). Κατά τθν οξυγαλακτικι ηφμωςθ του γάλακτοσ με γαλακτικά βακτιρια, το γάλα οξινίηεται λόγω του παραγόμενου γαλακτικοφ οξζοσ από τθ ηφμωςθ τθσ λακτόηθσ, και θ καηεΐνθ καταβυκίηεται ςτο pi τθσ (4.5-4.3) ςχθματίηοντασ πιγμα - θ δράςθ αυτι λαμβάνει χϊρα κατά τθν παραγωγικι διαδικαςία του γιαουρτιοφ. Η πιξθ του γάλακτοσ κατά τθν παραςκευι του τυριοφ γίνεται με τθ βοικεια ενηφμου ρενίνθσ, οπότε θ μεν καηεΐνθ μετατρζπεται ςε παρακαηεϊνικό αςβζςτιο, ενϊ οι άλλεσ δφο πρωτεΐνεσ διαχωρίηονται με τον αποβαλλόμενο ορό.
Αυγά: Σο αυγό τθσ όρνικασ αποτελείται από 11% φλοιό, 31% κρόκο και 58% λευκό (ι επί του ρευςτοφ εδϊδιμου μζρουσ 35% κρόκο και 65% λευκό). Σο λευκό ι λζκθκοσ αποτελείται από ωοαλβουμίνθ που είναι φωςφοροπρωτεΐνθ, κοναλβουμίνθ, ωομυκοειδζσ που δρα ωσ αντιζνηυμο τθσ τρυψίνθσ, γλοβουλίνεσ με κυριότερθ τθ λυςοηφμθ που ζχει αντιβιοτικι δράςθ και ωομυκίνθ. Ο κρόκοσ περιζχει δφο λιποπρωτεΐνεσ, τθ βιττελίνθ και λιποβιτελλενίνθ, και υδατοδιαλυτζσ λιβετίνεσ.
Ψάρια: Σα ψάρια περιζχουν 40-60% εδϊδιμθ ςάρκα θ οποία ζχει περιεκτικότθτα 10-20% ςε πρωτεΐνεσ για τα περιςςότερα κοινά είδθ ψαριϊν. Οι πρωτεΐνεσ των ψαριϊν παρουςιάηουν ομοιότθτεσ με τισ αντίςτοιχεσ των ςκελετικϊν μυϊν των κθλαςτικϊν, αλλά δεν είναι τόςο ςτακερζσ και υπόκεινται εφκολα ςε αλλοιϊςεισ (μετουςίωςθ). Οι ηωικζσ πρωτεΐνεσ κεωροφνται υψθλότερθσ ποιότθτασ από τισ φυτικζσ λόγω τθσ περιεκτικότθτάσ τουσ ςε απαραίτθτα αμινοξζα. Εν τοφτοισ θ ςυχνι κατανάλωςθ κόκκινου κρζατοσ πρζπει να αποφεφγεται κακϊσ με τισ πρωτεΐνεσ προςλαμβάνεται και ηωικό λίποσ (με μεγάλθ περιεκτικότθτα ςε κορεςμζνα λιπαρά και χολθςτερόλθ), ενϊ από τθν άλλθ πλευρά ςυςτινεται θ κατανάλωςθ λευκοφ κρζατοσ ι ψαριϊν.
β) Φυτικήσ προζλευςησ τρόφιμα Λαχανικά: Σα νωπά λαχανικά περιζχουν μικρι ποςότθτα πρωτεϊνϊν, ειδικότερα για τα κυριότερα λαχανικά ζχουν κατά μζςο όρο περιεκτικότθτα ςε πρωτεΐνεσ: τα καρότα 1%, οι πατάτεσ και τα ςπαράγγια 2% και το μπιηζλι 6.5%.
Δημητριακά: Οι ξθροί ςπόροι δθμθτριακϊν περιζχουν ποικίλλουςα περιεκτικότθτα ςε πρωτεΐνεσ 6-20%. Κατά τθν άλεςθ των ςπόρων το ενδοςπζρμιο από το φφτρο και το φλοιό και λαμβάνεται το άλευρο με κονιοποίθςθ αυτοφ. Σο φφτρο περιζχει αλβουμίνεσ και γλοβουλίνεσ,. Οι κυριότερεσ πρωτεΐνεσ του ςιταριοφ και του καλαμποκιοφ είναι γλουτελίνεσ και προλαμίνεσ, ενϊ οι πρωτεΐνεσ τθσ βρϊμθσ και του ρυηιοφ ζχουν χαμθλι ςυγκζντρωςθ ςε προλαμίνεσ. Οι πρωτεΐνεσ του ενδοςπζρμιου του ςιταριοφ είναι θ γλοιαδίνθ (προλαμίνθ) και θ γλουτενίνθ οι οποίεσ βρίςκονται ςε αναλογία 1:1 και ονομάηονται «γλουτζνθ».
Σπόροι: Οι ςπόροι περιζχουν πρωτεΐνεσ ςε περιεκτικότθτεσ μεγαλφτερεσ από 15%, και από αυτοφσ εκείνοι που χρθςιμοποιοφνται ςτθ διατροφι είναι: θ ςόγια, τα μπιηζλια, τα φαςόλια και οι ελαιοφχοι ςπόροι (βαμβακόςποροσ, θλιόςποροσ, ςθςάμι). ε πολλοφσ ςπόρουσ μπορεί να περιζχονται αντικρεπτικοί παράγοντεσ (π.χ. ςτθ ςόγια αναςτολείσ τρυψίνθσ, αιματογλουτινίνεσ, ςαπωνίνεσ) οι οποίοι καταςτρζφονται ι αδρανοποιοφνται με κατάλλθλθ κερμικι κατεργαςία αυξάνοντασ τθ κρεπτικι τουσ αξία. Από τουσ ελαιοφχουσ ςπόρουσ είναι δυνατόν με κατάλλθλεσ τεχνικζσ να παραλαμβάνονται πρωτεϊνικά προϊόντα (πρωτεϊνικά άλευρα, ςυμπυκνϊματα ι υπερςυμπυκνϊματα) για εδϊδιμθ χριςθ.
Οι πρωτεΐνεσ αποδίδουν ςτον οργανιςμό χρθςιμοποιιςιμθ ενζργεια 4 kcal/g. Οι θμεριςιεσ ανάγκεσ του οργανιςμοφ ςε πρωτεΐνεσ είναι 1 g/kg ςωματικοφ βάρουσ. Οι δίαιτεσ πρζπει να περιλαμβάνουν 12-15% πρωτεΐνεσ και πρζπει θ λαμβανόμενθ ποςότθτα πάντα να είναι μεγαλφτερθ από τθ φυςιολογικά ελάχιςτθ πρωτεΐνθ. Επίςθσ πρζπει να περιλαμβάνονται ςτθ διατροφι ηωικά τρόφιμα περιςςότερα από 30% ι ςυνολικά 35% περίπου απαραίτθτα αμινοξζα. Οι πρωτεΐνεσ πρζπει να χρθςιμοποιοφνται από τον οργανιςμό για κρεπτικοφσ ςκοποφσ και όχι για παραγωγι ενζργειασ (οικονομία ςε πρωτεΐνεσ). Σα διάφορα τρόφιμα εκτιμοφνται από πρωτεϊνικι άποψθ με βάςθ το πρωτεϊνικό τουσ περιεχόμενο και τθν ποιότθτα των πρωτεϊνϊν τουσ
Μεταβολζσ των πρωτεϊνών κατά την επεξεργαςία των τροφίμων Από όλεσ τισ βαςικζσ επεξεργαςίεσ των τροφίμων, θ κερμικι κατεργαςία ζχει τισ ςθμαντικότερεσ επιπτϊςεισ ςτθν ποιότθτα των πρωτεϊνϊν. Ανάλογα με τθν ζνταςθ τθσ κερμικισ κατεργαςίασ μπορεί να καταλιξουν επιβλαβείσ για τθν ποιότθτα των τροφίμων και ειδικά των πρωτεϊνϊν. Ζτςι αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ και του χρόνου τθσ κερμικισ κατεργαςίασ ζχει ωσ αποτζλεςμα μεγαλφτερθ επίπτωςθ ςτθν ποιότθτα των πρωτεϊνϊν τόςο ωσ προσ τθ κρεπτικότθτα όςο και ωσ προσ τθ λειτουργικότθτα.
Κατά τθν εφαρμογι χαμθλϊν κερμοκραςιϊν για τθ ςυντιρθςθ των τροφίμων π.χ. με ψφξθ ι με κατάψυξθ κακυςτερεί ι παρεμποδίηεται θ αλλοίωςθ των πρωτεϊνϊν, ενϊ επιβραδφνονται παράλλθλα και οι μικροβιακζσ αλλοιϊςεισ, θ ενηυμικι δραςτικότθτα και οι χθμικζσ αντιδράςεισ. Κατά τθ ςυντιρθςθ ςε ψφξθ (περίπου ςτουσ 0 C) οι πρωτεΐνεσ διατθροφνται ςτακερζσ, αν και μπορεί να ςυμβεί μεταβολι τουσ ςε περίπτωςθ που υπάρχει ανάπτυξθ ψυχρόφιλων μικροοργανιςμϊν. τθν κατάψυξθ (περίπου -18 C) πρακτικά οι πρωτεΐνεσ παραμζνουν αναλλοίωτεσ. Κατά τθν ξιρανςθ των τροφίμων όπου με απομάκρυνςθ του μεγαλφτερου μζρουσ του νεροφ του τροφίμου επιτυγχάνεται ςυντιρθςι του, μπορεί να ςυμβεί μεταβολι ςτισ πρωτεΐνεσ εξαρτϊμενθ από τθ μζκοδο ξιρανςθσ και ειδικότερα από τθ κερμοκραςία ξιρανςθσ, τθ διάρκεια και τθν επίδραςθ ατμοςφαιρικοφ αζρα.