Δρ. Ιωάννης Τσαγκατάκης Σύμβουλος Διατροφικής Αγωγής Οι Πρωτεΐνες Ένωση Ελλήνων Χημικών Περιφερειακό Τμήμα Κρήτης
Αμινοξέα, Πεπτίδια, Πρωτεΐνες, Ένζυμα Πεπτιδικός δεσμός Αμινοξέα Πεπτίδια (<50 αμινοξέα) Διατροφή: Προμηθεύουν αμινοξέα-πηγή C, N, S Λειτουργικότητα: αφρώδη συστήματα, πηκτές, σταθεροποίηση γαλακτωμάτων Κατάλυση: ένζυμα Δομή: πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις διαμορφώνουν τις δομές του κρέατος, του τυριού και του ψωμιού Οργανοληπτικά χαρακτηριστικά: Χρώμα και οσμή από αντιδράσεις Maillard και από ελεύθερα πεπτίδια και αμινοξέα Πρωτεΐνες (>50 αμινοξέα)
Διάγραμμα ροής Εισαγωγή Αμινοξέα Χημικές ιδιότητες αμινοξέων και πρωτεϊνών Κατάταξη και δομές των πρωτεϊνών Φυσικές ιδιότητες των πρωτεϊνών Πρωτεΐνες και τρόφιμα Πρωτεΐνες και διατροφή
Αλειφατικά Αμινοξέα Αμινοξέα Γλυκίνη (Gly,G) Αλανίνη (Ala, A) Βαλίνη (Val, V)* Λευκίνη (Leu, L)* Ισολευκίνη (Ile, I)* Αμινοξέα με υδροξυ- και σουλφουρ- ομάδες Σερίνη (Ser, S) Κυστεϊνη (Cys, C) Θρεονίνη (Thr, T)* Μεθειονίνη (Met, M)*
Αμινοξέα Αρωματικά Αμινοξέα Βασικά Αμινοξέα Φαινυλαλανίνη (Phe, P)* Τυροσίνη, (Tyr, Y) Όξινα Αμινοξέα και τα Αμίδιά τους Θρυπτοφάνη (Trp, W)* Ιστιδίνη (His, H) Λυσίνη (Lys, K)* Κυκλικό Αμινοξύ Αργινίνη (Arg, R) Ασπαρτικό οξύ (Asp, D) Γλουταμικό οξύ (Glu, E) Ασπαραγίνη (Asn, N) Γλουταμίνη (Gln, Q) Προλίνη (Pro, P)
Ονοματολογία αμινοξέων http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1/ch5-aa.jpg
Το σύστημα RS http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1/ch5-rs.jpg
Οξεοβασικές Ιδιότητες Αμινοξέων Ισοδύναμα ΟΗ -
Οξεοβασικές Ιδιότητες Αμινοξέων Το σημείο που το φορτίο του αμινοξέος είναι μηδέν (0) ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο pi pk 1 pk 2 2 Αλανίνη Αμινοξύ pk 1 pk 2 pk 3 pi Αλανίνη 2,35 9,69-6,02 Ασπαρτικό οξύ Ασπαρτικό οξύ 1,8 3,7 9,6 2,8 Λυσίνη 2,2 9,0 10,5 9,7 Λυσίνη
Χημικές Ιδιότητες Αμινοξέων Αντιδράσεις του α-cooh NaBH 4 R C H 2 OH + H 2 O Αναγωγή NH2CH C 2 H 5 OH R C H COOC 2 H 5 + H 2 O NH 2 Εστεροποίηση R C H NH 2 COOH Αποκαρβοξυλίωση + R C H2 NH 2 CO 2 NaOCl + H 2 O Οξείδωση + + RCHO NH 3 NaCl CO 2 + NaOH R C H NH 2 COONa + H 2 O Αντίδραση παραγωγής γλουταμινικού νατρίου
Χημικές Ιδιότητες Αμινοξέων Αντιδράσεις της α-νη 2 R COCl Ακυλίωση R C H N H COOH CO R' + HCl NO 2 O 2 N F NO 2 Αλκυλίωση O 2 N N H C H R COOH + HF R C H NH 2 COOH HNO 2 R C H COOH + N 2 + H 2 O OH HCHO R C H N COOH CH 2 + H 2 O
Χημικές Ιδιότητες Αμινοξέων Αντιδράσεις της α-νη 2 (συνέχεια) Αντιδράσεις Maillard R C H NH 2 COOH + R'-CHO R C H N COOH C H R' + H 2 O Αντιδράση με νινυδρίνη 1. R C H NH 2 COOH O + O + H 2 O O O O CHOH + R-CHO + ΝΗ 3 + CO 2 2. O O ONH 4 O CHOH + O + 2ΝΗ N 3 + 2H 2 O O (Η προλίνη και η υδρόξυ-προλίνη δίνουν κίτρινο παράγωγο) O O O Μπλε χρώμα
Χημικές Ιδιότητες Αμινοξέων Αντιδράσεις της σουλφυδριλικής ομάδας 2 οξείδωση C H NH 2 HOOC C H2 SH C H NH2 HOOC C S S C C H COOH H2 H2 NH 2 κυστεΐνη κυστίνη Βελτίωση στην αρτοποιητική ικανότητα του αλεύρου
Κατάταξη των Πρωτεϊνών ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Απλές Σύνθετες Σφαιρικές Γλοβουλίνες Αλβουμίνες Γλουτελίνες Προλαμίνες Ινώδεις Κολλαγόνο Ελαστίνη Κερατίνη Γλυκοπρωτεΐνες Λιποπρωτεΐνες Μεταλλοπρωτεΐνες Νουκλεοπρωτεΐνες Φωσφοπρωτεΐνες
Δομή των Πρωτεινών Πρωτοταγής Δομή Αλληλουχία αμινοξέων 5 10 15 20 25 30 1 A A S X D X S L V E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A 31 T T R X D D X D S A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A 61 G S F L A I V M G G G D L E V I L I X L A G Y Q E S S I X A 91 S R S L A A S M X T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S 121 X E F S S X A G S V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I 151 T X Q A X A F S L A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X 181 X X V A D I X D S H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G 211 S G V N A A Y W C D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X 241 V C C X Q D S F R K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X 271 A X K T F E K N S X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q 301 X H X X X A X D F X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D 331 L R X X X D L F X G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L 361 I A A Y A F R L V V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X 391 G S X R D Y S G F S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S 421 K P I X I T P A I D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A 451 X X S A X X A Π.χ. Εξωκινάση
Δομή των Πρωτεινών Δευτεροταγής - α-έλικα Υδρόφιλα R: προς τα έξω Δεσμοί Η 3,6 αμινοξέα ανά στροφή Υδρόφοβα R: προς τα μέσα
Δομή των Πρωτεινών Δευτεροταγής - β-πτυχωτό φύλλο στροφή αντι-παράλληλο παράλληλο
Τριτοταγής Δομή των Πρωτεινών Τεταρτοταγής
Κολλαγόνο Ιδιόρρυθμη τριπλή έλικα http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1/ch6_collagen.jpg
Φυσικές ιδιότητες Ισοηλεκτρικό σημείο Περισσότερες όξινες ομάδες χαμηλό Περισσότερες βασικές ομάδες υψηλό Διαλυτότητα ph Άλατα (εναλάτωση, εξαλάτωση) Οργανικοί διαλύτες Θερμοκρασία Υδρόλυση με οξέα, βάσεις ή ένζυμα θερμανση Μετουσίωση Ζελατινοποίηση Κολλαγόνο Θέρμανση, οξύ ή άλκαλι Προσθήκη ζεστού νερού διόγκωση ζελατίνης Συγκράτηση μεγάλης ποσότητας νερού στο πλέγμα Θέρμανση υδρόλυμα Ψύξη πηκτή
Φυσικές ιδιότητες Μετουσίωση Φυσικοί παράγοντες Θερμοκρασία Μηχανική επεξεργασία Πίεση Αφρός φυσική μετουσιωμένη
Φυσικές ιδιότητες Μετουσίωση - Χημικοί παράγοντες Οργανικοί διαλύτες Οξέα Βάσεις Απορρυπαντικά RCOO -
Πρωτεΐνες του γάλακτος Πρωτεΐνες και τρόφιμα Άρωμα γαλακτοκομικών προϊόντων Εγκλωβισμό αέρα (παραγωγή παγωτού) Αύξηση ικανότητας προσρόφησης νερού του αλεύρου Πήξη του γάλακτος Πρωτεΐνες του κρέατος Ικανότητα συγκράτησης νερού (τρυφερότητα) Πρωτεΐνες των αυγών Σχηματισμός αφρού, αύξηση ζυμωτικής ικανότητας του αλεύρου Κατακράτηση αέρα Γαλακτωματοποιητική ικανότητα (μαγιονέζα) Πρωτεΐνες του αλεύρου Καθορισμός αρτοποιητικής ικανότητας (γλουτένη) Πρωτείνες φυτικών σπόρων (π.χ σόγιας στην επεξεργασία του κρέατος)
Πρωτεΐνες τροφίμων Φρούτα και λαχανικά (<6%) Δημητριακά (10-15%) Γλουτένη (γλοιαδίνη, γλουτενίνη) Όσπρια & ελαιούχοι σπόροι Σόγια (32-46%) Άλλοι (17-36%) Γάλα (3-4%) Καζεΐνη Πρωτεΐνες του ορού (αλβουμίνες, γλοβουλίνες) Αυγά (12%) Κρόκος (λιποβιτελίνη, λιποβιτελινίνη) Ασπράδι (ωοαλβουμίνη, κοναλβουμίνη, ωομυκοειδές, λυσοζύμη) Κρέας (18-20%) Σαρκοπλασμικές (μυογλοβίνη, αιμογλοβίνη) Μυοινώδεις (ακτίνη, μυοσίνη) Συνδετικού ιστού (κολλαγόνο, ελαστίνη)
Γάλα milk plasma phase = πλάσμα του γάλακτος fat globules = λιποσφαίρια milk serum phase = ορός του γάλακτος casein micelles = καζεϊνικά συσσωματώματα
Πρωτεΐνες γάλακτος Αποβουτυρωμένο αγελαδινό γάλα (πλάσμα) Οξίνιση ph=4,6, 20 ο C διήθηση Ίζημα 2,6%, καζεΐνη Διήθημα 0,6%, «πρωτεΐνη του ορού» ph=6,8-7,2 και MgSO 4 μέχρι κορεσμού και διήθηση Ίζημα 0,15%, γαλακτογλοβουλίνες 0,45% γαλακταλβουμίνες Βουδούρης, 1986
Πρωτεΐνες γάλακτος Καζεΐνη α (α s-, κ), β, γ Περιέχει φωσφορικό οξύ, ασβέστιο και μικρή ποσότητα υδατανθράκων Βρίσκεται στο γάλα υπό μορφή καζεϊνικού ασβεστίου Καταβυθίζεται στο ph=4,6 και με την πρωτεάση ρεννίνη Γαλακτογλοβουλίνες Δυσδιάλυτες στο νερό Δεν πήζουν με ρεννίνη Χρησιμεύουν ως φορείς αντισωμάτων Γαλακταλβουμίνες Διαλυτές στο νερό Πήζουν κατά τη θέρμανση Δεν πήζουν με ρεννίνη
Πρωτεΐνες κρέατος Πρωτεΐνες μυικής συστολής Ακτίνη - Μυοσίνη Διαλυτές πρωτεΐνες Μυοσφαιρίνη Κόκκινο χρώμα του κρέατος 16,8 kdalton Μέσω ιστιδίνης (93) με αίμη Οξυμυοσφαιρίνη - μεταμυοσφαιρίνη Αδιάλυτες πρωτεΐνες Κολλαγόνο Συνδετικό ιστό Με θέρμανση διάσπαση δεσμών Η ζελατίνη ψύξη επαναδιάταξη συγκράτηση νερού πηκτή Ελαστίνη Δεν επηρεάζεται με το βρασμό του κρέατος Στις αρτηρίες του αίματος http://www3.interscience.wiley.com:8100/legacy/coll ege/boyer/0471661791/structure/hbmb/hbmb.htm
Κίνηση των μυών http://entochem.tamu.edu/musclestru ccontractswf/index.html http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animat ions/muscles/muscles.html
Ακαμψία θανάτου γλυκογόνο Πυροσταφυλικό οξύ γαλακτικό οξύ Σκλήρυνση μυϊκού ιστού Ακαμψία θανάτου ph: 7,2 5,5 Επιπτώσεις Γεύση Χρώμα Τρυφερότητα του κρέατος ph: 5,5 Μετουσίωση των πρωτεϊνών Διάσπαση πρωτεϊνικών δεσμών Ωρίμανση (σίτεμα) Αποθήκευση 2 μέρες, 2 ο C Αύξηση τρυφερότητας
Πρωτεΐνες δημητριακών Αλβουμίνες 6-12% Υψηλή περιεκτικότητα σε θρυπτοφάνη Συνεισφέρουν στην αρτοποιητική ικανότητα Γλοβουλίνες 5-12% Υψηλή περιεκτικότητα σε αργινίνη Δε συνεισφέρουν στην αρτοποιητική ικανότητα Πρωτεΐνες της γλουτένης Γλιαδίνες MW=20000-25000 Ενδο δισσουλφυδικοί δεσμοί Γλουτενίνες MW=50000-20.000.000 Ένδο- και δια- μοριακοί Αρτοποιητική ικανότητα Το σύνολο των ιδιοτήτων που πρέπει να έχει ένα αλεύρι για να δώσει σε καλή απόδοση ψωμί καλής ποιότητας Εξαρτάται από τη γλουτένη και μη πρωτεϊνικά συστατικά, λιπίδια, άμυλο και ανόργανα συστατικά Χρήση λευκαντικών και βελτιωτικών ουσιών
Δυσανεξία στη γλουτένη http://www.food-info.net/gr/qa/qa-wi4.htm
Τεχνολογία Τροφίμων και Πρωτεΐνες Θερμική Με μέτρια θέρμανση στις φυτικές πρωτεΐνες αυξάνεται η θρεπτική αξία Μεγαλύτερη θέρμανση ελάττωση διατροφικής αξίας λόγω μεταβολής των πρωτεϊνών και των αμινοξέων Μείωση θρεπτικής αξίας λόγω αντιδράσεων Maillard Δε διασπώνται από τα ένζυμα Χάνονται αμινοξέα Απώλειες σε απαραίτητα αμινοξέα Παστερίωση Μετουσιώση β-λακτογλοβουλίνης ελαφριά απώλεια της γεύσης Αφυδάτωση Λυοφιλίωση: Πάγωμα πίεση <1mmHg εξάχνωση νερού μεταβολές στις πρωτεΐνες Spray drying Μεταβολές στις πρωτεΐνες
Πρωτεΐνες και διατροφή Προμήθεια Ν και αμινοξέων Απαραίτητα Μη απαραίτητα αμινοξέα Ποσότητα πρωτεΐνης (ενήλικες: 0,8g/kg σωματικού βάρους) Ποιότητα πρωτεΐνης Είδος και ποσότητα απαραίτητων αμινοξέων Βαθμός απορρόφησης Περιοριστικό αμινοξύ
Απαραίτητα αμινοξέα Ιστιδίνη (βρέφη) Ισολευκίνη Λευκίνη Λυσίνη Μεθειονίνη Κυστίνη Φαινυλαλανίνη Τυροσίνη Θρεονίνη Τρυπτοφάνη Βαλίνη Τα απαραίτητα αμινοξέα δεν μπορεί ο οργανισμός να τα συνθέσει από άλλα αμινοξέα και πρέπει να τα λάβει από την τροφή του Τα μη απαραίτητα αμινοξέα μπορεί να τα συνθέσει από άλλα αμινοξέα που έχουν ληφθεί σε περίσσεια από τα τρόφιμα Περιοριστικό αμινοξύ είναι το απαραίτητο αμινοξύ που βρίσκεται σε ένα τρόφιμο σε ποσότητα μικρότερη την απαιτούμενη για τον οργανισμό Ζωικά τρόφιμα μεθειονίνη, κυστίνη, τρυπτοφάνη Φυτικά τρόφιμα λυσίνη, θρεονίνη
Ποιότητα πρωτεΐνης Περιεκτικότητα της πρωτεΐνης σε απαραίτητα αμινοξέα Πλήρεις και μη πλήρεις πρωτεΐνες Πεπτικότητα άζωτο που προσλήφθηκε-άζωτο κοπράνων πεπτικότητ α Ζωικά τρόφιμα >90% άζωτο που προσλήφθηκε Φυτικά τρόφιμα <80% Βιολογική αξία (ΒΑ) Ασπράδι του αυγού Καθαρή χρησιμοποιούμενη πρωτεΐνη (ΚΧΠ) BA άζωτο που προσλήφθηκε-( άζωτο κκοπράνω άζωτο ούρων ) άζωτο που προσλήφθηκε άζωτο κκοπράνω ΚΧΠ = ΒΑ * πεπτικότητα
Ποιότητα πρωτεΐνης Χημικό αποτέλεσμα: Δίνεται από το λόγο της ποσότητας του περιοριστικού αμινοξέος ανά γραμμάριο πρωτεΐνης ως προς την ποσότητα του ίδιου αμινοξέος σε πρωτεΐνη αναφοράς Προσδιορισμός περιοριστικού αμινοξέος Πρωτεΐνη αναφοράς ασπράδι αυγού Σιτάρι Περιοριστικό αμινοξύ: λυσίνη, 24mg λυσίνης/100mg Πρωτεΐνη αναφοράς: Περιοριστικό αμινοξύ: λυσίνη, 55mg αμινοξέος/100mg Χημικό φορτίο=24/55*100=44 Συμπληρωματικές πρωτεΐνες: Όταν ο συνδυασμός δύο πρωτεϊνών χαμηλής ποιότητας δίνει πρωτεΐνη υψηλής ποιότητας Δημητριακά περιοριστικό αμινοξύ λυσίνη Όσπρια περιοριστικό αμινοξύ κυστίνη μεθειονίνη Συνδυασμός δημητριακών με όσπρια υψηλής ποιότητας πρωτεΐνη
Χρησιμότητα των πρωτεϊνών Απαραίτητες στην ανάπτυξη Σύνθεση ιστών αντικατάσταση φθορών Πρώτη ύλη για πεπτικά υγρά, ορμόνες, πλάσμα, ένζυμα κ.α Πηγή ενέργειας Ρυθμιστικές ιδιότητες
Βιβλιογραφία Βουδούρη Ε., Κοντομηνά Μ., «Εισαγωγή στη Χημεία Τροφίμων», εκδ. ΟΕΔΒ, 1985. Γαλανοπούλου Ν., Ζαμπετάκης Γ., Μαυρή Μ., Σιαφάκα Α, «Διατροφή και Χημεία Τροφίμων», εκδ. Σταμούλης, 2007. Ματάλα Α., Καμμένου Μ., Πιπέρκου Ι., «Διατροφή», ΤΕΕ, Τομέας υγείας και πρόνοιας, Β τάξη, εκδ ΟΕΔΒ, 2002 Μπόσκου Δ, «Χημεία Τροφίμων», εκδ. Γαρταγάνη, 2004