Białko - budowa i funkcje w organizmie

Białka (proteiny) to wielocząsteczkowe biopolimery, zbudowane z aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH-. Występują w każdym żywym organizmie oraz wirusie. Ich synteza ma miejsce przy udziale rybosomów - specjalnych organelli komórkowych.

Zsyntetyzowany w pojedynczej komórce łańcuch białkowy wyglądem przypomina unoszącą się swobodnie w roztworze nitkę, które może przyjąć jakikolwiek kształt (fachowo jest to określane jako kłębek statystyczny). Ulega jednak procesowi zwijania, w wyniku którego tworzy mniej lub bardziej sztywną strukturę przestrzenną, która nosi nazwę struktury lub konformacji białka natywnej.

Zazwyczaj tylko te cząsteczki, które uległy zwinięciu do takiej struktury, mogą pełnić właściwą danemu białku rolę biochemiczną. Istnieją jednak białka pozbawione trzeciorzędowej struktury, które stanowią wyjątek od reguły.

Biorąc pod uwagę skalę przestrzenną, pełną strukturę białka można opisać na czterech poziomach:

• struktura pierwszorzędowa białka (struktura pierwotna białka, sekwencja aminokwasów) - kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym;
• struktura drugorzędowa białka - przestrzenne ułożenie fragmentów łańcuchów polipeptydowych. Do struktur tych zaliczana jest:
  • helisa alfa;
  • harmonijka beta;
  • beta zakręt.
• struktura trzeciorzędowa białka - wzajemne położenie elementów struktury drugorzędowej;
• struktura czwartorzędowa białka - wzajemne położenie łańcuchów polipeptydowych oraz ewentualnie struktur niebiałkowych (grupa prostetyczna): cukrów w glikoproteidach, lipidów w lipoproteidach, kwasów nukleinowych w nukleoproteidach, barwników w chromoproteidach i resztę kwasu fosforowego w fosfoproteidach.

Z jakich pierwiastków składa się białko? Są to:

• węgiel (50-55 proc);
• tlen (19-24 proc.);
• azot (15-18 proc.);
• wodór (6-8 proc.);
• siarka (0,3-3 proc.);
• fosfor (0-0,5 proc.).

W ich składzie znajdują się czasem również kationy metali Zn2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Co2+, Mn2+ i wiele innych. Wyżej wymieniony skład nie pokrywa się ze składem aminokwasów. Dzieje się tak dlatego, że większość białek ma dołączone do reszt aminokwasowych inne cząsteczki.

Dodatkowo dołączają się cukry, ponadto za pomocą wiązań wodorowych lub kowalencyjnie dołączane może być wiele różnych związków organicznych, które pełnią funkcję koenzymów, a także jony metali.

Białka przy podgrzewaniu ich w roztworze lub w stanie w stałym, powyżej pewnej temperatury ulegają procesowi denaturacji (ścinania się włókien białka). Jest to zmiana struktury, w wyniku czego białko przestaje być aktywne biologicznie. Dobrym przykładem tego jest gotowanie lub smażenie jajka - w tym przypadku zachodzi właśnie ten proces.

Dzieje się tak ze względu na nieodwracalną utratę trzecio- lub czwartorzędowej budowy białka. Do denaturacji może dochodzić również pod wpływem mocnych kwasów i zasad, soli metali ciężkich, aldehydów, niskocząsteczkowych alkoholi i promieniowania.

Wyjątkiem są proste białka, które mogą ulegać procesowi renaturacji (odwrotność denaturacji), po usunięciu czynnika, który doprowadzić do denaturacji.

Mała część białek ulega trwałej denaturacji pod wpływem większego stężenia soli w roztworze, proces ten jest jednak zazwyczaj odwracalny, co umożliwia rozdzielanie i izolowanie białek.

Jeśli chodzi o topnienie, białka nie posiadają charakterystycznej temperatury, w której dochodziłoby do tej reakcji. Związek ten na ogół dobrze się rozpuszcza w wodzie. Do białek, które nie mają tej właściwości, należą m.in. białka fibrylarne w skórze, włosach (np. kolagen, elastyna) lub w mięśniach (miozyna).

Niektóre białka mogą być rozpuszczalne w rozcieńczonych zasadach lub kwasach, lub też w rozpuszczalnikach organicznych. Na rozpuszczalność białka duży wpływ ma stężenie soli nieorganicznych w roztworze, gdzie małe stężenie soli dobrze wpływa na rozpuszczalność białek.

Jeśli jednak stężenie jest wyższe, dochodzi do uszkodzenia otoczki solwatacyjnej, przez co białka wypadają z roztworu. W tym procesie nie dochodzi do naruszenia struktury białka, więc jest odwracalny. Jego nazwa to proces wysalania białek.

Hydratacją nazywamy zdolność białek do wiązania cząstek wody. Nawet gdy otrzymamy próbkę suchego białka, będzie ona zawierała cząsteczki wody.

We wszystkich procesach biologicznych białka odgrywają bardzo ważną rolę. Biorą m.in. udział w katalizowaniu wielu przemian w układach biologicznych, służą jako przeciwciała ochronne, uczestniczą w transporcie cząsteczek i jonów, a także biorą udział w przekazywaniu impulsów nerwowych jako białka receptorowe.

Białka dzielimy na proste i złożone ze względu na budowę i skład. Warto zaznaczyć, że nie jest to jedyny podział białek.

Białka proste (proteiny) składają się tylko z aminokwasów. Dzielimy je na:

• białka włókienkowe (kolageny, keratyny, fibrynogen, fibroina, elastyna);
• albuminy;
• miozynę i aktynę;
• globuliny.

Białka złożone (kiedyś proteidy):

• chromoproteiny;
• nukleoproteiny;
• lipoproteiny;
• glikoproteiny;
• metaloproteiny.

Białko pełni szereg funkcji życiowych i jest to między innymi:

• kontrola wzrostu i różnicowania;
• immunologiczna - immunoglobuliny;
• kataliza enzymatyczna;
• transport - transferryna, hemoglobina;
• kontrola przenikalności błon;
• ruch uporządkowany - skurcze mięśni;
• magazynowanie - ferrytyna;
• wytwarzanie oraz przekazywanie impulsów nerwowych;
• strukturalna, budulcowa;
• przyleganie komórek;
• regulatorowa;
• przebieg procesów biochemicznych.

Dla zachowania zdrowia ważne jest, aby spożywać odpowiednią ilość białka w diecie, zwłaszcza dla osób aktywnych fizycznie, w okresie wzrostu, w ciąży oraz dla utrzymania masy mięśniowej. Spożywanie różnorodnych źródeł białka pomaga zapewnić pełnowartościowe źródło aminokwasów, które są podstawowymi składnikami białek.

Chociaż białko jest niezbędnym składnikiem odżywczym, zbyt duża ilość spożywanego białka może prowadzić do różnych problemów zdrowotnych. Oto kilka możliwych konsekwencji nadmiernego spożycia białka:

• obciążenie nerek;
• problemy z układem trawiennym;
• zwiększone ryzyko chorób serca;
• problemy z układem kostnym;
• nadmiar kalorii.

Niedobór białka w diecie może prowadzić do różnych objawów, które świadczą o niedostatecznym spożyciu tego ważnego składnika. Objawy te mogą występować stopniowo, a ich nasilenie zależy od stopnia niedoboru.

Możliwe objawy niedoboru białka:

• utrata masy mięśniowej;
• obrzęki;
• zmniejszona odporność;
• trudniejsze gojenie się ran;
• problemy z włosami i paznokciami;
• zmiany skórne;
• słabszy apetyt;
• zmęczenie;
• problemy z koncentracją;
• niska masa ciała.

Dieta roślinna może dostarczać wystarczającej ilości białka, jeśli jest zrównoważona i zawiera różnorodne źródła roślinne.

Oto kilka głównych źródeł białka w diecie roślinnej:

Rośliny strączkowe:

• ciecierzyca;
• fasola;
• soczewica

Orzechy i nasiona: orzechy nerkowca; migdały; * siemię lniane.

Zboża i produkty zbożowe:

• płatki owsiane;
• kasza gryczana.

Produkty sojowe:

• tofu;
• mleko sojowe.

Warzywa:

• brokuły;
• szpinak.

Istnieją ważne różnice między białkiem zwierzęcym a roślinnym, zarówno pod względem ich źródeł, jak i składu. Różnią się:

• pochodzeniem;
• składem aminokwasów;
• zawartością tłuszczu;
• obecnością błonnika (znajduje się jedynie w białku roślinnym);
• strawnością.

Warto podkreślić, że wybór między białkiem zwierzęcym a roślinnym zależy od indywidualnych preferencji żywieniowych, wartości odżywczych i etycznych przekonań.

Odpowiednio zbilansowana dieta, niezależnie od tego, czy zawiera białko zwierzęce, czy roślinne, może dostarczyć organizmowi wszystkich niezbędnych składników odżywczych.