CUKRY:

Cukry, skrobia i celuloza należą do grupy związków chemicznych zwanych węglowodanami.

Ich cząsteczki zbudowane są z atomów węgla, wodoru i tlenu występujących w przybliżonym stosunku ilościowym: jeden atom węgla : dwa atomy wodoru : jeden atom tlenu. Można to schematycznie przedstawić jako ( CH2O)n.

Nazwa węglowodany nawiązuje do ilościowego stosunku wodoru i tlenu - jest on taki sam, jak w wodzie i wynosi 2:1. Kiedyś nazywano te związki wodzianami węgla.

Węglowodany, ze względu na budowę, możemy podzielić na:

- monosacharydy ( cukry proste) zbudowane z jednej jednostki cukrowej;

- disacharydy ( dwucukry) zbudowane z dwóch jednostek cukrowych

- polisacharydy ( wielocukry) zbudowane z wielu jednostek cukrowych.

Monosacharydy są prostymi cukrami, których cząsteczki zawierają od 3 do 7 atomów węgla.

Najprostszymi cukrami są triozy, w cząsteczkach których występują 3 atomy węgla. Przykładem takiego cukru występującego w organizmach żywych jest aldehyd glicerynowy, którego pochodna fosforanowa jest jednym z pierwszych metabolitów glukozy w procesie oddychania komórkowego.

Najczęściej występującymi cukrami zbudowanymi z 5 atomów węgla, zwanych pentozami, są rybozy i dezoksyrybozy - składniki kwasów RNA i DNA oraz ich pochodnych.

Heksozy, czyli cukry 6-węglowe, to głównie glukoza, fruktoza i galaktoza.

Glukoza.

Jest to najczęściej występujący monosacharyd o wzorze sumarycznym C6H12O6, kluczowy cukier w metabolizmie istot żywych. Glony i rośliny wytwarzają go z dwutlenku węgla i wody wykorzystując jako źródło energii światło słoneczne, w procesie fotosyntezy, zgodnie ze wzorem 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 .

Z kolei w procesach oddychania komórkowego dochodzi do rozerwania wiązań chemicznych w cząsteczce glukozy i uwolnienia zmagazynowanej w nich energii, która zostaje wykorzystana w innych, energochłonnych procesach życiowych.

Glukoza służy także jako substart w procesach syntezy innych typów związków, takich jak aminokwasy czy kwasy tłuszczowe.

W cząsteczce glukozy do każdego atomu węgla, z wyjątkiem jednego, dołączona jest grupa wodorotlenowa. Atom ten łączy się podwójnym wiązaniem z tlenem, tworząc grupę karbonylową. Znajduje się ona na końcu sześciowęglowego łańcucha, glukoza jest więc aldehydem. Jeżeli grupa karbonylowa występuje wewnątrz łańcucha, monosacharyd jest ketonem. Umownie przyjęto, że atomy węgla cukrów w formie łańcuchowej numeruje wię od końca, przy którym występuje grupa karbonylowa.

Glukoza i fruktoza są izomerami strukturalnymi. Oznacza to, że mają takie same wzory cząsteczkowe, lecz inny układ atomów w cząsteczce. W cząsteczce fruktozy tlen łączy się podwójnym wiązaniem z węglem występującym wewnątrz łańcucha, a nie z węglem końcowym, jak to ma miejsce w glukozie.

Odmienne ułożenie atomów w cząsteczce glukozy i fruktozy powoduje, że oba cukry mają różne właściwości chemiczne. Fruktoza jest np. znacznie słodsza.

Glukoza i galaktoza różnią się między sobą w inny sposób. Oba są heksozami i aldehydami, jednak mają odmienne podstawniki wokół atomu węgla 4. Ponieważ węgiel ten jest asymetryczny, oba cukry są enancjomerami ( są to stereoizomery, których cząsteczki wyglądają jak odbicie lustrzane)

Cząsteczki opisywanych heksoz nie są płaskie, lecz mają strukturę trójwymiarową, co w dużym stopniu generuje ich właściwości. Cząsteczki glukozy i innych monosacharydów nie występują w roztworze w postaci prostych łańcuchów węglowych, lecz tworzą formy pierścieniowe w wyniku połączenia wiązaniem kowalencyjnym atomu węgla 1 z atomem tlenu przy węglu 4 lub 5. W pierścieniu glukozy węgiel 1 jest asymetryczny, możliwe jest więc powstanie 2 izomerów różniących się jedynie położeniem grupy wodorotlenowej (-OH).

Forma, w której grupa wodorotlenowa leży pod płaszczyzna pierścienia nazwana została jako a-glukoza, natomiast forma z tą grupa pod płaszczyzną pierścienia jako b-glukoza.

Reakcje charakterystyczne dla glukozy, pozwalające wykryć ją w roztworze, to próba Trommera : nie znam tego

oraz próba Tollensa : utlenienie grupy aldehydowej węglowodanu do odpowiedniego kwasu przy pomocy amoniakalnego roztwory wodorotlenku srebra (odczynnik Tollensa)

RCHO + 2 Ag(NH3)2OH → RCOONH4 + 2 Ag↓ + H2O + 3 NH3

Rola glukozy w metabolizmie jest tak istotna, że jej stężenie we krwi ludzi i zwierząt wyższych utrzymywane jest na względnie stałym poziomie dzięki mechanizmom homeostatycznym.

U zdrowego człowieka poziom glukozy we krwi wynosi 80-100mg%. Znaczny spadek tego poziomu określany jest jako hipoglikemia (niedocukrzenie). Może ona być spowodowana przedawkowaniem insuliny lub nadmierną jej produkcją przez komórki trzustki. Jeśli poziom glukozy we krwi spadnie drastycznie to komórki mózgowe odcięte zostaną od dostawy energii. Może wówczas dojść do tzw. szoku insulinowego, który obejmuje ogólne osłabienie, przyspieszone tętno, poty, spadek ciśnienia tętniczego, drżenie rąk a niekiedy nawet drgawki całego ciała. W skrajnych przypadkach może dojść do utraty przytomności a nawet do śmierci.

Proces przeciwstawny, czyli wysokie stężenie glukozy we krwi ( od 300 do 1000mg%) określane jest jako hiperglikemia. Jest ona na ogół spowodowana poważnym zaburzeniem w metabolizmie węglowodanów, prowadzącym do choroby zwanej cukrzycą. W stanie zaawansowanym może ona doprowadzić do utraty wzroku, zaburzeń czynności nerek, zamian naczyniowych i neurologicznych i wielu innych.

Na cukrzycę choruje około 10 milionów ludzi, z których 40 tysięcy umiera tylko w Stanach Zjednoczonych.

Widać z tego bardzo wyraźnie, jak ważną rolę pełni w organizmie glukoza

Najmodniejsza ostatnio dieta odchudzająca, zwana dietą Atkinsa lub Kwaśniewskiego, którzy obaj opracowali ją niezależnie od siebie, opiera się właśnie na stężeniu glukozy we krwi.

Poziom glukozy stymuluje ośrodek głodu znajdujący się w mózgu. Dlatego, jeżeli jemy dużo białek i tłuszczy, dostarczamy organizmowi energii i budulca. Eliminując z diety węglowodany, czyli w efekcie końcowym glukozę, nie odczuwamy uczucia głodu i praktycznie jemy mniej. Według obu autorów taki sposób odżywiania nie powoduje skutków ubocznych w postaci spadku stężenia glukozy we krwi, ponieważ pewne jej ilości znajdują się w pochodnych tłuszczów i białek. Te dwa typy związków można jeść do woli. Dieta ta ma na świecie bardzo wielu zwolenników.

Disacharydy zbudowane są z dwóch połączonych kowalencyjnie monosacharydów. Wiązanie pomiędzy jednostkami cukrowymi nosi nazwę wiązania glikozydowego. Powstaje ono pomiędzy atomem węgla 1 cząsteczki cukru a atomem węgla 4 drugiej cząsteczki.

Disacharyd maltoza składa się z dwóch połączonych kowalencyjnie jednostek a-glukozy.

Sacharoza, cukier używany do słodzenia, zbudowany jest z jednej cząsteczki glukozy i cząsteczki fruktozy.

Laktoza, cukier obecny w mleku, to połączenie cząsteczki glukozy i galaktozy.

Disacharydy mogą ulegać hydrolizie, czyli rozszczepieniu na dwie cząsteczki cukrów prostych z przyłączeniem cząsteczki wody. Dzieje się tak np. w procesie trawienia, w którym maltoza ulega hydrolizie do dwóch cząsteczek glukozy :

maltoza + woda glukoza + glukoza

a sacharoza :

sacharoza + woda glukoza + fruktoza

Polisacharydy czyli wielocukry to przede wszystkim skrobia, glikogen i celuloza.

Makrocząsteczki polisacharydów utworzone są z wielu jednostek monosacharydów, najczęściej glukozy. Liczba tych jednostek jest zmienna, najczęściej jest ich kilka tysięcy.

Łańcuchy polisacharydowe mogą być utworzone przez różne izomery glukozy, których cząsteczki mogą być połączone w różny sposób, ponadto łańcuchy te mogą być rozgałęzione lub proste. Różnice w budowie łańcucha decydują o właściwościach wielocukru.

Skrobia - główna substancja zapasowa roślin zbudowana jest z jednostek a-glukozy. Występuje ona w dwóch formach : amylozy i amylopektyny. Cząsteczki amylozy są nierozgałęzione, natomiast bardziej rozpowszechniona w przyrodzie amylopektyna zbudowana jest z około tysiąca jednostek glukozy tworzących łańcuchy rozgałęzione.

Hydroliza skrobi i uwolnienie glukozy dostarcza komórkom istot żywych energię niezbędna do aktywności metabolicznej.

Glikogen - jest to materiał zapasowy tkanek zwierzęcych. Czasami nazywany jest skrobią zwierzęcą. Jego cząsteczki są silnie rozgałęzione i łatwiej rozpuszczalne w wodzie niż cząsteczki skrobi. Glikogen gromadzony jest głownie w komórkach wątroby i mięśni.

Węglowodany są najbardziej rozpowszechnionymi związkami organicznymi na Ziemi. Wśród nich najpospolitsza jest celuloza. Ponad 50% węgla występującego w roślinach zawarte jest w celulozie. Na przykład drewno jest w połowie zbudowane z celulozy, a bawełna zawiera jej prawie 90%. Głównym składnikiem ścian komórkowych, charakterystycznych dla komórek roślinnych, jest właśnie celuloza.

Celuloza jest polisacharydem nierozpuszczalnym w wodzie, zbudowanym, podobnie jak skrobia, z cząsteczek glukozy, połączonych jednak innym typem wiązania.

Ludzie, podobnie jak większość zwierząt, nie mają enzymu umożliwiającego trawienie celulozy, nie mogą więc wykorzystywać jej jako substancji odżywczej. Celuloza jest jednak niezbędnym składnikiem diety, jako tzw. włókna ułatwiające właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego.

Niektóre mikroorganizmy, posiadające zdolność rozkładania celulozy do cząsteczek b-glukozy żyją w przewodzie pokarmowym krów i owiec, umożliwiając tym zwierzętom wykorzystanie celulozy jako pokarmu.

Wiele pochodnych węglowodanów pełni bardzo istotną rolę biologiczną.

Np. chityna stanowi główny budulec pancerzy stawonogów.

Heparyna, związek przeciwdziałający krzepnięciu krwi u ssaków, oraz substancje grupowe krwi to też polisacharydy.

W połączeniu z białkami węglowodany tworzą glikoproteiny, a w połączeniu z tłuszczami - glikolipidy. Obie grupy związków są bardzo ważnym składnikiem komórek.

Podsumowując zebrane wiadomości należy jeszcze zaznaczyć, że węglowodany stanowią około 80 % suchej masy roślin i około 2% suchej masy zwierząt, z czego większość stanowią polisacharydy.

BIAŁKA:

Białka to związki organiczne o wielkich cząsteczkach, występujące we wszystkich organizmach żywych i pełniące zasadnicze funkcje biologiczne. Są one przede wszystkim podstawowym budulcem komórek, warunkują istnienie metabolizmu, czyli procesów przemiany materii i energii w organizmach żywych, albowiem metabolizm ten odbywa się dzięki obecności enzymów, a każdy enzym jest białkiem i wreszcie duże znaczenie mają w procesach odpornościowych jako tak zwane antygeny.

Białka są syntetyzowane na podstawie DNA, ich budowa oraz związana z nią struktura jest uwarunkowana kolejnością zasad azotowych w łańcuchu cząsteczki kwasu nukleinowego. Białka, podobnie jak kwasy nukleinowe są wielkocząsteczkowymi polimerami, złożonymi z liniowo połączonych cząsteczek aminokwasów. Liczba kombinacji 20 rodzajów aminokwasów (występujących w przyrodzie), dla przeciętnego białka jest praktycznie nieskończona.

Białko to liniowa sekwencja aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Wiązanie peptydowe jest wiązaniem kowalencyjnym między grupą aminową jednego aminokwasu z grupą karboksylową kolejnego. Wiązanie to ma częściowo charakter wiązania podwójnego i prawie zawsze występuje w konfiguracji trans. Kiedy dwa aminokwasy są połączone wiązaniem peptydowym to tworzą dipeptyd. Przyłączenie kolejnych aminokwasów prowadzi do powstania oligopeptydów i polipeptydów.

Białka są to polimery aminokwasów białkowych połączony ze sobą wiązaniami peptydowymi, w których liczba reszt aminokwasowych przekracza 100. Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są: węgiel (50-55%), tlen(20-23%), wodór(6-7%), azot(12-19%), siarka(0,2-3%), a także fosfor(0-6%), oraz niekiedy jony manganianu, cynku, magnezu, żelaza, miedzi , kobalt i inne.

Prościej mówiąc są to związki wielocząsteczkowe zbudowane z (od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy) reszt aminokwasowych.

Białka powstają w wyniku polikondensacji, czyli polimeryzacji z wydzielaniem związków małocząsteczkowych. Reakcja ta zachodzi przy udziale wyspecjalizowanych kompleksów enzymatycznych – rybosomów, we wszystkich komórkach organizmów żywych i jest określana mianem translacji. Aminokwasy są podstawowymi elementami białek. Składają się z: grupy aminowej, grupy karboksylowej, atomu wodoru oraz specyficznej dla każdego aminokwasu łańcucha bocznego. Wszystkie te elementy skupione są wokół węgla.

Centralny węgiel połączony jest z czterema różnymi podstawnikami, co powoduje, że jest on asymetryczny. Związane jest to z dwoma możliwymi ułożeniami grup otaczających. węgiel.

Te dwie formy nazywa się izomerami optycznymi. W przestrzeni trójwymiarowej nie jest możliwa zamiana ich w siebie bez zniszczenia struktury. Są one wzajemnymi odbiciami lustrzanymi, przy czym wszystkie aminokwasy w naturze występują w formie L. W roztworze obojętnym aminokwasy występują w formie jonów obojnaczych, czyli grupa aminowa (NH3) posiada ładunek dodatni (NH3+), a grupa karboksylowa (COOH) – ujemny (COOH-). Gdy pH otoczenia ulegnie zmianie, zmienia się też stan jonizacji cząsteczki aminokwasu. Wraz ze zmniejszeniem stężenia jonów wodoru (wzrostem pH) zaczyna przeważać forma o nie zjonizowanej grupie NH3. Gdy wzrasta stężenie jonów wodoru (spadek pH), grupa aminowa ulega jonizacji podczas, gdy grupa karboksylowa przyjmuje formę COOH.

Białka są to substancje nierozpuszczalne bądź też rozpuszczalne w wodzie z wytworzeniem roztworów koloidowych. Bardzo wrażliwe na czynniki chemiczne i fizyczne, łatwo ulegają denaturalizacji.

Cząsteczka białkowa reprezentuje sobą trójwymiarowy układ jednego lub kilku łańcuchów polipeptydowych, czyli liniowych i nie rozgałęzionych polimerów wielu aminokwasów, połączonych kowalencyjnie wiązaniami amidowymi zwanymi umownie peptydowymi. Ta przestrzenna konstrukcja jest hierarchicznie uporządkowana i zawiera cztery generalne poziomy uporządkowania, z których każdy wykazuje odmienność i zależność od różnych typów wiązań między aminokwasami. Lindestrom Lang jako pierwszy (lata pięć-dziesiąte) rozpoznał taką strukturę budowy białek i wprowadził pojęcie jej struktury pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowej. W 1958 roku zostały uzupełnione o strukturę czwartorzędową wprowadzoną przez Bernala. Obejmuje ona kompleks kilku łańcuchów polipeptydowych. Strukturę pierwszorzędową stanowi kolejność, czyli sekwencja poszczególnych aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym (bez uwzględnienia układu przestrzennego), uwarunkowana wiązaniami amidowymi (peptydowymi). Sekwencję tę wyznacza się na podstawie kolejności ułożenia zasad azotowych w genie kodującym dane białko. W strukturze pierwszorzędowej zawarte jest również położenie wszystkich innych wiązań kowalencyjnych. Są to głównie wiązania disiarczkowe między resztami cysteiny, sąsiadującymi ze sobą w przestrzeni, ale nie w sekwencji liniowej aminokwasów. Owe kowalencyjne wiązanie poprzeczne między odrębnymi łańcuchami polipeptydowymi lub między różnymi częściami tego samego łańcucha powstaje na skutek utleniania się grup SH w resztach cystein, sąsiadujących ze sobą w przestrzeni. Powstały disiarczek jest nazywany resztą cystyny a wiązanie mostkiem disiarczkowym. Struktura drugorzędowa to lokalny układ przestrzenny atomów głównego łańcucha polipeptydowego, uwarunkowany wiązaniami wodorowymi głównie między grupami karbonylowymi i aminowymi łańcucha polipeptydowego oraz planarnością wiązania peptydowego (bez uwzględnienia konformacji łańcuchów bocznych). Jest to jakoby lokalne uporządkowanie w przestrzeni łańcucha peptydowego. Wyodrębnia się w niej następujące elementy: konfiguracje helisy, konfigurację kartki oraz zakręty. Helisa alfa ma kształt cylindra i stanowi łańcuch polipeptydowy płaszczyznowo nawijający się na hipotetyczny walec w sposób zapewniający maksymalne utworzenie wewnątrz łańcuchowych wiązań wodorowych pomiędzy ugrupowaniami wiązań amidowych obecnych w kolejno po sobie następujących zwojach helisy. Struktura beta łańcuchów polipeptydowych, inaczej: struktura pofałdowanej kartki, fałdowa, harmonijkowa, dywanowa. W niej wiązanie wodorowe powstaje między wiązaniami peptydowymi różnych łańcuchów polipeptydowych lub różnych części tego samego łańcucha. Płaskie wiązanie peptydowe sprawia, że łańcuch przyjmuje postać pofałdowanej kartki z łańcuchami bocznymi znajdującymi się poniżej lub powyżej tej płaszczyzny. Łań-cuchy sąsiadujące ze sobą mogą być równoległe lub antyrównoległe zależnie czy przebiegają one odpowiednie: w tym samym kierunku lub kierunku przeciwnym. Zakręt beta jest to element struktury drugorzędowej łańcucha polipeptydowego zapewniający zmianę - odwrócenie - kierunku w jego przebiegu. Ma postać ciasnej pętli, w której tlen z grupy karbonylowej jednego aminokwasu jest połączony wiązaniem wodorowym z wodorem grupy aminowej czwartego z kolei aminokwasu. Regiony łańcucha polipeptydowego pozbawione regularnej struktury drugorzędowej chętnie przyjmują postać zakrętu beta. Taką postać może przyjąć nawet połowa łańcucha polipeptydowego typowego białka. Struktura trzeciorzędowa cząsteczki białka lub jej podjednostki określa układ w przestrzeni wszystkich jej atomów bez uwzględniania zależności od sąsiednich cząsteczek lub podjednostek. Jest to upakowanie wszystkich atomów łańcucha polipeptydowego, mającego określoną strukturę I i II rzędu, wywołane wewnątrz cząsteczkowymi wzajemnymi oddziaływaniami łańcuchów bocznych aminokwasów oraz miedzy tymi łańcuchami a cząsteczkami wody. Warunkują ją wiązania chemiczne wszystkich typów, w tym omówione wcześniej wiązanie disiarczkowe, oddziaływania jonowe i hydrofobowe. Łańcuch fałduje się spontanicznie w ten sposób, że większość jego hydrofobowych łańcuchów bocznych zostaje skierowana do wnętrza powstającej struktury, a większość jego polarnych , obdarzonych ładunkiem bocznych łańcuchów znajduje się na powierzchni. Struktura czwartorzędowa jest to sposób ułożenia w przestrzeni podjednostek cząsteczki białkowej oraz zespół oddziaływań między nimi (bez uwzględnienia wewnętrznej geometrii podjednostek. Poziom I w hierarchicznym skonstruowaniu cząsteczki białkowej determinuje poziomy następne, czyli strukturę przestrzenną (konformację) danego białka, która z kolei decyduje o jego funkcji biologicznej.

Białka dzielimy ze względu na ich budowę, właściwości chemiczno-fizyczne oraz funkcje.

1) Ze względu na budowę i skład, dzielimy białka na proste i złożone.

Białka proste zbudowane są wyłącznie z aminokwasów. Dzielimy je na następujące grupy:

a.) protaminy - posiadają charakter silnie zasadowy, charakteryzują się dużą zawartością argininy oraz brakiem aminokwasów zawierających siarkę. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Najbardziej znanymi protaminami są: klupeina, salmina, cyprynina, ezocyna, gallina.

b.) histony - podobnie jak protaminy posiadają silny charakter zasadowy, są dobrze rozpuszczalne w wodzie, a także w środowisku słabo kwaśnym. Są składnikami jąder komórkowych (w połączeniu z kwasem dezoksyrybonukleinowym), a także występują w erytrocytach. W ich skład wchodzi duża ilość takich aminokwasów jak lizyna i arginina.

c.) albuminy - są to białka obojętne, spełniające szereg ważnych funkcji biologicznych: są enzymami, hormonami i innymi biologicznie czynnymi związkami. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli, łatwo ulegają koagulacji. Znajdują się w tkance mięśniowej, osoczu krwi i mleku.

d.) globuliny - w odróżnieniu od albumin są źle rozpuszczalne w wodzie, dobrze w rozcieńczonych roztworach soli; posiadają podobne właściwości do nich. Występują w dużych ilościach w płynach ustrojowych i tkance mięśniowej.

e.) prolaminy - są to typowe białka roślinne, występują w nasionach. Charakterystyczną właściwością jest zdolność rozpuszczania się w 70% etanolu.

f.) gluteliny - podobnie jak prolaminy - są to typowe białka roślinne; posiadają zdolność rozpuszczania się w rozcieńczonych kwasach i zasadach.

g.) skleroliny - nie rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Są to typowe białka o budowie włóknistej, dzięki temu pełnią funkcje podporowe. Do tej grupy białek należy kreatyna.

Do białek złożonych zaliczamy m.in.:

- nukleoproteiny – białka jąder komórkowych,

- witelinę – występującą w żółtku jaja kurzego,

- kazeinę – substancję białkową mleka.

2.) Podział ze względu na powiązanie budowy z funkcją:

- część funkcjonalna – zawierająca centrum katalityczne reakcji,

- część strukturalna – najczęściej hydrofobowa, kotwicząca białko w błonie lipidowej.

3.) Podział ze względu na rozpuszczalność w wodzie:

- hydrofobowe (nierozpuszczalne, fibrylarne) - występują najczęściej w błonach

komórkowych,

- hydrofilowe (rozpuszczalne, globularne) - występują najczęściej w cytoplazmie.

4) Podział ze względu na pochodzenie:

-roślinne

-zwierzęce

-wirusowe

-bakteryjne

5) Podział ze względu na ich funkcje biologiczne:

-enzymy

-transportowe (hemoglobina, albumina osocza, lipoproteiny)

–strukturalne (kolagen, elastyna, keratyna, glikoproteiny)

–odpornościowe i ochraniające (globulina, fibrynogen)

–biorące udział w skurczu (miozyna)

–białka błon komórkowych

–hormony (insulina, glukagon, ACTH, ADH)

-toksyny (jad węża)

Różnorodność funkcji białek wynika z olbrzymiej liczby odmiennych struktur przestrzennych, jakie mogą one przyjmować (funkcja jest bowiem następstwem struktury).

Rozpuszczalność białek w roztworach jest uzależniona od wzajemnego stosunku aminokwasów hydrofobowych i hydrofilowych. Do nierozpuszczalnych w wodzie należą skleroproteiny tkanki łącznej (rogi, paznokcie, włosy) oraz białka wchodzące w skład błon lipidowych (receptory błonowe). Przykładem rozpuszczalnych w wodzie, są białka osocza krwi (globuliny). Wskutek dużych rozmiarów cząsteczek, ich wodne roztwory wykazują typowe właściwości roztworów kolidalnych. O rozpuszczalności decyduje przede wszystkim zdolność do hydratacji. Białko w stanie stałym zmieszane z małą ilością wody tworzy galaretowaty żel. W miarę dodawania rozpuszczalnika białka rozpuszczają się bardziej i powstaje zol. Charakteryzuje się on wysoką lepkością, obniżonym napięciem powierzchniowym, rozpraszaniem światła, tzw. efekt Tyndalla, aktywnością koloidoosmotyczną oraz podatnością na koagulację czyli zmianę żel-zol pod wpływem różnych czynników. Czynnikiem poprawiającym rozpuszczalność większości białek są niskie stężenia soli, natomiast pod wpływem wysokich stężeń soli, niektórych kwasów, soli metali ciężkich, rozpuszczalników organicznych, a także wysokiej temperatury (>50oC) następuje ich wytrącenie z roztworu.

Białka wykazują właściwości kwasowo-zasadowe, gdyż ich składniki – aminokwasy posiadają grupy funkcyjne zdolne do jonizacji. Przy pewnej charakterystycznej dla każdego białka wartości pH, nazywanej punktem izoelektrycznym, cząsteczki mają zerowy ładunek. Przy tej wartości rozpuszczalność większości białek osiąga minimum. Przy wartościach pH, różnych od punktu izoelektrycznego, proteiny występują w roztworze w postaci makrojonów, przez co mogą poruszać się w polu elektrycznym. Białka ulegają specyficznym rekcjom uwarunkowanym obecnością różnych grup funkcyjnych aminokwasów.

Metody wykrywania białek:

1.) Reakcja Millona – służy do wykrywania białek zawierających grupę tyrozyny (lub do wykrywania innych substancji z grupą fenolową). Wykorzystuje się w niej tzw. oddczynnik Millona, czyli roztwór otrzymywany przez rozpuszczenie rtęci w stężonym kwasie azotowym (w stosunku 1:1) i następnie rozcieńczenie dwiema objętościami wody.

Białko ogrzewane z odczynnikiem Millona daje ceglastoczerwone zabarwienie.

2.) Reakcja ksantoproteinowa – to reakcja białek z kwasem azotowym(V), w wyniku której pojawia się żółtopomarańczowe zabarwienie. Reakcja ksantoproteinowa służy do wykrywania obecności białek.

3.) Reakcja biuretowa – rekacja wykrywająca istnienie wiązań peptydowych, działając na białko (lub biuret) wodorotlenkiem miedzi (II), tworzy się związek kompleksowy barwy różowofioletowej.

Wartość biologiczna spożywanych w pokarmach białek zależy od ilości zawartych w nich aminokwasów i proporcji ilościowych pomiędzy nimi. Najbardziej wartościowym dla człowieka białkiem jest białko jaja kurzego i białko zawarte w mleku kobiecym. Jako wzorzec służący do porównywania wartości białek przyjęto białko jaja kurzego. Aby wysoka wartość biologiczna białka mogła zostać zachowana, w pokarmie musi zostać dostarczona odpowiednia ilość węglowodanów i tłuszczów w celu zapewnienia energii niezbędnej do syntezy białek. Do wytworzenia 1 grama białka potrzeba 24 kilokalorii. Aby organizm mógł w pełni wykorzystać białko do celów budulcowych ilość dostarczanych w pożywieniu pełnowartościowych białek powinna pokrywać w okresie wzrostu 9 do 15% energii, a u ludzi dorosłych 6 do 8%. W niektórych stanach chorobowych wielkości te powinny być większe. Do białek pełnowartościowych zalicza się białka pochodzenia zwierzęcego - mięso zwierząt, drobiu, ryb, jaja, mleko i jego przetwory. Jedynie tkanka łączna zawarta w mięsie i produkty z niej uzyskiwane, (żelatyna, fibryna) zawierają mało tryptofanu. Do białek pełnowartościowych zalicza się również białka roślinne zawarte w soi, nasionach roślin strączkowych i orzechach. W mięsie zwierząt rzeźnych znajduje się od 15 do 23% białka, w rybach około 18%, w jajach 13%. W krajach gdzie spożycie mięsa jest niewielkie, źródłem białka są nasiona roślin strączkowych, orzechów i ziaren zbóż. Suszone nasiona roślin strączkowych zawierają 20 do 15% białka. W produktach zbożowych jest kilka do kilkunastu procent białka niepełnowartościowego i dlatego niezbędne aminokwasy powinny być uzupełnione z innych pokarmów. Warzywa i owoce zawierają bardzo małe ilości białka, średnio 1 do 2%.

Światowe i polskie instytucje naukowe zajmujące się żywieniem starają się określać normy żywieniowe, które stanowią podstawę opracowywania praktycznych diet. Opracowane są trzy rodzaje norm - minimalne, określające najmniejszą ilość składnika pokarmowego pozwalającą na utrzymanie równowagi przemian metabolicznych, zalecane - pokrywające zapotrzebowanie 90 do 95% osób zdrowych w danej grupie ludności i normy optymalne - pokrywające podaż składników pokarmowych w takim zakresie aby zapewnić nie tylko zachowanie równowagi metabolicznej lecz również rozwój, wzrost, odnowę i dobry stan zdrowia organizmu. Oprócz zaleceń, które określają rzeczywiste spożycie białka w diecie Komitet Żywienia Ludności PAN opracował propozycje praktycznych norm ilości białka jaka powinna się znajdować w zakupionej żywności.

TŁUSZCZE:

Tłuszcze to ogólna nazwa wielu związków chemicznych, które prawie bez wyjątku nie rozpuszczają się w wodzie. Są obok węglowodanów i białek trzecią podstawową grupą składników pokarmowych spełniającą w organizmie głównie funkcję energetyczną. Stanowią najbogatsze źródło energii. Podczas ich utleniania powstaje dwukrotnie więcej energii niż przy utlenianiu węglowodanów czy białek. Ich obecność jest konieczna w diecie ze względu na witaminy A, D, E, K, które dopiero po rozpuszczeniu w tłuszczu mogą zostać wchłonięte. Energia zawarta w tłuszczach może być wykorzystana w późniejszym okresie. Tkanka tłuszczowa jest odkładana w dużych ilościach tuż pod skórą, gdzie spełnia rolę materiału izolującego, zapobiegającego utracie ciepła przez organizm oraz nadaje skórze elastyczność.

W przeszłości większość tłustej żywności była dostępna tylko dla zamożnych, jednak dzisiaj są najtańszym osiągalnym źródłem kalorii. W tej samej jednostce wagi zawierają prawie dwukrotnie więcej składników energetycznych niż białka i węglowodany. Według danych z roku 1800 tłuszcze dostarczały około 10% kalorii zawartych w żywności, a obecnie stanowią aż 40%. Niestety tłuszcz będący tzw. Chorób cywilizacyjnych. Nadmiar spożywanych tłuszczów prowadzi do otyłości, która zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia takich chorób, jak cukrzyca, artretyzm, schorzenia woreczka żółciowego, wysokie ciśnienie krwi i dolegliwości serca, a ponieważ w żywności bogatej w tłuszcze zwykle brakuje błonnika, jest ono także czynnikiem sprzyjającym występowaniu raka jelit. Nie zwlekając należy ograniczyć spożycie tłuszczów, aby stanowiły mniej niż 30% dostarczanych organizmowi kalorii. Pewna ilość tłuszczu jest niezbędna w naszym pożywieniu jako źródło energii i potrzebnych kwasów tłuszczowych oraz witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Przeciętne zapotrzebowanie dorosłego człowieka wynosi poniżej 85g. O szkodliwości spożywanego tłuszczu nie decyduje w znaczący sposób jego ilość ale jego rodzaj. Tłuszcze nasycone odkładają się na ścianach naczyń. Złogi tłuszczowe powstają z reguły z cholesterolu wchodzącego w skład większości tkanek ciała dostarczanego organizmowi wraz z tłuszczami pochodzenia zwierzęcego i z nabiałem. Złogi te stopniowo powiększając się zwężają światło naczyń i hamują przepływ krwi, co prowadzi do arteriosklerozy. Jeżeli zablokowane zostaną naczynia sercowe, może dojść do zawału serca. Blokada naczyń w innych narządach prowadzi do zawału, dusznicy i innych zaburzeń krążenia. Niska zawartość cholesterolu zmniejsza ryzyko wystąpienia ataku serca, a ograniczenie spożycia nasyconych tłuszczów obniża z kolei poziom cholesterolu. Uważa się, że nienasycone tłuszcze zapobiegają arteriosklerozie, obniżając zawartość cholesterolu we krwi. Jednak najlepszą profilaktyką będzie ograniczenie spożycia wszystkich tłuszczów - a szczególnie tych nasyconych.

W praktyce oznacza to ograniczenie produktów pochodzenia zwierzęcego, takich jak słonina, jaja, masło, twarde sery, śmietana i pełne mleko. Żywność przetworzona może także zawierać tłuszcze, dlatego należy zapoznać się z informacją na opakowaniach, gdzie powinna być podana ich zawartość lub nawet rodzaj tłuszczu. Dotyczy to szczególnie olejów i margaryn. Procentowa zawartość podana na opakowaniu odnosi się do wagi, a czasami do procentowej zawartości w całej masie produktu. I tak na przykład kiełbasa w skład której wchodzi tłuste mięso, produkty zbożowe i woda, może zawierać tylko 25% tłuszczu. Ponieważ woda nie ma żadnych wartości energetycznych, kalorie pochodzące z tłuszczu stanowią prawie 70%. Należy także unikać olejów, gdyż mogą zawierać olej palmowy lub kokosowy ( oba posiadają tłuszcze nasycone). Kupujmy oleje nie mieszane, nienasycone, takie jak kukurydziany, słonecznikowy, najlepiej tłoczone na zimno, gdyż wysoka temperatura podczas ich produkcji może zniszczyć wiele wartościowych składników odżywczych, choćby lecytynę i witaminę E. Wielu producentów używa takich substancji, łój wołowy i tran wielorybi, polegając na ich dokładnej obróbce, dodawaniu substancji koloryzujących dla uzyskania pożądanych efektów. Co więcej - stosują oni proces uwodornienia dla utwardzania, co powoduje przekształcenie tłuszczów nienasyconych w nasycone. Najlepsze margaryny, które można kupić w sklepach ze zdrową żywnością, wytwarzane są z tłoczonych na zimno nienasyconych olejów, które nie były uwodornione. Spożycie tłuszczów można ograniczyć na wiele sposobów : używamy naczyń w których potrawy nie przypalają się, zamiast smażyć - pieczmy, zamiast masła do potraw dodawajmy świeże zioła; unikajmy ciast, czekolad, lodów i chrupek; zamiast oleju do sałatek używajmy jogurtu; zastępujmy tłuste mięsa kurczakiem lub indykiem bez skóry, cielęciną, chudą wołowiną, dziczyzną.

Budowa

Tłuszcze są substancjami organicznymi, nierozpuszczalnymi w wodzie.

Są to związki powstałe z połączenia glicerolu z różnymi kwasami tłuszczowymi, jedną, dwiema lub trzema cząsteczkami dając, jedno, dwu lub trójglicerydy. W tłuszczach jadalnych występują z reguły trójglicerydy mieszane zawierające reszty kwasowe dwóch lub trzech różnych kwasów tłuszczowych.

Tłuszcze różnią się między sobą pod względem zawartości kwasów tłuszczowych korzystnych oraz niekorzystnych dla zdrowia człowieka.

Wyróżniamy trzy główne rodzaje tłuszczów:

Tłuszcze nasycone

Organizm wytwarza z niego cholesterol, który jest niezbędny do syntezy hormonów, w tym estrogenu i testosteronu oraz soli kwasów żółciowych. Jeżeli jednak jego stężenie się zwiększa, osadza się on w świetle naczyń tętniczych i może doprowadzić do zablokowania przepływu krwi. Konsekwencją może być choroba wieńcowa, prowadząca często do zawału.

Nie posiadają wiązań podwójnych między atomami węgla. Tego rodzaju tłuszcze występuje przede wszystkim w produktach pochodzenia zwierzęcego a także w margarynach twardych (kostkowych) opartych na tłuszczu utwardzonym. Organizm wytwarza z nich cholesterol, który jest niezbędny do syntezy hormonów, w tym estrogenu i testosteronu oraz soli kwasów żółciowych. Jeżeli jednak jego stężenie się zwiększa, osadza się on w świetle naczyń tętniczych i może doprowadzić do zablokowania przepływu krwi. Konsekwencją może być choroba wieńcowa, prowadząca często do zawału. Tłuszcze nasycone i cholesterol spożywane w nadmiernych ilościach stwarzają także ryzyko niektórych chorób powstających na tle wadliwego żywienia, głównie miażdżycy, ale także złośliwych chorób nowotworowych.

Produkty zawierające tłuszcze nasycone:

-produkty mleczne pełnotłuste (mleko, kefir, jogurt),

-śmietana, masło,

-sery żółte, topione,

-sery twarogowe tłuste i półtłuste,

-żółtko jaja,

-wieprzowina, baranina, wołowina,

-wędliny wieprzowe,

-wątroba, mięso królicze.

Tłuszcze wielonienasycone

Wśród nich na szczególną uwagę zasługują niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe NNKT które spełniają ważną rolę w zapobieganiu i leczeniu miażdżycy, obniżają poziom cholesterolu w surowicy krwi, zapobiegają powstawaniu zakrzepów naczyniowych, poprawiają pracę serca i przepływ krwi przez naczynia wieńcowe. W regulacji metabolizmu NNKT biorą udział hormony i witaminy, głównie witamina E. Przy podawaniu większych ilości NNKT należy zwiększyć udział produktów bogatych w tokoferole. Oleje roślinne na ogół dostarczają obu składników w prawidłowym stosunku. Tłuszcze wielonienasycone posiadają co najmniej dwa wiązania podwójne pomiędzy atomami węgla.

Głównym źródłem takich tłuszczów są oleje roślinne, takie jak olej słonecznikowy, sojowy czy kukurydziany. Tłuszcze z tej grupy w znacznych ilościach znajdują się również w niektórych margarynach do smarowania pieczywa, a także w rybach morskich. Tłuszcze wielonienasycone obniżają poziom tzw. 'złego' cholesterolu (LDL), zmniejszając tym samym ryzyko miażdżycy i zawału serca. w Polsce spożywa się znacznie mniej tłuszczów wielonienasyconych niż zalecają normy żywieniowe, dlatego wskazane jest zwiększenie w codziennym jadłospisie udziału produktów zawierających ten typ tłuszczów.

Produkty zawierające tłuszcze wielonienasycone:

-olej słonecznikowy,

-olej sojowy,

-margaryny,

-suche ziarno soji,

-orzechy włoskie,

-pestki dyni,

-nasiona słonecznika,

-ryby (łosoś, sardynki, szproty, makrele, śledzie, dorsz, szczupak, halibut, mintaj).

Tłuszcze jednonienasycone

Tłuszcze te występują w znacznych ilościach w oleju rzepakowym oraz w oliwie z oliwek. Jego korzystne działanie na profil lipidowy polega na zmniejszeniu stężenia ‘złego’ cholesterolu (LDL), bez wpływu na stężenie „dobrego” cholesterolu (HDL). Dodatkowymi zaletami kwasu oleinowego jest jego znaczna oporność na utlenianie (można na nim smażyć) oraz brak innych działań ujemnych. W zapobieganiu miażdżycy zaleca się zwiększenie spożycia oleju rzepakowego oraz oliwy z o liwek, np. do ilości około 10% dobowego zapotrzebowania energetycznego. Można je zarówno spożywać na surowo, jak i używać do smażenia potraw. Oleje te zawierają znaczne ilości substancji antyoksydacyjnych, szczególnie beta-karotenu o wpływie przeciwmiażdżycowym i przeciwnowotworowym.

Produkty zawierające tłuszcze jednonienasycone:

-kurczak, indyk,

-cielęcina,

-wędliny drobiowe,

-olej rzepakowy uniwersalny,

-kukurydza,

-oliwa z oliwek, oliwki,

-margaryny,

-migdały, orzechy laskowe.

Cholesterol

Cholesterol jest substancją tłuszczową wytwarzaną w organizmie człowieka, jak również dostarczaną z pożywieniem. Jest on niezbędny do wielu procesów zachodzących w organizmie. Jego nadmiar wywołuje jednak wiele niekorzystnych zjawisk. Najważniejsze to odkładanie się cholesterolu w ścianach naczyń tętniczych, co prowadzi do ich zwężenia lub nawet całkowitego zamknięcia. Właśnie w ten sposób rozwija się miażdżyca, choroba niedokrwienna, zawał serca, zawał mózgu. Udowodniono także rolę podwyższonego poziomu cholesterolu w rozwoju nowotworów złośliwych.

HDL – dobry cholesterol

Są to lipoproteiny o wysokiej gęstości. Powodują obniżenie całkowitego poziomu cholesterolu we krwi przez jego transport do wątroby, skąd jest wydalany - dlatego działają korzystnie, hamując rozwój miażdżycy naczyń.

LDL – zły cholesterol

Są to lipoproteiny o niskiej gęstości. Powodują podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi przez jego transport z wątroby do tkanek - dlatego przyspieszają rozwój miażdżycy.

Zalecenia dotyczące spożycia

Prawidłowa ilość spożywanych tłuszczów powinna stać się podstawą każdego jadłospisu. Aby chronić organizm przed niekorzystnym wpływem tłuszczów należy przyswoić sobie podstawowe zasady ich racjonalnego spożycia. W posiłkach powinno być jak najmniej tłuszczów zawierających nasycone kwasy tłuszczowe i cholesterol.

Należy więc:

-ograniczyć spożycie tłuszczu - w dziennej racji pokarmowej nie powinny dostarczać więcej niż 30% energii,

-głównym źródłem tłuszczów w diecie powinny być produkty roślinne - np. oleje, nie zawierające tłuszczów trans margaryny miękkie,

-zastąpić masło margarynami, najlepiej wzbogaconymi w witaminy A, D i E,

-spożywać produkty nabiałowe o jak najmniejszej zawartości tłuszczu, czyli chude sery zarówno białe jak i żółte oraz odtłuszczone mleko,

-zastąpić tłuste mięsa - drobiem, cielęciną i rybami,

-podczas przyrządzania mięsnego posiłku usuwać widoczny tłuszcz oraz skórę z drobiu,

-unikać jedzenia typu "fast food",

-zwiększyć spożycie oleju rzepakowego i sojowego

-co najmniej 2-3 razy w tygodniu spożywać ryby .

Znaczenie dla organizmu

Tłuszcze:

-to skoncentrowane źródło energii dla wszystkich tkanek i narządów, z wyjątkiem czerwonych ciałek krwi, mózgu i nerek,

-to wygodna forma gromadzenia przez organizm zapasów,

-stanowią budulec błon komórkowych i białej masy mózgu,

-to źródło nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach A, D, E, K,

-ułatwiają przełykanie pokarmu,

-hamują skurcze żołądka i wydzielanie HCL,

-mają dużą wartość sytną,

-służą do polepszania smaku potraw i umożliwiają niektóre procesy obróbki termicznej pokarmów, takie jak smażenie i pieczenie

-tłuszcze tkanki podskórnej chronią przed nadmierną utratą ciepła i ułatwiają adaptację w niskich temperaturach,

-tłuszcze zapasowe są źródłem pewnej ilości wody (ze spalenia 100g tłuszczu otrzymuje się 107g wody),

-tłuszcze okołonarządowe utrzymują w prawidłowym położeniu narządy ciała.

Formy cis i trans kwasów tłuszczowych

W większości tłuszczów występujących w przyrodzie nienasycone kwasy tłuszczowe występują w formie cis, natomiast formy trans powstają pod wpływem różnych czynników fizycznych i chemicznych ( np. uwodornienie tłuszczów ciekłych do postaci stałej). Trans kwasy tłuszczowe są niekorzystne dla człowieka - ich metabolizm w organizmie przebiega podobnie jak kwasów tłuszczowych nasyconych.