Što su bjelančevine i njihova uloga
Autor: Branimir Dolibašić, dipl.ing., nutricionist
Bjelančevine ili proteini su osnova života kakvog ga poznajemo na zemlji. Zajednički su svim živim ogranizmima, a jedna od teorija postanka života uopće govori da su nastali u primordijalnoj juhi povezivanjem organskih elemenata.
Po definiciji, proteini su organske makromolekule koje su građene od dugoga lanca aminokiselina povezanih poput karika peptidnom vezom. Nastaju u bliskoj interakciji sa drugom temeljnom molekulom života – DNA. DNA nosi u sebi zapisanu građu nekog proteina koja definira njegovu funkciju. Prepisivanjem formule od kojih aminokiselina izgraditi taj protein događa se tzv proces transkripcije. Drugi korak u nastanku proteina je prijenos prepisanog koda o izradi putem tzv glasničke RNA (messenger RNA), proces translacije. Iako se jedan jedini DNA profil, koji sadrži upute za svako tkivo i organ u tijelu, nalazi u svakoj stanici, ne dolazi do ekspresije svakog proteina u svakoj stanici. Svaka stanica ponaosob proizvodi specifične stanične tipove proteina.
Aminokiseline – osnovne gradivne jedinice
Proteini su građeni od dugačkih lanaca aminokiselina. Devet od ukupno dvadeset mogućih aminokiselina koje se mogu naći u tom lancu organizam može sam proizvesti, dok jedanaest (8+3) ne može i one se moraju unositi hranom. Esencijalne aminokiseline su neophodne za biosintezu tjelesnih proteina u jetri. To su histidin, izoleucin, lizin, metionin, fenilalanin, treonin, triptogan i valin. Uvjetno esencijalne aminokiseline postaju esencijalne u određenim stanjima, poput arginina u dojenačkoj dobi. Ostale aminokiseline nemaju status esencijalnosti i jetra ih može proizvesti sama.
Aminokiseline su prema osnovnoj građi jednake u strukturnom pogledu. Svaka sadrži karboksilnu (COOH) i amino (NH2) skupinu te jedan od 20 mogućih različitih funkcionalnih nastavaka (R). Amino skupina (NH2) i karboksilna skupina (COOH) su nužne za tvorbu peptidne veze, a funkcionalna skupina (R) je drugačija za svaku aminokiselinu i daje joj karakter. Prema 20 različitih funkcionalnih skupina ima 20 različitih aminokiselina. Svih 20 aminokiselina mogu tvoriti neki protein, i svaka od njih ima svoju ulogu i svoje mjesto u peptidnom lancu, svaka ima svoja svojstva kojima doprinosi konačnoj strukturi i funkciji danog proteina. Zamislite samo broj mogućih kombinacija koje mogu biti od nekoliko stotina ili tisuća aminokiselina koje tvore neki protein. U proteinima leži bit, izvedba raznolikosti svekolikog života na našoj planeti. I to nije sve. Unutar svake vrste, svaka jedinka proizvodi u finim detaljima različite proteine, i svako je živo biće po svojim proteinima unikat. Štoviše, neki znanstvenici su sa prilično velikom vjerojatnošću ustvrdili kako je broj varijacija proteina toliko veliki, da među svim živim bićima u čitavoj povijesti života nikad nisu postojala dva identična proteina. I to od postanka života.
Funkcionalne skupine aminokiselina strše van alfa-uzvojnice i svojim fizikalnim svojstvima daju trodimenzionalni oblik. Neki su polarni i kadra graditi kovalentne ili vodikove veze, a drugi su nepolarni i skloni nekovalentnim vezama. Već tijekom translacije kada se proizvodi neki segment proteinskog lanca, niz aminokiselina koji čini slijed u tom lancu se počinje svijati na specifičan način tvoreći strukturu koju nazivamo proteinska konformacija. Ona određuje njegovu funkciju, i stabilizirana je razičitim vezama i interakcijama unutar samog proteinskog lanca.
Građa proteina
Proteini su ne samo ključni, već i iznimno kompleksni spojevi koji se pojavljuju u velikom broju oblika i spojeva. Primjerice, mogu se vezati u komplekse s metalima (metaloproteini, poput hemoglobina iz krvi) ili lipidima (lipoproteini, poput HDL ili LDL kolesterola). Teorija evolucije na njih stavlja vodeću ulogu u razvoju vrsta, postavljajući da se zapravo odabirom proteina i njihove funkcije stvaralo savršenstvo potrebno za prirodnu selekciju. Evolucija i mijenjanje proteina u uskoj su vezi sa mutacijama i promjenama DNA, koja je arhiva nacrta za izradu proteina, zapravo. Svaka stanica proizvodi specifične proteine koji određuju njenu ulogu, i formiraju tkiva, čime se osigurava polivalentnost i učinkovitost funkcija nekog organizma.
Uloga proteina u organizmu
Upravo zbog svoje velike strukturalne raznolikosti, proteini imaju brojne i različite funkcije u tijelu. Jedna od klasa proteina su i enzimi, koji su ključni za kataliziranje bezbrojnih bioloških biokemijskih reakcija u biljkama, životinjama i drugim živim vrstama. Tako proteini kao enzimi ubrzavaju biološke procese, kontroliraju ih ili zaustavljaju. Način na koji ti čine je da se na subjekt koji ulazi u reakciju (substrat) reverzibilno vežu u kompleks i omogućavaju stabilan ili ubrzan kemijski proces mijenjanja tog subjekta u nekom biološkom procesu.
Jedna druga klasa proteina su membranski proteini, koji se nalaze u membrani stanice, gdje tvore membranske kanaliće ili pumpe. Imaju regulatornu funkciju, te kontroliraju protok iona i malih molekula u stanicu ili izlaz iz stanice (npr. kalcijevi kanali). Posebna klasa proteina ima prepoznatljivu ulogu u imunosustavu – antitijela. Njihova uloga je prepoznavanje i uništavanje strani tijela odnosno antigena. Svaka stanica na membrani ima proteine koji služe prepoznavanju, odnosno identifikaciji. Tako imuni sustav razlikuje primjerice virus koji dospije u krv od vlastitih krvnih stanica. Da proteini grade mišiće je općepoznata stvar, ali ujedno i veliki prijepor odakle dobavljati proteine za izgradnju i održavanje mišića – iz biljnih ili životinjskih izvora. Tako proteini postaju i važno sociološko, pa danas zahvaljujući uplivu GMO organizama i političko pitanje.
Proteini u prehrani
Kada govorimo o proteinima u prehrani čovjeka, imamo nekoliko izvora u hrani. Biljni i životinjski izvori su primarni, ali nemojmo zaboraviti niti proteine kvasca, gljiva i algi. Prema profilu aminokiselina koje sadrže, određuje se biološka vrijednost proteina. Ona nam govori da li neki protein ima sve potrebne esencijalne aminokiseline kako bi bio biološki punovrijedan protein. Određuje se prema albuminu jajeta kojemu je dana vrijednost 100, i u odnosu na njega neki protein može biti 98, 68 itd. Još tamo sedamdesetih godina kada su formirani temelji današnjeg poimanja nutricionizma, bila je lansirana teza o najmanje prisutnoj odnosno limitirajućoj aminokiselini, koja čini pojedini obrok biološki punovrijednim. Danas je poznato da je takav stav bio krivi, te da se mora gledati ukupni unos esencijalnih aminokiselina, te metabolizam proteina ne vezati uz jedan obrok, već protegnuti na čitav dan, kako bi se stekla realna slika o podmirivanju potreba na esencijalnim aminokiselinama. Neesencijalne aminokiseline se mogu sintetizirati u jetri putem procesa pregradnje, poznatih kao transaminacija. 8 esencijalnih aminokiselina se ne može sintetizirati u ljudskom metabolizmu i potrebno je iz vanjskog izvora osigurati njegovu ishranu.
Danas imamo utvrđene potrebe potrebe organizma na esencijalnim aminokiselinama, i one se izražavaju u gramima na kilogram tjelesne mase. Također je poznata ukupna potreba na biološki punovrijednim proteinima, koja je izračunata putem prometa dušika, i iznosi oko 30 do 50 g proteina dnevno, ovisno o tjelesnoj masi i stupnju aktivnosti, odnosno potrošnje mišića. U ukupnom kalorijskom unosu za preživljavanje su potrebne relativno male količine proteina, ali su radi fenomena kaheksije i općeg lošeg stanja neuhranjenog organizma malo podignute, kako bi se dobila sigurnosna margina i spriječio deficit proteina. Tako je danas akademski općeprihvaćena mjera od 10-12% proteina od ukupnog kalorijskog unosa, odnosno 0,8 g proteina po kilogramu tjelesne mase, za pasivan, sedentarni način života.
Organizam koristi i esencijalne i neesencijalne aminokiseline za izgradnju tjelesnih proteina koji čine tjelesna tkiva poput vezivnog tkiva, mišića, srca, probavnog trakta. Usljed nedovoljnog unosa proteina ili ugljikohidrata može doći do gubitka tjelesnih proteina, koji se razgrađuju za dobivanje energije. Takvi uvjeti gubitka proteina mogući su u stanjima nedovoljnog ukupnog kalorijskog unosa usljed kojeg su mišići prvi na udaru da se energentska nestašica podmiri, znači u stanju gladovanja ili redukcijske dijete. Također je to moguće kod ishrane koja je deficitarna na ukupnim proteinima na način da nema dovoljnog unosa proteina za osnovne potrebe.
