ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Οι πρωτεΐνες (ή λευκώματα) είναι απαραίτητα συστατικά των ζώντων οργανισμών κυρίως ως δομικά στοιχεία και ως ένζυμα που χρησιμεύουν για τα φαινόμενα.

Παρουσίαση με θέμα: "ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Οι πρωτεΐνες (ή λευκώματα) είναι απαραίτητα συστατικά των ζώντων οργανισμών κυρίως ως δομικά στοιχεία και ως ένζυμα που χρησιμεύουν για τα φαινόμενα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Οι πρωτεΐνες (ή λευκώματα) είναι απαραίτητα συστατικά των ζώντων οργανισμών κυρίως ως δομικά στοιχεία και ως ένζυμα που χρησιμεύουν για τα φαινόμενα του μεταβολισμού. Η ονομασία τους, προερχόμενη από το πρώτος, υποδεικνύει ότι είναι ουσίες βασικές (πρωταρχικής σημασίας) για τη ζωή. Οι πρωτεΐνες είναι οργανικές αζωτούχες ενώσεις μεγαλομοριακές, που έχουν ως δομικά στοιχεία α-L-αμινοξέα ενωμένα μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. Πρόκειται για ενώσεις πολύπλοκης σύστασης οι οποίες αποτελούνται από C, H, O, N, S και σε μερικές περιπτώσεις και από P. Είναι χαρακτηριστικό ότι η μέση περιεκτικότητα των πρωτεϊνών σε Ν είναι 16%, (Άζωτο:Πρωτεΐνη, Ν:Ρ=6.25), γεγονός που χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό των πρωτεϊνών μέσω της περιεκτικότητάς τους σε Ν.

2 Ο άνθρωπος παραλαμβάνει τις απαραίτητες για τη διατροφή του ποσότητες πρωτεϊνών από τα φυτικά ή ζωικά τρόφιμα. Τα φυτά είναι ικανά να σχηματίζουν πρωτεΐνες χρησιμοποιώντας ανόργανες ενώσεις του αζώτου (όπως αμμωνία, νιτρικά ή νιτρώδη άλατα), ορισμένα βακτήρια ακόμη και από ατμοσφαιρικό άζωτο, ενώ ο άνθρωπος και τα ανώτερα ζώα εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από τις φυτικές πρωτεΐνες.

3 Τα ζωικά τρόφιμα περιέχουν σημαντικά ποσά πρωτεΐνης, ενώ από τα φυτικά τρόφιμα ορισμένα παρουσιάζουν αξιόλογες ποσότητες πρωτεΐνης. Ενδεικτικά αναφέρονται για συνήθη τρόφιμα της διατροφής οι περιεκτικότητές τους σε πρωτεΐνες. Για κρέας: 15-25%, λεύκωμα αυγού: 12%, κρόκος αυγού: 16%, ψωμί: 6-10%, αλεύρι: 10-15%, γάλα: 3-4%, και λαχανικά και πατάτες: 1-4%.

4 Χημεία των πρωτεϊνών - Αμινοξέα ως δομικά συστατικά πρωτεϊνών
Οι πρωτεΐνες είναι οργανικές αζωτούχες ενώσεις, πολυμερείς ενώσεις με δομικά συστατικά α-αμινοξέα. Η σύσταση των πρωτεϊνών στα βασικά χημικά στοιχεία κυμαίνεται στα παρακάτω όρια: C: 50-55%, H: %, Ν: %, O: 19-24% ή/και S: % και P: 0.3% Οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν οργανωμένη δομή αποτελούμενη επί μέρους από πρωτοταγή, δευτεροταγή, τριτοταγή και τεταρτοταγή δομή.

5 Τα α-αμινοξέα που περιλαμβάνονται στις δομές των πρωτεϊνών επηρεάζουν τις ιδιότητές τους.
Στη φύση απαντώνται 20 περίπου αμινοξέα. Με βάση αυτά σχηματίζεται μεγάλος αριθμός συνδυασμών πολυπεπτιδικών αλυσίδων και κατ’ επέκταση πρωτεϊνών.

6 Αμινοξέα Στις πρωτεΐνες απαντώνται α-αμινοξέα τα οποία είναι ενώσεις που έχουν στο μόριό τους αμινομάδα (ΝΗ2) και καρβοξυλομάδα (COOH) ενωμένες στο ίδιο άτομο άνθρακα, έχουν το γενικό τύπο: H NH2 - C - COOH R1 Τα α- αμινοξέα λόγω της φύσης τους, περιέχοντας όξινη (COOH) και βασική (ΝΗ2) ομάδα στο μόριό τους, παρουσιάζουν τόσο όξινο όσο και βασικό χαρακτήρα.

7 Ανάλογα με το είδος της πλευρικής ομάδας R, τα αμινοξέα διακρίνονται σε δύο κύριες ομάδες: άκυκλα και κυκλικά, και καθεμία από αυτές σε υποομάδες, όπως: Ι) Άκυκλα αμινοξέα: α) Μονοαμινοκαρβοξυλικά οξέα: γλυκίνη, αλανίνη, βαλίνη, λευκίνη β) Μονοαμινοδικαρβοξυλικά οξέα: ασπαραγινικό οξύ, γλουταμινικό οξύ γ) Διαμινοκαρβοξυλικά οξέα: ορνιθίνη, αργινίνη, λυσίνη δ) Υδροξυοξέα: σερίνη, θρεονίνη ε) Θειούχα αμινοξέα: κυστεΐνη, κυστίνη, μεθειονίνη ΙΙ) Κυκλικά αμινοξέα: α) αμινοξέα αρωματικής σειράς: φαινυλαλανίνη, τυροσίνη β) αμινοξέα ετεροκυκλικής σειράς: ιστιδίνη, τρυπτοφάνη, προλίνη.

8 Ιδιότητες αμινοξέων - Ισοηλεκτρικό σημείο
Τα αμινοξέα σε υδατικά διαλύματα βρίσκονται σε μορφή διπολικών ιόντων (εσωτερικά άλατα, αμφολύτες, Zwitterions) και όχι στη μορφή αδιάστατων μορίων, δηλαδή έχουν ιοντισμένες τόσο τις αμινο- όσο και τις καρβοξυλο- ομάδες (το καρβοξύλιο χάνει ένα πρωτόνιο και αποκτά αρνητικό φορτίο, ενώ η αμινομάδα προσλαμβάνει ένα πρωτόνιο και αποκτά θετικό φορτίο.

9 Τα αμινοξέα ως αποτέλεσμα του αμφοτερούς χαρακτήρα τους συμπεριφέρονται ανάλογα με το pH του διαλύματος, άλλοτε ως οξέα σε αλκαλικό περιβάλλον (υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου ως ανιόντα οδεύουν στην άνοδο) ή ως βάσεις σε όξινο περιβάλλον (υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου ως κατιόντα οδεύουν στην κάθοδο)

10 Η θέση της ισορροπίας για κάθε αμινοξύ εξαρτάται από το pH του διαλύματος.
Το σημείο αυτό είναι γνωστό ως ισοηλεκτρικό σημείο (pI), είναι σαφώς καθορισμένο για κάθε αμινοξύ και έχει ιδιαίτερη σημασία για αυτό.

11 Τα αμινοξέα σε υδατικό διάλυμα, συνεπώς, ανάλογα με την τιμή του pH έχουν όξινη ή βασική συμπεριφορά. Τα μονοαμινοδικαρβοξυλικά οξέα, όπως το γλουταμινικό οξύ, είναι ισχυρά οξέα, ενώ τα διαμινοκαρβοξυλικά οξέα, όπως η λυσίνη είναι ισχυρές βάσεις. Τα αμινοξέα είναι σταθερές ενώσεις, μη αποστάξιμες, ευδιάλυτες σε νερό, δυσδιάλυτες σε αλκοόλη και αδιάλυτες σε οργανικούς διαλύτες

12 Απαραίτητα αμινοξέα Πολλά από τα αμινοξέα που παραλαμβάνει ο άνθρωπος με τη διατροφή, μέσω των πρωτεϊνών των τροφίμων, μπορούν να συντεθούν από τον οργανισμό για τις θρεπτικές του ανάγκες. Ορισμένα όμως αμινοξέα δεν μπορεί να τα συνθέσει ο οργανισμός και για αυτό πρέπει υποχρεωτικά να τα παραλαμβάνει από τις τροφές. Ακριβώς για αυτό το ρόλο τους τα αμινοξέα αυτά χαρακτηρίζονται ως «απαραίτητα» ή «ουσιώδη», καθώς η δράση τους δεν μπορεί να αντικατασταθεί από άλλα θρεπτικά συστατικά των τροφίμων και επομένως πρέπει να λαμβάνονται σε επαρκείς ποσότητες μέσω των τροφίμων.

13 Ως απαραίτητα αμινοξέα χαρακτηρίζονται: βαλίνη, ισολευκίνη, λυσίνη, αργινίνη, μεθειονίνη, θρεονίνη, φαινυλαλανίνη, τρυπτοφάνη και ιστιδίνη. Η αργινίνη και η ιστιδίνη θεωρούνται απαραίτητα μόνο για τους αναπτυσσόμενους οργανισμούς.

14 Όταν στη διατροφή του ανθρώπου υπάρχει ανεπαρκής ποσότητα ή έλλειψη κάποιου αμινοξέος, προκαλούνται προβλήματα στην υγεία όπως διαταραχές στην ανάπτυξη, μεταβολές στο δέρμα και γενικές διαταραχές του πρωτεϊνικού και γενικού μεταβολισμού. Με βάση το πρότυπο των αμινοξέων μπορεί να εκτιμηθεί η βιολογική αξία (ή ποιότητα) μίας πρωτεΐνης ή ενός πρωτεϊνούχου τροφίμου που ουσιαστικά δηλώνει το κατά πόσον ο οργανισμός μπορεί να χρησιμοποιήσει τις πρωτεΐνες της διατροφής.

15 Περαιτέρω η βιολογική αξία μίας πρωτεΐνης ή ενός τροφίμου περιορίζεται από τα αμινοξέα εκείνα τα οποία περιέχονται σε ποσότητες μικρότερες από τα αντίστοιχα ελάχιστα απαιτούμενα όρια. Τα αμινοξέα αυτά ονομάζονται ελλείποντα ή περιοριστικά ουσιώδη αμινοξέα. Αξιολογώντας τις διάφορες πηγές τροφίμων από πρωτεϊνική άποψη, προκύπτει ότι οι ζωικές πρωτεΐνες έχουν καλές αναλογίες απαραίτητων αμινοξέων και συνεπώς υψηλή βιολογική αξία. Από την άλλη πλευρά οι φυτικές πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από χαμηλή βιολογική αξία λόγω ανεπάρκειας ουσιωδών απαραίτητων αμινοξέων, η βιολογική τους αξία όμως μπορεί να βελτιωθεί με εμπλουτισμό τους με τα αντίστοιχα ελλείποντα αμινοξέα μέσω συνδυασμού πρωτεϊνών ή τροφίμων.

16 Δομή πρωτεϊνών Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους στις πρωτεϊνικές αλυσίδες μέσω πεπτιδικών δεσμών. Ο χαρακτηριστικός πεπτιδικός δεσμός (CO-NH) σχηματίζεται από την καρβοξυλομάδα του ενός αμινοξέος με την αμινομάδα ενός άλλου αμινοξέος και με απομάκρυνση ενός μορίου νερού. Τα πεπτίδια ονομάζονται δι-, τρι- πεπτίδια κοκ. ανάλογα με τον αριθμό των αμινοξέων από τα οποία αποτελούνται. Ολιγοπεπτίδια ονομάζονται εκείνα που προέρχονται από ένωση έως 10 αμινοξέων, ενώ τα πολυπεπτίδια και οι πρωτεΐνες αποτελούνται από τη συνένωση 100 και πλέον αμινοξέων. Ο σκελετός των πρωτεϊνών συνήθως αποτελείται μόνο α- αμινοξέα ενωμένα με τους πεπτιδικούς δεσμούς, ενδιαφέρον παρουσιάζουν όμως τα αμινοξέα που παραμένουν στις άκρες της πεπτιδικής αλυσίδας, η Ν- ακραία ομάδα και η C- ακραία ομάδα

17 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ
Ανάπτυξη νέων κυττάρων (τρίχες και αίμα). «Επισκευή» κατεστραμμένων κυττάρων. Παραγωγή θερμότητας και ενέργειας (τελευταία πηγή για τον οργανισμό). Παραγωγή σημαντικών χημικών του σώματος όπως ένζυμα, ορμόνες και αντισώματα.

18 Έλλειψη Πρωτεϊνών Καθυστέρηση ανάπτυξης στα παιδιά.
Τα φθαρμένα κύτταρα δεν αντικαθίστανται. Δεν επουλώνονται οι πληγές. Δυσλειτουργία διαφόρων οργάνων λόγω της έλλειψης ορμονών/ενζύμων. Ευαισθησία σε ασθένειες λόγω της έλλειψης αντισωμάτων.

19 Ο προσδιορισμός ΜΒ των πρωτεϊνών γίνεται με φυσικές μεθόδους, όπως με ωσμωτική πίεση, υπερφυγοκέντρηση ή ιοντοεναλλακτικές ρητίνες. Τα πρωτεϊνικά μεγαλομόρια αποτελούνται από εκατοντάδες αμινοξέα και η συχνότητα εμφάνισης καθενός αμινοξέος βρίσκεται με ανάλυση των υδρολυμάτων των πρωτεϊνών. Παρόλα αυτά η σειρά και ο τρόπος σύνδεσης των αμινοξέων μπορούν να γίνουν γνωστά μόνο με μελέτη της δομής των πρωτεϊνών. H δομή μιας πρωτεΐνης καθορίζεται πλήρως από την πρωτοταγή, δευτεροταγή, τριτοταγή και τεταρτοταγή δομή. Η πρωτοταγής δομή (primary structure) αναφέρεται στη γραμμική αλληλουχία των αμινοξέων που απαρτίζουν την πρωτεΐνη. Η δομή αυτή καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες της πρωτεΐνης, καθώς και τη δευτεροταγή και την τριτοταγή δομή αυτής. Ενδεικτικά παρουσιάζεται παρακάτω η πρωτοταγής δομή της ριβονουκλεάσης. 

20 Η δευτεροταγής δομή (secondary structure), αναφέρεται στον τριδιάστατο τρόπο διάταξης των σχετικά γειτονικών τμημάτων της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Είναι η διάταξη που λαμβάνει στο χώρο η πολυπεπτιδική αλυσίδα γύρω από τον άξονα που σχηματίζεται από τον πεπτιδικό δεσμό. Λόγω του σημαντικού χαρακτήρα διπλού δεσμού (~40%) που παρoυσιάζει ο δεσμός C-H, ο πεπτιδικός δεσμός αντιστοιχεί σε επίπεδη διάταξη με τα άτομα H και Ο σε αντιπαράλληλες θέσεις, έτσι ώστε η αλυσίδα ενός πεπτιδίου να παρουσιάζει την ακόλουθη δομή: Η δομή μίας πρωτεΐνης στο χώρο δεν είναι τυχαία, όπως έχει αποδειχθεί με μελέτη ακτίνων Χ, αλλά παρουσιάζει μία επανάληψη, σε κανονικά διαστήματα, ορισμένων τμημάτων της πρωτεϊνικής αλυσίδας τα οποία καλούνται "περίοδοι ταυτότητας". Οι δευτεροταγείς δομές των πρωτεϊνών σταθεροποιούνται με ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου.

21 Οι κυριότερες μορφές δευτεροταγούς δομής είναι η α‑έλικα, το β‑πτυχωμένο φύλλο (παράλληλο ή αντιπαράλληλο), η τριπλή έλικα του κολλαγόνου και η δομή της τυχαίας σπείρας. i) Δομή α-έλικας (α-helix) ii) Δομή β-πτυχωμένου φύλλου (β-plated sheet)  iii) Δομή κολλαγόνου, υπερέλικα του κολλαγόνου (hyperhelix) iv) Δομή τυχαίας σπείρας (random coil) αποτελεί μία τυχαία σπείρα με μη οργανωμένη δομή.

22 Η τριτοταγής δομή (tertiary structure) αναφέρεται στην τριδιάστατη οργάνωση μεγάλων τμημάτων της πρωτεϊνικής αλύσου. Περιλαμβάνει τη διάταξη στο χώρο τμημάτων που διαθέτουν δευτεροταγή δομή όσο και τμημάτων που τέτοιας δομής. Προκύπτει από την αναδίπλωση των αλύσων του όλου συστήματος, οπότε σχηματίζονται οι ινώδεις πρωτεΐνες (fibrous) που περιλαμβάνουν κυρίως α-έλικες και οι σ νμξκιμ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,φαιροειδείς πρωτεΐνες (globular) που περιλαμβάνουν εν μέρει α-έλικες. Στην τριτοταγή δομή τα συνεστραμμένα τμήματα του πρωτεϊνικού μορίου συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου και κυρίως με ομοιοπολικούς δισουλφιδικούς δεσμούς που αυξάνουν σημαντικά τη σταθερότητα του μορίου.

23 Η τεταρτοταγής δομή (quaternary structure) αφορά τη διάταξη μεγάλων πολυπεπτιδικών αλυσίδων και είναι το αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων περισσότερων της μίας πολυπεπτιδικών αλυσίδων προς σχηματισμό σταθερότερων συνόλων. Το είδος των δεσμών και αλληλεπιδράσεων που λαμβάνουν μέρος στη διαμόρφωση της δευτεροταγούς, τριτοταγούς και τεταρτοταγούς δομής των πρωτεϊνών παρουσιάζονται παρακάτω. (Α) δεσμοί υδρογόνου (Β) αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου (C) υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις (D) δισουλφιδικοί δεσμοί (Ε) ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις

24 Ταξινόμηση πρωτεϊνών - Κατηγορίες πρωτεϊνών Η ταξινόμηση των πρωτεϊνών γίνεται μάλλον εμπειρικά και βασίζεται κυρίως σε εξωτερικά χαρακτηριστικά όπως η προέλευση, η διαλυτότητα ή η λειτουργικότητα. Με βάση τη δομή, οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τις απλές και τις σύνθετες ή συζευγμένες πρωτεΐνες ανάλογα με το αν περιέχουν στο μόριό τους μόνο αμινοξέα ή και άλλες ομάδες (προσθετικές ομάδες) (π.χ. λιπίδια, υδατάνθρακες, χρωστικές, βιταμίνες κ.α.). Οι απλές πρωτεΐνες ταξινομούνται ανάλογα με τη διαλυτότητά τους σε νερό, υδατικά διαλύματα αλάτων, οξέων ή βάσεων, ενώ οι σύνθετες με βάση τα χαρακτηριστικά της προσθετικής ομάδας. Άλλη κατηγορία πρωτεϊνών είναι οι σκελετικές.   

25 Επίσης οι πρωτεΐνες αυθαίρετα μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις βασικές κατηγορίες ανάλογα με τη λειτουργικότητά τους: α) δομικές, που περιλαμβάνουν κύρια τις σκελετικές πρωτεΐνες, β) πρωτεΐνες με βιολογική δράση, όπως τα ένζυμα, οι ορμόνες, διάφορες αποθεματικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες με τοξική δράση κ.ά. και γ) πρωτεΐνες των τροφίμων ή της διατροφής (Food proteins) οι οποίες δεν αποτελούν μία αυστηρά καθορισμένη ομάδα, καθότι περιλαμβάνουν και δομικές πρωτεΐνες ή πρωτεΐνες με βιολογική δράση. Έτσι χαρακτηρίζονται οι πρωτεΐνες εκείνες που είναι εύγευστες, μη τοξικές και οικονομικά διαθέσιμες πρωτεΐνες.

26 Απλές πρωτεΐνες Αλβουμίνες: είναι διαλυτές στο νερό, καθιζάνουν με εξαλάτωση με κορεσμό με (NH4)2SO4. Δεν περιέχουν γλυκίνη, αλλά είναι πλούσιες σε θειούχα αμινοξέα. Στην κατηγορία αυτή υπάγονται η γαλακτοαλβουμίνη, η ωοαλβουμίνη, η οροαλβουμίνη του ορού αίματος και οι φυτικές αλβουμίνες διαφόρων σπόρων. Μερικές φυτικές αλβουμίνες ενδέχεται να είναι δηλητηριώδεις όπως η ρισίνη του κίκεως (αδρανοποιείται με θέρμανση). Γλοβουλίνες: είναι αδιάλυτες σε νερό αλλά διαλυτές σε αραιά διαλύματα αλάτων, εμφανίζουν ελαφρά όξινη αντίδραση (λόγω περιεχομένων αμινοδικαρβοξυλικών οξέων), καθιζάνουν με οξίνιση ή με εξαλάτωση με (NH4)2SO4 και με υδρόλυση παρέχουν γλυκίνη. Είναι οι πιο διαδεδομένες απλές πρωτεΐνες και στην κατηγορία αυτή υπάγονται η γαλακτογλοβουλίνη, η ωογλοβουλίνη, η ορογλοβουλίνη, η μυοσίνη και αποθεματικές πρωτεΐνες φυτών.

27 Γλοιαδίνες (προλαμίνες): είναι αδιάλυτες σε νερό και καθαρή αλκοόλη, αλλά διαλύονται σε αλκοόλη 50-90°. Έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε προλίνη και γλουταμινικό οξύ. Απαντώνται κυρίως στο ενδοσπέρμιο των σιτηρών: γλοιαδίνη στο σιτάρι, χορδεΐνη στο κριθάρι και ζεΐνη στο καλαμπόκι. Γλουτελίνες: είναι αδιάλυτες στο νερό, διαλυτές σε αραιά διαλύματα οξέων και βάσεων και ουδέτερων αλάτων και εξαλατώνονται από αλκαλικά διαλύματα με (NH4)2SO4. Οι γλουτενίνες μαζί με τις γλοιαδίνες βρίσκονται στους κόκκους των σιτηρών, π.χ. στο σιτάρι τα μίγμα γλουτενίνης και γλοιαδίνης είναι η γνωστή πρωτεΐνη για τις αρτοποιητικές της ιδιότητες γλουτένη.

28 Ιστόνες: βρίσκονται στον πυρήνα όλων σχεδόν των κυττάρων του σώματος (σε μορφή νουκλεοπρωτεϊνών), δεν αδιαλυτοποιούνται με θέρμανση, σχηματίζουν όμως δυσδιάλυτες ενώσεις με άλλες πρωτεΐνες και όξινα λιπίδια. Πρωταμίνες: αποτελούνται από μικρό αριθμό αμινοξέων, περιέχουν σημαντική ποσότητα αργινίνης, αλλά δεν περιέχουν θειούχα και αρωματικά αμινοξέα. Μαζί με τις ιστόνες απαντώνται σε ζωικά προϊόντα όπως σε σπέρματα ψαριών. Σκληροπρωτεΐνες (σκελετικές πρωτεΐνες): ανευρίσκονται σε στερεή μορφή στους ζωικούς οργανισμούς και παρουσιάζοντας μεγάλη συνοχή και ανθεκτικότητα χρησιμεύουν ως μέσο στήριξής τους (όπως η κυτταρίνη στα φυτά). Οι κυριότερες από αυτές είναι: α) το κολλαγόνο, κύριο συστατικό των συνδετικών ιστών, χόνδρων και οστών το οποίο μετατρέπεται σε ζελατίνη με βρασμό σε ελαφρά όξινο διάλυμα, β) η ελαστίνη, βασικό συστατικό των ελαστικών ινών η οποία δεν δίνει ζελατίνη με βρασμό και γ) η κερατίνη, συστατικό της επιδερμίδας και των νυχιών, κεράτων, φτερών η οποία είναι πλούσια σε κυστίνη.

29 Σύνθετες πρωτεΐνες Γλυκοπρωτεΐνες: περιέχουν ως προσθετική ομάδα ετεροσακχαρίτες οι οποίοι ενώνονται με τις πρωτεΐνες με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα μοριακά τους βάρη που κυμαίνονται από Οι ετεροσακχαρίτες αποτελούν 4-70% του συνολικού μορίου και περιέχουν εξοζαμίνες και γαλακτόζη, μαννόζη, φυκόζη και σιαλικό οξύ. Απαντώνται στα βλεννώδη εκκρίματα των θηλαστικών, δρώντας ως λιπαντικοί παράγοντες των σωματικών ιστών. Λιποπρωτεΐνες: περιέχουν ως προσθετική ομάδα λιπίδια κυρίως τριγλυκερίδια, φωσφολιπίδια και χοληστερόλη. Απαντώνται στα κύτταρα και τον ορό αίματος και χρησιμεύουν ως μεταφορείς λιπιδίων στο αίμα και ως συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών. Ανάλογα με την πυκνότητά τους ταξινομούνται σε υψηλής πυκνότητας (), χαμηλής πυκνότητας (συνδέεται με τη χοληστερόλη) και πολύ χαμηλής πυκνότητας - όσο μικρότερη είναι η πυκνότητα της λιποπρωτεΐνης τόσο μεγαλύτερη είναι η περιεχόμενη ποσότητα λιπιδίων.

30 Νουκλεοπρωτεΐνες: περιέχουν ως προσθετική ομάδα νουκλεϊκά οξέα τα οποία έχουν ισχυρά όξινο χαρακτήρα (λόγω του περιεχόμενου φωσφορικού οξέος) και αποτελούν ένα από τα κύρια συστατικά του πυρήνα των ζωικών και φυτικών κυττάρων. Φωσφοροπρωτεΐνες: περιέχουν ως προσθετική ομάδα το ορθοφωσφορικό οξύ, είναι αδιάλυτες στο νερό, αλλά διαλυτές σε αραιά αλκάλια και αμμωνία. Κυριότερος εκπρόσωπος είναι η καζεΐνη η οποία είναι η κυριότερη πρωτεΐνη του γάλακτος (80% του συνόλου των πρωτεϊνών). Στο γάλα η καζεΐνη βρίσκεται σε μορφή κολλοειδούς καζεϊνικού διαλύματος και κατά την οξίνιση του γάλακτος αποχωρίζεται το ασβέστιο και σε ορισμένη τιμή pΗ καθιζάνει ως ελεύθερη καζεΐνη (κατά την οξυγαλακτική πήξη του γιαουρτιού), ενώ με την επίδραση της πυτιάς μετατρέπεται σε αδιάλυτο παρακαζεϊνικό ασβέστιο (κατά την πήξη του τυριού).

31 Χρωμοπρωτεΐνες: περιέχουν ως προσθετική ομάδα μία μικρού μοριακού βάρους ομάδα παρόμοια με τις φυσικές χρωστικές οι οποίες περιέχουν συνήθως κάποιο μέταλλο (σίδηρο, μαγνήσιο). Συνήθως η πρωτεΐνη είναι γλοβουλίνη ενώ οι φυσικές χρωστικές μπορεί να είναι παράγωγα της πορφυρίνης (αίμη, χλωροφύλλη) ή λιποδιαλυτά καροτινοειδή. Από τις χρωμοπρωτεΐνες με χρωστική προρφυρίνης είναι η αιμοσφαιρίνη, η μυοσφαιρίνη και η χλωροπλαστίνη. Επίσης συνήθης χρωμοπρωτεΐνη περιέχουσα 20% σίδηρο είναι η φεριτίνη (μεταλλοπρωτεΐνη) η οποία απαντάται στο ήπαρ και το σπλήνα και αποτελεί αποθεματική πηγή σιδήρου του οργανισμού.

32 Μετουσίωση πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνες που υπάρχουν στους ιστούς των ζωντανών οργανισμών, είτε βρίσκονται μέσα στα κύτταρα είτε στα υγρά τους, βρίσκονται σε φυσική (native) κατάσταση. Τα πρωτεϊνικά μόρια είναι ευπαθή (ευαίσθητα) και πολλοί παράγοντες ή συνθήκες, όπως η θερμοκρασία, ισχυρά χημικά μέσα ή ένζυμα, μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές (μικρές ή μεγάλες) στη δομή και τη διαμόρφωσή τους (ξεδίπλωμα πρωτεϊνικού μορίου). Το φαινόμενο καλείται "μετουσίωση" (denaturation) και έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή των ιδιοτήτων των πρωτεϊνών. Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη μετουσίωση επέρχονται μεταβολές στη δευτεροταγή, τριτοταγή και τεταρτοταγή δομή των πρωτεϊνών, όχι όμως και στην πρωτοταγή, δηλαδή δεν διασπώνται οι πεπτιδικοί δεσμοί των πρωτεϊνικών αλυσίδων. Η καλά οργανωμένη δομή της φυσικής πρωτεΐνης αλλάζει με τη μετουσίωση προς μία μορφή ανοργάνωτη και καθαρά τυχαία. Όσο η παραμόρφωση αυτή γίνεται μεγαλύτερη τόσο λιγότερο αντιστρεπτή είναι η μετουσίωση. Συνήθως η μετουσίωση είναι πρακτικά αναντίστρεπτη, αλλά με εξαιρετικά ήπιες συνθήκες μπορεί να γίνει και αντιστρεπτή μετουσίωση - πρακτικά αναντίστρεπτη σημαίνει ότι η αντίστροφη πορεία (renaturation) είναι πολύ πιο βραδεία.

33 Ο σπουδαιότερος παράγοντας που προκαλεί μετουσίωση των πρωτεϊνών είναι η θέρμανση. Ο ρυθμός μετουσίωσης εξαρτάται από τη θερμοκρασία και αυξάνεται κατά 600 φορές για αύξηση θερμοκρασίας 10°C, λόγω της χαμηλής ενέργειας των αλληλεπιδράσεων που σταθεροποιούν τις δομές των πρωτεϊνών. Η ευαισθησία των πρωτεϊνών στη μετουσίωση λόγω θέρμανσης εξαρτάται από παράγοντες όπως: η φύση της πρωτεΐνης, η συγκέντρωσή της, η ενεργότητα του νερού, το pH, η ιοντική ισχύς και το είδος των υπαρχόντων ιόντων.

34 Άλλοι παράγοντες που προκαλούν μετουσίωση των πρωτεϊνών είναι:
η ψύξη, η μηχανική καταπόνηση (άλεση ή επίδραση υπερήχων), η υδροστατική πίεση (>50-60 kPa), η υπεριώδης ακτινοβολία (δόσεις >1 Mrad), η έκθεση σε ακραίες (πολύ υψηλές ή χαμηλές) τιμές pH, απορρόφηση σε διεπιφάνειες μεταξύ νερού και αερίου, μη υδατικού διαλύτη ή στερεού, τα αλκάλια, τα στοιχεία μετάπτωσης, οργανικοί διαλύτες, πυκνά υδατικά διαλύματα (4-8 Μ) οργανικών ενώσεων (ουρίας και αλάτων γουανιδίνης), και επιφανειακά ενεργές ενώσεις ή αναγωγικές ουσίες (ασκορβικό οξύ, β‑μερκαπτοαιθανόλη κ.α.) που ανάγουν τους δισουλφιδικούς δεσμούς και τροποποιούν την πρωτεϊνική διαμόρφωση.

35 1.3.6 Θρεπτικότητα πρωτεϊνών
Η "ποιότητα" ή η "αξία" μιας πρωτεΐνης εξαρτάται από το είδος και τις ποσότητες των απαραίτητων αμινοξέων που περιέχει. Πρωτεΐνες υψηλής ποιότητας ή ισορροπημένες πρωτεΐνες λέγονται αυτές που περιέχουν απαραίτητα αμινοξέα σε αναλογίες που αντιστοιχούν στις ανάγκες του οργανισμού. Για την εκτίμηση της ποιότητας των πρωτεϊνών χρησιμοποιούνται δείκτες οι οποίοι προσδιορίζονται με βιολογικές μεθόδους.

36 Οι πρωτεΐνες των τροφίμων και η θρεπτικότητά τους
Τα τρόφιμα της διατροφής περιέχουν διαφορετικές ποσότητες πρωτεϊνών αλλά και διαφορετικής ποιότητας πρωτεΐνες. Ειδικότερα, για τα κυριότερα τρόφιμα ζωικής και φυτικής προέλευσης αναφέρονται: α) Ζωικής προέλευσης τρόφιμα Κρέας: Το κρέας των ζώων που χρησιμοποιούνται στη διατροφή αποτελείται από σκελετικούς μύες οι οποίοι (χωρίς λίπος) περιέχουν 18-20% πρωτεΐνες σε υγρή βάση. Το κρέας της αγελάδας, του αρνιού και του χοίρου χαρακτηρίζεται ως «κόκκινο κρέας», ενώ των πουλερικών ως «λευκό κρέας».

37 Γάλα: Το αγελαδινό γάλα περιέχει 3-4% πρωτεΐνες οι οποίες αποτελούνται κατά 80% από το κλάσμα της καζεΐνης που είναι φωσφοροπρωτεΐνη και το κλάσμα των πρωτεϊνών του ορού (γαλακτοαλβουμίνες και γαλακτογλοβουλίνες). Κατά την οξυγαλακτική ζύμωση του γάλακτος με γαλακτικά βακτήρια, το γάλα οξινίζεται λόγω του παραγόμενου γαλακτικού οξέος από τη ζύμωση της λακτόζης, και η καζεΐνη καταβυθίζεται στο pI της ( ) σχηματίζοντας πήγμα - η δράση αυτή λαμβάνει χώρα κατά την παραγωγική διαδικασία του γιαουρτιού. Η πήξη του γάλακτος κατά την παρασκευή του τυριού γίνεται με τη βοήθεια ενζύμου ρενίνης, οπότε η μεν καζεΐνη μετατρέπεται σε παρακαζεϊνικό ασβέστιο, ενώ οι άλλες δύο πρωτεΐνες διαχωρίζονται με τον αποβαλλόμενο ορό.

38 Αυγά: Το αυγό της όρνιθας αποτελείται από 11% φλοιό, 31% κρόκο και 58% λευκό (ή επί του ρευστού εδώδιμου μέρους 35% κρόκο και 65% λευκό). Το λευκό ή λέκηθος αποτελείται από ωοαλβουμίνη που είναι φωσφοροπρωτεΐνη, κοναλβουμίνη, ωομυκοειδές που δρα ως αντιένζυμο της τρυψίνης, γλοβουλίνες με κυριότερη τη λυσοζύμη που έχει αντιβιοτική δράση και ωομυκίνη. Ο κρόκος περιέχει δύο λιποπρωτεΐνες, τη βιττελίνη και λιποβιτελλενίνη, και υδατοδιαλυτές λιβετίνες.

39 Ψάρια: Τα ψάρια περιέχουν 40-60% εδώδιμη σάρκα η οποία έχει περιεκτικότητα 10-20% σε πρωτεΐνες για τα περισσότερα κοινά είδη ψαριών. Οι πρωτεΐνες των ψαριών παρουσιάζουν ομοιότητες με τις αντίστοιχες των σκελετικών μυών των θηλαστικών, αλλά δεν είναι τόσο σταθερές και υπόκεινται εύκολα σε αλλοιώσεις (μετουσίωση). Οι ζωικές πρωτεΐνες θεωρούνται υψηλότερης ποιότητας από τις φυτικές λόγω της περιεκτικότητάς τους σε απαραίτητα αμινοξέα. Εν τούτοις η συχνή κατανάλωση κόκκινου κρέατος πρέπει να αποφεύγεται καθώς με τις πρωτεΐνες προσλαμβάνεται και ζωικό λίπος (με μεγάλη περιεκτικότητα σε κορεσμένα λιπαρά και χοληστερόλη), ενώ από την άλλη πλευρά συστήνεται η κατανάλωση λευκού κρέατος ή ψαριών.

40 β) Φυτικής προέλευσης τρόφιμα
Λαχανικά: Τα νωπά λαχανικά περιέχουν μικρή ποσότητα πρωτεϊνών, ειδικότερα για τα κυριότερα λαχανικά έχουν κατά μέσο όρο περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες: τα καρότα 1%, οι πατάτες και τα σπαράγγια 2% και το μπιζέλι 6.5%.

41 Δημητριακά: Οι ξηροί σπόροι δημητριακών περιέχουν ποικίλλουσα περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες 6-20%.
Κατά την άλεση των σπόρων το ενδοσπέρμιο από το φύτρο και το φλοιό και λαμβάνεται το άλευρο με κονιοποίηση αυτού. Το φύτρο περιέχει αλβουμίνες και γλοβουλίνες,. Οι κυριότερες πρωτεΐνες του σιταριού και του καλαμποκιού είναι γλουτελίνες και προλαμίνες, ενώ οι πρωτεΐνες της βρώμης και του ρυζιού έχουν χαμηλή συγκέντρωση σε προλαμίνες. Οι πρωτεΐνες του ενδοσπέρμιου του σιταριού είναι η γλοιαδίνη (προλαμίνη) και η γλουτενίνη οι οποίες βρίσκονται σε αναλογία 1:1 και ονομάζονται «γλουτένη».

42 Σπόροι: Οι σπόροι περιέχουν πρωτεΐνες σε περιεκτικότητες μεγαλύτερες από 15%, και από αυτούς εκείνοι που χρησιμοποιούνται στη διατροφή είναι: η σόγια, τα μπιζέλια, τα φασόλια και οι ελαιούχοι σπόροι (βαμβακόσπορος, ηλιόσπορος, σησάμι). Σε πολλούς σπόρους μπορεί να περιέχονται αντιθρεπτικοί παράγοντες (π.χ. στη σόγια αναστολείς τρυψίνης, αιματογλουτινίνες, σαπωνίνες) οι οποίοι καταστρέφονται ή αδρανοποιούνται με κατάλληλη θερμική κατεργασία αυξάνοντας τη θρεπτική τους αξία. Από τους ελαιούχους σπόρους είναι δυνατόν με κατάλληλες τεχνικές να παραλαμβάνονται πρωτεϊνικά προϊόντα (πρωτεϊνικά άλευρα, συμπυκνώματα ή υπερσυμπυκνώματα) για εδώδιμη χρήση.

43 Οι πρωτεΐνες αποδίδουν στον οργανισμό χρησιμοποιήσιμη ενέργεια 4 kcal/g. Οι ημερήσιες ανάγκες του οργανισμού σε πρωτεΐνες είναι 1 g/kg σωματικού βάρους. Οι δίαιτες πρέπει να περιλαμβάνουν 12-15% πρωτεΐνες και πρέπει η λαμβανόμενη ποσότητα πάντα να είναι μεγαλύτερη από τη φυσιολογικά ελάχιστη πρωτεΐνη. Επίσης πρέπει να περιλαμβάνονται στη διατροφή ζωικά τρόφιμα περισσότερα από 30% ή συνολικά 35% περίπου απαραίτητα αμινοξέα. Οι πρωτεΐνες πρέπει να χρησιμοποιούνται από τον οργανισμό για θρεπτικούς σκοπούς και όχι για παραγωγή ενέργειας (οικονομία σε πρωτεΐνες). Τα διάφορα τρόφιμα εκτιμούνται από πρωτεϊνική άποψη με βάση το πρωτεϊνικό τους περιεχόμενο και την ποιότητα των πρωτεϊνών τους

44 Μεταβολές των πρωτεϊνών κατά την επεξεργασία των τροφίμων
Από όλες τις βασικές επεξεργασίες των τροφίμων, η θερμική κατεργασία έχει τις σημαντικότερες επιπτώσεις στην ποιότητα των πρωτεϊνών. Ανάλογα με την ένταση της θερμικής κατεργασίας μπορεί να καταλήξουν επιβλαβείς για την ποιότητα των τροφίμων και ειδικά των πρωτεϊνών. Έτσι αύξηση της θερμοκρασίας και του χρόνου της θερμικής κατεργασίας έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη επίπτωση στην ποιότητα των πρωτεϊνών τόσο ως προς τη θρεπτικότητα όσο και ως προς τη λειτουργικότητα.

45 Κατά την εφαρμογή χαμηλών θερμοκρασιών για τη συντήρηση των τροφίμων π
Κατά την εφαρμογή χαμηλών θερμοκρασιών για τη συντήρηση των τροφίμων π.χ. με ψύξη ή με κατάψυξη καθυστερεί ή παρεμποδίζεται η αλλοίωση των πρωτεϊνών, ενώ επιβραδύνονται παράλληλα και οι μικροβιακές αλλοιώσεις, η ενζυμική δραστικότητα και οι χημικές αντιδράσεις. Κατά τη συντήρηση σε ψύξη (περίπου στους 0°C) οι πρωτεΐνες διατηρούνται σταθερές, αν και μπορεί να συμβεί μεταβολή τους σε περίπτωση που υπάρχει ανάπτυξη ψυχρόφιλων μικροοργανισμών. Στην κατάψυξη (περίπου -18°C) πρακτικά οι πρωτεΐνες παραμένουν αναλλοίωτες. Κατά την ξήρανση των τροφίμων όπου με απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους του νερού του τροφίμου επιτυγχάνεται συντήρησή του, μπορεί να συμβεί μεταβολή στις πρωτεΐνες εξαρτώμενη από τη μέθοδο ξήρανσης και ειδικότερα από τη θερμοκρασία ξήρανσης, τη διάρκεια και την επίδραση ατμοσφαιρικού αέρα.