Proteinele reprezintă aproximativ 20% din corpul uman și sunt prezente în fiecare celulă. Cuvântul proteină este un cuvânt grecesc, care înseamnă „de maximă importanță”. Proteinele sunt numite caii de lucru ai vieții, deoarece oferă corpului structură și îndeplinesc o gamă largă de funcții. Poți să stai în picioare, să mergi, să alergi, să patinezi, să înoți și multe altele datorită mușchilor tăi bogați în proteine. Proteinele sunt necesare pentru buna funcționare a sistemului imunitar, digestie și creșterea părului și a unghiilor și este implicată în numeroase alte funcții ale corpului. De fapt, se estimează că există mai mult de o sută de mii de proteine diferite în corpul uman. În acest capitol veți afla despre componentele proteinelor, rolurile importante pe care proteina le servește în organism, modul în care organismul folosește proteinele, riscurile și consecințele asociate cu prea multă sau prea puțină proteină și unde să găsiți surse sănătoase ale acesteia dieta ta.
Ce este proteina?
Proteinele, pur și simplu, sunt macromolecule compuse din aminoacizi. Aminoacizii sunt numiți în mod obișnuit elementele constitutive ale proteinelor. Proteinele sunt cruciale pentru hrănirea, reînnoirea și continuarea vieții. Proteinele conțin elementele carbon, hidrogen și oxigen la fel ca carbohidrații și lipidele, dar proteinele sunt singurul macronutrienți care conține azot. În fiecare aminoacid elementele sunt dispuse într-o conformație specifică în jurul unui centru de carbon. Fiecare aminoacid este format dintr-un atom central de carbon conectat la un lanț lateral, un hidrogen, o grupare amino care conține azot și o grupă de acid carboxilic - de unde și denumirea de „aminoacid”. Aminoacizii diferă între ei prin care lanțul lateral specific este legat de centrul carbonului.
Figura 6.1 Structura aminoacizilor
Aminoacizii conțin patru elemente. Dispunerea elementelor în jurul centrului de carbon este aceeași pentru toți aminoacizii. Numai lanțul lateral (R) diferă.
Totul este în lanțul lateral
Lanțul lateral al unui aminoacid, uneori denumit grupul „R”, poate fi la fel de simplu ca un hidrogen legat de centrul carbonului sau la fel de complex ca un inel cu șase carbonuri legat de centrul carbonului. Deși fiecare lanț lateral al celor douăzeci de aminoacizi este unic, există unele asemănări chimice printre ele. Prin urmare, ele pot fi clasificate în patru grupuri diferite. Acestea sunt nepolare, polare, acide și bazice.
Figura 6.2 Diferitele grupe de aminoacizi
Aminoacizii sunt clasificați în patru grupe. Acestea sunt nepolare, polare, acide și bazice.
Aminoacizi esențiali și neesențiali
Aminoacizii sunt clasificați în continuare pe baza aspectelor nutriționale. Amintiți-vă că există douăzeci de aminoacizi diferiți și le solicităm pe toți să producă numeroasele proteine diferite găsite în corp. Unsprezece dintre aceștia sunt numiți aminoacizi neesențiali, deoarece organismul le poate sintetiza. Cu toate acestea, nouă dintre aminoacizi sunt numiți aminoacizi esențiali, deoarece nu îi putem sintetiza deloc sau în cantități suficiente. Acestea trebuie obținute din dietă. Uneori, în timpul copilăriei, în creștere și în stări de boală, corpul nu poate sintetiza suficient din unii dintre aminoacizii neesențiali și mai mulți dintre aceștia sunt necesari în dietă. Aceste tipuri de aminoacizi sunt numiți aminoacizi esențiali condiționat. Valoarea nutrițională a unei proteine depinde de ce aminoacizi conține și în ce cantități.
Tabelul 6.1 Aminoacizi esențiali și neesențiali
| Esenţial | Neesențial |
| Histidină | Alanină |
| Isoleucina | Arginină * |
| Leucina | Asparagine |
| Lizină | Acid aspartic |
| Metionină | Cisteină * |
| Fenilalanină | Acid glutamic |
| Treonina | Glutamina * |
| Triptofan | Glicină * |
| Valine | Proline * |
| Serine | |
| Tirozină * | |
| * Condițional esențial |
Multe tipuri diferite de proteine
Figura 6.3 Formarea polipeptidelor
Imagine de Allison Calabrese/CC BY 4.0
Construirea de proteine cu aminoacizi
Construirea unei proteine constă dintr-o serie complexă de reacții chimice care pot fi rezumate în trei etape de bază: transcriere, traducere și plierea proteinelor. Primul pas în construirea unei proteine este transcrierea (copierea) informațiilor genetice din acidul dezoxiribonucleic bicatenar (ADN) în acidul ribonucleic macromoleculă mesager monocatenar (ARN). ARN este similar chimic cu ADN-ul, dar are două diferențe; una este că coloana vertebrală utilizează zahăr riboză și nu dezoxiriboză; și două, conține nucleotidul uracil de bază și nu timidina. ARN-ul care este transcris dintr-o anumită bucată de ADN conține aceleași informații ca acel ADN, dar este acum într-o formă care poate fi citită de producătorul de proteine celulare cunoscut sub numele de ribozom. Apoi, ARN-ul instruiește celulele să adune toți aminoacizii necesari și să le adauge la lanțul proteic în creștere într-o ordine foarte specifică. Acest proces este denumit traducere. Decodarea informațiilor genetice pentru sintetizarea unei proteine este fundamentul central al biologiei moderne.
Figura 6.4 Pași pentru construirea unei proteine
Construirea unei proteine implică trei pași: transcriere, traducere și pliere. În timpul translației, fiecare aminoacid este conectat la următorul aminoacid printr-o legătură chimică specială numită legătură peptidică. Legătura peptidică se formează între grupul de acid carboxilic al unui aminoacid și grupul amino al altuia, eliberând o moleculă de apă. Al treilea pas în producția de proteine implică plierea acesteia în forma corectă. Secvențele specifice de aminoacizi conțin toate informațiile necesare pentru a se plia spontan într-o anumită formă. O modificare a secvenței de aminoacizi va determina o modificare a formei proteinelor. Fiecare proteină din corpul uman diferă în secvența sa de aminoacizi și, în consecință, în forma sa. Proteina nou sintetizată este structurată pentru a îndeplini o anumită funcție într-o celulă. O proteină făcută cu un aminoacid plasat incorect poate să nu funcționeze corect și uneori aceasta poate provoca boli.
Organizarea proteinelor
Structura proteinelor îi permite să îndeplinească o varietate de funcții. Proteinele sunt similare cu carbohidrații și lipidele în sensul că sunt polimeri ai unor unități simple care se repetă; cu toate acestea, proteinele sunt mult mai complexe din punct de vedere structural. Spre deosebire de carbohidrați, care au unități repetate identice, proteinele sunt formate din aminoacizi diferiți unul de celălalt. Mai mult, o proteină este organizată în patru niveluri structurale diferite.
Primar: Primul nivel este secvența unidimensională de aminoacizi care sunt ținuți împreună prin legături peptidice. Carbohidrații și lipidele sunt, de asemenea, secvențe unidimensionale ale monomerilor lor respectivi, care pot fi ramificate, înfășurate, fibroase sau globulare, dar conformația lor este mult mai aleatorie și nu este organizată de secvența lor de monomeri.
Secundar: Al doilea nivel al structurii proteinei este dependent de interacțiunile chimice dintre aminoacizi, care determină proteina să se plieze într-o formă specifică, cum ar fi o spirală (cum ar fi un arc spiralat) sau o foaie.
Terţiar: Al treilea nivel al structurii proteinelor este tridimensional. Deoarece diferitele lanțuri laterale ale aminoacizilor interacționează chimic, ele fie se resping, fie se atrag reciproc, rezultând structura pliată. Astfel, secvența specifică de aminoacizi dintr-o proteină îndreaptă proteina să se plieze într-o formă specifică, organizată.
Cuaternar: Al patrulea nivel de structură este atins atunci când fragmentele de proteine numite peptide se combină pentru a produce o proteină funcțională mai mare. Hemoglobina proteică este un exemplu de proteină care are o structură cuaternară. Este compus din patru peptide care se leagă între ele pentru a forma un purtător funcțional de oxigen.
Structura unei proteine influențează și calitatea sa nutrițională. Structurile proteice fibroase mari sunt mai greu de digerat decât proteinele mai mici și unele, cum ar fi cheratina, sunt indigestibile. Deoarece digestia unor proteine fibroase este incompletă, nu toți aminoacizii sunt absorbiți și disponibili pentru utilizarea organismului, scăzând astfel valoarea nutritivă a acestora.
Figura 6.5 Cele patru niveluri structurale ale proteinelor
Imagine de OpenStax/CC BY 4.0
Licență
Definirea proteinelor de către Universitatea din Hawaii la Mānoa Programul de știință alimentară și nutriție umană este licențiată sub o licență internațională Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International, cu excepția cazului în care se menționează altfel.