BÍLKOVINY Bc. Michaela Příhodová Výživa člověka ◦ makroživiny (hlavní živiny) − bílkoviny, tuky, sacharidy ◦ mikroživiny − vitaminy, minerální látky, stopové prvky ◦ voda ◦ hlavní živiny ◦ významný zdroj energie, získaná štěpením ◦ přijímáme je množství až několika stovek gramů Hlavní živiny TUKY 9 kcal (37 kJ) 30 % BÍLKOVINY 4 kcal (17 kJ) 10−15 % SACHARIDY 4 kcal (17 kJ) 55−60 % etanol = 7 kcal (29 kJ) hmotnostní poměr B:T:S = 1:1:4 Bílkoviny ◦ řetězce aminokyselin ◦ AK = karboxylové kyseliny s primární aminoskupinou (-NH2) navázanou na α-uhlík (výjimka − prolin − sekundární aminoskupina (-NH-) součástí pyrolidinového kruhu) ◦ jednotlivé AK spojeny peptidovými vazbami (-CO-NH-) ◦ bílkovina − téměř vždy více než 50 AK ◦ řada funkcí v těle ◦ základní složka všech buněčných struktur (aktin, kolagen,…) ◦ zásadní funkce v metabolismu (enzymy, transportní proteiny,…) ◦ udržování onkotického tlaku ◦ pufrační systém ◦ ochrana organismu (imunoglobuliny) Struktura bílkovin ◦ primární − pořadí AK v řetězci proteinu ◦ sekundární − prostorové uspořádání hlavního peptidového řetězce, vznik H můstků mezi skupinami peptidové vazby (nepřihlíží se k uspořádání postranních řetězců) ◦ α-helix − šroubovice ◦ β-skládaný list − hřebenovitá struktura ◦ terciární − prostorové uspořádání všech atomů proteinu (včetně postranních řetězců) ◦ kvartérní − molekuly proteinů složené z několika nezávislých polypeptidových řetězců (podjednotek) Struktura bílkovin https://byjus.com/chemistry/protein-structure-and-levels-of-protein/ Klasifikace bílkovin ◦ globulární − většinou rozpustné ve vodě ◦ hemoglobin, myoglobin, albumin, imunoglobuliny ◦ fibrilární (vláknité) − vlákna (fibrily), většinou nerozpustné ve vodě ◦ keratin, kolagen, elastin, aktin, myozin ◦ membránové − složka membrán (stabilizace, biologické funkce: transport látek, přenos signálu, vazba antigenů,…) ◦ glukosové transportéry, acetylcholinový receptor, Na+/K+ ATPasa Aminokyseliny ◦ esenciálních (nezbytné, tělo si je neumí vyrobit) = leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin, fenylalanin, tryptofan, treonin, histidin ◦ semiesenciální = histidin, arginin, tyrosin − patologické situace → některé neesenciální AK se nemohou dobře syntetizovat, stávají se podmíněně esenciálními (tyrozin při fenylketonurii) ◦ neesenciální = glycin, kys. glutamová, glutamin, serin, alanin, tyrosin, cystein, prolin, hydroxyprolin, kys. asparagová, asparagin ◦ 20 základních aminokyselin Esenciální aminokyseliny leucin, isoleucin, valin ◦ rozvětvené AK (BCAA = branched chain amino acids) ◦ sportovní výživa (nejčastější doplněk stravy) ◦ esenciální aminokyseliny ◦ 35% svalových bílkovin tvoří AK s rozvětveným řetězcem → novotvorba svalové tkáně ◦ málo vychytávány z krevního řečiště, metabolismus mimo játra → pokračují krví až k periferiím (svaly a mozek) ◦ ideální zdroj pro výstavbu nové svalové tkáně a regeneraci stávající Esenciální aminokyseliny ◦ methionin − sirná AK, donor methylu (CH3-) v biochemických reakcích ◦ fenylalanin − aromatická AK, přeměna na tyrosin, onemocnění fenylketonurie ◦ tryptofan − aromatická AK, prekurzor serotoninu, melatoninu ◦ histidin − vznik histaminu (mediátor zánětu) ◦ lysin ◦ treonin Které AK jsou esenciální? ◦ leucin, glycin, kys. glutamová, isoleucin, glutamin, alanin, valin, lysin, tyrozin, cystein, prolin, methionin, hydroxyprolin, fenylalanin, kys. asparagová, asparagin, tryptofan, treonin, histidin Které AK jsou esenciální? ◦ leucin, glycin, kys. glutamová, isoleucin, glutamin, alanin, valin, lysin, tyrozin, cystein, prolin, methionin, hydroxyprolin, fenylalanin, kys. asparagová, asparagin, tryptofan, treonin, histidin Opakování ◦ Co patří mezi makroživiny? ◦ Co patří mezi mikroživiny? ◦ Jaké funkce mají bílkoviny v těle? ◦ Jakou rozlišujeme strukturu bílkovin? ◦ Jaké máme esenciální aminokyseliny? Opakování ◦ Co patří mezi makroživiny? ◦ bílkoviny, tuky, sacharidy ◦ Co patří mezi mikroživiny? ◦ vitaminy, minerální látky, stopové prvky ◦ Jaké funkce mají bílkoviny v těle? ◦ základní složka všech buněčných struktur, zásadní funkce v metabolismu, udržování onkotického tlaku, pufrační systém, ochrana organismu ◦ Jakou rozlišujeme strukturu bílkovin? ◦ primární, sekundární, terciární, kvartérní ◦ Jaké máme esenciální aminokyseliny? ◦ leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin, fenylalanin, tryptofan, treonin, histidin Trávení a vstřebávání ◦ organismus neumí B využít v přijaté formě – nejprve trávení – rozložení B na AK působením enzymů (proteasy) ◦ proteolýza ◦ žaludeční šťávy (pepsin, HCl) ◦ pankreatické šťávy (trypsin, chymotrypsin, elastasa, karboxypeptidasa) ◦ tenké střevo (aminopeptidasy) ◦ vstřebání v tenkém střevě Dusíková bilance ◦ bílkoviny – hlavní zdroj dusíku (N) ◦ N tvoří 12-18 % tělesné hmotnosti člověka (výstavba a obnova tkání) ◦ N vylučován močí (močovina) ◦ dusíková bilance = množství N přijatého do organismu potravou − množství N vyloučeného ◦ N přijatý potravou → proteiny v průměru 16 % N → přijaté proteiny (g) * 0,16 (g/24 hod) ◦ N vyloučený močí → množství vyloučené močoviny (močovina 84 % vyloučeného N) → koncentrace močoviny (mmol/l) * diuréza (l) ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝟖𝟒 * 0,028 + 1 (+1 = ztráty stolicí a potem, 0,028 = 1 mmol močoviny obsahuje 0,028 g N) ◦ vyrovnaná − přijatý N = vyloučený N (zdravý dospělý) ◦ pozitivní − přijatý N > vyloučený N (růst, rekonvalescence) ◦ negativní − přijatý N < vyloučený N (nežádoucí − B zdroj E − infekce, úrazy, popáleniny, operace, hladovění,…) Bílkoviny ◦ živočišné − maso (včetně ryb), mléko, vejce (lépe odpovídají potřebám našeho organismu) ◦ rostlinné – obiloviny, luštěniny ◦ optimální poměr 1:1 Z výživového hlediska ◦ plnohodnotné – mléčné a vaječné B (všechny E AK v množství potřebném pro člověka) ◦ téměř plnohodnotné – svalová bílkovina (některé E AK jsou mírně nedostatkové) ◦ neplnohodnotné – rostlinné B (některé E AK jsou nedostatečně zastoupeny) = gluten ◦ bílkovinná část obilného zrna (vnitřní část obilky) některých obilovin  pšenice a její kultivary, žito, žitovec, ječmen, oves ◦ směs ve vodě nerozpustných proteinů ◦ gluteniny + prolaminy (40 – 50 %) – odlišná toxicita Lepek (rostlinné bílkoviny) Lepek ◦ Prolaminy – zodpovědné za rozvoj celiakie ◦ gliadiny (pšenice) ◦ hordeiny (žito) ◦ sekaliny (ječmen) ◦ aveniny (oves) – obsahují středně vysoký obsah glutaminu a nízký obsah prolinu ◦ Z pohledu celiakie jsou významné tzv. toxické sekvence AMK ◦ prolin-serin-prolin-glutamin ◦ glutamin-glutamin-glutamin-prolin obsahují vysoké množství glutaminu a prolinu Autoimunitní onemocnění − celiakie ◦ celoživotní onemocnění ◦ onemocnění vyvolané konzumací lepku u predisponovaných jedinců ◦ přítomnost specifických protilátek (proti tkáňové transglutamináze typu 2, endomyziu, deaminovaným gliadinovým peptidům) ◦ zánět sliznice tenkého střeva → atrofii klků nebo hyperplazii krypt (snížená schopnost trávení a vstřebávání živin) ◦ léčba − celoživotně přísná bezlepková dieta Kvalita bílkovin ◦ dána zastoupením všech 9 E AK, vhodný poměr, stravitelnost ◦ skutečná stravitelnost − relativní množství N absorbovaného z potravy k přijatému N ◦ biologická hodnota − relativní množství N pro syntézu proteinů z absorbovaného N ◦ čistá využitelnost bílkovin − skutečná stravitelnost * biologická hodnota ◦ aminokyselinové skóre vztažené na stravitelnost proteinů − množství limitující AK v testované bílkovině vzhledem ke stejné AK v referenční bílkovině (= PDCAAS = protein digestibility-corrected amino acid score) Limitující AK = esenciální aminokyselina, které je v proteinu nejméně vzhledem k jejímu zastoupení v referenčním proteinu ◦ referenční protein − idealizovaný protein, obsah všech esenciálních AK, vaječný bílek, proteiny kravského mléka ◦ obiloviny – lysin, luštěniny – methionin Seminář biochemie Výživová doporučení (DACH) Výživová doporučení dle DACH Výživová doporučení (EFSA) https://www.efsa.europa.eu/en/press/news/120209 ◦ dospělí − 0,83 g/kg tělesné hmotnosti ◦ kojenci, děti, adolescenti − 0,83−1,31 g/kg tělesné hmotnosti ◦ těhotné ženy − navíc +1 g první trimestr, +9 g druhý trimestr, + 28 g třetí trimestr Výživová doporučení ◦ 0,8 g/kg (DACH), 9-11 % CEP, obecně 15 % ◦ potřeba bílkovin vyšší u dětí v období růstu, těhotné a kojící ženy ◦ nedostatek – poruchy tělesného a duševního vývoje, snížení imunity… ◦ za bezpečnou hranici se považuje až 30 % energetického příjmu (kapacita trávicího traktu a schopnost jater zpracovat přijatý dusík z AK) ZDROJE BÍLKOVIN V POTRAVĚ ◦ https://indianexpress.com/article/lifestyle/health/diet-diary-why-some-proteins-are-hard-to-digest-5126862/ Zdroje bílkovin MASO A VEJCE VE 100 g POTRAVINY kuřecí prsa 23 g krůtí prsa 23 g maso hovězí libové 20 g maso vepřové libové 20 g celé vejce 13 g bílek 11 g Zdroje bílkovin MLÉČNÉ VÝROBKY VE 100 g POTRAVINY tvaroh tvrdý 25 g tvaroh bez tuku 13 g tvaroh polotučný 11 g jogurt bílý polotučný 5 g podmáslí 3,5 g mléko polotučné 3,3 g kefír 3 g Zdroje bílkovin MLÉČNÉ VÝROBKY VE 100 g POTRAVINY Olomoucké tvarůžky 30 g eidam 30% 30 g mozzarella 18 g Balkánský sýr 15 g cottage 12 g Zdroje bílkovin LUŠTĚNINY VE 100 g POTRAVINY sója 34 g čočka 24 g fazole 22 g hrách 20 g cizrna 19 g Seřaďte zdroje bílkovin ◦ tvaroh tvrdý ◦ mléko polotučné ◦ cottage ◦ kuřecí prsa ◦ sója ◦ Olomoucké tvarůžky ◦ mozzarella ◦ celé vejce ◦ tvaroh polotučný ◦ jogurt bílý polotučný Seřaďte zdroje bílkovin POTRAVINA VE 100 g POTRAVINY sója 34 g Olomoucké tvarůžky 30 g tvaroh tvrdý 25 g kuřecí prsa 23 g mozzarella 18 g celé vejce 13 g cottage 12 g tvaroh polotučný 11 g jogurt bílý polotučný 5 g mléko polotučné 3,3 g Nedostatek bílkovin ◦ MARASMUS = nedostatečný příjem energie ◦ nedostatek stravy, živin ◦ snížené množství tuku v těle, svalová atrofie, extrémně nízkou hmotnost ◦ KWASHIORKOR = proteinová malnutrice ◦ „nemoc staršího dítěte po narození mladšího dítěte“ v rozvojových zemích ◦ otoky, svalová atrofie, nižší celková hmotnost Nadbytek bílkovin ◦ nezjištěny pozitivní fyziologické účinky ◦ horní hranice příjmu 2 g/kg/den ◦ vysoký příjem B často spojen s vysokým příjmem T, cholesterolu, purinů ◦ zatížení ledvin (zvýšená glomerulární filtrace, zvýšená exkrece vápníku) ◦ zatížení jater ◦ vysokoproteinové diety? ◦ Atkinsova dieta (nízká hladina inzulinu po jídle, tvorba ketolátek) Bílkoviny a vegetariánství/veganství ◦ pečlivé sestavení jídelníčku pro pokrytí potřeby E AK u dospělých (při veganství u dětí prakticky nelze) ◦ vegetariánství − příjem kvalitních mléčných a vaječných proteinů ◦ veganství − vhodná kombinace komplementárních zdrojů bílkovin ◦ POZOR −rostoucí organismus, nemocní v katabolismu, těhotenství Výživová tvrzení ZDROJ BÍLKOVIN ◦ Tvrzení, že se jedná o potravinu, která je zdrojem bílkovin, a jakékoli tvrzení, které má pro spotřebitele pravděpodobně stejný význam, lze použít pouze tehdy, pokud bílkoviny představují alespoň 12 % energetické hodnoty potraviny. S VYSOKÝM OBSAHEM BÍLKOVIN ◦ Tvrzení, že se jedná o potravinu s vysokým obsahem bílkovin, a jakékoli tvrzení, které má pro spotřebitele pravděpodobně stejný význam, lze použít pouze tehdy, pokud bílkoviny představují alespoň 20 % energetické hodnoty potraviny. Zdravotní tvrzení ◦ Bílkoviny přispívají k růstu svalové hmoty. ◦ Bílkoviny přispívají k udržení svalové hmoty. ◦ Bílkoviny přispívají k udržení normálního stavu kostí. ◦ Tvrzení smí být použito pouze u potravin, které jsou přinejmenším zdrojem bílkovin podle vymezení v tvrzení ZDROJ BÍLKOVIN na seznamu v příloze nařízení (ES) č. 1924/2006. Otázky ◦ Jaké máme esenciální AK? ◦ Jaké látky a enzymy se podílejí na štěpení bílkovin? ◦ Jaká máme výživová tvrzení spojená s bílkovinami? ◦ Jaká zdravotní tvrzení se pojí s bílkovinami? Otázky ◦ Jaké máme esenciální AK? ◦ leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin, fenylalanin, tryptofan, treonin, histidin ◦ Jaké látky a enzymy se podílejí na štěpení bílkovin? ◦ žaludeční šťávy (pepsin, HCl), pankreatické šťávy (trypsin, chymotrypsin, elastasa, karboxypeptidasa), aminopeptidasy v tenkém střevě ◦ Jaká máme výživová tvrzení spojená s bílkovinami? ◦ zdroj bílkovin, s vysokým obsahem bílkovin ◦ Jaká zdravotní tvrzení se pojí s bílkovinami? ◦ bílkoviny přispívají k růstu svalové hmoty ◦ bílkoviny přispívají k udržení svalové hmoty ◦ bílkoviny přispívají k udržení normálního stavu kostí Shrnutí ◦ B jsou řetězce aminokyselin ◦ rozlišujeme primární, sekundární, terciární, kvartérní strukturu ◦ rozlišujeme AK ◦ esenciálních (leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin, fenylalanin, tryptofan, treonin, histidin) ◦ semiesenciální (arginin, tyrosin) ◦ neesenciální ◦ leucin, isoleucin, valin jsou rozvětvené AK (BCAA) TUKY 9 kcal (37 kJ) 30 % BÍLKOVINY 4 kcal (17 kJ) 10−15 % SACHARIDY 4 kcal (17 kJ) 55−60 % Shrnutí ◦ organismus neumí B využít v přijaté formě – nejprve trávení – rozložení B na AK ◦ bílkoviny – hlavní zdroj N, N vylučován močí (močovina) ◦ dusíková bilance = množství N přijatého do organismu potravou − množství N vyloučeného ◦ vyrovnaná − přijatý N = vyloučený N (zdravý dospělý) ◦ pozitivní − přijatý N > vyloučený N (růst, rekonvalescence) ◦ negativní − přijatý N < vyloučený N (nežádoucí − B zdroj E − infekce, úrazy, popáleniny, operace, hladovění,…) ◦ živočišné x rostlinné bílkoviny ◦ z výživového hlediska – plnohodnotné, téměř plnohodnotné, neplnohodnotné Shrnutí ◦ kvalita bílkovin dána zastoupením všech 9 E AK (+vhodný poměr, stravitelnost) ◦ limitující AK = esenciální aminokyselina, které je v proteinu nejméně vzhledem k jejímu zastoupení v referenčním proteinu (obiloviny – lysin, luštěniny – methionin) ◦ referenční protein − idealizovaný protein, obsah všech esenciálních AK, vaječný bílek, proteiny kravského mléka ◦ doporučené množství 0,8 g/kg (DACH), 9-11 % CEP, obecně 15 % ◦ Zdravotní tvrzení vztahující se k bílkovinám: ◦ bílkoviny přispívají k růstu svalové hmoty ◦ bílkoviny přispívají k udržení svalové hmoty ◦ bílkoviny přispívají k udržení normálního stavu kostí DĚKUJI ZA POZORNOST Zdroje ◦ LEDVINA, M.; STOKLASOVÁ, A.; CERMAN, J. Biochemie pro studující medicíny I a II. díl, Praha: Karolinum, 2009. 546 s. ISBN 978-80-246-1415-1. ◦ SPOLEČNOST, PRO VÝŽIVU. Referenční hodnoty pro příjem živin. Vyd. Výživa servis sro, 2011. ◦ SPOLEČNOST, PRO VÝŽIVU. Výživa a potraviny. Praha. 2016. ◦ KASPER, Heinrich; BURGHARDT, Walter. Výživa v medicíně a dietetika. Grada, 2015. ◦ https://www.bezhladoveni.cz/bilkoviny-v-potravinach-2/ ◦ https://www.stobklub.cz/seznam-potravin-bilkoviny/ ◦ http://www.vyzivaspol.cz/bilkoviny-proteiny/ ◦ https://www.nutridatabaze.cz/vyhledavani-potravin/podle-nutrientu/?id=3 ◦ http://www.szpi.gov.cz/clanek/vyzivova-a-zdravotni-tvrzeni.aspx?q=Y2hudW09NA%3D%3D ◦ www.szpi.gov.cz/soubor/voditka-tvrzeni-prilohy-2018.aspx ◦ https://aktin.cz/878-bcaa-vetvene-aminokyseliny