Białka

Białka należą do podstawowych składników odżywczych, stanowią najważniejszy element budulcowy wszystkich organizmów żywych. Czasami używana jest ich inna nazwa – proteiny (wywodzi się ona z języka greckiego od słowa protos – „pierwszy, najważniejszy”).

Fot. pixabay.com

W skład białek wchodzą: węgiel, tlen, wodór, azot i siarka. Obok wymienionych pierwiastków niektóre białka mogą zawierać również: fosfor, żelazo, cynk, miedź, mangan i jod. Część białek rozpuszcza się w wodzie, część w wodnych roztworach kwasów, zasad i soli, natomiast żadne nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (poza alkoholem). W wyższych temperaturach białko ulega ścięciu, czyli tzw. denaturacji (w normalnych warunkach nieodwracalny proces zmiany struktury cząsteczki białka), np. przez gotowanie jajka. Może to być także spowodowane działaniem mocnych kwasów i zasad, soli metali ciężkich czy alkoholu.

Źródło: Wikimedia Commons

Podstawowym elementem budującym białka są aminokwasy, które łącząc się ze sobą, tworzą wielocząsteczkowe związki chemiczne o skomplikowanej budowie i dużej masie cząsteczkowej, dlatego białka różnią się budową i własnościami w zależności od liczby aminokwasów i ich wzajemnego położenia w cząsteczce. Połączenia dwóch lub kilku cząsteczek aminokwasów noszą nazwę peptydów (z dwóch cząsteczek aminokwasów powstają dipeptydy, z trzech – tripeptydy itp.).

Znamy 20 aminokwasów, spośród których 8 uznano za aminokwasy niezbędne dla organizmu człowieka. Są to tzw. aminokwasy egzogenne, które muszą być człowiekowi dostarczone z pożywieniem (nazywają się niezbędne, bo nie da się ich zastąpić innymi). Do aminokwasów niezbędnych zaliczamy: lizynę, metioninę, treoninę, leucynę, izoleucynę, walinę, tryptofan i fenyloalaninę, ale również histydynę, która jest wytwarzana przez organizm, ale w niedostatecznych ilościach.

Druga grupa aminokwasów to tzw. aminokwasy półegzogenne, które mogą powstawać w organizmie z aminokwasów egzogennych, np. tyrozyna syntetyzowana jest w wątrobie z fenyloalaniny, a z metioniny tworzy się cysteina. Do trzeciej grupy można zaliczyć aminokwasy endogenne (nie są niezbędne), które organizm może sam zsyntetyzować (glicyna, alanina, arginina, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, prolina, hydroksyprolina i seryna).

Podział białek

Białka dzieli się na podstawie:

• budowy chemicznej
• funkcji biologicznej
• miejsca występowania.

Ze względu na budowę chemiczną białka dzieli się na proste i złożone. Białka proste zbudowane są tylko z aminokwasów, natomiast białka złożone oprócz aminokwasów mają także związki niebiałkowe, tzw. grupy prostetyczne (reszta kwasu fosforowego, kwasy nukleinowe, hem, atom metalu ciężkiego, węglowodany, lipidy). Należą do nich fosfoproteidy, nukleoproteiny, chromoproteiny, metaloproteiny, glikoproteiny i lipoproteiny.

Ze względu na różne funkcje poszczególnych białek można je podzielić na:

• białka strukturalne (kolagen, elastyna, keratyny, glikoproteiny)
• białka enzymatyczne (enzymy)
• białka ochronne (immunoglobuliny, fibrynogen, interferon)
• białka transportowe (hemoglobina, albuminy osocza, lipoproteiny, transferryna)
• białka biorące udział w skurczu (aktyna, miozyna)
• hormony (insulina, glukagon, parathormon, kalcytonina)
• białka błon komórkowych.

Ze względu na miejsce występowania w żywności białka można podzielić na:

• białka pochodzenia zwierzęcego (pochodzą ze spożycia mięsa, wędlin, drobiu, ryb, mleka, serów, jaj)
• białka pochodzenia roślinnego (pochodzą ze spożycia produktów zbożowych, nasion roślin strączkowych, ziemniaków, warzyw i owoców).

Zawartość białka w mięsie może się wahać w granicach 11–23% (np. wieprzowina – 15–21%, wołowina – 16–21%, podroby – 11–17%, drób – 18–23%, ryby – 16–19%). Produkty roślinne zawierają przeciętnie 1–2% białka (wyjątek stanowią: groszek zielony – 6% białka, brukselka – 5% białka, a groch, fasola, soczewica i soja – 21–25% białka), zaś produkty zbożowe w granicach 7–14% białka.

Wartość odżywcza białek pochodzenia zwierzęcego i roślinnego

W zależności od wartości odżywczej wyróżnia się:

• białka pełnowartościowe
• białka częściowo niepełnowartościowe
• białka niepełnowartościowe.

Białka pełnowartościowe

Do białek pełnowartościowych zalicza się te, które zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy (egzogenne) w proporcjach zapewniających ich maksymalne wykorzystanie do syntezy własnych białek ustrojowych na potrzeby wzrostu młodych organizmów i utrzymania równowagi azotowej osób dorosłych.

Są to białka pochodzenia zwierzęcego, takie jak:

• mleko i jego produkty
• mięso zwierząt i jego przetwory
• ryby
• drób oraz jaja (wyjątek stanowi żelatyna i fibryna – białka ubogie w tryptofan).

Białka częściowo niepełnowartościowe

Białka częściowo niepełnowartościowe to te, które mogą zawierać nawet wszystkie niezbędne aminokwasy, lecz niektóre w niedostatecznej ilości, wskutek czego wystarczają do podtrzymania życia, ale nie do wzrostu ustroju (np. białka zbóż, w których występuje zbyt mała ilość lizyny).

Białka niepełnowartościowe

Większość białek roślinnych ma mniejszą wartość odżywczą, gdyż zawierają mniej lizyny, tryptofanu, metioniny i waliny. Białka niepełnowartościowe (pochodzenia roślinnego, zawierają bardzo mało niezbędnych aminokwasów albo nie zawierają wcale co najmniej jednego niezbędnego aminokwasu) nie są w całości wykorzystywane do syntezy białek ustrojowych i nie zapewniają optymalnego wzrostu młodych organizmów ani utrzymania równowagi azotowej dorosłych, często nie wystarczają nawet do podtrzymania życia (np. żelatyna).

Jedynie białko soi i innych roślin strączkowych, a także orzechów, wykazuje stosunkowo dużą wartość odżywczą, ale nie mogą one w 100% zastąpić pełnowartościowego białka pochodzenia zwierzęcego, np. białka mleka. Jednak stopień wartości biologicznej białek roślinnych jest bardzo zróżnicowany (wartość biologiczna białka pokarmowego mierzy się zawartością w nim egzogennego aminokwasu, którego jest najmniej; zawartość tego właśnie aminokwasu decyduje o prawidłowej syntezie białka ustrojowego).

Białka zwierzęce a białka roślinne

W prawidłowym żywieniu dorosłego człowieka połowę należnej ilości białka powinny stanowić białka zwierzęce, a drugą połowę białka pochodzące z pokarmów roślinnych. W żywieniu dzieci i młodzieży oraz kobiet w ciąży i w okresie karmienia piersią białka zwierzęce powinny stanowić 2/3 należnej ilości białka w całodziennej diecie.

Przez łączenie w ramach jednego posiłku produktów roślinnych i zwierzęcych uzyskuje się pokarmy wartościowe pod względem składu aminokwasowego. Pełnowartościowe białka mleka doskonale uzupełniają np. niepełnowartościowe białka z produktów zbożowych, ubogich w lizynę, treoninę i tryptofan (np. płatki z mlekiem czy zupa mleczna z makaronem, kasza manna na mleku).

W produktach mlecznych (np. serach twarogowych i podpuszczkowych) zawartość aminokwasów siarkowych (metioniny i cysteiny) jest nieco mniejsza. Dużo trudniej jest uzyskać dużą wartość biologiczną białka (czyli możliwość wykorzystania do syntezy białka ustrojowego) w diecie wegańskiej czy wegetariańskiej, gdzie trzeba odpowiednio zestawić produkty roślinne.

Białko w diecie wegetariańskiej

Znajomość składu aminokwasowego poszczególnych białek pozwala opracować kombinacje białek wyłącznie pochodzenia roślinnego lub produktów roślinnych z niewielkim dodatkiem białka zwierzęcego (jajek, mleka), których wartość odżywcza staje się duża.

Odpowiednie zestawienie w posiłku co najmniej dwóch rodzajów białka roślinnego może powodować uzupełnienie się aminokwasów brakujących lub występujących w niewystarczających ilościach w jednym z białek tymi samymi aminokwasami znajdującymi się w większych ilościach w innych białkach, np. rośliny strączkowe zawierają dużo lizyny, lecz mają małą ilość metioniny, a rośliny zbożowe mają niedobór lizyny i tryptofanu. Uzupełnią to prawie wszystkie warzywa, które są zasobne w lizynę i tryptofan.

Przy zestawianiu składu całodziennej racji pokarmowej należy pamiętać, aby wzajemne uzupełnianie białek odbywało się możliwie jednoczasowo (maksymalnie w odstępach 4–6 h). Przy większych przerwach między posiłkami nie dochodzi do uzupełniania brakujących aminokwasów i część białka jest zużytkowana do celów energetycznych.

Trawienie białek w ustroju człowieka

Trawienie białek w ustroju człowieka rozpoczyna się w żołądku. Kwaśne środowisko powoduje denaturację białek oraz pęcznienie kolagenu, elastyny i keratyny. W soku żołądkowym znajduje się enzym pepsyna, który rozbija wiązanie peptydowe w środku łańcucha polipeptydowego, dzieląc go na krótsze odcinki. Nadtrawiony pokarm w postaci dobrze rozdrobnionej miazgi przechodzi do dwunastnicy, gdzie znajduje się sok trzustkowy zawierający enzymy: trypsynę, chymotrypsynę i elastazę, które hydrolizują wiązania peptydowe między aminokwasami. Sok trzustkowy zawiera także karboksypeptydazy o charakterze egzopeptydaz, które działają na koniec łańcucha peptydowego i uwalniają aminokwasy końcowe. Trawienie białek kończy się w jelicie cienkim, gdzie pod wpływem aminopeptydaz i dwupeptydaz następuje końcowy proces rozszczepiania łańcucha peptydowego. Wchłanianie końcowych produktów trawienia białek (aminokwasów) odbywa się w jelicie cienkim. Z komórek jelita cienkiego aminokwasy na zasadzie procesu dyfuzji biernej przedostają się do krwi żyły wrotnej i stamtąd do wątroby. Następnie aminokwasy są roznoszone przez krew do wszystkich tkanek i służą do syntezy białka ustrojowego. Niestrawione do końca i/lub niewchłonięte białka wydalane są z kałem.

Rola białek w ustroju człowieka

Białka w ustroju pełnią bardzo ważną i niezastąpioną rolę.

• Służą do budowy nowych i odbudowy zużytych komórek i tkanek (bez ich udziału nie jest możliwy wzrost, rozwój organizmu, odnowa tkanek, odporność na choroby, gojenie ran).
• Stanowią podstawowy składnik krwi, limfy i mleka
• Wchodzą w skład ciał odpornościowych, enzymów katalizujących przemiany biochemiczne oraz płynów ustrojowych
• Biorą udział w regulowaniu ciśnienia krwi oraz utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej.
• Pełnią rolę nośnika niektórych witamin i składników mineralnych.
• Ulegając spalaniu, dostarczają organizmowi energii (1g białka = 4 kcal).

Zapotrzebowanie ustroju człowieka na białko

Zapotrzebowanie ustroju na białko zależy od wieku, płci, stanu fizjologicznego i masy ciała. Młode, rosnące organizmy mają wyższy poziom syntezy białka, co wiąże się z budową nowych struktur. Według IŻŻ w Warszawie dorosły człowiek (>19 lat) powinien spożywać dziennie około 0,8 g białka/kg mc., pochodzącego z różnych źródeł (tzn. białka mieszane – zarówno zwierzęce, jak i roślinne). Większe spożycie białka zalecane jest kobietom w okresie ciąży (1,1 g/kg mc./d) i laktacji (1,3 g/kg mc./d) oraz dzieciom i młodzieży. W przypadku dzieci najwięcej białka powinno się znajdować w pożywieniu małych dzieci (<1. rż.).

W przypadku diety zróżnicowanej, zawierającej mięso i inne źródła białka zwierzęcego, zaspokojenie minimum zapotrzebowania na aminokwasy egzogenne nie powinno być trudne. Minimalna liczba porcji pokarmowych w piramidzie żywieniowej IŻŻ w Warszawie dostarcza przynajmniej 60 g białka: dla przykładu 1 szklanka mleka dostarcza 8 g białka; jedna porcja ziaren (1 szklanki) – około 2 g białka, jedna porcja warzyw (1 szklanka surowych lub 1 szklanki gotowanych) – 2 g białka.

Znaczenie białka dla zdrowia człowieka

Niedobór białek

Niedobór białek powoduje kwashiorkor (zahamowanie wzrostu i dojrzewania, hipoalbuminemię, apatię, brak łaknienia, zmiany skórne przypominające pelagrę, nacieczenia tłuszczowe wątroby).

Niedobory białkowe są szczególnie niebezpieczne dla dzieci (powodują zahamowanie wzrostu i rozwoju umysłowego, zmniejszenie masy ciała) i kobiet w ciąży (białko jest konieczne do utrzymania prawidłowego wzrostu i rozwoju płodu, do wytworzenia potrzebnej matce i dziecku większej ilości krwi).

Niedożywienie białkowe w życiu płodowym oraz u niemowląt hamuje rozwój fizyczny i umysłowy, a także zwiększa podatność na choroby infekcyjne. W okresie karmienia piersią białko stanowi podstawę wzmożonej produkcji mleka. W przypadku niedoborów białka w pożywieniu obserwuje się zahamowanie wielu procesów przemian metabolicznych lub ich zaburzenie, niedokrwistość, zanik odporności, zanik tkanki mięśniowej, zmiany degeneracyjne w narządach, ogólne osłabienie, apatię i zanik sprawności. Niedobór białka może być wynikiem nie tylko jego braku lub niedostatecznej podaży w pożywieniu, ale także jego nieprawidłowego wchłaniania i przyswajania (np. w przebiegu chorób wątroby, nerek, przewlekłych biegunek).

Nadmiar białka

Nadmiar białka również nie jest wskazany, ponieważ azot niewykorzystany do budowy białek ustrojowych musi zostać wydalony z organizmu. Z jonu aminowego (zawierającego azot) i dwutlenku węgla powstaje w wątrobie amoniak, który z kolei zamieniany jest w mocznik i wydalany przez nerki.

Tak więc nadmiar spożywanego białka w stosunku do zapotrzebowania ustroju powoduje zwiększenie ilości wydalanych związków azotowych i przez to dodatkowe obciążenie nerek i wątroby. Nadmiar białka u niemowląt może spowodować biegunki, objawy kwasicy, odwodnienie, hiperamonemię i gorączkę. Poza tym nadmierne spożycie białka wiąże się przeważnie ze zwiększeniem konsumpcji mięsa, wędlin i serów, które zawierają duży odsetek tłuszczu.

Taka dieta wysokobiałkowa może stać się dietą wysokotłuszczową, co może prowadzić do rozwoju otyłości i dyslipidemii (zaburzeń gospodarki lipidowej), a następnie miażdżycy i nadciśnienia tętniczego. Ponadto w przypadku dużych dowozów białka w pożywieniu może dochodzić do zaburzeń metabolizmu jednego z aminokwasów – metioniny, zwłaszcza przy niedostatecznej podaży witamin z grupy B (przede wszystkim witaminy B₆). Dochodzi wówczas do zwiększonego powstawania homocysteiny, jednego z głównych czynników ryzyka miażdżycy.

Długotrwałe stosowanie diety z dużą zawartością białka prowadzi do zwiększonego wydalania wapnia z moczem. Jeśli dodatkowo diecie wysokobiałkowej nie towarzyszy zwiększenie spożycia wapnia i witaminy D w produktach żywnościowych, zwiększa się ryzyko wystąpienia osteoporozy. Zbyt duże spożycie białka może prowadzić do rozwoju kamicy nerkowej i dny moczanowej (zobacz: Kamica nerkowa, Dna moczanowa), dlatego zaleca się spożywanie właściwych ilości białka, a stosowanie diety wysokobiałkowej jedynie w stanach chorobowych (np. wyniszczenie, przewlekłe choroby wątroby).

Pamiętać jednak należy, że człowiek nie ma możliwości gromadzenia zapasów białka i dlatego powinien spożywać je w diecie każdego dnia na wymaganym poziome.