Białka

Budowa białek
Białka podobnie jak wielocukry, są polimerami naturalnymi. W odróżnieniu od wielocukrów białka zbudowane są z różnych „cegiełek” tzw. Reszt aminokwasowych:
H Z O Z

–N–CH–C– o symbolu ogólnym –A–
w którym A oznacza element stały, Z – element zmienny.
Reszty aminokwasowe są dwuwartościowe, zawierają atom azotu, atom tlenu i grupę Z, która często zawiera atom tlen, azotu, a nawet siarki. Dotychczas odkryto w białkach 24 reszty aminokwasowe.
Przykładowe reszty to: alaniny CH3–A, glicyny H–A, seryny A –CH2–OH, cysteiny A-CH2-SH, lizyny A-(CH2)4-NH2.
Wszystkie organizmy żywe wytwarzają białka. Każdy z nich wytwarza inne białko. W zależności od rozwoju, organizm może tworzyć od tysiąca do miliona własnych, różnorodnych białek.
W cząsteczce białka różne reszty aminokwasowe są połączone w łańcuchy zawierające ponad sto takich reszt, np.
Z6–Z18–Z1–Z9–Z2–Z15–Z3–Z8

A A A A A A A A
Ogólny wzór białka można zapisać w sposób przyjęty dla polimerów:
Z
–A– n
Oczywiście nie każde białko zawiera 24 rodzaje reszt.
Różnorodność struktur białkowych wynika przede wszystkim z kolejności ułożenia reszt aminokwasowych w łańcuchu, czyli tzw. sekwencji, oraz długości łańcucha. Już z dwóch reszt można ułożyć dwie kombinacje, z trzech sześć. W łańcuchu zawierającym 5 różnych reszt może występować 120 różnych sekwencji, a w łańcuchu z 10 aż 3628800. W konsekwencji liczba istniejących białek przekracza znacznie liczbę wszystkich związków chemicznych razem wziętych. Równocześnie białka są najbardziej złożonymi związkami chemicznymi w przyrodzie.

Rola białek w organizmach żywych
W organizmach żywych większość związków organicznych (80-90%) stanowią białka. To one decydują o budowie komórek i uczestniczą w każdym procesie życiowym. Do białek należą m.in. enzymy – katalizatory niemal wszystkich reakcji zachodzących w organizmach. Białka są zwane również proteinami.
Brak danych na temat białek uniemożliwia ich klasyfikację ze względu na strukturę. Z tego powodu białka dzieli się na różne sposoby, np. na pochodzenie (białka roślinne, zwierzęce, bakteryjne i wirusowe), na występowanie w częściach organizmu (białka mięśni, mleka, jaj itp.) albo ze względu na funkcje (białka enzymatyczne, czyli katalizujące, białka immunologiczne, czyli ochronne, białka strukturalne, czyli budulcowe, białka transportowe, zapasowe itd.).

Wspólne cechy białek
Mimo że istnieje niewyobrażalnie dużo białek to jednak maja one kilka cech wspólnych.
Podczas rozkładu termicznego białek wydziela się amoniak (NH3), siarkowodór (H2S) i inne gazy, których zapach jest odrażający. Inną metodą rozkładu białek jest hydroliza: Z
Z + n H2O n H–A–OH
–A– n
Produktem hydrolizy są aminokwasy:
H Z O

H–N–CH–C–OH

Związki o wzorze umownym
Z

H–A–OH
W odróżnieniu od rozkładu termicznego, który przebiega niekontrolowanie, z rozerwania niemal wszystkich wiązań w przypadkowej kolejności, hydroliza powoduje odłączeni „cegiełek”, z których składa się białko. Reakcja ta jest bardzo ważna w procesie trawienia pokarmów. Organizm ludzki nie potrafi syntetyzować białka z substancji nieorganicznych ani nie może wykorzystać białek, które pobiera w pokarmie. W przewodzie pokarmowym następuje hydroliza obcych białek. Wytworzone aminokwasy rozprowadzane są do komórek, gdzie tworzą się z nich nowe białka takie, jakie są potrzebne człowiekowi.
Większość białek rozpuszcza się w wodzie, a nie rozpuszcza się w węglowodorach. Wodne roztwory białka ulegają ścięciu, czyli tzw. koagulacji, pod wpływem soli, kwasów, alkoholi i podwyższonej temperatury. Koagulacją jest m.in. ścinanie się jajka podczas gotowania, czy zsiadanie się mleka. W procesie koagulacji białko przekształca się w galaretę lub ciało stałe. Rodzaj przemian chemicznych zależy od czynnika, który je wywołuje. Najczęściej łańcuch zostają pozbawione niektórych grup charakterystycznych zaczynają się łączyć w coraz większe agregaty aż do wytworzenia wielkiej, porowatej struktury wypełnionej cząsteczkami wody. Wizualnie obserwowana galareta.
W większości przypadków koagulacja jest nieodwracalna i wówczas nazywa się denaturacją. Polega to na tym, że z otrzymanego koagulatu nie można powrotnie otrzymać właściwego roztworu białka. Przykładem odwracalnej koagulacji może być tzw. wysolenie, czyli efekt towarzyszący dodawaniu chlorku sodu do roztworu białka. Z wytrąconego koagulatu, po dodaniu wody, ponownie wytwarza się klarowny roztwór białka.
Białka ulegają reakcji ksantoproteinowej, czyli reakcji ze stężonym kwasem azotowym, dająca żółty produkt. Każda substancja, zawierająca białko pod wpływem kwasu azotowego zabarwia się na żółto. Zwilżenie kwasem skóry ludzkiej, która jest zbudowana z białka, powoduje wytworzenie żółtych plam utrzymujących się przez kilkanaście dni.

Białka w biologii
Głównym źródłem białek są takie produkty, jak: mięso, ryby, jaja, mleko i nasiona roślin strączkowych. Białka stanowią materiał budulcowy potrzebny wszystkim organizmom do wzrostu i regeneracji zużytych bądź uszkodzonych tkanek. W szczególnych warunkach są zużywane jako materiał energetyczny. Jeden gram białek może dostarczyć ok. 22kJ energii.
Z zawartych w pokarmie białek człowiek czerpie dwadzieścia podstawowych aminokwasów, a następnie tworzy z nich własne białka. Spośród tej dwudziestki dziewięć aminokwasów organizm ludzki potrafi wytworzyć z innych składników pokarmowych (glukozy i innych aminokwasów), pozostałe natomiast to tzw. aminokwasy niezbędne. Muszą one występować w białkach spożywanych przez ludzi, w przeciwnym razie zabrakłoby budulca do wytworzenia własnych białek.
W białkach zwierzęcych występują wszystkie aminokwasy niezbędne, natomiast białka roślinne są często ubogie w niektóre z nich (najczęściej w lizynę). Dlatego też białka roślinne określa się mianem białek niepełnowartościowych.
Białka dla organizmów żywych maja bardzo duże znaczenie, ponieważ stanowią chemiczne narzędzie służące do przetwarzania wszystkich pozostałych rodzajów związków struktury niezbędne do budowy i funkcjonowania komórek i tkanek. Umożliwiają one przebieg w komórkach setkom różnorodnych procesów, dostarczających materiałów i energii. Białka odgrywają także rolę regulatorową i kontrolną, decydują o podziałach komórkowych oraz o sposobie wzrostu i rozwoju organizmu. Można nawet powiedzieć, że białka decydują, kim jesteśmy (człowiekiem a nie ptakiem czy rybą), a także o tym, jakie mamy indywidualne cechy (długi nos czy długi, włosy jasne czy ciemne itp.).
Każda funkcja wymaga innego rodzaju białka. Dlatego w ludzkich komórkach występują tysiące rodzajów białek. Przeciętne białko w komórkach zawiera od trzystu do czterystu połączonych w łańcuch aminokwasów. Białka są trawione przez enzymy pepsyny i trypsyny. Pepsyna to enzym żołądkowy, który nie rozkłada białek do aminokwasów. Dopiero trypsyna znajdująca się znajdująca się w dwunastnicy dokańcza rozkład białek do aminokwasów.
Dzieci i młodzież oraz sportowcy powinni spożywać białko roślinne i zwierzęce w stosunku 1:1, natomiast osoby dorosłe mogą jeść dwa razy więcej białka roślinnego niż zwierzęcego.
Dla dziewczyn w wieku 16 – 18 lat zalecane spożycie białka to 80g na dobę, a dla chłopców 100g na dobę. Dorosły człowiek dziennie potrzebuje ok. 1g białka na 1 kg masy ciała.