Właściwości i zastosowanie białek, tłuszczy i cukrów

Estetyczna praca w załączniku.

Białka są to związki zbudowane z węgla, wodoru, tlenu, azotu i siarki. Z tych pierwiastków w organizmie powstają aminokwasy. Białka są składnikiem budulcowym orgsnizmów. Mogą być również źródłem energii. Ponadto białkami są enzymy, które regulują szybkość reakcji biochemicznych.
Białka są dość wrażliwe na działanie temperatury i substancji chemicznych. Pod wpływem tych czynników ulegają zniszczeniu ich właściowości biologiczne i struktura. Alkohol uszkadza białka. Szczególnie wrażliwa na jego działanie jest tkanka nerwowa, zwłaszcza komórki mózgu.
Przez częściową lub całkowitą hydrolizę białek uzyskuje się odpowiednio: proteozy, peptony, polipeptydy, aminokwasy.
Ze względu na budowę i skład, dzielimy białka na proste (proteiny) i złożone (proteidy).
Białka proste zbudowane są wyłącznie z aminokwasów. Dzielimy je na następujące grupy:
? protaminy - charakteryzują się dużą zawartością argininy oraz brakiem aminokwasów zawierających siarkę. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Najbardziej znanymi protaminami są: klupeina, salmina, cyprynina, ezocyna, gallina.
? histony - podobnie jak protaminy posiadają silny charakter zasadowy i są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Są składnikami jąder komórkowych. W ich skład wchodzi duża ilość takich aminokwasów jak lizyna i arginina.
? albuminy - są to białka obojętne, spełniające szereg ważnych funkcji biologicznych: są enzymami, hormonami i innymi biologicznie czynnymi związkami. Znajdują się w tkance mięśniowej, osoczu krwi i mleku.
? globuliny - w odróżnieniu od albumin są źle rozpuszczalne w wodzie, dobrze w rozcieńczonych roztworach soli; posiadają podobne właściwości do nich. Występują w dużych ilościach w płynach ustrojowych i tkance mięśniowej.
? prolaminy - są to typowe białka roślinne, występują w nasionach. Charakterystyczną właściwością jest zdolność rozpuszczania się w 70% etanolu.
? gluteliny - podobnie jak prolaminy - są to typowe białka roślinne; posiadają zdolność rozpuszczania się w rozcieńczonych kwasach i zasadach.
? skleroliny - nie rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Są to typowe białka o budowie włóknistej, dzięki temu pełnią funkcje podporowe. Do tej grupy białek należy kreatyna.
Produktami spożywczymi bogatymi w białka są np.: groch, fasola, soja, jaja, żółty ser.
Strukturę białek najprościej można dzieląc ją na 4 poziomy organizacji strukturalnej, zwane rzędowością:
- struktura pierwszorzędowa - czyli najniższy poziom organizacji strukturalnej cząsteczki jest wyznaczona przez sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Jest ona uwarunkowana jeszcze zanim zostanie zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy, gdyż informacja o kolejności aminokwasów w cząsteczce białka jest zakodowana w DNA, w postaci sekwencji nukleotydowej. Dzięki procesom transkrypcji, a później translacji, sekwencja nukleotydowa zostaje odczytana w trakcie syntezy odpowiedniego polipeptydu.
- struktura drugorzędowa - są to typy regularnego ułożenia głównego łańcucha polipeptydowego stabilizowane wiązaniami wodorowymi. Struktura drugorzędowa jest uwarunkowana przede wszystkim właściwościami wiązania peptydowego. Jego rzeczywista struktura jest pośrednia pomiędzy dwoma formami, wskutek czego wiązanie pomiędzy atomem węgla grupy karbonylowej, a atomem azotu ma częściowo charakter wiązania podwójnego. Oznacza to, że wiązanie peptydowe, wraz z przyległymi atomami - Ca , tworzy strukturę płaską. Pozostaje jedynie możliwość obrotu wokół wiązania C-Ca oraz Ca-N.
- struktura trzeciorzędowa określa sposób w jaki układają się i fałdują w przestrzeni łańcuchy białkowe o określonej strukturze drugorzędowej. Zwoje i fałdy jakie tutaj się obserwuje są utrzymywane różnego typu wiązaniami. Tymi wiazaniami są: wiązania wodorowe - które mogą powstawać między resztami aminokwasów zawierających grupy funkcyjne, nie związane wiązaniami peptydowymi (seryna, arginina, treonina, kwas glutaminowy), mostki siarczkowe - powstające między resztkami cysteiny, które łączą różne punkty spirali, zaginając ją w odpowiedni sposób, prolina (aminokwas z grupą aminową umieszczoną w pierścieniu) - która może w różny sposób odziaływać na strukturę drugorzędową.
- struktura czwartorzędowa określa występowanie niektórych białek w postaci agregatów kilku podobnych lub nawet identycznych podjednostek o charakterze białkowym. Przykładem jest hemoglobina, gdzie cztery pofałdowane łańcuchy hemogloginy są do siebie dopasowane i tworzą w przybliżeniu kulistą cząsteczkę.
Białka mają wiele zastosowań:
? kataliza enzymatyczna - od uwadniania dwutlenku węgla do replikacji chromosomów,
? transport i magazynowanie - hemoglobina, transferyna, ferrytyna,
? kontrola przenikalności błon - regulacja stężenia metabolitów w komórce,
? ruch uporządkowany - np. skurcz mięśnia, aktyna i miozyna
? wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych,
? kontrola wzrostu i różnicowania.

Tłuszcze to specyficzny rodzaj szerszej grupy związków - lipidów będący chemicznie estrem, w którym trzy cząsteczki kwasów tłuszczowych są połączone z gliceryną. Inne nazwy tłuszczy to: trójglicerydy, triglicerydy.Zbudowane są z węgla, wodoru i małej ilości tlenu. Wiekszość nie rozpuszcza się w wodzie.
Tłuszcze dzielą się na dwie grupy:
? nienasycone, w których występują reszty kwasów tłuszczowych posiadających w łańcuchu węglowodorowym wiązania podwójne. Tłuszcze te występują w dużych ilościach w roślinach i są zwykle w temperaturze pokojowej ciekłe.
? nasycone, w których nie występują reszty kwasów tłuszczowych posiadających w łańcuchu węglowodorowym wiązania podwójne. Tłuszcze te są produkowane przede wszystkim przez zwierzęta.
U zwierząt wyższych w tkance podskórnej tłuszcz może wypełnić prawie całe komórki tworząc warstwę chroniącą organizm przed zimnem. Szczególnie gruba tkankę wytwarzają zwierzęta zimnych wód (morsy, foki, wieloryby).
U roślin tluszcze są głównie energetycznymi składnikami nasion oleistych.
Tłuszcze stanowią główny materiał energetyczny i zapasowy organizmu. Natomiast tzw. tłuszcze jadalne występują w formie wysoko-skoncentrowanych produktów, takich jak masło, smalec, olej i oliwa. Służą one do smarowania chleba oraz pieczenia i smażenia potraw.
Tłuszcze reagują z wodorotlenkiem sodu i potasu, w wyniku tej reakcji zwanej zmydlaniem tłuszczu powstaje mydło i gliceryna. Reakcja ta jest wykorzystywana przy produkcji.
W podwyższonej temperaturze tłuszcze ulegają rozkładowi, podczas którego powstają produkty o bardzo nieprzyjemnym zapachu.. Również pod wpływem tlenu, a szczególnie w obecności światła, następują procesy jełczenia, czyli rozkładu tłuszczów z wydzieleniem ketonów i kwasów o niezwykle przykrym zapachu i smaku, np. zjełczałe masło ma zapach kwasu masłowego.
Czyste tłuszcze są substancjami bezbarwnymi i bezwonnymi. Barwa zapach i smak tłuszczów naturalnych pochodzą od ich domieszek. Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie (tworzą z nią emulsję), dobrze rozpuszczają się w alkoholach, bardzo dobrze w węglowodorach, np. w benzynie, nafcie. Tłuszcze wstrząsane z wodą tworzą emulsje, czyli pozornie jednolitą mieszaninę, w której drobniutki kuleczki tłuszczu są zawieszone w wodzie. Emulsja ta jest jednak nietrwała i rozdziela się na dwie warstwy.

Cukry zwane też węglowodanami zbudowane są z trzech pierwiastków: węgla, wodoru i tlenu. Ważną rolę odgrywają dwie grupy węglowodorowe leżące po przeciwnych stronach cząsteczki biorące udział w reakcjach chemicznych. Podział cukrowców przedtsawia poniższy schemat:

Cukry są to substancje stałe o budowie krystalicznej np. sacharoza lub bezpostaciowej np. celuloza, mają słodki smak, są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale nierozpuszczalne w węglowodorach, ulegają rozkładowi termicznemu dając węgiel i wodę stąd nazwa węglowodany oraz ulegają fermentacji alkoholowej, która polega na powstawaniu z monocukru przy udziale drożdży alkoholu etylowego.
Glukoza jest podstawowym związkiem energetycznym dla większości organizmów, jest rozkładana w procesie glikolizy na kwas pirogronowy. Jest ona składowana w formie polimerów - skrobi i glikogenu. Jest również wykorzystywana jako substrat wielu procesów zachodzących w komórce - m.in. do produkcji celulozy.
Fruktoza jest znacznie wolniej przyswajana przez organizm, niż sacharoza i glukoza. Znaczne ilości fruktozy mogą powodować biegunkę i bóle żołądkowo-jelitowe. Powoduje też wyraźne podniesienie cholesterolu. W wątrobie fruktoza zostaje przetworzona w glukozę i w tej postaci wykorzystywana jest przez organizm. W spermie fruktoza spełnia rolę materiału energetycznego plemników.
Sacharoza jest bezbarwnym ciałem stałym o budowie krystalicznej. Jest nietoksyczna, ma słodki smak i bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie.
Skrobia jest złożonym węglowodanem, polisacharydem roślinnym. Podobnie do celulozy jest złożona wyłącznie z cząsteczek glukozy, jednak łączą się one w inny sposób. Skrobia stanowi mieszaninę dwóch polisacharydów: nierozgałęzionej amylozy i rozgałęzionej amylopektyny. Skrobia jest najważniejszym polisacharydem zapasowym u roślin, które magazynują go w owocach, nasionach, korzeniach i kłączach. Szczególnie bogate w skrobię są ziarna zbóż i bulwy ziemniaka.
Cukry znajdują zastosowanie głównie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.