úvod
Tvoje vlasy a nechty sú z bielkoviny keratínu, koža a šľachy z kolagénu, svaly sa sťahujú vďaka bielkovinám aktínu a myozínu a krv rozváža kyslík v bielkovine hemoglobíne. Aj väčšina enzýmov a protilátok sú bielkoviny. Bielkoviny (proteíny) tvoria asi šestinu hmotnosti tela, ako ukazuje lekcia Prírodné látky a biogénne prvky. V tejto lekcii zistíš, z čoho sú poskladané a prečo sú také citlivé na teplo.
teória
Reťazce aminokyselín
Bielkoviny sú dlhé reťazce aminokyselín. Aminokyselina je malá molekula s dvoma skupinami: s aminoskupinou −NH₂ a s karboxylovou skupinou −COOH. Aminoskupina jednej aminokyseliny sa spojí s karboxylovou skupinou druhej a uvoľní sa molekula vody. Vznikne peptidová väzba. Tak sa reťazec predlžuje o ďalšie a ďalšie aminokyseliny.
V bielkovinách živých organizmov je 20 druhov aminokyselín. Podobne ako z 26 písmen abecedy poskladáš nekonečne veľa slov, z 20 aminokyselín vznikajú státisíce rôznych bielkovín. O tom, aká bielkovina vznikne, rozhoduje poradie aminokyselín, ktoré je zapísané v DNA. Bielkovina má desiatky až tisíce aminokyselín a reťazec sa poskladá do presného priestorového tvaru, od ktorého závisí jej úloha.
teória
Bielkoviny v tele a v potrave
| úloha | príklad bielkoviny |
|---|---|
| stavba tela | kolagén v koži, šľachách a kostiach, keratín vo vlasoch a nechtoch |
| pohyb | aktín a myozín vo svaloch |
| urýchľovanie reakcií | enzýmy, napríklad amyláza v slinách a pepsín v žalúdku |
| prenos látok | hemoglobín prenáša kyslík |
| obrana | protilátky proti baktériám a vírusom |
| riadenie | hormón inzulín riadi hladinu cukru v krvi |
Telo si bielkoviny neustále obnovuje a stavebný materiál, aminokyseliny, potrebuje z potravy. Bohatým zdrojom bielkovín je mäso, ryby, vajcia, mlieko a syry, z rastlín strukoviny (fazuľa, šošovica, hrach, sója), orechy a obilniny. Pri trávení sa bielkoviny rozštiepia na aminokyseliny a z nich si telo poskladá vlastné bielkoviny. Jeden gram bielkovín dodá aj asi 17 kJ energie.
teória
Denaturácia
Bielkovina funguje len vtedy, keď má správny tvar. Teplo, kyseliny, alkohol a soli ťažkých kovov tento tvar rozrušia: reťazce sa rozvinú, pospájajú navzájom a bielkovina sa zrazí. Tomu sa hovorí denaturácia. Je nevratná, uvarené vajce už nikdy nebude surové.
- Teplo: bielok pri asi 60 až 70 °C zbelie a stuhne. Aj preto je veľmi vysoká horúčka, nad 40 °C, nebezpečná.
- Kyseliny: mlieko po pridaní octu alebo pri kysnutí zhustne, tak vzniká tvaroh a jogurt.
- Alkohol: lieh denaturuje bielkoviny baktérií, preto dezinfikuje.
- Soli ťažkých kovov: ióny olova, ortuti či medi zrazia bielkoviny natrvalo, preto sú jedovaté.
Koncentrovaný roztok kuchynskej soli bielkovinu tiež vylúči, no jej tvar nezničí. Po zriedení vodou sa zrazenina znova rozpustí.
vyskúšaj si
Denaturácia bielka
V každej skúmavke je vaječný bielok zriedený vodou. Ťukni na skúmavku a vyskúšaj jej činidlo.
0 / 0Do bielka prilejeme vodu z vodovodu. Zrazí sa bielok?
teória
Dôkaz bielkovín
Bielkoviny sa dokazujú biuretovou reakciou. K vzorke sa pridá roztok hydroxidu sodného a niekoľko kvapiek zriedeného roztoku síranu meďnatého. Ak vzorka obsahuje bielkoviny, sfarbí sa fialovo. Meďnaté ióny sa naviažu na peptidové väzby. Tuky sa dokazujú mastnou škvrnou na papieri. Obe skúšky si vyskúšaj na potravinách:
vyskúšaj si
Laboratórium potravín: bielkoviny a tuky
Skúška
Potravina
biuretová reakcia: zemiakový škrob
Zemiakový škrob: modrá (bez zmeny). Vzorka neobsahuje bielkoviny (peptidové väzby) (alebo len nepatrne). Obsahuje škrob.
| potravina | bielkoviny (peptidové väzby) | tuky |
|---|---|---|
| zemiakový škrob | ? | ? |
| želatína | ? | ? |
| jablkový džús | ? | ? |
| med | ? | ? |
| kryštálový cukor | ? | ? |
| vaječný bielok | ? | ? |
| mlieko | ? | ? |
| slnečnicový olej | ? | ? |
Neznáma vzorka: sprav na nej skúšky a urči, čo to je.
0 / 0Pozor na rozdiel medzi denaturáciou a trávením. Pri varení sa bielkovina denaturuje, zmení tvar, ale aminokyseliny v nej zostanú. Varením preto mäso ani vajce o výživnú hodnotu bielkovín neprídu, telo ich dokonca strávi ľahšie. Pri trávení enzýmy rozštiepia samotné peptidové väzby a z bielkoviny zostanú jednotlivé aminokyseliny.
Aminokyseliny
Bielkoviny tvoria α-aminokyseliny: aminoskupina je na rovnakom uhlíku ako karboxylová skupina. Líšia sa len bočným reťazcom R:
H₂N−CH(R)−COOH
| aminokyselina | skratka | bočný reťazec R |
|---|---|---|
| glycín | Gly | −H |
| alanín | Ala | −CH₃ |
| valín | Val | −CH(CH₃)₂ |
| leucín | Leu | −CH₂−CH(CH₃)₂ |
| fenylalanín | Phe | −CH₂−C₆H₅ |
| serín | Ser | −CH₂−OH |
| cysteín | Cys | −CH₂−SH |
Okrem glycínu majú všetky na α-uhlíku chirálny uhlík, v bielkovinách sú L-aminokyseliny. Esenciálne aminokyseliny si telo nevie vyrobiť a musí ich prijať v potrave, u dospelých ich je deväť, napríklad valín, leucín a fenylalanín.
Aminokyseliny sú amfotérne: karboxylová skupina je kyslá, aminoskupina zásaditá. V roztoku je aminokyselina väčšinou ako vnútorná soľ H₃N⁺−CH(R)−COO⁻ a reaguje s kyselinami aj so zásadami.
Peptidová väzba
Pri spojení dvoch aminokyselín vznikne dipeptid a voda:
H₂N−CH₂−COOH + H₂N−CH(CH₃)−COOH → H₂N−CH₂−CO−NH−CH(CH₃)−COOH + H₂O
Glycín a alanín tu vytvoria dipeptid Gly-Ala. Skupina −CO−NH− je peptidová väzba, z chemického hľadiska amidová väzba, ako ukazuje lekcia Estery, soli a amidy. Reťazec z n aminokyselín má n − 1 peptidových väzieb. Krátke reťazce sú peptidy, od asi sto aminokyselín hovoríme o bielkovinách.
Štruktúra bielkovín
- Primárna štruktúra je poradie aminokyselín v reťazci.
- Sekundárna štruktúra je stočenie reťazca do závitnice α alebo poskladanie do skladaného listu β. Drží ju veľa vodíkových väzieb medzi skupinami C=O a N−H.
- Terciárna štruktúra je tvar celého reťazca v priestore. Držia ju interakcie bočných reťazcov a disulfidové mostíky −S−S− medzi cysteínmi.
- Kvartérna štruktúra je spojenie viacerých reťazcov, napríklad štyroch v hemoglobíne.
Vláknité (fibrilárne) bielkoviny, ako keratín a kolagén, sú dlhé a pevné a vo vode sa nerozpúšťajú. Guľovité (globulárne) bielkoviny, ako enzýmy, hemoglobín a albumín v bielku, sú zbalené do klbka a vo vode sa rozpúšťajú.
Denaturácia rozruší sekundárnu, terciárnu aj kvartérnu štruktúru, primárna zostane. Ľahké soli, ako NaCl alebo síran amónny, bielkoviny len vysoľujú, a to vratne. Ióny ťažkých kovov, ako Pb²⁺, Hg²⁺ a Cu²⁺, sa viažu na skupiny −SH a bielkoviny natrvalo zrazia.
rozšírenie Vlasy a trvalá
Keratín vo vlasoch obsahuje veľa cysteínu. Medzi susednými reťazcami keratínu vznikajú disulfidové mostíky −S−S−, ktoré vlasu dávajú tvar. Pri trvalej ondulácii sa vlasy natočia na natáčky a natrú redukčným prípravkom. Ten disulfidové mostíky rozštiepi na skupiny −SH a vlas sa dá tvarovať. Potom sa vlasy natrú oxidačným prípravkom, najčastejšie peroxidom vodíka, a mostíky sa znova vytvoria, tentoraz medzi inými časťami reťazcov. Vlas si zapamätá nový tvar, kučery. Je to redoxná reakcia priamo na hlave.
Aj obyčajná voda tvar vlasu na chvíľu zmení: rozruší slabšie vodíkové väzby medzi reťazcami. Preto sa mokré vlasy dajú vysušiť do nového tvaru, ktorý však vydrží len do najbližšieho umývania.
teória
Časté chyby
- „Varením bielkoviny strácajú výživnú hodnotu.“ Pri varení sa mení tvar bielkovín, aminokyseliny zostávajú. Telo varené bielkoviny trávi dokonca ľahšie.
- „Všetky bielkoviny sú enzýmy.“ Enzýmy sú len jednou skupinou bielkovín. Ďalšie bielkoviny stavajú telo, prenášajú látky alebo bránia telo pred chorobami.
- „Denaturácia rozbije peptidové väzby.“ Denaturácia zničí tvar bielkoviny, peptidové väzby zostanú. Rozbíja ich až trávenie, hydrolýza.
- „Bielkoviny sú len v mäse.“ Veľa bielkovín majú aj strukoviny, orechy, vajcia, mliečne výrobky a obilniny.
Ako telo vie, akú bielkovinu má vyrobiť, ukazuje ďalšia lekcia Nukleové kyseliny.