Protein

Rozbalit box

Obsah boxu

Protein (často nazývaný také bílkovina) je vysokomolekulární organická látka, která je naprosto nezbytná pro život. Proteiny patří společně se sacharidy a tuky mezi tři základní makroživiny. Jsou základními stavebními kameny všech buněk a tkání v těle a plní obrovské množství klíčových funkcí, od stavby svalů a kostí až po řízení chemických reakcí jako enzymy. Název "protein" pochází z řeckého slova proteios, což znamená "prvotní" nebo "na prvním místě", což výstižně popisuje jejich fundamentální význam pro živé organismy.

🔬 Chemická podstata a struktura

Proteiny jsou biopolymery, což znamená, že se skládají z velkého počtu menších, opakujících se jednotek. Těmito základními stavebními kameny jsou aminokyseliny.

Aminokyseliny a peptidová vazba

Existuje 20 standardních (proteinogenních) aminokyselin, které se mohou kombinovat v různém pořadí a vytvářet tak obrovské množství různých proteinů. Tyto aminokyseliny se navzájem spojují specifickou kovalentní vazbou nazývanou peptidová vazba. Tato vazba vzniká reakcí (kondenzací) mezi karboxylovou skupinou (-COOH) jedné aminokyseliny a aminoskupinou (-NH₂) druhé aminokyseliny, přičemž se odštěpí molekula vody.

Když se spojí několik aminokyselin, vzniká řetězec zvaný peptid. Kratší řetězce (méně než 100 aminokyselin) se nazývají peptidy nebo polypeptidy, zatímco proteiny jsou tvořeny jedním nebo více dlouhými polypeptidovými řetězci.

Úrovně struktury proteinů

Funkce každého proteinu je neoddělitelně spjata s jeho unikátním trojrozměrným prostorovým uspořádáním. Abychom mohli tuto složitou strukturu popsat, rozlišujeme čtyři úrovně její organizace:

• Primární struktura: Je to nejzákladnější úroveň, která popisuje přesné pořadí (sekvenci) aminokyselin v polypeptidovém řetězci. Tato sekvence je zakódována v genetické informaci (DNA) a určuje všechny vyšší úrovně struktury a tím i výslednou funkci proteinu.
• Sekundární struktura: Popisuje lokální prostorové uspořádání hlavního řetězce, které je stabilizováno vodíkovými můstky mezi peptidovými vazbami. Nejčastějšími typy sekundární struktury jsou alfa-helix (pravotočivá šroubovice) a beta-skládaný list (struktura připomínající harmoniku).
• Terciární struktura: Představuje celkové trojrozměrné sbalení ("zauzlení") celého polypeptidového řetězce do finálního, funkčního tvaru. Tato struktura je stabilizována různými typy interakcí mezi postranními řetězci aminokyselin, jako jsou vodíkové můstky, hydrofobní interakce, iontové vazby a disulfidické můstky.
• Kvartérní struktura: Tuto úroveň mají pouze proteiny, které jsou tvořeny více než jedním polypeptidovým řetězcem (podjednotkou). Kvartérní struktura popisuje, jak se tyto jednotlivé podjednotky vzájemně spojují a organizují do jednoho funkčního komplexu. Příkladem takového proteinu je hemoglobin, který je tvořen čtyřmi podjednotkami.

✨ Funkce proteinů v organismu

Proteiny jsou nejuniverzálnějšími molekulami v živých systémech a podílejí se prakticky na všech buněčných procesech. Jejich funkce je dána jejich specifickou trojrozměrnou strukturou.

1. Stavební (strukturální) funkce

Proteiny jsou základním stavebním materiálem pro buňky, tkáně a orgány. Tvoří kostru buněk (cytoskelet) a jsou klíčovou součástí mezibuněčné hmoty, která dává tkáním pevnost a pružnost.

• Kolagen: Nejhojnější protein v lidském těle. Tvoří základ pojivových tkání, jako jsou kůže, šlachy, vazy, chrupavky a kosti, kterým dodává pevnost v tahu.
• Elastin: Další složka pojivových tkání, která umožňuje jejich pružnost. Nachází se například v cévách, plicích a kůži.
• Keratin: Strukturální protein, který tvoří vlasy, nehty, peří, rohy a vnější vrstvu kůže. Poskytuje mechanickou ochranu.

2. Enzymatická funkce

Téměř všechny chemické reakce v buňkách jsou katalyzovány (urychlovány) specifickými proteiny zvanými enzymy. Bez enzymů by tyto reakce probíhaly příliš pomalu na to, aby udržely život. Každý enzym má specifický tvar (aktivní místo), do kterého zapadá pouze určitá molekula (substrát), podobně jako klíč do zámku.

• Trávicí enzymy: Například pepsin v žaludku nebo trypsin v tenkém střevě štěpí bílkoviny z potravy na menší peptidy a aminokyseliny.
• DNA polymeráza: Klíčový enzym při replikaci DNA, který vytváří novou DNA kopírováním existujícího řetězce.

3. Transportní a skladovací funkce

Některé proteiny se specializují na transport a skladování životně důležitých látek.

• Hemoglobin: Protein v červených krvinkách, který váže kyslík v plicích a transportuje ho do všech tkání v těle.
• Albumin: Hlavní protein krevní plazmy, který transportuje hormony, mastné kyseliny a další látky. Také udržuje osmotický tlak krve.
• Feritin: Protein, který v buňkách bezpečně skladuje železo, aby se zabránilo jeho toxickému působení.

4. Pohybová (kontraktilní) funkce

Proteiny jsou zodpovědné za veškerý pohyb, od stahu svalů po pohyb buněk.

• Aktin a myozin: Dva hlavní proteiny ve svalových buňkách. Jejich vzájemný posun způsobuje svalovou kontrakci (stah).

5. Regulační a signální funkce

Proteiny hrají klíčovou roli v komunikaci a regulaci tělesných procesů.

• Hormony: Mnoho hormonů má proteinovou povahu. Například inzulin reguluje hladinu cukru v krvi a růstový hormon stimuluje růst.
• Receptory: Proteiny na povrchu buněk, které vážou specifické molekuly (např. hormony nebo neurotransmitery) a přenášejí signál dovnitř buňky.

6. Imunitní funkce

Proteiny jsou základem imunitního systému. Protilátky (také zvané imunoglobuliny) jsou specializované proteiny produkované bílými krvinkami. Dokáží rozpoznat a navázat se na cizorodé částice, jako jsou viry a bakterie, a označit je k likvidaci.

🧬 Syntéza proteinů v buňce

Proces, kterým buňka vytváří proteiny podle instrukcí zakódovaných v genech, se nazývá proteosyntéza. Tento komplexní proces probíhá ve dvou hlavních krocích a řídí se tzv. centrálním dogmatem molekulární biologie: DNA → RNA → protein.

1. Transkripce (přepis)

Tento krok probíhá v buněčném jádře. 1. Úsek DNA, který nese informaci pro jeden protein (tzv. gen), se dočasně rozplete. 2. Enzym RNA polymeráza vytvoří podle jednoho z řetězců DNA komplementární kopii ve formě molekuly mediátorové RNA (mRNA). 3. Vzniklá mRNA je v podstatě "poslíček", který nese genetickou informaci z bezpečí jádra do cytoplazmy, kde probíhá samotná výroba proteinu.

2. Translace (překlad)

Tento krok probíhá v cytoplazmě na buněčných organelách zvaných ribozomy. 1. Ribozom se naváže na molekulu mRNA a začne "číst" její sekvenci. 2. Informace na mRNA je čtena v úsecích po třech bázích, které se nazývají kodony. Každý kodon odpovídá jedné konkrétní aminokyselině. 3. Další typ RNA, transferová RNA (tRNA), funguje jako "adaptér". Každá molekula tRNA nese na jednom konci specifickou aminokyselinu a na druhém konci má trojici bází (antikodon), která je komplementární k určitému kodonu na mRNA. 4. Jak ribozom postupuje po mRNA, molekuly tRNA s odpovídajícími antikodony se párují s kodony a přinášejí správné aminokyseliny. 5. Ribozom tyto aminokyseliny spojuje peptidovými vazbami do rostoucího polypeptidového řetězce. 6. Jakmile ribozom narazí na "stop" kodon, translace končí a nově vytvořený polypeptidový řetězec je uvolněn.

Po uvolnění z ribozomu se polypeptidový řetězec musí ještě správně sbalit do své unikátní trojrozměrné struktury (terciární struktury), aby se stal funkčním proteinem. Tento proces se nazývá sbalování proteinů (protein folding).

🥗 Proteiny ve výživě

Proteiny jsou klíčovou a nenahraditelnou složkou lidské stravy. Tělo využívá aminokyseliny z potravy k neustálé obnově a tvorbě vlastních proteinů.

Zdroje proteinů

Zdroje bílkovin v potravě lze rozdělit do dvou hlavních kategorií:

• Živočišné zdroje: Zahrnují maso, drůbež, ryby, mořské plody, vejce a mléčné výrobky (sýr, jogurt, tvaroh). Živočišné bílkoviny jsou obecně považovány za plnohodnotné (kompletní), protože obsahují všechny esenciální aminokyseliny v optimálním poměru.
• Rostlinné zdroje: Zahrnují luštěniny (čočka, fazole, cizrna, hrách), sójové produkty (tofu, tempeh), ořechy, semínka a obiloviny (quinoa, oves). Většina rostlinných zdrojů je neplnohodnotná (nekompletní), protože jim chybí jedna nebo více esenciálních aminokyselin. Výjimkou je například sója a quinoa.

Esenciální aminokyseliny a kvalita proteinů

Lidské tělo si dokáže syntetizovat 11 z 20 aminokyselin. Zbývajících 9 si vytvořit nedokáže a musí je přijímat v potravě – tyto se nazývají esenciální aminokyseliny.

Kvalita proteinu v potravině se hodnotí právě podle obsahu a poměru těchto esenciálních aminokyselin. Pro zajištění dostatečného příjmu všech esenciálních aminokyselin z rostlinné stravy je důležité kombinovat různé zdroje. Tento princip se nazývá komplementace proteinů. Klasickým příkladem je kombinace obilovin (kterým chybí aminokyselina lysin) a luštěnin (kterým chybí methionin). Tímto spojením (např. rýže s fazolemi nebo chléb s čočkovou polévkou) se získá plnohodnotný protein.

Doporučený denní příjem

Doporučený denní příjem bílkovin se liší v závislosti na věku, pohlaví, hmotnosti a úrovni fyzické aktivity. Pro průměrného dospělého se sedavým způsobem života se obecně doporučuje příjem okolo 0,8 gramu bílkovin na kilogram tělesné hmotnosti. U sportovců, dětí, těhotných a kojících žen je tato potřeba vyšší a může se pohybovat v rozmezí 1,2 až 2,0 g/kg.

🔥 Denaturace proteinů

Denaturace je proces, při kterém protein ztrácí svou přirozenou prostorovou strukturu (sekundární, terciární a kvartérní), a tím i svou biologickou funkci. Primární struktura (pořadí aminokyselin) však zůstává zachována. Je to v podstatě "rozbalení" nebo "zauzlení" složitě sbaleného proteinu. Ve většině případů je tento proces nevratný (ireverzibilní).

Denaturaci mohou způsobit různé faktory:

• Teplo: Zvýšení teploty narušuje slabé vazby, které stabilizují strukturu proteinu.
• Změna pH: Silné kyseliny nebo zásady mění iontový náboj postranních řetězců aminokyselin, což vede k rozpadu struktury.
• Mechanické vlivy: Například intenzivní míchání nebo šlehání.
• Chemické látky: Například organická rozpouštědla (alkohol) nebo soli těžkých kovů.

Denaturace je běžnou součástí každodenního života, zejména při vaření:

• Vaření vajíčka: Tekutý a průhledný vaječný bílek (tvořený hlavně proteinem albuminem) se teplem mění na pevnou a bílou hmotu.
• Srážení mléka: Přidáním kyseliny (např. citronové šťávy) do mléka dojde ke srážení proteinu kaseinu, což je základ výroby sýrů a tvarohu.
• Šlehání sněhu z bílků: Mechanická síla metly denaturuje proteiny v bílku a umožňuje jim zadržovat vzduch, čímž vzniká pěna.

Ačkoli denaturací protein ztrácí svou původní funkci, pro výživu je tento proces často prospěšný. Denaturované proteiny jsou totiž snadněji stravitelné, protože trávicí enzymy se lépe dostanou k peptidovým vazbám.

👶 Pro laiky

Představte si proteiny jako stavebnici Lego pro naše tělo. Jednotlivé kostičky Lega jsou aminokyseliny. Z těchto kostiček si tělo staví všechno, co potřebuje: svaly, kosti, vlasy, ale i malé "dělníky" (enzymy), kteří v těle všechno řídí a opravují, nebo "dopravce" (hemoglobin), kteří roznášejí kyslík.

Některé kostičky (esenciální aminokyseliny) si tělo neumí vyrobit samo a musíme mu je dodat v jídle. Najdeme je hlavně v mase, vejcích a mléčných výrobcích. Rostliny je mají také, ale často jim některá kostička chybí, proto je dobré je správně kombinovat (např. jíst rýži s fazolemi).

Každý protein je jako složitá a přesně poskládaná stavba z Lega. Když tuto stavbu vystavíte například vysoké teplotě (uvaříte ji), rozpadne se na zamotaný řetěz kostiček. Tomuto procesu se říká denaturace. Příkladem je vaření vajíčka: tekutý průhledný bílek se teplem změní na pevnou bílou hmotu. I když je protein takto "rozbitý", pro naše tělo je to vlastně dobře, protože ho pak umí snadněji rozebrat na jednotlivé kostičky a použít je na stavbu vlastních proteinů.