Bílkoviny ve výživě sportovce

MASARYKOVA UNIVERZITA Fakulta sportovních studií Katedra Sportovní medicíny a zdravotní tělesné výchovy Bílkoviny ve výživě sportovce Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Lucie Mandelová Vypracovala: Lucie Pešová 3. roč. RVS Brno, 2006

Prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování použila nebo z nich čerpala, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Lucie Pešová

Poděkování Tato práce by nevznikla bez pomoci mé vedoucí bakalářské práce Mgr. Lucie Mandelové a kamaráda Bc. Viktora Póče. Tímto jim děkuji.

Obsah Úvod...6 1. Aminokyseliny...8 1. 1 Bílkovinné aminokyseliny...8 1. 1. 1 Dělení dle postranního řetězce:...9 1. 1. 2 Esenciální, neesenciální a poloesenciální aminokyseliny 13 1. 2 Nebílkovinné aminokyseliny...14 1. 3 Základní vlastnosti aminokyselin...14 2. Peptidy...15 2. 1 Biologicky významné peptidy...15 2. 2 Základní vlastnosti peptidů...16 3. Bílkoviny (proteiny)...17 3. 1 Dělení bílkovin...17 3. 2 Struktura bílkovin...19 3. 2. 1 Primární struktura...19 3. 2. 2 Sekundární struktura...19 3. 2. 3 Terciární struktura...21 3. 2. 4 Kvartérní struktura...21 3. 3 Vlastnosti bílkovin...21 3. 3. 1 Disociace a hydratace...21 3. 3. 2 Denaturace...22 3. 4 Metabolismus bílkovin...22 3. 4. 1 Trávení bílkovin...23 3. 4. 2 Katabolizmus bílkovin a aminokyselin...24 3. 4. 3 Proteosyntéza...24 3. 4. 4 Poruchy v metabolismu aminokyselin a malnutrice...25 3. 5 Výživová hodnota bílkovin...26 4. Bílkoviny a sport...30 4.1 Význam bílkovin ve výživě sportovce...30 4.2 Doporučený příjem bílkovin...31 4. 2. 1 Doporučený příjem bílkovin u nesportující populace...31 4. 2. 2 Doporučený příjem bílkovin u sportovců...32 4. 3 Metabolismus bílkovin při zátěži...36 4. 4 Potraviny bohaté na bílkoviny a změny jejich bílkovin při tepelné úpravě...36 4. 4. 1 Významné živočišné zdroje bílkovin...37 4. 4. 2 Významné rostlinné zdroje bílkovin...40 4. 5 Proteinové a aminokyselinové suplementy...41 4. 5. 1 Proteinové suplementy...42 4. 5. 2 Aminokyselinové suplementy...43 Závěr...44 Shrnutí...45 Résumé...45 Literatura...46

Úvod Konzumace potravy je, těsně po dýchání, člověkem druhou nejčastěji prováděnou činností. Hraje v našem životě velice důležitou roli. Ovlivňuje jak psychický tak i fyzický stav. Je dokázáno, že většině nemocí lze předejít správnou životosprávou a mnoho již vzniklých nemocí lze vhodnou stravou léčit. Tento fakt byl dlouhou dobu opomíjen. Naštěstí se v poslední době stalo jakousi módní záležitostí žít tzv. zdravým životním stylem, který klade velký důraz především na pohyb a správnou výživu. Na trhu se objevil nespočet různých titulů zabývajících se zdravou výživou a v každém časopise se dnes dočteme co jíst a co nejíst. Otázkou však je, píší-li tyto informace kvalifikovaní odborníci a pokud ano, zda se těmito pokyny čtenáři opravdu řídí. Až čas ukáže, jestli klesne zatím vzrůstající počet obézních a nemocných lidí. Lidská strava je složena ze 7 základních látek: tuků, bílkovin, cukrů, vody, vlákniny, minerálů a vitamínů. Aby strava byla vyvážená a považována za zdravou, je nutné dbát na poměr a kvalitu těchto látek v ní obsažených. Sportovci často podceňují úlohu stravy na svůj sportovní výkon. Přitom v některých sportech správná skladba potravin znamená až 70% úspěchu. Mezi takovéto sporty patří i fitness. Tento sport provozuji už několik let. Právě zde hraje hlavní roli rozvoj a kvalita kosterního svalstva. Díky tomu jsou právě bílkoviny jednou z nejdiskutovanějších otázek. Neustále se vedou debaty kolik bílkovin a kdy je přijmout, zda je lepší to či ono. Jelikož jsem sama v některých z těchto otázek neměla jasno, zvolila jsem téma bakalářské práce právě bílkoviny ve výživě sportovce. Za cíl jsem si dala zpracovat toto téma tak, aby po přečtení byly čtenáři jasné odpovědi, alespoň na některé základní otázky co se týče bílkovin a jejich úlohy ve sportu. 6

V první části bakalářské práce seznamujeme čtenáře s biochemií aminokyselin, peptidů a bílkovin. Je zde také nastíněn jejich význam pro člověka. Dále se blíže zabýváme metabolismem proteinů, jejich vlastnostmi a výživovou hodnotou. Poslední, nejdůležitější část této práce, je zaměřena na úlohu bílkovin ve sportu. Popisujeme jejich metabolismus při zátěži, a také jejich doporučený příjem. Následně uvádíme zdroje bohaté na bílkoviny. Závěr je věnován některým proteinovým suplementům. 7

1. Aminokyseliny V potravě se aminokyseliny vyskytují jako stavební jednotky všech bílkovin, peptidů, ale také jako volné látky, proto jim budeme věnovat tuto kapitolu, díky které pak lepe pochopíme vlastnosti samotných bílkovin [ 25 ]. V biologických objektech bylo prokázáno více než 700 různých aminokyselin. Některé se vyskytují jen v určitých rostlinách, živočiších či jiných organismech, mají rozmanité funkce, některé z nich ještě ani neznáme, jiné jsou rozšířené zcela obecně [ 25, 26 ]. Aminokyseliny jsou sloučeniny, které obsahují alespoň jednu primární aminoskupinu NH 2 a zároveň alespoň jednu karboxylovou skupinu -COOH. Jsou to tedy substituované karboxylové kyseliny [ 25 ]. 1. 1 Bílkovinné aminokyseliny Standardní aminokyseliny jsou karboxylové kyseliny obsahující primární, popřípadě sekundární aminoskupinu na α-uhlíku, tj. na uhlíku sousedícím s karboxylem. Jsou to tedy výhradně α aminokyseliny [ 6, 7, 25 ]. Všechny tyto aminokyseliny jsou opticky aktivní sloučeniny řady L, s výjimkou glycinu. Základních aminokyselin je 20, respektive 19 aminokyselin s primární aminoskupinou a jedna se sekundární aminoskupinou. Vyskytují se v bílkovinách většiny organismů. Říkáme jim také kódované neboli proteinogenní aminokyseliny, protože mají svůj vlastní genetický kód. Ten slouží k jejich zařazovaní do polypeptidových řetězců tvořených podle genetické informace [ 6, 25, 26 ]. Jednotlivé aminokyseliny se liší strukturou postranního řetězce, který je vázaný na α-uhlík. Ten určuje specifické vlastnosti základních 8

aminokyselin jako např. polární či nepolární charakter, nebo kyselý, zásaditý či neutrální charakter [ 6, 25 ]. Dle typu postranního řetězce dělíme aminokyseliny do několika formálních skupin. Tento způsob třídění je nejrozšířenější [ 6, 25 ]. 1. 1. 1 Dělení dle postranního řetězce: Bez postranního řetězce Glycin (Gly) S uhlovodíkovým nesubstituovaným řetězcem Alanin (Ala) Valin (Val) Leucin (Leu) Isoleucin (Ile) 9

S hydroxylem v postranním řetězci Serin (Ser) Threonin (Thr) Se sirnou skupinou v postranním řetězci Cystein (Cys) Methionin (Met) S karboxylem v postranním řetězci Asparagová kys. (Asp) Glutamová kys. (Glu) 10

S karboxyamidovou skupinou v postranním řetězci Asparagin (Asn) Glutamin (Gln) S postranním řetězcem s bazickou skupinou Lysin (Lys) Arginin (Arg) Histidin (His) 11

S aromatickým postranním řetězcem Fenylalanin (Phe) Tyrosin (Tyr) Tryptofan (Trp) S postranním řetězcem jakou součást kruhu Prolin (Pro) 12

1. 1. 2 Esenciální, neesenciální a poloesenciální aminokyseliny Některé kódové aminokyseliny dokáže lidský organismus syntetizovat z jiných aminokyselin, z glukózy, mastných kyselin aj. Ty se pak nazývají neesenciální aminokyseliny. Esenciální aminokyseliny nedokážeme vytvářet a jsme odkázáni na jejich příjem z potravy. Zvláštní skupinu tvoří tzv. poloesenciální (semiesenciální) aminokyseliny, což jsou neesenciální aminokyseliny, které se u rychle rostoucího organismu nedokáží dostatečně syntetizovat a stávají se tak pro tento organismus esenciálnímy aminokyselinami. Zařazení jednotlivých aminokyselin, podle schopnosti lidského organismu je vytvářet či nikoli, ukazuje tabulka 1 [ 25 ]. Většina esenciálních aminokyselin je ve stravě obsažena v dostatečném množství. Ta, která je relativně (na denní potřebu člověka) obsažena nejméně, se označuje jako limitující a určuje výživovou hodnotu stravy. Většinou je to lysin či methoinin, eventuálně cystein i neesenciální aminokyselina může být limitující [ 25 ]. Tab. 1: Přehled esenciálních, poloesenciální a neesenciálních aminokyselin Esenciální aminokyseliny Poloesenciální aminokyseliny Neesenciální aminokyseliny Valin Arginin Glycin Leucin Histidin Alanin Isoleucin Serin Threonin Cystein Methionin Asparagová kyselina Lysin Glutamová kyselina Fenylalanin Tyrosin Tryptofan Prolin 13

1. 2 Nebílkovinné aminokyseliny Do této skupiny můžeme zařadit aminokyseliny, které nejsou součástí bílkovin, ale jsou vázány v peptidech nebo se v potravě vyskytují jako volné. Biochemie je řadí mezi tzv. sekundární metabolity, jelikož se často jedná o produkty různých metabolických pochodů a prekurzory biosyntézy řady dalších dusíkatých sloučenin. Nebílkovinné aminokyseliny mají v organismech také specifické funkce, např. jako hormony a nervové mediátory, jiné jsou toxické [ 25 ]. 1. 3 Základní vlastnosti aminokyselin Aminokyseliny jsou, bez ohledu na strukturu postranního řetězce, polární krystalické látky většinou dobře rozpustné ve vodě a alkoholech [ 7 ]. Rozpustnost je však velmi rozdílná, např. málo rozpustný je cystin (vzniká dehydrogenací ze dvou molekul cysteinu) a tyrosin a velmi dobře se rozpouští prolin, cystein a lysin. Ta závisí na polaritě postranního řetězce a na ph prostředí. V krevní plazmě jsou však rozpustné všechny [ 7 ]. Charakteristická vlastnost aminokyselin je amfoterní charakter. To znamená, že aminokyselina se může vyskytovat jak ve formě kationtu tak i aniontu, či amfiontu. V silně kyselem prostředí se stává aminokyselina kationtem, v silně alkalickém aniontem a amfiontem se stává pokud jsou obě skupiny polarizovány. Hodnota ph prostředí, ve kterém se aminokyselina vyskytuje v roztoku jako amfiont a navenek se jeví jako elektroneutrální se označuje jako izoelektrický bod pi [ 6, 7 ]. Některé aminokyseliny dokážou ovlivňovat organoleptické vlastnosti potravin. Podle těchto vlastností je dělíme na sladké (např. glycin, alanin), kyselé (asparagová a glutamová kyselina), hořké (např. leucin, isoleucin), indiferentní (ostatní aminokyseliny) [ 25 ]. 14

2. Peptidy Jednou z nejdůležitějších vlastností aminokyseliny je schopnost vzájemně se slučovat za vzniku peptidové vazby CO-NH-. Tato vazba je zvláštním případem amidové vazby, která vzniká reakcí α-karboxylové skupiny jedné aminokyseliny s α-aminoskupinou druhé aminokyseliny za odštěpení vody [ 6, 7 ]. Podle počtu spojených α-aminokyselin vznikají dipeptidy (2 molekuly aminokyselin), tripeptidy (3 molekuly aminokyselin) atd. [ 25 ]. Podle typu řetězce se peptidy dělí na lineární a cyklické peptidy. Lineární peptidy mají na jednom konci nezreagovanou volnou α-aminoskupinu (N-konec peptidu) a na druhém konci volnou karboxylovou skupinu (C-konec peptidu). Kromě těchto lineárních peptidů mohou vznikat i cyklické peptidy, které nemají volnou ani karboxylovou slupinu, ani aminoskupinu [ 6, 25 ]. Dále se peptidy dělí podle velikosti molekuly na oligopeptidy a polypeptidy. Oligopeptidy mají obvykle v řetězci 2 10 molekul aminokyselin. Polypeptidy mají více než 10 molekul aminokyselin, přibližně až do 50 100 molekul. Hranice mezi proteiny a peptidy není jasná [ 6, 25 ]. V organismech vznikají peptidy z aminokyselin buďto jednoduchou biosyntézou nebo hydrolýzou prekurzorů vyráběných v rámci proteosyntézy [ 25 ]. 2. 1 Biologicky významné peptidy Některé peptidy mají v organismech řadu význačných biologických účinků. Jsou to látky jako hormony, antibiotika či bakteriální toxiny [ 6, 7, 25 ]. Tripeptid glutathion je v buňkách jedním z nejdůležitějších redukčních prostředků a antioxidantů. Uplatňuje se při detoxikaci 15

xenobiotik v játrech a transportu aminokyselin přes cytoplazmatickou membránu [ 6, 7 ]. Gastrin patří mezi gastrointestinální peptidy. Je stimulátorem sekrece HCl žaludeční sliznice a vylučuje do krve buňky žaludeční a duodenální stěny [ 7 ]. Do skupiny hormonálních peptidů patří např. liberiny a statiny, které jsou produkované hypotalamem a regulují sekreci hormonů adenohypofýzy, nebo oxytocin a vasopresin, což jsou nonapeptidy také produkované hypotalamem. Oxytocin ovlivňuje stahy dělohy a vasopresin kontroluje diurézu. Dále kalcitocin, produkovaný štítnou žlázou a parathormon, který ovlivňuje matabolismus vápníku. Inzulín a glukagon, podílející se na redukci hladiny glukosy v krvi [ 6, 7 ]. Mezi peptidová antibiotika patří např. peniciliny, což nejsou sice peptidy, ale lze je pokládat za odvozené z dipeptidu cysteinylvalinu [ 6, 7 ]. Toxické peptidy mezi než patří např. amanitiny a faloidiny, jsou přítomné v nejjedovatější houbě muchomůrce zelené (Amanita phaloides) [ 6, 7 ]. Syntetické peptidy, např. aspartam, což je necukerné sladidlo [ 6 ]. 2. 2 Základní vlastnosti peptidů Peptidy jsou ve vodných roztocích disociovány a tvoří soli podobně jako aminokyseliny. Jednotlivé peptidy mají také své hodnoty disociačních konstant a isoelektrických bodů. S růstem molekulové hmotnosti peptidů se snižuje kyselost a bazicita funkčních skupin [ 25 ]. Některé peptidy mají podobně jako aminokyseliny také organoleptické vlastnosti, to znamená mají hořkou, slanou a sladkou chuť [ 25 ]. 16

3. Bílkoviny (proteiny) Bílkoviny jsou polymery složené z L-aminokyselin, které vznikly procesem proteosyntézy. Běžně v molekule obsahují více než 100 aminokyselin vzájemně spojených peptidovou vazbou do lineárních řetězců [ 6, 25 ]. Jak už bylo zmíněno výše, hranice mezi polypeptidy a peptidy není zcela přesná. Bílkoviny se však vyznačují vyšší organizovanosti a mají vždy charakteristické prostorové uspořádání, tzv. nativní konformaci. Ta bývá značně kompaktní a do určité hranice stabilní [ 6, 7 ]. 3. 1 Dělení bílkovin Podle biologické funkce se rozlišují bílkoviny strukturní (stavební složky buněk, tkání živočichů a pletiv rostlin), katalytické (enzymy, hormony), transportní (slouží k přenosu různých sloučenin), pohybové (např. aktin, myosin), obranné (protilátky a imunoglobuliny), zásobní (ferritin), senzorické (např. rhodopsin), regulační (hormony, histony), výživové [ 25 ]. Výživové bílkoviny jsou zdrojem esenciálních aminokyselin, hlavním zdrojem dusíku v potravě a jsou potřebné k výstavbě a obnově tkání [ 25 ]. Podle stavu v kterém se bílkoviny v potravině nacházejí rozlišujeme proteiny nativní neboli přírodní, které mají zachovány všechny biologické funkce, proteiny denaturované, které tyto funkce už nemají a proteiny upravené, které se požívají jako potravinářská aditiva [ 25 ]. Bílkoviny určené pro lidskou výživu dělíme podle původu příslušné potraviny na živočišné, rostlinné a mikrobiální [ 21, 25 ]. Živočišné zdroje bílkovin - mají příznivý poměr esenciálních aminokyselin, blízký potřebám člověka. Z výživového hlediska je považujeme za plnohodnotné. Jsou cenově dražší než bílkoviny rostlinné. 17

Zdroje těchto bílkovin jsou: vajíčka, mléko a mléčné výrobky, maso [ 21, 25 ]. Rostlinné zdroje bílkovin - bývají méně hodnotné, protože některé aminokyseliny jsou limitující. U obilovin lysin, u luštěnin metionin. Kombinací obilovin a luštěnin muže výsledná hodnota aminokyselin v potravě být plnohodnotná. Nejlepší rostlinnou bílkovinu obsahuje sója (problém vegetariáni, vegani) [ 21 ]. Mikrobiální zdroje bílkovin - zatím nejsou pro lidskou výživy významné [ 21 ]. Podle struktury rozlišujeme bílkoviny jednoduché a složené (konjugované) [ 25 ]. Jednoduché proteiny obsahují pouze aminokyseliny a podle tvaru molekuly je dělíme na globulární bílkoviny, fibrilární bílkoviny a zvláštní skupinou jsou tzv. membránové bílkoviny [ 6, 25 ]. Globulární bílkoviny mají oblý až kulovitý tvar, polypeptidový řetězec je pevně sbalený. Jsou rozpustné ve vodě. Např. albumin [ 6 ]. Fibriální (vláknité) bílkoviny mají tvar makroskopických vláken. Jsou relativně malou skupinou nerozpustnou ve vodě. Tvoří základ vnitřní struktury buněk. Mají funkci stavební, podpůrnou, krycí. Např. α-keratin, kolagen, elastin [ 6, 25 ]. Membránové bílkoviny se vyskytují v biomembránách [ 6 ]. Složené proteiny se rozdělují podle typu vázané nebílkovinné složky na nukleoproteiny (např. ribozomy, chromatin, viry), lipoproteiny (lipoproteiny krevního séra, membrán a nervové tkáně), glykoproteiny (imunoglobuliny, chrupavky), fosfoproteiny (např. kaseiny, vitelin), chromoproteiny (hemoglobin, pigmenty kůže, vlasů), mataloproteiny (hemoglobin, transferrin) [ 25, 26 ]. 18

Podle rozpustnosti dělíme bílkoviny na: Rozpustné bílkoviny albuminy, globuliny, prolaminy, gluteliny, protaminy, histony [ 25 ]. keratin [ 25 ]. Nerozpustné bílkoviny fibrilární bílkoviny, jako kolagen, elastin, 3. 2 Struktura bílkovin Struktura bílkovin popisuje chemickou stavbu molekuly proteinů. Rozlišujeme čtyři úrovně struktury primární, sekundární, terciární a kvartérní [ 6, 7 ]. 3. 2. 1 Primární struktura Primární struktura je geneticky podmíněna a popisuje pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci a jejich konfiguraci. Sekvence aminokyselin určuje vlastnosti každé bílkoviny a uvádí se vždy od N-konce k C-konci hlavního řetězce, v souladu se směrem proteosyntézy [ 6, 7, 24 ]. 3. 2. 2 Sekundární struktura Sekundární strukturou se rozumí prostorové uspořádání atomů v hlavním peptidovém řetězci, bez ohledu na postranní řetězce. Je dáno primární strukturou, tj. sekvencí aminokyselin v polypeptidovém řetězci [ 6, 7, 25 ]. Známe několik typů sekundární struktury, avšak nejrozšířenější a nedůležitější jsou α-helix a β-struktura [ 25 ]. α-helix strukturu mají proteiny jejichž polypeptidové řetězce jsou většinou uspořádány do pravotočivé šroubovice, ukazuje obrázek 1. Závity šroubovice jsou stabilizovány vodíkovými vazbami a postranní řetězce směřují vně šroubovice [ 1, 24 ]. 19

Obr. 1: α-helix [ 30 ] β-struktura neboli tzv. struktura skládaného listu dostala tento název proto, protože roviny peptidových vazeb se v řetězci střídavě sklánějí nahoru a dolů tak, jako kdyby řetězec probíhal po povrchu papíru složeného do pravidelných záhybů, ukazuje obrázek 2. Řetězec je držen pohromadě opět vodíkovými vazbami a postranní řetězce aminokyselin směřují nad a pod úroveň skládaného listu [ 1, 7, 24 ]. Obr. 2: β-struktura [ 30 ] 20

3. 2. 3 Terciární struktura Prostorové uspořádání všech atomů bílkovin, jejich nativní konformaci a zevní tvar popisuje terciární struktura. Na udržení této struktury se podílí vzájemné působení postranních řetězců. Oproti sekundární struktuře je tedy výsledkem stabilizujících interakcí mezi postranními řetězci úseků s různou sekundární strukturou [ 6, 7 ]. 3. 2. 4 Kvartérní struktura Molekuly některých bílkovin se skládají z více polypetidových řetězců tzv. podjednotek, ty mají svoji vlastní terciární strukturu a jsou vázány pouze nekovalentními interakcemi. Kvartérní struktura tedy popisuje počet a prostorové uspořádání těchto podjednotek v molekule proteinu [ 6 ]. 3. 3 Vlastnosti bílkovin 3. 3. 1 Disociace a hydratace Proteiny jsou polyamfolyty, jelikož v roztocích disociují za vzniku makromolekulárních polyiontů, podobně jako aminokyseliny či peptidy. V závislosti na ph prostředí se v jejich molekule nalézají kladně nebo záporně nabité ionty vznikající štěpením funkčních skupin různých aminokyselin [ 25 ]. V polárních rozpouštědlech jako je voda či vodné roztoky kyselin a zásad jsou globulární proteiny, na rozdíl od fibrilárních bílkovin, rozpustné [ 25 ]. Roztoky globulárních proteinů jsou koloidně disperzními soustavami [ 25 ]. Rozpustnost proteinů závisí na struktuře bílkoviny, relativní permitivitě rozpouštědla, hodnotě ph roztoku, jeho iontové síle (vyšší koncentrace solí snižuje rozpustnost, nižší koncentrace solí rozpustnost zvyšuje), teplotě a mnoha dalších faktorech. Přehled rozpustných a 21

nerozpustných bílkovin viz. kapitola dělení bílkovin podle rozpustnosti [ 25 ]. 3. 3. 2 Denaturace Denaturace nastává v případě, že dojde k narušení nativní konformace. Dojde k rozvolnění nebo porušení sekundární a terciální struktury, bílkoviny ztrácí své biologické funkce. Tento stav může být reverzibilní, pokud ale dojde ke změně konformace proteinů změny jsou obvykle nevratné [ 6, 25 ]. Denaturaci vyvolávají změny fyzikálních faktorů (změny teploty, tlaku, působení ultrazvuku, pronikavé elektromagnetické záření aj.) nebo chemických činidel (změna ph roztoků nebo přítomnost povrchově aktivních látek) [ 25 ]. Z nutričního hlediska je denaturace většinou žádoucí. Denaturované proteiny jsou totiž přístupnější digestivním enzymům trávicího traktu než nativní proteiny. Denaturací se tedy zvyšuje využitelnost proteinů a součastně dochází k znehodnocení některých antinutričních faktorů, toxických látek, nežádoucích enzymů a mikroorganismů [ 25 ]. 3. 4 Metabolismus bílkovin Člověk potřebuje v potravě přijímat určité množství bílkovin, jelikož jsou pro něj jediným zdrojem dusíku. Aminokyseliny, které z nich získává, slouží v jeho organismu k syntéze nových bílkovin, k syntéze nebílkovinných dusíkatých látek a jako zdroj energie pokud jsou ostatní energetické zdroje, sacharidy a lipidy, vyčerpány [ 6 ]. Bílkoviny se na rozdíl od sacharidů a lipidů nemohou ukládat do zásob, proto v organismu probíhá jejich neustála obnova a degradace. Metabolismus proteinů můžeme sledovat pomocí tzv. dusíkové bilance, což je rozdíl mezi hmotností dusíku přijatého do organismu potravou ve 22

formě proteinů nebo aminokyselin a hmotností dusíku vyloučeného z těla ven. U zdravého jedince je tato bilance vyrovnaná. Pro rostoucí organismus nebo stav rekonvalescence je charakteristický příjem dusíku vyšší než jeho ztráty, jedná se o pozitivní dusíkovou bilanci. Negativní dusíková bilance, kdy je výdej dusíku vyšší než jeho příjem, je většenou spojena s vážným poškozením zdraví [ 1, 17, 25 ]. 3. 4. 1 Trávení bílkovin Trávení bílkovin je zahájeno v žaludku, kde žaludeční kyselina (HCl) aktivuje, v hlavních buňkách tvořené, tři pepsinogeny na osm různých pepsinů. Pepsiny pak při optimálním ph 2 4 štěpí tyrozinové a fenylalaninové vazby bílkovin, čímž vznikají polypeptidy. Trávení pokračuje v duodenu, kde enteropeptidáza aktivuje trypsinogen a chymotrypsinogen na trypsin a chymotrypsin, kteří štěpí polypeptidy na oligopeptidy a dipeptidy. Trávení pokračují pankreatická karboxypeptidáza a střevní aminopeptidáza, které odštěpují volné aminokyseliny z konců peptidových řetězců. Vzniklé aminokyseliny se pak resorbují přes mukosální membránu specifickými transportními systémy (nesaturovanou prostou difusí, přenašeči nezávislými na sodíku, přenašeči závislými na sodíku) do krve. Odtud se dostávají do jater nebo lymfatického a následně krevního oběhu. Nevstřebané aminokyseliny nebo peptidy dále v tlustém střevě metabolizuje střevní mikroflora za vzniku tzv. produktů hnití [ 16, 21, 23 ]. V játrech je tzv. málo kapacitní pool aminokyselin, který je určitou pohotovostní zásobárnou aminokyselin. Z této zásobárny se odebírají aminokyseliny pro výstavbu plazmatických a následně i tělesných proteinů. Z aminokyselin se také po dekarboxylaci syntetizují jiné dusíkaté látky [ 21, 25 ]. 23

3. 4. 2 Katabolizmus bílkovin a aminokyselin Zdravý dospělý člověk odbourá 1 2 % svých proteinů denně. Proteiny se svým poločasem rozpadu značně liší. V buňkách jsou dvě dráhy sloužící k rozkladu proteinů. Extracelulární bílkoviny jsou pohlcené endocytosou a intracelulární bílkoviny (delší poločas rozpadu) jsou odbourávány v lyzosomech. Proteiny s kratším poločasem se odbourávají v cytoplazmě pomocí bílkovinného komplexu proteasomu. Odbourání probíhá po výběrovém označení bílkovinou ubikvitinem [ 6 ]. Katabolismus většiny aminokyselin začíná odstraněním α- aminoskupiny nejčastěji procesem transaminace nebo deaminace. Zbylý uhlíkatý skelet může po deaminaci vstupovat do citrátového cyklu, kde se z něj syntetizují sacharidy nebo lipidy, nebo se může odbourávat až na oxid uhličitý za součastné syntézy ATP [ 6, 25 ]. Transaminace jsou reakce, při nichž se aminoskupina z aminokyseliny přenáší na 2-oxokyselinu (většinou na 2-oxoglutarát). Z 2- oxokyseliny se stává aminokyselina a aminokyselina se přeměňuje na 2- oxokyselinu [ 6 ]. Deaminace probíhá v játrech. Nejběžnější je aerobní deaminace glutamátu, při které vzniká 2-oxoglutarát a uvolňuje se amoniak, který je pro buňky velice toxický. Většina se ho mění v játrech na močovinu a je vylučována močí [ 6 ]. 3. 4. 3 Proteosyntéza Proteosyntéza je velice složitý a přesný proces, ve kterém jsou bílkoviny syntetizovány z aminokyselin. Tento proces probíhá v ribozómech a informace o tom, jaké má být pořadí aminokyselin v proteinech je uložena v primární struktuře DNA. Proteosyntéza má dvě fáze [ 1 ]: 24

První fáze se nazývá trankripce a dochází v ni k přepisu informace o nukleotidovém složení z molekuly DNA na molekulu m-rna, nukleotidy v m-rna se řadí za sebou podle komplementarity bází [ 1 ]. Translace je druhá fáze, ve které se překládá pořadí nukleotidů z m-rna do pořadí aminokyselin vznikajícího polypeptidového řetězce. Aminokyseliny jsou do ribozómů transportovány t-rna. Druh aminokyselin určuje tzv. kodon tři za sebou následující báze v m-rna [ 1 ]. 3. 4. 4 Poruchy v metabolismu aminokyselin a malnutrice U některých lidí se mohou vyskytovat vrozené vady v metabolismu aminokyselin. Jde o recesivní choroby způsobené defektem genů kódujících enzymy jednotlivých metabolických drah. Mezi nejčastější patří fenylketonurie, homocystinurie [ 17, 21 ]. Fenylketonurie v těle chybí enzym fenylalaninhydroxyláza. Fenylalanin se pak nemůže dobře odbourávat a v těle se hromadí. Důsledkem patologické koncentrace dochází k poškození činnost centrální nervové soustavy. Zdravotním opatřením je dieta s nízkým obsahem fenylalaninu [ 17, 21 ]. Homocystinurie jedná se o poruchu metabolismu cysteinu, jejíž důsledkem se zvyšuje hladiny homocysteinu [ 17 ]. Postižení trpí předčasnou aterosklerózou [ 17 ]. Malnutrice neboli podvýživa se vyskytuje především v rozvojových zemích, kde spousta lidí dennodenně umírá hladem. Marasmus (proteino energetická malnutrice) způsobuje nedostatečný příjem všech živin. Jde o tzv. vyvážené hladovění. Ztrácí se podkožní tuk, snižuje se kožní turgor, dochází ke svalové devastaci, distenzi břicha s častou přítomností krvavých průjmů. Psychicky jsou lidé pasivní, depresivní, v dosahu jídla agresivní [ 4, 18 ]. 25

Kwashiorkor (převážně proteinová malnutrice) - je následkem nedostatečného příjmu bílkovin, při relativním nebo absolutním nadbytku sacharidů. Jde převážně o dětskou malnutrici. Dochází k psychomotorické a mentální retardaci [ 4, 18 ]. 3. 5 Výživová hodnota bílkovin Kvalitu bílkoviny určuje poměr esenciálních a neesenciálních aminokyselin v ní obsažených. Bílkovina je tím hodnotnější, čím více se tento poměr přibližuje fyziologickým potřebám člověka. Nejkvalitnější bílkovinou je bílkovina vaječná, někdy taky používána jako referenční protein, viz níže [ 14 ]. V dnešní době se vychází z toho, že neesenciální aminokyseliny jsou alespoň částečně nahraditelné. Hodnota proteinu tedy závisí především na obsahu esenciálních aminokyselin a může se vypočítat na základě jejich složení [ 21 ]. Biologická hodnota bílkovin (BV) stanovuje, kolik gramů tělesných proteinů může být vytvořeno ze 100 gramů příslušných bílkovin v potravě. Udává se v procentech. Čím vyšší je tato hodnota přijímaných bílkovin, tím méně jich tělo potřebuje k tomu, aby udrželo vyrovnanou bilanci proteinů. Přehled biologických hodnot různých druhů bílkovin uvádí tabulka 2. Živočišné zdroje bílkovin jednoznačně patří mezi biologicky hodnotnější, na rozdíl od rostlinných zdrojů. Kombinací obou těchto zdrojů je možné, aby bylo dosaženo vyšší biologické hodnoty než dosahují bílkoviny živočišné povahy samotné. Některé biologické hodnoty bílkovinných směsí pro člověka znázorňuje tabulka 3 [ 5, 19 ]. 26

Vzorec pro výpočet biologické hodnoty [ 21 ]: NPU BV = ; D NPU N N N A B b =, a + N D N N r v F m = =, kde v N N N v N NPU je využití proteinů (net protein utilization); N AB obsah dusíku v těle (%); N ab obsah dusíku v potravě (%); A,a - zvíře, krmené dietou s přídavkem testovaného proteinu; B,b zvíře bez testovaného proteinu D je travitelnost (digestibility) (%); N r obsah resorbovaného dusíku využitého pro tvorbu proteinů (%); N v obsah dusíku v potravě (%); N F obsah dusíku ve fekáliích (%); N m obsah metabolického dusíku převážně ve formě močoviny (%) Tab. 2: Přehled biologických hodnot různých druhů bílkovin [ 10 ] Potravina Podle (v %) Dobrovského Langa WHO Mléko plnotučné 100 88 75 Vejce slepičí 94 100 100 Hovězí maso 80 70 100 80 Ryba 94 Rýže 70 Brambory 70 Hrách 56 56 44 Fazole 72 Živočišné bílkoviny Rostlinné bílkoviny Tab. 3: Biologická hodnota proteinových směsí (podle Semlera) [ 19 ] Proteinová směs Poměr směsi BV Vejce a brambory 30% / 65% 137 Vejce a mléko 71% / 29% 122 Vejce a pšenice 68% / 32% 118 Mléko a pšenice 75% / 25% 105 Fazole a kukuřice 52% / 48% 101 Aminokyselinové skóre (ASS) se počítá pro každou esenciální aminokyselinu, ta jejíž AAS hodnota je nejnižší určuje nutriční hodnotu proteinu a nazývá se limitující aminokyselina [ 25 ]. Vzorec pro výpočet AAS [ 21 ]: Ax AAS = A r *100, kde A x je obsah aminokyseliny v testovaném proteinu (%), A r její obsah v referenčním proteinu (%) 27

Organizacemi FAO 1 /WHO 2 byl jako referenční protein určen protein, který má optimální složení esenciálních aminokyselin a hodnota AAS pro každou z nich je 100%. Tabulka 4 uvádí složení standardního proteinu a doporučenou denní potřebu esenciálních aminokyselin [ 25 ]. Tab. 4: Obsah esenciálních aminokyselin ve standardním proteinu (v g vztaženo na 16g dusíku) a denní potřeba těchto aminokyselin [ 25 ] Aminokyselina Protein FAO/WHO Denní potřeba (g) Valin 5,0 11 14 Leucin 7,0 11 14 Isoleucin 4,0 10 11 Methionin a cystein 3,5 11 14 Threonin 4,0 6 7 Lysin 5,4 9 12 Fenylalanin 6,1 13 14 Tryptofan 1,0 3 3,5 Celkem 36,0 Index esenciálních aminokyselin (EAAI) vypočítává geometrický průměr relativního zastoupení všech esenciálních aminokyselin [ 21 ]. Vzorec pro výpočet EAAI [ 21 ]: EAAI = n 100xA A r1 x1 * n 100xA A r 2 x2 *...* n 100xA A rn xn n počet EAA (obvykle 8), význam ostatních symbolů je stejný jako u AAS Hodnoty AAS a EAAI některých bílkovin znázorňuje tabulka 5. 1 Food and Agriculture Organization (FAO) potravinářská a zemědělská organizace Spojených národů, jejíž úkolem je zvyšování výživové úrovně a životního standardu [ 31 ]. 2 World Health Organization (WHO) světová zdravotnická organizace Spojených národů, působí jako koordinující autorita na mezinárodním poli pro zdraví populace [ 32 ]. 28