Kemičar u kući (#25): bjelančevine – polimeri za lonac i želudac
U serijalu „Kemičar u kući“ objavljujemo kemijske zanimljivosti iz svakodnevnog života. Želimo vam pokazati kako znanje kemije može svakome, pa i ne-kemičaru, pomoći u svakodnevnom životu.
„Kad čovjek uđe u godine treba paziti što i koliko jede i pije“, rekoh svom susjedu koji je već dobrano zagazio u devedesete. Reče da pazi. Treba jesti puno bjelančevina, kaže, posebice mesa.
Začuđeno ga pogledah. Kako prehrambene predrasude mogu biti jake! A još više one koje proizlaze iz znanja stečenog vlastitim iskustvom, no iskustvom iz nekog drugog, davno zaboravljenog vremena. I ne bih ništa rekao da čovjek nije moj kolega, umirovljeni biokemičar. Čime se bavio? Svime i svačime, ali ponajviše izolacijom i karakterizacijom proteina, dakle bjelančevina.
Da se razumijemo, nisam rekao da treba jesti hranu bez proteina. U doba gladi upravo proteini najviše nedostaju. Namirnice bogate proteinima, meso, mlijeko, jaja, pa i ona biljnog porijekla – grah, grašak i leća – teže se uzgajaju i teže čuvaju od onih u kojima su samo „kalorije“, poput brašna, krumpira ili šećera. I tu je problem. Stanje organizma određeno je onim prehrambenim sastojkom kojeg ima najmanje. Mornari su oboljevali od skorbuta iako im nisu nedostajali ni proteini, ni ugljikohidrati, ni masti (dvopek s usoljenim mesom na sto načina), ali im je nedostajao vitamin C – limunov sok ili kiseli kupus. Može se umrijeti od žeđi i pokraj punoga stola, ako ima ića, ali nema pića. Tu je prirodnu zakonitost prvi uočio u 19. stoljeću njemački kemičar Justus von Liebig istražujući umjetna gnojiva (Liebigov zakon minimuma). Ako biljci nedostaje fosfora, nećemo ništa postići ako tlo gnojimo dušičnim gnojivom. Naš organizam, kao i sve živo na Zemlji, funkcionira po načelu konvoja: konvoj plovi brzinom najsporijeg broda.
Tako je i s proteinima. No nisu svi proteini jednaki. I oni slijede Liebigov zakon minimuma.
Riječ je o tome da postoje aminokiseline koje organizma može i aminokiseline koje organizam ne može sintetizirati. Prve se aminokiseline zovu neesencijalne, a druge esencijale. Od ukupno 20 aminokiselina, deset je – dakle pola – esencijalnih, a drugih deset neesencijalnih. Pouka: nije važno koliko u namirnici ima bjelančevina, nego koliko u njoj ima esencijalnih aminokiselina. U nedostatku neesencijalnih kiselina organizam si može sam pomoći, u nedostatku esencijalnih ne.
No da se vratimo na predrasudu mog susjeda. Što sam mu odgovorio? Upitao sam ga da li možda bilda, diže utege, ili misli da još uvijek raste? Kako to očito nije slučaj, jasno je da mu organizam više ne treba toliko aminokiselina kao u mladosti. Višak će aminokiselina tijelo iskoristiti za proizvodnju energije, no na skup (meso je skuplje od kruha) i ekološki nepovoljan način. Razgradnjom proteina (točnije aminokiselina) nastaju naime štetni kemijski spojevi, prije svega amonijak i urea, koji truju organizam i opterećuju bubrege.
No to je tek prva pouka iz dinamičke biokemije u primjeni na prehrambene navike. Druga pouka proizlazi iz onoga kako priređujemo hranu.
Bjelančevine ili proteini su, zna se, polimeri aminokiselina. Molekulu proteina možemo zamisliti kao lanac od stotinjak (obično 150 – 300) karika, gdje svaku kariku čini jedna od 20 prirodnih aminokiselina (zapravo proteinskih aminokiselina jer u živoj prirodi postoje stotine aminokiselina koje se ne ugrađuju u proteine). Kako izgleda taj lanac? Sidreni lanac može biti napet, namotan na kolut ili razbacan po palubi. Isto vrijedi i za polipeptidni lanac, lanac aminokiselina u molekuli proteina. Svaki je polipeptidni lanac smotan na takav način da molekula proteina može obavljati svoju biološku funkciju. Ako se razmota i premota, ništa se njegovim „karikama“ (aminokiselinskim ostacima) neće dogoditi, ali u novom „namotu“ (konformaciji) molekula proteina neće više biti biološki aktivna.
Premotavanje polipeptidnog lanca (denaturacija proteina) postiže se grijanjem ili zakiseljavanjem. Da se ta promjena dogodila vidi se po tome što se protein zgrušao (koagulirao). Zbog denaturacije proteina med se ne smije grijati jer bi se time inaktivirali vrlo vrijedni enzimi u njemu.
Suprotno tome, hrana se grije (termički obrađuje) upravo zato da bi se denaturirali proteini. Molekule bjelančevina postaju naime denaturiranjem rahlije, pa ih enzimi u želucu i dvanaesniku (duodenumu) mogu lakše hidrolizirati, a to znači rastaviti na sastavne elemente, aminokiseline. (Bez obzira kakvu bjelančevinu pojeli, u krvni optok ulaze samo aminokiseline od kojih je sastavljena).
I na kraju, koliku temperaturu treba postići da bi se proteini denaturirali, kuharskim rječnikom rečeno skuhali? Najlakše se skuha bjelanjak jajeta. Za denaturaciju njegova proteina, albumina, potrebna je temperatura od samo 56 oC (kuhanje jaja na vrelom pustinjskom pijesku). Za mliječni albumin treba pak temperatura od 67 oC, za protein iz grahorica, legumelin, 60 oC. Najteže se denaturiraju fibrilarni proteini, kolageni i elastini, koji izgrađuju vezivno tkvio. To je razlog zašto svinjetinu treba dugo peći - a nabolje je to učiniti na ražnju.
Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je više stručnih i 13 znanstveno-popularnih knjiga, među njima i knjige „Deset kemijskih pokusa koji su promijenili svijet“ koja je izišla 2000. godine kao prošireni katalog istoimene izložbe u zagrebačkom Tehničkom muzeju Nikola Tesla. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.