Põhjalik referaat valkude kohta (1)

Pärnu Koidula Gümnaasium
Frieda Kriisa
10.c klass
Valgud
Referaat
Juhendajad Sirje Miglai ja
Marge Kanniste
Tõstamaa 2007
Sisukord
Sissejuhatus 3
1. Valgud 4
1.1. Üldiseloomustus 4
1.2. Valgu molekulide struktuur 4
1.3. Valkude elementaarne koostis 6
1.4. Valkude keemilised omadused 6
2. Valkude ülesanded 8
2.1. Loomsete valkude ülesanded 8
3. Ensüümid 10
3.1. Ensüümid töös 10
4. Valgud igapäevaelus ja toidus 12
4.1. Täis- ja väheväärtuslik toiduvalk 12
4.2. Milline on meie valguvajadus ? 12
4.3. Valkude üle- ja alatarbimine 13
Kokkuvõte 15
Võõrkeelne lühikokkuvõte 16
Kasutatud materjal 17

Sissejuhatus

Järgnev referaat uurib lähemalt orgaaniliste ainete hulka kuuluvat rühma- valgud. Valkudel on oluline füsioloogiline roll kõikides organismides ja viirustes. Valgud ehk proteiinid on meie igapäevaelus tähtsal kohal ning käesoleva referaadi eesmärgiks ongi pakkuda üldist ülevaadet valkudest, erinevatest valgustruktuuridest, nende ülesannetest, tähtsusest eluslooduses ning siduda teaduslik tekst huvitava pildimaterjaliga, illustreerimaks ja selgitamaks teemat. Valkude struktuuride teema all käsitletakse põjalikult nelja taset: primaar -, sekundaar -, tertsiaar - ning kvaterniaarstruktuuri. Tähelepanu on pööratud ka ensüümidele, valkude keemilistele omadustele ning referaadi viimases osas pühendutakse valkude sisaldusele toitudes. Referaadi kirjutamisel kasutasin Tartu Ülikooli arsti- ja keemiateaduskonna õppematerjale. Pildimaterjal on kogutud internetist.

1. Valgud

1.1. Üldiseloomustus

Valgud ehk proteiinid on biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohappejäägid. Valgu molekul koosneb paljudest üksteise järele seotud aminohapetest. Biopolümeerideks nimetatakse valke seetõttu, et valgud moodustuvad vaid elusorganismides. Valgud täidavad organismis nii ehituslikku, transport-, retseptor -, regulatoorseid ülesandeid kui ka kaitse-, liikumis- ja energeetilist funktsiooni.

1.2. Valgu molekulide struktuur

Valgu uuringutes on erilist tähelepanu pööratud peptiidahelate võimalikele ruumilistele paiknemisviisidele, mille tulemuseks on püsivate konformatsioonide moodustumine. Spiraali olemasolu paljudes polüpeptiidides ja valkudes. Viimase peamiseks iseärasuseks on peptiidahelate keerdumine selliselt , et saad võimalikuks vesiniksidemete tekkimine amiidsete vesinikuaatomite ja karboksüülrühmade vahel iga nelja peptiidsideme järel. (Grandberg, 1979: 357) Sellest lähtuvalt on valgumolekulises kindlaks tehtud nelja struktuuri olemasolu.
Primaarstruktuur on aluseks valkude spesiifilisusele, kõrgemate struktuuritasemete kujunemisele ja tema muutused põhjustavad mitmeid nn. molekulaarseid haigusi. Võib öelda, et geneetiliselt determineeritud primaarstruktuur määrab ära antud valgu kõrgemad struktuuritasemed. Seega nn. ”molekulaarseks haiguse” põhjuseks on tihti mõne AH- jäägi asendumine normaalses primaarstruktuuris. ( Zilmer , Karelson , Vihalemm 1993: 31)
Sekundaarstruktuur on sisuliselt nõrkade vesiniksidemete abil fikseeritud konfiguratsioon. See tekib polüpeptiidi keerdumisel kruvikujuliseks heeliksiks või kõrvuti asetsevate ahelate voltumisel. Näiteks juuste ja küünte valkude ning ämblikuniidi ja siidi koostises olevate valkude lõplikuks tasemeks ongi sekundaarstruktuur. (Zilmer, Karelson, Vihalemm 1993: 33)
Tertsiaarstruktuur on kerajas -ellipsoidne ning moodustab stabiilse taseme. Selle formeerumise alused oleksid: 1) geneetiliselt determineeritud aminohapete järjestus polüpeptiidahelas ja 2) aminohapete radikaalide vastastikused toimed. Viimase taseme ehk tertsiaarstruktuuri stabiliseerivad nõrgad sidemed. Tänu mittekovalentsetele sidemetele struktuuris on selle teke äärmiselt kiire, spontaanne, kooperatiivne protsess nõrkade polüptiidahelate vahel. Kuna nõrku sidemeid on ahela erinevate osade vahel väga palju, on struktuur tegelikult tugevalt stabiliseerunud. (Zilmer, Karelson, Vihalemm 1993: 36-37)
Neljanda järgu struktuurist moodustab kvaternaarstruktuur , kus omavel on ühinenud kaks või enam polüpeptiidi (näiteks hemoglobiin ).
Joonis 1. Valgustruktuuride tasemed ülevalt: primaarstruktuur, sekundaar-, tertsiaar- ning kvaternaarstruktuur

1.3. Valkude elementaarne koostis

Valkude koostisesse kuuluvad järgmised elemendid:
Süsinik 48,0...55,0 %
Vesinik 5,0...7,5 %
Hapnik 20,0...34,0 %
Lämmastik 15,0...19,5 %
Väävel 0,3...2,5 %
Peale loetletud komponentide sisaldavad mõned looduslikud valgud P, Fe, I, Cu, Zn, Br, Mn, Ca jt. elemente. Mainitud elementide sisaldus on tavaliselt madal (0,00001…0,3%), kuid nende juuresolek võimalab asjaomastel valkudel täita mitmesuguseid spetsiifilisi funktsioone (Fe - hemoglobiinis, I - kilpnäärme hormoonides jne.)
Kude, organ
Valgusisaldus %
Värskes koes
Kuivaines
Lihased
18…23
80
Maks
18…19
57
Põrn
17…18
84
Neerud
16…17
72
Süda
16…18
60
Peaaju
7…9
45
Tabel 1. Mõnede kudede ja organite valgusisaldus
(Männik 1985: 39)
Inimorganismis on alke umbes 40-45 %kuivkaalust. Taimedes on valgusialdus väiksem, bakterites jällegi kõrgem. Kudede valgusisaldus sõltub nende funktsioonist (näit. lihastes - kontraktiilsed valgud, maksas - rohkesti ensüüme, rasvkoes - transpor- ja struktuurvalgud) ning see muutub organismi individuaalse arengu jooksul ning haiguste korral (NB! diagnostika .

1.4. Valkude keemilised omadused

Andmed valgu molekuli keemilise ehituse kohta on saadud loomsetes või taimsetes kudedest isoleeritud ja keemiliste meetoditega puhastatud valgupreparaatide uurimisel . Kasutatakse ka biokeemilisi meetodeid , kus uurimisele kuulub elusa koe funktsioon, nn. natiivne valk koos mittevalguliste lisanditega. Kõige sagedamini rakendatakse valkude keemilise koostise uurimisel hüdrolüüsi ensüümidega või hapetega (HCl, H2SO4), kusjuures pikaajalise (6...20 t.) kuumutamise tagajärjel 110...110°C juures valgu molekul lõhustub aminohapeteks. Aminohapped osutuvad järelikult valgu põhilisteks ehituskomponentideks.
(Männik 1985: 41)
Aminohapped on valgu hüdrolüüsi lõpp- produktid , mille süsivesiku radikaalis on üks või mitu H- aatomit asendunud aminorühmaga (NH2).

2. Valkude ülesanded

Ensümaatiline: Ensüümid kiirendavad reaktsioone nt valk amülaas suus lagundab tärklist.
Struktuurne: Rakumembraanide ehitus, karvad , küüned, suled, kabjad, sarved , viiruste kapslid .
Transport: Hemoglobiin transpordib hapnikku, membraanides valgulised transportijad.
Regulatoorne: Hormoonid ( insuliin ), histoonid osalevad geeni aktiivsuse regulatsioonis.
Retseptoorne: Rakumembraani pinnaretseptorid annavad välissignaale edasi.
Liikumise: Algloomade viburid , ripsmed, lihaskoe valgud ( aktiin , müosiin), mitoosi kääviniidid
Varuaine : Munavalge, piim (kaseiin).
Kaitse: Antikehad, verehüübimisvalgud, kattevalgud.
Toksiline: Putukate mürgid nt mesilased ; madude mürgid (kesknärvisüsteem – kobra ).
Valgu liigtarbimine kahjustab neerusid ja maksa ning viib kehast välja kaltsiumi.
Energeetiline: Väga madal. Kuna valkudel on organismis erakordselt palju ülesandeid, siis kasutatakse valkude täielikul lagunemisel saadud energiat vaid siis, kui organism nälgib ning kõik sahhariidide ning lipiidide tagavarad on peaaegu ammendatud .

2.1. Loomsete valkude ülesanded

Struktuursed valgud on tüüpilised ehitusained, mis koos liituvate komponentidega (süsivesikute, lipiididega) formeerivad rakke, kudesid ja organeid. Tähtsamad struktuure kujundavad valgud loomorganismis on kollageenid , elastiinid ja keratiinid, mis moodustavad põhilise osa side- ja kattekudedest ning seejuures enamiku kogu kehavalgust.

Ensüümivalke iseloomustab suur katalüütiline aktiivsus. Need valgud moodustavad olulise osa metaboolselt aktiivsetes kudedes ja organites (maksas ja ajus). [ ...]

Transpordivalgud lokaliseeruvad põhiliselt vedelates kudedes (kehavedelikes) ja rakumembraanides. Näiteks rakendub hemoglobiin O2 transpordil, lipoproteiinid kannavad edasi rasvhappeid ja transferriinid rauaioone.

Kaitsevalgud (immunglobuliinid) moodustavad organismi kaitsemehhanismi infektsiooni ja insaviooni korral.

Depoovalgud ladestuvad mõnele spetsiifiliste ainete koostises leiduva raua deponeerimiseks maksas ja põrnas. Üldreeglina pole valkude deponeerimine loomorganismidele iseloomulik.

Kontraktiilsed valgud rakenduvad lihaste kontraktsiooni liikumisavalduste korraldamisel loomsetes kudedes. Need valgud on võimelised spetsiaalse transformeeriva mehanismi kaudu muundama keemilist energiat mehaaniliseks.

Regulatoorsed valgud võtavad osa organite ja organisüsteemide talitluse kooskõlastamisest. Kõnesoleva rühma esindajatena tulevad arvesse polüpeptiid- ja valkhormoonid (insuliin)

Eksporditavad valgud on mõeldud embrüo (munavalgud) või imetajate noorte järglaste toiduks ( piimavalgud ). Siia kuuluvad ka lisassugunäärmete valgud (spermavalgud). (Männik 1985: 38)

3. Ensüümid

Biokeemiliste reaktsioonide kiirust reguleerivad valgud, minda nimetatakse keerdunud valgumolekulideks ehk ensüümideks. Need reaktsioonid toimuvad ensüümidega miljardeid kordi kiiremini kui ilma nendeta. Enamik ensüüme katalüüsib ainult ühte kindlat reaktsiooni. Näiteks on pepsiin üks ensüüm seedemahlades. Ta alustab valkude seedimist nende lagundamisega väiksemateks tükkideks. Samas pepsiin ei lagunda toidus leiduvat tärklist. Seda teevad amülaasinimelised ensüümid.
Ensüümid töötavad hästi kitsas temperatuurivahemikus. Nad töötavad aeglaselt temperatuuril alla 30º C ja lõpetavad tegutsemise temperatuuril üle 40º C. Vigased ensüümid on põhjustanud palju pärilikke haigusi. (Õpilase teadusentsüklopeedia)
Joonis 2. Iga ensüüm seondub teatud lähteainega ja viib läbi kindlat tüüki reaktsiooni.

3.1. Ensüümid töös

Seda osa ensüümi molekulist, mis katalüüsib reaktsioone, kutsutakse tema aktiivseks pooleks. Kui reageerivad molekulid kinnituvad aktiivsesse poolde, hoitakse neid toimuva reaktsiooni jaoks õiges asendis. Paljude ensüümide aktiivne pool sisaldab metalli aatomit. Teised sisaldavad väikest koeensüümiks kutsutud molekuli, mis on tavaliselt vitamiin . Mineraalained ja vitamiinid peavad esinema balansseeritud dieedis. Vitamiinide ja mineraalainete puudumine võib peatada ensüümide korraliku töö ja viia haigestumisele sellistesse haigustesse nagu skorbuut.
Praegu toodetakse isegi selliseid ensüüme, mida saab kasutada väljaspool elavaid rakke. Bioloogilised pesupulbrid sisaldavad ensüüme, mis lagundavad mustust. Need ensüümid on eraldatud taimedest . Värvi muutust põhjustavaid ensüüme saab kasutada väikeste ainehulkade avastamiseks. Ühte neist ensüümidest kasutatakse rasedustestides.

4. Valgud igapäevaelus ja toidus

4.1. Täis- ja väheväärtuslik toiduvalk

T
Joonis 3 Piimatooted sisaldavad
täisväärtuslikke toiduvalke
oiduvalgud jaotatakse asendamatute aminohapete sisalduse ja vahekorra põhjal täis- ja väheväärtuslikeks. Täisväärtuslikud valgud sisaldavad asendamatuid aminohappeid inimorganismi vajadustele vastavates hulkades ja sobivates vahekordades. Täisväärtuslikud on loomse päritoluga valgud: muna, piima, juustu ja liha valgud. Väheväärtuslikud valgud on sellised, kus asendamatutest aminohapetest puudub kas üks või rohkem. Sellised on enamus taimseid valke: terade, kaunviljade , pähklite ja seemnete valgud. Segatoidus loomsed ja taimsed valgud täiendavad üksteist. Kuigi erinevate, ainult taimsete valkude kooskasutus võib toitujale tagada enam-vähem täisväärtusliku, tasakaalustatud valgusegu, pole sellisel kombineerimisel sügavat mõtet. Rõhutame siinkohal, et see eeldab väga korrektseid ja täpseid teadmisi taimsete valkude aminohappelisest koostisest ning tarbitavate taimsete toitude igapäevaste koguste täpset arvestamist. Teiseks, inimorganismi satub taimedega ka terve rida täiesti mittevajalikke ühendeid. Kolmandaks , eluks vajalike aminohapete probleemi lahendamiseks pole tarvis seedekulglat, aga sisuliselt kogu organismi üle koormata taimsete ballastainetega.
Inimorganismi valguvajaduse määramiseks on vajalikud mitmed arusaamad ja näidud ning alljärgnevalt me neid ka tutvustame. Valguvajaduse hindamiseks määratakse nii valgu hulk kui ka tema kvaliteet.

4.2. Milline on meie valguvajadus?

Toiduvalgud jaotatakse asendamatute aminohapete sisalduse ja vahekorra põhjal täis- ja väheväärtuslikeks. Täisväärtuslikud valgud sisaldavad asendamatuid aminohappeid inimorganismi vajadustele vastavates hulkades ja sobivates vahekordades. Täisväärtuslikud on loomse päritoluga valgud: muna, piima, juustu ja liha valgud. Väheväärtuslikud valgud on sellised, kus asendamatutest aminohapetest puudub kas üks või rohkem. Sellised on enamus taimseid valke: terade, kaunviljade, pähklite ja seemnete valgud. Segatoidus loomsed ja taimsed valgud täiendavad üksteist. Kuigi erinevate, ainult taimsete valkude kooskasutus võib toitujale tagada enam-vähem täisväärtusliku, tasakaalustatud valgusegu, pole sellisel kombineerimisel sügavat mõtet. Rõhutame siinkohal, et see eeldab väga korrektseid ja täpseid teadmisi taimsete valkude aminohappelisest koostisest ning tarbitavate taimsete toitude igapäevaste koguste täpset arvestamist. Teiseks, inimorganismi satub taimedega ka terve rida täiesti mittevajalikke ühendeid. Kolmandaks, eluks vajalike aminohapete probleemi lahendamiseks pole tarvis seedekulglat, aga sisuliselt kogu organismi üle koormata taimsete ballastainetega.
Inimorganismi valguvajaduse määramiseks on vajalikud mitmed arusaamad ja näidud ning alljärgnevalt me neid ka tutvustame. Valguvajaduse hindamiseks määratakse nii valgu hulk kui ka tema kvaliteet.

4.3. Valkude üle- ja alatarbimine

T
Joonis 4. Marasmus on haigus,
mis on põhjustatud valguvähesest
toidust.
oiduvalgud peavad tagama keha kudede kasvu ja säilimise. Seega mõjutavad iga ja kehaline seisund vajaminevat valguhulka. Imikutele ja lastele, kelle organismis toimub intensiivne valgusüntees, on vaja kõrge toitelise väärtusega valke koguseliselt kehakaalu kg kohta rohkem kui täiskasvanul. Vanemas eas on lõhustumisprotsessid ülekaalus ja kudede uuenemiseks peaks justkui vähem valku kuluma. Hiljutised uuringud on aga näidanud, et selles eas inimesed vajavad tavanormist rohkem toiduvalke - ühelt poolt haigustega toimetulemiseks , teisalt on neil valgu biosaadavus langenud. Valgu biosaadavus tuleneb valkude bioväärtusest ja toiduvalkude seeduvusest. Täisväärtuslike valkude korral nende bioloogiline väärtus ja biosaadavus langevad enam-vähem kokku. Halvemini seeduvate valkude puhul (kõrge kiudainesisaldusega toidud) on nendes leiduvate aminohapete kasutamine väheefektiivne.
Tegelikkuses puutume tihti kokku toiduvalkude õigete tarbimissoovituste eiramisega. Näiteks Ameerika Ühendriikide teadlased arvavad , et paljud nende kaasmaalased söövad kahekordse soovitava päevakoguse valku. Arvatakse, et selline suur toiduvalgu hulk kujutab pikaajalisel tarbimisel ohtu inimese neerudele. Lisaks koormab pidev liigne valk toidus ka maksa ning võib kiirendada organismi vananemist. Loomkatsed on näidanud, et valgu kestev ülehulk toidus tekitab maksa ja neerude hüpertroofiat. Vale on arusaam, et valgurikka (tihti varjatult rasvarikka) dieediga saab kehakaalu langetada. Kaalulangetamiseks on sobiv dieet , milles on adekvaatselt valku ja minimaalselt energeetilisi substraate: rasvu ja süsivesikuid. Valgurikkad dieedid soodustavad ka kaltsiumi väljutamist. Pole mõtet koostada dieeti, milles valk kataks rohkem kui 15% organismi energiavajadusest. See kehtib ka sportlaste ja raske kehalise töö tegijate suhtes - ka nemad peavad põhilise energia saama süsivesikutest.
Maailmas on tunduvalt rohkem siiski levinud hoopis teine äärmus - toidu valguvaegus. Toiduvalgu puudus on iseloomulik arengumaade elanike, eriti laste toidule. Valguvaegus võib olla akuutne , st laps on alles hiljuti jäänud nii valgu kui energiadefitsiiti. Sellised lapsed on kõhnad, kuid normaalse pikkusega. Kroonilise valguvaeguse korral on laps kannatanud pikka aega alatoitluse all ja on lühikest kasvu. Põhjuseks on see, et lastel pidurdub toiduvalgu puudusel eeskätt kasv ja areng.
(Urmas Kokassaar , Tiiu Vihalemm, Mihkel Zilmer 1999)

Kokkuvõte

Referaadis “Valgud” on püütud anda ülevaade valkude ehitusest, funktsioonidest ning tähtsusest igapäevaelus. Valgud on organismidele tähtsuselt kõrgel kohal, kuna täidavad tohutult palju vajalikke ülesandeid, et aidata organismil vastu pidada väliskeskkonna mõjutuste eest. Toitumise poole pealt on valgud aktuaalne teema, kuna üha enam tuleb poelettidele toiduained, milles on vähem valke ja muid vajalikke toitaineid, mida organism vajab ning selle tulemusena on suurenenud haigestunud inimeste hulk ning ebatervislikud toitumisviisid . Marasmus on haigus, mis on põhjustatud valguvähesest toidust ning mille mõjul väheneb koevalkude hulk organismis. Marasmuse-lastel areneb atsidoos. Marasmus-lapse välimus sarnaneb rauga omaga - ainult nahk ja luud . Sellised ekstreemsed näited elust panevad sügavalt mõtlema valkude tähtsusele ning võimalustele päästa inimorganismid. Referaadist järeldus, et inimene ise valib oma toidulaua ning seega on iga elusolend oma välimuse ning haiguste tekitajateks. Vältimaks tervislikke probleeme, andis referaat suurepärase ülevaate valkudest.

Võõrkeelne lühikokkuvõte

Proteins are large organic compounds made of amino acids arranged in a linear chain and joined together by peptide bonds between the carboxyl and amino groups of adjacent amino acid residues. Like other biological macromolecules, proteins are essential parts of organisms and participate in every process within cells. Many proteins are enzymes that catalyze biochemical reactions and are vital to metabolism. Most proteins are fold into unique 3-dimensional structures such as primary structure, secondary structure, tertiary structure and quaternary structure. The best - known role of proteins in the cell is as enzymes, which catalyze chemical reactions. Your body uses the protein you eat to make lots of specialized protein molecules that have specific jobs . For instance , your body uses protein to make haemoglobin, the part of red blood cells that carries oxygen to every part of your body. Other proteins are used to build cardiac muscle. Proteins have very important functions in our body.

Kasutatud materjal

Grandberg, Igor. 1979. Orgaaniline Keemia. Tallinn: Kirastus Valgus
Männik, A. 1985. Biokeemia . Tallinn: Kirjastus Valgus
Sarapuu, Tago . 2003. Bioloogia Gümnaasiumile. Tartu
Zilmer, M, Karelson, E, Vihalemm, T. 1993. Üldine Biokeemia (I). Tartu Ülikool
http://en.wikipedia.org/wiki/Protein
http://www.healthilife.ee/raamat/valgud.html
http://www.miksike.ee/docs/referaadid2005/ensuumid_evelin.ht m
http://www.ti.ttu.ee/toitumisest/toitained/makrotoitained/valgud
17