dr inż. Magdalena Kuchlewska

Białka pełnią funkcje odżywcze, profilaktyczne i prozdrowotne. Obecność w diecie odpowiedniej ilości białek, zawierających wszystkie aminokwasy egzogenne, zapewnia zarówno prawidłowy wzrost i rozwój organizmu, jak i sprawność intelektualną oraz prawidłową odpowiedź immunologiczną. Chociaż białka roślinne uchodzą za mniej wartościowe od zwierzęcych pod względem wartości odżywczych, należy podkreślić, że także stanowią one ważną pozycję w racjonalnym żywieniu człowieka.

Białko to podstawowy makroskładnik diety, duża wie­locząsteczkowa molekuła, składającą się z łańcuchów prostszych związków – aminokwasów, połączonych wiązaniami peptydowymi. Właściwości i funkcje białek są zależne od ich struktury [8]. Białko jest kluczowym składnikiem diety w ocenie zapotrzebowania orga­nizmu człowieka, co wynika z faktu wielowątkowo uwarunkowanego metabolizmu tej molekuły, któ­rego specyficzną cechą jest obrót białka. Obrót ten jest wyrazem stale przebiega­jących dwóch procesów: syntezy i rozpadu. Ponadto, białka podlegają stałym, intensywnym interakcjom związanym z metabolizmem energii oraz innymi składnikami odżywczymi. Ponieważ zapotrzebowanie na energię jest nadrzędną potrzebą organizmu, metabolizm białka jest ściśle z nią powiązany – przy niedostatecznej podaży energii z tłuszczów i węglowodanów dochodzi do wykorzystania białka jako źródła energii, co upośledza gospo­darkę białkową [7, 8].

Funkcje biologiczne białek

Białka są podstawowymi strukturalnymi i funkcjonalnymi składnikami każdej komórki ciała człowieka. Są niezbędne do rozwoju i procesów wzra­stania młodych organizmów, a także są regulatorami ekspresji genów. Jako bio­katalizatory wchodzą w skład wielu układów enzymatycznych i biorą udział w regulacji procesów metabolicznych. W organizmie człowieka białkami są przeciwciała i inne składniki układu immunologicznego odpowiedzialne za obronę organizmu przed działaniem zewnętrznych czynników patogennych (jak bakterie, wirusy, pasożyty, alergeny pokarmowe, ksenobiotyki), substancje transportujące do komórek tlen (hemoglobina) czy żelazo (transferyna). Białka są elementami kurczliwymi mięśni (miozyna, aktyna), biorą udział w naprawie tkanek, uczestniczą w procesach widzenia (opsyna). Buforowe własności i zdolności białek decydują o regulacji równowagi kwasowo-zasadowej, zapewniają optymalne pH krwi [4, 6, 7, 8]. Zadaniem białek jest także uzupełnianie stałych strat azotu białkowego, które wynikają z funkcjonowania organizmu, m.in.: wydalania z moczem (85–90%), kałem (5–10%), w trakcie pocenia, złuszczania naskórka, nabłonka przewodu pokarmowego oraz związanych ze wzrostem włosów i paznokci [7, 8].

Żywieniowa klasyfikacja aminokwasów

Biorąc pod uwagę rolę, jaką aminokwasy wchodzące w skład białek odgrywają w żywieniu człowieka, wyróżnia się wśród nich aminokwasy egzogenne (niezbędne) i endogenne (nieniezbędne oraz warunkowo niezbędne). Spożywane białka powinny dostarczać odpowiednich ilości każdego z aminokwasów egzogennych (leucyny, izoleucyny, waliny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, treoniny i tryptofanu, a w przypadku niemowląt także histydyny). Wynika to z niezdolności układów enzymatycznych człowieka do ich syntezy, a tym samym do uzupełniania nieuniknionych strat tych aminokwasów. Udział aminokwasów egzogennych jest niezbędny w budowie białek ciała, a niektóre z nich pełnią również inne ważne funkcje, będąc substratami w syntezie biologicznie ważnych związków [7].
Pozostałe rodzaje aminokwasów białkowych mogą być syntetyzowane w organizmie i określane są mianem aminokwasów endogennych (alanina, kwas asparaginowy, asparagina, kwas glutaminowy, seryna) oraz warunkowo niezbędnych (arginina, cysteina, glutamina, glicyna, prolina, tyrozyna). Pobieranie w pożywieniu odpowiednich ilości tych aminokwasów również jest konieczne, ponieważ decyduje o prawidłowym pokryciu zapotrzebowania organizmu na azot białkowy, a tym samym o prawidłowej i oszczędnej gospodarce spożytymi aminokwasami egzogennymi. Aminokwasy endogenne, tak samo, jak egzogenne, uczestniczą w budowie białek ciała, są wykorzystywane do syntezy wielu biologicznie ważnych związków, jak np. zasady purynowe i pirymidynowe (składniki nukleotydów i kwasów nukleinowych), aminocukry (składniki mukopolisacharydów), aminoalkohole (m.in. cholina – składnik fosfolipidów), porfiryny (np. hem), glutation i kreatyna, a także powstający z przemian argininy tlenek azotu – ważny regulator wielu procesów fizjologicznych [6, 7].

Źródła w żywności

Biorąc pod uwagę rolę dostarczanych z dietą aminokwasów w metabolizmie białek ustrojowych, białko pokarmowe należy uznać za główny składnik diety. Naturalnym źródłem białek i aminokwasów są surowce lub produkty spożywcze, jednak procesy technologiczne, jakim są one poddawane, zanim zostaną przeznaczo­ne do spożycia, mogą wpływać na zawartość poszczególnych aminokwasów i ich wzajemne proporcje [6, 8].
Struktura aminokwasów zawartych w produktach pocho­dzenia zwierzęcego jest zbliżona do struktury aminokwasów w komórkach ciała człowieka, co przekłada się na dobrą przyswajalność białek zwierzęcych. W przypadku produktów pochodzenia roślinnego zawartość aminokwasów i wzajemne proporcje między nimi różnią się od aminokwasów pochodzenia zwierzęcego. Stało się to m.in. podstawą do podziału białek na pełno- i niepełnowartościowe. Białka pełnowartościowe zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy, w proporcjach, które pozwalają na ich maksymalne wykorzystanie w syntezie białek ustrojowych oraz dla potrzeb wzrostowych młodych organizmów, a także w celu zapewnie­nia równowagi azotowej w organizmie. Białka niepełnowartościowe to takie, które nie są wykorzystane w całości do syntezy białek ustrojowych, do potrzeb wzrostowych i do utrzymania równowagi azotowej. Białka pełnowartościowe człowiek czerpie z pro­duktów pochodzenia zwierzęcego, takich jak: jaja, mleko i produkty mlecz­ne, mięso (w tym z ryb i drobiu; z wyjątkiem białek tkanki łącznej ubogiej w tryptofan). Do białek niepełnowartościowych zaliczana jest natomiast większość białek pocho­dzenia roślinnego, ze względu na mniejszą zawartość egzogen­nych aminokwasów (lizyny, tryptofanu, metioniny i waliny), których ilość decyduje o jakości białka, zgodnie z pojęciem aminokwasu ograniczającego (tego, którego jest najmniej w porównaniu do białka wzorcowego). Spośród białek roślinnych większą wartością odżywczą charakteryzują się białka z produktów zbożowych (m.in. jęczmień, owies, kukurydza, makaron, ryż, kasza bulgur) oraz białka wszystkich suchych nasion roślin strączkowych, białka orzechów włoskich, ziemnych, nerkowca oraz sezamu. Znacznie uboższym źródłem białka są warzywa [8]. Zawartość białka w mięsie zwierząt rzeźnych kształtuje się na poziomie średnio 15-21%, w mięsie drobiowym18-23%, w rybach 16-19%. Mleko zawiera średnio 3,5% białka, sery twarogowe 5-19%, a sery dojrzewające najczęściej 24-28%. Roślinne składniki diety są źródłem niewielkich ilości białek o niskiej wartości odżywczej, jednak produkty zbożowe pozostają ważnym źródłem białka w żywieniu ludzi na całym świecie ze względu na to, że spożywane są codziennie w dużych ilościach. Wysoką zawartością białka (21-25%) charakteryzują się natomiast suszone nasiona roślin strączkowych: soi, grochu, soczewicy, fasoli. Ważnym czynnikiem, który wpływa na wykorzystanie przez organizm białek pożywienia, jest ich strawność (podatność na działanie enzymów trawiennych), która jest zależna od ich struktury oraz obecności innych składników zawartych w danym produkcie spożywczym. Strawność białek pochodzenia zwierzęcego jest wyższa niż białek pochodzenia roślinnego, ze względu na częstą zawartość w produktach roślinnych błonnika, a niekiedy również inhibitorów enzymów trawiennych [6].
Ponieważ człowiek nie dysponuje możliwością gromadzenia zapasów białka, niezwykle ważny jest stały dopływ tego składnika diety do organizmu na wymaganym poziomie. Spożywanie białka w nadmiernej ilości (przewyższającej zapotrzebowanie organizmu) nasila jego katabolizm i usuwanie metabolitów z organizmu. Dla celów planowania spożycia za odpowiedni poziom dla osób dorosłych w polskich normach zaproponowano zakres energii z białka od 10% do 20%, co oznacza, że przy referencyjnym spożyciu energii, spożycie białka równe 0,8 g/kg masy ciała/dobę odpowiada około 10% energii z białka, pod warun­kiem umiarkowanego poziomu aktywności fizycznej (PAL=1,6) [6, 8].

Wybrane walory białek zwierzęcych

Składniki diety pochodzenia zwierzęcego dostarczają białek o wysokiej wartości odżywczej. Źródłem białka o najwyższej wartości odżywczej są jaja (11 g białka w ważącym 60 g jajku) i dlatego wraz z produktami mleczarskimi zalecane są one w żywieniu niemowląt oraz dzieci dla zapewnienia im prawidłowego wzrostu i rozwoju, oraz stanowią główne składniki diety stosowanej w stanach niedożywienia, kiedy wymagane jest szybkie uzupełnienie istniejących niedoborów żywieniowych [4, 14]. Białka mięsa, jaj, ryb i mleka zawierają wszystkie aminokwasy niezbędne do prawidłowego funkcjonowania zarówno centralnego układu nerwowego (CUN), jak i układu immunologicznego. Białka zwierzęce są najlepszym źródłem aminokwasów siarkowych (przy czym należy zaznaczyć, że w mleku białka serwatkowe są bardziej cenne niż kazeina, ponieważ charakteryzują się większą zawartością tych aminokwasów). Aminokwasy siarkowe są niezbędne w syntezie glutationu i tauryny, zwiększających poziom antyoksydantów w organizmie i stanowiących ochronę przed stresem oksydacyjnym, czynnikami środowiskowymi, infekcjami, chorobami serca oraz nowotworami [3, 4].
Prawidłowe funkcjonowanie CUN jest podstawą sprawności intelektualnej. Wykazano, że spożywanie białek pełnowartościowych, bogatych w aminokwasy siarkowe, zapewnia większy pobór przez mózg tryptofanu oraz aminokwasów rozgałęzionych, wzmaga czujność, refleks, zdolność koncentracji oraz pobudzenie CUN. Dieta bogata w proteiny stymuluje aktywność mózgu, ponieważ w efekcie trawienia białka powstają peptydy, aminokwasy oraz aminy biogenne, które pełnią funkcje neuroprzekaźników. Wykazano, że dla funkcjonowania mózgu istotne są m.in. powstające z białek peptydy: endorfiny, enkefaliny oraz dynorfiny – neuroprzekaźniki o działaniu opioidowym, które w przypadku osób dorosłych stymulują aktywność centralnego układu nerwowego, natomiast w przypadku małych dzieci działają usypiająco [4, 12, 14].
Większość aminokwasów, uwalnianych z białek żywności w procesach trawienia w przewodzie pokarmowym, działa stymulująco na funkcjonowanie mózgu. Głównym neuroprzekaźnikiem jest glutaminian, z którego w mózgu powstaje kwas y-aminomasłowy – GABA. Poprzez szlaki glutaminianergiczne z obwodowego układu nerwowego do kory mózgowej docierają informacje zarówno wzrokowe, jak i słuchowe oraz czuciowe. Dzięki nim możliwy jest m.in. proces uczenia się (zapamiętywania i zapominania informacji). Glutaminian spełnia także istotną rolę w unieczynnianiu powstającego w mózgu amoniaku [4, 13].
Również tauryna pełni ważną rolę w neurotransmisji i neuromodulacji w CUN. Wykazuje ona także działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne, chroni jądrowe DNA przed działaniem wolnych rodników, co ma istotne znaczenie szczególnie dla długo żyjących komórek mózgu, serca oraz mięśni szkieletowych. Tauryna bierze też udział w transporcie jonów i regulacji ciśnienia osmotycznego. Warto zaznaczyć, że przy braku w diecie aminokwasów siarkowych (metioniny i cysteiny) endogenna synteza tauryny nie pokrywa w pełni zapotrzebowania organizmu. Wiele badań wskazało, że tauryna może ograniczać rozwój chorób neurodegeneracyjnych oraz niektórych nowotworów. Najlepszym jej źródłem w diecie człowieka są tuńczyk, mięso wołowe i drobiowe [10].
Głównym czynnikiem detoksykacji mózgu jest glutation – trójpeptyd składający się z cysteiny, kwasu glutaminowego i glicyny. To najważniejszy nieenzymatyczny antyoksydant chroniący komórki organizmu przed stresem oksydacyjnym. Samodzielnie „wymiata” wolne rodniki tlenowe i ich reaktywne formy, a wspólnie z enzymami antyoksydacyjnymi (dysmutazą ponadtlenkową i katalazą) chroni komórki przed skutkami stresu oksydacyjnego oraz uczestniczy w detoksykacji endo- i egzogennych związków. Glutation nie tylko hamuje procesy starzenia się organizmu, czy rozwój miażdżycy, ale także ogranicza ryzyko rozwoju nowotworów. Jego poziom uzależniony jest zarówno od ilości aminokwasów siarkowych w diecie, jak i stopnia wysycenia organizmu witaminami z grupy B (B6, Bl2 i B9) [2].
Od podaży pełnowartościowego białka w diecie zależna jest także odporność organizmu -aminokwasy egzogenne wykorzystywane są do syntezy de novo wszystkich związków, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania układu odpornościowego. Do najważniejszych mechanizmów działania immunostymulującego należą: inhibicja syntezy cytokin prozapalnych, stymulacja fagocytarnej aktywności granulocytów i makrofagów, aktywność antywirusowa i antyoksydacyjna oraz stymulacja proliferacji limfocytów wytwarzających różne przeciwciała [3].
Glutation, najważniejszy nieenzymatyczny antyoksydant, wpływa również na replikację limfocytów i od jego poziomu zależy prawidłowa praca układu odpornościowego – nawet niewielki spadek poziomu glutationu ma duży wpływ na funkcje limfocytów [5].
Dobrym źródłem białek o działaniu immunostymulującym są jaja. Ich działanie bakteriobójcze/bakteriostatyczne, związane jest zarówno z lizą ściany komórkowej patogennych bakterii (lizozym), inhibicją bakteryjnych enzymów (owomukoid, owoinhibitor, owostatyna, cystatyna), jak i zdolnością do chelatowania jonów metali (foswityna, owotransferyna) [3, 4].
Jednak największym potencjałem immunostymulacyjnym cechują się białka mleka, ponieważ wszystkie frakcje kazeiny, bioaktywne peptydy oraz aminokwasy, które powstają z kazeiny i białek serwatkowych, zwiększają proliferację limfocytów T i B. Szczególnie cenne w immunostymulacji są białka serwatkowe (α-laktoalbumina, β-laktoglobulina, immunoglobuliny) i składniki o aktywności antybakteryjnej (jak laktoferyna, laktoperoksydaza i lizozym), działające ochronnie na śluzówkę jelita, która jest głównym skupiskiem komórek odpornościowych [1, 3].

Wybrane walory białek roślinnych

Białka zwierzęce charakteryzują się wysoką wartością odżywczą, ale w porównaniu z nimi białka roślinne wywierają istotne, korzystne działanie metaboliczne. Należy tu zaliczyć przede wszystkim działanie hipolipemiczne, hipocholesterolemiczne i hipotensyjne nasion roślin strączkowych [9].
Wyniki badań przeprowadzonych z udziałem pacjentów z zaburzeniami lipidowymi, którym zalecono zastąpienie w diecie białka zwierzęcego białkiem sojowym, wykazały istotny spadek stężenia cholesterolu całkowitego, frakcji LDL-chol. i triglicerydów oraz wzrost frakcji HDL-cholesterolu. Stwierdzono, że regularne spożywanie białka sojowego w ilości 30-50g dziennie przekłada się na spadek stężenia cholesterolu całkowitego średnio o 9.3%, cholesterolu LDL o 12,3%, triglicerydow o 10,5% oraz wzrost stężenia cholesterolu HDL o 2,4% [11].
Analiza wyników badań klinicznych, w których pacjentom z zaburzeniami gospodarki lipidowej podawano w diecie białko grochu, fasoli, słodkich odmian łubinu wykazała, że zastąpienie w diecie białka zwierzęcego białkiem roślinnym powoduje u badanych osób istotne obniżenie stężenia cholesterolu całkowitego (o 7,2%), LDL-cholesterolu (o 6,2%), triglicerydów (o 16,6%) oraz nieistotny wzrost HDL-cholesterolu (o 2,6%). Opisane hipolipemiczne działanie białka nasion roślin strączkowych związane jest z uwalnianiem w procesie trawienia niskocząsteczkowych peptydów wpływających na regulację wewnątrzkomórkowego metabolizmu cholesterolu [11].
Liczne obserwacje kliniczne wskazują również na hipotensyjne działanie diet bogatych w białko nasion strączkowych. Wykazano, że regularne spożywanie białka soi oraz białka łubinu słodkiego wywołuje istotne obniżenie tak skurczowego, jak i rozkurczowego ciśnienia krwi. Krótkie peptydy uwalniane podczas trawienia białek roślin strączkowych hamują aktywność enzymu konwertującego angiotensynę, katalizującego przemianę angiotensyny I do angiotensyny II, a obniżenie stężenia angiotensyny II prowadzi do zmniejszania oporu naczyniowego, poprawy funkcji śródbłonka i w efekcie do obniżenia ciśnienia tętniczego. Sądzi się, że białka roślin strączkowych mogą odgrywać ważną rolę w prewencji oraz w dietetycznym leczeniu nadciśnienia tętniczego [9, 11].
Na uwagę zasługuje również potencjalne antynowotworowe działanie soi. Badania epidemiologiczne wykazały, że w populacjach krajów azjatyckich, w których diecie ważne miejsce zajmują produkty sojowe, stwierdza się niższą umieralność z powodu nowotworów prostaty, sutka, jelita grubego (od 4 do 10 razy niższą niż w Ameryce Północnej). Wiadomo już, że soja zawiera wiele substancji o potencjalnym antynowotworowym działaniu, m.in. Bowmana-Birka inhibitory proteazy. Koncentraty bogate w to białko hamują aktywność enzymów proteolitycznych związanych zarówno z inicjacją, jak i rozwojem procesu nowotworowego. Innym bardzo ważnym peptydem obecnym w białku sojowym jest lunasina, wykazująca właściwości antymitotyczne – peptyd ten umiejscawia się w jądrze komórkowym i w przypadku prawidłowego rozwoju komórki przebywa w stanie „uśpienia”, natomiast uaktywnia się w momencie, kiedy dochodzi do transformacji nowotworowej, czego efektem jest obumarcie komórki. Przypuszcza się, że lunasina działa tylko na ściśle określonym etapie transformacji nowotworowej, ponieważ nie stwierdzono jej aktywności ani w zdrowych komórkach, ani w dojrzałych komórkach nowotworowych, co może wskazywać na szczególną jej rolę w zapobieganiu rozwojowi procesu nowotworowego [11].
Podstawową zasadą prawidłowego żywienia jest zachowanie różnorod­ności spożywanych produktów, tak pochodzenia zwierzęcego, jak i roślinnego, dzięki czemu w posiłkach zazwyczaj dostarczana jest mieszanina aminokwasów pochodzących z różnych produktów białkowych. W wyniku przebiegu procesów trawienia i wchłaniania, organizm może wykorzystać zjawisko uzupełniania aminokwasów. Uwzględnienie w posiłku różnorodnych źródeł białka (roślinnego, jak i zwierzęcego), zwiększa więc wartość odżywczą diet, umożliwia realizację zapotrzebowania organizmu człowieka na niezbędne amino­kwasy i przekłada się na prawidłowy metabolizm.

Literatura
1. Ambroziak A., Cichosz G. 2014: Immunostymulacyjny potencjał białek mleka. Polski Merkuriusz Lekarski 212, 133-136.
2. Bukowska B. 2004: Glutation: biosynteza, czynniki indukujące oraz stężenie w wybranych jednostkach chorobowych. Medycyna Pracy 6, 501-509.
3. Cichosz G. 2018: Dyskredytowane białka pochodzenia zwierzęcego. Przegląd Mleczarski 4, 22-27.
4. Cichosz G., Czeczot H. 2013: Kontrowersje wokół białek diety. Polski Merkuriusz Lekarski 210, 397-401.
5. Darewicz M., Dziuba B., Minkiewicz P., Dziuba J. 2011: The Preventive Potential of Milk and Colostrum Proteins and Protein Fragments. Food Reviews International 27, 357-388.
6. Jarosz M. [Red.]. 2010: Praktyczny podręcznik dietetyki. Instytut Żywności i Żywienia, Warszawa.
7. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. [Red.] 2008: Normy żywienia człowieka – podstawy prewencji otyłości i chorób niezakaźnych. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa.
8. Jarosz M., Rychlik E., Stoś K., Charzewska J. [Red.]. 2020: Normy żywienia dla populacji Polski i ich zastosowanie. Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny, Warszawa.
9. Kapusta F. 2012: Rośliny strączkowe źródłem białka dla ludzi i zwierząt. Nauki Inżynierskie i Technologie 1, 16-32.
10. Kulasek G., Jank M., Sawosz E. 2004: Biologiczna rola tauryny u ssaków. Życie Weterynaryjne 11, 603-608.
11. Nowicka G. 2006: Białka roślinne i ich funkcjonalne działania. Studia Ecologiae et Bioethicae 4, 43-48.
12. Sakowska A., Łopacka J., Rafalska U.K., Żontała K., Lipińska A., Konarska M. 2015: Znaczenie mięsa w diecie osób z chorobą Parkinsona. Geriatria 9, 161-169.
13. Sikorska H., Cianciara J., Wiercińska-Drapało A. 2010: Fizjologiczne funkcje L-ornityny i L-asparaginianu oraz celowość podawania asparaginianu ornityny w stanach względnego niedoboru. Polski Merkuriusz Lekarski 168, 490-495.
14. Socha J., Stolarczyk A. 2000: Rola białka w leczeniu żywieniowym – podstawy biologiczne. Pediatria Współczesna, Gastroenterologia, Hepatologia i Żywienie Dziecka 2, 77-81.