Valgud

1. Valgud Kaie Pappel, PhD

2. Valgud ehk proteiinid • Proteios (kr, k )- esmane • Valgud on: • biopolümeerid, • koosnevad aminohapetest. • aminohapped on ühendatud peptiid- (amiid) sidemetega. • Valkudes esineb 20 aminohapet, mida nimetatakse proteogeenseteks.

3. Valkude tähtsus: • on toidu vajalikud koostiskomponendid, • kujundavad toidu maitset, • mõjutavad toidu füüsikalisi omadusi, • on värvuse ja aroomühendite prekursoriteks , mis moodustuvad ensüüm- või termiliste reaktsioonide tagajärjel

4. Valkude koostis Valkude koostisse kuuluvad järgmised elemendid: Element % 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

5. Aminohapped • Essentsiaalsed ehk asendamatud aminohapped • (organism pole võimeline neid ise sünteesima) • nt lüsiin, trütofaan, metioniin • täiskasvanutel – 8 asendamatud aminohapet • imikutel – 9 (10) • Mitte-essentsiaalsed aminohapped • nt glütsiin, alaniin, glutamiinhape

6. Taimsetes toiduainetes on asendamatuid aminohappeid vähem • Teravili – lüsiin, treoniin • mais - lüsiin, treoniin trüptofaan • Kaunvili, kartul – metioniin, tsüsteiin • Seemned – lüsiin • Pähklid – lüsiin, trüptofaan, treoniin

7. Kasutusnäiteid • Alaniin, L-asparagiinhape – maitseainena • L –tsüsteiin - jahuparendaja,antioksüdant • L –glutamiinhape – maitsetugevndaja • Glütsiin – magusaine • L-treoniin – toidu lisaaine

8. Aminohapete ehitus Kiraalsest α-süsiniku aatomist on tingitudoptiliste isomeerideesinemine. Toiduvalkudes põhiliselt α,L-aminohapped

9. Aminohapped on amfoteersed elektrolüüdid– • neil on nii hapete kui ka aluste omadused. • keskkonna pH tingib ioniseeritud vormide üleminekud • Keskonna pH väärtust, mille juures molekuli summaarne laeng on null nimetatakse aminohappe isoelektriliseks punktiks, • tähistatakse pI • nt glutamiinhape pI = 3,2 • lüsiin pI = 9.6

10. Aminohapete lahustuvus • Aminohapete lahustuvus vesikeskkonnas on erinev: • nt hästi - glütsiin, alaniin, • vähe – leutsiin • väga halvasti – türosiin, tsüsteiin • Lahustuvus sõltub • - aminohappe ehitusest, • - keskonna happesusest-aluselisusest, • - teiste aminohapete juuresolekust • Teiste aminohapete juuresolek üldjuhul suurendab • lahustuvust • NB! Aminohapete lahustuvusega vees on seotud ka • toitainekaod toidainete käitlemisel

11. Aminohapete maitseomadused • sõltuvad aminohappe ehitusest • oluline on ruumiline struktuur (s.o optiline isomeer) • D-isomeerid on enamasti magusamaitselised • L-isomeerid – kibedad • Nt Aminohape L-isomeer D-isomeer • leutsiin kibe magus • histidiin kibe magus • alaniin magus magus • arginiin kibe neutraalne

12. Tsüklilise külgahelaga aminohapete hulgas on • nii magusa kui kibedamaitselisi • Maitse intensiivsus sõltub aminohappe külgahela • hüdrofoobsusest: • nt L-trüptofaan kõrvuti L-türosiiniga üks kibedamaid • D-trüptofaan - magusamaid • Glutamiinhape: • - madalamatel kontsentratsioonidel tugevndab • toiduaine maitset, kõrgematel – lihapuljongi maitse • Metioniin: • - väävlilaadne maitse • Treoniin: • - seotud puljongi aroomi kujunemisega

13. Keemilised omadused • amino- ja karboksüülrühmale iseloomulikud • reaktsioonid, • külgahela ehitusest tulenevad reaktsioonid • Kõrgematel temperatuuridel nn Maillard`i • reaktsioonid (eriti metioniin, tsüsteiin, proliin) • lüsiin - väga reaktsioonivõimeline, • (kaod toiduaine töötlemisel suured) • metioniin - väga happe ja kuumutustundlik, • (kaod toiduaine kuivatamisel, röstimisel jm) • trüptofaan – valkude happelisel hüdrolüüsil • „hävib“ täielikult

14. Peptiidsideme moodustumine

15. PEPTIIDSIDE - polaarne kovalentne side, mis tekib ühe aminohappe aminorühma ja teise aminohappe karboksüülrühma vahelisel reaktsioonil. • POLÜPEPTIIDAHEL • omavahel peptiidsidemetega seotud aminohapete ahel, • peptiidide ja valkude molekulide ehituslik alus. • Aminohapete arvust (n) sõltuvalt: • VALGUD n > 50 Mr > 6 000 • PEPTIIDID n ≤ 50 Mr < 6 000 • OLIGOPEPTIIDID n = 2...10

16. Polüpeptiidahel N- ehk aminoterminaal C- ehk karboksü- terminaal O O O O NH2–CH–C – NH–CH–C – NH–CH– C –......– C - OH R2 R3 R1 Aminohape 1 Aminohape2 Aminohape3

17. Valkude struktuur • Valkude primaarstruktuur: • aminohapete järjestus • aminohapete üldarv polüpeptiidahelas • aminohapped seotud peptiidsidemete abil • Valkude sekundaarstruktuur : • vesiniksidemetega fikseeritud polüpeptiidahela teatud lõikude konformatsioon • α– heeliks (spiraal), • β –struktuur (voldikleht)

18. Valkude tertsiaarstruktuur – kogu valgumolekulile iseloomulik ruumiline struktuur. Valgu kvaternaarstruktuur – iseloomulik oligomeersetele valkudele s.o valkudele, mille molekulid koosnevad rohkem kui ühest polüpeptiidahelast, mida nimetatakse osamolekulideks ehk subühikuteks.

19. primaarstruktuur tertsiaarstruktuur sekundaarstruktuur kvaternaarstruktuur

20. Valkude tertsiaarstruktuure hemoglobiin (a-a) immuunglobuliin (b-b) flavotoksiin (a-b) lüsosüüm (a+b)

21. Valgud erinevad üksteisest järgmiste parameetrite poolest: • suurus • kuju • hüdrofoobsus (hüdrofiilsus), amfifiilsus • happelis-aluselised omadused (pI), • laengute jaotus Kõik need omadused on määratud valgu aminohappelise koostise ja järjestusega

22. Valkude klassifikatsioon • VALGUD • LIHTVALGUD LIITVALGUD • koosnevad ainult sisaldavad lisaks aminohapetele ka • aminohapetest mittevalgulist komponenti, nn • prosteetilist rühma.

23. Lihtvalgud • Jaotus: • molekuli makrostruktuuri järgi • - globulaarsed (keraja kujuga) • - fibrillaarsed (niitja kujuga molekulid) • lahustuvuse alusel • (lahustuvus vees- nt albumiinid; • nõrkades soolalahustes – nt globuliinid, • etanoolis – nt prolamiinid • Valkude lahustuvus on väikseim pH = pI juures, • stabiilsus suurim • (erand – albumiinid)

24. Lihtvalkude esindajad 1. Globulaarsed valgud: • Albumiinid • valdavalt loomsetes organismides • nt laktalbumiin, ovalbumiin, seerumi albumiinid jt. • lahustuvad nii destilleeritud vees kui soolalahustes. • termiline denaturatsioon 40-50 °C juures • Globuliinid • laialt levinud nii taimedes kui loomades • nt kaunviljade valgud, paljud ensüümid, seerumi globuliinid,Immunoglobuliinid (Ig) α1, α2, β1, β2, γ... • lahustuvad nõrkades soolalahustes

25. Prolamiinid • leidub teraviljades • nt gliadiin (nisus, rukkis), zeniin (maisis), hordeiin (odras) • lahustuvad50 ... 90 %-lises etanoolis. • koostises vähe asendamatuid aminohappeid; • Pro ≤ 15 % Glu ~ 30 – 45% • Gluteliinid • leidub teraviljades • nt gluteniin(nisus) hordeniin (odras) • lahustuvuvad- happelises kekkonnas • koostises - kuni 45 % Glu • Gluteen ehk kleepvalk • GLUTEEN = GLUTELIINID + PROLAMIINID (1:1) • ( oluline kvaliteedinäitaja nisujahust saia küpsetamisel)

26. Histoonid • leidub liitvalkudes • nt nukleohistoonid(seotud nukleiinhapetega) • aluseliste omadustega valgud – palju lüsiini, • arginiini • Protamiinid • leidub liitvalkude koostises • aluseliste omadustega valgud - palju arginiini

27. 2. Fibrillaarsed valgud • Kollageen • rakuväline valk. • leidub sidekudedes; tagab nende tugevuse ja paindlikkuse, • temp, H+ • KOLLAGEENŽELATIIN • mittelahustuv lahustuv, jahtumisel geelistub • sisaldab palju Gly, Pro, Pro-OH, Trp = 0, Cys = 0. • struktuur: kiudkoosnevad tropokollageeni molekulidest. • Tropokollageen - superspiraal, kolm üksteise ümber keerdunud α-spiraalse struktuuriga polüpeptiidahelat, mida fikseerivad H-sidemed.

28. Keratiin • lahustumatu valk. • leidub nahaepidermises, karvades, juustes, küüntes, sõrgades jm. • kõrge tsüsteiini sisaldus • Aktiin • lihaskiududes koos müosiiniga, • kontraktilise funktsiooniga valk; • esineb peenikeste (ca 7 nm) filamentidena. • Müosiin • kontraktiilse funktsiooniga valk (lihaskiududes koos aktiiniga) • esineb jämedate (ca 15 nm) filamentidena.

29. Liitvalkude esindajad • LIPOPROTEIINID (VALK + LIPIID) • leidub piimas, munades, vereplasmas • rakumembraanides, närvikoes, • prosteetiline grupp: fosfatiid,rasv, sterool • NUKLEOPROTEIINID (VALK + NUKLEIINHAPE) • Leidub - kromatiin (kromosoomid), viirused, ribosoomid • prosteetiline grupp: nukleiinhape (DNA või RNA).

30. FOSFOPROTEIINID (VALK + FOSFORÜÜL) • leidumine: kaseiinid piimas, ihtüliin kalamarjas, vitelliin, fosfovitiin munarebus • prosteetiline grupp: fosforhape, seotud valguga seriini või või treoniini kaudu • METALLOPROTEIINID(VALK + METALL) • ferritiin (Fe2+ )- raua depoo imetajatel maksas, luuüdis, sapis • hemotsüaniin (Cu2+ ) - hapniku transportija molluskites, koorikloomades • prosteetiline grupp: metalliioonid • (Fe2+ , Cu2+ , Zn2+ , Mg2+ , Co2+ ,...)

31. GLÜKOPROTEIINID (VALK + SÜSIVESIK) • esindajad, leidumine: • - mukoproteiinid - teraviljas, maksas, kõhrkoes, sidekoes • - peptiidoglükaanid - bakterite rakuseintes (mureiin) • - paljud ensüümid • - immunoglobuliinid (= antikehad) Ig • prosteetiline grupp: erinevad polüsahhariidid • KROMOPROTEIINID (värvilised valgud (kr.k chroma - värvus). • esindajad • - hemoglobiin (veres), müoglobiin (lihastes) • - katalaas (ensüüm) • - klorofüll jt

32. Müoglobiin: Globiin + heem = müoglobiin (Mb) heem ehk Fe2+ - porfüriin Müoglobiini mudelil on kujutatud hapnikku siduv rühm – heem. Mudeli keskel on raua-aatom seotuna nelja lämmastiku aatomiga (sinised) ja Ümbritsetuna tasapinnalise heemirühmaga

33. Hemoglobiin: • oligomeerne valk • kvaternaarse struktuuriga • (4 assotsieerunud osamolekuli)

34. VALKUDE DENATURATSIOON • Denaturatsioon • on valgu kõrgemate struktuuritasemeteosaline või täielik hävimine, • ( tertsiaar- , kvaternaar- , ka sekundaarstruktuuri hävimine) • kaasneb valgu inaktiveerumine • hävib/muutub valgu natiivne struktuur, valk kaotab oma bioloogilise aktiivsuse • väheneb valkude lahustuvusvees • (hüdrofoobsed rühmad pole enam “peidetud” valgu sisemusse) • denatureeritud valgud agregeeruvad kergesti

35. Valgu kõrge kontsentratsiooni korral kaasneb denaturatsiooniga koagulatsioon - kolloidosakeste kokkukleepumine, kalgendumine

36. Denatureeriv faktorToime • Temperatuur Mitmesuguste nõrkade sidemete katkemine molekulis • Ekstreemsed pH Molekuli laengu väärtused suurenemine elektrostaatiline tõukumine; ka vesiniksidemete katkemine • Orgaanilised solvendid Molekulisiseste hüdrofoobsete (atsetoon, etanool jt) vastasmõjude lakkamine

37. Mõjub: • temperatuur, aeg • enamasti t = 60o...80 o C (munavalge – kiirelt ~ 60o C, • kaseiin termostabiilsem kui laktoglobuliin ) • molekulmass, elektriline laeng • ( mida kõrgem M, suurem elektrilaeng – • seda kiirem denaturatsioon) • pH väärtus, soola kontsentratsioon • pH muutmisel ja soola lisamisel saab tdenat. muuta

38. Denaturatsiooni tagajärg: • muutuvad füüsikalised omadused • - väheneb globulaarsete valkude lahustuvus • ja pundumisvõime, • - fibrillaarsete valkude lahustuvus suureneb • nt kollageen läheb liha keetmisel osaliselt • glutiiniks • - muutub munavalge vahu püsivus • paraneb valgu seeditavus (valgu atakeeritavus paraneb) • ensüümid inaktiveeruvad

39. Valkude lahustuvus, hüdratatsioon ja • pundumisvõime • enamik valke lahustub vees ja vesilahustes hästi • moodustavad kolloidlahuseid (osakeste suurus 10-5 ...10-7), kõrgema valgu kontsentratsiooni korral - soole, geele (ruumiline karkass, millesse on haaratud vesi nt sült) • Valgu hüdratatsioon on vee dipoolide sidumine • valgu polaarsete ja ioonsete gruppide poolt • Hüdraatumise aste (g hüdraatunud vett/g valk) • on varieeruv

40. Valkude lahustuvus, hüdratatsioon ja • pundumisvõime • Sõltub: • valgu ehitusest (polaarsete ja apolaarsete rühmade arvust ja nende järjestusest piki molekuli) • keskkonna pH-st (oluline on erinevus valgu pI väärtusest) • soola kontsentratsioonist • väikesed soolakontsentratsioonid suurendavad lahustuvust, kõrged –vähendavad • Lahustumatud valgud seovad vett ja punduvad

41. Laktoglobuliini lahustuvus sõltuvalt pH-st ja ioonjõust Ioonjõud: I – 0.001 II – 0,005 III -0.01 IV – 0.02

42. Vahu moodustamine ja stabiliseerimine • Vaht on dispersioon gaas vedelikus, valk stabiliseerib • gaasimulle moodustades nende ümberõhukese kelme • Ideaalne vahtu moodustav ja stabiliseeriv valk on: • madala molekulmassiga • suure välispinna hüdrofoobsusega, • hea lahustuvusega, • väikese üldlaenguga antud pH juures • kergesti denatureeritav • Väga hea vahu annab valgusegu • nt munavalge (globuliinid kergendavad vahu teket, • ovomütsiin stabiliseerib)

43. Vahu teket pärssivad: • lipiidid - tõrjuvad oma hüdrofoobsusega valgud gaasimullide pealispinnalt • nt munavalgele lisaks veidi kollast ; • valgu assotsiatsiooni segab letsitiin • alkohol (orgaaniline lahusti) • Valgu modifitseerimise teel saab vahutekitamise omadusi muuta: • - osaline ensümaatiline hüdrolüüs, • - mõningane termiline denaturatsioon • (vadakuvalgud) • - lisatakse tugevalt aluselisi valke ( nt glupeliini)

44. Geeli moodustamine • Eristatakse kahte geelitüüpi: • polümeerne võrgustik (nt zelatiin) • agregeerunud dispersioon ( nt munavalge) • Polümeerne võrgustik: • kolmemõõtmeline võrgustik( tekib korrastamata fibrillaarsete valguahelate agregatsioonil korrastatud struktuuriks, • iseloomulik madal polümeeri kontsentratsioon (~1%), • peen struktuur ja läbipaistvus • geel veeldub • - kuumutamisel (on termolabiilne) • - teatud pH juures • - teatud ioonide lisamisel

45. Agregeeritud dispersioonid • globulaarsetest valkudest kuumutamise • (denaturatsioon) tagajärjel tekkinud geelid • valku vaja 5...10 % • termoplastilised (ei veeldu kuumutamisel) • soola ( nt Ca2+) lisamine soodustab geeli teket • ( nt sojakohupiima valmistamine)

46. Emulgeeriv efekt • Emulsioonid on disperssed süsteemid ühest või mitmest segunematust vedelikust ( nt õli - vesi) • Valgud stabiliseerivad õli/vees emulsioone • nt piim • Hea emulgaator on β-kaseiin: • - tugevalt hüdrofoobne • - ei sisalda tsüsteiini(ei teki S-S sidet)

47. Keemilised omadused • Määravaks: • valgu reaktsioonivõimelised rühmad • (oluline on külgahela ehitus) • temperatuur • pH • hapniku juuresolek • Proteolüüs s.o valkude hüdrolüüs ensüümide või hapete toimel peptiidsideme lõhustumine • Valkude roiskumine algab proteolüüsist

48. Proteolüüs • s.o valkude hüdrolüüs ensüümide või hapete toimel, • peptiidsideme lõhustumine • Valkude roiskumine algab proteolüüsist • Maillardi reaktsioonid • - toiduaine pruunistumine • - asendamatude aminohapete (nt lüsiin) kaod • Kvalitatiivne ja kvantitatiivne määramine • - värvusreaktsioonid • - lämmastkusisalduse määramine (Kjedahli • reaktsioon) • Valkude modifitseerimine • (lahustuvuse, tekstuuri, seeditavuse jt omaduste • parendamine)

49. Piimavalgud Piim on polüdispersne süsteem, kus vesi on dispersiooni keskkonnaks. Vees on lahustunud kujul (molekulaarses ja ioonses olekus) mineraalained ja laktoos. See lahus omakorda on dispersioonikeskonnaka kolloidsetele valguosakestele. Valgud: 80% - kaseiin (αs, β, κ, γ ), 20% vadakuvalke (β- laktoglobuliinid, α-laktoalbumiinid, peptiide, seerumi albumiine, immunoglobuliine )

50. VALK Kontsentratsioon, g/l