Ravitsemustieteen kertaus

Mikko Ahola 2020

Proteiinit

 

Proteiini eli valkuaisaine on aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdiste tai usein monen toisiinsa liittyneen aminohappoketjun muodostama kompleksi. Tyypillisessä proteiinissa on lukuisasti aminohappoja. Esimerkiksi lihasproteiini myosiinissa on yli 4500 aminohappoa ketjuuntuneena, ja yhdessä yksikertaisimmista proteiineista, insuliinissakin 51 aminohappoa. Proteiinin ominaisuuksiin vaikuttaa ratkaisevasti myös proteiinin kolmiulotteinen rakenne, mm. se miten pitkät aminohappoketjut ovat kolmiulotteisesti laskostuneet. Käytännössä proteiinit ovat pitkiä aminohappoketjuja, jotka muodostavat lankakerämäisen mutta löysän sykkyrän ja se, miten tämä sykkyrä kolmiulotteisesti laskostuu, vaikuttaa proteiinin ominaisuuksiin.

Proteiinin kolmiulotteinen rakenne voidaan rikkoa, tai muuntaa denaturoimalla, kuten esimerkiksi keittämällä kanamunan valkuainen, tai vispaamalla kananmunan valkuainen tai käsittelemällä valkuainen hapolla, vatsalaukun vatsahapolla, jolloin kolmiulotteinen rakenne muuttuu peruuttamattomasti. Vatsahappojen suorittama denaturointi on tärkeää, koska proteiinin sykkyrärakenteen avautuessa ruuansulatusentsyymit pääsevät vasta pilkkomaan peptidiketjujen liitoksia.

 

Lähes kaikilla tunnetuilla eliöillä proteiineja muodostavat samat 20 aminohappoa. Aminohapot ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidoksin. Muista makroravinteista proteiinit poikkeavat siten, että niissä on typpiryhmä. Ihmisen pitää hankkia tämä proteiinien sisältämä typpiryhmä syömällä. Vaikka ilmassa ympäristössämme on typpeä, ja monissa aineissa on typpeä, niin ihminen pystyy hyödyntämään typpeä vain syömällä proteiineja. Proteiinien yhteydessä puhutaan välillä typpitasapainosta. Jos typpitasapaino on positiivinen, niin ihmisessä muodostuu uusia proteiineja enemmän kuin niitä häviää, jos taas typpitasapaino on negatiivinen, proteiineja hajoaa enemmän kuin uusia valmistuu. Typpitasapainoa voidaan käyttää tutkimusmenetelmänä siten, että esimerkiksi voimailulajien urheilijalle syötetään tarkkaan punnittu määrä erityyppisiä proteiineja, ja sitten mitataan kuinka paljon typpeä erittyy virtsaan tietyn ajan sisällä. Mitä vähemmän typpeä on erittyy virtsaan, sitä enemmän proteiinia on mennyt lihaksiin ja muodostanut niissä uutta proteiinikudosta, lihasmassaa. Myös karjankasvattajat ovat käyttäneet samanlaisia menetelmiä testatessaan, mikä rehu kasvattaa tehokkaimmin tuotantoeläimiä. Typpitasapaino on positiivinen etenkin lapsuudessa, jossa ihminen kasvaa ja muodostaa koko ajan uutta kudosta. Vanhuudessa kudosta päinvastoin katoaa ihmisestä, ja typpitaso on negatiivinen. Typpitase on negatiivinen myös silloin, kun ihminen ei saa riittävästi hiilihydraattipitoista ravintoa, ja elimistö alkaa pilkkoa kudoksien proteiineja energiaksi. Tällöin typpi myös aivan konkreettisesti poistuu elimistöstä virtsan mukana. Kun proteiineista pilkotaan typpiryhmä pois, muodostuu ureaa, ja tämä urea poistetaan elimistöstä virtsan mukana. Urea on elimistölle haitallinen aine, ja sen takia se täytyy poistaa. Kun proteiinia pilkotaan energiaksi, niin tässä prosessissa tarvitaan vettä, ja siksi typen irrottaminen aminohaposta lisääkin virtsaneritystä. Runsas proteiinien syönti rasittaakin tämän takia munuaisia, ja ihmisillä, joilla on jokin munuaisvika, syödyn proteiinin määrää täytyy rajoittaa. Nykyisin runsasproteiiniset ja vähähiilihydraattiset ruokavaliot ovat muodissa, mutta niiden sisältämä runsas proteiinien syönti ei sinänsä ole mikään terveyshaitta tai riski. Ongelmaksi muodostuu lähinnä se, saadaanko riittävästi muita ravinteita tällä ruokavaliolla, kuten esimerkiksi kuituja.

Proteiinia voidaan siis käyttää elimistössä energiaksi. Proteiinin sinänsä sisältää 5 kcal energiaa grammaa kohti, mutta typen irrottaminen siitä ja sen muokkaaminen energiaksi sopivaan muotoon kuluttaa noin yhden kilokalorin, joten ravintotaulukoissa proteiinin kaloriarvoksi on merkitty 4. Tässä on käytetty Atwaterin kertoimia. Esimerkiksi urheilussa kestävyyssuorituksen aikana proteiini muodostaa n. 5-10% energian tarpeesta. Lihasproteiinia hajoaa ja aminohapot kulkeutuvat maksaan, jossa niistä muodostetaan glukoosia (glukoneogeneesi). Glukoosi kulkeutuu verenkierron mukana lihaksiin energiaksi. Haaraketjuisia aminohappoja voidaan käyttää myös suoraan lihassolujen ATP:n valmistukseen.

Varsinaisesti proteiinia kuitenkin tarvitaan elimistössä rakenteiden muodostamiseen. Proteiinit ovat kaikkien solujen rakennusainetta. Suurin osa solun kuivamassasta koostuu proteiineista. Rakennusaineina olemisen lisäksi proteiinit suorittavat lähes kaikki solun toiminnot ja ovat siten välttämättömiä elintoiminnoille. Myös kaikki entsyymit ovat proteiineja, myös ne ruuansulatusentsyymit, jotka hajottavat toisia proteiineja ovat itse proteiineja. Ihmisellä on noin 2000 erilaista entsyymiä.

Elimistön proteiineille, joita on kaiken kaikkiaan arviolta 50 000, on tyypillistä niiden jatkuva uusiutuminen. Elimistömme proteiinit ovat jatkuvan uusiutumisen prosessissa. Myös luissa ja hermosoluissa olevat proteiinit uusiutuvat jatkuvasti. Vaikka hermosolu sinänsä ei ihmisen elämän aikana uusiudu, niin sen rakenteina olevat proteiinit uusiutuvat.

Kun rakenteena oleva proteiini hajoaa uusiutumisen tieltä, proteiinia ja sen aminohappoja ei poisteta jätteenä elimistöstä, vaan ne kierrätetään uudelleen. Suuri osa tarvitsemastamme päivittäisestä aminohappomäärästä tulee tästä kierrätetystä proteiinista. Ravinnosta saaduista aminohapoista, ja kudoksista vapautuneista aminohapoista muodostuu aminohappopooli, josta elimistö ottaa aminohappoja uusien proteiinien valmistamiseen.

Elimistössä on jopa kymmeniä aminohappoja, mutta vain kahtakymmentä aminohappoa vastaa jokin kolmen emäsparin yhdistelmä DNA:n geneettisessä koodissa.

 

 

Välttämättömät aminohapot

Näistä kahdestakymmenestä aminohaposta aikuisilla kahdeksan, ja kasvavilla lapsilla kymmenen, keskosilla 12, ovat välttämättömiä aminohappoja. Välttämätön aminohappo tarkoittaa sitä, että elimistömme ei pysty valmistamaan itse tätä aminohappoa muista aminohapoista tai hiilihydraateista, vaan meidän välttämätöntä saada näitä aminohappoja ravinnosta. Loppuja aminohappoja voidaan valmistaa toisista aminohapoista ja osana niiden rakennetta voidaan käyttää hiilihydraateista saatuja osia. Typpeä sisältävää amino-osaa ei tietenkään saa hiilihydraatista, vaan vain toisista aminohapoista.

Yleensä eläinproteiini sisältää hyvin kaikkia välttämättömiä aminohappoja ja niiden aminohappokoostumus on hyvä. Voidaan puhua myös proteiinin laadusta, jolla tarkoitetaan sitä, että siinä on oikeassa suhteessa välttämättömiä aminohappoja käytetään myös nimitystä täydellinen proteiini. Voimailulajien urheilijat ovat tehneet tarkkoja testejä sen suhteen, mitkä proteiinit ovat parhaita lihasten kasvun suhteen, ja parhaimmaksi on osoittautuneet hydrolisoitu maidon heraproteiini, maidon kaseiiniproteiini ja soijaproteiini-isolaatti.

Soijaproteiini on lähes ainoa täydellinen kasvisperäinen proteiinilähde. Muissa kasviksissa on aina vajaa määrä jotain välttämätöntä aminohappoa, ja siksi, jos haluaa proteiinin tarpeensa tyydyttää kasvisproteiineilla, on yhdisteltävä ruokavalioon eri kasviksia, jolloin eri välttämättömiä aminohappoja saadaan oikeassa suhteessa toisiinsa. Erilaisia aminohappoja ei tarvitse yhdistää samaan ateriaan, vaan riittää, että niitä syö samana päivänä eri aterioilla.

Riippumatta siitä, onko aminohappo kasvisperäistä tai eläinperäistä, tai peräisin kalasta, niin yksittäiset aminohapot ovat aivan samoja aminohappoja. Ainoastaan aminohappojen suhteellinen määrä suhteessa toisiinsa vaihtelee kasvis- ja eläinproteiineissa. Ja on muistettava, että ruuansulatuksessa kaikki proteiinit, kasviproteiinit, eläinproteiinit ja kalaproteiinit pilkotaan yksittäisiksi aminohapoiksi ennen kuin ne imeytyvät elimistöön.

Nykyisin laihduttajat käyttävät painon pudotukseen VLCD valmisteita, kuten Nutrilet tuotteita. Näissä dieeteissä on se ajatus, että VLCD valmiste on testattu valmiste, joka takaa sen, että muuten terve laihduttaja saa päivittäin välttämättömät ravintoaineet päivän pussiannoksista. Tätä samanlaista dieettiä kokeiltiin jo 1960-luvulla, mutta silloin seurauksena oli lukuisia kuolemantapauksia. Syyksi kuolemantapauksiin paljastui, että silloisissa laihdutusvalmisteissa käytetty proteiini oli huonolaatuista, eikä sisältänyt kaikkia välttämättömiä aminohappoja. Seurauksena oli sydänlihaksen rappeuma ja kuolema. Rekisteröidyssä VLCD-valmisteessa, myytävässä paketissa pitää siis lukea kirjainyhdistelmä VLCD, on proteiinia, joka sisältää aminohappoja riittävästi ja oikeissa suhteissa. Nutrilet valmisteissa proteiini on nykyisin soijaproteiinia.

Silloin kun aminohapoista muodostuu uusi proteiini elimistössä, pitää kaikkia proteiinin tarvitsemia aminohappoja olla solussa paikalla. Jos yksikin tarvittava aminohappo puuttuu, ei proteiinia voi muodostua.

Tavallisen ihmisen proteiinin tarpeeksi on laskettu 0.8 gramma proteiinia painokiloa kohti. Eli 50 kiloa paina nainen tarvitsisi vuorokaudessa 40 g proteiinia. Sata kiloa painava mies taas 80 grammaa proteiinia. Jos esimerkiksi kalassa on tyypillinen 20 % painosta proteiinia, niin päivittäisen tarpeen voisi 50 kiloinen nainen kuitata syömällä 200 grammaa kalaa. Yleensä me saamme riittävästi proteiineja ravinnostamme. Urheilijoilla ja kasvavilla lapsilla proteiinin tarve on suurempi. Kehonrakentajat ja voimaa vaativien lajien edustajat syövät erillisiä proteiinilisiä ja juomia lisätäkseen proteiinin saantiaan. Näiden lisäravinteiden käytön on kokeellisesti testattu lisäävän lihasten kasvunopeutta.

Ylimääräinen proteiini ei varastoidu kehoomme. Ainoastaan pieni määrä aminohappoja varastoituu joksikin aikaa maksaan. Proteiinit käytetään kudosten rakentamiseen, ja jos niitä jää yli, ne poltetaan energiaksi tai muutetaan glukoosiksi, glykogeeniksi ja vähäisemmässä määrin myös rasvakudokseksi. Elimistön proteiinivarastot ovat kudoksissa. Jos proteiinista on ravinnossa puutetta, niin elimistö voi hajottaa kudoksissa olevaa proteiinia, etenkin lihasten proteiinia voidaan hajottaa uusien proteiinien valmistamiseen kuin myös energian käyttöön.

Proteiinin vakavaa puutossairauden nimi on kvasiorkor. Nimi tulee eräästä Ghanan kwa-kielistä, ja tarkoittaa lähinnä lasta, joka on vieroitettu rintamaidosta toisen lapsen syntymän johdosta. Kun äidinmaidon saanti loppuu, ja lapsi siirtyy syömään lähinnä hiilihydraatteja, iskee kvasiorkor. Nimitys on yleisnimitys kaikille proteiinin puutostaudeille, ja esimerkiksi länsimaissa voi alkoholisteilla esiintyä alkoholistien kvasiorkoria. Tämän taudin oireena on mm. nälkiintynen lapsen vatsan turvotus, joka johtuu ödeemasta, eli nesteen kertymisestä lapsen vatsaan. Kun lapsi saa jälleen proteiinia, niin ödeema häviää, ja lapsen langanlaihat vartalon piirteet tulevat esille. Proteiinin puute aiheuttaa myös muita ongelmia lapselle. Koska immuunipuolustuksen vasta-aineet tehdään proteiineista, niin niitä ei kehity riittävästi kwashiorkor tilassa, ja lapsi on altis eri tartuntataudeille.

 

Aikanaan maailman väestön suureksi uhaksi koettiin uhkaava proteiini-kuilu. Ennustettiin, että suuri osa maailman väestöstä ei saisi riittävästi proteiinia, sillä proteiinin kasvattaminen ja tuottaminen vaatii enemmän panoksia maanviljelyyn, kuin hiilihydraattien ja energiakalorien tuottaminen. Tämä ennuste ei kuitenkaan toteutunut. Ravinnon saannin ongelmat ja nälkä liittyvät enimmäkseen kokonaiskalorien riittämättömään määrään. Yleisimmät puutostilat ovat A-vitamiinin, raudan ja jodin puutokset, ja sen jälkeen seuraa yleinen kalorien riittämättömyys.

Ravitsemuksessa on puutostiloja lähinnä kolmella ryhmällä: anorektikoilla, vanhuksilla ja alkoholisteilla. Iän mukana vanhusten proteiinin tarve kasvaa, sitä ei pystytä käyttämään niin paljon hyödyksi kuin nuoremmilla. Kun vanhusten nauttiman ravinnon määrä vähenee, niin proteiinin vaje vanhuksilla on todellinen haaste. Vanhusten tulisi saada proteiinia 1,2–1,4 grammaa/painokilo/päivä. Tämä merkitsee 80 – 100 gramman päivittäistä proteiinin saantia. Tämä edellyttää, että vanhusten ruokavaliossa tulisi olla tavallista enemmän kananmunia, maitorahkaa, lihaa ym. proteiinipitoisia ravintoaineita. Tässä suhteessa vanhusten ruokavalion tulisi muuttua ikääntymisen myötä, mikä vaatii ruokavalion uudelleen suunnittelua.

 

 

Seuraava: Alkoholi

 

Aloitussivulle

Ruuansulatuselimistö: Ruuansulatus, suu ja ruokatorvi Vatsalaukku Ohutsuoli Paksusuoli Mikä on ravintoaine? Kuinka luotettavaa tieto ravitsemuksesta on? Makroravintoaineet: Hiilihydraatit Rasvat Proteiinit Alkoholi Vesi Mikroravintoaineet Rauta Jodi Vitamiinien historiaa D-vitamiini Foolihappo Muut vesiliukoiset vitamiinit B12-vitamiini A- ja E-vitamiini Ravinto energiana Energian käyttö elimistössä Diabetekset Ketoosi ja ketoasiodoosi Lihavuus ja ylipaino Energiatasapaino Ylipainoinen mutta terve Lähteet

Uutta: Sivuston tekstit ovat luettu äänitiedostoiksi, jotka voit ladata kannettavaan soittimeesi tai kuunnella älypuhelimella. Imuroi täältä.