De la ChemPRIME
Cuprins
Dietele vegetariene
Deși o dietă vegetariană are multe beneficii pentru sănătate și mediu, unii oameni își fac griji că vor obține proteine insuficiente în dieta lor dacă exclud carnea. Dar pentru a produce 1 kilogram de proteine sub formă de carne de vită sau de vițel, trebuie să hrănim animalului 21 de kilograme de proteine vegetale (ca să nu mai vorbim de litri de apă). S-ar putea ca cantitatea de proteină pierdută la om în acest mod să fie echivalentă cu 90% din deficitul anual de proteine din lume. În SUA contemporane este practic imposibil să suferim malnutriție proteică indiferent de dieta noastră (în general consumăm un exces imens de proteine), dar în unele țări slab dezvoltate anumite diete vegetariene pot să nu furnizeze suficiente proteine, chiar dacă oferă suficiente calorii, iar bolile precum kwashiorkor sunt frecvente. Există dovezi la animale pentru creșterea bolii atunci când aminoacizii singulari sunt deficienți [1] .
Reactanți limitativi în biosinteza proteinelor
Nutriționiștii se uită la chimiști pentru a explica deficitul de proteine în termeni de compoziție a aminoacizilor din alimente și „reactivi de limitare”. Când se consumă un reactant limitativ, ceilalți reactanți, oricât de abundenți ar fi, nu au cu ce să reacționeze, astfel încât reacția încetează și reactanții rămași sunt irosiți.
Proteinele umane sunt polimeri complecși („polipeptide”) realizate prin alăturarea a aproximativ 8 aminoacizi esențiali pe care corpul nostru nu îi poate sintetiza (și alți 12 pe care corpul nostru le sintetizează) în anumite ordine care definesc activitatea unei proteine (care poate fi o enzimă, o componentă a corpului structural sau îndeplinește multe alte funcții). Structurile moleculare ale a doi aminoacizi esențiali, lizina și triptofanul, sunt prezentate aici.
Aminoacizii sunt uniți printr-o reacție de „condensare” foarte simplă în care două molecule se unesc prin eliminarea apei, așa cum se arată în figura de mai jos. Porțiunea moleculei etichetată „R” reprezintă o parte variabilă a moleculei care distinge diferiți aminoacizi; restul moleculei este comun tuturor aminoacizilor.
Acest proces poate continua cu diferiți aminoacizi adăugați la fiecare capăt al lanțului proteic. HN-ul unui aminoacid se adaugă la capătul C-OH al proteinei, eliminând apa (H-OH) și formând o legătură CN în care apa a fost eliminată (sau capătul C-OH al unui aminoacid se adaugă la capătul NH proteinei). Acest proces continuă până când proteina are sute de aminoacizi diferiți.
Exemplul 1
Arătați două moduri în care o moleculă de lizină și una de triptofan se pot combina printr-o legătură peptidică.
Soluţie În figura care arată formarea unei legături peptidice, vedem că doi aminoacizi sunt diferiți doar pentru că au grupări „R” diferite. Grupul "R" al lizinei este -CH2CH2CH2NH2, iar cel al triptofanului este -CH2C8H6N (cu 5 și 6 inele atomice condensate). Întotdeauna acidul terminal (-COOH) și alfa aminoacidul (-NH2 pe atomul de carbon adiacent) reacționează pentru a forma legătura peptidică. Dacă înlocuim „R” din aminoacidul stâng cu -CH2CH2CH2NH2 acesta devine lizină. Înlocuind „R” pe aminoacidul drept cu -CH2C8H6N obținem triptofan, iar gruparea amină (-NH2) a legăturilor triptofan la gruparea acidă (-COOH) a lizinei. Dacă schimbăm grupele „R”, atunci grupul amină al lizinei din dreapta se va lega cu grupul acid al triptofanului din stânga pentru a produce o altă dipeptidă.
Putem înțelege de ce o dietă vegetariană cu o mulțime de calorii ar putea provoca malnutriția proteinelor, imaginându-ne proteine vegetale simple care conțineau doar doi aminoacizi, lizina (prescurtată LYS) și triptofan (TRP), care sunt consumate de o persoană și care trebuie utilizate pentru a face proteine umane. Acest exemplu este foarte simplificat pentru a demonstra un principiu; sinteza efectivă a proteinelor umane din legume este mult mai complexă.
Exemplul 2
O hrană leguminoasă furnizează 100,0 g și 100,0 g triptofan, dar polipeptida umană necesită cantități egale din fiecare. Care este reactivul limitativ?
Soluţie Ecuația echilibrată
ne spune că, conform teoriei atomice, 1 mol de LYS este necesar pentru fiecare mol de TRP pentru a face o polipeptidă cu lanț lung cu un număr mare de "n" de unități LYS-TRP repetate:
. Adică raportul stoichiometric S (LYS/TRP) = 1 mol LYS/1 mol TRP. Să vedem câte alunițe din fiecare avem de fapt în hrana leguminoasă. Prin inspectarea structurii moleculare, vedem că LYS este C6H14N2O2 și are o masă molară M = 146,19 g mol -1 și în mod similar TRP este C11H12N2O2 are M = 204,23 g mol -1 .
Când se termină reacția, 0.4896 mol TRP va fi reacționat cu 0.4896 mol LYS și va exista
(0.6840 - 0.4896) mol LYS = 0.195 mol LYS
resturi. Prin urmare, TRP este reactivul limitativ, iar 0,1273 mol (aproximativ 19 g sau 20% din total) sunt irosite în întregime.
Dar să presupunem că, în același timp, leguminoasele au fost consumate, a fost consumată și o porție de grâu care a furnizat 140 g de TRP și doar 71,5 g de LYS (grâul este notoriu scăzut în LYS, la fel cum leguminoasele sunt bogate în LYS). Acum
Acum au mai rămas 0,196 mol de TRP din proteina din grâu, suficient de exact pentru a reacționa cu excesul de LYS din leguminoase și nu s-a irosit niciun aminoacid! Astfel grâul și fasolea sunt complementar sursele de proteine și dacă sunt consumate împreună, asigură o nutriție optimă, așa cum se arată în diagrama de mai jos, în care deficiențele din fiecare cauză nu sunt nici pe deplin utilizate, dar când sunt consumate împreună, sunt furnizate aproximativ cantități egale din cei patru aminoacizi, ceea ce duce la pentru a perfecționa în mod esențial rapoartele stoichiometrice pentru sinteza proteinelor umane.
Pentru a concepe o dietă adecvată, alimentele proteice complementare ar trebui alese din tabelele conținutului de aminoacizi din alimente. Unii antropologi observă cât de des apar dietele de alimente complementare în diferite părți ale lumii (de exemplu, tacos și fasole) și atribuie valoarea de supraviețuire a societății alegerii lor alimentare.
Din exemplul de leguminoase puteți începe să vedeți ce trebuie făcut pentru a determina care dintre doi reactivi, X sau Y, este limitativ. Trebuie să comparăm raportul stoichiometric S (X/Y) cu raportul real al cantităților de X și Y care au fost inițial amestecate împreună. În exemplul 1 acest raport al sumelor inițiale
a fost mai mare decât raportul stoichiometric
Acest lucru a indicat faptul că nu a existat suficient TRP pentru a reacționa cu toate LYS și TRP a fost reactivul limitativ. Regula generală corespunzătoare, pentru orice reactivi X și Y, este
Aceste calcule pot fi organizate ca un tabel, cu intrări sub reactanții și produsele respective în ecuația chimică. Calculele sunt prezentate pentru fiecare caz posibil, presupunând că un reactant este complet consumat și se determină dacă este suficient din ceilalți reactanți pentru a-l consuma. Dacă nu, scenariul respectiv este eliminat.
| m (g) | 100 | 100 |
| M (g/mol) | 146.19 | 204.23 |
| n (mol) | 0,684 | 0,490 |
| dacă toate LYS reacționează | -0,684 | -0,684 |
| dacă toate TRP reacționează | -0,490 | -0,490 |
| Reacția reală Sume | -0,490 | -0,490 |
| Reacția reală Liturghii | -71.6 | -100 |
(Desigur, atunci când cantitățile de X și Y sunt exact în raportul stoichiometric, ambii reactivi vor fi consumați complet în același timp și niciunul dintre aceștia nu este în exces.). Această regulă generală pentru determinarea reactivului limitativ este aplicată în exemplul următor.
Exemplul 3
Pentru a detecta un aminoacid (chiar și într-o amprentă digitală în chimia criminalistică), ninhidrina testul este adesea folosit.
În testul cu ninhidrină, două molecule de ninhidrină (C9H6O4, prezentate în stânga) devin legate de N atașat la primul carbon al lanțului de aminoacizi, producând ionul albastru/violet prezentat în dreapta.
Ecuația chimică echilibrată este:
Dacă se utilizează 2,00 mg de ninhidrină (Nin) pentru a detecta 2 mg de TRP, s-a adăugat suficientă ninhidrină pentru a reacționa cu tot TRP? Care este reactivul limitativ și ce masă de H2O se va forma?
Raportul stoichiometric care leagă Nin și TRP este
Cantitățile inițiale de Nin și TRP sunt calculate utilizând mase molare adecvate (160,13 g mol -1 pentru Nin și 204,23 g mol -1 pentru TRP:
Deoarece acest raport este mai mic decât raportul stoichiometric 2: 1, aveți Nin insuficient pentru a reacționa cu tot TRP, deci Nin este reactivul limitativ. Pentru a asigura detectarea, ar fi mai bine să adăugați exces de Ninhidrină.
b) Cantitatea de produs de apă formată într-o reacție poate fi calculată printr-un raport stoichiometric adecvat din cantitatea de reactant care a fost consumat. O parte din excesul de reactiv TRP va fi rămas, dar toată cantitatea inițială de Nin va fi consumată. De aceea folosim nNin (inițial) pentru a calcula cât de mult H2O poate fi obținut
Aceasta este 0,302 mg apă.
Aceste calcule pot fi organizate ca un tabel, cu intrări sub reactanții și produsele respective în ecuația chimică. Sunt prezentate calcule pentru fiecare caz posibil, presupunând că un reactant este complet consumat și se determină dacă este suficient din ceilalți reactanți pentru a-l consuma. Dacă nu, scenariul respectiv este eliminat.
| m (g) | 0,0020 | 0,0020 | ||||
| M (g/mol) | 178.1 | 204.23 | 303.3 | 159.2 | 44,0 | 18.0 |
| n (mol) | 1,12 x 10 -5 | 9,79 x 10 -6 | -- | -- | -- | -- |
| dacă tot C9H6O4 reacționează | -1,12 x 10 -5 | -5,62 x 10 -6 | ||||
| dacă tot C11H12N2O2 reacționează | -1,96 x 10 -5 | -9,79 x 10 -6 | ||||
| Reacția reală Sume | -1,12 x 10 -5 | -5,62 x 10 -6 | 5,62 x 10 -6 | 5,62 x 10 -6 | 5,62 x 10 -6 | 1,68 x 10 -5 |
| Reacția reală Liturghii | -0,0020 | -0,00115 | 1,71 x 10 -3 | 8,93 x 10-4 | 2,47 x 10-4 | 3,02 x 10 -4 |
După cum puteți vedea din exemplu, într-un caz în care există un reactiv limitativ, cantitatea inițială de reactiv de limitare trebuie utilizată pentru a calcula cantitatea de produs format. Utilizarea cantității inițiale de reactiv prezent în exces ar fi incorectă, deoarece un astfel de reactiv nu este consumat în totalitate.
Conceptul unui reactiv limitativ a fost folosit de chimistul german Justus von Liebig din secolul al XIX-lea (1807-1873) pentru a obține o lege biologică și ecologică importantă. Legea minimă a lui Liebig afirmă că substanța esențială disponibilă în cea mai mică cantitate față de un minim critic va controla creșterea și reproducerea oricărei specii de plante sau animale. Când un grup de organisme rămâne fără reactivul limitativ esențial, reacțiile chimice necesare pentru creștere și reproducere trebuie să se oprească. Vitaminele, proteinele și alți nutrienți sunt esențiali pentru creșterea corpului uman și a populațiilor umane. În mod similar, creșterea algelor în corpurile naturale de apă, cum ar fi Lacul Erie, poate fi inhibată prin reducerea aportului de substanțe nutritive, cum ar fi fosforul, sub formă de fosfați. Din acest motiv, multe state au reglementat sau interzis utilizarea fosfaților în detergenți și construiesc stații de epurare care pot elimina fosfații din canalizarea municipală înainte de a intra în lacuri sau cursuri de apă.
- Câte proteine ar trebui să consum zilnic Max Muscle Nutrition
- Valoarea nutrițională umană a uleiului de soia și a proteinelor din soia - ScienceDirect
- Knapps Corner Nutrition servește shake-uri și ceaiuri scumpe, dar delicioase; Tendința centrală
- Producător Produse Nutriție Subțire Proteine Fitness - Prodietic
- Importanța consumului de proteine adecvate - nutriție de top