Ünite 3: Besin Öğeleri I (Organik Besin Öğeleri)

Proteinler

Proteinler, vücudumuzda gerçekleşen tüm süreçlerin temelinde yer alan kompleks yapıdaki büyük molekülerdir. Tüm organların oluşumu, yapısal tamlığı, fonksiyonel olarak düzgün çalışması, yenilenmesi ve büyüme, proteinler ile gerçekleşmektedir.

Hücrelerde protein döngüsü yönünden sürekli bir üretim ve yıkım vardır, dolayısıyla protein ihtiyacı da süreklilik arz eder. Vücutta protein üretebilmek için beslenme yoluyla dışarıdan protein almak gereklidir.

Proteinler, yaşamın sürdürülebilmesi için hayati öneme sahip bileşiklerdir. Çünkü proteinler organizmaya yabancı bileşenlere karşı savaşan antikorlar, bağ dokularda dokularda esneklik sağlayan elastik fiberlerin oluşmasına yardımcı olan fibrillin, dokulara oksijen taşıyan hemoglobin, besinlerin sindiriminde kullanılan pepsin, kanın pıhtılaşmasını sağlayan fibrin ve daha birçok görevleri yapısındaki bileşikler aracılığıyla yerine getirirler.

Yapısal Özellikleri ve Sınıflandırılması

Proteinlerin yapıtaşları aminoasitlerdir. Aminoasitlerin her biri, yapısında bir amino, (-NH ₂ ) bir karboksil (-COOH) ve yapısı her birinde farklı olan bir yan zincir grubu taşırlar.

Güncel bilgilere göre doğada genetik kod içinde yer alan ve protein yapımında kullanılan (proteinojenik) 22 çeşit aminoasit bulunmaktadır. Bunlardan pirolizin hariç yalnızca 21 tanesi ökaryotların çekirdeklerinde bulunan genler tarafından kodlanarak protein üretiminde kullanılır.

Ökaryotlar, hücre yapılarında çekirdek ve göreve özel yapılanmış organellere sahip canlılar sınıfıdır. İnsanlar, ökaryotlar sınıfının bir üyesidir.

İnsan vücudu ise 22 çeşit aminoasitten 21 tanesini biyolojik faaliyetleri için kullanır. Bunlardan on ikisini kendi üretebilmektedir. Bunlar; alanin, arjinin, asparajin, aspartik asit, glutamik asit, glutamin, glisin, prolin, selenosistein, serin, sistein ve tirozindir. Ancak geri kalan dokuz tanesi beslenme yoluyla alınmak zorundadır. Beslenme yoluyla dışarıdan alınması zorunlu olan bu dokuz aminoaside elzem (esansiyel, eksojen) aminoasitler denir. Bunlar; fenilalanin, histidin, izolösin, lösin, lizin, metiyonin, treonin, triptofan ve valin dir. Aminoasit içeriği, elzem aminoasitler yönünden zengin olan proteinlere kaliteli proteinler denir.

Biyojenik madde, yaşamsal işlemler sırasında oluşan madde anlamına gelmektedir. Bir diğer söylenişi biyomoleküldür.

Proteinler molekül yapılarına göre;

• Fibröz (ipliksi) veya
• Globüler (küresel) olarak sınıflandırılabilirler.

Fibröz (ipliksi) proteinler in molekülleri, yapısal olarak uzunlamasına duran bir zincire benzer. Bunlar hayvansal dokularda daha çok yapısal görevlere sahiptirler. Deri, saç, kıl veya bağ doku gibi lifli özelliklere sahip oluşumların ana unsurlarıdırlar; dolayısıyla bu tip yapılarda bol miktarda bulunurlar. Keratin, kollajen ve elastin bunlara verilebilecek en bilinen örneklerdir.

Globüler (küresel) proteinler ise yumaksı bir yapıya sahip polipeptid zinciri veya zincirlerinden oluşmuşlardır. Bunlar yapısal görevlere sahip değildirler, daha bağımsız görevlere ve serbest hareket tarzına sahiptirler. Bunlara verilebilecek en bilinen örnekler ise hemoglobin ve miyoglobindir.

Proteinler, yapılarında aminoasit dışı bileşenlere sahip olma (homoprotein) ve olmama (heteroprotein) yönündeki bir sınıflandırmaya göre de;

• Basit ve
• Birleşik proteinler olarak sınıflandırılabilirler.

Proteinler;

• Tek parça veya
• Çok parça olmaları üzerinden gidilerek de sınıflandırılabilmektedirler.

İsimlerini mono yani “tek” veya oligo yani “çok” ve mer yani “parça” kelimelerinin birleşiminden alan bu proteinlerde monomerikler tekparça, oligomerikler ise çok parçalı anlamına gelir.

Proteinlerin Vücutta Kullanımı

Proteinler vücuda alındıktan sonra, kimyasal yapılarına göre değişmekle birlikte, genellikle yüzde doksana yakın oranda sindirilirler. Pişirme, sindirimi kolaylaştırabilmekle birlikte genellikle hayvansal proteinler, bitkisel proteinlere göre daha kolay sindirilirler. Aminoasitlerden yola çıkılarak üretilen proteinler işlevlerini tamamladıktan sonra yıkılarak tekrar yapıtaşlarına dönüşürler. Açığa çıkan aminoasitler ya üre olarak vücuttan atılırlar veya tekrar protein üretiminde kullanılırlar.

Enerji üretiminde karbonhidrat ve yağlardan sonra üçüncü basamakta yıkıma uğrayan ve enerji kaynağı olarak kullanılan başlıca moleküller proteinlerdir.

Protein İhtiyacı ve Kaynakları

İnsan vücudu yaş, kendi iç dengesi ve çevre koşulları kaynaklı nedenlerle oluşan gereksinimlere göre çok farklı tipte proteinlere ihtiyaç duyabilir ve üretebilir. Protein üretiminde birçok farklı aminoasit aynı anda kullanıldığı için bunların besinler yoluyla alımında dikkatli davranmak gerekir:

• Çeşitliliğe önem vermek,
• Çok yönlü beslenmek ve
• Kaliteli proteinleri yeterli düzeyde almak gereklidir.

Büyüme döneminde olanlarda, gebelerde ve ağır hastalıklar geçirenlerde protein ihtiyacı, normal durumlara göre biraz daha fazladır.

Günlük protein gereksinimi sağlıklı insan için günde kilogram başına 0.8-1.0 gramdır. Bu değer, süt çocuklarında ve çocuklarda günde 2 gram, yaşlılarda ise 1.2 gram düzeyindedir. Elzem aminoasitlerce zengin besinlere özellikle 2-5 yaş grubu çocuklarında daha fazla ihtiyaç duyulur.

Proteinler, bütün bitkisel ve hayvansal besinlerde bulunmakla birlikte tahmin edileceği üzere bileşim ve miktar olarak çok farklı seviyelerdedir. Hayvansal kaynaklar, protein bakımından daha zengin olarak kabul edilirler. Günlük beslenmede önemli bir yere sahip olan baklagiller ve hububat, genellikle elzem aminoasitlerden bir veya birkaç tanesi yönünden eksiktir.

Lipitler

Lipitler metanol, kloroform, eter ve benzen gibi organik çözücülerde kolaylıkla çözünen, suda çok az çözünen veya hiç çözünmeyen biyolojik kaynaklı, büyük moleküllü maddelerdirler.

Lipitler, hidrolitik parçalanma sonucunda;

• Hidroliz olanlar ve
• Hidroliz olmayanlar olarak iki grup altında incelenebilirler.

Hidroliz olan lipitler in bileşenleri, birbirlerine ester bağlarıyla bağlıdır ve enzimatik veya kimyasal yolla kolay parçalanırlar. Hidroliz olmayan lipitler ise alkanları ve karotenoidleri içeren hidrokarbonlardır. Lipitler arasında en önemli asitler yağ asitleridir; ekosanoidler bu gruba dahildirler ve bunlar bir poliansatüre (çoklu doymamış) yağ asidi olan araşidonik asidin türevleridirler.

Lipitlerin Görevleri

Lipitler beslenme yoluyla alınan önemli bir enerji kaynağıdır. Miktar olarak incelendiğinde hayvanlardaki esas enerji rezervinin lipitlerden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Lipitler yakıldığında, aynı miktardaki karbonhidrat veya proteine göre daha fazla enerji üretirler. 1 gram lipit, yaklaşık 9 kilokalori enerji verir.

Lipitlerin bir başka görevi de izolasyondur. Hayvanlar âleminin gelişkin üyelerinde doğal yağlar, derialtı dokularda ve çeşitli organların etrafından yer alarak mekanik ve termal izolasyon sağlamaktadırlar. Ayrıca hücre zarının ana bileşenlerinden olan lipitler, hücreleri de çevresel mekanik ve elektriksel etkileşimlerden korurlar. Lipit zarların geçirgenliğe karşı oluşturduğu direnç, iyonlar tarafından hücre zarı potansiyelinin yaratılmasını sağlar.

Çeşitli lipitler proteinlerin hücre zarına bağlanması için birer çapa görevi görürler. Ayrıca bazı lipitler enzimatik reaksiyonlar için çeşitli kofaktörler üretirler; bunlara koenzim Q10 örnek olarak gösterilebilir.

Kofaktör, proteinlerin biyolojik faaliyetleri için gerekli protein yapısında olmayan kimyasal maddelerdir.

Işığa duyarlı bir tür karetinoid olan retinal, görme olayı içinde önemli görevlere sahiptir. Anlaşılacağı üzere vücut yağları enerji deposu olma, hücre zarlarının yapısına girme, izolasyon sağlama, organları destekleme gibi görevlere sahiptir.

Yağların Yapısal Özellikleri

Yağlar, yağ asitlerinin gliserol ile oluşturduğu esterlerdir. Gliserol, üç tane hidroksil grubu taşıyan bir alkoldür. Gliserol ile yağ asitlerinin birleşmesi sonucunda oluşan esterlerde eğer her üç alkol grubu da aynı asit ile esterleşirse bunlara basit trigliserit; farklı asitlerle birleşirse karma trigliserit adı verilir. Yağ asitleri ise bir karboksilik asit grubuna çeşitli uzunlukta zincir şeklinde eklenmiş, daima çift sayıda karbon atomu bulunduran ve yalnızca karbon ve hidrojenden oluşmuş bileşiklerdir.

Yağ asitleri;

• Doymuş ve
• Doymamış olarak iki ana grupta toplanabilirler.

Doymuş yağ asitlerinde, yağ asidi zincirindeki tüm bağlar hidrojenle doymuştur ve zincirde hiç çifte bağ yoktur. En çok rastlanan doymuş yağ asidi palmitik asittir ve tüm hayvan ve bitkilerde bulunur. Stearik asit daha çok hayvanlarda bulunur; izovalerik asit yunus balıklarında, tüberkülostearik asit tüberküloz bakterilerinde vardır. Doymuş yağ asitleri, 8 karbonluya kadar normal oda sıcaklığında sıvıdır, karbon sayısı arttıkça katılaşır.

Doymamış yağ asitlerinde ise zincirin çeşitli yerlerindeki bağlarda hidrojen yönünden doymamışlık vardır ve zincirde bir veya daha fazla sayıda çifte bağ görülür; eğer zincirdeki çifte bağ sayısı bir ise tekli doymamış yağ asidi, iki veya daha fazla ise çoklu doymamış yağ asidi denir. En bilinen doymamış yağ asidi oleik asittir.

Beslenme Açısından Yağlar

Günümüzde vücudun enerji ihtiyacının yaklaşık %50’si başta hayvansal kaynaklardan elde edilenler olmak üzere yağlardan sağlanmaktadır. Beslenme fizyolojisi yönünden değerlendirildiğinde vücut için en önemli yağlar trigliseritler, fosfolipitler ve kolesterol dür. Enerji ihtiyacı, elzem yağ asitlerinin temini ve yağda eriyen vitaminlerin yeterli düzeyde alınabilmesi için gerekli yağın besinler yoluyla alınması yani bir başka deyişle günlük ihtiyacın karşılanması sonrasında alınacak yağ miktarının başta obezite olmak üzere çeşitli metabolik ve kardiyovasküler hastalıklara yol açtığı kabul edilmektedir.

Yağların Kaynakları

Hemen her bitkisel ve hayvansal besin maddesi az da olsa yağ içerir. Bitkisel kaynaklardan zeytin, ayçiçeği, mısır, pamuk, fındık, ceviz, fıstık, soya fasulyesi yağ yönünden zengindir; diğer hububat, sebze ve meyve çoğunlukla az miktarda yağ içerir. Hayvanlarda ise yağlar, büyük çoğunlukla yağ dokularında toplanmışlardır. Yağ, ayrıca süt ve yumurtada da bulunur.

Karbonhidratlar

Karbonhidratlar, dünya üzerinde en fazla yayılım gösteren ve en yüksek miktarlarda bulunan organik bileşiklerdendir. Temelde vücudun ana enerji kaynağı olan bu bileşikler aynı zamanda hayvanların ve bitkilerin metabolizmalarında da merkezi birçok rolü üstlenmişlerdir.

Karbonhidratlar temel beslenme ürünlerinden biridir ve kullanım miktarı ve sıklığı olarak en önemli enerji kaynağıdır. Yalnızca sindirilerek yaşamsal döngüye katılanlar değil, aynı zamanda sindirilemeyenler de çeşitli özelliklerinden dolayı dengeli bir diyet açısından önem taşır. Besinlerde çeşitli fonksiyonlar da karbonhidratlar tarafından yerine getirilir: Örneğin tatlandırma, kıvam oluşturma, dayanıklılık vermenin yanı sıra renk oluşumu için de başlıca roller üstlenirler.

Yapısal Özellikleri ve Sınıflandırılması

Genel bir terim olarak karbonhidratlar;

• Monosakkaritleri,
• Disakkaritleri,
• Oligosakkaritleri ve
• Polisakkaritleri temsil ederken, ayrıca bu bileşiklerden çeşitli yollarla elde edilen türevler de bu grup altında incelenebilmektedir.

Monosakkaritler, en basit karbonhidrat grubunu oluştururlar. Yapıca dallanmamış karbon zinciri olan polihidroksi aldehitler veya ketonlardır. En bilinen örnekleri heksoz yapısında olan glukoz, fruktoz ve galaktozdur.

Disakkaritler, iki monosakkarit molekülünün birleşmesi ile meydana gelen karbonhidratlardır. Bunlara en önemli örnekler sakkaroz (sukroz), maltoz ve laktozdur.

Oligosakkaritler, monosakkaritlerin polimerleşmesiyle elde edilen ve sayıca üç karbonhidrat molekülünden fazla ve on karbonhidrat molekülünden az sayıda molekülün birleşmesi sonucu oluşan yapılardırlar. Bu grubun en bilinen örneklerinden biri, bir trisakkarit olan rafinozdur.

Polisakkaritler ise n>10 sayıda monosakkarit içerirler. Moleküler büyüklüklerinin etkisiyle bu bileşiklerin, fiziksel ve kimyasal özellikleri diğer karbonhidratlardan önemli farklılıklar gösterir. Örneğin, polisakkaritler, mono ve oligosakkaritlere göre suda daha zor çözünürler ve tatlı lezzetleri yoktur. En önemli örnekleri nişasta, glikojen, selüloz ve pektindir.

Vücuttaki Görevleri ve Sindirimi

Glukoz, vücudun günlük aktiviteleri sırasında kolay ve hızlı enerji elde edilmesi gereken durumlarda yararlanılan bir bileşiktir. Beslenmeyle alımından sonra hızla kana karışır ve oradan da dokulara ve hücrelere iletilir.

Monosakkaritler sindirim sistemine girdikten sonra parçalanmaya uğramadan kana karışırlar. Disakkaritler ise önce ince bağırsakta enzimatik hidrolizle monosakkaritlere parçalanırlar ve sonrasında kana karışırlar.

Polisakkaritlerden nişasta ise tükürük salgısında ve ince bağırsaklarda bulunan amilaz ile glukoza parçalanır ve emilir. Ancak selüloz veya pektin gibi karbonhidratlar, ince bağırsakta sindirim enzimleri tarafından parçalanamazlar ve bu nedenle kalın bağırsağa ilerlerler. Kalın bağırsakta bakteriler tarafından gerçekleştirilen belirli miktardaki parçalanma ardından sınırlı olarak emilirler. Sindirilemeyen kısım ise daha çok bağırsak hareketlerini kolaylaştırıcı etki gösterir ve kabızlık, bağırsak tembelliği gibi hastalıklarda destekleyici özellik gösterir.

Günlük Gereksinimi ve İlgili Rahatsızlıklar

Genel bir yaklaşım olarak günlük enerji ihtiyacının yaklaşık yarısının karbonhidratlardan elde edilmesinin uygun olduğu kabul edilmektedir. Pratik enerji kaynağı olarak görülen bu bileşiklerin az alımı sonucunda bitkinlik tipi enerji eksikliği baş gösterebilmektedir; bu gibi durumlarda kan şekerindeki düşmeye bağlı olarak vücuttaki yağ ve protein kaynaklarından elde edilmeye çalışılan enerji, ilave bir sonuç olarak vücutta üre fazlalığı yaratabilmekte ve ketozis denen tabloyu oluşturabilmektedir.

Ketozis, enerji elde etmek amacıyla vücutta yağ yakımı olduğunda oluşan keton yapılı bileşiklerin (aseton, asetoasetik asit, beta hidroksi bütirik asitketon) kanda birikmesi sonucu gelişen metabolik bir hastalıktır.

Karbonhidratların aşırı alımında birey tarafından yeterli enerji sarfiyatı yapılmazsa vücuttaki şeker dengesi bozulabilmekte, yağ olarak depolanan karbonhidratlar obezite ve diyabet hastalığı gibi metabolik sendrom kapsamında değerlendirilen tablolar yaratabilmektedir. Glukoz eksikliğinde koma ve ölüme varabilecek ileri düzeyde rahatsızlıklar görülebilmektedir.

Elde Edilebilecek Kaynaklar

Monosakkaritler doğal olarak özellikle meyvelerde, sebzelerde ve balda bulunur. Bunun dışında pekmez ve mısır şurubu gibi tatlı lezzetli birçok besin maddesinde bulunmaktadır. Oligosakkaritlerden bir trisakkarit olan rafinoz ve tetrasakkarit olan stakiyoz fasulye, kabak, brüksel lahanası, kuşkonmaz gibi sebzelerde bulunur. Polisakkaritlerden nişasta çoğunlukla buğday, pirinç, mısır, patates ve kuru baklagillerde bulunurken selüloz ve benzerleri hemen hemen her sebzenin yapısında yer alır.

Vitaminler

Organizmanın faaliyetlerini sürdürülebilmek için sınırlı miktarlarda ihtiyaç duyduğu yaşamsal organik maddelere vitamin denir. Bir organik madde, genellikle organizma tarafından yeterli miktarda üretilemediği zaman ve beslenme yoluyla dışarıdan alınması zorunlu olan durumlarda vitamin olarak değerlendirilir; bir başka deyişle bir bileşiğin vitamin olarak tanımlanabilmesi söz konusu organizmaya ve içinde bulunulan şartlara bağlıdır. Günümüzde on üç vitamin bilimsel olarak tanınmıştır. Bunlar A, B ₁ , B ₂ , B ₃ , B ₅ , B ₆ , B ₇ , B ₉ , B ₁₂ , C, D, E ve K vitaminleridir.

Vitaminlere duyulan ihtiyaç, günlük yaşamda belirli düzeylerde iken özellikle ağır hastalıklar, bağırsaklardan emilim bozuklukları, büyüme süreci, gebelik gibi dönemlerde artar. Bu gibi durumlarda artan vitamin ihtiyacı, günlük beslenme ile karşılanamaz ve vitamin preparatları ile takviye yapılabilir.

Vitaminlerin eksikliği gibi fazlalığı da organizma için olumsuzdur. Vitamin eksikliklerinde çok çeşitli rahatsızlıklar görülebilmektedir. Örneğin D vitamini eksikliğinde kemik eğriliği, B1 (tiamin) eksikliğinde ise beriberi hastalığı görülür. Tersi durumda fazla vitamin alındığında ise vücutta birikme, karaciğer, böbrek gibi organlarda aşırı yüklenme ve oksidatif strese karşı çalışan mekanizmalarda bozulmalar görülebilmektedir.

Vitaminler biyolojik etkilerine, kimyasal etkilerine veya çözünürlüklerine göre sınıflandırılmaktadır. Halk arasında vitamin olarak bilinen bileşikler, genellikle tek bir molekül tipinden ziyade “vitamer” adı verilen ve organizma içinde veya dışında çeşitli mekanizmalarla aktif formlarına veya birbirlerine dönüşebilen bileşikler grubu olarak değerlendirilebilir.

Vitaminlerin; antioksidan, hormon benzeri veya enzimatik etkileri bulunmaktadır. Vitaminler çok hücreli organizmaların olağan büyümesi ve gelişimi için gereklidirler. Anne karnındaki fetüsün gelişim evrelerinde dahi bu besinlerin yeterli düzeyde olması çeşitli doku ve organların oluşması sırasında gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlar için önemlidir ve eksikliğinde gelişim bozuklukları ile karşılaşılır.

IU, “International Units” yani Uluslararası Ünite anlamına gelmektedir. Madde miktarını belirtmek için kullanılan bu terim, ilgili maddenin kimyasal veya biyolojik aktivitesi veya etkisi baz alınarak hesaplanır ve birim değeri her maddeye göre değişir.

Katabolizma, molekülleri yapıtaşlarına ayırmak için yürüyen bir seri metabolik yolak anlamına gelmektedir.

Nörotransmitter, bir nöron ile başka bir nöron, kas veya salgı bezi hücresi arasında iletişim sinyallerini aktaran endojen bileşiklerdir.

Koenzim, proteinlerin biyolojik faaliyetleri için gerekli protein yapısında olmayan organik veya metal içeren organik yapılı kompleks bileşiklerdir. Her koenzim bir kofaktördür.