1 PROTENLER Protein tanımı ve proteinlerin yapılarındaki
advertisement
PROTEİNLER Protein tanımı ve proteinlerin yapılarındaki bağlar Proteinler, amino asitlerin belirli türde, belirli sayıda ve belirli diziliş sırasında karakteristik düz zincirde birbirlerine kovalent bağlanmasıyla oluşmuş polipeptitlerdir. Proteinler, amino asitlerin polimerleridirler. 20 standart amino asit, protein yapısının dilinin yazıldığı bir alfabe gibi düşünülebilir; böylece tür olarak çok sayıda protein olduğu anlaşılır ki yeryüzünde bütün canlılardaki protein türlerinin bir milyon kadar olduğu tahmin edilmektedir. Proteinler, bütün hücrelerde ve hücrelerin bütün kısımlarında bulunurlar; bir bakteri hücresinde yaklaşık 4000 tür protein bulunmaktadır. Proteinler, inanılmaz derecede birçok işlev görürler; yaşamsal bütün işlevler proteinlere bağlıdır. Enzimler ve polipeptit hormonlar, metabolizmanın düzenlenmesinde önemlidirler. Kastaki kontraktil proteinler hareketi sağlarlar. Kemikte kollajen, kalsiyum fosfat kristallerinin depolanmasını sağlar. Kanda albümin ve hemoglobin taşıma görevi alırken; immünoglobülinler bakteri ve virüslerin yıkılmasında görev alırlar. Protein sözcüğünün Latincedeki karşılığı “Yaşayan varlıklar için elzem azotlu öğe” şeklindedir. Vücudun en küçük parçası olan yaşayan hücrenin ve metabolik tepkimeleri katalize eden enzimlerin yapısı proteindir. Büyüme, hücrelerin çoğalması demek olduğuna göre protein büyüme için elzemdir. Vücudun bütün hücrelerinin büyük bir bölümü proteinlerden yapılmıştır ve hücreler sürekli olarak değişip yenilenmektedir. Bu nedenle sürekli olan bu olaylar sonucu vücuttan devamlı olarak belirli miktarda protein dışarı atılmaktadır. Bu bakımdan enerji deposu gibi bir protein deposu yoktur. Sadece kısa süreli yetersizlikleri giderebilecek az miktarda yedek protein vücutta saklanabilir. Eğer vücut protein almazsa yıkılan hücreler yenilenemez. Vücut proteinlerinin oluşumu için kaynak, yiyeceklerde bulunan proteindir. Vücudun karbonhidrat veya yağdan protein yapması mümkün olmadığından dışarıdan protein alınması zorunludur. Proteinler büyük molekül yapısına sahiptirler. Molekül ağırlıkları 17 400-900 000 arasındadır. Hidrolize edilerek parçalandıklarında daha basit yapıdaki amino asitlere ayrılmaktadırlar. Amino Asitler: Değişik kimyasal yapıda bir köke (R) bağlı bir karboksil (COOH) ve bir amin (NH2) grubundan oluşan organik öğelerdir. Amino asitlerin yapısında bulunan NH2 nin kaynağı havadan toprağa karışan inorganik azottur. Azot bitkilerde NH3 e indirgenir. Bu olaya “azot birikimi veya nitrogen fixation” denir. Amino asidin R grubundaki değişiklik amino asidin türünü gösterir. Bitkide inorganik azottan oluşan NH2, CO2 ve H2O nun birleşmesiyle amino asitler ve onlardan da proteinler sentezlenir. 1 Elzem (Esansiyel) Amino Asitler: Hayvan hücreleri amin grubunu sentezlemeye yetenekli değildirler. Ancak bitkiler havanın azotunu kullanarak amino asit sentezleyebilmektedirler. Hayvanlar bitkilerden aldıkları proteinlerin NH2 yi kullanarak kendi amino asit ve proteinlerini sentezleyebilirler. İnsan organizması ise amino asitleri sentezleyemediği gibi amino asitleri birinden diğerine çevirebilmekte sınırlı yeteneğe sahiptir. Bazı amino asitlerin diğerine çevirimi karaciğerde gerçekleşir. Bu olayda amino transferaz enzimi ve B6 vitamin yardımcı enzimi görev alır. Bu tepkimelerle bazı amino asitlerin amin grupları ayrılarak diğer bir amino asit yapılmaktadır. İnsan vücudu bazı proteinlerini sentezleyebilmek için ihtiyacı olan bazı amino asitleri yapamaz. Vücudun diğer amino asitleri kullanarak yapamadığı bu amino asitlerin besinlerle aynen ve gerektiği kadar alınması zorunludur. İnsanlar 8 tane olduğu kabul edilen bu amino asitlere elzem veya esansiyel amino asitler denir. Tablo: Amino asitler Arginin ve histidin çocuklar için elzem olduğu, yetişkinler için elzem olmadığı kabul edildiği için bu iki amino aside “yarı elzem” denilmektedir. Kabul edilen diğer bir görüşe göre, elzem olan amino asitlerin karşılığı olan keto asitlere amin grubu transfer edilebilmekte ve bu 2 transfer dönüşümlü olmaktadır. Bu işlem lisin treonin haricinde yapılabilmektedir. Dolayısıyla bu iki amino asidin diyetle sağlanması çok elzem olmakta, diğerlerinin elzemliği ise tartışılmaktadır. Elzem olmayan a. a lerden sistein bir dereceye kadar metioninin, tirosin de fenilalaninin yerini tutabilmektedir. Metionine gereksinimin %30 u sisteinle, fenilalanine gereksinimin %50 si tirosinle karşılanabilir. Bu nedenle sistein metionin, tirosin de fenilalaninle birlikte düşünülür. Metionin ve sistein kükrtlü amino asitler olduğundan bunlara kükürtlü amino asit (S.a.a.) denir. İnsanın normal protein metabolizmasını sürdürebilmesi için elzem amino asitlere olan günlük gereksinimi üzerine yapılan araştırmalarla veriler toplanmıştır. Aşağıdaki tablo elzem amino asit gereksinmelerini göstermektedir. Amino Asit İzolösin Lösin Lisin Metionin+sistein Fenilalanin+tirosin Treonin Triptofan Valin Toplam E.A.A Histidin E.A.A gereksiniminin gereksinimine oranı Bebek 3-6 Çocuk 2 yıl ay 70 31 161 73 103 64 58 27 125 69 87 37 17 12,5 93 38 714 352 28 --protein %39 %35 Çocuk 10-12 Yetişkin yıl 30 10 45 14 60 12 27 13 27 14 35 7 4 4 33 10 261 84 ----%33 %15 Tablo: Elzem Amino Asit (E.A.A) Gereksinimi (kg/mg) Proteinlerin Vücutta Kullanılması Sindirimi: Proteinlerin sindirimi sırasında amino asitler arasındaki bağlar koparak serbest duruma geçer. Protein sindirici enzimler (proteolitik) mide, pankreas ve ince bağırsakta salgılanır. Amino asitlerin türüne göre, aralarındaki bağların enzimlere direnci farklıdır. Protein sindirici enzimler, proteini saran karbonhidrat, yağ gibi maddeler parçalandıktan ve protein serbest duruma geçtikten sonra etki göstermeye başlar. Sindirim önce midede başlar. Midede salgılanan pepsin enzimi ilk salgılandığında etkisizdir (pepsinojen) ve hidroklorik asidin yardımıyla etkin duruma geçer. Yeni doğan memelilerin midesinde rennin denilen bir enzim bulunur. Bu enzim sütü pıhtılaştırır ve kazeini parakazeine çevirir. Parakazeini de pepsin etkiler. Yetişkinlerde rennin enziminin bulunmadığı bildirilmektedir. İnce bağırsakta protein sindirimi pankreas ve ince bağırsakta salgılanan enzimlerle olur. Pankreasta salgılananlar tripsin, kimotripsin, karboksipeptazlar ve elastazdır. Bunların tümü peptidaz olarak anılır. 3 Çeşitli etkenlerle proteinin yapısında bazı değişiklikler olunca (denatürasyon gibi) peptid olmayan bağlar yıkılır. Bu nedenle ısıtma, pişirme ve midenin asidik ortamı enzimatik sindirimi kolaylaştırır. Aşırı ya da uzun süreli pişirmede ise bazen başka bağlar da oluşarak sindirimi zorlaştırır. Normal durumda besinlerle alınan proteinlerin %92-95 i sindirilebilir. Bitkisel proteinlerin sindirilme oranı selüloz gibi bileşenlerden dolayı hayvansal olanlara kıyasla daha düşüktür. Emilim: Sindirim sonucu serbest hale geçen amino asitlerin çoğu kana ince bağırsakta emilir. Ortalama %11 inin midede, %60 ının ince bağırsakta, %28 inin kalın bağırsakta emildiği bildirilmiştir. Çeşitli bağırsak hastalıkları, emilme bozuklukları, asalaklar, aşırı diyet posası sindirimi ve emilimi bozar. Az da olsa bazı dipeptitler, ve polipeptitler de emilebilmektedir. Bazı kişilerin balık, çilek ve yumurta gibi besinlere alerjik tepki göstermelerine kana emilen bu bileşikler gösterilmektedir. Özellikle kalın bağırsakta bazı bakterilerin ve enzimlerin etkisiyle bazı amino asitler parçalanarak hidrojen sülfür, hidrojen, metan, amonyak ve karbondioksit gibi bağırsak gazları denen maddeler oluşur. Amino Asit Metabolizması ve Vücut Çalışmasındaki Görevleri Kana emilen amino asitlerin çoğu karaciğere taşınır. Bu organ için gerekli olanlar orada tutulduktan sonra geri kalan kan dolaşımına katılır. Karaciğer amino asit metabolizması için en etkili organdır. Dokulardaki proteinler sürekli olarak değişikliğe uğrar. Dokular sürekli olarak kandan amino asit alarak protein yapımında kullanırken, doku proteinleri de yıkılır, amino asitler serbest duruma geçer ve tekrar kullanılır. Esas kaynağı besinsel proteinler olmak üzere vücutta kullanılan a. asitler başlıca 3 şekilde sağlanır. 1-Doku proteinlerinin yıkımı sonucu serbest duruma geçen a.a. 2-Proteinlerin sindirimi sonucu kana emilen a.a. 3-Birbirine çevrilen ve vücutta yapılan a.a. Dokulara göre farklılık göstermek üzere a..a. ler başlıca: 1-Vücut için gerekli proteinlerin sentezinde 2-Protein olmayan diğer azotlu maddelerin sentezinde (nükleik asitler, hormonlar, kreatin, üre) 3-Amino asitlerin yapısından amino grubunun ayrılmasıyla (deaminasyon) oluşan amonyak ve keto asitler değişik amaçlar için kullanılır. Şöyleki: Amino asitlerAmonyak + Keto asitler a-Amonyak keto asitlerle birlikte a.a.yapımında, üre ve nükleik asit ve glutamin sentezinde kullanılır. Amonyak hücre için zehirleyicidir. Çeşitli maddelerin yapımında kullanılarak vücut bundan kurtulur. Glutamin amino grubunu taşıyıcı görev yapar. Üre karaciğerde sentezlenir ve böbrekler yoluyla atılır. 4 b-Deaminasyon sonucu oluşan keto asitler yapısına amino grubu alarak bazı amino asitlerin sentezini sağlar, karbonhidrat ve yağ asitleri metabolizmasının ara ürünlerine çevrilerek kreps halkasına girer veya karbonhidrat ve yağa dönüştürülürler. 4-Bazı amino asitlerin karboksil grubundan CO2 ayrılarak (dekerboksilasyon) önemli görevleri olan aminleri oluştururlar. Biyojen amin Triptamin Feniletilamin Putresin Kadaverin Histamin Tiramin Amino Asit Triptofan Fenilalanin Ornitin Lisin Histidin Tirozin 4-Amino asitlerin her birinin özel görevleri ve kullanılma şekilleri vardır. Örneğin triptofandan niasin sentezlenir, tirosin troit hormonunun sentezinde kullanılır, arginin ise ürenin üretimi için gereklidir, metionin başka bileşiklerin sentezi için metil grubu sağlar. Normal erişkin vücudunda günde kilo başına 1.3 g kadar protein sentezlendiği saptanmıştır. Sentezlenen proteinin çok azı saç, tırnak, hormon ve enzim için; çoğu ise dokularda yıpranan proteinlerin yenilenmesi içindir. Büyüme, gebelik ve emziklilik için fazladan protein sentezlenir. Proteinlerin yenilenme hızı organa, dokuya ve protein türüne göre değişir. Pankreas ve ince bağırsak proteinleri hızla parçalanır ve yenilenir. Plazma ve karaciğer proteinlerinin ömrünün 10 gün, hemoglobinin 23-30 gün, kas proteinlerinin 185 gün dolayında olduğu bildirilmiştir. Büyüme, gelişme, onarım, vücut çalışması için gerekli maddelerin sentezi gibi her türlü yaşamla ilgili olayda görev alan proteinler; zeka gelişmesi, hastalıklara karşı direnç kazanma (antikorlar), kanın nötrlük düzeyini koruma ve vücut sıvılarının dengelenmesi gibi bir çok olayda önem taşır. Proteinler karbonhidratlar kadar enerji verirler. Gereğinden çok alındığında karbonhidrat ve yağa çevrilirler. Ancak karbonhidrat ve yağlardan protein yapılamaz. Azot Dengesi Ve Protein İhtiyacı Vücuttan değişik yollarla sürekli azot atılır. Atılan azotun kaynağı proteinlerdir. Atılan ve kullanılanı karşılayacak miktar ve kalitede protein alınmazsa, vücuttaki yedek de tükendikten sonra hücrelerin yapısal proteini parçalanmaya başlar. Bu durum vücut çalışmasını bozar. Atılan azot alınana eşitse bir denge söz konusudur. Azot alınımı atılan azotlu bileşiklerden fazla olduğunda pozitif azot dengesi ortaya çıkar. Bebeklerin büyümesi sırasında ve hamile hanımlarda tipik olarak pozitif azot dengesi gözlenir. Azot atılımı alınımını aştığında negatif azot dengesi ortaya çıkar. Bazı ameliyat sonrası hastalarda, ilerlemiş kanserli hastalarda, yetersiz azot alan veya düşük kaliteli diyet proteini alan bireylerde negatif azot dengesi görülür. Sepsis ve travmatik hasar durumlarında da iskelet + kaslarından glutamin ve diğer amino asitler salıverilirler. Sonunda üre ve NH4 biçiminde azot kaybı negatif azot dengesinin ortaya çıkmasına neden olur: 5 Tüm dokular ve kanda toplam 50 g kadar olan serbest amino asit, organizmanın genel amino asit gölcüğünü oluşturur. Amino asit gölcüğü için amino asit kaynakları besinlerdeki proteinler, vücuttaki proteinler ve başlıca karaciğerde olmak üzere vücutta sentezlenen amino asitlerdir. Amino asit gölcüğünü oluşturan amino asitler, kaynakları ne olursa olsun çeşitli şekillerde kullanılırlar. Protein İhtiyacı Normal durumdaki yetişkinlerin günlük en az protein ihtiyacı zorunlu azot kaybını karşılayacak kadardır. Proteinsiz diyetle, yetişkinlerin ortalama azot kaybı kilo başına erkeklerde 54 mg, kadınlarda 49 mg dır. Bireysel ayrıcalıklar dikkate alınarak bu oran kilo başına erkeklerde 91, kadınlarda 83 mg olarak kabul edilmiştir. Proteinlerin ortalama %16 kadarı azottur. Azot miktarı 6.25 ile çarpılırsa alınması gereken protein miktarı erkekler için 0.57, kadınlar için ise 0.52 g/kg/gün olarak hesaplanır. Azot dengesinin kurulmasını sağlayacak bu değerler vücutta tam olarak kullanılan örnek protein içindir. Karışık besinlerle alınan proteinlerin kalitesi, örnek protein kalitesine göre düşüktür. Hayvansal proteini az, daha çok bitkisel besinlere ve tahıla dayalı diyetle alınan proteinlerin kalitesi %60 dolayındadır. Bireylerin tükettikleri proteinlerin kalitesinin tam proteine her zaman ulaşmasının mümkün olamayacağı düşüncesiyle günlük protein ihtiyacı 1 g/kg/gün olarak kabul edilir. Gebelik ve emziklilikte protein ihtiyacı attığı için günlük 10-15 g daha fazla protein alınmalıdır. Büyümenin en hızlı olduğu dönemlerde (0-1 yaş) kilo başına ihtiyaç 2.5-3.5 g civarındadır. Büyüme hızı yavaşladıkça ihtiyaç da azalır. Ayrıca ateşli hastalıklar, ameliyatlar, kansızlık, yara, yanık, ishal, troit bezinin aşırı çalışması protein ihtiyacını arttıran diğer durumlardır. Günlük protein ihtiyacını karşılamak için üç öğünde de proteinin iyi kaynaklarına yer verilmesi gerekir. Süt ve ürünlerinden günde 2 kez, et, kuru baklagil ve yumurta gibi proteinin en iyi kaynaklarından oluşan karışımdan günde 2 kez tüketilmelidir. Besinler üç öğünde dengeli olarak alınmalıdır. Protein Kaynakları ve Kalitesi Genellikle hayvansal besinlerde bulunan proteinlerin elzem amino asit bileşimi vücut gereksinmesine uygun, bitkisel besinlerin proteinlerinde ise elzem a.a. lerden bir veya ikisi gerekli olan oranda daha azdır. Az olan bu elzem a.a.lere o proteinin “sınırlı elzem a.a leri “denir. Elzem a.a. leri uygun oranda olan proteinler sindirim sisteminde fazla kayba uğramadan vücuda alınırlar ve vücut proteinlerine dönüştürülürler. Örnek proteine göre, bir proteinde en yetersiz düzeyde olan elzem amino aside birinci derecede sınırlı elzem amino asit denir. Yetersizlik derecesine göre ikinci, üçüncü derecede sınırlı elzem amino asit diye ifade edilir. Besin Sınırlı E.a.a. Yumurta ---Sığır eti S.a.a. İnek sütü S.a.a Balık Triptofan Patates S.a.a Pirinç Lisin Buğday Lisin Mısır Triptofan Tablo: Bazı besin proteinlerinin sınırlı elzem amino asitleri 6 Bir proteinde yetersiz olan amino asit başka bir proteinde fazla olabilir. Uygun iki veya daha fazla beşin birlikte tüketilirse amino asitler dengelenir ve protein kalitesi yükseltilir. Örneğin tahıl süt ve ürünleriyle, tahıl kuru baklagillerle pişirilir ve yenilirse amino asit yönünden eksiklik kapatılmış olur. Protein kalitesini düzeltmek ve bazı besinlerdeki protein miktarını arttırmak için gıdaların işlenmesi veya ambalajlanması sırasında ürünlere protein veya amino asitler eklenmektedir. Örneğin, buğday ununa lisin eklemek, tahıl gibi çeşitli bitkisel besinlere balık unu, soya ve başka kuru baklagiller, yağlı tohumlar, çeşitli hayvansal besinler eklemek suretiyle gıdalar protein yönünden daha zengin hale getirilmektedir. Proteinden vücudun yararlanma derecesi “protein kalitesi” diye ifade edilir. Yumurta, et, süt gibi besinlerin proteinlerinin sindirilebilirlikleri %91-100, tahıl proteinlerinin %79-90, kuru baklagil proteinlerinin ise %69-90 civarındadır. Tablo: Bazı Besin Proteinlerinin Ortalama Kalitesi Bazı elzem amino asitleri sınırlı olan proteinlerden sindirim sisteminde kayıplar olmakta ve alınan amino asitlerin vücut proteinlerine sentezlenmesi gecikmektedir. Bu bakımdan özellikle büyümekte olan bireylerin gereksinimleri karşılanamamaktadır. Yiyeceklerden alınan proteinler vücutta kullanılma derecelerine göre: -Örnek protein: tam olarak kullanılan -İyi kalite protein: tama yakın kullanılan -Düşük kalite protein: tam olarak kullanılamayan olarak sınıflandırılabilir. 7 Protein Kalitesini Etkileyen Etmenler 1-Enerji İhtiyacının Karşılanması: Proteinlerin vücutta esas görevlerini yapabilmesi, enerji ihtiyacının karşılanmasına bağlıdır. Alınan protein kalitesi yüksek olsa bile, enerji ihtiyacı karşılanmazsa, protein enerji açığını kapatmak için kullanılır ve esas görevini yapamaz. 2-Isı etkisi: Yüksek ısı proteinleri olumlu ve olumsuz yönde etkiler. a) Yararlı etkisi: Soya fasulyesinde daha fazla olmak üzere kuru baklagillerde proteinin sindirimini zorlaştırarak azaltan antitriptik etmen (tripsin inhibitörü) denilen bir madde bulunur. Bu inhibitör pankreatik sıvının salgılanmasını uyararak miktarını arttırırlar ve sonuçta tripsin enziminin inhibasyonuna sebep olurlar. Yüksek ısıda bu maddenin yapısı bozulur, etkinliği azalır veya kalmaz. Bu nedenle pişirilmiş baklagilin sindirimi ve kalitesi daha yüksektir. Ayrıca ısı etkisiyle denatüre olan proteinler daha kolay sindirilebilirler. b) Zararlı etkisi: Çok yüksek ısı protein molekülünde yapısal değişikliğe yol açar. Örneğin proteinli besinler şekerlerle 100 derecenin üzerinde ısıtılınca amino asitlerle şekerler birleşerek yeni bir bağ oluşturur. Protein sindirici enzimlerin bu bağa etkisi zorlaşır, amino asitler serbest duruma geçemez ve emilemez. Bu nedenle muhallebi sütlaç gibi tatlılar pişirilirken şekerin ocaktan indirilmeye yakın koyulması gerekir. Yüksek ısı başta lösin olmak üzere histidin ve sistin gibi amino asitlere zarar verir. Ekmek yapımınde lisin miktarının %15 kadar azaldığı bildirilmiştir. Süt tozu ve kek yapımında da lisin kaybı olduğu gösterilmiştir. 3-Besin öğeleri yetersizliği: Riboflavin, niasin, B6, B12 vitamini gibi B grubu vitaminleriyle magnezyum yetersizliğinin protein kalitesini düşürdüğü bildirilmiştir. Yağsız diyetin ve elzem yağ asidi yetersizliğinin protein sindirimini bozarak kalitesini düşürdüğü ileri sürülmektedir. 4-Besin hazırlama ve tüketimindeki uygulamalar: Yağda kızartmalar ve yanmayla önemli oranda protein kaybı olur ve sindirim zorlaşır. Aşırı baharat da sindirim kanalını zedeleyerek sindirimi zorlaştırabilir. Mayalandırmanın, proteinlerden amino asitlerin serbest duruma geçmesine yardımcı olduğu ve protein kalitesini yükselttiği bildirilmektedir. Ekmeğin mayalandırılarak yapılması protein yönünden olduğu gibi öteki besin öğeleri yönünden de daha uygundur. Protein yetersizliği sorunlarını azaltmak ve kaynakları en iyi şekilde değerlendirmek için son yıllarda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Örneğin buğday ununa lisin eklenmesi, tahıl gibi temel besinlere balık unu, kuru baklagil, yağlı tohumlar katılması, çeşitli atıklar üzerinde protein değeri yüksek tek hücreli canlılar üretimi, besin olarak kullanılan alışılmamış çeşitli su ürünleri ve değişik bitki yaprakları gibi kaynaklardan yararlanma yolları araştırmak, besin ve diğer endüstri atıklarını değerlendirerek iyi kaliteli protein kaynakları geliştirmek, bazı bitki ve hayvanların çeşitli kalıtım özelliklerini değiştirerek verimi arttırma, proteinlerin miktarını çoğaltma ve kalitesini yükseltme gibi çalışmalar yapmak. En basit tanımı ile; biyoteknolojik yöntemlerle kendi türü haricinde bir türden gen aktarılarak belirli özellikleri değiştirilmiş bitki, hayvan ya da mikroorganizmalara genel olarak ‘Genetiği Değiştirilmiş Organizma-GDO’ ya da kısaca ‘transgenik’ denilmektedir. Bu tip uygulamalar sadece ‘Modern Biyoteknolojik Yöntemler’in kullanılmasıyla yapılabilmektedir. Modern Biyoteknoloji en geniş kullanım alanını tarım ve hayvancılıkta bulmuştur. 8 Son yıllarda ise bilim insanları, belli vitaminlerce zenginleştirilmiş genetiği değiştirilmiş tarım ürünleri geliştirmişlerdir. Bunun en iyi bilinen örneği, pirince beta karoten (provitamin A) üreten genlerin aktarılmasıdır. Dünya nüfusunun yarısının temel besin maddesi olan pirinç, vitamin açısından zengin bir besin değildir. Örneğin pirincin en çok tüketildiği Güney ve Güneydoğu Asya’da 5 yaşın altındaki çocukların % 70’i A vitamini eksikliği çekmektedir ve bu durum birçoğunun sağlığının bozulmasına ve kör olmalarına neden olmaktadır. Fotosentez için gerekli bir pigment olan beta karoten, pirinç bitkisinin yeşil dokusunda bulunmakla beraber tohum gibi fotosentez yapmayan dokularda genellikle bulunmamaktadır. Tohum hücrelerinin beta karoten üretmesi için pirinç bitkisinin genomuna, beta karoten sentezinde anahtar enzimlerden sorumlu olan üç gen aktarılmıştır. Gen aktarımlı bu pirincin daneleri parlak sarı-yeşil renkte olduğu için de bu ürüne “altın pirinç” adı verilmiştir Genetiği değiştirilmiş hayvanların gıda amaçlı kullanımında ise et verimlerinin artırılması, büyüme hormonu üretimini teşvik eden genin aktarılarak ineklerde süt üretiminin artırılması, peynir üretimi için kazein miktarının artırılması veya laktoza duyarlı tüketiciler için laktozun sütten çıkarılması gibi süt içeriğinin değiştirilmesi gibi faydalar sağlanabilir. Ayrıca düşük kolesterollü yumurta üreten kümes hayvanları elde edilebilir. Ayrıca sazan, kedi balığı, somon, kiremit balığı, başta olmak üzere yaklaşık 20 çeşit balıkta büyüme artışı ya da soğuk koşullara dayanıklılık artışı sağlayan genlerin aktarımı çalışmaları devam etmektedir. Genetiği değiştirilmiş bitkisel ve hayvansal ürünler doğrudan kullanılmakla beraber, genetiği değiştirilmiş mikroorganizmalar (bakteriler, mayalar ve küfler) ekmek, bira, peynir, bağcılık ürünleri vb. çeşitli üretimlerde, enzim ve gıda katkı maddesi olarak amino asit elde etmek için kullanılmaktadır. Gen aktarım teknolojisi ile protein kalitesi – örneğin proteinin metiyonin ve lisin içeriği- artırılarak ürünlerin esansiyel amino asit içeriklerinde artış sağlanabilmektedir. Böylece tavuklarda üremeyi olumsuz etkileyen lisin azlığı dolayısıyla genellikle tahıllarda çok az bulunan lisin miktarının artırılması, et, süt ve yün üretimi kükürt içeren amino asitlere (metiyonin ve sistein) bağlı olan çiftlik hayvanlarının besinlerinin bu amino asitlerle zenginleştirilmesi mümkün olabilmektedir. Aynı zamanda çeşitli gıdalardaki protein kullanımının genişlemesiyle organoleptik kaliteyi de içeren fonksiyonel özelliklerin artırılması mümkündür. Örneğin; lipoksigenazların çıkarılması ile soyadaki fasülyemsi tadın uzaklaştırılması amaçlanmaktadır. Beslenmede iyi bir protein kaynağı olan balığın daha kısa periyotta daha iyi büyümesi sağlanarak ucuz olarak üretimi ve böylece su kültürü için uygun şartların gerçekleştirilebilmesi amaçlanmaktadır. GDO’ların karbohidrat içerikleri artırılarak ketçap, domates sosu vb. yapmak için gıda işlemede kullanılacak domateslere yoğun içerik kazandırılabilmektedir. Monsanto Şirketi tarafından üretilen nişasta içeriği artırılmış Russert Burbank patatesleri ile kızartma işlemi sırasında daha az yağ çeken, pişirme süresi ve maliyeti azaltılmış patates üretimi sağlanmıştır. Ürünlerin besin kalitesi dışında sağlığa yönelik faydalarını artırmak için de GDO üretimi yapılmaktadır. Gen aktarım teknolojisi ile bazı kanserler, kalp hastalığı ve körlük (vitamin A durumunda) gelişiminin sebebi ve zararlı bir kimyasal reaksiyon olan biyolojik oksidasyonu yavaşlatan veya engelleyen bileşikler olarak doğal olarak bulunan anti-oksidant vitaminlerin (karotenoidler, flavonoidler, vitamin A, C ve E) ve minerallerin ürünlerdeki düzeyi artırılmaktadır. Gıda ürünlerindeki anti-oksidant düzeyinin artırılması toplumda var olan belirli kanser ve diğer kronik hastalıkların oranının azalmasını sağlayabilir. Önemli bir antioksidant olan likopen genetiği değiştirilmiş domates, domates ürünleri ve biberde bol miktarda bulunmaktadır. Doymuş yağ oranı yüksek olan yağlar, vücutta kolesterol üretiminden sorumludur. Doymuş yağ oranı düşük ve doymamış yağ oranı daha yüksek olan yağlar, sağlık açısından önemli olup kızartma ve diğer işlemlerde kullanılan yüksek sıcaklığa dayanıklıdır. Bu amaçla yaygın olarak kullanılan kanola, soya, ayçiçeği ve yer fıstığı gibi bitkisel sıvı yağlardaki doymamış yağ asidi düzeyini daha da artırmak için bu bitkilerin genetiği değiştirilebilmektedir. Besin 9 değeri artırılmış ürünler yetersiz beslenmeyi azaltmaya yardım edecektir ve gelişmekte olan ülkelerin temel besin ihtiyaçlarını karşılamayı sağlayacaktır. Besin Yumurta Dana eti Tavuk eti Koyun Balık Karaciğer Böbrek İnek sütü Beyaz peynir(yağlı) Beyaz peynir(yağsız) Çökelek(taze) Çökelek(Kuru) Kaşar p. Soya f. Nohut Mercimek Fasulye Protein (g) 12.8 18.7 19 17 19 20 16 3.5 22.5 19 35 54 31 35 18.2 23.7 22.6 Besin Susam Yer fıstığı Ceviz Fındık Buğday Pirinç Mısır Ekmek Makarna Patates Ispanak Taze fasulye Lahana,pırasa,marul Taze sebzelerin çoğu Muz İncir Taze meyvelerin çoğu Protein (g) 20 25.5 15 12.6 11.5 7.1 9.4 7.8 11 1.8 2.8 2 1.7 0.5-1.5 1.2 1.4 0.2-0.8 Tablo: Çeşitli besinlerin 100 g daki ortalama protein miktarı Besinlerin Protein Kalitesinin Değerlendirilme Yöntemleri Herhangi bir besin veya diyetin protein kalitesi iki şekilde ölçülebilir. 1-Biyolojik değerlendirme 2-Kimyasal analiz 1-Biyolojik değerlendirme a-Proteinin elverişlilik oranı (PER): Bu yöntemde, büyümekte olan insan veya lab. hayvanı proteini belli olan bir diyetle beslenir. Belirli zaman içinde kazanılmış olan ağırlık alınmış olan protein miktarına bölünür. Çıkan değer o proteinin elverişlilik oranını verir. Örneğin yumurta proteinin elverişlilik oranı 4, buğdayın ise 2.9 dur. b-Proteinin biyolojik değeri (BD): Nitrojen dengesi araştırması ile çeşitli kaynaklardaki proteinlerin biyolojik değerleri bulunmaya çalışılmıştır. BD = Vücutta biriken protein/Emilebilen protein 10 Bu yöntemde proteinlerin sindirilme durumları dikkate alınmamıştır. c-Net protein kullanımı (NPU): Genç lab hayvanları belirli süre protein miktarı belli diyetle beslenip bu süre içinde vücutlarında topladıkları protein miktarı ölçülür. Analizlerde diyetteki protein ve hayvan vücüdündaki protein toplamı toplam azot olarak tayin edilir. Proteinlerdeki azot miktarı ortalama %16 kabul edildiğinden bulunan azot 100/16 (=6.25) ile çarpılarak protein değeri bulunur. NPU = (Vücutta biriken azot/Vücuda alınan azot) X 100 Diyetin enerji düzeyi NPU değerini etkiler. İnsan sütünün NPU değeri 100 iken tahıllarınki 50 civarındadır. 2-Kimyasal analiz: Biyolojik değerlendirmenin güçlüğü dikkate alınarak proteinlerin elzem amino asit içeriğine göre değerlendirilme yöntemi geliştirilmiştir. Besindeki elzem amino asit miktarları bulunur. Bunlar toplanarak toplam e.a.a. miktarı bulunur. Her bir amino asidin toplam elzem amino aside oranı bulunur. Ölçülmesi istenen besinlerdeki sınırlı elzem amino asidin mg olarak toplam elzem amino aside oranı yumurtanınkine bölünüp o besin için bir protein kalitesi puanı hesaplanır. Protein Metabolizması ile İlgili Hastalıklar 1-Fenilketonüri hastalığı Fenilketonüri kalıtsal bir metabolik hastalıktır. Bu hastalıkla doğan çocuklar proteinli gıdalarda bulunan “Fenilalanin” amino asidini metabolize edemezler, sonuçta kanda ve diğer vücut sıvılarında artmış olan “Fenilalanin” ve onun artıkları çocuğun gelişmekte olan beynini harap eder ve ileri derecede zeka özürlü olmasına, sinir sistemini ilgilendiren daha bir çok belirtilerin ortaya çıkmasına neden olur. Bunun sonucu olarak da, Fenilketonüri zihinsel özür yaratan bir kalıtsal metabolik hastalıktır. Yeni doğan bebeğin topuğundan alınan bir damla kan ile teşhis edilebilen bu metabolik hastalığın tedavisi de mümkündür. Hayatın ilk bir kaç ayı içerisinde “Fenilketonüri Hastalığı” olan bebekleri sağlıklı bebeklerden ayıran özellikler fark edilemez. Tedavi edilmeyen fenilketonürili çocuklarda 5-6 aylardan sonra zekadaki gerileme belirgin hale gelir. Akranlarından farklı olarak oturma, yürüme ve konuşma gibi becerileri kazanamazlar. Beyin gelişimleri normal olmadığından başları da küçük kalır. Bazı fenilketonürili çocukların saç ve gözleri anne ve babalarınınkine göre daha açık renkte olabilir. Bunun nedeni melanin oluşumundaki bozukluktur. Fenilketonüri aileden gelme bir hastalıktır. Fenilketonürili çocuğun anne ve babasında “Fenilalanin Hidroksilaz” enzimi yapımından sorumlu biri normal, biri bozuk iki gen vardır. Anne ve babasından bozuk genleri alan bir çocuk fenilketonüri hastalığı ile doğmaktadır. Anne ve babasından bir bozuk gen alan çocuk ise anne ve babası gibi hastalığı taşır, ancak hastalık belirtisi göstermez. Anne ve babasının her ikisinden de sağlam genleri alan bir çocuk ise tamamen sağlıklıdır. Anne ve baba taşıyıcı olduğunda her çocuğun fenilketonüri olma olasılığı % 25 gibi yüksek değerlere ulaşır. Fenilketonüri hastalığının, Avrupa Ülkelerinde 10000-30000 doğumda bir görülmesine karşılık, ülkemizde 3000-4500 doğumda bir görüldüğü, özellikle akraba evliliklerinin bu hastalıkların görülme sıklığını artırdığı bilinmektedir. Bu sebeple, Sağlık Kuruluşları tarafından il merkezi ve ilçelerde, her yeni doğandan kan numuneleri alınarak, 11 Fenilketonüri hastalığı yönünden taranması sağlanmakta ve Fenilketonürili hastalara ait bilgiler İl Sağlık Müdürlüğü, Aile Planlaması ve Çocuk Sağlığı (AÇSAP) Şubesi tarafından arşivlenmektedir. 2-Çölyak Hastalığı Çölyak hastalığı; buğday gluteni ve diğer tahıllardaki benzer proteinlerin tüketilmesi sonucunda ortaya çıkan ve "glutene hassas bağırsak sistemi" olarak da bilinen bir gıda intoleransıdır. Hastalığın nedenini oluşturan esas etken buğdayda bulunan gluten proteininin gliadin adlı alt fraksiyonudur. Ancak çölyak hastaları sadece buğday değil, gliadinlerin homologu olan prolaminleri de içeren çavdar ve arpa ürünlerinin tüketiminden de sakınmak zorundadır. Çölyak hastalarında glutenin etkisi ince bağırsak üzerinde olmaktadır. Gluten alımı ile ince bağırsak iç yüzeyindeki absorpsiyonu sağlayan çıkıntılar (villi/villus) kısalmakta, hatta tamamen ortadan kalkarak bağırsak iç yüzeyi düzleşmektedir. Villilerin yüzeyindeki tek sıra "kripta" hücreleri ise kalınlaşmaktadır. Böylece absorpsiyonun yapıldığı yüzey azalıp besin alımı zorlaşmaktadır. Genetik ve çevresel faktörlerin etkileşimi sonucu ortaya çıkan hastalıkta; beslenme alışkanlıkları, bebeklik döneminde anne sütü alımı, glutenli gıdalar ile beslenme yaşı ve günlük tüketim miktarı etkili olabilen baslıca çevresel faktörleri oluşturmaktadır. Erken çocukluk döneminde (ilk 2 yas) hastalığın klasik belirtileri ishal, kusma, iştahsızlık, karın şişliği, kilo kaybı, kabızlık ve büyüme geriliğidir. Büyük çocuklarda ve yetişkinlerde ise tedavi edilemeyen veya nedeni bulunamayan kansızlık, kemik zayıflığı gibi durumlar da çölyak hastalığının belirtileri arasındadır. Çölyak hastalığı hayatın herhangi bir döneminde tipik belirtilerle ortaya çıkabileceği gibi bazı hastalarda yıllarca hiç belirti vermeden çok hafif seyredebilmektedir. Bu da hastalığın teşhisini zorlaştırmaktadır. Tanı amacıyla öncelikle kanda antigliadin antikorları (AGA), endomizyum antikorları (EMA) ve transglutaminaz antikorlarının (TGA) araştırılması gerekir. Bu antikorlardan en az birisi pozitif olursa çölyak hastalığı şüphesi ile ince bağırsak biyopsisi yapılması şarttır. Çölyak hastalığında tek tedavi yöntemi ömür boyu sürdürülmesi gereken glutensiz diyet uygulamasıdır. Glutensiz diyette buğday, arpa ve çavdar unu içeren her türlü besin maddesinin yenilmesi sakıncalıdır. Bununla beraber çölyak hastalarının gıdalardaki glutene hassasiyet düzeyleri de farklılık göstermektedir. Bazı hastalar iz miktardaki gluteni tolere edemezken, diğerleri daha büyük miktarlarda gluteni tolere edebilmektedirler. Mısır ve pirinç ise toksik olmayıp diğerlerinin yerine kullanılabilmektedir. Günümüzde çölyak hastaları için "glutensiz gıdalar" olarak adlandırılan özel bir gıda kategorisi altında glutensiz fırın ürünleri üretilmektedir. Bunlar doğal olarak gluten içermeyen pirinç, mısır ve soya unu ile guar veya amaranttan hazırlanan bisküvi vb ürünleri içermektedir. Çölyak hastalarının tükettikleri glutensiz gıdalar genellikle zenginleştirilmediklerinden ve rafine edilmiş un ve/veya nişastadan üretildiklerinden, bazı B grubu vitaminleri, demir ve diyet lifi içeriği açısından gluten içeren diğer gıdalara oranla daha fakirdirler. 12
