제 17 장 단백질
인체는 10,000-50,000 개정도의단백질을가지고있으며, 이중 1000 개정도만연구되고있다. 1. 단백질의정의 - 분자는매우크고복잡 ( 고분자화합물 ) - 수소, 탄소, 질소, 다른원소 (S 금속원소등 ) 로구성되어있다 - 질소는탄수화물이나지질에는함유되어있지않다 - 인체의 65% 수분, 16% 단백질, 14% 지방, 4% 무기질.
2. 단백질의구조 - 아미노산사슬로이루어진다. - 아미노산은카르복실 (COOH) 기뿐아니라아민 (NH2) 기도가지고있다.
글리신은가장간단한아미노산이다.
1) 펩티드결합 - 단백질을형성하기위해펩티드결합을형성 - 아민기에서 1 개의수소가카르복실기의 OH 와반응하여, 물분자는방출되고펩티드결합 (CONH) 이형성된다. - 펩티드결합에의해아미노산이연결 10 개또는그이상의아미노산을갖는단일단백질분자 : 폴리펩티드 - 대부분의단백질은 100-500 개아미노산을가지고있으며, 수천개를가지고있는것도있다.
(1) 수소결합과구조형성 - 펩티드사슬은철길처럼펼쳐진것이아니고작게뭉친실덩어리처럼고리를이루고접혀서얽혀있다. - 펩티드사슬간의수소결합은단백질이일정한모양을만들기위해구부러지고그모양을유지하는것을돕는다 - 그모양은사슬에있는아미노산의종류와그배열에따라다르다
극성또한단백질구조에영향줌 - 일부아미노산은다른아미노산과물을잡아당기거나밀어낸다 - 물을잡아당기는곁사슬을가진아미노산은물에더가까이접근하기위해표면에위치하고물을밀어내는아미노산은구조내부에위치한다. - 이배열은더접힌구조를형성하여더욱치밀한삼차원적구조를만들수있다.
2) 구조와기능단백질의모양은기능결정에도움을준다. 끈과같은섬유를형성하는단백질분자는섬유상단백질이라고한다. - 이구조는몸에서결합조직이되기위해펼쳐진다. - 콜라겐과엘라스틴은섬유상단백질이다 - 더치밀한단백질분자는강모 ( 뻣뻣하고억센털 ) 덩어리에비교될수있는구조 - 구상 (globular) 단백질의둥근모양은편리한운반체의기능 - 헤모글로빈은혈액에서산소를운반
콜라겐 단백질을구성하는아미노산사슬은나선 ( 헬릭스 ) 을형성한다. 헬릭스는밧줄과같은구조를형성하기위해휘감긴다. 이와같은단백질은몸의어디에서발견되는가
아미노산사슬이구부러져구상구조를형성한다헤모글로빈은구상구조를갖는다
3) 변성 단백질분자의크기와접힌모양은물에녹아진용액을형성하지못하게한다. - 변성은단백질분자의뒤틀림과회전을일으키는수소결합을파괴한다 - 펩티드결합은분해되지않지만단백질분자의모양은변화된다. - 더느슨하고덜치밀한구조가된다. - 분자가완전히펼쳐지면단백질특성의일부는약해지거나소실된다.
변성은응집이일어나는첫단계이다. - 응집 ; 폴리펩티드가펼쳐져서충돌하고서로덩어리지는현상 - 응집은액체를부드러운반고체응집물이나고형물로변화시킨다.
- 응집의한예는스크램블에그를만들때볼수있다. - 달걀을휘저을때달걀단백질이변성되고달걀을조리하면단백질이응고된다.
변성방법 (1) 열변성 열은단백질을변성시키는가장일반적인물질 - 온도가가장중요 - 변성의속도와발생정도 : 온도가 10 C 높아질때마다 600 배증가 대부분의단백질은달걀과우유처럼 47-67 C 에서변성 - 쇠고기의변성은더높은온도를필요
(2) 기타변성방법열이외에 - 냉동, 압력, 음파그리고특정화합물의첨가 - 달걀휘젓기, 빵반죽치대기와같은기계적작용 - 매우높거나매우낮은 ph; Ex) ph 를낮추기위해레몬주스를넣으면우유를시큼하게할수있다. - 우유단백질은변성되고응집되며액체에서분리된다.
- 일부금속이온 ; 나트륨이온과칼륨이온이변성을일으키는일반적금속이지만구리와철도같은효과를낼수있다. 응집이일어나기전의변성은대부분가역적이다. 휘저은난백을방치하면꺼져서다시점성있는액체가된다. - 그러나응집은비가역적이다.
두유를응고시켜두부를만든다. 두유는커드와유청으로분리된다
3. 식품단백질 - 달걀, 고기, 생선, 가금류는단백질급원으로서높은점수를받는다 - 두류또한일부단백질을공급
1) 달걀 - 거의모든비타민과무기질을함유난황은철, 인, 비타민 A, B 군이풍부 - 달걀에부족한것은닭이체내에서만드는비타민 C 와칼슘이다. - 칼슘은난각에만존재 달걀은거의모든영양소를함유 : 가장중요한단백질식품
(1) 달걀단백질 - 난각은탄산칼슘결정이섞여있는단백질분자를가지고있다. - 발생과정중의병아리는난각의기공과안쪽막을통해호흡한다. - 달걀을할란하면먼저난백 (albumen) 이보인다. 달걀내용물의 54% 를차지하는난백은 - 난백의주단백질인오브알부민의이름을따서명명한것이다.
난백의가장걸쭉한부분은알끈 - 난황이중앙에위치하도록도와준다 - 휘어진끈과같은구조 - 걸쭉하기때문에달걀중가장늦게응집하고다소물기가있다. 난황의주성분은구상단백질인리베틴, 고밀도지단백질 ( 리포비텔린 ), 저밀도지단백질 ( 리포비텔리닌 ) 이다.
(2) 달걀의저장냉장고문에있는달걀보관상자는좋은장소가아니다. - 열때마다빛과온도변화에노출되어결국난백의변질 - 달걀은난백의물질이분해되어물을형성하면품질이떨어진다 - 난백은점점묽어진다. - 이물중일부는난황으로이동하여난황역시묽어지게한다. - 이산화탄소와더많은물이다공성인난각을통해달아나 ph 를 7.6 에서 9 이상을증가시킨다.
- 이러한변화에따라단백질이분해되기시작하는것이다. - 더욱이다른식품으로부터의냄새와향미가난각을통해달걀속으로들어가좋지않은맛을낸다. 이런변화를지연시키기위해서난각표면에천연기름의얇은막을입히는데, 이막은달걀을보호한다. - 산란직후미네랄오일로가볍게코팅된다. - 종이상자에밀폐시켜달걀을저장하는것은품질유지에도움된다
장기저장의최적온도 -1C 물의어는점보다는낮지만달걀에존재하는액체의어는점보다높다
달걀에금이갔을때달갈이신선한지여부를어떻게알수있는가?
2) 육류 - 근육조직과지방조직을포함하는포유동물의가식부 - 육류의살코기부분인근육조직은약 15-60 % 단백질을함유그외수분, 지방, 무기질을함유 - 근육은액틴과미오신이라는섬유상단백질로구성되어있는근섬유로구성되어있다. - 근섬유는섬유다발을형성 - 섬유다발은결합조직 ( 콜라겐과엘라스틴 ) 에의해연결되어있다.
- 육류조리는지방의종류, 근섬유와결합조직의형태에따라매우다르다. - 비프스튜에서습열은일부콜라겐을부드럽게하여고기를부드럽게한다. - 엘라스틴은열에저항한다. 엘라스틴은갈거나두드리는것과같은기계적방법에의해분해
3) 생선 - 더짧은근섬유가결합조직의얇은판사이에서층을형성 - 결합조직이매우적으며쉽게액체화된다. - 더빨리조리됨.
생선은조리시쉽게부서진다. 스테이크는안그런이유?
4) 견과류와두류 - 단백질의좋은급원. 영양소가풍부 - 콜레스테롤함유안하지만지방함량은거의없는것에서매우높은것까지다양 - 견과류는단백질의주급원이되기에는지방함량이너무높다 대두는 40% 가단백질이며이단백질은동물성식품의단백질과같다. ( 지방 18%) 식이섬유와고도불포화지방산또한풍부 - 관상심장병의위험을낮춤 - 고기대용품을포함한여러새로운식품을만드는데이용됨.
4. 조리와단백질 1) 유화제 - 아미노산의극성은일부단백질식품을좋은유화제로만든다 -ex) 레시틴 ; 인지질 - 포스파티딜콜린 ( 인산에콜린이결합 ) - 난황이마요네즈에서기름과레몬주스가혼합된상태를유지하게함 ( 레시틴 )
2) 거품크림파이의폭신폭신한머랭은휘젓기에의해혼입된공기가단백질필름으로둘러싸인거품이다. - 거품은조리에서가볍지만부피감을주고, 단백질은거품을형성할수있는화학적능력을제공
머랭은설탕과난백이주재료설탕을더많이사용하면더단단한머랭이만들어짐 머랭에서시럽방울이보이는경우 : 높은온도에서구워단백질이너무빨리응고되어증발하지못한물이밖으로삐져나온것
거품형성은난백이나크림처럼단백질이함유된액체를휘핑할때시작된다. - 휘핑은공기를혼입시키고단백질분자를변성시킨다. - 변성이일어날때단백질분자가펼쳐지고새로운결합을형성하며, 공기주머니주위에막을형성 - 거품의안정성과구조형성을도와준다
(1) 촉진인자 - 우유는수분에비해단백질함량이매우적으며, 우유단백질은변성에저항한다 - 우유거품은오래가지않는다 - 난백은두성분의함량이적당해서더좋다. 큰단백질분자는난백을더걸쭉하게만든다. 일부단백질은기계적작용에의해쉽게변성된다. - 난백단백질인오브알부민은가열하면쉽게응고하는데부푼제빵류의모양이만들어지는것을돕는다
- 난백은 ph 4.6-4.8 에서거품을가장잘형성 - 달걀의신선도가떨어지면 ph 가높아지기때문에신선한양질의달걀이더좋은거품을만든다 -ph 를낮추는타르타르크림은단백질을안정화시키고더질이좋은거품을형성하기때문에종종첨가된다.
(2) 방해인자지방, 특히난황의지방은단백질분자간의결합, 단백질과물사이의결합을방해 - 매우적은양의지방도거품의부피와안정성을감소시키거나거품형성을못하게함 - 휘핑할때난황과난백을주의해서분리해야한다. - 지방은플라스틱에달라붙는경향이있으므로, 난백휘핑시유리보울을사용하도록명시
- 설탕은부분적으로응고를방해하며거품형성을지연시킨다 - 그러나설탕분자는유체에서물과수소결합을형성하여거품의안정성을증가시킨다. - 난백의거품내기를시작한후에설탕을첨가하면가장좋은거품을만들수있다.
휘핑 : 거품은공기에의해부피가증가되지만최대부피에도달하기직전이가장안정적 - 이상태를지나면단백질은탄력성과물분자를손실하게된다.. - 지나치게휘저은거품은건조하다 - 거품은덜촉촉하고더쉽게부서진다
3) 젤라틴후식의모양, 미트소스를걸쭉하게만듬 - 동물성단백질 - 짐승의가죽과뼈안쪽에있는콜라겐을열과수분을이용하여가수분해시켜만든다 - 젤라틴은많은극성기를갖고있는긴분자이다. - 이구조는젤라틴이물에녹아더점성있는용액을만들수있게한다.
- 젤라틴이냉각됨에따라반고체젤을형성한다. - 냉장된고기드립을굳힌것이젤라틴이다. - 무게 100 배에해당하는물과결합 - 조리에서액체를안정화시키기위해사용됨. - 상점에서파는가당젤라틴파우더 : 대부분설탕, 착색제, 향미제를첨가한것
4) 글루텐 - 밀가루단백질과물이혼합될때형성되는탄력성있는물질 - 글루텐은구상단백질과섬유상단백질을포함 ( 글리아딘글루텔린 ) - 물과불용성단백질간의매우복잡한반응은글루텐을잘늘어나고탄력성있게만든다. - 빵제품에구조와형태를부여
글루텐은된반죽 (dough) 을치댈때형성되며, 치대는것은단백질분자를기계적으로변성시킨다. 단백질분자들은옆으로결합하고길이로배열한다. - 그결과갇힌공기와기체가팽창하기시작할때늘어나는매우유연하고매끈하며탄력있는된반죽이형성된다. - 동시에가스주위에벽을형성가스가표면에서터지지못하도록탄력성있는그물망을만들정도로매우단단하다. - 구울때의열은글루텐을응고시켜형성된구조를고정
글루텐은된반죽에신장성과탄력성을부여한다된반죽을만들때단백질을변성시키는것은무엇인가?
5. 단백질의체 (body) 작용식품단백질의체 (body) 단백질을형성? 펩티드결합이효소에의해쉽게분해되도록소화되는동안위에서염산에의해변성됨 - 소장에서더작은사슬로가수분해되어융모를통해흡수된다. - 대부분의단백질은개개의아미노산으로혈액에들어간다 - 혈액에서아미노산은세포로이동
세포가수행하는여러기능에필요한특정단백질을만들기위해특별한유전물질이결합된다. 세포는자동마커처럼가장많이요구되는단백질을더많이만든다 몸은 20 개의아미노산으로모든단백질을만든다. 여러단백질을만들기위해매우다양한방식으로아미노산을결합시킨다
1) 체단백질의기능 - 단백질은자연의체구성자로서명성 구조단백질은몸의모든세포에서필요로한다. 콜라겐은뼈를연결하는접착제로서, 뼈를근육에연결하는힘줄 ( 건, tendon) 로서, 그리고근육자체로서뼈의형성을도와줌 성장할때세포의대체와보수를위해단백질의지속적인공급이필요 - 적혈구는수개월마다대체되어야한다. - 장관세포의수명은단 3 일 - 머리카락과손톱은새로운세포없이는자랄수없다.
효소와호르몬은대부분단백질 - 단일세포는 1000 개이상의다른효소를함유하고있으며, 이중일부는다른단백질로분해된다. - 여러호르몬은성장을도와주고체액의균형을맞추며대사를조절 - 일부단백질은영양소를선택, 운반하여세포에저장한다. - 지단백질은혈액에서단백질을운반
- 항체는몸안의이물질을약화시키거나파괴하는매우큰단백질 - 몸안의이물질을약화시키거나파괴하는매우큰단백질 - 각항체는독특한특성때문에특정물질에대한맞춤형반응에의해형성된다.
ph 안정화에중요 : ex) 혈액은산 - 염기평형이이루어지지않으면산소를운반할수없다. - 체작용에의해지속적으로산과염기가생성됨균형상태를유지해야한다. - 용액의산도를조절하기위해수소이온과결합하거나방출
- 단백질은필요에따라열량을생성 - 몸을태우는비싸고위험하기까지한방법 - 탄수화물이부족한몸에서포도당을얻기위해자신의단백질을분해시킬때일어난다.
2) 필수아미노산 - 몸은단백질을만드는데필요한 22 개의아미노산중 13 개를만든다. - 나머지 9 개는필수아미노산 - 식사로섭취하지못하면체단백질을분해해서얻게된다.
- 완전단백질 : 모든필수아미노산을함유 - 일반적으로동물성단백질은완전단백질 - 대두만이완전단백질을함유 - 불완전단백질 : 1 개또는그이상의필수아미노산이결핍된단백질 - 고품질단백질 : 몸이요구하는모든필수아미노산을함유 - 달갈단백질은다른단백질의질을측정하는표준단백질
(1) 채식주의자의식이많은식물성식품은일부필수아미노산을함유하루동안다양하게섭취하면필요한모든필수아미노산공급받을수있다. 곡류를종실, 견과, 또는두류와함께두류와곡류 : - 식이에이두식품이포함되는것 : 단백질보족효과
3) 단백질필요량 - 단백질은비교적적은양으로모든필수적인일을수행한다. 건강한성인의 RDA 는이상적인체질량 1kg 당고품질단백질 0.8g 이다 (18 세미만남성은 0.9g) 이상적인체질량이 55 kg 인 10 대소녀는하루에약 44g 의단백질이필요
7-8 세어린이의 RDA 는조금높아서체질량 1kg 당단백질 1g 당단백질 1g 이필요 5 세아동은성인의약 2 배인 1.5g 의단백질이필요하다 임신부나수유부는자신과아기의건강유지를위해매일 20-30g 의단백질이더필요