9/8/15  

1  

Proteins  and  Amino  Acids:  Func7on  Follows  Form  

BIOL  103,  Chapter  7    

Today’s  Topics  

•  Why  is  Protein  Important?  •  Amino  Acids  are  building  blocks  of  proteins  •  Func7ons  of  Body  Proteins  •  Protein  Diges7on  and  Absorp7on  •  Proteins  in  the  Body  •  Proteins  in  the  Diet  •  The  Pros  and  Cons  of  Vegetarian  Ea7ng  •  The  Health  Effects  of  Ea7ng  Too  LiSle  or  Too  Much  Protein  

 

Why  is  Protein  Important?  

•  A  part  of  every  cell  •  Needed  in  thousands  of  chemical  reac7ons  •  Keep  us  “together”  structurally  •  In  short,  proteins  have  many,  many  func7ons  from  replacing  skin  cells,  producing  an7bodies  to  assis7ng  in  nutrient  transport  and  muscle  contrac7ons.  

Food  Sources  of  Proteins  

•  Beef  •  Chicken  •  Fish  •  Milk  •  Plant  foods:  beans,  peas,  grains,  nuts,  seeds,  and  vegetables  (garlic,  green  peas,  mushrooms)  

9/8/15  

2  

Amino  Acids  are  Building  Blocks  of  Proteins  

•  Proteins  are  sequences  of  amino  acids  •  There  are  ______  amino  acids:  

1.  Essen7al  (9)  2.  Non-­‐essen7al  (11)  3.  Condi7onally  essen7al  (6)  

•  Table  7.1  List  of  Amino  Acids  

Amino  Acids  Iden7fied  by  Side  Chains    

Protein  structure:  unique  3D  shapes  and  func7ons  

•  Amino  Acid  Sequence  – Amino  acids  are  linked  by  pep7de  bond:  •  Dipep'de:  2  amino  acids  •  Oligopep'de:  4-­‐10  amino  acids  •  Polypep'de:  >10  amino  acids  •  Protein:  a  chain  with  >50  amino  acids  

– Protein  shape  •  A  _____________  of  AA  determines  protein  shape  •  Shape  of  protein  determines  its  _______________.  

Protein  Denaturaliza7on:  Destabilizing  a  Protein’s  Shape  

•  There  are  factors  that  can  cause  a  protein  to  unfold  and  lose  shape  1.  Changes  in  Acidic  or  Alkalinity  in  

environment  2.  High  temperature/heat  3.  Alcohol  4.  Oxida7on  

•  _______________  proteins  lose  their  ability  to  func7on  properly.  

9/8/15  

3  

Func7ons  of  Body  Proteins   Protein  Diges7on  

•  Protein  diges7on  – Cells  produce  proteases  (protein-­‐diges7ng  enzymes)  as  proenzymes  (inac7ve  forms  of  enzymes)  

–  In  the  stomach:  •  Proteins  are  denatured  by  HCl  •  Pepsin  begins  diges7on:  10-­‐20%  of  proteins  • Which  one  is  a  protease?  A  proenzyme?  

Protein  Diges7on  and  Absorp7on  

•  In  the  small  intes7ne:    – Proteases  (from  pancreas)  break  down  remaining  proteins  à  small  pep7des  

–  Intes7nal  lining  cells  break  down  small  pep7des  à  amino  acids  

– Amino  acids  are  then  absorbed  into  your  intes7nal  cells  à  travel  via  portal  vein  to  liver  à  released  to  general  circula7on  

Summary  of  Protein  Diges7on  and  Absorp7on  

9/8/15  

4  

Undigested  Proteins  

•  If  not  digested,  con7nues  down  the  GI  tract  à  feces  

•  Diseases  of  the  intes7nal  tract  cause  problems  with  diges7on/absorp7on  of  proteins  1.   Celiac  disease:  allergic  to  protein  gluten  2.   Cys'c  fibrosis:  s7cky  mucus  prevents  diges7ve  

enzymes  (e.g.  proteases)  from  reaching  small  intes7ne  à  poor  diges7on  à  nutrients  are  not  absorbed  à  malnutri7on  

Proteins  in  the  Body  

•  Protein  Synthesis:  – Draws  on  AA  pool  as  needed.  If  your  body  is  missing…  •  Non-­‐essen7al  AA:    

–  Cell  will  make  that  AA    –  Obtain  it  from  liver  

•  Essen7al  AA:  –  Body  make  break  down  its  own  protein  to  supply  the  AA  

Proteins  in  the  Body  

•  Amino  Acid  Pool  and  Protein  Turnover  – Cells  in  your  body  constantly  build  and  breakdown  proteins  à  Protein  turnover  •  “protein  recycling”  

– When  cells  make  proteins,  they  use  amino  acids  from  amino  acid  pool:  available  amino  acids  in  body  7ssues  and  fluids  that  can  be  used  to  make  new  proteins.  

Proteins  in  the  Body  

•  Synthesis  of  non-­‐protein  molecules  – Proteins  are  precursors  of  DNA,  RNA,  and  neurotransmiSers  

•  Protein  and  Nitrogen  Excre7on  – Breakdown  of  amino  acids  by  removing  nitrogen  (amino)  group/-­‐NH2  

– Amino  groups  converted  to  ____________  – Urea  +  water  =  _________  à  excre7on  (in  kidney)  

9/8/15  

5  

Func7on  of  Blood  Amino  Acid  Pool   Nitrogen  Balance  •  We  can  evaluate  our  nitrogen  balance  to  evaluate  what  is  

happening  in  our  body  –  Nitrogen  intake  vs.  nitrogen  output  

•  Nitrogen  equilibrium  –  Nitrogen  intake  =  nitrogen  output  –  Healthy  adults  

•  Posi7ve  nitrogen  balance  –  Nitrogen  intake  >  Nitrogen  output  –  Growth;  recovery  from  illness  

•  Nega7ve  nitrogen  balance  –  Nitrogen  intake  <  Nitrogen  output  –  Injury  and  illness  

Proteins  in  the  Diet  •  Recommended  protein  intake  – Adult  RDA  =  0.8g/kg  of  body  weight  –  _________  have  highest  needs  rela7ve  to  body  weight  •  Why?    

–  Physical  stress  ______________  your  body’s  needs  for  proteins  

–  Infec7on,  burns,  fevers,  surgery,  intensive  weight  training  

•  Consump7on  in  the  US  – Generally  within  or  higher  than  recommended  range  

Problem  Set  7,  Ques7on  1:  

•  How  is  it  that  our  bodies  are  able  to  synthesize  so  many  proteins  in  our  body  when  our  dietary  protein  requirement  is  rela7vely  low?  

9/8/15  

6  

Protein  Quality  

•  Protein  Quality  – Complete  proteins:  supply  all  essen7al  amino  acids  •  “high-­‐quality  proteins”  •  Examples:  animal  proteins,  soy  proteins  

–  Incomplete  proteins:  low  in  one  or  more  essen7al  amino  acids  •  “low  quality  proteins”  •  Examples:  most  plant  proteins  

Protein  Quality  

•  Incomplete  and  Complementary  Proteins  – Except  soy,  proteins  in  other  plant  foods  is  incomplete  (lacks  1  or  more  essen7al  AA).  

– Two  incomplete  complementary  proteins  =  complete  protein  •  Examples:  rice  and  beans,  peanut  buSer  and  bread,  pea  soup  with  crackers,  corn  and  tor7lla.  

 

Evalua7ng  Protein  Quality  

•  A  high-­‐quality  protein:  1.  Provides  all  the  essen7al  amino  acids  at  amounts  the  

body  needs  2.  Provides  enough  other  amino  acids  to  serve  as  

nitrogen  sources  for  making  non-­‐essen7al  amino  acids  

3.  Easy  to  digest  4.   Protein  diges'bility-­‐corrected  amino  acid  score  

(PDCAAS):  measure  of  protein  quality  that  takes  account  the  AA  composi7on  of  the  food  and  the  diges7bility  of  the  protein.  

Proteins  and  Amino  Acids  as  Addi7ves  and  Supplements  

•  Protein  and  AA  addi7ves  – Contribute  to  structure,  texture,  taste  of  foods  

•  Protein  and  AA  supplements  – Used  for  a  variety  of  reasons:  dieters,  athletes,  certain  diseases.  

– Risks  are  unknown  

9/8/15  

7  

Vegetarian  vs.  Vegan  

Vegetarian  •  “Diet”  •  Don’t  Eat:  Meat,  seafood  •  Types:  

–  Ovo-­‐vegetarian:  eats  eggs  –  Lacto-­‐vegetarian:  eats  dairy  

products  

•  Products:  Don’t  mind  using  animal-­‐derived  products.  

Vegan  •  “Diet  +  Lifestyle”  •  Don’t  Eat:  Meat,  eggs,  milk,  

honey,  or  any  food  derived  from  animals.    

•  Products:  Avoids  using  animal-­‐derived  products  including  clothing,  cosme7cs,  household,  foods.  

Pros  and  Cons  of  Vegetarian  Ea7ng  Problem  Set  7,  Ques7on  4  

Health  Benefits  •  Less  fat,  saturated  fat,  

cholesterol  •  More  magnesium,  folate  •  More  an7oxidants  •  More  fiber  and  

phytochemicals  •  Reduces  risk  for  heart  

disease,  hypertension,  and  cancer.  

Health  Risks  •  Vegans  may  be  low  in:  

calcium,  iron,  zinc,  vitamin  D,  ____________________  

•  Higher  intake  of  ______________________  

•  More  restric7ve  food  choices  =  less  nutrients  

The  Pros  and  Cons  of  Vegetarian  Ea7ng  

•  Diet  recommenda7ons  (pg.  258):  1.  Choose  a  variety  of  foods  2.  Choose  whole,  unrefined  foods  3.  Choose  a  variety  of  fruits  and  vegetables  4.  Choose  lower-­‐fat  dairy  products  and  eggs  in  

modera7on  5.  Consume  a  regular  source  of  vitamins  B12  and  D  •  For7fied  foods  or  supplements  

The  Health  Effects  of  Too  LiSle  Protein  

•  Dietary  protein  =  essen7al  amino  acids  •  Protein  deficiency:  occurs  when  energy  and/or  protein  intake  is  inadequate  

•  Protein-­‐energy  malnutri7on  (PEM)  – Kwashiorkor:    severe  ______________  deficiency  •  Symptoms:  edema,  poor  growth,  bloated  belly  •  Affects  those  between  age  of  18-­‐24  months  old  •  Associated  with  extreme  poverty  

9/8/15  

8  

The  Health  Effects  of  Too  LiSle  Protein  

•  PEM,  cont.  – Marasmus:  severe  ________________  deficiency  •  Chronic  PEM;  “withering”  •  Affects  Infants  and  6-­‐18  months  old  children  •  Usually  the  children  are  short  and  thin  for  their  age  

•  How  to  treat?  – Nutri7onal  rehabilita7on  •  Gradual  and  careful  refeeding  •  Must  start  with  fluid  and  electrolyte  balance,  then  introduce  nutrients  

Protein-­‐Energy  Malnutri7on  

The  Health  Effects  of  Too  Much  Protein   Problem  Set  7,  Q5  

•  Name  two  health  effects  related  to  consuming  a  very  high  protein  diet.