Физичко-хемијска својства протеина. Структура и функција протеина

Пре него што говоримо о својствима протеина, вреди дати кратку дефиницију овог концепта. Ово је висока молекулска тежина органска материја који се састоје од пептида везаних алфа амино киселина. Протеини су важан део исхране људи и животиња, јер тело не производи све аминокиселине - неке долазе са храном. Које су њихове особине и функције?

Ампхотериц

Ово је прва особина протеина. Под амфотерним се подразумева њихова способност да испољавају и киселинска и базична својства.

Протеини у својој структури имају неколико типова хемијских група које су способне за јонизацију у раствору Х ₂ О.

• Карбоксилни остаци. Глутаминска и аспартинска киселина, да будемо прецизни.
• Нитроген гроупс. Е-амино група лизина, аргинински остатак ЦНХ (НХ2) и имидазолни остатак хетероцикличне алфа-амино киселине назване хистидин.

Сваки протеин има такву особину као изоелектрична тачка. Под овим концептом разумете киселост медијума у ​​којем површина или молекул нема електрични набој. Под таквим условима, хидратација и растворљивост протеина су минимизирани.

Индикатор је одређен односом базних и киселих аминокиселинских остатака. У првом случају, та тачка пада на алкални регион. У другом - кисело.

Растворљивост

Према овом својству, протеини се деле на малу класификацију. Ево их:

• Солубле . Зову се албумин. Они су умерено растворљиви у концентрованим растворима слане воде и коагулирају се приликом загревања. Ова реакција се назива денатурација. Молекуларна тежина албумина је око 65 000. У њима нема угљених хидрата. А супстанце које се састоје од албумина називају се албуминоиди. То укључује бјелањке, сјеменке биљака и серум.
• Инсолубле . Зову се склеропротеини. Један од живих примера је кератин, фибриларни протеин са механичком снагом, одмах иза хитина. Из ове супстанце се састоје нокти, коса, птичји кљун и перје и рогови носорога. Цитокератини су такође укључени у ову групу протеина. То је структурални материјал интрацелуларних филамената цитоскелета епителних ћелија. Други нетопљиви протеини укључују фибриларни протеин зван фиброин.
• Хидропхилиц . Они активно реагују са водом и апсорбују је. Они укључују протеине ванћелијске супстанце, језгре и цитоплазму. Укључујући и злогласни фиброин и кератин.
• Хидропхобиц . Они одбијају воду. Ово укључује протеине који су компоненте биолошких мембрана.

Денатурација

То је назив процеса модификовања молекула протеина под утицајем одређених дестабилизујућих фактора. Када ова аминокиселинска секвенца остане иста. Али протеини губе своје природне особине (хидрофилност, растворљивост и друго).

Треба напоменути да свака значајна промена у спољашњим условима може довести до нарушавања протеинских структура. Најчешће, денатурација изазива пораст температуре, као и дејство алкалија, јаке киселине, зрачења, соли тешких метала и чак одређених растварача на протеин.

Занимљиво је да денатурација често доводи до чињенице да се честице протеина агрегирају у веће. Добар пример је, на пример, пржена јаја. Сви знају како се у процесу пржења формира протеин из бистре текућине.

Ипак, потребно је говорити о феномену ренатурације. Овај процес је обрнут од денатурације. Током ње, протеини се враћају у своју природну структуру. И то је стварно могуће. Група хемичара из Сједињених Држава и Аустралије пронашла је начин да ренатује тврдо кувано јаје. Трајаће само неколико минута. За овај уреа ће бити потребна (диамид карбонска киселина) и центрифугирање.

Структура

О томе се мора рећи одвојено, јер говоримо о вредности протеина. Укупно, постоје четири нивоа структурне организације:

• Примари . Подразумијева секвенцу аминокиселинских остатака у ланцу полипептида. Главна карактеристика су конзервативни мотиви. Такозване стабилне комбинације аминокиселинских остатака. Они су у многим комплексним и једноставним протеинима.
• Сецондари . Ово се односи на редослед сваког локалног фрагмента ланца полипептида, који стабилизују водоничне везе.
• Терцијарни . Ово означава просторну структуру ланца полипептида. Овај ниво се састоји од неких секундарних елемената (они се стабилизују различитим врстама интеракција, при чему су најважније хидрофобне). Овде су у стабилизацији укључене јонске, водоничне и ковалентне везе.
• Куатернари . Такође се назива домен или подјединица. Овај ниво се састоји од релативног положаја ланаца полипептида у саставу целог протеинског комплекса. Занимљиво је да састав протеина са квартерном структуром обухвата не само идентичне, већ и различите ланце полипептида.

Ту подјелу је предложио дански биокемичар по имену К. Линдстром-Ланг. И нека се сматра да је застарјела, и даље је користе.

Врсте зграда

Говорећи о својствима протеина, треба напоменути да су ове супстанце подељене у три групе према типу структуре. Наиме:

• Влакнасти протеини. Имају филаментозну издужену структуру и велику молекуларну тежину. Већина њих није растворљива у води. Структура ових протеина је стабилизована интеракцијама између полипептидних ланаца (они се састоје од најмање два аминокиселинска остатка). То су фибриларне супстанце које формирају полимер, фибриле, микротубуле и микрофиламенте.
• Кугласти протеини. Тип структуре узрокује њихову растворљивост у води. И укупни облик молекула је сферичан.
• Мембране протеин. Структура ових супстанци је занимљива. Имају домене који прелазе ћелијску мембрану, али њихови делови стрше у цитоплазму и међустаничну средину. Ови протеини играју улогу рецептора - они преносе сигнале и одговорни су за трансмембрански транспорт хранљивих материја. Важно је нагласити да су они врло специфични. Сваки протеин пролази само одређени молекул или сигнал.

Једноставно

И о њима се може рећи нешто више. Једноставни протеини састоје се само од полипептидних ланаца. Оне укључују:

• Протамине . Нуклеарни протеин мале молекулске масе. Његово присуство је заштита ДНК од деловања нуклеаза - ензима који нападају нуклеинске киселине.
• Хистонес Јаки базични једноставни протеини. Концентрисани су у језграма биљних и животињских ћелија. Они учествују у "паковању" ДНК ланаца у језгру, као иу процесима као што су поправка, репликација и транскрипција.
• Албуминс . О њима је већ поменуто. Најпознатији албумин - сурутка и јаје.
• Глобулин . Учествује у коагулацији крви, као иу другим имуним реакцијама.
• Проламини . Ово су резервни протеини житарица. Њихова имена су увек различита. У пшеници се називају птиалин. На јечму - хордеинами. У зоби - авснинами. Занимљиво је да су проламини подељени на њихове класе протеина. Само су два: С-богата (са садржајем сумпора) и С-сиромашна (без њега).

Цхалленгинг

Шта је са комплексним протеинима? Они садрже протетске групе или оне у којима нема аминокиселина. Оне укључују:

• Гликопротеини . Они садрже остатке угљених хидрата са ковалентном везом. Ови комплексни протеини су најважнија структурна компонента ћелијских мембрана. Многи хормони такође припадају њима. А гликопротеини мембрана еритроцита одређују крвну групу.
• Липопротеини . Састоје се од липида (масти сличних супстанци) и играју улогу "транспорта" ових супстанци у крви.
• Металопротеини . Ови протеини у телу су од великог значаја, јер без њих нема размене гвожђа. Састав њихових молекула укључује јоне метала. Типичан представник ове класе су трансферин, хемосидерин и феритин.
• Нуклеопротеини . Састоје се од ИЛВ и ДНК без ковалентне везе. Сјајни представник је хроматин. У његовом саставу се остварује генетска информација, ДНК се поправља и реплицира.
• Фосфопротеини . Они чине остатке фосфорна киселина, везан ковалентно. Пример је казеин, који је у почетку садржан у млеку, као калцијумова со (у везаном облику).
• Хромопротеини . Они имају једноставну структуру: протеин и обојену компоненту која припада простетичкој групи. Они учествују у ћелијској респирацији, фотосинтези, редокс реакцијама, итд. Такође, без хромопротеина не долази до акумулације енергије.

Метаболизам

Већ је речено о физичко-хемијским особинама протеина. О њиховој улози у метаболизам такође треба споменути.

Постоје аминокиселине које су неопходне јер их не синтетишу живи организми. Сисари их сами добијају од хране. У процесу његове дигестије, протеин се уништава. Овај процес почиње са денатурацијом, када се ставља у кисело окружење. Затим - хидролиза у коју су укључени ензими.

Одређене аминокиселине, које тело на крају прима, укључене су у процес синтезе протеина, чија су својства неопходна за њено потпуно постојање. А остатак се прерађује у глукозу - моносахарид, који је један од главних извора енергије. Протеин је веома важан у смислу исхране или поста. Ако не дође заједно са храном, тело ће почети да се "једе" - да обрађује сопствене протеине, нарочито мишићне.

Биосинтеза

Узимајући у обзир физичко-хемијска својства протеина, треба се фокусирати на такву тему као биосинтеза. Ове супстанце се формирају на основу информација које су кодиране у генима. Било који протеин је јединствена секвенца аминокиселинских остатака одређена геном који га кодира.

Како ово иде? Ген који кодира протеин преноси информације из ДНК у РНК. То се зове транскрипција. У већини случајева синтеза се дешава на рибозомима - то је најважнији органоид живе ћелије. Овај процес се назива превод.

Постоји и такозвана не-рибозомална синтеза. Важно је напоменути, јер се ради о важности протеина. Овај тип синтезе је уочен код неких бактерија и нижих гљивица. Процес се одвија кроз комплекс протеина високе молекулске масе (познат као НРС синтаза), а рибозоми не учествују у томе.

Наравно, постоји и хемијска синтеза. Уз то, можете синтетисати кратке протеине. За то се користе методе као што је хемијска лигација. Ово је супротно од злогласне биосинтезе рибозома. На исти начин могуће је добити инхибиторе одређених ензима.

Штавише, због хемијске синтезе, могуће је у састав протеина увести оне аминокиселинске остатке који се не налазе у обичним супстанцама. Претпоставимо да они са бочним ланцима имају флуоресцентне етикете.

Треба напоменути да методе хемијске синтезе нису савршене. Постоје одређена ограничења. Ако протеин садржи више од 300 остатака, вештачка синтетизована супстанца ће вероватно добити погрешну структуру. И то ће утицати на својства.

Супстанце животињског порекла

Њихово разматрање треба посветити посебну пажњу. Животињски протеин је супстанца која се налази у јајима, месу, млечним производима, живини, морским плодовима и рибама. Они садрже све неопходне аминокиселине за тело, укључујући 9 неопходних. Ево неколико најважнијих функција које животињски протеин обавља:

• Катализа многих хемијских реакција. Ова супстанца их покреће и убрзава. Ензиматски протеини су “одговорни” за то. Ако их тело не прими довољно, онда се оксидација и редукција, спајање и разбијање молекуларних веза, као и транспорт супстанци, неће одвијати у потпуности. Занимљиво је да само мали дио аминокиселина улази у различите врсте интеракција. И још мања количина (3-4 остатка) је директно укључена у катализу. Сви ензими су подељени у шест класа - оксидоредуктазе, трансферазе, хидролазе, лијазе, изомеразе, лигазе. Сваки од њих је одговоран за једну или другу реакцију.
• Формирање цитоскелета, формирање структуре ћелија.
• Имунолошка, хемијска и физичка заштита.
• Транспорт важних компоненти неопходних за раст и развој ћелија.
• Пренос електричних импулса важан је за рад целог организма, јер је без њих интеракција ћелија немогућа.

И то нису све могуће функције. Међутим, значај ових супстанци је јасан. Синтеза протеина у ћелијама и телу је немогућа ако особа не једе своје изворе. А то су месо ћуретине, говедина, јагњетина, месо кунића. Много протеина се налази у јајима, павлаци, јогурт, сир, млеко. Такође можете активирати синтезу протеина у ћелијама тела додавањем у вашу исхрану шунке, нуспроизводе, кобасице, конзервирано месо и телетину.