Fizikalno-kemijska svojstva proteina. Struktura i funkcija proteina

Prije nego što govorimo o svojstvima proteina, vrijedi ukratko definirati ovaj koncept. To je visoka molekularna težina organska tvar koji se sastoje od peptida vezanih alfa aminokiselina. Proteini su važan dio prehrane ljudi i životinja, jer tijelo ne proizvodi sve aminokiseline - neke dolaze s hranom. Koja su njihova svojstva i funkcije?

amfoterni

Ovo je prvo obilježje proteina. Pod amfoternim se podrazumijeva njihova sposobnost pokazivanja kiselih i osnovnih svojstava.

Proteini u svojoj strukturi imaju nekoliko tipova kemijskih skupina koje su sposobne ionizirati u otopini H ₂ O, a to su:

• Karboksilni ostaci. Točnije, glutaminska i aspartinska kiselina.
• Skupine dušika. E-amino skupina lizina, argininski ostatak CNH (NH2) i imidazolni ostatak heterocikličke alfa-amino kiseline nazvane histidin.

Svaki protein ima takvu osobinu kao izoelektrična točka. Pod tim konceptom razumijemo kiselost medija u kojem površina ili molekula nema električni naboj. Pod takvim uvjetima, hidratacija i topljivost proteina su minimizirani.

Indikator je određen omjerom bazičnih i kiselih aminokiselinskih ostataka. U prvom slučaju, točka pada na alkalnu regiju. U drugom - na kiselo.

topljivost

Prema tom svojstvu, proteini se dijele na malu klasifikaciju. Evo ih:

• Topljiv . Zovu se albumin. Oni su umjereno topljivi u koncentriranim otopinama slane otopine i koaguliraju se pri zagrijavanju. Ova reakcija se naziva denaturacija. Molekularna težina albumina je oko 65 000. U njima nema ugljikohidrata. A tvari koje se sastoje od albumina nazivaju se albuminoidi. To uključuje bjelance, sjemenke biljaka i serum.
• Netopljiv . Zovu se skleroproteini. Živi primjer je keratin, fibrilarni protein s mehaničkom snagom, drugi samo za hitin. Iz te supstance se sastoje nokti, kosa, ptičji kljunovi i perje i rogovi nosoroga. Citokeratini su također uključeni u ovu skupinu proteina. To je strukturalni materijal unutarstaničnih vlakana citoskeleta epitelnih stanica. Drugi netopljivi proteini uključuju fibrilarni protein zvan fibroin.
• Hidrofilni . Aktivno djeluju s vodom i apsorbiraju je. Oni uključuju proteine ​​izvanstanične tvari, jezgre i citoplazmu. Uključujući i zloglasni fibroin i keratin.
• Hidrofoban . Oni odbijaju vodu. To uključuje proteine ​​koji su komponente bioloških membrana.

denaturacije

To je naziv procesa modificiranja proteinske molekule pod utjecajem određenih destabilizirajućih čimbenika. Kada ovaj aminokiselinski slijed ostane isti. Proteini gube prirodna svojstva (hidrofilnost, topljivost i drugo).

Treba napomenuti da svaka značajna promjena vanjskih uvjeta može dovesti do povreda proteinskih struktura. Najčešće, denaturacija izaziva porast temperature, kao i djelovanje alkalija, jake kiseline, zračenja, soli teških metala, pa čak i određenih otapala na protein.

Zanimljivo je da denaturacija često dovodi do činjenice da se čestice proteina agregiraju u veće. Dobar primjer je, primjerice, pržena jaja. Svatko zna kako se u procesu prženja formira protein iz bistre tekućine.

Ipak je potrebno govoriti o takvoj pojavi kao što je renaturacija. Ovaj proces je obrnut od denaturacije. Tijekom njega proteini se vraćaju u svoju prirodnu strukturu. I to je stvarno moguće. Skupina kemičara iz Sjedinjenih Država i Australije našla je način da renatira tvrdo kuhano jaje. Trebat će vam samo nekoliko minuta. A za ovu će se uree zahtijevati (diamid ugljična kiselina) i centrifugiranje.

struktura

O tome se mora reći odvojeno, jer govorimo o vrijednosti proteina. Ukupno postoje četiri razine strukturne organizacije:

• Primarna . Podrazumijeva sekvencu aminokiselinskih ostataka u lancu polipeptida. Glavna značajka su konzervativni motivi. Takozvane stabilne kombinacije aminokiselinskih ostataka. Oni su u mnogim složenim i jednostavnim proteinima.
• Sekundarno . To se odnosi na poredak bilo kojeg lokalnog fragmenta lanca polipeptida koji stabilizira vodikove veze.
• Tercijarni . To označava prostornu strukturu lanca polipeptida. Ta se razina sastoji od nekih sekundarnih elemenata (stabiliziraju se raznim vrstama interakcija, pri čemu su najvažnije hidrofobne). Ovdje su ionizirane, vodikove i kovalentne veze uključene u stabilizaciju.
• Kvartar . Također se naziva domena ili podjedinica. Ova razina se sastoji od relativnog položaja lanaca polipeptida u sastavu cjelokupnog proteinskog kompleksa. Zanimljivo je da sastav proteina s kvaternom strukturom uključuje ne samo identične, već i različite lance polipeptida.

Tu je podjelu predložio danski biokemičar po imenu K. Lindstrom-Lang. I neka se smatra da je zastarjela, i dalje je koriste.

Vrste građevina

Govoreći o svojstvima bjelančevina, treba također napomenuti da su te tvari podijeljene u tri skupine prema vrsti strukture. Naime:

• Vlaknasti proteini. Imaju vlaknastu izduženu strukturu i veliku molekularnu težinu. Većina njih nije topljiva u vodi. Struktura ovih proteina stabilizirana je interakcijama između polipeptidnih lanaca (oni se sastoje od najmanje dva aminokiselinska ostatka). Fibrilarne tvari tvore polimer, fibrile, mikrotubule i mikrofilamente.
• Kuglasti proteini. Tip strukture uzrokuje njihovu topljivost u vodi. A cjelokupni oblik molekule je sferičan.
• Membranski proteini. Struktura tih tvari ima zanimljivu značajku. Imaju domene koje prelaze staničnu membranu, ali njihovi dijelovi strše u citoplazmu i međustaničnu okolinu. Ovi proteini igraju ulogu receptora - oni prenose signale i odgovorni su za transmembranski transport hranjivih tvari. Važno je istaknuti da su oni vrlo specifični. Svaki protein prolazi samo određenu molekulu ili signal.

jednostavan

O njima, također, mogu reći nešto više. Jednostavni proteini sastoje se samo od polipeptidnih lanaca. To uključuje:

• Protamin . Nuklearni protein male molekularne težine. Njegova prisutnost je zaštita DNA od djelovanja nukleaza - enzima koji napadaju nukleinske kiseline.
• Histoni. Jaki bazični jednostavni proteini. Koncentrirane su u jezgri biljnih i životinjskih stanica. Oni sudjeluju u "pakiranju" DNA lanaca u jezgri, kao iu procesima kao što su popravak, replikacija i transkripcija.
• Albumini . O njima je već spomenuto. Najpoznatiji albumin - sirutka i jaje.
• Globulin . Sudjeluje u koagulaciji krvi, kao iu drugim imunološkim reakcijama.
• Prolamini . To su slobodni proteini žitarica. Njihova imena su uvijek različita. U pšenici se nazivaju ptyalin. Na ječmu - hordeinami. U zobi - avsninami. Zanimljivo, prolamini se dijele na njihove klase proteina. Samo su dvije: S-bogate (sa sumporom) i S-siromašne (bez njega).

kompleks

Što je sa kompleksnim proteinima? Oni sadrže protetske skupine ili one u kojima nema aminokiselina. To uključuje:

• Glikoproteini . Oni sadrže ostatke ugljikohidrata s kovalentnom vezom. Ovi kompleksni proteini su najvažnija strukturna komponenta staničnih membrana. Mnogi hormoni također pripadaju njima. A glikoproteini membrana eritrocita određuju krvnu skupinu.
• Lipoproteini . Sastoje se od lipida (masti kao tvari) i igraju ulogu "transporta" tih tvari u krvi.
• Metaloproteini . Ovi proteini u tijelu su od velike važnosti, jer bez njih nema razmjene željeza. Sastav njihovih molekula uključuje metalne ione. Tipičan predstavnik ove klase su transferin, hemosiderin i feritin.
• Nukleoproteini . Sastoje se od ILV i DNA bez kovalentne veze. Svijetli predstavnik je kromatin. U njegovom sastavu se ostvaruje genetska informacija, DNK se popravlja i replicira.
• Fosfoproteini . Oni su ostaci fosforna kiselina, vezan kovalentno. Primjer je kazein, koji se u početku nalazi u mlijeku, kao kalcijeva sol (u vezanom obliku).
• Kromoproteini . Oni imaju jednostavnu strukturu: protein i obojenu komponentu koja pripada prostetičkoj skupini. Sudjeluju u staničnom disanju, fotosintezi, redoks reakcijama itd. Također, bez kromoproteina, energija se ne akumulira.

metabolizam

Iznad, mnogo je već rečeno o fizičko-kemijskim svojstvima proteina. O njihovoj ulozi u metabolizam također treba spomenuti.

Postoje aminokiseline koje su bitne jer ih ne sintetiziraju živi organizmi. Sisavci ih sami dobivaju od hrane. U procesu probave, protein se uništava. Ovaj proces započinje denaturacijom, kada se stavlja u kiselo okruženje. Zatim - hidroliza u koju su uključeni enzimi.

Određene aminokiseline, koje tijelo na kraju prima, uključene su u proces sinteze proteina, čija su svojstva nužna za njegovo puno postojanje. A ostatak se prerađuje u glukozu - monosaharid, koji je jedan od glavnih izvora energije. Proteini su vrlo važni u smislu prehrane ili posta. Ako ne dođe zajedno s hranom, tijelo će se početi „jesti“ - prerađivati ​​vlastite proteine, osobito one mišićne.

biosinteza

S obzirom na fizikalno-kemijska svojstva proteina, treba se usredotočiti na takvu temu kao biosinteza. Te se tvari formiraju na temelju informacija koje su kodirane u genima. Bilo koji protein je jedinstveni slijed aminokiselinskih ostataka određen genom koji ga kodira.

Kako to ide? Gen koji kodira protein prenosi informacije iz DNA u RNA. To se naziva transkripcija. U većini slučajeva sinteza se događa na ribosomima - to je najvažniji organoid žive stanice. Ovaj se proces naziva prijevodom.

Postoji i takozvana ne-ribozomalna sinteza. Također je vrijedno spomenuti, jer se radi o važnosti proteina. Ovaj tip sinteze je uočen kod nekih bakterija i nižih gljivica. Proces se provodi kroz kompleks proteina visoke molekularne težine (poznat kao NRS sintaza), a ribosomi u tome ne sudjeluju.

Naravno, postoji i kemijska sinteza. Uz to, možete sintetizirati kratke proteine. Za to se koriste metode poput kemijskog povezivanja. To je suprotno od zloglasne biosinteze ribosoma. Na isti način moguće je dobiti inhibitore određenih enzima.

Štoviše, zbog kemijske sinteze, moguće je u sastav proteina uvesti one aminokiselinske ostatke koji se ne nalaze u običnim tvarima. Pretpostavimo da oni s bočnim lancima imaju fluorescentne oznake.

Vrijedno je spomenuti da metode kemijske sinteze nisu savršene. Postoje određena ograničenja. Ako protein sadrži više od 300 ostataka, umjetno sintetizirana tvar vjerojatno će dobiti pogrešnu strukturu. A to će utjecati na svojstva.

Tvari životinjskog podrijetla

Njihovo razmatranje treba posvetiti posebnu pozornost. Životinjski protein je supstanca koja se nalazi u jajima, mesu, mliječnim proizvodima, peradi, morskim plodovima i ribama. Sadrže sve aminokiseline potrebne tijelu, uključujući 9 neophodnih. Evo nekoliko najvažnijih funkcija koje životinjski protein obavlja:

• Kataliza mnogih kemijskih reakcija. Ova tvar ih pokreće i ubrzava. Enzimski proteini su za to odgovorni. Ako ih tijelo ne primi dovoljno, oksidacija i redukcija, spajanje i razbijanje molekularnih veza, kao i transport tvari, neće se u potpunosti odvijati. Zanimljivo je da samo mali dio aminokiselina ulazi u različite vrste interakcija. I još manja količina (3-4 ostatka) izravno je uključena u katalizu. Svi enzimi su podijeljeni u šest razreda - oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, lijaze, izomeraze, ligaze. Svaki od njih odgovoran je za jednu ili drugu reakciju.
• Formiranje citoskeleta, formiranje strukture stanica.
• Imunološka, ​​kemijska i fizička zaštita.
• Transport važnih komponenti potrebnih za rast i razvoj stanica.
• Prijenos električnih impulsa važan je za rad cijelog organizma, jer bez njih interakcija stanica nije moguća.

I to nisu sve moguće funkcije. Ali čak i ako je tako, značaj ovih tvari je jasan. Sinteza proteina u stanicama i tijelu je nemoguća ako osoba ne jede svoje izvore. A to su pureće meso, govedina, janjetina, zečje meso. Puno proteina nalazi se u jajima, kiselo vrhnje, jogurt, svježi sir, mlijeko. Također možete aktivirati sintezu bjelančevina u stanicama tijela dodajući u vašu prehranu šunku, nusproizvode, kobasice, konzervirano meso i teletinu.