خواص شیمیایی پروتئین ها، عملکرد پروتئین ها. "سنجاب ها. بدست آوردن پروتئین از واکنش چند تراکمی اسیدهای آمینه. ساختارهای اولیه، ثانویه و سوم پروتئین ها. خواص شیمیایی پروتئین ها: احتراق، دناتوره شدن، هیدرولیز و واکنش های رنگی. توابع بیوشیمیایی

ترکیب اسید آمینه و سازمان فضایی هر پروتئین، خصوصیات فیزیکوشیمیایی آن را تعیین می کند. پروتئین ها دارای خواص اسید-باز، بافری، کلوئیدی و اسمزی هستند.

پروتئین ها به عنوان ماکرومولکول های آمفوتریک

پروتئین ها پلی الکترولیت های آمفوتریک هستند، به عنوان مثال. مانند اسیدهای آمینه، خواص اسیدی و بازی را با هم ترکیب می کنند. با این حال، ماهیت گروه هایی که به پروتئین ها خاصیت آمفوتریک می دهند، با آمینو اسیدها یکسان نیست. خواص اسید-باز اسیدهای آمینه در درجه اول به دلیل وجود گروه های α-آمینو و α-کربوکسیل (جفت اسید-باز) است. در مولکول‌های پروتئین، این گروه‌ها در تشکیل پیوندهای پپتیدی شرکت می‌کنند و پروتئین‌های آمفوتریک توسط گروه‌های اسید-باز از رادیکال‌های جانبی اسیدهای آمینه که پروتئین را می‌سازند، داده می‌شوند. البته در هر مولکول پروتئین بومی (زنجیره پلی پپتیدی) حداقل یک گروه ترمینال α-آمینو و α-کربوکسیل وجود دارد (اگر پروتئین فقط ساختار سوم داشته باشد). در یک پروتئین با ساختار چهارتایی، تعداد گروه های انتهایی -NH 2 و -COOH برابر است با تعداد زیر واحدها یا پروتومرها. با این حال، تعداد کمی از این گروه ها نمی توانند ماهیت آمفوتریک ماکرومولکول های پروتئینی را توضیح دهند. از آنجایی که بیشتر گروه های قطبی روی سطح پروتئین های کروی قرار دارند، ویژگی های اسید-باز و بار مولکول پروتئین را تعیین می کنند. خواص اسیدی پروتئین توسط اسیدهای آمینه اسیدی (آسپارتیک، گلوتامیک و آمینوسیتریک) و خواص قلیایی توسط اسیدهای آمینه بازی (لیزین، آرژنین، هیستیدین) داده می شود. هر چه پروتئین اسیدهای آمینه اسیدی بیشتری داشته باشد، خواص اسیدی آن بیشتر است و هرچه اسیدهای آمینه بازی بیشتری در پروتئین باشد، خواص پایه آن قوی تر می شود. تفکیک ضعیف گروه SH سیستئین و گروه فنلی تیروزین (که می توان آنها را به عنوان اسیدهای ضعیف در نظر گرفت) تقریباً هیچ تأثیری بر آمفوتریک بودن پروتئین ها ندارد.

ویژگی های بافر. اگرچه پروتئین ها دارای خواص بافری هستند، ظرفیت آنها در مقادیر PH فیزیولوژیکی محدود است. استثنا پروتئین های حاوی مقدار زیادی هیستیدین است، زیرا فقط گروه جانبی هیستیدین دارای خواص بافری در محدوده pH نزدیک به فیزیولوژیک است. تعداد بسیار کمی از این پروتئین ها وجود دارد. هموگلوبین تقریباً تنها پروتئین حاوی حداکثر 8 درصد هیستیدین است که یک بافر قدرتمند درون سلولی در گلبول‌های قرمز است و pH خون را در سطح ثابتی حفظ می‌کند.

بار یک مولکول پروتئین به محتوای اسیدهای آمینه اسیدی و بازی در آن یا بهتر بگوییم به یونیزاسیون گروه های اسیدی و بازی رادیکال جانبی این اسیدهای آمینه بستگی دارد. تفکیک گروه های COOH اسیدهای آمینه اسیدی باعث ایجاد بار منفی در سطح پروتئین می شود و رادیکال های جانبی اسیدهای آمینه قلیایی بار مثبت (به دلیل اضافه شدن H + به گروه های اصلی) دارند. در یک مولکول پروتئین بومی، بارها بسته به آرایش فضایی زنجیره پلی پپتیدی به صورت نامتقارن توزیع می شوند. اگر در پروتئینی اسیدهای آمینه اسیدی بر اسیدهای آمینه بازی غالب باشد، به طور کلی مولکول پروتئین الکترونگاتیو است، یعنی یک پلی آنیون است و برعکس، اگر اسیدهای آمینه بازی غالب باشد، بار مثبت دارد، یعنی رفتاری شبیه به آن دارد. یک پلی کاتیون

البته بار کلی یک مولکول پروتئین به pH محیط بستگی دارد: در محیط اسیدی مثبت و در محیط قلیایی منفی است. مقدار pH که در آن پروتئین دارای بار خالص صفر است، نقطه ایزوالکتریک پروتئین نامیده می شود. در این مرحله، پروتئین در میدان الکتریکی تحرک ندارد. نقطه ایزوالکتریک هر پروتئین با نسبت گروه های اسیدی و بازی رادیکال های جانبی اسید آمینه تعیین می شود: هر چه نسبت اسیدهای آمینه اسیدی به بازی در یک پروتئین بیشتر باشد، نقطه ایزوالکتریک آن کمتر است. پروتئین های اسیدی دارای pH 1 هستند< 7, у нейтральных рН 1 около 7, а у основных рН 1 >7. در مقادیر pH زیر نقطه ایزوالکتریک خود، پروتئین یک بار مثبت و بالاتر از آن یک بار منفی خواهد داشت. میانگین نقطه ایزوالکتریک تمام پروتئین های سیتوپلاسمی در 5.5 قرار دارد. بنابراین، در pH فیزیولوژیکی (حدود 7.0 - 7.4)، پروتئین های سلولی دارای بار منفی کلی هستند. همانطور که قبلا ذکر شد، مقدار اضافی بارهای منفی پروتئین ها در داخل سلول توسط کاتیون های معدنی متعادل می شود.

دانستن نقطه ایزوالکتریک برای درک پایداری پروتئین ها در محلول ها بسیار مهم است، زیرا پروتئین ها در حالت ایزوالکتریک کمترین پایداری را دارند. ذرات پروتئین بدون بار می توانند به هم بچسبند و رسوب کنند.

خواص کلوئیدی و اسمزی پروتئین ها

رفتار پروتئین ها در محلول ها دارای برخی ویژگی هاست. محلول های کلوئیدی معمولی فقط در حضور یک تثبیت کننده پایدار هستند که از ته نشین شدن کلوئیدها در سطح مشترک حل شونده و حلال جلوگیری می کند.

محلول‌های آبی پروتئین‌ها پایدار و متعادل هستند، در طول زمان رسوب نمی‌کنند (انعقاد نمی‌شوند) و نیازی به وجود تثبیت‌کننده‌ها ندارند. محلول های پروتئینی همگن هستند و در اصل می توان آنها را به عنوان محلول های واقعی طبقه بندی کرد. با این حال، وزن مولکولی بالای پروتئین ها به محلول های آنها ویژگی های بسیاری از سیستم های کلوئیدی می دهد:

• خواص نوری مشخصه (ماده شدن محلول ها و توانایی آنها در پراکندگی پرتوهای نور مرئی) [نمایش] .

  خواص نوری پروتئین ها. محلول‌های پروتئین‌ها، به‌ویژه آنهایی که غلیظ شده‌اند، رنگ مادی مشخصی دارند. هنگامی که محلول پروتئین به طرفین روشن می شود، پرتوهای نور در آن قابل مشاهده می شوند و یک مخروط یا نوار درخشان را تشکیل می دهند - اثر Tyndall (در محلول های پروتئینی بسیار رقیق شده، مادگی قابل مشاهده نیست و مخروط Tyndall درخشان تقریباً وجود ندارد). این اثر پراکندگی نور با پراش پرتوهای نور توسط ذرات پروتئین در محلول توضیح داده می شود. اعتقاد بر این است که در پروتوپلاسم سلول، پروتئین به شکل یک محلول کلوئیدی - یک سل است. توانایی پروتئین ها و سایر مولکول های بیولوژیکی (اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها و غیره) برای پراکندگی نور در مطالعه میکروسکوپی ساختارهای سلولی استفاده می شود: در میدان تاریک میکروسکوپ، ذرات کلوئیدی به صورت لکه های نور در سیتوپلاسم قابل مشاهده هستند.

  توانایی پراکندگی نور پروتئین ها و سایر مواد درشت مولکولی برای تعیین کمی آنها توسط نفرومتری، مقایسه شدت پراکندگی نور توسط ذرات معلق آزمایش و سل استاندارد استفاده می شود.

• سرعت انتشار کم [نمایش] .

  سرعت انتشار پایین. انتشار حرکت خود به خودی مولکول های املاح به دلیل گرادیان غلظت (از مناطق با غلظت بالا به مناطق با غلظت کم) است. پروتئین‌ها در مقایسه با مولکول‌ها و یون‌های معمولی، سرعت انتشار محدودی دارند که صدها تا هزاران بار سریع‌تر از پروتئین‌ها حرکت می‌کنند. سرعت انتشار پروتئین ها بیشتر به شکل مولکول های آنها بستگی دارد تا به وزن مولکولی آنها. پروتئین های گلوبولار در محلول های آبی متحرک تر از پروتئین های فیبریلار هستند.

  انتشار پروتئین ها برای عملکرد طبیعی سلول ضروری است. سنتز پروتئین ها در هر قسمت از سلول (جایی که ریبوزوم وجود دارد) می تواند در غیاب انتشار منجر به تجمع پروتئین ها در محل تشکیل آنها شود. توزیع درون سلولی پروتئین ها از طریق انتشار انجام می شود. از آنجایی که سرعت انتشار پروتئین کم است، سرعت فرآیندهایی را که به عملکرد پروتئین پخش کننده در ناحیه مربوطه سلول بستگی دارد، محدود می کند.

• ناتوانی در نفوذ به غشاهای نیمه تراوا [نمایش] .

  خواص اسمزی پروتئین ها. پروتئین ها به دلیل وزن مولکولی بالایی که دارند، نمی توانند از طریق غشای نیمه تراوا منتشر شوند، در حالی که مواد با وزن مولکولی کم به راحتی از چنین غشاهایی عبور می کنند. این خاصیت پروتئین ها در عمل برای خالص سازی محلول های آنها از ناخالصی های کم مولکولی استفاده می شود. این فرآیند دیالیز نامیده می شود.

  ناتوانی پروتئین ها در انتشار از طریق غشاهای نیمه تراوا باعث پدیده اسمز می شود، یعنی حرکت مولکول های آب از طریق یک غشای نیمه تراوا به داخل محلول پروتئینی. اگر محلول پروتئین توسط یک غشای سلفون از آب جدا شود، مولکول های آب در تلاش برای رسیدن به تعادل در محلول پروتئین پخش می شوند. با این حال، حرکت آب به فضایی که پروتئین در آن قرار دارد، فشار هیدرواستاتیک را در آن افزایش می دهد (فشار ستون آب) که از انتشار بیشتر مولکول های آب به پروتئین جلوگیری می کند.

  فشار یا نیرویی که برای توقف جریان اسمزی آب باید اعمال شود، فشار اسمزی نامیده می شود. فشار اسمزی در محلول های پروتئینی بسیار رقیق با غلظت مولی پروتئین و دمای مطلق متناسب است.

  غشاهای بیولوژیکی نیز نسبت به پروتئین غیرقابل نفوذ هستند، بنابراین فشار اسمزی ایجاد شده توسط پروتئین به غلظت آن در داخل و خارج سلول بستگی دارد. فشار اسمزی ناشی از پروتئین را فشار انکوتیک نیز می گویند.

• محلول های ویسکوزیته بالا [نمایش] .

  محلول های پروتئینی با ویسکوزیته بالا. ویسکوزیته بالا نه تنها برای محلول های پروتئینی، بلکه به طور کلی برای محلول های ترکیبات ماکرومولکولی معمول است. با افزایش غلظت پروتئین، ویسکوزیته محلول افزایش می یابد، زیرا نیروهای چسبندگی بین مولکول های پروتئین افزایش می یابد. ویسکوزیته به شکل مولکول ها بستگی دارد. محلول های پروتئین های فیبریلار همیشه چسبناک تر از محلول های پروتئین های کروی هستند. ویسکوزیته محلول ها به شدت تحت تأثیر دما و حضور الکترولیت ها است. با افزایش دما، ویسکوزیته محلول های پروتئینی کاهش می یابد. افزودن برخی نمک ها مانند کلسیم، با افزایش چسبندگی مولکول ها به کمک پل های کلسیمی، ویسکوزیته را افزایش می دهد. گاهی اوقات ویسکوزیته محلول پروتئین به قدری افزایش می یابد که سیالیت خود را از دست می دهد و به حالت ژل مانند می رسد.

• قابلیت ژل شدن [نمایش] .

  توانایی پروتئین ها برای تشکیل ژل. برهمکنش بین ماکرومولکول های پروتئین در محلول می تواند منجر به تشکیل شبکه های ساختاری شود که در داخل آنها مولکول های آب به دام افتاده است. چنین سیستم های ساختاری ژل یا ژله نامیده می شوند. اعتقاد بر این است که پروتئین پروتوپلاسم سلول می تواند به حالت ژل مانند منتقل شود. یک مثال معمولی - بدن یک چتر دریایی مانند یک ژله زنده است که محتوای آب آن تا 90٪ است.

  ژل‌سازی در محلول‌های پروتئین‌های فیبریلار آسان‌تر انجام می‌شود. شکل میله ای شکل آنها باعث ایجاد تماس بهتر با انتهای ماکرومولکول ها می شود. این از تمرینات روزمره به خوبی شناخته شده است. ژله های غذایی از محصولاتی (استخوان، غضروف، گوشت) حاوی مقادیر زیادی پروتئین فیبریلار تهیه می شوند.

  در روند زندگی بدن، حالت ژل مانند ساختارهای پروتئینی از اهمیت فیزیولوژیکی بالایی برخوردار است. پروتئین های کلاژن استخوان ها، تاندون ها، غضروف ها، پوست و ... استحکام، استحکام و خاصیت ارتجاعی بالایی دارند، زیرا حالت ژل مانند دارند. رسوب نمک های معدنی در طول پیری باعث کاهش سفتی و کشسانی آنها می شود. به شکل ژل مانند یا ژلاتینی، اکتومیوزین در سلول های ماهیچه ای یافت می شود که عملکرد انقباضی را انجام می دهد.

  در یک سلول زنده، فرآیندهایی شبیه انتقال سل به ژل رخ می دهد. پروتوپلاسم سلول یک مایع چسبناک سل مانند است که در آن جزایری از ساختارهای ژل مانند یافت می شود.

هیدراتاسیون پروتئین ها و عوامل موثر بر حلالیت آنها

پروتئین ها مواد آبدوست هستند. اگر یک پروتئین خشک را در آب حل کنید، ابتدا مانند هر ترکیب آبدوست با مولکولی بالا متورم می شود و سپس مولکول های پروتئین به تدریج شروع به عبور از محلول می کنند. در طول تورم، مولکول های آب به پروتئین نفوذ کرده و به گروه های قطبی آن متصل می شوند. بسته بندی متراکم زنجیره های پلی پپتیدی شل می شود. یک پروتئین متورم را می توان به عنوان محلول پشتی در نظر گرفت، یعنی محلولی از مولکول های آب در یک ماده با وزن مولکولی بالا - پروتئین. جذب بیشتر آب منجر به جدا شدن مولکول های پروتئین از کل جرم و انحلال می شود. اما تورم همیشه منجر به انحلال نمی شود. برخی از پروتئین ها مانند کلاژن پس از جذب مقدار زیادی آب متورم می مانند.

انحلال با هیدراته شدن پروتئین ها، یعنی اتصال مولکول های آب به پروتئین ها همراه است. آب هیدراته آنقدر قوی به ماکرومولکول پروتئین متصل است که جدا کردن آن دشوار است. این نشان دهنده جذب ساده نیست، بلکه اتصال الکترواستاتیکی مولکول های آب با گروه های قطبی رادیکال های جانبی اسیدهای آمینه اسیدی دارای بار منفی و اسیدهای آمینه بازی دارای بار مثبت است.

با این حال، بخشی از آب هیدراتاسیون توسط گروه های پپتیدی که پیوندهای هیدروژنی را با مولکول های آب تشکیل می دهند، محدود می شود. به عنوان مثال، پلی پپتیدها با گروه های جانبی غیر قطبی نیز متورم می شوند، یعنی آب را به هم متصل می کنند. بنابراین، مقدار زیادی آب به کلاژن متصل می شود، اگرچه این پروتئین عمدتاً حاوی اسیدهای آمینه غیر قطبی است. آب با اتصال به گروه های پپتیدی، زنجیره های پلی پپتیدی دراز را از هم جدا می کند. با این حال، پیوندهای زنجیره ای (پل ها) اجازه نمی دهند مولکول های پروتئین از یکدیگر جدا شوند و به محلول بروند. هنگامی که مواد خام حاوی کلاژن گرم می شوند، پل های زنجیره ای در رشته های کلاژن شکسته می شوند و زنجیره های پلی پپتیدی آزاد شده به محلول منتقل می شوند. این بخش از کلاژن محلول نیمه هیدرولیز شده ژلاتین نامیده می شود. ژلاتین از نظر ترکیب شیمیایی شبیه به کلاژن است، به راحتی متورم می شود و در آب حل می شود و مایعات چسبناک تشکیل می دهد. ویژگی بارز ژلاتین قابلیت ژل شدن است. محلول های آبی ژلاتین به طور گسترده در عمل پزشکی به عنوان یک عامل جایگزین پلاسما و هموستاتیک و توانایی ژل - در ساخت کپسول در عمل دارویی استفاده می شود.

عوامل موثر بر حلالیت پروتئین ها. حلالیت پروتئین های مختلف بسیار متفاوت است. با ترکیب اسید آمینه آنها (اسیدهای آمینه قطبی حلالیت بیشتری نسبت به غیرقطبی دارند)، ویژگی‌های سازمانی (پروتئین‌های کروی معمولاً بهتر از پروتئین‌های فیبریلار محلول هستند) و خواص حلال تعیین می‌شود. به عنوان مثال، پروتئین های گیاهی - پرولامین ها - در الکل 60-80٪، آلبومین ها - در آب و در محلول های نمک ضعیف حل می شوند و کلاژن و کراتین ها در اکثر حلال ها نامحلول هستند.

محلول های پروتئینی به دلیل بارگیری مولکول پروتئین و پوسته هیدراتاسیون پایدار هستند. هر ماکرومولکول یک پروتئین مجزا دارای بار کلی با همان علامت است که مانع از چسبیدن آنها به هم در محلول و رسوب می شود. هر چیزی که به حفظ بار و پوسته هیدراتاسیون کمک می کند، حلالیت پروتئین و پایداری آن در محلول را تسهیل می کند. رابطه نزدیکی بین بار یک پروتئین (یا تعداد اسیدهای آمینه قطبی موجود در آن) و هیدراتاسیون وجود دارد: هرچه اسیدهای آمینه قطبی در پروتئین بیشتر باشد، آب بیشتری متصل می شود (به ازای هر 1 گرم پروتئین). پوسته هیدراتاسیون یک پروتئین گاهی به اندازه بزرگ می رسد و آب هیدراتاسیون می تواند تا 1/5 جرم آن باشد.

درست است، برخی از پروتئین ها هیدراته تر و کمتر محلول هستند. به عنوان مثال، کلاژن بیشتر از بسیاری از پروتئین های کروی بسیار محلول به آب متصل می شود، اما حل نمی شود. حلالیت آن توسط ویژگی های ساختاری - پیوندهای متقابل بین زنجیره های پلی پپتیدی - مانع می شود. گاهی اوقات گروه های پروتئینی با بار مخالف، پیوندهای یونی (نمکی) زیادی را در یک مولکول پروتئین یا بین مولکول های پروتئین تشکیل می دهند که از تشکیل پیوند بین مولکول های آب و گروه های پروتئین باردار جلوگیری می کند. یک پدیده متناقض مشاهده می شود: گروه های آنیونی یا کاتیونی زیادی در پروتئین وجود دارد و حلالیت آن در آب کم است. پل های نمک بین مولکولی باعث می شوند که مولکول های پروتئین به هم بچسبند و رسوب کنند.

چه عوامل محیطی بر حلالیت پروتئین ها و پایداری آنها در محلول ها تأثیر می گذارد؟

• تاثیر نمک های خنثی [نمایش] .

  نمک های خنثی در غلظت های کم حلالیت را حتی آن دسته از پروتئین هایی که در آب خالص نامحلول هستند (مثلاً اوگلوبولین ها) افزایش می دهند. این به دلیل این واقعیت است که یون‌های نمک در تعامل با گروه‌های باردار مخالف مولکول‌های پروتئین، پل‌های نمک بین مولکول‌های پروتئین را از بین می‌برند. افزایش غلظت نمک ها (افزایش قدرت یونی محلول) اثر معکوس دارد (به زیر نگاه کنید - نمک زدایی).

• تاثیر pH متوسط [نمایش] .

  pH محیط بر بار پروتئین و در نتیجه حلالیت آن تأثیر می گذارد. کمترین پایداری پروتئین در حالت ایزوالکتریک است، یعنی زمانی که بار کل آن صفر باشد. حذف بار به مولکول های پروتئین اجازه می دهد تا به راحتی به یکدیگر نزدیک شوند، به هم بچسبند و رسوب کنند. این بدان معنی است که حلالیت و پایداری پروتئین در pH مربوط به نقطه ایزوالکتریک پروتئین حداقل خواهد بود.

• اثر دما [نمایش] .

  هیچ رابطه دقیقی بین دما و ماهیت حلالیت پروتئین وجود ندارد. برخی از پروتئین ها (گلوبولین ها، پپسین، فسفوریلاز عضلانی) در محلول های آبی یا نمکی با افزایش دما بهتر حل می شوند. بقیه (آلدولاز عضلانی، هموگلوبین و غیره) بدتر هستند.

• تاثیر پروتئین با بار متفاوت [نمایش] .

  اگر پروتئینی که پلی کاتیون (پروتئین پایه) است به محلولی از پروتئینی که پلی آنیون (پروتئین اسیدی) است اضافه شود، آنگاه توده هایی تشکیل می دهند. در این حالت، پایداری ناشی از خنثی شدن بارها از بین می رود و پروتئین ها رسوب می کنند. گاهی از این ویژگی برای جداسازی پروتئین مورد نظر از مخلوطی از پروتئین ها استفاده می شود.

نمک زدن

محلول های نمک های خنثی به طور گسترده ای نه تنها برای افزایش حلالیت یک پروتئین، به عنوان مثال، هنگام جداسازی آن از مواد بیولوژیکی، بلکه برای رسوب انتخابی پروتئین های مختلف، به عنوان مثال، شکنش آنها استفاده می شود. فرآیند رسوب پروتئین ها توسط محلول های نمکی خنثی را نمک زدایی می گویند. یکی از ویژگی های پروتئین های به دست آمده از نمک این است که آنها خواص بیولوژیکی بومی خود را پس از حذف نمک حفظ می کنند.

مکانیسم نمک زدایی به این صورت است که آنیون ها و کاتیون های اضافه شده محلول نمک، پوسته هیدراتاسیون پروتئین ها را که یکی از عوامل پایداری آن است، از بین می برد. احتمالاً خنثی سازی بارهای پروتئینی توسط یون های نمک به طور همزمان اتفاق می افتد که به رسوب پروتئین ها نیز کمک می کند.

توانایی نمک زدایی در آنیون های نمکی بارزتر است. با توجه به قدرت عمل نمک زدایی، آنیون ها و کاتیون ها در ردیف های زیر قرار می گیرند:

• SO 4 2-> C 6 H 5 O 7 3-> CH 3 COO - > Cl - > NO 3 - > Br - > I - > CNS -
• Li + > Na + > K + > Pb + > Cs +

به این سری ها لیوتروپیک می گویند.

سولفات ها در این سری اثر نمک زدایی قوی دارند. در عمل، سولفات سدیم و آمونیوم اغلب برای نمک زدن پروتئین ها استفاده می شود. علاوه بر نمک ها، پروتئین ها با عوامل حذف کننده آب آلی (اتانول، استون، متانول و غیره) رسوب می کنند. در واقع این همان نمک زدن است.

نمک زدایی به طور گسترده ای برای جداسازی و خالص سازی پروتئین ها استفاده می شود، زیرا بسیاری از پروتئین ها از نظر اندازه پوسته هیدراتاسیون و میزان بارهایشان متفاوت هستند. هر یک از آنها منطقه نمکی مخصوص به خود را دارند، به عنوان مثال، غلظت نمکی که اجازه دهیدراته شدن و رسوب پروتئین را می دهد. پس از حذف عامل نمک زدایی، پروتئین تمام خواص و عملکرد طبیعی خود را حفظ می کند.

دناتوره سازی (دناتوره سازی) و دناتوراسیون (نوسازی)

تحت تأثیر مواد مختلف که بالاترین سطوح سازماندهی مولکول پروتئین (ثانویه، سوم، چهارم) را نقض می کنند و در عین حال ساختار اولیه را حفظ می کنند، پروتئین خواص فیزیکوشیمیایی و مهمتر از همه بیولوژیکی خود را از دست می دهد. این پدیده دناتوراسیون (دناتوره شدن) نامیده می شود. این ویژگی فقط برای مولکول هایی است که دارای یک سازمان فضایی پیچیده هستند. پپتیدهای مصنوعی و طبیعی قادر به دناتوره شدن نیستند.

در طول دناتوره شدن، پیوندهایی که ساختارهای چهارم، سوم و حتی ثانویه را تثبیت می کنند، شکسته می شوند. زنجیره پلی پپتیدی یا به صورت تا نشده یا به شکل یک سیم پیچ تصادفی باز می شود و در محلول قرار می گیرد. در این حالت پوسته هیدراتاسیون از بین می رود و پروتئین رسوب می کند. با این حال، پروتئین دناتوره شده رسوب‌شده با همان پروتئینی که با نمک‌زدایی رسوب می‌کند متفاوت است، زیرا در حالت اول ویژگی‌های اصلی خود را از دست می‌دهد، در حالی که در حالت دوم حفظ می‌شود. این نشان می دهد که مکانیسم اثر موادی که باعث دناتوره شدن و نمک زدایی می شوند متفاوت است. در حین نمک‌زدایی، ساختار بومی پروتئین حفظ می‌شود و در طی دناتوره شدن از بین می‌رود.

عوامل دناتوره کننده به دو دسته تقسیم می شوند

• فیزیکی [نمایش] .

  عوامل فیزیکی عبارتند از: دما، فشار، ضربه مکانیکی، امواج فراصوت و یونیزان.

  دناتوره‌سازی حرارتی پروتئین‌ها بیشترین مطالعه‌شده‌ترین فرآیند است. این یکی از ویژگی های مشخصه پروتئین ها در نظر گرفته شد. از قدیم شناخته شده است که هنگام گرم شدن، پروتئین منعقد می شود (منعقد می شود) و رسوب می کند. بیشتر پروتئین ها قابل انعطاف هستند، اما پروتئین ها در برابر گرما بسیار مقاوم هستند. به عنوان مثال، تریپسین، کیموتریپسین، لیزوزیم، برخی از پروتئین های غشای بیولوژیکی. پروتئین های باکتری هایی که در چشمه های آب گرم زندگی می کنند به ویژه در برابر دما مقاوم هستند. بدیهی است که در پروتئین های مقاوم در برابر حرارت، حرکت حرارتی زنجیره های پلی پپتیدی ناشی از حرارت دادن برای شکستن پیوندهای داخلی مولکول های پروتئین کافی نیست. در نقطه ایزوالکتریک، پروتئین ها با حرارت راحت تر دناتوره می شوند. این تکنیک در کارهای عملی استفاده می شود. از سوی دیگر، برخی از پروتئین ها در دماهای پایین دناتوره می شوند.

• شیمیایی [نمایش] .

  عوامل شیمیایی که باعث دناتوره شدن می شوند عبارتند از: اسیدها و قلیاها، حلال های آلی (الکل، استون)، مواد شوینده (مواد شوینده)، برخی آمیدها (اوره، نمک های گوانیدین و غیره)، آلکالوئیدها، فلزات سنگین (نمک های جیوه، مس، باریم، روی). ، کادمیوم و غیره). مکانیسم عمل دناتوره کننده مواد شیمیایی به خواص فیزیکوشیمیایی آنها بستگی دارد.

  اسیدها و قلیاها به طور گسترده به عنوان رسوب دهنده پروتئین استفاده می شوند. بسیاری از پروتئین ها در مقادیر شدید pH زیر 2 یا بالاتر از 10-11 دناتوره می شوند. اما برخی از پروتئین ها در برابر اسیدها و قلیاها مقاوم هستند. برای مثال، هیستون‌ها و پروتامین‌ها حتی در pH 2 یا pH 10 دناتوره نمی‌شوند. محلول‌های قوی اتانول و استون نیز اثر دناتوره‌کنندگی روی پروتئین‌ها دارند، اگرچه برای برخی از پروتئین‌ها از این حلال‌های آلی به عنوان عوامل نمک‌زدایی استفاده می‌شود.

  فلزات سنگین، آلکالوئیدها به مدت طولانی به عنوان رسوب کننده استفاده می شوند. آنها پیوندهای قوی با گروه های قطبی پروتئین ها تشکیل می دهند و در نتیجه سیستم پیوندهای هیدروژنی و یونی را می شکنند.

  توجه ویژه ای باید به نمک های اوره و گوانیدین شود که در غلظت های بالا (برای اوره 8 مول در لیتر، برای گوانیدین هیدروکلراید 2 مول در لیتر) با گروه های پپتیدی برای تشکیل پیوندهای هیدروژنی رقابت می کنند. در نتیجه، تجزیه به زیر واحدها در پروتئین هایی با ساختار چهارتایی و سپس باز شدن زنجیره های پلی پپتیدی رخ می دهد. این خاصیت اوره به قدری چشمگیر است که به طور گسترده برای اثبات وجود ساختار پروتئینی چهارتایی و اهمیت سازماندهی ساختاری آن در اجرای یک عملکرد فیزیولوژیکی استفاده می شود.

خواص پروتئین های دناتوره شده . معمولی ترین برای پروتئین های دناتوره شده ویژگی های زیر است.

• افزایش تعداد گروه های فعال یا عاملی در مقایسه با مولکول پروتئین بومی (گروه های عملکردی گروه هایی از رادیکال های جانبی اسیدهای آمینه هستند: COOH، NH 2، SH، OH). برخی از این گروه ها معمولاً در داخل مولکول پروتئین قرار دارند و توسط معرف های خاصی شناسایی نمی شوند. باز شدن زنجیره پلی پپتیدی در طول دناتوره شدن این گروه های اضافی یا پنهان را نشان می دهد.
• کاهش حلالیت و رسوب پروتئین (مرتبط با از دست دادن پوسته هیدراتاسیون، باز شدن مولکول پروتئین با قرار گرفتن در معرض رادیکال های آبگریز و خنثی شدن بارهای گروه های قطبی).
• تغییر در پیکربندی یک مولکول پروتئین.
• از دست دادن فعالیت بیولوژیکی ناشی از نقض سازمان ساختاری بومی مولکول.
• برش آسان‌تر توسط آنزیم‌های پروتئولیتیک در مقایسه با پروتئین بومی، انتقال یک ساختار بومی فشرده به شکل شل باز شده، دسترسی آنزیم‌ها به پیوندهای پپتیدی پروتئین را تسهیل می‌کند که آنها را از بین می‌برد.

کیفیت دوم پروتئین دناتوره شده به طور گسترده ای شناخته شده است. فرآوری حرارتی یا سایر فرآورده های حاوی پروتئین (عمدتاً گوشت) با کمک آنزیم های پروتئولیتیک دستگاه گوارش به هضم بهتر آنها کمک می کند. در معده انسان و حیوانات، یک عامل دناتوره کننده طبیعی - اسید کلریدریک تولید می شود که با دناتوره کردن پروتئین ها، به تجزیه آنها توسط آنزیم ها کمک می کند. با این حال، وجود اسید هیدروکلریک و آنزیم های پروتئولیتیک اجازه استفاده از داروهای پروتئینی را از طریق دهان نمی دهد، زیرا آنها دناتوره شده و بلافاصله تقسیم می شوند و فعالیت بیولوژیکی خود را از دست می دهند.

همچنین خاطرنشان می‌کنیم که مواد دناتوره‌کننده که پروتئین‌ها را رسوب می‌دهند، در عمل بیوشیمیایی برای اهداف دیگری به جز نمک‌زدایی استفاده می‌شوند. نمک زدایی به عنوان یک تکنیک برای جداسازی یک پروتئین خاص یا گروهی از پروتئین ها استفاده می شود و از دناتوره کردن برای آزاد کردن مخلوطی از هر ماده از پروتئین استفاده می شود. با حذف پروتئین می توان محلول بدون پروتئین به دست آورد یا اثر این پروتئین را از بین برد.

از دیرباز اعتقاد بر این بود که دناتوره شدن غیرقابل برگشت است. با این حال، در برخی موارد، حذف عامل دناتوره کننده (این گونه آزمایش ها با استفاده از اوره انجام شد) فعالیت بیولوژیکی پروتئین را بازیابی می کند. فرآیند بازیابی خواص فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی یک پروتئین دناتوره شده را renaturation یا renativation می نامند. اگر پروتئین دناتوره شده (پس از حذف مواد دناتوره کننده) خود را مجدداً در ساختار اصلی سازماندهی کند، فعالیت بیولوژیکی آن احیا می شود.

صفحه 4

کل صفحات: 7

5. عملکرد تنظیمی. پروتئین ها عملکرد مواد سیگنال دهنده را انجام می دهند - برخی از هورمون ها، هیستوهورمون ها و انتقال دهنده های عصبی، گیرنده هایی برای سیگنال دادن به مواد از هر ساختاری هستند، انتقال سیگنال بیشتر را در زنجیره های سیگنالینگ بیوشیمیایی سلول فراهم می کنند. به عنوان مثال می توان به هورمون رشد سوماتوتروپین، هورمون انسولین، گیرنده های H- و M-کولینرژیک اشاره کرد.

6. عملکرد موتور. با کمک پروتئین ها، فرآیندهای انقباض و سایر حرکت های بیولوژیکی انجام می شود. به عنوان مثال می توان به توبولین، اکتین، میوزین اشاره کرد.

7. عملکرد یدکی. گیاهان حاوی پروتئین های ذخیره ای هستند که مواد مغذی با ارزشی هستند؛ در حیوانات، پروتئین های ماهیچه ای به عنوان مواد مغذی ذخیره ای عمل می کنند که در مواقع اضطراری بسیج می شوند.

پروتئین ها با حضور چندین سطح سازمان ساختاری مشخص می شوند.

ساختار اولیهپروتئین دنباله ای از بقایای اسید آمینه در یک زنجیره پلی پپتیدی است. پیوند پپتیدی یک پیوند کربوکسامیدی بین گروه آلفا کربوکسیل یک اسید آمینه و گروه α-آمینه یک اسید آمینه دیگر است.

آلانیل فنیل آلانیل سیستیل پرولین

U n پیوند اپتیدیچندین ویژگی وجود دارد:

الف) به طور رزونانسی تثبیت شده است و بنابراین عملاً در همان صفحه قرار دارد - مسطح است. چرخش حول پیوند C-N به انرژی زیادی نیاز دارد و دشوار است.

ب) پیوند -CO-NH- ویژگی خاصی دارد، کمتر از معمولی است، اما بیش از دو برابر است، یعنی توتومریسم کتوئنول وجود دارد:

ج) جانشین ها در رابطه با پیوند پپتیدی هستند ترنس-موقعیت؛

د) ستون فقرات پپتیدی توسط زنجیره های جانبی با طبیعت مختلف احاطه شده است، در تعامل با مولکول های حلال اطراف، گروه های کربوکسیل آزاد و آمینو یونیزه می شوند و مراکز کاتیونی و آنیونی مولکول پروتئین را تشکیل می دهند. بسته به نسبت آنها، مولکول پروتئین بار مثبت یا منفی کلی دریافت می کند و همچنین با رسیدن به نقطه ایزوالکتریک پروتئین، با یک یا مقدار pH دیگر محیط مشخص می شود. رادیکال ها نمک، اتر، پل های دی سولفیدی را در داخل مولکول پروتئین تشکیل می دهند و همچنین محدوده واکنش های ذاتی پروتئین ها را تعیین می کنند.

در حال حاضرموافقت شد که پلیمرهای متشکل از 100 یا بیشتر باقی مانده اسید آمینه به عنوان پروتئین، پلیمرهای متشکل از 50-100 باقی مانده اسید آمینه به عنوان پلی پپتید و پلیمرهای متشکل از کمتر از 50 باقی مانده اسید آمینه به عنوان پپتید با وزن مولکولی کم در نظر گرفته شوند.

مقداری وزن مولکولی کمپپتیدها نقش بیولوژیکی مستقلی دارند. نمونه هایی از برخی از این پپتیدها:

گلوتاتیون - γ-glu-cis-gli - یکاز گسترده ترین پپتیدهای داخل سلولی، در فرآیندهای ردوکس در سلول ها و انتقال اسیدهای آمینه از طریق غشاهای بیولوژیکی شرکت می کند.

کارنوزین - β-آلا-گیس - پپتید،موجود در ماهیچه های حیوانات، محصولات پراکسیداسیون لیپیدی را از بین می برد، تجزیه کربوهیدرات ها را در ماهیچه ها تسریع می کند و در متابولیسم انرژی در عضلات به شکل فسفات نقش دارد.

وازوپرسین هورمونی از غده هیپوفیز خلفی است که در تنظیم متابولیسم آب بدن نقش دارد:

فالویدین- پلی پپتید سمی مگس آگاریک در غلظت های ناچیز به دلیل آزاد شدن آنزیم ها و یون های پتاسیم از سلول ها باعث مرگ بدن می شود:

گرامیسیدین - آنتی بیوتیکبا اثر بر بسیاری از باکتری های گرم مثبت، نفوذپذیری غشاهای بیولوژیکی برای ترکیبات با وزن مولکولی کم را تغییر داده و باعث مرگ سلولی می شود:

ملاقات کرد-enkephalin - thyr-gli-gli-fen-met - یک پپتید سنتز شده در نورون ها و تسکین درد.

ساختار ثانویه یک پروتئین- این یک ساختار فضایی ناشی از برهمکنش بین گروه های عملکردی ستون فقرات پپتیدی است.

زنجیره پپتیدی شاملبسیاری از گروه های CO و NH از پیوندهای پپتیدی، که هر کدام به طور بالقوه قادر به شرکت در تشکیل پیوندهای هیدروژنی هستند. دو نوع ساختار اصلی وجود دارد که اجازه می دهد این اتفاق بیفتد: مارپیچ α، که در آن زنجیره مانند سیم تلفن سیم پیچ می شود، و ساختار β- پلیسه، که در آن بخش های کشیده از یک یا چند زنجیره در کنار هم قرار گرفته اند. هر دوی این ساختارها بسیار پایدار هستند.

α-Helix مشخص می شودبسته بندی بسیار متراکم زنجیره پلی پپتیدی پیچ خورده، برای هر چرخش مارپیچ سمت راست 3.6 باقیمانده اسید آمینه وجود دارد که رادیکال های آن همیشه به سمت بیرون و کمی به سمت عقب هدایت می شوند، یعنی به ابتدای زنجیره پلی پپتیدی.

ویژگی های اصلی مارپیچ α:

1) مارپیچ α با پیوندهای هیدروژنی بین اتم هیدروژن در نیتروژن گروه پپتید و اکسیژن کربونیل باقیمانده، چهار موقعیت دورتر از مورد داده شده در طول زنجیره، تثبیت می شود.

2) همه گروه های پپتیدی در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت می کنند که حداکثر پایداری مارپیچ α را تضمین می کند.

3) تمام اتم های نیتروژن و اکسیژن گروه های پپتیدی در تشکیل پیوندهای هیدروژنی نقش دارند که به طور قابل توجهی آب دوستی مناطق α-مارپیچ را کاهش می دهد و آب گریزی آنها را افزایش می دهد.

4) α-مارپیچ به طور خود به خود تشکیل می شود و پایدارترین ترکیب زنجیره پلی پپتیدی است که مربوط به حداقل انرژی آزاد است.

5) در زنجیره پلی پپتیدی اسیدهای آمینه L، مارپیچ سمت راست، که معمولاً در پروتئین ها یافت می شود، بسیار پایدارتر از مارپیچ سمت چپ است.

امکان تشکیل مارپیچ αبه دلیل ساختار اولیه پروتئین. برخی از اسیدهای آمینه از پیچ خوردگی ستون فقرات پپتیدی جلوگیری می کنند. به عنوان مثال، گروه های کربوکسیل مجاور گلوتامات و آسپارتات به طور متقابل یکدیگر را دفع می کنند که از تشکیل پیوندهای هیدروژنی در مارپیچ α جلوگیری می کند. به همین دلیل، مارپیچ زنجیره ای در مکان های با بار مثبت لیزین و باقی مانده های آرژنین که نزدیک به یکدیگر قرار دارند دشوار است. با این حال، پرولین بیشترین نقش را در شکستن مارپیچ α ایفا می کند. اولاً در پرولین، اتم نیتروژن بخشی از یک حلقه صلب است که از چرخش حول پیوند N-C جلوگیری می کند و ثانیاً پرولین به دلیل عدم وجود هیدروژن در اتم نیتروژن پیوند هیدروژنی تشکیل نمی دهد.

بتا فولدینگ یک ساختار لایه لایه استتوسط پیوندهای هیدروژنی بین قطعات پپتیدی که به طور خطی مرتب شده اند تشکیل می شود. هر دو زنجیره ممکن است مستقل باشند یا متعلق به یک مولکول پلی پپتیدی باشند. اگر زنجیره ها در یک جهت قرار گیرند، چنین ساختار β موازی نامیده می شود. در مورد خلاف جهت زنجیرها، یعنی زمانی که انتهای N یک زنجیره با انتهای C زنجیره دیگر منطبق باشد، ساختار β را پاد موازی می نامند. از نظر انرژی، تاشوی ضد موازی β با پل های هیدروژنی تقریباً خطی ارجح تر است.

تاشو موازی بتا ضد موازی

برخلاف α-مارپیچبا پیوندهای هیدروژنی اشباع شده، هر بخش از زنجیره β-تاشونده برای تشکیل پیوندهای هیدروژنی اضافی باز است. رادیکال های جانبی اسید آمینه تقریباً عمود بر صفحه برگ، به طور متناوب بالا و پایین جهت گیری می کنند.

جایی که زنجیره پپتیدی استکاملاً تند خم می شود، اغلب یک حلقه β پیدا می شود. این قطعه کوتاهی است که در آن 4 باقیمانده اسید آمینه 180 درجه خم شده و توسط یک پل هیدروژنی بین باقی مانده های اول و چهارم تثبیت شده است. رادیکال های اسید آمینه بزرگ در تشکیل حلقه β دخالت می کنند، بنابراین اغلب شامل کوچکترین اسید آمینه، گلیسین است.

ساختار پروتئین فوق ثانویه- این ترتیب خاصی از تناوب ساختارهای ثانویه است. دامنه به عنوان بخش جداگانه ای از یک مولکول پروتئین درک می شود که دارای درجه خاصی از استقلال ساختاری و عملکردی است. اکنون دامنه ها به عنوان عناصر اساسی ساختار مولکول های پروتئین در نظر گرفته می شوند و نسبت و ماهیت چیدمان مارپیچ های α و لایه های β بیشتر از مقایسه ساختارهای اولیه برای درک تکامل مولکول های پروتئین و روابط فیلوژنتیکی فراهم می کند.

هدف اصلی تکامل استساخت پروتئین های جدید شانس بی نهایت کوچکی برای سنتز چنین توالی اسید آمینه به طور تصادفی وجود دارد که شرایط بسته بندی را برآورده کند و انجام وظایف عملکردی را تضمین کند. بنابراین، اغلب پروتئین هایی با عملکردهای متفاوت، اما از نظر ساختار به حدی مشابه وجود دارند که به نظر می رسد اجداد مشترکی داشته یا از یکدیگر تکامل یافته اند. به نظر می رسد که تکامل، در مواجهه با نیاز به حل یک مشکل خاص، ترجیح می دهد ابتدا پروتئین ها را برای این کار طراحی نکند، بلکه ساختارهای از قبل به خوبی تثبیت شده را برای این کار تطبیق دهد و آنها را برای اهداف جدید تطبیق دهد.

چند نمونه از ساختارهای فوق ثانویه که اغلب تکرار می شوند:

1) αα' - پروتئین هایی که فقط حاوی α-مارپیچ (میوگلوبین، هموگلوبین) هستند.

2) ββ' - پروتئین هایی که فقط دارای ساختارهای β هستند (ایمونوگلوبولین ها، سوپراکسید دیسموتاز).

3) βαβ' - ساختار بشکه β، هر لایه β در داخل بشکه قرار دارد و با یک مارپیچ α واقع در سطح مولکول (تریوز فسفو ایزومراز، لاکتات دهیدروژناز) همراه است.

4) "انگشت روی" - یک قطعه پروتئین متشکل از 20 باقی مانده اسید آمینه، اتم روی با دو باقی مانده سیستئین و دو باقی مانده هیستیدین همراه است، در نتیجه یک "انگشت" از حدود 12 باقی مانده اسید آمینه، می تواند به تنظیم کننده متصل شود. نواحی مولکول DNA؛

5) "زیپ لوسین" - پروتئین های متقابل دارای یک ناحیه مارپیچ α حاوی حداقل 4 باقی مانده لوسین هستند، آنها در فاصله 6 اسید آمینه از یکدیگر قرار دارند، یعنی در سطح هر ثانیه قرار دارند و می توانند آبگریز ایجاد کنند. با باقی مانده های لوسین پروتئین دیگری پیوند می زند. برای مثال، با کمک زیپ‌های لوسین، مولکول‌های پروتئین‌های هیستون قویاً پایه را می‌توان در کمپلکس‌هایی ترکیب کرد و بر بار مثبت غلبه کرد.

ساختار سوم پروتئین- این آرایش فضایی مولکول پروتئین است که توسط پیوندهای بین رادیکال های جانبی اسیدهای آمینه تثبیت می شود.

انواع پیوندهایی که ساختار سوم پروتئین را تثبیت می کنند:

الکترواستاتیک هیدروژن هیدروفوبیک دی سولفید برهمکنش پیوندها برهمکنش پیوندها

بسته به تا شدنپروتئین های ساختار سوم را می توان به دو نوع اصلی - فیبریلار و کروی طبقه بندی کرد.

پروتئین های فیبریلار- مولکول های رشته ای بلند نامحلول در آب که زنجیره های پلی پپتیدی آن ها در امتداد یک محور کشیده شده اند. اینها عمدتاً پروتئین های ساختاری و انقباضی هستند. چند نمونه از رایج ترین پروتئین های فیبریلار عبارتند از:

1. α-کراتین ها توسط سلول های اپیدرمی سنتز می شود. آنها تقریباً تمام وزن خشک مو، پشم، پر، شاخ، ناخن، پنجه، سوزن، فلس، سم و پوسته لاک پشت و همچنین بخش قابل توجهی از وزن لایه بیرونی پوست را تشکیل می دهند. این یک خانواده کامل از پروتئین ها است، آنها از نظر ترکیب اسید آمینه مشابه هستند، حاوی بسیاری از باقی مانده های سیستئین هستند و آرایش فضایی یکسانی از زنجیره های پلی پپتیدی دارند.

در سلول های مو، زنجیره های پلی پپتیدی کراتینابتدا به صورت الیافی سازماندهی می شوند که از آنها ساختارهایی مانند یک طناب یا یک کابل پیچ خورده تشکیل می شود که در نهایت کل فضای سلول را پر می کند. در همان زمان، سلول های مو صاف می شوند و در نهایت می میرند و دیواره های سلولی یک غلاف لوله ای در اطراف هر مو تشکیل می دهند که به آن کوتیکول می گویند. در α-کراتین، زنجیره‌های پلی پپتیدی به شکل یک مارپیچ α هستند که به دور یکدیگر به یک کابل سه هسته‌ای با تشکیل پیوندهای متقاطع دی سولفیدی پیچیده می‌شوند.

باقی مانده های ترمینال N قرار دارنددر یک طرف (موازی). کراتین ها به دلیل غلبه اسیدهای آمینه با رادیکال های جانبی غیرقطبی در ترکیب خود در آب نامحلول هستند که به سمت فاز آبی تبدیل می شوند. در حین پرم فرآیندهای زیر رخ می دهد: ابتدا پل های دی سولفیدی با احیا با تیول ها از بین می روند و سپس زمانی که مو شکل لازم را به دست می دهد با حرارت دادن خشک می شود در حالی که در اثر اکسیداسیون با اکسیژن هوا پل های دی سولفیدی جدید ایجاد می شود. که شکل مدل مو را حفظ می کند.

2. بتا کراتین ها. اینها شامل فیبروئین ابریشم و تار عنکبوت است. آنها لایه های بتا تا شده ضد موازی با غلبه گلیسین، آلانین و سرین در ترکیب هستند.

3. کلاژن. رایج ترین پروتئین در حیوانات عالی و پروتئین فیبریلار اصلی بافت همبند. کلاژن در فیبروبلاست‌ها و سلول‌های غضروفی - سلول‌های بافت همبند تخصصی سنتز می‌شود و سپس از آن خارج می‌شود. فیبرهای کلاژن در پوست، تاندون ها، غضروف ها و استخوان ها یافت می شوند. آنها کشش ندارند، از نظر استحکام از سیم فولادی فراتر می روند، فیبرهای کلاژن با خط عرضی مشخص می شوند.

وقتی در آب جوشانده شود فیبری استکلاژن نامحلول و غیر قابل هضم در اثر هیدرولیز برخی پیوندهای کووالانسی به ژلاتین تبدیل می شود. کلاژن حاوی 35٪ گلیسین، 11٪ آلانین، 21٪ پرولین و 4-هیدروکسی پرولین (اسید آمینه ای است که فقط در کلاژن و الاستین یافت می شود). این ترکیب ارزش غذایی نسبتا پایین ژلاتین را به عنوان پروتئین غذایی تعیین می کند. فیبرهای کلاژن از زیر واحدهای پلی پپتیدی تکراری به نام تروپوکلاژن ساخته شده اند. این زیر واحدها در امتداد فیبریل به شکل دسته های موازی به صورت سر به دم قرار گرفته اند. جابجایی سرها خط عرضی مشخصه را نشان می دهد. حفره های موجود در این ساختار، در صورت لزوم، می توانند به عنوان محلی برای رسوب کریستال های هیدروکسی آپاتیت Ca 5 (OH) (PO 4) 3 عمل کنند که نقش مهمی در معدنی شدن استخوان ایفا می کند.

زیر واحدهای تروپوکلاژن هستنداز سه زنجیره پلی پپتیدی، به شکل یک طناب سه هسته ای، به طور محکم پیچ خورده، متفاوت از کراتین های α و β. در برخی کلاژن ها، هر سه زنجیره دارای توالی اسید آمینه یکسانی هستند، در حالی که در برخی دیگر فقط دو زنجیره یکسان هستند و زنجیره سوم با آنها متفاوت است. زنجیره پلی پپتیدی تروپوکلاژن یک مارپیچ چپ را تشکیل می دهد که در هر نوبت فقط سه اسید آمینه باقی مانده به دلیل خمش های زنجیره ای ناشی از پرولین و هیدروکسی پرولین است. سه زنجیره، علاوه بر پیوندهای هیدروژنی، توسط یک پیوند کووالانسی که بین دو باقیمانده لیزین واقع در زنجیره‌های مجاور تشکیل شده است، به هم متصل می‌شوند:

هر چه بزرگتر می شویمتعداد فزاینده ای از پیوندهای متقاطع در داخل و بین زیر واحدهای تروپوکلاژن ایجاد می شود که فیبرهای کلاژن را سفت و شکننده تر می کند و این باعث تغییر خواص مکانیکی غضروف و تاندون ها، شکننده تر شدن استخوان ها و کاهش شفافیت قرنیه می شود. چشم.

4. الاستین. موجود در بافت الاستیک زرد رباط ها و لایه الاستیک بافت همبند در دیواره عروق بزرگ. زیرواحد اصلی فیبرهای الاستین تروپولاستین است. الاستین غنی از گلیسین و آلانین است، حاوی مقدار زیادی لیزین و پرولین کمی است. بخش های مارپیچ الاستین زمانی که کشیده می شوند کشیده می شوند، اما با برداشتن بار به طول اولیه خود باز می گردند. بقایای لیزین چهار زنجیره مختلف با یکدیگر پیوندهای کووالانسی ایجاد می کنند و به الاستین اجازه می دهند تا به طور برگشت پذیر در همه جهات کشیده شود.

پروتئین های کروی- پروتئین ها، زنجیره پلی پپتیدی که به شکل یک گلبول فشرده تا شده است، قادر به انجام عملکردهای گسترده ای هستند.

ساختار سوم پروتئین های کرویدر نظر گرفتن مثال میوگلوبین راحت تر است. میوگلوبین یک پروتئین نسبتاً کوچک متصل به اکسیژن است که در سلول های ماهیچه ای یافت می شود. اکسیژن محدود را ذخیره می کند و انتقال آن به میتوکندری را افزایش می دهد. مولکول میوگلوبین شامل یک زنجیره پلی پپتیدی و یک هموگروه (هم) است - مجموعه ای از پروتوپورفیرین با آهن.

خواص اساسی میوگلوبین:

الف) مولکول میوگلوبین به قدری فشرده است که تنها 4 مولکول آب می توانند درون آن قرار بگیرند.

ب) تمام باقی مانده های اسید آمینه قطبی، به استثنای دو مورد، در سطح خارجی مولکول قرار دارند و همه آنها در حالت هیدراته هستند.

ج) بیشتر بقایای اسید آمینه آبگریز در داخل مولکول میوگلوبین قرار دارند و بنابراین از تماس با آب محافظت می شوند.

د) هر یک از چهار باقیمانده پرولین در مولکول میوگلوبین در خم زنجیره پلی پپتیدی قرار دارند، باقیمانده های سرین، ترئونین و آسپاراژین در سایر نقاط خم قرار دارند، زیرا اگر چنین اسیدهای آمینه ای از تشکیل مارپیچ α جلوگیری می کنند. آنها با یکدیگر هستند;

ه) یک هموگروه مسطح در یک حفره (جیب) در نزدیکی سطح مولکول قرار دارد، اتم آهن دارای دو پیوند هماهنگی است که عمود بر صفحه هم قرار دارند، یکی از آنها به باقیمانده هیستیدین 93 متصل است و دیگری برای اتصال عمل می کند. مولکول اکسیژن

شروع از ساختار سوم پروتئینقادر به انجام وظایف بیولوژیکی خود می شود. عملکرد پروتئین ها بر این واقعیت استوار است که وقتی ساختار سوم روی سطح پروتئین قرار می گیرد، مکان هایی تشکیل می شود که می توانند مولکول های دیگری را که لیگاند نامیده می شوند به خود متصل کنند. ویژگی بالای برهمکنش پروتئین با لیگاند با مکمل بودن ساختار مرکز فعال با ساختار لیگاند فراهم می شود. مکمل بودن تطابق مکانی و شیمیایی سطوح در حال تعامل است. برای اکثر پروتئین ها، ساختار سوم حداکثر سطح چین خوردگی است.

ساختار پروتئین کواترنر- مشخصه پروتئین های متشکل از دو یا چند زنجیره پلی پپتیدی که منحصراً توسط پیوندهای غیر کووالانسی، عمدتاً الکترواستاتیک و هیدروژن به هم متصل شده اند. اغلب پروتئین ها حاوی دو یا چهار زیر واحد هستند، بیش از چهار زیر واحد معمولاً حاوی پروتئین های تنظیم کننده هستند.

پروتئین هایی که ساختار چهارتایی دارنداغلب به عنوان الیگومریک شناخته می شوند. بین پروتئین های همومریک و هترومری تمایز قائل شوید. پروتئین های هومری پروتئین هایی هستند که در آنها همه زیرواحدها ساختار یکسانی دارند، به عنوان مثال، آنزیم کاتالاز از چهار زیر واحد کاملاً یکسان تشکیل شده است. پروتئین های هترومریک زیر واحدهای مختلفی دارند، به عنوان مثال، آنزیم RNA پلیمراز از پنج زیر واحد با ساختار متفاوت تشکیل شده است که عملکردهای متفاوتی را انجام می دهند.

تعامل تک واحدیبا یک لیگاند خاص باعث تغییرات ساختاری در کل پروتئین الیگومری و تغییر میل ترکیبی سایر زیر واحدها برای لیگاندها می شود، این ویژگی زیربنای توانایی پروتئین های الیگومری برای تنظیم آلوستریک است.

ساختار چهارتایی یک پروتئین را می توان در نظر گرفت b به عنوان مثال هموگلوبین. این شامل چهار زنجیره پلی پپتیدی و چهار گروه پروتز هِم است که در آن اتم های آهن به شکل آهنی Fe 2+ هستند. بخش پروتئینی مولکول - گلوبین - از دو زنجیره α و دو زنجیره β تشکیل شده است که تا 70٪ آلفا مارپیچ را شامل می شود. هر یک از چهار زنجیره دارای یک ساختار سوم مشخصه هستند و یک هموگروه با هر زنجیره مرتبط است. هِم های زنجیره های مختلف فاصله نسبتاً زیادی با هم دارند و زوایای تمایل متفاوتی دارند. تعداد کمی تماس مستقیم بین دو زنجیره α و دو زنجیره β ایجاد می‌شود، در حالی که تماس‌های متعددی از نوع α1β1 و α2β2 که توسط رادیکال‌های آبگریز تشکیل شده‌اند، بین زنجیره‌های α و β تشکیل می‌شوند. یک کانال بین α 1 β 1 و α 2 β 2 باقی می ماند.

بر خلاف میوگلوبینهموگلوبین مشخص شده استمیل ترکیبی به میزان قابل توجهی برای اکسیژن، که به آن اجازه می دهد در فشارهای جزئی کم اکسیژن موجود در بافت ها، بخش قابل توجهی از اکسیژن محدود را به آنها بدهد. اکسیژن به راحتی توسط آهن هموگلوبین در مقادیر pH بالاتر و غلظت CO 2 پایین، مشخصه آلوئول های ریه، محدود می شود. آزادسازی اکسیژن از هموگلوبین با مقادیر pH پایین و غلظت بالای CO 2 ذاتی در بافت ها مورد علاقه است.

هموگلوبین علاوه بر اکسیژن حامل یون های هیدروژن است.که به باقی مانده های هیستیدین در زنجیره ها متصل می شوند. هموگلوبین حامل دی اکسید کربن است که به گروه آمینه انتهایی هر یک از چهار زنجیره پلی پپتیدی متصل می شود و منجر به تشکیل کربامینو هموگلوبین می شود:

ATگلبول های قرمز در غلظت های کافی بالاماده 2،3-دی فسفوگلیسرات (DFG) وجود دارد، محتوای آن با صعود به ارتفاعات بالا و در هنگام هیپوکسی افزایش می‌یابد و آزاد شدن اکسیژن از هموگلوبین در بافت‌ها را تسهیل می‌کند. DFG در کانال بین α 1 β 1 و α 2 β 2 در تعامل با گروه های آلوده به زنجیره β قرار دارد. هنگامی که اکسیژن توسط هموگلوبین محدود می شود، DPG از حفره جابجا می شود. گلبول های قرمز برخی از پرندگان حاوی DPG نیستند، بلکه حاوی اینوزیتول هگزافسفات هستند که تمایل هموگلوبین به اکسیژن را بیشتر کاهش می دهد.

2،3-دی فسفوگلیسرات (DPG)

HbA - هموگلوبین طبیعی بزرگسالان، HbF - هموگلوبین جنینی، تمایل بیشتری به O 2، HbS - هموگلوبین در کم خونی سلول داسی دارد. کم خونی داسی شکل یک بیماری ارثی جدی است که با ناهنجاری ژنتیکی هموگلوبین همراه است. در خون افراد بیمار تعداد غیرمعمول زیادی گلبول قرمز داسی شکل نازک وجود دارد که اولاً به راحتی پاره می شوند و ثانیاً مویرگ های خون را مسدود می کنند.

در سطح مولکولی، هموگلوبین S متفاوت استاز هموگلوبین A، یک باقی مانده اسید آمینه در موقعیت 6 زنجیره β، که در آن والین به جای باقی مانده اسید گلوتامیک قرار دارد. بنابراین، هموگلوبین S حاوی دو بار منفی کمتر است، ظاهر والین منجر به ظاهر شدن یک تماس آبگریز "چسبنده" در سطح مولکول می شود، در نتیجه، در حین اکسیژن زدایی، مولکول های دئوکسی هموگلوبین S به هم می چسبند و رشته های غیرعادی طولانی غیرمحلول تشکیل می دهند. دانه ها، منجر به تغییر شکل گلبول های قرمز می شود.

دلیلی وجود ندارد که فکر کنیم یک کنترل ژنتیکی مستقل بر تشکیل سطوح سازمان ساختاری پروتئین بالاتر از سطح اولیه وجود دارد، زیرا ساختار اولیه هر دو ثانویه، سوم و چهارم (در صورت وجود) را تعیین می کند. ساختار بومی پروتئین تحت شرایط داده شده پایدارترین ساختار از نظر ترمودینامیکی است.

سخنرانی 6

خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پروتئین ها وجود دارد.

خواص فیزیکی پروتئین هاوجود وزن مولکولی، انکسار دوگانه (تغییر در خصوصیات نوری محلول پروتئین در حال حرکت در مقایسه با محلول در حالت استراحت) به دلیل شکل غیرکروی پروتئین ها، تحرک در میدان الکتریکی به دلیل بار مولکول های پروتئین است. علاوه بر این، پروتئین ها با ویژگی های نوری مشخص می شوند که شامل توانایی چرخش صفحه قطبش نور، پراکندگی پرتوهای نور به دلیل اندازه بزرگ ذرات پروتئین و جذب پرتوهای فرابنفش است.

یکی از خصوصیات فیزیکی مشخصهپروتئین ها توانایی جذب روی سطح و گاهی جذب درون مولکول ها، ترکیبات آلی با وزن مولکولی کم و یون ها را دارند.

خواص شیمیایی پروتئین ها متفاوت استتنوع استثنایی، زیرا پروتئین ها با تمام واکنش های رادیکال های اسید آمینه مشخص می شوند و واکنش هیدرولیز پیوندهای پپتیدی مشخص است.

داشتن تعداد قابل توجهی گروه اسیدی و بازیپروتئین ها خاصیت آمفوتریک از خود نشان می دهند. بر خلاف اسیدهای آمینه آزاد، خواص اسید-باز پروتئین ها نه توسط گروه های α-آمینو و α-کربوکسی که در تشکیل پیوندهای پپتیدی نقش دارند، بلکه توسط رادیکال های باردار باقی مانده های اسید آمینه تعیین می شود. خواص اصلی پروتئین ها به دلیل باقی مانده های آرژنین، لیزین و هیستیدین است. خاصیت اسیدی آن به دلیل باقی مانده اسیدهای آسپارتیک و گلوتامیک است.

منحنی های تیتراسیون پروتئین کافی استتفسیر آنها دشوار است، از آنجایی که هر پروتئینی دارای گروه های قابل تیتراسیون بیش از حد است، برهمکنش های الکترواستاتیکی بین گروه های یونیزه شده پروتئین وجود دارد و pK هر گروه قابل تیتر شدن تحت تأثیر باقیمانده های آبگریز مجاور و پیوندهای هیدروژنی قرار می گیرد. بزرگترین کاربرد عملی نقطه ایزوالکتریک پروتئین است - مقدار pH که در آن بار کل پروتئین صفر است. در نقطه ایزوالکتریک، پروتئین حداکثر بی اثر است، در میدان الکتریکی حرکت نمی کند و دارای نازک ترین پوسته هیدراته است.

پروتئین ها خاصیت بافری از خود نشان می دهند، اما ظرفیت بافر آنها ناچیز است. استثنا پروتئین های حاوی تعداد زیادی باقی مانده هیستیدین است. به عنوان مثال، هموگلوبین موجود در گلبول های قرمز، به دلیل محتوای بسیار بالای باقی مانده های هیستیدین، دارای ظرفیت بافر قابل توجهی در pH حدود 7 است که برای نقشی که گلبول های قرمز در انتقال اکسیژن و دی اکسید کربن دارند، بسیار مهم است. خون.

پروتئین ها در آب محلول هستندو از نقطه نظر فیزیکی محلول های مولکولی واقعی را تشکیل می دهند. با این حال، محلول های پروتئینی با برخی از خواص کلوئیدی مشخص می شوند: اثر Tendal (پدیده پراکندگی نور)، ناتوانی در عبور از غشاهای نیمه تراوا، ویسکوزیته بالا، تشکیل ژل.

حلالیت یک پروتئین بسیار وابسته استبر غلظت نمک ها، یعنی بر قدرت یونی محلول. در آب مقطر، پروتئین ها اغلب کم محلول هستند، اما حلالیت آنها با افزایش قدرت یونی افزایش می یابد. در این حالت، مقدار فزاینده ای از یون های معدنی هیدراته به سطح پروتئین متصل می شود و در نتیجه میزان تجمع آن کاهش می یابد. در قدرت یونی بالا، یون های نمک پوسته هیدراتاسیون را از مولکول های پروتئین می گیرند که منجر به تجمع و رسوب پروتئین ها می شود (پدیده نمک زدایی). با استفاده از تفاوت در حلالیت، می توان مخلوطی از پروتئین ها را با کمک نمک های معمولی جدا کرد.

از جمله خواص بیولوژیکی پروتئین هادر درجه اول به فعالیت کاتالیزوری آنها نسبت داده می شود. یکی دیگر از ویژگی‌های مهم بیولوژیکی پروتئین‌ها فعالیت هورمونی آنهاست، یعنی توانایی تأثیرگذاری بر کل گروه‌های واکنش‌ها در بدن. برخی از پروتئین ها دارای خواص سمی، فعالیت بیماری زا، عملکردهای محافظتی و گیرنده هستند و مسئول پدیده های چسبندگی سلولی هستند.

یکی دیگر از خواص بیولوژیکی عجیب پروتئین ها- دناتوره سازی پروتئین ها در حالت طبیعی خود پروتئین های بومی نامیده می شوند. دناتوراسیون تخریب ساختار فضایی پروتئین ها تحت اثر عوامل دناتوره کننده است. ساختار اولیه پروتئین ها در طول دناتوره شدن مختل نمی شود، اما فعالیت بیولوژیکی آنها و همچنین حلالیت، تحرک الکتروفورتیک و برخی واکنش های دیگر از بین می رود. رادیکال‌های آمینو اسیدی که مرکز فعال پروتئین را تشکیل می‌دهند، در حین دناتوره‌سازی، از نظر مکانی از یکدیگر فاصله دارند، یعنی مرکز خاص اتصال پروتئین به لیگاند از بین می‌رود. رادیکال های آبگریز که معمولاً در هسته آبگریز پروتئین های کروی قرار دارند، در هنگام دناتوره شدن روی سطح مولکول ظاهر می شوند و در نتیجه شرایطی را برای تجمع پروتئین هایی که رسوب می کنند ایجاد می کنند.

معرف ها و شرایطی که باعث دناتوره شدن پروتئین می شوند:

دمای بالای 60 درجه سانتیگراد - تخریب پیوندهای ضعیف در پروتئین،

اسیدها و قلیاها - تغییر در یونیزاسیون گروه های یون زا، شکستن پیوندهای یونی و هیدروژنی،

اوره - تخریب پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی در نتیجه تشکیل پیوندهای هیدروژنی با اوره،

الکل، فنل، کلرامین - تخریب پیوندهای آبگریز و هیدروژنی،

نمک های فلزات سنگین - تشکیل نمک های پروتئینی نامحلول با یون های فلزات سنگین.

با حذف عوامل دناتوره کننده، تغییر حالت مجدد امکان پذیر است، زیرا زنجیره پپتیدی تمایل دارد ترکیبی را با کمترین انرژی آزاد در محلول به خود بگیرد.

در شرایط سلولی، پروتئین ها می توانندبه طور خود به خود دناتوره می شود، اگرچه با سرعت کمتری نسبت به دمای بالا. بازسازی خود به خودی پروتئین ها در سلول دشوار است، زیرا به دلیل غلظت بالا احتمال تجمع مولکول های نیمه دناتوره شده وجود دارد.

سلول ها پروتئین دارند- چاپرون های مولکولی که توانایی اتصال به پروتئین های نیمه دناتوره شده را دارند که در حالت ناپایدار و مستعد تجمع هستند و ترکیب اصلی خود را بازیابی می کنند. در ابتدا، این پروتئین ها به عنوان پروتئین های شوک حرارتی کشف شدند، زیرا سنتز آنها تحت تأثیرات استرس زا بر روی سلول، به عنوان مثال، با افزایش دما، افزایش یافت. چاپرون ها بر اساس جرم زیر واحدها طبقه بندی می شوند: hsp-60، hsp-70 و hsp-90. هر کلاس شامل یک خانواده از پروتئین های مرتبط است.

همراهان مولکولی ( hsp-70)یک کلاس بسیار حفاظت شده از پروتئین ها که در تمام قسمت های سلول یافت می شود: سیتوپلاسم، هسته، شبکه آندوپلاسمی، میتوکندری. در انتهای C یک زنجیره پلی پپتیدی منفرد، hsp-70 دارای ناحیه ای است که شیاری است که می تواند با پپتیدهای 7-9 باقی مانده اسید آمینه طولانی، غنی شده با رادیکال های آبگریز، تعامل داشته باشد. چنین مکان هایی در پروتئین های کروی تقریباً در هر 16 اسید آمینه وجود دارد. Hsp-70 قادر به محافظت از پروتئین ها در برابر غیرفعال شدن حرارتی و بازیابی ساختار و فعالیت پروتئین های نیمه دناتوره شده است.

Chaperones-60 (hsp-60)در تشکیل ساختار سوم پروتئین ها شرکت می کنند. Hsp-60 به عنوان پروتئین الیگومری متشکل از 14 زیر واحد عمل می کند. Hsp-60 دو حلقه تشکیل می دهد که هر حلقه از 7 زیر واحد متصل به یکدیگر تشکیل شده است.

هر زیر واحد از سه حوزه تشکیل شده است:

دامنه آپیکال دارای تعدادی باقی مانده اسید آمینه آبگریز است که در داخل حفره تشکیل شده توسط زیر واحدها قرار دارند.

دامنه استوایی دارای فعالیت ATPase است و برای آزادسازی پروتئین از کمپلکس چاپرونین لازم است.

دامنه میانی حوزه آپیکال و استوایی را به هم متصل می کند.

پروتئینی که قطعاتی روی سطح خود داردغنی شده با اسیدهای آمینه آبگریز وارد حفره کمپلکس چاپرونین می شود. در محیط خاص این حفره، در شرایط جداسازی از سایر مولکول‌های سیتوزول سلول، انتخاب ترکیب‌های پروتئینی ممکن رخ می‌دهد تا زمانی که ترکیبی از نظر انرژی مطلوب‌تر پیدا شود. تشکیل وابسته به چاپرون ترکیب بومی با مصرف مقدار قابل توجهی انرژی همراه است که منبع آن ATP است.

قبل از صحبت در مورد مهمترین خواص فیزیکی و شیمیایی یک پروتئین، باید بدانید که از چه چیزی تشکیل شده است، ساختار آن چیست. پروتئین ها یک بیوپلیمر طبیعی مهم بر پایه اسیدهای آمینه هستند.

اسیدهای آمینه چیست؟

اینها ترکیبات آلی هستند که شامل گروه های کربوکسیل و آمین هستند. با تشکر از گروه اول آنها کربن، اکسیژن و هیدروژن، و دیگری - نیتروژن و هیدروژن دارند. اسیدهای آمینه آلفا مهمترین آنها در نظر گرفته می شوند زیرا برای تشکیل پروتئین ها مورد نیاز هستند.

اسیدهای آمینه ضروری به نام پروتئین زا وجود دارد. در اینجا آنها مسئول ظاهر پروتئین ها هستند. تنها 20 مورد از آنها وجود دارد و می توانند ترکیبات پروتئینی بی شماری را تشکیل دهند. با این حال، هیچ یک از آنها کاملاً مشابه دیگری نخواهد بود. این امر به دلیل ترکیب عناصر موجود در این آمینو اسیدها امکان پذیر است.

سنتز آنها در بدن اتفاق نمی افتد. بنابراین همراه با غذا به آنجا می رسند. اگر فردی آنها را در مقادیر ناکافی دریافت کند، ممکن است نقض عملکرد طبیعی سیستم های مختلف باشد. پروتئین ها از طریق واکنش پلی تراکم تشکیل می شوند.

پروتئین ها و ساختار آنها

قبل از اینکه به خواص فیزیکی پروتئین ها بپردازیم، بهتر است تعریف دقیق تری از این ترکیب آلی ارائه دهیم. پروتئین ها یکی از مهم ترین ترکیبات بیورگانیک هستند که به دلیل اسیدهای آمینه تشکیل می شوند و در بسیاری از فرآیندهایی که در بدن اتفاق می افتد شرکت می کنند.

ساختار این ترکیبات به ترتیبی که بقایای اسید آمینه متناوب می شوند بستگی دارد. این منجر به موارد زیر می شود:

• اولیه (خطی)؛
• ثانویه (مارپیچ)؛
• سوم (کروی).

طبقه بندی آنها

با توجه به تنوع بسیار زیاد ترکیبات پروتئینی و درجات مختلف پیچیدگی ترکیبات و ساختارهای مختلف آنها، برای سهولت، طبقه بندی هایی وجود دارد که بر اساس این ویژگی ها انجام می شود.

با توجه به ترکیب آنها به شرح زیر است:

• ساده؛
• مجموعه ای که به نوبه خود به زیر تقسیم می شوند:

1. ترکیبی از پروتئین و کربوهیدرات؛
2. ترکیبی از پروتئین و چربی؛
3. اتصال مولکول های پروتئین و اسیدهای نوکلئیک

بر حسب حلالیت:

• محلول در آب؛
• محلول در چربی

یک ویژگی کوچک از ترکیبات پروتئینی

قبل از پرداختن به خواص فیزیکی و شیمیایی پروتئین ها، توضیح مختصری به آنها مفید خواهد بود. البته خواص آنها برای عملکرد طبیعی یک موجود زنده مهم است. در حالت اولیه، اینها جامداتی هستند که یا در مایعات مختلف حل می شوند یا خیر.

به طور خلاصه در مورد خواص فیزیکی پروتئین ها صحبت می کنیم، آنها بسیاری از مهمترین فرآیندهای بیولوژیکی بدن را تعیین می کنند. به عنوان مثال، مانند انتقال مواد، عملکرد ساختمان و غیره. خواص فیزیکی پروتئین ها به محلول بودن یا نبودن آنها بستگی دارد. این فقط در مورد این ویژگی ها است و در ادامه نوشته خواهد شد.

خواص فیزیکی پروتئین ها

قبلاً در مورد وضعیت تجمع و حلالیت آنها در بالا نوشته شده است. پس بیایید به خواص زیر برویم:

1. آنها وزن مولکولی زیادی دارند که به شرایط محیطی خاصی بستگی دارد.
2. حلالیت آنها طیف گسترده ای دارد، در نتیجه الکتروفورز امکان پذیر می شود - روشی که توسط آن پروتئین ها از مخلوط ها جدا می شوند.

خواص شیمیایی ترکیبات پروتئینی

خوانندگان اکنون می دانند که پروتئین ها چه ویژگی های فیزیکی دارند. اکنون باید در مورد مواد شیمیایی نه چندان مهم صحبت کنیم. آنها در زیر فهرست شده اند:

1. دناتوره سازی. تا شدن پروتئین تحت تأثیر دمای بالا، اسیدهای قوی یا قلیاها. در طول دناتوره سازی، تنها ساختار اولیه حفظ می شود و تمام خواص بیولوژیکی پروتئین ها از بین می رود.
2. هیدرولیز. در نتیجه، پروتئین های ساده و اسیدهای آمینه تشکیل می شوند، زیرا ساختار اولیه از بین می رود. اساس فرآیند هضم است.
3. واکنش های کیفی برای تعیین پروتئین. تنها دو مورد از آنها وجود دارد و سومی برای شناسایی گوگرد در این ترکیبات مورد نیاز است.
4. واکنش بیورتپروتئین ها در معرض رسوب هیدروکسید مس هستند. نتیجه یک رنگ بنفش است.
5. واکنش زانتوپروتئین. ضربه با کمک اسید نیتریک غلیظ انجام می شود. در نتیجه این واکنش، رسوب سفید رنگی به دست می آید که با حرارت دادن به رنگ زرد در می آید. و اگر یک محلول آبی آمونیاک اضافه کنید، رنگ نارنجی ظاهر می شود.
6. تعیین گوگرد در پروتئین ها. هنگامی که پروتئین ها می سوزند، بوی "شاخ سوخته" شروع به احساس می کند. این پدیده با این واقعیت توضیح داده می شود که آنها حاوی گوگرد هستند.

بنابراین اینها همه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پروتئین ها بودند. اما، البته، نه تنها به دلیل آنها آنها مهمترین اجزای یک موجود زنده در نظر گرفته می شوند. آنها مهمترین عملکردهای بیولوژیکی را تعیین می کنند.

خواص بیولوژیکی پروتئین ها

ما خواص فیزیکی پروتئین ها را در شیمی در نظر گرفته ایم. اما شما همچنین باید در مورد تأثیر آنها بر بدن صحبت کنید و چرا بدون آنها به طور کامل عمل نمی کند. وظایف پروتئین ها در زیر ذکر شده است:

1. آنزیمی بیشتر واکنش‌ها در بدن با مشارکت آنزیم‌هایی که منشا پروتئینی دارند انجام می‌شود.
2. حمل و نقل این عناصر مولکول های مهم دیگری را به بافت ها و اندام ها می رسانند. یکی از مهم ترین پروتئین های انتقال هموگلوبین است.
3. ساختاری. پروتئین ها ماده اصلی ساختمان برای بسیاری از بافت ها (عضلانی، پوششی، حمایت کننده) هستند.
4. محافظ آنتی بادی ها و آنتی توکسین ها نوع خاصی از ترکیبات پروتئینی هستند که اساس ایمنی را تشکیل می دهند.
5. علامت. گیرنده هایی که وظیفه عملکرد اندام های حسی را بر عهده دارند نیز در ساختار خود پروتئین دارند.
6. ذخیره سازی. این عملکرد توسط پروتئین های خاصی انجام می شود که می توانند یک ماده ساختمانی باشند و در طول توسعه موجودات جدید منبع انرژی اضافی باشند.

پروتئین ها می توانند به چربی ها و کربوهیدرات ها تبدیل شوند. اما آنها نمی توانند سنجاب شوند. بنابراین، فقدان این ترکیبات به ویژه برای یک موجود زنده خطرناک است. انرژی آزاد شده در این مدت اندک و از این نظر نسبت به چربی ها و کربوهیدرات ها پایین تر است. با این حال، آنها منبع اسیدهای آمینه ضروری در بدن هستند.

چگونه بفهمیم که بدن پروتئین کافی ندارد؟ سلامتی فرد بدتر می شود، خستگی سریع و خستگی رخ می دهد. منابع عالی پروتئین انواع مختلف گندم، گوشت و محصولات ماهی، لبنیات، تخم مرغ و برخی از انواع حبوبات است.

دانستن نه تنها خواص فیزیکی پروتئین ها، بلکه خواص شیمیایی و همچنین اهمیت آنها از نظر بیولوژیکی برای بدن بسیار مهم است. ترکیبات پروتئینی منحصر به فرد هستند زیرا منابع اسیدهای آمینه ضروری هستند که برای عملکرد طبیعی بدن انسان مورد نیاز هستند.

شماره 1. پروتئین ها: پیوند پپتیدی، تشخیص آنها.

پروتئین ها درشت مولکول هایی از پلی آمیدهای خطی هستند که توسط اسیدهای آمینه در نتیجه واکنش چند تراکمی در اجسام بیولوژیکی تشکیل می شوند.

سنجاب ها ترکیبات درشت مولکولی ساخته شده از آمینو اسید. 20 اسید آمینه در ساخت پروتئین ها نقش دارند. آنها به زنجیره های بلندی متصل می شوند که ستون فقرات یک مولکول پروتئین با وزن مولکولی بزرگ را تشکیل می دهند.

عملکرد پروتئین ها در بدن

ترکیبی از خواص شیمیایی و فیزیکی عجیب پروتئین ها این دسته خاص از ترکیبات آلی را با نقش محوری در پدیده های زندگی می بخشد.

پروتئین ها دارای خواص بیولوژیکی زیر هستند یا وظایف اصلی زیر را در موجودات زنده انجام می دهند:

1. عملکرد کاتالیزوری پروتئین ها. تمام کاتالیزورهای بیولوژیکی - آنزیم ها پروتئین هستند. تا به امروز، هزاران آنزیم مشخص شده اند که بسیاری از آنها به شکل کریستالی جدا شده اند. تقریباً همه آنزیم ها کاتالیزورهای قدرتمندی هستند و سرعت واکنش ها را حداقل یک میلیون بار افزایش می دهند. این عملکرد پروتئین ها منحصر به فرد است و مشخصه سایر مولکول های پلیمری نیست.

2. تغذیه ای (عملکرد ذخیره پروتئین ها). اینها اول از همه پروتئین هایی هستند که برای تغذیه جنین در حال رشد در نظر گرفته شده اند: کازئین شیر، اووالبومین تخم مرغ، پروتئین های ذخیره سازی دانه های گیاهی. تعدادی از پروتئین های دیگر بدون شک در بدن به عنوان منبع اسیدهای آمینه استفاده می شود که به نوبه خود پیش ساز مواد فعال بیولوژیکی هستند که فرآیند متابولیک را تنظیم می کنند.

3. عملکرد حمل و نقل پروتئین ها. بسیاری از مولکول ها و یون های کوچک توسط پروتئین های خاص منتقل می شوند. به عنوان مثال، عملکرد تنفسی خون، یعنی انتقال اکسیژن، توسط مولکول های هموگلوبین، پروتئینی در گلبول های قرمز انجام می شود. آلبومین های سرم در انتقال چربی نقش دارند. تعدادی دیگر از پروتئین‌های آب پنیر با چربی‌ها، مس، آهن، تیروکسین، ویتامین A و سایر ترکیبات کمپلکس‌هایی تشکیل می‌دهند و از رساندن آنها به اندام‌های مناسب اطمینان می‌دهند.

4. عملکرد محافظتی پروتئین ها. عملکرد اصلی حفاظت توسط سیستم ایمنی انجام می شود که سنتز پروتئین های محافظ خاص - آنتی بادی ها - را در پاسخ به ورود باکتری ها، سموم یا ویروس ها (آنتی ژن ها) به بدن فراهم می کند. آنتی بادی ها به آنتی ژن ها متصل می شوند و با آنها تعامل می کنند و در نتیجه اثر بیولوژیکی آنها را خنثی می کنند و وضعیت طبیعی بدن را حفظ می کنند. انعقاد پروتئین پلاسمای خون - فیبرینوژن - و تشکیل لخته خونی که از از دست دادن خون در هنگام جراحات محافظت می کند نمونه دیگری از عملکرد محافظتی پروتئین ها است.

5. عملکرد انقباضی پروتئین ها. بسیاری از پروتئین ها در عمل انقباض و شل شدن عضلات نقش دارند. نقش اصلی در این فرآیندها توسط اکتین و میوزین - پروتئین های خاص بافت عضلانی ایفا می شود. عملکرد انقباضی نیز در پروتئین‌های ساختارهای درون سلولی ذاتی است که بهترین فرآیندهای فعالیت حیاتی سلول را فراهم می‌کند.

6. عملکرد ساختاری پروتئین ها. پروتئین هایی با این عملکرد در بین سایر پروتئین ها در بدن انسان رتبه اول را دارند. پروتئین های ساختاری مانند کلاژن به طور گسترده در بافت همبند توزیع می شوند. کراتین در مو، ناخن، پوست؛ الاستین - در دیواره های عروقی و غیره.

7. عملکرد هورمونی (تنظیمی) پروتئین ها. متابولیسم در بدن با مکانیسم های مختلفی تنظیم می شود. در این آیین نامه جایگاه مهمی را هورمون های تولید شده توسط غدد درون ریز اشغال می کنند. تعدادی از هورمون ها توسط پروتئین ها یا پلی پپتیدها نشان داده می شوند، به عنوان مثال، هورمون های غده هیپوفیز، پانکراس و غیره.

پیوند پپتیدی

به طور رسمی، تشکیل یک ماکرومولکول پروتئین را می توان به عنوان یک واکنش چند تراکمی اسیدهای آمینه α نشان داد.

از نقطه نظر شیمیایی، پروتئین ها ترکیبات آلی حاوی نیتروژن (پلی آمید) با مولکولی بالا هستند که مولکول های آنها از بقایای اسیدهای آمینه ساخته شده اند. مونومرهای پروتئینی اسیدهای آمینه α هستند که ویژگی مشترک آنها وجود یک گروه کربوکسیل -COOH و یک گروه آمینه -NH 2 در اتم کربن دوم (اتم کربن α) است:

بر اساس نتایج مطالعه محصولات هیدرولیز پروتئین و ارائه شده توسط A.Ya. ایده دانیلوسکی در مورد نقش پیوندهای پپتیدی -CO-NH- در ساخت یک مولکول پروتئین، دانشمند آلمانی E. Fischer در آغاز قرن بیستم نظریه پپتیدی ساختار پروتئین ها را ارائه کرد. بر اساس این نظریه، پروتئین ها پلیمرهای خطی اسیدهای آمینه α هستند که توسط یک پپتید به هم مرتبط شده اند پیوند - پلی پپتیدها:

در هر پپتید، یک باقیمانده اسید آمینه پایانی دارای یک گروه آلفا-آمینه آزاد (N-terminus) و دیگری دارای یک گروه آلفا-کربوکسیل آزاد (C-پایانه) است. ساختار پپتیدها معمولاً از اسید آمینه N ترمینال شروع می شود. در این مورد، باقی مانده اسید آمینه با نمادها نشان داده می شود. به عنوان مثال: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. این مدخل پپتیدی را نشان می دهد که در آن اسیدآمینه N ترمینال وجود دارد ­ lyatsya آلانین و C ترمینال - سیستئین هنگام خواندن چنین رکوردی، انتهای نام همه اسیدها، به جز اسیدهای آخر، به - "yl" تغییر می کند: آلانیل-تیروسیل-لوسیل-سریل-تیروسیل--سیستئین. طول زنجیره پپتیدی در پپتیدها و پروتئین های موجود در بدن از دو تا صدها و هزاران باقی مانده اسید آمینه متغیر است.

شماره 2. طبقه بندی پروتئین های ساده

به ساده (پروتئین ها) شامل پروتئین هایی هستند که وقتی هیدرولیز می شوند، فقط اسیدهای آمینه می دهند.

پروتئین ها ____پروتئین های ساده با منشاء حیوانی، نامحلول در آب، محلول های نمک، اسیدهای رقیق و قلیاها. آنها عمدتاً عملکردهای حمایتی را انجام می دهند (به عنوان مثال، کلاژن، کراتین).

پروتامین ها - پروتئین های هسته ای با بار مثبت، با وزن مولکولی 10-12 کیلو دالتون. تقریباً 80٪ از اسیدهای آمینه قلیایی تشکیل شده است که این امکان را برای آنها فراهم می کند تا از طریق پیوندهای یونی با اسیدهای نوکلئیک تعامل کنند. آنها در تنظیم فعالیت ژن شرکت می کنند. خوب محلول در آب؛

هیستون ها - پروتئین های هسته ای که نقش مهمی در تنظیم فعالیت ژن ایفا می کنند. آنها در تمام سلول های یوکاریوتی یافت می شوند و به 5 کلاس تقسیم می شوند که از نظر وزن مولکولی و اسید آمینه متفاوت هستند. وزن مولکولی هیستون ها در محدوده 11 تا 22 کیلو دالتون است و تفاوت در ترکیب اسید آمینه مربوط به لیزین و آرژنین است که محتوای آنها به ترتیب از 11 تا 29 درصد و از 2 تا 14 درصد متغیر است.

پرولامین ها - نامحلول در آب، اما محلول در الکل 70٪، ویژگی های ساختار شیمیایی - مقدار زیادی پرولین، اسید گلوتامیک، بدون لیزین ,

گلوتلین ها - محلول در محلول های قلیایی ,

گلوبولین ها - پروتئین هایی که در آب و در محلول نیمه اشباع سولفات آمونیوم نامحلول هستند، اما در محلول های آبی نمک ها، قلیاها و اسیدها محلول هستند. وزن مولکولی - 90-100 کیلو دالتون؛

آلبومین ها - پروتئین های بافت حیوانی و گیاهی، محلول در آب و محلول های نمکی. وزن مولکولی 69 کیلو دالتون است.

اسکلروپروتئین ها - پروتئین های بافت های حمایت کننده حیوانات

نمونه هایی از پروتئین های ساده عبارتند از فیبروئین ابریشم، آلبومین سرم تخم مرغ، پپسین و غیره.

شماره 3. روش های جداسازی و رسوب (تصفیه) پروتئین ها.

شماره 4. پروتئین ها به عنوان پلی الکترولیت نقطه ایزوالکتریک یک پروتئین

پروتئین ها پلی الکترولیت های آمفوتریک هستند، به عنوان مثال. هر دو خاصیت اسیدی و بازی را نشان می دهند. این به دلیل وجود رادیکال های اسید آمینه در مولکول های پروتئینی است که قادر به یونیزاسیون هستند، و همچنین گروه های α-آمینو و α-کربوکسیل آزاد در انتهای زنجیره های پپتیدی. خواص اسیدی پروتئین توسط اسیدهای آمینه اسیدی (آسپارتیک، گلوتامیک) و خواص قلیایی - توسط اسیدهای آمینه بازی (لیزین، آرژنین، هیستیدین) داده می شود.

بار یک مولکول پروتئین به یونیزاسیون گروه های اسیدی و بازی رادیکال های اسید آمینه بستگی دارد. بسته به نسبت گروه های منفی و مثبت، مولکول پروتئین به عنوان یک کل بار مثبت یا منفی به دست می آورد. هنگامی که یک محلول پروتئین اسیدی می شود، درجه یونیزاسیون گروه های آنیونی کاهش می یابد، در حالی که گروه های کاتیونی افزایش می یابد. وقتی قلیایی می شود - برعکس. در یک مقدار pH مشخص، تعداد گروه های دارای بار مثبت و منفی یکسان می شود و حالت ایزوالکتریک پروتئین ظاهر می شود (بار کل 0 است). مقدار pH که در آن پروتئین در حالت ایزوالکتریک قرار دارد، نقطه ایزوالکتریک نامیده می شود و مشابه اسیدهای آمینه pI نشان داده می شود. برای اکثر پروتئین ها، pI در محدوده 5.5-7.0 قرار دارد که نشان دهنده غلبه خاصی از اسیدهای آمینه اسیدی در پروتئین ها است. با این حال، پروتئین های قلیایی نیز وجود دارد، به عنوان مثال، سالمین - پروتئین اصلی از میلت ماهی قزل آلا (pl=12). علاوه بر این، پروتئین هایی وجود دارند که مقدار pI بسیار پایینی دارند، به عنوان مثال، پپسین، آنزیم شیره معده (pl=l). در نقطه ایزوالکتریک، پروتئین ها بسیار ناپایدار هستند و به راحتی رسوب می کنند و کمترین انحلال را دارند.

اگر پروتئین در حالت ایزوالکتریک نباشد، در یک میدان الکتریکی، مولکول‌های آن بسته به علامت بار کل و با سرعتی متناسب با مقدار آن، به سمت کاتد یا آند حرکت می‌کنند. این ماهیت روش الکتروفورز است. این روش می تواند پروتئین هایی را با مقادیر pI متفاوت جدا کند.

اگرچه پروتئین ها دارای خواص بافری هستند، ظرفیت آنها در مقادیر PH فیزیولوژیکی محدود است. استثنا پروتئین های حاوی مقدار زیادی هیستیدین هستند، زیرا فقط رادیکال هیستیدین دارای خواص بافری در محدوده PH 6-8 است. تعداد بسیار کمی از این پروتئین ها وجود دارد. به عنوان مثال، هموگلوبین، حاوی تقریباً 8٪ هیستیدین، یک بافر قدرتمند درون سلولی در گلبول های قرمز خون است که pH خون را در یک سطح ثابت نگه می دارد.

شماره 5. خواص فیزیکی و شیمیایی پروتئین ها

پروتئین ها خواص شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی متفاوتی دارند که با ترکیب اسید آمینه و سازمان فضایی هر پروتئین مشخص می شود. واکنش های شیمیایی پروتئین ها بسیار متنوع است، این واکنش ها به دلیل وجود NH 2 -، گروه های COOH و رادیکال های مختلف است. اینها واکنش های نیتراسیون، اسیلاسیون، آلکیلاسیون، استری شدن، ردوکس و غیره هستند. پروتئین ها دارای خواص اسید-باز، بافری، کلوئیدی و اسمزی هستند.

خواص اسیدی-بازی پروتئین ها

خواص شیمیایی. با حرارت ضعیف محلول های آبی پروتئین ها، دناتوره شدن اتفاق می افتد. این یک رسوب ایجاد می کند.

هنگامی که پروتئین ها با اسیدها گرم می شوند، هیدرولیز اتفاق می افتد و مخلوطی از اسیدهای آمینه تشکیل می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی پروتئین ها

پروتئین ها وزن مولکولی بالایی دارند.

بار یک مولکول پروتئین. همه پروتئین ها حداقل یک گروه آزاد -NH و -COOH دارند.

محلول های پروتئینی- محلول های کلوئیدی با خواص مختلف. پروتئین ها اسیدی و بازی هستند. پروتئین های اسیدی حاوی مقدار زیادی glu و asp هستند که دارای کربوکسیل اضافی و گروه های آمینه کمتری هستند. lys و args زیادی در پروتئین های قلیایی وجود دارد. هر مولکول پروتئین در یک محلول آبی توسط یک پوسته هیدراتاسیون احاطه شده است، زیرا پروتئین ها به دلیل اسیدهای آمینه دارای گروه های آبدوست زیادی هستند (-COOH، -OH، -NH 2، -SH). در محلول های آبی، مولکول پروتئین دارای بار است. بار پروتئین در آب بسته به PH می تواند تغییر کند.

رسوب پروتئین.پروتئین ها دارای پوسته هیدراتاسیون هستند، شارژی که از چسبیدن آن جلوگیری می کند. برای رسوب، لازم است پوسته هیدرات برداشته و شارژ شود.

1. آبرسانی فرآیند هیدراتاسیون به معنای اتصال آب توسط پروتئین ها است، در حالی که آنها خاصیت آبدوستی از خود نشان می دهند: متورم می شوند، جرم و حجم آنها افزایش می یابد. تورم پروتئین با انحلال جزئی آن همراه است. آب دوستی هر پروتئین به ساختار آنها بستگی دارد. گروه های آمید آبدوست (-CO-NH-، پیوند پپتیدی)، آمین (NH2) و کربوکسیل (COOH) که در ترکیب موجود هستند و روی سطح ماکرومولکول پروتئین قرار دارند، مولکول های آب را جذب می کنند و آنها را به شدت به سطح مولکول جهت می دهند. . در اطراف گلبول های پروتئینی، پوسته هیدرات (آب) از پایداری محلول های پروتئینی جلوگیری می کند. در نقطه ایزوالکتریک، پروتئین ها کمترین توانایی را برای اتصال به آب دارند، پوسته هیدراتاسیون اطراف مولکول های پروتئین از بین می رود، بنابراین آنها با هم ترکیب می شوند و دانه های بزرگی را تشکیل می دهند. تجمع مولکول‌های پروتئین نیز زمانی اتفاق می‌افتد که با برخی از حلال‌های آلی مانند اتیل الکل کم آب شوند. این منجر به رسوب پروتئین ها می شود. هنگامی که pH محیط تغییر می کند، ماکرومولکول پروتئین باردار می شود و ظرفیت هیدراتاسیون آن تغییر می کند.

واکنش های بارش به دو نوع تقسیم می شوند.

نمک زدایی از پروتئین ها: (NH 4) SO 4 - فقط پوسته هیدراتاسیون حذف می شود، پروتئین تمام انواع ساختار خود را حفظ می کند، همه پیوندها را حفظ می کند، خواص بومی خود را حفظ می کند. سپس چنین پروتئین هایی می توانند دوباره حل شوند و مورد استفاده قرار گیرند.

بارش با از دست دادن خواص پروتئینی بومی فرآیندی غیرقابل برگشت است. پوسته هیدراتاسیون و شارژ از پروتئین حذف می شود، خواص مختلف در پروتئین نقض می شود. به عنوان مثال، نمک های مس، جیوه، آرسنیک، آهن، اسیدهای معدنی غلیظ - HNO 3، H 2 SO 4، HCl، اسیدهای آلی، آلکالوئیدها - تانن ها، یدید جیوه. افزودن حلال های آلی درجه هیدراتاسیون را کاهش می دهد و منجر به رسوب پروتئین می شود. از استون به عنوان حلال استفاده می شود. پروتئین ها نیز با کمک نمک ها، به عنوان مثال، سولفات آمونیوم رسوب می کنند. اصل این روش بر این واقعیت استوار است که با افزایش غلظت نمک در محلول، اتمسفرهای یونی تشکیل شده توسط ضدیون های پروتئینی فشرده می شوند که به همگرایی آنها به فاصله بحرانی کمک می کند که در آن نیروهای بین مولکولی وان جاذبه der Waals بر نیروهای کولن دفع کننده ضدیون ها بیشتر است. این منجر به چسبندگی ذرات پروتئین و رسوب آنها می شود.

هنگام جوشیدن، مولکول های پروتئین به طور تصادفی شروع به حرکت می کنند، با هم برخورد می کنند، شارژ حذف می شود و پوسته هیدراتاسیون کاهش می یابد.

برای تشخیص پروتئین در محلول، از موارد زیر استفاده می شود:

واکنش های رنگی؛

واکنش های بارش

روش های جداسازی و خالص سازی پروتئین ها

یکسان سازی- سلول ها به یک توده همگن آسیاب می شوند.

استخراج پروتئین ها با آب یا محلول های آب نمک؛

1. نمک زدن

   الکتروفورز؛

   کروماتوگرافی:جذب، تقسیم؛

   اولتراسانتریفیوژ

سازماندهی ساختاری پروتئین ها

ساختار اولیه- توسط توالی اسیدهای آمینه در زنجیره پپتیدی تعیین می شود که توسط پیوندهای پپتیدی کووالانسی تثبیت شده است (انسولین، پپسین، کیموتریپسین).

ساختار ثانویه- ساختار فضایی پروتئین این یا مارپیچ است یا تاشو. پیوندهای هیدروژنی ایجاد می شود.

ساختار سومپروتئین های کروی و فیبریلار آنها پیوندهای هیدروژنی را تثبیت می کنند، نیروهای الکترواستاتیک (COO-، NH3+)، نیروهای آبگریز، پل های سولفیدی، توسط ساختار اولیه تعیین می شوند. پروتئین های گلوبولار - همه آنزیم ها، هموگلوبین، میوگلوبین. پروتئین های فیبریلار - کلاژن، میوزین، اکتین.

ساختار کواترنری- فقط در برخی پروتئین ها یافت می شود. چنین پروتئین هایی از چندین پپتید ساخته می شوند. هر پپتید دارای ساختار اولیه، ثانویه و سوم خود است که پروتومر نامیده می شود. چندین پروتومر به هم می پیوندند و یک مولکول را تشکیل می دهند. یک پروتومر به عنوان یک پروتئین عمل نمی کند، بلکه فقط در ارتباط با سایر پروتومرها عمل می کند.

مثال:هموگلوبین \u003d -گلبول + -گلبول - O 2 را در کل حمل می کند و نه جداگانه.

پروتئین می تواند دوباره تغییر کند.این مستلزم قرار گرفتن در معرض بسیار کوتاه با عوامل است.

6) روش های تشخیص پروتئین ها.

پروتئین ها پلیمرهای بیولوژیکی با مولکولی بالا هستند که واحدهای ساختاری (مونومری) آنها -اسیدهای آمینه هستند. اسیدهای آمینه موجود در پروتئین ها توسط پیوندهای پپتیدی به یکدیگر مرتبط می شوند. تشکیل آن به دلیل ایستادن گروه کربوکسیل در آن رخ می دهد -اتم کربن یک اسید آمینه و -گروه آمین یک اسید آمینه دیگر با آزاد شدن یک مولکول آب.واحدهای مونومر پروتئین ها را باقی مانده اسید آمینه می نامند.

پپتیدها، پلی پپتیدها و پروتئین ها نه تنها از نظر کمیت، ترکیب، بلکه در توالی باقی مانده اسیدهای آمینه، خواص فیزیکوشیمیایی و عملکردهای انجام شده در بدن متفاوت هستند. وزن مولکولی پروتئین ها از 6 هزار تا 1 میلیون یا بیشتر متغیر است. خواص شیمیایی و فیزیکی پروتئین ها به دلیل ماهیت شیمیایی و خواص فیزیکوشیمیایی رادیکال هایی است که بقایای اسید آمینه آنها را می سازند. روش های تشخیص و تعیین کمیت پروتئین ها در اشیاء بیولوژیکی و مواد غذایی و همچنین جداسازی آنها از بافت ها و مایعات بیولوژیکی بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی این ترکیبات است.

پروتئین ها هنگام تعامل با مواد شیمیایی خاص ترکیبات رنگی بدهد. تشکیل این ترکیبات با مشارکت رادیکال های اسید آمینه، گروه های خاص آنها یا پیوندهای پپتیدی صورت می گیرد. واکنش های رنگی به شما این امکان را می دهد که تنظیم کنید وجود یک پروتئین در یک جسم بیولوژیکییا راه حل و اثبات حضور اسیدهای آمینه خاصی در یک مولکول پروتئین. بر اساس واکنش های رنگی، روش هایی برای تعیین کمی پروتئین ها و اسیدهای آمینه توسعه یافته است.

جهانی را در نظر بگیرید واکنش های بیورت و نین هیدرین، از آنجایی که همه پروتئین ها به آنها می دهند. واکنش زانتوپروتئین، واکنش Fohlو برخی دیگر خاص هستند، زیرا به دلیل وجود گروه های رادیکال اسیدهای آمینه خاص در مولکول پروتئین هستند.

واکنش های رنگی به شما امکان می دهد حضور یک پروتئین در ماده مورد مطالعه و وجود اسیدهای آمینه خاص در مولکول های آن را تعیین کنید.

واکنش بیورت. این واکنش به دلیل حضور در پروتئین ها، پپتیدها، پلی پپتیدها است پیوندهای پپتیدی، که در یک محیط قلیایی شکل با یون های مس (II)ترکیبات پیچیده رنگ شده در رنگ بنفش (با رنگ قرمز یا آبی).. رنگ به دلیل وجود حداقل دو گروه در مولکول است -CO-NH-مستقیماً به یکدیگر یا با مشارکت یک اتم کربن یا نیتروژن متصل می شوند.

یون های مس (II) توسط دو پیوند یونی با گروه های = C─O ˉ و چهار پیوند هماهنگ با اتم های نیتروژن (=N-) به هم متصل می شوند.

شدت رنگ به مقدار پروتئین موجود در محلول بستگی دارد. این امکان استفاده از این واکنش را برای تعیین کمی پروتئین فراهم می کند. رنگ محلول های رنگی به طول زنجیره پلی پپتیدی بستگی دارد.پروتئین ها رنگ آبی مایل به بنفش می دهند. محصولات هیدرولیز آنها (پلی و الیگوپپتیدها) به رنگ قرمز یا صورتی هستند. واکنش بیورت نه تنها توسط پروتئین ها، پپتیدها و پلی پپتیدها، بلکه توسط بیورت (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2)، اگزامید (NH 2 -CO-CO-NH 2)، هیستیدین نیز انجام می شود.

ترکیب پیچیده مس (II) با گروه های پپتیدی تشکیل شده در یک محیط قلیایی دارای ساختار زیر است:

واکنش نین هیدرین. در این واکنش، محلول های پروتئین، پلی پپتید، پپتید و اسیدهای آمینه آزاد آلفا، هنگامی که با نین هیدرین گرم می شوند، رنگ آبی، آبی-بنفش یا صورتی-بنفش به دست می دهند. رنگ در این واکنش به دلیل گروه α-آمینه ایجاد می شود.

-اسیدهای آمینه به راحتی با نین هیدرین واکنش نشان می دهند. همراه با آنها، بنفش آبی رومان نیز توسط پروتئین ها، پپتیدها، آمین های اولیه، آمونیاک و برخی ترکیبات دیگر تشکیل می شود. آمین های ثانویه مانند پرولین و هیدروکسی پرولین رنگ زرد می دهند.

واکنش نین هیدرین به طور گسترده ای برای تشخیص و تعیین کمیت اسیدهای آمینه استفاده می شود.

واکنش زانتوپروتئیناین واکنش نشان دهنده وجود باقی مانده های اسید آمینه معطر در پروتئین ها - تیروزین، فنیل آلانین، تریپتوفان است. این بر اساس نیتراسیون حلقه بنزن از رادیکال های این اسیدهای آمینه با تشکیل ترکیبات نیترو زرد رنگ است (یونانی "Xanthos" - زرد). با استفاده از تیروزین به عنوان مثال، این واکنش را می توان در قالب معادلات زیر توصیف کرد.

در یک محیط قلیایی، مشتقات نیترو اسیدهای آمینه نمک هایی از ساختار کینوئیدی، نارنجی رنگی را تشکیل می دهند. واکنش زانتوپروتئین توسط بنزن و همولوگ های آن، فنل و سایر ترکیبات معطر انجام می شود.

واکنش به آمینو اسیدهای حاوی یک گروه تیول در حالت احیا یا اکسید شده (سیستئین، سیستین).

واکنش فوهل هنگامی که گوگرد با مواد قلیایی جوشانده می شود، به راحتی از سیستئین به شکل سولفید هیدروژن جدا می شود که در یک محیط قلیایی، سولفید سدیم را تشکیل می دهد:

در این راستا، واکنش های تعیین آمینو اسیدهای حاوی تیول در محلول به دو مرحله تقسیم می شوند:

انتقال گوگرد از حالت آلی به غیر آلی

تشخیص گوگرد در محلول

برای تشخیص سولفید سدیم از استات سرب استفاده می شود که هنگام تعامل با هیدروکسید سدیم به لوله آن تبدیل می شود:

Pb(CH 3 COO) 2 + 2 NaOH سرب (ONa) 2 + 2CH 3 COOH

در نتیجه برهمکنش یون های گوگرد و سرب، سولفید سرب سیاه یا قهوه ای تشکیل می شود:

Na 2 اس + سرب(ONa) 2 + 2 اچ 2 O PbS (رسوب سیاه) + 4NaOH

برای تعیین اسیدهای آمینه حاوی گوگرد، حجم مساوی از هیدروکسید سدیم و چند قطره محلول استات سرب به محلول آزمایش اضافه می شود. با جوشاندن شدید به مدت 3-5 دقیقه، مایع سیاه می شود.

وجود سیستین را می توان با استفاده از این واکنش تعیین کرد، زیرا سیستین به راحتی به سیستئین کاهش می یابد.

واکنش میلون:

این یک واکنش به اسید آمینه تیروزین است.

هیدروکسیل‌های فنولی آزاد مولکول‌های تیروزین، هنگام تعامل با نمک‌ها، ترکیباتی از نمک جیوه مشتق نیترو تیروزین به رنگ قرمز مایل به صورتی می‌دهند:

واکنش پائولی برای هیستیدین و تیروزین . واکنش پائولی امکان تشخیص اسیدهای آمینه هیستیدین و تیروزین در پروتئین را فراهم می کند که ترکیبات پیچیده قرمز گیلاسی را با اسید دیازوبنزن سولفونیک تشکیل می دهند. دیازوبنزن سولفونیک اسید در واکنش دیازوتیزاسیون هنگامی که اسید سولفانیلیک با نیتریت سدیم در یک محیط اسیدی واکنش می دهد تشکیل می شود:

حجم مساوی از محلول اسیدی اسید سولفانیلیک (تهیه شده با استفاده از اسید هیدروکلریک) و حجم دو برابر محلول نیتریت سدیم به محلول آزمایش اضافه می شود، کاملاً مخلوط می شود و بلافاصله سودا (کربنات سدیم) اضافه می شود. پس از هم زدن، مخلوط به رنگ قرمز گیلاسی در می آید، مشروط بر اینکه هیستیدین یا تیروزین در محلول آزمایش وجود داشته باشد.

واکنش Adamkevich-Hopkins-Kohl (Schulz-Raspail) به تریپتوفان (واکنش به گروه ایندول). تریپتوفان در یک محیط اسیدی با آلدئیدها واکنش می دهد و محصولات تراکم رنگی را تشکیل می دهد. واکنش به دلیل برهمکنش حلقه ایندول تریپتوفان با آلدهید ادامه می یابد. مشخص است که فرمالدئید از اسید گلیوکسیلیک در حضور اسید سولفوریک تشکیل می شود:

آر
محلول های حاوی تریپتوفان در حضور اسیدهای گلیوکسیلیک و سولفوریک رنگ قرمز مایل به بنفش می دهند.

اسید گلیوکسیلیک همیشه به مقدار کم در اسید استیک یخبندان وجود دارد. بنابراین، واکنش را می توان با استفاده از اسید استیک انجام داد. در همان زمان، حجم مساوی اسید استیک یخبندان (غلیظ) به محلول آزمایش اضافه می شود و به آرامی حرارت داده می شود تا رسوب حل شود. با دقت در امتداد دیوار مخلوط کنید (برای جلوگیری از مخلوط شدن مایعات). پس از 5-10 دقیقه، تشکیل یک حلقه قرمز بنفش در سطح مشترک بین دو لایه مشاهده می شود. اگر لایه ها را مخلوط کنید، محتویات ظرف به طور یکنواخت بنفش می شود.

به

تراکم تریپتوفان با فرمالدئید:

محصول تراکم به بیس 2- تریپتوفانیل کاربینول اکسید می شود که در حضور اسیدهای معدنی نمک های بنفش آبی را تشکیل می دهد:

7) طبقه بندی پروتئین ها. روش های مطالعه ترکیب اسید آمینه

نامگذاری دقیق و طبقه بندی پروتئین ها هنوز وجود ندارد. نام پروتئین ها به طور تصادفی داده می شود، اغلب با در نظر گرفتن منبع جداسازی پروتئین یا با در نظر گرفتن حلالیت آن در حلال های خاص، شکل مولکول و غیره.

پروتئین ها بر اساس ترکیب، شکل ذرات، حلالیت، ترکیب اسید آمینه، منشاء و غیره طبقه بندی می شوند.

1. ترکیب بندیپروتئین ها به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند: پروتئین های ساده و پیچیده.

ساده (پروتئین ها) شامل پروتئین هایی است که در هنگام هیدرولیز فقط اسیدهای آمینه می دهند (پروتئینوئیدها، پروتامین ها، هیستون ها، پرولامین ها، گلوتلین ها، گلوبولین ها، آلبومین ها). نمونه هایی از پروتئین های ساده عبارتند از فیبروئین ابریشم، آلبومین سرم تخم مرغ، پپسین و غیره.

پیچیده (پروتئین ها) شامل پروتئین هایی است که از یک پروتئین ساده و یک گروه اضافی (پروتزی) از طبیعت غیر پروتئینی تشکیل شده است. گروه پروتئین های پیچیده بسته به ماهیت جزء غیر پروتئینی به چندین زیر گروه تقسیم می شود:

متالوپروتئین های حاوی فلزات (آهن، مس، منیزیم و غیره) که مستقیماً با زنجیره پلی پپتیدی مرتبط هستند.

فسفوپروتئین ها - حاوی بقایای اسید فسفریک هستند که توسط پیوندهای استری در محل گروه های هیدروکسیل سرین، ترئونین به مولکول پروتئین متصل می شوند.

گلیکوپروتئین ها - گروه های مصنوعی آنها کربوهیدرات هستند.

کروموپروتئین ها - از یک پروتئین ساده و یک ترکیب غیر پروتئینی رنگی مرتبط با آن تشکیل شده است، همه کروموپروتئین ها از نظر بیولوژیکی بسیار فعال هستند. به عنوان گروه های مصنوعی، ممکن است مشتقاتی از پورفیرین، ایزوآلوکسازین و کاروتن باشند.

لیپوپروتئین ها - لیپیدهای گروه مصنوعی - تری گلیسیرید (چربی ها) و فسفاتیدها.

نوکلئوپروتئین ها پروتئین هایی هستند که از یک پروتئین واحد و یک اسید نوکلئیک مرتبط با آن تشکیل شده اند. این پروتئین ها نقش عظیمی در زندگی بدن دارند و در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد. آنها بخشی از هر سلول هستند، برخی از نوکلئوپروتئین ها در طبیعت به شکل ذرات خاص با فعالیت بیماری زا (ویروس ها) وجود دارند.

2. شکل ذرات- پروتئین ها به فیبریلار (نخ مانند) و کروی (کروی) تقسیم می شوند (به صفحه 30 مراجعه کنید).

3. با حلالیت و ویژگی های ترکیب اسید آمینهگروه های زیر از پروتئین های ساده متمایز می شوند:

پروتئین ها - پروتئین های بافت های حمایت کننده (استخوان ها، غضروف ها، رباط ها، تاندون ها، مو، ناخن، پوست و غیره). اینها عمدتاً پروتئین های فیبریلار با وزن مولکولی بزرگ (> 150000 داکسی)، نامحلول در حلال های معمولی هستند: آب، نمک و مخلوط آب و الکل. آنها فقط در حلال های خاص حل می شوند.

پروتامین ها (ساده ترین پروتئین ها) - پروتئین هایی که در آب محلول هستند و حاوی 80-90 درصد آرژنین و مجموعه محدودی (6-8) اسیدهای آمینه دیگر هستند، در شیر ماهی های مختلف وجود دارند. به دلیل محتوای بالای آرژنین، دارای خواص اساسی هستند، وزن مولکولی آنها نسبتاً کوچک است و تقریباً برابر با 4000-12000 Da است. آنها یک جزء پروتئینی در ترکیب نوکلئوپروتئین ها هستند.

هیستون ها در آب و محلول های اسید رقیق (0.1 نیوتن) به شدت محلول هستند، دارای محتوای اسیدهای آمینه بالایی هستند: آرژنین، لیزین و هیستیدین (حداقل 30٪) و بنابراین دارای خواص اساسی هستند. این پروتئین ها به مقدار قابل توجهی در هسته سلول ها به عنوان بخشی از نوکلئوپروتئین ها یافت می شوند و نقش مهمی در تنظیم متابولیسم اسید نوکلئیک دارند. وزن مولکولی هیستون ها کوچک و برابر با 11000-24000 Da است.

گلوبولین ها پروتئین هایی هستند که در آب و محلول های نمکی با غلظت نمک بیش از 7 درصد نامحلول هستند. گلوبولین ها به طور کامل در اشباع 50 درصد محلول با سولفات آمونیوم رسوب می کنند. این پروتئین ها با محتوای بالای گلیسین (3.5٪) مشخص می شوند، وزن مولکولی آنها بیش از 100000 Da. گلوبولین ها پروتئین های ضعیف اسیدی یا خنثی هستند (p1=6-7.3).

آلبومین ها پروتئین هایی هستند که به شدت در آب و محلول های شور قوی حل می شوند و غلظت نمک (NH 4) 2 S0 4 نباید از 50 درصد اشباع بیشتر شود. در غلظت های بالاتر، آلبومین ها نمک زده می شوند. در مقایسه با گلوبولین ها، این پروتئین ها حاوی سه برابر گلیسین کمتر و وزن مولکولی 40000 تا 70000 دالتون هستند. آلبومین ها به دلیل محتوای بالای اسید گلوتامیک دارای بار منفی و خاصیت اسیدی هستند (pl=4.7).

پرولامین ها گروهی از پروتئین های گیاهی هستند که در گلوتن غلات یافت می شوند. آنها فقط در محلول آبی 60-80٪ الکل اتیلیک محلول هستند. پرولامین ها دارای ترکیب اسید آمینه مشخصی هستند: آنها حاوی مقدار زیادی (20-50٪) اسید گلوتامیک و پرولین (10-15٪) هستند، به همین دلیل نام خود را به خود اختصاص داده اند. وزن مولکولی آنها بیش از 100000 Da است.

گلوتلین ها - پروتئین های گیاهی در آب، محلول های نمک و اتانول نامحلول هستند، اما در محلول های رقیق (0.1 N) قلیایی ها و اسیدها محلول هستند. از نظر ترکیب اسید آمینه و وزن مولکولی، شبیه پرولامین ها هستند، اما حاوی آرژنین بیشتر و پرولین کمتری هستند.

روش های مطالعه ترکیب اسید آمینه

پروتئین ها توسط آنزیم های موجود در شیره های گوارشی به اسیدهای آمینه تجزیه می شوند. دو نتیجه گیری مهم انجام شد: 1) پروتئین ها حاوی اسیدهای آمینه هستند. 2) روش های هیدرولیز را می توان برای مطالعه ترکیب شیمیایی، به ویژه اسید آمینه، پروتئین ها استفاده کرد.

برای مطالعه ترکیب اسید آمینه پروتئین ها از ترکیب اسیدی (HCl)، قلیایی [Ba(OH) 2] و به ندرت هیدرولیز آنزیمی یا یکی از آنها استفاده می شود. مشخص شده است که در طول هیدرولیز پروتئین خالصی که حاوی ناخالصی نیست، 20 اسیدآمینه مختلف آزاد می شود. تمام اسیدهای آمینه دیگر کشف شده در بافت حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم ها (بیش از 300) در طبیعت به صورت آزاد یا به صورت پپتیدهای کوتاه یا کمپلکس با سایر مواد آلی وجود دارند.

اولین مرحله در تعیین ساختار اولیه پروتئین ها، ارزیابی کمی و کیفی ترکیب اسید آمینه یک پروتئین خاص است. لازم به یادآوری است که برای مطالعه باید مقدار مشخصی پروتئین خالص بدون ناخالصی سایر پروتئین ها یا پپتیدها داشته باشید.

هیدرولیز اسیدی پروتئین

برای تعیین ترکیب اسید آمینه، لازم است تمام پیوندهای پپتیدی موجود در پروتئین از بین بروند. پروتئین مورد تجزیه و تحلیل در 6 mol/l HC1 در دمای حدود 110 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت هیدرولیز می شود و در نتیجه این تیمار پیوندهای پپتیدی در پروتئین از بین می رود و فقط اسیدهای آمینه آزاد در هیدرولیز وجود دارد. علاوه بر این، گلوتامین و آسپاراژین به اسیدهای گلوتامیک و آسپارتیک هیدرولیز می شوند (یعنی پیوند آمید در رادیکال شکسته می شود و گروه آمینه از آنها جدا می شود).

جداسازی اسیدهای آمینه با استفاده از کروماتوگرافی تبادل یونی

مخلوط اسیدهای آمینه به دست آمده از هیدرولیز اسیدی پروتئین ها در یک ستون با رزین تبادل کاتیونی جدا می شود. چنین رزین مصنوعی حاوی گروه هایی با بار منفی (به عنوان مثال، باقی مانده های اسید سولفونیک -SO 3 -) است که به شدت با آن مرتبط است، که یون های Na + به آن متصل هستند (شکل 1-4).

مخلوطی از اسیدهای آمینه در یک محیط اسیدی (pH 3.0) به مبدل کاتیونی وارد می‌شود، جایی که اسیدهای آمینه عمدتاً کاتیون‌ها هستند. حامل بار مثبت اسیدهای آمینه با بار مثبت به ذرات رزین با بار منفی متصل می شوند. هرچه بار کل اسید آمینه بیشتر باشد، پیوند آن با رزین قوی تر است. بنابراین، اسیدهای آمینه لیزین، آرژنین و هیستیدین به شدت به مبدل کاتیونی متصل می شوند، در حالی که اسیدهای آسپارتیک و گلوتامیک ضعیف ترین اتصال را دارند.

آزادسازی اسیدهای آمینه از ستون با شستشو (شستشوی) آنها با محلول بافر با افزایش قدرت یونی (یعنی با افزایش غلظت NaCl) و pH انجام می شود. با افزایش pH، اسیدهای آمینه یک پروتون را از دست می دهند، در نتیجه بار مثبت آنها کاهش می یابد و در نتیجه استحکام پیوند با ذرات رزین با بار منفی کاهش می یابد.

هر اسید آمینه با pH و قدرت یونی خاص از ستون خارج می شود. با جمع‌آوری محلول (شوینده) از انتهای پایین ستون به شکل بخش‌های کوچک، می‌توان بخش‌هایی حاوی اسیدهای آمینه مجزا به‌دست آورد.

(برای جزئیات بیشتر در مورد "هیدرولیز" به سوال شماره 10 مراجعه کنید)

8) پیوندهای شیمیایی در ساختار پروتئین.

9) مفهوم سلسله مراتب و سازماندهی ساختاری پروتئین ها. (به سوال شماره 12 مراجعه کنید)

10) هیدرولیز پروتئین. شیمی واکنش (پله، کاتالیزورها، معرفها، شرایط واکنش) - شرح کامل هیدرولیز.

11) دگرگونی های شیمیایی پروتئین ها.

دناتوره سازی و تغییر طبیعت

هنگامی که محلول های پروتئین تا 60 تا 80 درصد گرم می شوند یا تحت تأثیر معرف هایی که پیوندهای غیر کووالانسی در پروتئین ها را از بین می برند، ساختار سوم (چهارتای) و ثانویه مولکول پروتئین از بین می رود، به شکل یک سیم پیچ تصادفی تصادفی به خود می گیرد. به میزان کمتر یا بیشتر این فرآیند دناتوراسیون نامیده می شود. اسیدها، قلیایی ها، الکل ها، فنل ها، اوره، کلرید گوانیدین و غیره می توانند به عنوان معرف های دناتوره کننده استفاده شوند که ماهیت عمل آنها این است که با گروه های =NH و CO- از ستون فقرات پپتیدی و با گروه های اسیدی پیوند هیدروژنی تشکیل می دهند. رادیکال های اسید آمینه، جایگزین پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی خود در پروتئین می شوند، در نتیجه ساختارهای ثانویه و سوم تغییر می کنند. در طول دناتوره شدن، حلالیت پروتئین کاهش می یابد، "منعقد می شود" (به عنوان مثال، هنگام جوشاندن تخم مرغ)، و فعالیت بیولوژیکی پروتئین از بین می رود. بر این اساس، به عنوان مثال، استفاده از محلول آبی اسید کربولیک (فنل) به عنوان یک ضد عفونی کننده. تحت شرایط خاص، با خنک شدن آهسته محلول یک پروتئین دناتوره شده، دوباره طبیعی شدن رخ می دهد - بازسازی ساختار اصلی (بومی). این واقعیت را تأیید می کند که ماهیت تا شدن زنجیره پپتیدی توسط ساختار اولیه تعیین می شود.

فرآیند دناتوره شدن یک مولکول پروتئین منفرد، که منجر به از هم پاشیدگی ساختار سه بعدی "سخت" آن می شود، گاهی اوقات ذوب مولکول نامیده می شود. تقریباً هر تغییر محسوس در شرایط خارجی، مانند گرم شدن یا تغییر قابل توجه در pH، منجر به نقض مداوم ساختارهای چهارم، سوم و ثانویه پروتئین می شود. معمولاً دناتوره شدن در اثر افزایش دما، اثر اسیدها و قلیاهای قوی، نمک‌های فلزات سنگین، حلال‌های خاص (الکل)، تشعشع و غیره ایجاد می‌شود.

دناتوره شدن اغلب منجر به فرآیند تجمع ذرات پروتئین به ذرات بزرگتر در محلول کلوئیدی مولکول های پروتئین می شود. از نظر بصری، به عنوان مثال، به عنوان تشکیل یک "پروتئین" هنگام سرخ کردن تخم مرغ به نظر می رسد.

Renaturation فرآیند معکوس دناتوره سازی است که در آن پروتئین ها به ساختار طبیعی خود باز می گردند. لازم به ذکر است که همه پروتئین ها قادر به بازسازی نیستند. در اکثر پروتئین ها، دناتوره شدن غیر قابل برگشت است. اگر در حین دناتوره شدن پروتئین، تغییرات فیزیکوشیمیایی با انتقال زنجیره پلی پپتیدی از حالت فشرده (مرتب) به حالت بی نظم همراه باشد، در حین تغییر طبیعت، توانایی پروتئین ها برای خود سازماندهی آشکار می شود که مسیر آن عبارت است از از پیش تعیین شده توسط توالی اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی، یعنی ساختار اولیه آن توسط اطلاعات ارثی تعیین می شود. در سلول های زنده، این اطلاعات احتمالاً برای تبدیل یک زنجیره پلی پپتیدی نامنظم در طول یا پس از بیوسنتز آن بر روی ریبوزوم به ساختار یک مولکول پروتئین بومی تعیین کننده است. هنگامی که مولکول های DNA دو رشته ای تا دمای حدود 100 درجه سانتیگراد گرم می شوند، پیوندهای هیدروژنی بین بازها شکسته می شوند و رشته های مکمل از هم جدا می شوند - DNA دناتوره می شود. با این حال، با خنک شدن آهسته، رشته های مکمل می توانند دوباره به یک مارپیچ دوتایی منظم متصل شوند. این توانایی DNA برای بازسازی مجدد برای تولید مولکول های هیبریدی DNA مصنوعی استفاده می شود.

اجسام پروتئینی طبیعی دارای یک پیکربندی فضایی مشخص و کاملاً تعریف شده هستند و دارای تعدادی ویژگی فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی در دماهای فیزیولوژیکی و مقادیر pH هستند. تحت تأثیر عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی، پروتئین ها تحت انعقاد و رسوب قرار می گیرند و خواص اصلی خود را از دست می دهند. بنابراین، دناتوره شدن باید به عنوان نقض طرح کلی ساختار منحصر به فرد مولکول پروتئین بومی، عمدتاً ساختار سوم آن، که منجر به از دست دادن خواص مشخصه آن (حلالیت، تحرک الکتروفورتیک، فعالیت بیولوژیکی و غیره) می شود، درک شود. بیشتر پروتئین‌ها وقتی محلول‌هایشان در دمای 50 تا 60 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود، دنیوی می‌شوند.

تظاهرات خارجی دناتوره شدن به از دست دادن حلالیت، به ویژه در نقطه ایزوالکتریک، افزایش ویسکوزیته محلول های پروتئینی، افزایش تعداد گروه های SH عملکردی آزاد، و تغییر در ماهیت پراکندگی اشعه ایکس کاهش می یابد. . مشخصه ترین علامت دناتوره شدن کاهش شدید یا از دست دادن کامل فعالیت بیولوژیکی پروتئین (کاتالیزوری، آنتی ژنی یا هورمونی) است. در طول دناتوره شدن پروتئین ناشی از 8M اوره یا عامل دیگر، عمدتاً پیوندهای غیر کووالانسی (به ویژه فعل و انفعالات آبگریز و پیوندهای هیدروژنی) از بین می روند. پیوندهای دی سولفیدی در حضور عامل کاهنده مرکاپتواتانول شکسته می شوند، در حالی که پیوندهای پپتیدی ستون فقرات زنجیره پلی پپتیدی خود تحت تأثیر قرار نمی گیرند. در این شرایط، گلبول‌های مولکول‌های پروتئین بومی گشوده می‌شوند و ساختارهای تصادفی و نامنظم تشکیل می‌شوند (شکل).

دناتوره شدن یک مولکول پروتئین (طرح).

الف - حالت اولیه؛ ب - شروع نقض برگشت پذیر ساختار مولکولی. ج - استقرار برگشت ناپذیر زنجیره پلی پپتیدی.

دناتوره شدن و تغییر حالت ریبونوکلئاز (طبق گفته آنفینسن).

الف - استقرار (اوره + مرکاپتواتانول)؛ ب - تا کردن مجدد.

1. هیدرولیز پروتئین: H+

[− NH2─CH─ CO─NH─CH─CO - ]n +2nH2O → n NH2 - CH - COOH + n NH2 ─ CH ─ COOH

│ │ ‌‌│ │

اسید آمینه 1 اسید آمینه 2

2. رسوب پروتئین ها:

الف) برگشت پذیر

پروتئین در محلول ↔ رسوب پروتئین. تحت اثر محلول نمک های Na+، K+ رخ می دهد

ب) برگشت ناپذیر (دناتوره شدن)

در طول دناتوره شدن تحت تأثیر عوامل خارجی (دما، عمل مکانیکی - فشار، مالش، تکان دادن، اولتراسوند؛ اثر عوامل شیمیایی - اسیدها، قلیاها و غیره)، تغییر در ساختارهای ثانویه، سوم و چهارم پروتئین رخ می دهد. ماکرومولکول، یعنی ساختار فضایی بومی آن. ساختار اولیه و در نتیجه ترکیب شیمیایی پروتئین تغییر نمی کند.

در طول دناتوره شدن، خواص فیزیکی پروتئین ها تغییر می کند: حلالیت کاهش می یابد، فعالیت بیولوژیکی از بین می رود. در عین حال، فعالیت برخی از گروه های شیمیایی افزایش می یابد، تأثیر آنزیم های پروتئولیتیک بر پروتئین ها تسهیل می شود و در نتیجه آسان تر هیدرولیز می شود.

به عنوان مثال، آلبومین - سفیده تخم مرغ - در دمای 60-70 درجه از محلول رسوب می کند (انعقاد می کند) و توانایی حل شدن در آب را از دست می دهد.

طرح فرآیند دناتوره شدن پروتئین (تخریب ساختارهای سوم و ثانویه مولکول های پروتئین)

3. سوزاندن پروتئین ها

پروتئین ها با تشکیل نیتروژن، دی اکسید کربن، آب و برخی مواد دیگر می سوزند. سوختن با بوی مشخص پرهای سوخته همراه است.

4. واکنش های رنگی (کیفی) به پروتئین ها:

الف) واکنش زانتوپروتئین (برای بقایای اسید آمینه حاوی حلقه های بنزن):

پروتئین + HNO3 (conc.) → رنگ زرد

ب) واکنش بیورت (برای پیوندهای پپتیدی):

پروتئین + CuSO4 (اشبع) + NaOH (conc) → رنگ بنفش روشن

ج) واکنش سیستئین (برای بقایای اسید آمینه حاوی گوگرد):

پروتئین + NaOH + Pb(CH3COO)2 → رنگ آمیزی سیاه

پروتئین ها اساس همه حیات روی زمین هستند و عملکردهای مختلفی را در موجودات انجام می دهند.

نمک زدن پروتئین ها

نمک زدایی فرآیند جداسازی پروتئین ها از محلول های آبی با محلول های خنثی نمک های غلیظ فلزات قلیایی و قلیایی خاکی است. هنگامی که غلظت های بالایی از نمک به محلول پروتئین اضافه می شود، از بین رفتن آب ذرات پروتئین و حذف بار رخ می دهد، در حالی که پروتئین ها رسوب می کنند. درجه رسوب پروتئین به قدرت یونی محلول رسوب دهنده، اندازه ذرات مولکول پروتئین، مقدار بار آن و آب دوستی بستگی دارد. پروتئین های مختلف در غلظت های مختلف نمک رسوب می کنند. بنابراین در رسوباتی که با افزایش تدریجی غلظت نمک ها به دست می آیند، تک تک پروتئین ها در فراکسیون های مختلف قرار می گیرند. نمک زدایی از پروتئین ها یک فرآیند برگشت پذیر است و پس از حذف نمک، پروتئین خواص طبیعی خود را به دست می آورد. بنابراین، نمک زدایی در عمل بالینی در جداسازی پروتئین های سرم خون و همچنین در جداسازی و خالص سازی پروتئین های مختلف استفاده می شود.

آنیون ها و کاتیون های اضافه شده، پوسته پروتئین هیدراته پروتئین ها را که یکی از عوامل پایداری محلول های پروتئینی است، از بین می برد. اغلب از محلول های سدیم و سولفات آمونیوم استفاده می شود. بسیاری از پروتئین ها در اندازه پوسته هیدراتاسیون و مقدار بار متفاوت هستند. هر پروتئین منطقه نمکی خود را دارد. پس از حذف عامل نمک زدایی، پروتئین فعالیت بیولوژیکی و خواص فیزیکوشیمیایی خود را حفظ می کند. در عمل بالینی، از روش نمک زدایی برای جداسازی گلوبولین ها (با افزودن 50 درصد رسوبات سولفات آمونیوم (NH4)2SO4 a رسوب) و آلبومین ها (با افزودن 100 درصد سولفات آمونیوم (NH4)2SO4 a رسوبات رسوب استفاده می شود.

نمک زدن تحت تأثیر:

1) ماهیت و غلظت نمک؛

2) محیط های pH؛

3) دما

نقش اصلی توسط ظرفیت های یون ها ایفا می شود.

12) ویژگی های سازماندهی ساختار اولیه، ثانویه و سوم پروتئین.

در حال حاضر، وجود چهار سطح از سازماندهی ساختاری یک مولکول پروتئین به طور تجربی ثابت شده است: ساختار اولیه، ثانویه، سوم و چهارم.

پروتئین ها یا پروتئین ها، ترکیبات آلی پیچیده و با مولکولی بالا هستند که از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. آنها نمایانگر اصلی ترین و مهم ترین بخش تمام سلول ها و بافت های موجودات جانوری و گیاهی هستند که بدون آن نمی توان فرآیندهای فیزیولوژیکی حیاتی را انجام داد. پروتئین ها از نظر ترکیب و خواص در موجودات مختلف حیوانی و گیاهی و در سلول ها و بافت های مختلف یک موجود زنده یکسان نیستند. پروتئین ها با ترکیبات مولکولی مختلف به طور متفاوتی در محلول های نمک آبی و در محلول های آبی حل می شوند؛ آنها در حلال های آلی حل نمی شوند. به دلیل وجود گروه های اسیدی و بازی در مولکول پروتئین، واکنش خنثی دارد.

پروتئین ها ترکیبات متعددی را با هر ماده شیمیایی تشکیل می دهند که اهمیت ویژه آنها را در واکنش های شیمیایی که در بدن رخ می دهد و اساس همه مظاهر حیات و محافظت از آن در برابر تأثیرات مضر را نشان می دهد تعیین می کند. پروتئین ها اساس آنزیم ها، آنتی بادی ها، هموگلوبین، میوگلوبین، بسیاری از هورمون ها را تشکیل می دهند و مجتمع های پیچیده ای را با ویتامین ها تشکیل می دهند.

پروتئین ها با ورود به ترکیبات با چربی ها و کربوهیدرات ها می توانند در بدن در طی تجزیه آنها به چربی ها و کربوهیدرات ها تبدیل شوند. در بدن حیوان، آنها فقط از اسیدهای آمینه و مجتمع های آنها - پلی پپتیدها سنتز می شوند و نمی توانند از ترکیبات معدنی، چربی ها و کربوهیدرات ها تشکیل شوند. در خارج از بدن، بسیاری از مواد پروتئینی فعال بیولوژیکی با وزن مولکولی کم سنتز می شوند، شبیه به آنچه در بدن یافت می شود، به عنوان مثال، برخی از هورمون ها.

اطلاعات کلی در مورد پروتئین ها و طبقه بندی آنها

پروتئین ها مهمترین ترکیبات زیست آلی هستند که همراه با اسیدهای نوکلئیک نقش ویژه ای در ماده زنده دارند - زندگی بدون این ترکیبات غیرممکن است، زیرا به گفته F. Engels، زندگی وجود خاصی از اجسام پروتئینی و غیره است.

"پروتئین ها بیوپلیمرهای طبیعی هستند که محصولات واکنش چند تراکمی آلفا آمینه اسیدهای طبیعی هستند."

آلفا آمینه اسیدهای طبیعی 18-23، ترکیب آنها تعداد بی نهایتی از انواع مولکول های پروتئین را تشکیل می دهد که ارگانیسم های مختلف را ارائه می دهد. حتی برای تک تک افراد موجودات این گونه، پروتئین های خود مشخص است و تعدادی پروتئین در بسیاری از موجودات یافت می شود.

پروتئین ها با ترکیب عنصری زیر مشخص می شوند: آنها توسط کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و برخی عناصر شیمیایی دیگر تشکیل می شوند. ویژگی اصلی مولکول های پروتئین وجود اجباری نیتروژن در آنها (علاوه بر اتم های C، H، O) است.

در مولکول های پروتئین، یک پیوند "پپتیدی" تحقق می یابد، یعنی پیوندی بین اتم C گروه کربونیل و اتم نیتروژن گروه آمینه، که برخی از ویژگی های مولکول های پروتئین را تعیین می کند. زنجیره‌های جانبی مولکول پروتئین حاوی تعداد زیادی رادیکال و گروه‌های عاملی است که مولکول پروتئین را چند عملکردی می‌کند و قادر به تنوع قابل توجهی از خواص فیزیکوشیمیایی و بیوشیمیایی است.

با توجه به تنوع زیاد مولکول های پروتئین و پیچیدگی ترکیب و خواص آنها، پروتئین ها بر اساس ویژگی های مختلف دارای چندین طبقه بندی مختلف هستند. بیایید برخی از آنها را در نظر بگیریم.

I. دو گروه از پروتئین ها از نظر ترکیب متمایز می شوند:

1. پروتئین ها (پروتئین های ساده؛ مولکول آنها فقط توسط یک پروتئین، به عنوان مثال، آلبومین تخم مرغ تشکیل می شود).

2. پروتئین ها پروتئین های پیچیده ای هستند که مولکول های آن از اجزای پروتئینی و غیر پروتئینی تشکیل شده است.

پروتئین ها به چند گروه تقسیم می شوند که مهمترین آنها عبارتند از:

1) گلیکوپروتئین ها (ترکیبی پیچیده از پروتئین و کربوهیدرات)؛

2) لیپوپروتئین ها (مجموعه ای از مولکول های پروتئین و چربی ها (لیپیدها)؛

3) نوکلئوپروتئین ها (مجموعه ای از مولکول های پروتئین و مولکول های اسید نوکلئیک).

II. بر اساس شکل مولکول دو گروه پروتئین وجود دارد:

1. پروتئین های کروی - یک مولکول پروتئین دارای شکل کروی است (شکل کروی)، به عنوان مثال، مولکول های آلبومین تخم مرغ. چنین پروتئین هایی یا محلول در آب هستند یا قادر به تشکیل محلول های کلوئیدی هستند.

2. پروتئین های فیبریلار - مولکول های این مواد به صورت رشته هایی (فیبریل) هستند، به عنوان مثال، میوزین ماهیچه، فیبروئین ابریشم. پروتئین های فیبریلار در آب نامحلول هستند، آنها ساختارهایی را تشکیل می دهند که عملکردهای انقباضی، مکانیکی، شکل دهی و محافظتی و همچنین توانایی بدن برای حرکت در فضا را انجام می دهند.

III. پروتئین ها از نظر حلالیت در حلال های مختلف به چند گروه تقسیم می شوند که مهم ترین آنها عبارتند از:

1. محلول در آب.

2. محلول در چربی.

دسته بندی های دیگری از پروتئین ها وجود دارد.

شرح مختصری از آلفا آمینه اسیدهای طبیعی

آلفا آمینه اسیدهای طبیعی نوعی اسید آمینه هستند. اسید آمینه یک ماده آلی چند عملکردی است که حداقل دو گروه عملکردی دارد - یک گروه آمینه (-NH 2) و یک گروه کربوکسیل (کربوکسیلیک، دومی صحیح تر است) (-COOH).

آمینو اسیدهای آلفا آمینو اسیدهایی هستند که در آنها گروه آمینه و کربوکسیل روی یک اتم کربن قرار دارند. فرمول کلی آنها NH 2 CH(R)COOH است. در زیر فرمول برخی از آلفا آمینه اسیدهای طبیعی آمده است. آنها به شکلی مناسب برای نوشتن معادلات واکنش چند تراکمی نوشته شده اند و در مواقعی استفاده می شوند که برای به دست آوردن پلی پپتیدهای خاص، معادلات (طرح های) واکنش ها را بنویسید:

1) گلیسین (اسید آمینو استیک) - MH 2 CH 2 COOH؛

2) آلانین - NH 2 CH (CH 3) COOH;

3) فنیل آلانین - NH 2 CH (CH 2 C 6 H 5 ) COOH .

4) سرین - NH 2 CH (CH 2 OH) COOH;

5) اسید آسپارتیک - NH 2 CH (CH 2 COOH) COOH;

6) سیستئین - NH 2 CH (CH 2 SH) COOH و غیره.

برخی از اسیدهای آلفا آمینه طبیعی حاوی دو گروه آمینه (مثلا لیزین)، دو گروه کربوکسی (مثلا اسیدهای آسپارتیک و گلوتامیک)، گروه های هیدروکسید (OH) (مثلا تیروزین) هستند و می توانند حلقوی باشند (مثلاً پرولین).

با توجه به ماهیت تأثیر اسیدهای آلفا آمینه طبیعی بر متابولیسم، آنها به قابل تعویض و غیر قابل تعویض تقسیم می شوند. آمینو اسیدهای ضروری باید همراه با غذا مصرف شوند.

توضیح مختصری از ساختار مولکول های پروتئین

پروتئین ها علاوه بر ترکیب پیچیده خود، با ساختار پیچیده ای از مولکول های پروتئین نیز مشخص می شوند. چهار نوع ساختار مولکول های پروتئین وجود دارد.

1. ساختار اولیه با ترتیب آرایش باقی مانده های اسید آمینه آلفا در زنجیره پلی پپتیدی مشخص می شود. به عنوان مثال، یک تتراپپتید (پلی پپتیدی که از چند تراکم چهار مولکول اسید آمینه تشکیل می شود) آلا-فن-تیرو-سرین دنباله ای از باقی مانده های آلانین، فنیل آلانین، تیروزین و سرین است که توسط یک پیوند پپتیدی به یکدیگر متصل شده اند.

2. ساختار ثانویه یک مولکول پروتئین، آرایش فضایی زنجیره پلی پپتیدی است. این می تواند متفاوت باشد، اما رایج ترین آن مارپیچ آلفا است که با "پیچ" مشخصی از مارپیچ، اندازه و فاصله بین چرخش های فردی مارپیچ مشخص می شود.

ثبات ساختار ثانویه مولکول پروتئین با ظهور پیوندهای شیمیایی مختلف بین چرخش های فردی مارپیچ تضمین می شود. مهمترین نقش در میان آنها مربوط به پیوند هیدروژنی (اجرا شده با کشیدن هسته اتم گروه ها - NH 2 یا \u003d NH به پوسته الکترونی اتم های اکسیژن یا نیتروژن)، پیوند یونی (اجرا شده به دلیل برهم کنش الکترواستاتیکی یون -COO - و - NH + 3 یا \u003d NH + 2) و سایر انواع ارتباطات.

3. ساختار سوم مولکول های پروتئین با آرایش فضایی مارپیچ آلفا یا ساختار دیگری مشخص می شود. پایداری چنین سازه هایی با همان نوع اتصالات ساختار ثانویه تعیین می شود. در نتیجه اجرای ساختار سوم، یک "زیر واحد" از مولکول پروتئین ظاهر می شود که برای مولکول های بسیار پیچیده معمول است و برای مولکول های نسبتا ساده، ساختار سوم نهایی است.

4. ساختار چهارتایی یک مولکول پروتئین، آرایش فضایی زیر واحدهای مولکول های پروتئین است. این مشخصه پروتئین های پیچیده مانند هموگلوبین است.

با توجه به ساختار مولکول های پروتئین، لازم است بین ساختار یک پروتئین زنده - ساختار بومی و ساختار یک پروتئین مرده تمایز قائل شد. پروتئین موجود در ماده زنده (پروتئین بومی) با پروتئینی که در معرض شرایطی قرار گرفته است که ممکن است خواص پروتئین زنده را از دست بدهد متفاوت است. ضربه کم عمق دناتوراسیون نامیده می شود که در آن می توان خواص یک پروتئین زنده را در آینده بازیابی کرد. یکی از انواع دناتوراسیون، انعقاد برگشت پذیر است. با انعقاد برگشت ناپذیر، پروتئین بومی به یک "پروتئین مرده" تبدیل می شود.

شرح مختصری از خواص فیزیکی، فیزیکوشیمیایی و شیمیایی پروتئین

خواص مولکول های پروتئین برای تحقق خواص بیولوژیکی و اکولوژیکی آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، با توجه به حالت تجمع، پروتئین ها به عنوان جامد طبقه بندی می شوند که می توانند در آب یا حلال های دیگر محلول یا نامحلول باشند. بخش عمده ای از نقش زیست محیطی پروتئین ها توسط خواص فیزیکی تعیین می شود. بنابراین، توانایی مولکول های پروتئین برای تشکیل سیستم های کلوئیدی، عملکردهای ساختمانی، کاتالیزوری و سایر عملکردهای آنها را تعیین می کند. نامحلول بودن پروتئین ها در آب و سایر حلال ها، فیبریل بودن آنها عملکردهای محافظتی و شکل دهی و غیره را تعیین می کند.

خصوصیات فیزیکوشیمیایی پروتئین ها شامل توانایی آنها در دنچر شدن و منعقد شدن است. انعقاد در سیستم های کلوئیدی خود را نشان می دهد که اساس هر ماده زنده است. در حین انعقاد، ذرات به دلیل چسبیدن به هم بزرگتر می شوند. انعقاد را می توان پنهان کرد (فقط با میکروسکوپ می توان آن را مشاهده کرد) و صریح - نشانه آن رسوب پروتئین است. انعقاد برگشت ناپذیر است، زمانی که ساختار سیستم کلوئیدی پس از خاتمه عمل عامل انعقاد ترمیم نشود، و زمانی که سیستم کلوئیدی پس از حذف عامل انعقاد بازسازی شود، برگشت پذیر است.

نمونه ای از انعقاد برگشت پذیر، رسوب پروتئین آلبومین تخم مرغ تحت اثر محلول های نمکی است، در حالی که رسوب پروتئین زمانی که محلول رقیق می شود یا زمانی که رسوب به آب مقطر منتقل می شود، حل می شود.

نمونه ای از انعقاد برگشت ناپذیر، تخریب ساختار کلوئیدی پروتئین آلبومین هنگام گرم شدن تا نقطه جوش آب است. در مرگ (کامل)، ماده زنده به دلیل انعقاد غیرقابل برگشت کل سیستم به ماده مرده تبدیل می شود.

خواص شیمیایی پروتئین ها به دلیل وجود تعداد زیادی گروه عاملی در مولکول های پروتئین و همچنین به دلیل وجود پپتید و سایر پیوندها در مولکول های پروتئین بسیار متنوع است. از نقطه نظر اکولوژیکی و بیولوژیکی، مهمترین چیز توانایی مولکول های پروتئین برای هیدرولیز است (در این حالت، مخلوطی از آلفا آمینه اسیدهای طبیعی که در تشکیل این مولکول شرکت داشته اند، در نهایت به دست می آید، اگر این مخلوط ممکن است حاوی مواد دیگری باشد. پروتئین یک پروتئین بود)، به اکسیداسیون (محصولات آن ممکن است دی اکسید کربن، آب، ترکیبات نیتروژن مانند اوره، ترکیبات فسفر و غیره باشد).

پروتئین ها با انتشار بوی «شاخ سوخته» یا «پرهای سوخته» می سوزند که دانستن آن هنگام انجام آزمایش های محیطی ضروری است. واکنش های رنگی مختلف به پروتئین شناخته شده است (بیورت، زانتوپروتئین و غیره) که بیشتر در مورد آنها در درس شیمی است.

شرح مختصری از عملکردهای زیست محیطی و بیولوژیکی پروتئین ها

لازم است بین نقش اکولوژیکی و بیولوژیکی پروتئین ها در سلول ها و در کل بدن تمایز قائل شد.

نقش اکولوژیکی و بیولوژیکی پروتئین ها در سلول ها

با توجه به اینکه پروتئین ها (به همراه اسیدهای نوکلئیک) مواد حیاتی هستند، عملکرد آنها در سلول ها بسیار متنوع است.

1. مهم ترین عملکرد مولکول های پروتئین، عملکرد ساختاری است که شامل این واقعیت است که پروتئین مهمترین جزء تمام ساختارهای تشکیل دهنده سلول است که در آن بخشی از مجموعه ای از ترکیبات شیمیایی مختلف است.

2. پروتئین مهم ترین معرف در جریان طیف عظیمی از واکنش های بیوشیمیایی است که عملکرد طبیعی ماده زنده را تضمین می کند، بنابراین با عملکرد معرف مشخص می شود.

3. در ماده زنده، واکنش ها فقط در حضور کاتالیزورهای بیولوژیکی - آنزیم ها امکان پذیر است و همانطور که در نتیجه مطالعات بیوشیمیایی مشخص شد، ماهیت پروتئینی دارند، بنابراین پروتئین ها عملکرد کاتالیزوری را نیز انجام می دهند.

4. در صورت لزوم، پروتئین ها در موجودات اکسیده می شوند و در عین حال آزاد می شوند که به دلیل آن ATP سنتز می شود، i.e. پروتئین ها عملکرد انرژی را نیز انجام می دهند، اما با توجه به این واقعیت که این مواد برای موجودات ارزش خاصی دارند (به دلیل ترکیب پیچیده آنها)، عملکرد انرژی پروتئین ها توسط موجودات فقط در شرایط بحرانی تحقق می یابد.

5. پروتئین ها همچنین می توانند یک عملکرد ذخیره سازی انجام دهند، زیرا آنها نوعی "غذای کنسرو شده" مواد و انرژی برای موجودات (به ویژه گیاهان) هستند که رشد اولیه آنها را تضمین می کند (برای حیوانات - داخل رحمی، برای گیاهان - رشد جنین قبل از ظاهر یک ارگانیسم جوان - یک نهال).

تعدادی از عملکردهای پروتئینی هم برای سلول ها و هم برای کل ارگانیسم مشخص است، بنابراین در زیر به آنها پرداخته می شود.

نقش اکولوژیکی و بیولوژیکی پروتئین ها در موجودات (به طور کلی)

1. پروتئین ها ساختارهای ویژه ای را در سلول ها و ارگانیسم ها تشکیل می دهند (همراه با سایر مواد) که قادر به درک سیگنال های محیط به شکل تحریک هستند که به دلیل آن حالت "تحریک" ایجاد می شود که بدن با واکنش خاصی به آن پاسخ می دهد. واکنش، یعنی برای پروتئین ها هم در سلول و هم در بدن به عنوان یک کل، یک عملکرد درک مشخصه است.

2. پروتئین ها همچنین با یک عملکرد رسانا (هم در سلول ها و هم در بدن به عنوان یک کل) مشخص می شوند که شامل این واقعیت است که تحریکی که در ساختارهای خاصی از سلول (ارگانیسم) ایجاد شده است به مرکز مربوطه (سلول) منتقل می شود. یا ارگانیسم)، که در آن یک واکنش خاص (پاسخ) یک ارگانیسم یا سلول به یک سیگنال ورودی شکل می گیرد.

3. بسیاری از ارگانیسم ها قابلیت حرکت در فضا را دارند که به دلیل قابلیت انقباض ساختارهای سلولی یا ارگانیسمی امکان پذیر است و این امکان وجود دارد زیرا پروتئین های ساختار فیبریلار عملکرد انقباضی دارند.

4. برای موجودات هتروتروف، پروتئین ها، هم به صورت جداگانه و هم در مخلوط با مواد دیگر، محصولات غذایی هستند، یعنی با عملکرد تغذیه ای مشخص می شوند.

شرح مختصری از تبدیل پروتئین در موجودات هتروتروف به عنوان مثال از یک انسان

پروتئین های موجود در ترکیب غذا وارد حفره دهان می شوند، جایی که با بزاق مرطوب می شوند، با دندان خرد می شوند و به یک توده همگن تبدیل می شوند (با جویدن کامل)، و از طریق حلق و مری وارد معده می شوند (قبل از ورود به دومی، هیچ اتفاقی نمی افتد). با پروتئین ها به عنوان ترکیبات).

در معده، بولوس غذا از شیره معده که راز غدد معده است، اشباع می شود. شیره معده یک سیستم آبی حاوی کلرید هیدروژن و آنزیم هایی است که مهمترین آنها (برای پروتئین ها) پپسین است. پپسین در یک محیط اسیدی باعث فرآیند هیدرولیز پروتئین ها به پپتون می شود. سپس غلات غذا وارد بخش اول روده کوچک می شود - دوازدهه، که در آن مجرای پانکراس باز می شود، که آب پانکراس را ترشح می کند، که دارای یک محیط قلیایی و مجموعه ای از آنزیم ها است، که تریپسین فرآیند هیدرولیز پروتئین را تسریع می کند و منجر می شود. آن را تا انتها، یعنی تا زمانی که ترکیبی از اسیدهای آلفا آمینه طبیعی (آنها محلول هستند و می توانند توسط پرزهای روده جذب خون شوند) ظاهر شوند.

این مخلوط از اسیدهای آمینه وارد مایع بینابینی می شود و از آنجا به سلول های بدن وارد می شود که در آن آنها (اسیدهای آمینه) وارد دگرگونی های مختلف می شوند. یک قسمت از این ترکیبات به طور مستقیم برای سنتز پروتئین های مشخصه یک ارگانیسم مورد استفاده قرار می گیرد، بخش دوم در معرض ترانس آمیناسیون یا دآمیناسیون قرار می گیرد و ترکیبات جدید لازم برای بدن را می دهد، بخش سوم اکسید می شود و منبع انرژی لازم برای بدن است. برای تحقق عملکردهای حیاتی آن

لازم است به برخی از ویژگی های دگرگونی های درون سلولی پروتئین ها توجه شود. اگر ارگانیسم هتروتروف و تک سلولی باشد، پروتئین های موجود در غذا وارد سلول ها به سیتوپلاسم یا واکوئل های گوارشی ویژه می شوند، جایی که تحت اثر آنزیم ها تحت هیدرولیز قرار می گیرند و سپس همه چیز همانطور که برای اسیدهای آمینه در سلول ها توضیح داده شده است، پیش می رود. ساختارهای سلولی به طور مداوم به روز می شوند، بنابراین پروتئین "قدیمی" با پروتئین "جدید" جایگزین می شود، در حالی که پروتئین اول برای به دست آوردن مخلوطی از اسیدهای آمینه هیدرولیز می شود.

ارگانیسم های اتوتروف ویژگی های خاص خود را در تبدیل پروتئین ها دارند. پروتئین های اولیه (در سلول های مریستم) از اسیدهای آمینه سنتز می شوند که از محصولات تبدیل کربوهیدرات های اولیه (در طول فتوسنتز به وجود آمده اند) و مواد معدنی حاوی نیتروژن (نیترات ها یا نمک های آمونیوم) سنتز می شوند. جایگزینی ساختارهای پروتئینی در سلول های با عمر طولانی ارگانیسم های اتوتروف با موجودات هتروتروف تفاوتی ندارد.

تعادل نیتروژن

پروتئین ها، متشکل از اسیدهای آمینه، ترکیبات اساسی هستند که در فرآیندهای زندگی ذاتی هستند. بنابراین، توجه به متابولیسم پروتئین ها و محصولات برش آنها بسیار مهم است.

نیتروژن بسیار کمی در ترکیب عرق وجود دارد، بنابراین معمولاً تجزیه و تحلیل عرق برای محتوای نیتروژن انجام نمی شود. مقدار نیتروژن تامین شده با غذا و مقدار نیتروژن موجود در ادرار و مدفوع در 6.25 (16%) ضرب می شود و مقدار دوم از مقدار اول کم می شود. در نتیجه میزان نیتروژنی که وارد بدن شده و توسط آن جذب می شود مشخص می شود.

وقتی مقدار نیتروژنی که با غذا وارد بدن می شود برابر با مقدار نیتروژن موجود در ادرار و مدفوع باشد، یعنی در هنگام دآمیناسیون تشکیل شود، تعادل نیتروژن ایجاد می شود. تعادل نیتروژن، به عنوان یک قاعده، مشخصه یک ارگانیسم سالم بالغ است.

وقتی مقدار نیتروژن وارد شده به بدن بیشتر از مقدار نیتروژن آزاد شده باشد، تعادل نیتروژن مثبت وجود دارد، یعنی مقدار پروتئین وارد شده به بدن بیشتر از مقدار پروتئینی است که دچار پوسیدگی شده است. تعادل مثبت نیتروژن مشخصه یک ارگانیسم سالم در حال رشد است.

هنگامی که دریافت پروتئین از غذا افزایش می یابد، مقدار نیتروژن دفع شده در ادرار نیز افزایش می یابد.

و در نهایت، زمانی که مقدار نیتروژن ورودی به بدن کمتر از مقدار نیتروژن آزاد شده باشد، تعادل نیتروژن منفی ایجاد می شود که در آن تجزیه پروتئین از سنتز آن فراتر رفته و پروتئینی که بخشی از بدن است از بین می رود. . این اتفاق با گرسنگی پروتئین و زمانی که آمینو اسیدهای لازم برای بدن نمی آیند اتفاق می افتد. تعادل منفی نیتروژن نیز پس از عمل دوزهای بالای تابش یونیزان، که باعث افزایش تجزیه پروتئین ها در اندام ها و بافت ها می شود، مشاهده شد.

مشکل پروتئین بهینه

حداقل مقدار پروتئین های غذایی مورد نیاز برای دوباره پر کردن پروتئین های تخریب شده بدن یا میزان تجزیه پروتئین های بدن با تغذیه منحصراً کربوهیدراتی، عامل سایش نامیده می شود. در یک فرد بالغ، کوچکترین مقدار این ضریب حدود 30 گرم پروتئین در روز است. با این حال، این مقدار کافی نیست.

چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها بر مصرف پروتئین‌ها بیش از حداقل مورد نیاز برای مقاصد پلاستیکی تأثیر می‌گذارند، زیرا آنها مقدار انرژی لازم برای تجزیه پروتئین‌ها را بیش از حداقل آزاد می‌کنند. کربوهیدرات ها با تغذیه معمولی تجزیه پروتئین ها را 3-3.5 برابر بیشتر از گرسنگی کامل کاهش می دهند.

برای یک فرد بزرگسال با رژیم غذایی ترکیبی حاوی مقدار کافی کربوهیدرات و چربی و وزن بدن 70 کیلوگرم، میزان پروتئین در روز 105 گرم است.

مقدار پروتئینی که رشد و فعالیت حیاتی بدن را به طور کامل تضمین می کند به عنوان پروتئین بهینه تعیین می شود و برای یک فرد با کار سبک 100-125 گرم پروتئین در روز، با کار سخت تا 165 گرم و 220 گرم است. -230 گرم با کار بسیار سخت.

مقدار پروتئین در روز باید حداقل 17 درصد از کل مقدار غذا بر حسب وزن و 14 درصد از نظر انرژی باشد.

پروتئین های کامل و ناقص

پروتئین هایی که با غذا وارد بدن می شوند به دو دسته بیولوژیکی کامل و بیولوژیکی پایین تقسیم می شوند.

پروتئین های کامل بیولوژیکی آن دسته از پروتئین هایی هستند که به مقدار کافی حاوی تمام اسیدهای آمینه لازم برای سنتز پروتئین موجود زنده هستند. ترکیب پروتئین های کامل لازم برای رشد بدن شامل اسیدهای آمینه ضروری زیر است: لیزین، تریپتوفان، ترئونین، لوسین، ایزولوسین، هیستیدین، آرژنین، والین، متیونین، فنیل آلانین. از این آمینواسیدها می توان اسیدهای آمینه، هورمون ها و غیره دیگری نیز به وجود آورد که تیروزین از فنیل آلانین، هورمون های تیروکسین و آدرنالین از تیروزین با دگرگونی ها و هیستامین از هیستیدین به وجود می آیند. متیونین در تشکیل هورمون های تیروئید نقش دارد و برای تشکیل کولین، سیستئین و گلوتاتیون ضروری است. برای فرآیندهای ردوکس، متابولیسم نیتروژن، جذب چربی ها، فعالیت طبیعی مغز ضروری است. لیزین در خون سازی نقش دارد و باعث رشد بدن می شود. تریپتوفان همچنین برای رشد ضروری است، در تشکیل سروتونین، ویتامین PP و در سنتز بافت نقش دارد. لیزین، سیستین و والین فعالیت قلبی را تحریک می کنند. محتوای کم سیستین در غذا رشد مو را به تاخیر می اندازد و قند خون را افزایش می دهد.

پروتئین‌هایی که از نظر بیولوژیکی پایین‌تر هستند، پروتئین‌هایی هستند که فاقد حتی یک اسید آمینه هستند که توسط ارگانیسم‌های حیوانی قابل سنتز نیست.

ارزش بیولوژیکی پروتئین با مقدار پروتئین موجود در بدن اندازه گیری می شود که از 100 گرم پروتئین غذا تشکیل می شود.

پروتئین های با منشاء حیوانی موجود در گوشت، تخم مرغ و شیر، کامل ترین (70-95٪) هستند. پروتئین های با منشاء گیاهی ارزش بیولوژیکی پایین تری دارند، مانند پروتئین های نان چاودار، ذرت (60٪)، سیب زمینی، مخمر (67٪).

پروتئین حیوانی - ژلاتین که حاوی تریپتوفان و تیروزین نیست، معیوب است. گندم و جو دارای لیزین کم، ذرت کم لیزین و تریپتوفان هستند.

برخی از اسیدهای آمینه جایگزین یکدیگر می شوند، به عنوان مثال، فنیل آلانین جایگزین تیروزین می شود.

دو پروتئین ناقص که فاقد آمینو اسیدهای مختلف هستند، با هم می توانند یک رژیم غذایی پروتئین کامل را تشکیل دهند.

نقش کبد در سنتز پروتئین

کبد پروتئین های موجود در پلاسمای خون را سنتز می کند: آلبومین ها، گلوبولین ها (به استثنای گاما گلوبولین ها)، فیبرینوژن، اسیدهای نوکلئیک و آنزیم های متعدد که برخی از آنها فقط در کبد سنتز می شوند، مانند آنزیم هایی که در تشکیل اوره نقش دارند.

پروتئین‌های سنتز شده در بدن بخشی از اندام‌ها، بافت‌ها و سلول‌ها، آنزیم‌ها و هورمون‌ها (ارزش پلاستیکی پروتئین‌ها) هستند، اما در بدن به شکل ترکیبات پروتئینی مختلف ذخیره نمی‌شوند. بنابراین، آن بخشی از پروتئین ها که هیچ اهمیت پلاستیکی ندارند با مشارکت آنزیم ها دآمینه می شوند - با آزاد شدن انرژی به محصولات مختلف نیتروژنی تجزیه می شود. نیمه عمر پروتئین های کبد 10 روز است.

تغذیه پروتئینی در شرایط مختلف

پروتئین تجزیه نشده جز از طریق مجرای گوارشی جذب بدن نمی شود. پروتئین وارد شده به خارج از مجرای گوارشی (به صورت تزریقی) باعث ایجاد واکنش محافظتی در قسمتی از بدن می شود.

اسیدهای آمینه پروتئین تقسیم شده و ترکیبات آنها - پلی پپتیدها - به سلول های بدن وارد می شوند که در آنها تحت تأثیر آنزیم ها، سنتز پروتئین به طور مداوم در طول زندگی اتفاق می افتد. پروتئین های غذایی عمدتاً دارای ارزش پلاستیکی هستند.

در طول دوره رشد بدن - در دوران کودکی و نوجوانی - سنتز پروتئین به ویژه بالا است. با افزایش سن، سنتز پروتئین کاهش می یابد. در نتیجه، در فرآیند رشد، احتباس یا تاخیر در بدن مواد شیمیایی سازنده پروتئین ها رخ می دهد.

مطالعه متابولیسم با استفاده از ایزوتوپ ها نشان داد که در برخی از اندام ها در عرض 2-3 روز تقریباً نیمی از پروتئین ها دچار پوسیدگی می شوند و همان مقدار پروتئین توسط بدن دوباره سنتز می شود (باز سنتز). در هر یک از موجودات، پروتئین های خاصی سنتز می شوند که با پروتئین های سایر بافت ها و سایر موجودات متفاوت است.

مانند چربی ها و کربوهیدرات ها، اسیدهای آمینه ای که برای ساختن بدن استفاده نمی شوند، برای آزاد شدن انرژی تجزیه می شوند.

اسیدهای آمینه، که از پروتئین های سلول های در حال مرگ و پوسیده بدن تشکیل می شوند، با آزاد شدن انرژی نیز دچار دگرگونی می شوند.

در شرایط عادی، میزان پروتئین مورد نیاز در روز برای یک بزرگسال 1.5-2.0 گرم به ازای هر 1 کیلوگرم وزن بدن، در شرایط سرمای طولانی مدت 3.0-3.5 گرم، با کار فیزیکی بسیار سخت 3.0-3.5 گرم است.

افزایش میزان پروتئین به بیش از 3.0-3.5 گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن، فعالیت سیستم عصبی، کبد و کلیه ها را مختل می کند.

لیپیدها، طبقه بندی و نقش فیزیولوژیکی آنها

لیپیدها موادی هستند که در آب نامحلول بوده و در ترکیبات آلی (الکل، کلروفرم و ...) حل می شوند. لیپیدها شامل چربی های خنثی، مواد مشابه چربی (لیپویدها) و برخی ویتامین ها (A، D، E، K) هستند. لیپیدها دارای اهمیت پلاستیکی هستند و بخشی از تمام سلول ها و هورمون های جنسی هستند.

به خصوص چربی های زیادی در سلول های سیستم عصبی و غدد فوق کلیوی وجود دارد. بخش قابل توجهی از آنها توسط بدن به عنوان یک ماده انرژی استفاده می شود.