الخصائص الفيزيائية للبروتينات. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات. هيكل ووظائف البروتينات. مثبطات وظيفة البروتين
رقم 1. البروتينات: الروابط الببتيدية والكشف عنها.
البروتينات عبارة عن جزيئات كبيرة من البولياميدات الخطية التي تتكون من الأحماض الأمينية نتيجة تفاعل التكثيف المتعدد في الكائنات البيولوجية.
السناجب هي مركبات ذات وزن جزيئي عالي مصنوعة من أحماض أمينية. يشارك 20 حمضًا أمينيًا في تكوين البروتينات. ترتبط معًا في سلاسل طويلة تشكل أساس جزيء البروتين ذي الوزن الجزيئي الكبير.
وظائف البروتينات في الجسم
إن الجمع بين الخصائص الكيميائية والفيزيائية المميزة للبروتينات يوفر لهذه الفئة من المركبات العضوية دورًا مركزيًا في ظواهر الحياة.
تمتلك البروتينات الخصائص البيولوجية التالية أو تؤدي الوظائف الأساسية التالية في الكائنات الحية:
1. الوظيفة التحفيزية للبروتينات. جميع المحفزات البيولوجية - الإنزيمات هي بروتينات. حاليًا، تم تشخيص آلاف الإنزيمات، وتم عزل العديد منها في شكل بلوري. جميع الإنزيمات تقريبًا عبارة عن محفزات قوية، مما يزيد من معدلات التفاعل بما لا يقل عن مليون مرة. وظيفة البروتينات هذه فريدة من نوعها، وليست مميزة لجزيئات البوليمر الأخرى.
2. الغذائية (وظيفة احتياطية للبروتينات). هذه هي، في المقام الأول، البروتينات المخصصة لتغذية الجنين النامي: كازين الحليب، ألبومين البيض البيض، البروتينات الاحتياطية لبذور النباتات. مما لا شك فيه أن عددًا من البروتينات الأخرى تستخدم في الجسم كمصدر للأحماض الأمينية، والتي بدورها هي سلائف للمواد النشطة بيولوجيًا التي تنظم عملية التمثيل الغذائي.
3. وظيفة نقل البروتينات. يتم نقل العديد من الجزيئات والأيونات الصغيرة بواسطة بروتينات محددة. على سبيل المثال، يتم تنفيذ وظيفة الجهاز التنفسي للدم، وهي نقل الأكسجين، عن طريق جزيئات الهيموجلوبين - بروتين خلايا الدم الحمراء. تشارك ألبومينات المصل في نقل الدهون. يشكل عدد من بروتينات مصل اللبن الأخرى مجمعات تحتوي على الدهون والنحاس والحديد والثيروكسين وفيتامين أ ومركبات أخرى، مما يضمن إيصالها إلى الأعضاء المناسبة.
4. وظيفة الحماية للبروتينات. يتم تنفيذ الوظيفة الرئيسية للحماية عن طريق الجهاز المناعي، الذي يضمن تخليق بروتينات وقائية محددة - الأجسام المضادة - استجابة لدخول البكتيريا أو السموم أو الفيروسات (المستضدات) إلى الجسم. تربط الأجسام المضادة المستضدات وتتفاعل معها وبالتالي تحييد آثارها البيولوجية وتحافظ على الحالة الطبيعية للجسم. يعد تخثر بروتين بلازما الدم - الفيبرينوجين - وتكوين جلطة دموية تحمي من فقدان الدم أثناء الإصابة، مثالًا آخر على الوظيفة الوقائية للبروتينات.
5. وظيفة مقلصة للبروتينات. تشارك العديد من البروتينات في عملية تقلص العضلات واسترخائها. يلعب الدور الرئيسي في هذه العمليات الأكتين والميوسين - بروتينات معينة من الأنسجة العضلية. الوظيفة الانقباضية متأصلة أيضًا في بروتينات الهياكل تحت الخلوية، والتي تضمن أفضل عمليات حياة الخلية،
6. الوظيفة الهيكلية للبروتينات. البروتينات التي لها هذه الوظيفة تحتل المرتبة الأولى بين البروتينات الأخرى في جسم الإنسان. البروتينات الهيكلية مثل الكولاجين منتشرة على نطاق واسع في الأنسجة الضامة. الكيراتين في الشعر والأظافر والجلد. الإيلاستين - في جدران الأوعية الدموية، الخ.
7. الوظيفة الهرمونية (التنظيمية) للبروتينات. يتم تنظيم عملية التمثيل الغذائي في الجسم من خلال آليات مختلفة. تحتل الهرمونات التي تنتجها الغدد الصماء مكانًا مهمًا في هذه اللائحة. يتم تمثيل عدد من الهرمونات بالبروتينات، أو الببتيدات، على سبيل المثال، هرمونات الغدة النخامية والبنكرياس وغيرها.
السندات الببتيد
رسميًا، يمكن تمثيل تكوين جزيء البروتين الكبير كتفاعل تكثيف متعدد للأحماض الأمينية ألفا.
من وجهة نظر كيميائية، البروتينات عبارة عن مركبات عضوية تحتوي على نسبة عالية من النيتروجين (البولي أميدات)، والتي يتم بناء جزيئاتها من بقايا الأحماض الأمينية. مونومرات البروتينات هي أحماض أمينية ألفا، السمة المشتركة لها هي وجود مجموعة الكربوكسيل -COOH ومجموعة أمينية -NH 2 في ذرة الكربون الثانية (ذرة الكربون ألفا):
بناءً على نتائج دراسة منتجات التحلل المائي للبروتين وتلك التي طرحها أ.يا. أفكار دانيلفسكي حول دور روابط الببتيد -CO-NH- في بناء جزيء البروتين، اقترح العالم الألماني إي. فيشر نظرية الببتيد لبنية البروتين في بداية القرن العشرين. وفقًا لهذه النظرية، البروتينات عبارة عن بوليمرات خطية من أحماض ألفا الأمينية المرتبطة بالببتيد السندات - الببتيدات:
في كل ببتيد، يحتوي أحد بقايا الأحماض الأمينية الطرفية على مجموعة α-amino حرة (N-terminus) والآخر يحتوي على مجموعة α-carboxyl مجانية (C-terminus). عادة ما يتم تصوير بنية الببتيدات بدءًا من الحمض الأميني N-terminal. في هذه الحالة، يتم تحديد بقايا الأحماض الأمينية بالرموز. على سبيل المثال: علاء-تير-لو-سر-تير- - سيس. يشير هذا الإدخال إلى الببتيد الذي يوجد فيه الحمض الأميني α-الطرفي N يتكون من ألانين، والمحطة C - السيستين. عند قراءة مثل هذا السجل، تتغير نهايات أسماء جميع الأحماض، باستثناء الأخيرة، إلى "الطمي": alanyl-tyrosyl-leucyl-seryl-tyrosyl-cysteine. يتراوح طول سلسلة الببتيد في الببتيدات والبروتينات الموجودة في الجسم من اثنين إلى مئات وآلاف بقايا الأحماض الأمينية.
رقم 2. تصنيف البروتينات البسيطة
ل بسيط (البروتينات) تشمل البروتينات التي تنتج الأحماض الأمينية فقط عند التحلل المائي.
البروتينات ____بروتينات بسيطة من أصل حيواني، غير قابلة للذوبان في الماء، المحاليل الملحية، الأحماض المخففة والقلويات. أداء وظائف داعمة بشكل رئيسي (على سبيل المثال، الكولاجين، الكيراتين
البروتامينات – بروتينات نووية موجبة الشحنة، بوزن جزيئي يتراوح بين 10-12 كيلو دالتون. وهي عبارة عن أحماض أمينية قلوية بنسبة 80% تقريبًا، مما يمنحها القدرة على التفاعل مع الأحماض النووية من خلال الروابط الأيونية. المشاركة في تنظيم نشاط الجينات. عالي الذوبان في الماء؛
هيستون – البروتينات النووية التي تلعب دوراً مهماً في تنظيم نشاط الجينات. وهي موجودة في جميع الخلايا حقيقية النواة، وتنقسم إلى 5 فئات، تختلف في الوزن الجزيئي ومحتوى الأحماض الأمينية. يتراوح الوزن الجزيئي للهستونات من 11 إلى 22 كيلو دالتون، والاختلافات في تكوين الأحماض الأمينية تتعلق بالليسين والأرجينين، حيث يتراوح محتواها من 11 إلى 29٪ ومن 2 إلى 14٪ على التوالي؛
برولامين - غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان في 70٪ كحول، ويتميز التركيب الكيميائي - بالكثير من البرولين، وحمض الجلوتاميك، ولا يسين ,
الجلوتينات – قابل للذوبان في المحاليل القلوية ,
الجلوبيولين – بروتينات غير قابلة للذوبان في الماء وفي محلول شبه مشبع من كبريتات الأمونيوم، ولكنها قابلة للذوبان في المحاليل المائية للأملاح والقلويات والأحماض. الوزن الجزيئي – 90-100 كيلو دالتون؛
الزلال – بروتينات الأنسجة الحيوانية والنباتية القابلة للذوبان في الماء والمحاليل الملحية. الكتلة الجزيئية هي 69 كيلو دالتون.
البروتينات الصلبة – بروتينات الأنسجة الداعمة للحيوانات
تشمل أمثلة البروتينات البسيطة ألياف الحرير وألبومين مصل البيض والبيبسين وما إلى ذلك.
رقم 3. طرق عزل وترسيب (تنقية) البروتينات.
رقم 4. البروتينات على شكل بولي إلكتروليتات. نقطة تساوي الجهد الكهربي للبروتين.
البروتينات هي شوارد إلكتروليتية مذبذبة، أي. يحمل كل من الخصائص الحمضية والأساسية. ويرجع ذلك إلى وجود جذور الأحماض الأمينية القادرة على التأين في جزيئات البروتين، بالإضافة إلى مجموعات ألفا أمينو وألفا كربوكسيل الحرة في نهايات سلاسل الببتيد. يتم إعطاء الخصائص الحمضية للبروتين بواسطة الأحماض الأمينية الحمضية (الأسبارتيك والجلوتاميك)، والخصائص القلوية بواسطة الأحماض الأمينية الأساسية (ليسين، أرجينين، الهستيدين).
تعتمد شحنة جزيء البروتين على تأين المجموعات الحمضية والأساسية من جذور الأحماض الأمينية. اعتمادا على نسبة المجموعات السلبية والإيجابية، يكتسب جزيء البروتين ككل شحنة موجبة أو سلبية إجمالية. عندما يتم تحمض محلول البروتين، تنخفض درجة تأين المجموعات الأيونية، وتزداد المجموعات الكاتيونية؛ وعندما القلوية، فإن العكس هو الصحيح. عند قيمة معينة من الرقم الهيدروجيني، يصبح عدد المجموعات المشحونة إيجابيا وسلبيا متساويا، ويكون البروتين في حالة تساوي الجهد الكهربي (الشحنة الإجمالية هي 0). تسمى قيمة الرقم الهيدروجيني التي يكون عندها البروتين في حالة تساوي الجهد الكهربي بالنقطة الكهربية ويتم تعيينها بـ pI، على غرار الأحماض الأمينية. بالنسبة لمعظم البروتينات، يقع pI في حدود 5.5-7.0، مما يشير إلى غلبة معينة للأحماض الأمينية الحمضية في البروتينات. ومع ذلك، هناك أيضًا بروتينات قلوية، على سبيل المثال، سالمين - البروتين الرئيسي من حليب السلمون (ر = 12). بالإضافة إلى ذلك، هناك بروتينات تكون قيمة pI فيها منخفضة جدًا، على سبيل المثال البيبسين، وهو إنزيم موجود في عصير المعدة (pl=l). عند النقطة الكهربية، تكون البروتينات غير مستقرة للغاية وتترسب بسهولة، ولها أقل قابلية للذوبان.
إذا لم يكن البروتين في حالة تساوي الجهد الكهربي، فإن جزيئاته في المجال الكهربائي ستنتقل إلى الكاثود أو الأنود، اعتمادًا على إشارة الشحنة الإجمالية وبسرعة تتناسب مع حجمها؛ هذا هو جوهر طريقة الكهربائي. يمكن لهذه الطريقة فصل البروتينات ذات قيم pI المختلفة.
على الرغم من أن البروتينات لها خصائص عازلة، إلا أن قدرتها على قيم الأس الهيدروجيني الفسيولوجية محدودة. الاستثناء هو البروتينات التي تحتوي على الكثير من الهيستيدين، حيث أن جذر الهيستيدين فقط له خصائص تخزين مؤقت في نطاق الأس الهيدروجيني 6-8. هناك عدد قليل جدا من هذه البروتينات. على سبيل المثال، الهيموجلوبين، الذي يحتوي على ما يقرب من 8٪ من الهيستيدين، هو عازل قوي داخل الخلايا في خلايا الدم الحمراء، مما يحافظ على درجة الحموضة في الدم عند مستوى ثابت.
رقم 5. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات.
للبروتينات خصائص كيميائية وفيزيائية وبيولوجية مختلفة، والتي يتم تحديدها من خلال تكوين الأحماض الأمينية والتنظيم المكاني لكل بروتين. التفاعلات الكيميائية للبروتينات متنوعة للغاية، فهي ناتجة عن وجود مجموعات NH 2 - COOH والجذور ذات الطبيعة المختلفة. هذه هي تفاعلات النترات والأسيلة والألكلة والأسترة واختزال الأكسدة وغيرها. تحتوي البروتينات على خصائص حمضية وقاعدية وعازلة وغروية وتناضحية.
الخصائص الحمضية القاعدية للبروتينات
الخواص الكيميائية. عندما يتم تسخين المحاليل المائية للبروتينات قليلا، يحدث تمسخ. في هذه الحالة، أشكال راسب.
عندما يتم تسخين البروتينات مع الأحماض، يحدث التحلل المائي، مما يؤدي إلى خليط من الأحماض الأمينية.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات
البروتينات لها وزن جزيئي مرتفع.
شحن جزيء البروتين. تحتوي جميع البروتينات على مجموعة واحدة على الأقل من -NH و-COOH.
حلول البروتين- المحاليل الغروية ذات الخواص المختلفة. البروتينات حمضية وقاعدية. تحتوي البروتينات الحمضية على الكثير من الجلو والأسب، والتي تحتوي على كربوكسيل إضافي ومجموعات أمينية أقل. تحتوي البروتينات القلوية على الكثير من الليس والأرج. كل جزيء بروتين في محلول مائي محاط بقشرة مائية، لأن البروتينات تحتوي على العديد من المجموعات المحبة للماء (-COOH، -OH، -NH 2، -SH) بسبب الأحماض الأمينية. في المحاليل المائية، يكون لجزيء البروتين شحنة. يمكن أن تختلف شحنة البروتين في الماء اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني.
هطول البروتين.تحتوي البروتينات على غلاف مائي، وهي شحنة تمنعها من الالتصاق ببعضها البعض. للترسيب من الضروري إزالة غلاف الترطيب والشحن.
1. الترطيب. تعني عملية الترطيب ربط الماء بالبروتينات، وهي تظهر خصائص محبة للماء: فهي تنتفخ وتزداد كتلتها وحجمها. ويصاحب تورم البروتين انحلاله الجزئي. تعتمد محبة البروتينات الفردية على بنيتها. مجموعات الأميد المحبة للماء (–CO–NH–، رابطة الببتيد)، والأمين (NH2) والكربوكسيل (COOH) الموجودة في التركيبة والموجودة على سطح جزيء البروتين الكبير تجذب جزيئات الماء، وتوجهها بشكل صارم إلى سطح الجزيء . من خلال الكريات البروتينية المحيطة، تمنع القشرة المائية (المائية) استقرار المحاليل البروتينية. عند نقطة الجهد الكهربي، تكون البروتينات لديها أقل قدرة على ربط الماء؛ ويتم تدمير الغلاف المائي حول جزيئات البروتين، لذلك تتحد لتشكل مجاميع كبيرة. ويحدث تجميع جزيئات البروتين أيضًا عند تجفيفها باستخدام مذيبات عضوية معينة، مثل الكحول الإيثيلي. وهذا يؤدي إلى هطول البروتينات. عندما يتغير الرقم الهيدروجيني للبيئة، يصبح جزيء البروتين مشحونًا وتتغير قدرته على الترطيب.
تنقسم تفاعلات الترسيب إلى نوعين.
تمليح البروتينات: (NH 4)SO 4 - تتم إزالة الغلاف المائي فقط، ويحتفظ البروتين بجميع أنواع بنيته، وجميع الوصلات، ويحتفظ بخصائصه الأصلية. يمكن بعد ذلك إعادة إذابة هذه البروتينات واستخدامها.
يعتبر الترسيب مع فقدان خصائص البروتين الأصلية عملية لا رجعة فيها. تتم إزالة غلاف الماء والشحنة من البروتين، وتتعطل خصائص مختلفة في البروتين. على سبيل المثال، أملاح النحاس والزئبق والزرنيخ والحديد والأحماض غير العضوية المركزة - HNO 3، H 2 SO 4، حمض الهيدروكلوريك، الأحماض العضوية، القلويدات - العفص، يوديد الزئبق. إضافة المذيبات العضوية يقلل من درجة الماء ويؤدي إلى ترسيب البروتين. يستخدم الأسيتون كمذيب. يتم ترسيب البروتينات أيضًا باستخدام الأملاح، على سبيل المثال كبريتات الأمونيوم. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على أنه عندما يزيد تركيز الملح في المحلول، يتم ضغط الأجواء الأيونية المتكونة من الأضداد البروتينية، مما يساعد على تقريبها من مسافة حرجة تتجاذب فيها القوى الجزيئية لفان دير فال تفوق قوى التنافر كولومب للمضادات. وهذا يؤدي إلى التصاق جزيئات البروتين ببعضها البعض والترسيب.
عند الغليان، تبدأ جزيئات البروتين في التحرك بشكل عشوائي، وتتصادم، وتتم إزالة الشحنة، وتتناقص القشرة المائية.
للكشف عن البروتينات في المحلول يتم استخدام ما يلي:
تفاعلات اللون
ردود الفعل هطول الأمطار.
طرق عزل وتنقية البروتينات.
يملح؛
الكهربائي؛
اللوني:الامتزاز والانقسام.
الطرد المركزي الفائق.
التجانس- يتم طحن الخلايا إلى كتلة متجانسة؛
استخراج البروتينات مع المحاليل المائية أو المياه المالحة.
التنظيم الهيكلي للبروتينات.
الهيكل الأساسي- يتم تحديده من خلال تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة الببتيد، والتي يتم تثبيتها بواسطة روابط الببتيد التساهمية (الأنسولين، البيبسين، الكيموتربسين).
الهيكل الثانوي- التركيب المكاني للبروتين. هذا إما حلزوني أو قابل للطي. يتم إنشاء روابط الهيدروجين.
هيكل التعليم العالي- البروتينات الكروية والليفية. تثبيت الروابط الهيدروجينية، والقوى الكهروستاتيكية (COO-، NH3+)، والقوى الكارهة للماء، وجسور الكبريتيد، التي يحددها الهيكل الأساسي. البروتينات الكروية - جميع الإنزيمات والهيموجلوبين والميوجلوبين. البروتينات الليفية - الكولاجين، الميوسين، الأكتين.
هيكل رباعي- موجود فقط في بعض البروتينات. يتم بناء هذه البروتينات من عدة ببتيدات. كل ببتيد له تركيبه الأولي والثانوي والثالثي الخاص به، والذي يسمى البروتومرات. تتحد العديد من البروتومرات معًا لتشكل جزيءًا واحدًا. لا يعمل أحد البروتومرات كبروتين، ولكن فقط بالاشتراك مع البروتومرات الأخرى.
مثال:الهيموجلوبين = -الكريات + -الكريات - ينقل O 2 بشكل إجمالي، وليس بشكل منفصل.
يمكن أن يعاد البروتين.وهذا يتطلب تعرضًا قصيرًا جدًا للعوامل.
6) طرق الكشف عن البروتينات.
البروتينات عبارة عن بوليمرات بيولوجية عالية الجزيئية، ووحداتها الهيكلية (أحادية) هي أحماض ألفا أمينية. ترتبط الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. الذي يحدث تكوينه بسبب مجموعة الكربوكسيل الموجودة في - ذرة كربون من حمض أميني واحد و - مجموعة أمينية من حمض أميني آخر، تطلق جزيء الماء.تسمى وحدات المونومر من البروتينات بقايا الأحماض الأمينية.
تختلف الببتيدات والبولي ببتيدات والبروتينات ليس فقط في الكمية والتركيب، ولكن أيضًا في تسلسل بقايا الأحماض الأمينية والخصائص الفيزيائية والكيميائية والوظائف التي يؤديها الجسم. يتراوح الوزن الجزيئي للبروتينات من 6 آلاف إلى 1 مليون أو أكثر. يتم تحديد الخواص الكيميائية والفيزيائية للبروتينات من خلال الطبيعة الكيميائية والخصائص الفيزيائية والكيميائية للجذور وبقايا الأحماض الأمينية الموجودة فيها. تعتمد طرق اكتشاف وقياس كمية البروتينات في الأشياء البيولوجية والمنتجات الغذائية، وكذلك عزلها من الأنسجة والسوائل البيولوجية، على الخواص الفيزيائية والكيميائية لهذه المركبات.
تتفاعل البروتينات مع مواد كيميائية معينة إعطاء المركبات الملونة. يحدث تكوين هذه المركبات بمشاركة جذور الأحماض الأمينية أو مجموعاتها المحددة أو روابط الببتيد. ردود الفعل اللونية تسمح لك بالضبط وجود البروتين في جسم بيولوجيأو الحل وإثبات وجوده بعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين. استنادا إلى التفاعلات اللونية، تم تطوير بعض الطرق لتقدير كمية البروتينات والأحماض الأمينية.
تعتبر عالمية تفاعلات البيوريت والنينهيدرينحيث أن جميع البروتينات توفرها. تفاعل بروتين الزانثوبروتين، تفاعل فولوالبعض الآخر محدد، لأنه ناتج عن مجموعات جذرية من بعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.
تتيح التفاعلات اللونية تحديد وجود البروتين في المادة قيد الدراسة ووجود أحماض أمينية معينة في جزيئاتها.
رد فعل بيوريت. يرجع التفاعل إلى وجود البروتينات والببتيدات والبولي ببتيدات السندات الببتيد، والتي تتشكل في بيئة قلوية أيونات النحاس (II).مركبات معقدة ملونة اللون الأرجواني (مع لون أحمر أو أزرق).. يرجع اللون إلى وجود مجموعتين على الأقل في الجزيء -CO-NH-ترتبط ببعضها البعض مباشرة أو بمشاركة ذرة كربون أو نيتروجين.
ترتبط أيونات النحاس (II) بروابط أيونية مع مجموعات =C─O ˉ وأربع روابط تنسيق مع ذرات النيتروجين (=N―).
تعتمد شدة اللون على كمية البروتين الموجودة في المحلول. وهذا يسمح باستخدام هذا التفاعل لتقدير كمية البروتين. يعتمد لون المحاليل الملونة على طول سلسلة البولي ببتيد.البروتينات تعطي اللون الأزرق البنفسجي. تكون منتجات التحلل المائي (بولي وأوليجوببتيدات) حمراء أو وردية اللون. يتم إنتاج تفاعل البيوريت ليس فقط عن طريق البروتينات والببتيدات والبولي ببتيدات، ولكن أيضًا عن طريق البيوريت (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2)، والأكساميد (NH 2 -CO-CO-NH 2)، والهستيدين.
يحتوي المركب المعقد للنحاس (II) مع مجموعات الببتيد المتكونة في بيئة قلوية على البنية التالية:
تفاعل النينهيدرين. في هذا التفاعل، تعطي محاليل البروتين والبولي ببتيدات والببتيدات والأحماض الأمينية ألفا الحرة عند تسخينها مع النينهيدرين لونًا أزرق أو بنفسجيًا أزرق أو بنفسجيًا ورديًا. يتم تطوير اللون في هذا التفاعل بسبب مجموعة α-amino.
تتفاعل أحماض ألفا الأمينية بسهولة شديدة مع النينهيدرين. جنبا إلى جنب معهم، يتم تشكيل Ruehmann الأزرق البنفسجي أيضا من البروتينات والببتيدات والأمينات الأولية والأمونيا وبعض المركبات الأخرى. الأمينات الثانوية، مثل البرولين والهيدروكسي برولين، تعطي اللون الأصفر.
يستخدم تفاعل النينهيدرين على نطاق واسع للكشف عن الأحماض الأمينية وتقدير كميتها.
تفاعل بروتين الزانثوبروتين.يشير هذا التفاعل إلى وجود بقايا الأحماض الأمينية العطرية في البروتينات - التيروزين والفينيل ألانين والتربتوفان. يعتمد على نترجة حلقة البنزين لجذور هذه الأحماض الأمينية مع تكوين مركبات نيترو باللون الأصفر (يوناني "زانثوس" - أصفر). باستخدام التيروزين كمثال، يمكن وصف هذا التفاعل في شكل المعادلات التالية.
في البيئة القلوية، تشكل مشتقات النيترو من الأحماض الأمينية أملاح ذات بنية كينويدية، ملونة باللون البرتقالي. يتم إنتاج تفاعل بروتين الزانثوبروتين بواسطة البنزين ومماثلاته والفينول والمركبات العطرية الأخرى.
ردود الفعل على الأحماض الأمينية التي تحتوي على مجموعة ثيول في حالة مخفضة أو مؤكسدة (السيستين، السيستين).
رد فعل فول. عند غليه مع القلويات، يتم فصل الكبريت بسهولة عن السيستين على شكل كبريتيد الهيدروجين، والذي يشكل في بيئة قلوية كبريتيد الصوديوم:
وفي هذا الصدد تنقسم تفاعلات تحديد الأحماض الأمينية المحتوية على الثيول في المحلول إلى مرحلتين:
انتقال الكبريت من الحالة العضوية إلى الحالة غير العضوية
الكشف عن الكبريت في الحل
للكشف عن كبريتيد الصوديوم، يتم استخدام خلات الرصاص، والتي، عند التفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم، تتحول إلى سائلها:
الرصاص (CH 3 سجع) 2 + 2هيدروكسيد الصوديوم الرصاص (أونا) 2 +2CH 3 كوه
نتيجة تفاعل أيونات الكبريت والرصاص يتكون كبريتيد الرصاص الأسود أو البني:
نا 2 س + الرصاص(على) 2 + 2 ح 2 يا برنامج تلفزيوني (بقايا سوداء) + 4هيدروكسيد الصوديوم
لتحديد الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت، تتم إضافة كمية متساوية من هيدروكسيد الصوديوم وبضع قطرات من محلول خلات الرصاص إلى محلول الاختبار. عندما يغلي بشكل مكثف لمدة 3-5 دقائق، يتحول السائل إلى اللون الأسود.
يمكن تحديد وجود السيستين باستخدام هذا التفاعل، حيث يتم اختزال السيستين بسهولة إلى السيستين.
رد فعل مليون:
هذا رد فعل على الحمض الأميني تيروزين.
الهيدروكسيلات الفينولية الحرة لجزيئات التيروزين، عند تفاعلها مع الأملاح، تعطي مركبات ملح الزئبق لمشتق النيترو من التيروزين، ملونة باللون الأحمر الوردي:
رد فعل باولي على الهستيدين والتيروزين . يسمح تفاعل باولي باكتشاف الأحماض الأمينية الهيستيدين والتيروزين في البروتين، والتي تشكل مركبات معقدة ذات لون الكرز الأحمر مع حمض الديازوبنزين سلفونيك. يتشكل حمض الديازوبنزين سلفونيك في تفاعل الديازوتة عندما يتفاعل حمض السلفانيليك مع نتريت الصوديوم في بيئة حمضية:
تتم إضافة حجم متساو من محلول حمض السلفانيليك الحمضي (المحضر باستخدام حمض الهيدروكلوريك) وحجم مضاعف من محلول نتريت الصوديوم إلى محلول الاختبار، ويخلط جيدًا ويضاف على الفور الصودا (كربونات الصوديوم). بعد التحريك، يتحول الخليط إلى اللون الأحمر الكرزي في وجود الهستيدين أو التيروزين في محلول الاختبار.
رد فعل Adamkiewicz-Hopkins-Kohl (Schultz-Raspail) على التربتوفان (رد فعل على مجموعة الإندول). يتفاعل التربتوفان في بيئة حمضية مع الألدهيدات، مكونًا منتجات تكثيف ملونة. يحدث التفاعل بسبب تفاعل حلقة الإندول من التربتوفان مع الألدهيد. من المعروف أن الفورمالديهايد يتكون من حمض الجلايوكسيليك بوجود حمض الكبريتيك:
ر 
المحاليل التي تحتوي على التربتوفان في وجود أحماض الجلايوكسيليك والكبريتيك تعطي لونًا أحمر بنفسجي.
حمض الجليوكسيليك موجود دائمًا بكميات صغيرة في حمض الأسيتيك الجليدي. لذلك، يمكن إجراء التفاعل باستخدام حمض الأسيتيك. في هذه الحالة، يتم إضافة حجم متساو من حمض الأسيتيك الجليدي (المركز) إلى المحلول قيد الدراسة ويتم تسخينه بعناية حتى يذوب الراسب، وبعد التبريد، تتم إضافة حجم من حمض الكبريتيك المركز مساوٍ للحجم المضاف من حمض الجلايوكسيليك بعناية الخليط على طول الجدار (لتجنب اختلاط السوائل). بعد 5-10 دقائق، يتم ملاحظة تكوين حلقة حمراء بنفسجية عند السطح البيني بين الطبقتين. إذا قمت بخلط الطبقات، فستتحول محتويات الطبق إلى اللون الأرجواني بالتساوي.
ل 
تكثيف التربتوفان مع الفورمالديهايد:
يتم أكسدة منتج التكثيف إلى ثنائي-2-تريبتوفانيل كاربينول، والذي في وجود الأحماض المعدنية يشكل أملاح ملونة باللون الأزرق البنفسجي:
7) تصنيف البروتينات. طرق دراسة تكوين الأحماض الأمينية.
لا يوجد حتى الآن تسميات وتصنيف صارم للبروتينات. يتم إعطاء أسماء البروتينات بناءً على خصائص عشوائية، مع الأخذ في الاعتبار في أغلب الأحيان مصدر عزل البروتين أو مع الأخذ في الاعتبار قابليته للذوبان في مذيبات معينة، وشكل الجزيء، وما إلى ذلك.
يتم تصنيف البروتينات وفقًا للتركيب، وشكل الجسيمات، والذوبان، وتكوين الأحماض الأمينية، والأصل، وما إلى ذلك.
1. حسب التكوينتنقسم البروتينات إلى مجموعتين كبيرتين: البروتينات البسيطة والمعقدة.
تشتمل البروتينات البسيطة على البروتينات التي تنتج فقط الأحماض الأمينية عند التحلل المائي (البروتينات، البروتامينات، الهستونات، البرولامينات، الجلوتيلينات، الجلوبيولينات، الألبومينات). تشمل أمثلة البروتينات البسيطة ألياف الحرير وألبومين مصل البيض والبيبسين وما إلى ذلك.
تشتمل البروتينات المعقدة على بروتينات مكونة من بروتين بسيط ومجموعة إضافية (صناعية) ذات طبيعة غير بروتينية. تنقسم مجموعة البروتينات المعقدة إلى عدة مجموعات فرعية حسب طبيعة المكون غير البروتيني:
البروتينات المعدنية التي تحتوي على معادن (Fe، Cu، Mg، إلخ) المرتبطة مباشرة بسلسلة البولي ببتيد؛
البروتينات الفسفورية - تحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك، والتي ترتبط بجزيء البروتين بواسطة روابط استر في موقع مجموعات الهيدروكسيل من سيرين وثريونين؛
البروتينات السكرية - مجموعاتها الاصطناعية هي الكربوهيدرات.
الكروموبروتينات - تتكون من بروتين بسيط ومركب غير بروتيني ملون يرتبط به، وجميع البروتينات الكروموبروتينية نشطة للغاية من الناحية البيولوجية؛ قد تحتوي على مشتقات البورفيرين والإيزوآلوكسازين والكاروتين كمجموعات صناعية؛
البروتينات الدهنية - مجموعة الدهون الاصطناعية - الدهون الثلاثية (الدهون) والفوسفاتيدات؛
البروتينات النووية هي بروتينات تتكون من بروتين بسيط وحمض نووي متصل به. تلعب هذه البروتينات دورًا كبيرًا في حياة الجسم وسيتم مناقشتها أدناه. وهي جزء من أي خلية؛ وتوجد بعض البروتينات النووية في الطبيعة على شكل جزيئات خاصة لها نشاط ممرض (فيروسات).
2. بواسطة شكل الجسيمات- تنقسم البروتينات إلى ليفية (شبيهة بالخيط) وكروية (كروية) (انظر الصفحة 30).
3. وفقا للذوبان وخصائص تكوين الأحماض الأمينيةتتميز المجموعات التالية من البروتينات البسيطة:
البروتينات هي بروتينات الأنسجة الداعمة (العظام والغضاريف والأربطة والأوتار والشعر والأظافر والجلد وما إلى ذلك). وهي في الأساس بروتينات ليفية ذات وزن جزيئي مرتفع (> 150.000 دا)، غير قابلة للذوبان في المذيبات الشائعة: الماء والملح ومخاليط الماء والكحول. أنها تذوب فقط في مذيبات محددة؛
البروتامينات (أبسط البروتينات) هي بروتينات قابلة للذوبان في الماء وتحتوي على 80-90% أرجينين ومجموعة محدودة (6-8) من الأحماض الأمينية الأخرى، الموجودة في حليب الأسماك المختلفة. نظرًا لمحتوى الأرجينين العالي، فإن وزنها الجزيئي صغير نسبيًا ويتراوح بين 4000-12000 دا. وهي مكون بروتيني من البروتينات النووية.
الهستونات شديدة الذوبان في الماء ومحاليل الأحماض المخففة (0.1N)، وتتميز بمحتوى عالٍ من الأحماض الأمينية: الأرجينين والليسين والهستيدين (30٪ على الأقل) وبالتالي لها خصائص أساسية. توجد هذه البروتينات بكميات كبيرة في نوى الخلايا كجزء من البروتينات النووية وتلعب دورًا مهمًا في تنظيم استقلاب الحمض النووي. الوزن الجزيئي للهستونات صغير ويساوي 11000-24000 دا؛
الجلوبيولين عبارة عن بروتينات غير قابلة للذوبان في الماء والمحاليل الملحية بتركيز ملح يزيد عن 7٪. يتم ترسيب الجلوبيولين بالكامل عند تشبع المحلول بنسبة 50% بكبريتات الأمونيوم. تتميز هذه البروتينات بمحتوى عالي من الجليسين (3.5%) ووزنها الجزيئي أكبر من 100000 دا. الجلوبيولين - بروتينات حمضية قليلاً أو محايدة (p1=6-7.3)؛
الألبومين عبارة عن بروتينات شديدة الذوبان في الماء والمحاليل الملحية القوية، ويجب ألا يزيد تركيز الملح (NH 4) 2 S0 4 عن 50% من التشبع. بتركيزات أعلى، يتم تمليح الألبومين. بالمقارنة مع الجلوبيولين، تحتوي هذه البروتينات على جليكاين أقل بثلاث مرات ويبلغ وزنها الجزيئي 40.000-70.000 دا. يحتوي الألبومين على شحنة سالبة زائدة وخصائص حمضية (ر = 4.7) بسبب المحتوى العالي من حمض الجلوتاميك؛
البرولامينات هي مجموعة من البروتينات النباتية الموجودة في الغلوتين الموجود في نباتات الحبوب. وهي قابلة للذوبان فقط في محلول مائي من الكحول الإيثيلي بنسبة 60-80٪. تحتوي البرولامينات على تركيبة مميزة من الأحماض الأمينية: فهي تحتوي على الكثير (20-50%) من حمض الجلوتاميك والبرولين (10-15%)، ولهذا السبب حصلت على اسمها. وزنها الجزيئي يزيد عن 100.000 دا؛
الجلوتيلينات عبارة عن بروتينات نباتية غير قابلة للذوبان في الماء والمحاليل الملحية والإيثانول، ولكنها قابلة للذوبان في المحاليل المخففة (0.1N) من القلويات والأحماض. وهي مماثلة في تكوين الأحماض الأمينية والوزن الجزيئي للبرولامينات، ولكنها تحتوي على أرجينين أكثر وبرولين أقل.
طرق دراسة تكوين الأحماض الأمينية
تحت تأثير الإنزيمات الموجودة في العصائر الهضمية، يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية. تم التوصل إلى استنتاجين مهمين: 1) تحتوي البروتينات على أحماض أمينية. 2) يمكن استخدام طرق التحلل المائي لدراسة التركيب الكيميائي للبروتينات، وخاصة الأحماض الأمينية.
لدراسة تكوين الأحماض الأمينية للبروتينات، يتم استخدام مزيج من الأحماض (حمض الهيدروكلوريك) والقلوية [Ba(OH) 2]، وفي كثير من الأحيان، التحلل المائي الأنزيمي أو واحد منهم. لقد ثبت أنه أثناء التحلل المائي للبروتين النقي الذي لا يحتوي على شوائب، يتم إطلاق 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا. جميع الأحماض الأمينية الأخرى المكتشفة في أنسجة الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة (أكثر من 300) موجودة في الطبيعة في حالة حرة أو على شكل ببتيدات قصيرة أو مجمعات مع مواد عضوية أخرى.
المرحلة الأولى في تحديد البنية الأساسية للبروتينات هي التقييم النوعي والكمي لتكوين الأحماض الأمينية لبروتين فردي معين. يجب أن نتذكر أنه بالنسبة للبحث، يجب أن يكون لديك كمية معينة من البروتين النقي، دون شوائب من البروتينات أو الببتيدات الأخرى.
التحلل المائي الحمضي للبروتين
لتحديد تركيبة الأحماض الأمينية، من الضروري تدمير جميع الروابط الببتيدية في البروتين. يتم تحلل البروتين الذي تم تحليله في 6 مول/لتر من HC1 عند درجة حرارة حوالي 110 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. ونتيجة لهذا العلاج، يتم تدمير الروابط الببتيدية في البروتين، ولا توجد سوى الأحماض الأمينية الحرة في الهيدروليزات. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحلل الجلوتامين والأسباراجين إلى أحماض الجلوتاميك والأسبارتيك (أي يتم كسر رابطة الأميد في الجذر ويتم فصل المجموعة الأمينية عنهما).
فصل الأحماض الأمينية باستخدام كروماتوجرافيا التبادل الأيوني
يتم فصل خليط الأحماض الأمينية الناتج عن التحلل المائي الحمضي للبروتينات في عمود باستخدام راتنج التبادل الكاتيوني. يحتوي هذا الراتنج الاصطناعي على مجموعات سالبة الشحنة مرتبطة به بإحكام (على سبيل المثال، بقايا حمض السلفونيك -SO 3 -)، والتي ترتبط بها أيونات Na + (الشكل 1-4).
تتم إضافة خليط من الأحماض الأمينية إلى المبادل الكاتيوني في بيئة حمضية (الرقم الهيدروجيني 3.0)، حيث تكون الأحماض الأمينية بشكل رئيسي كاتيونات، أي. تحمل شحنة موجبة. ترتبط الأحماض الأمينية الموجبة الشحنة بجزيئات الراتينج سالبة الشحنة. كلما زادت الشحنة الإجمالية للحمض الأميني، زادت قوة ارتباطه بالراتنج. وبالتالي، فإن الأحماض الأمينية ليسين، والأرجينين، والهستيدين ترتبط بقوة أكبر بمبادل الكاتيون، بينما ترتبط أحماض الأسبارتيك والجلوتاميك بشكل أضعف.
يتم إطلاق الأحماض الأمينية من العمود عن طريق غسلها (التصفية) بمحلول منظم لزيادة القوة الأيونية (أي زيادة تركيز كلوريد الصوديوم) ودرجة الحموضة. مع زيادة الرقم الهيدروجيني، تفقد الأحماض الأمينية بروتونًا، مما يؤدي إلى انخفاض شحنتها الإيجابية، وبالتالي قوة الارتباط مع جزيئات الراتنج سالبة الشحنة.
يترك كل حمض أميني العمود عند درجة حموضة محددة وقوة أيونية. من خلال جمع المحلول (شطافة) في أجزاء صغيرة من الطرف السفلي من العمود، يمكن الحصول على الكسور التي تحتوي على الأحماض الأمينية الفردية.
(لمزيد من التفاصيل عن "التحلل المائي" انظر السؤال رقم 10)
8) الروابط الكيميائية في بنية البروتين.
9) مفهوم التسلسل الهرمي والتنظيم الهيكلي للبروتينات. (انظر السؤال رقم 12)
10) التحلل المائي للبروتين. كيمياء التفاعل (الخطوات، المحفزات، الكواشف، ظروف التفاعل) - وصف كامل للتحلل المائي.
11) التحولات الكيميائية للبروتينات.
تمسخ وإعادة طبيعة
عندما يتم تسخين المحاليل البروتينية إلى 60-80٪ أو عند تعريضها للكواشف التي تدمر الروابط غير التساهمية في البروتينات، يتم تدمير البنية الثلاثية (الرباعية) والثانوية لجزيء البروتين، إلى حد أكبر أو أقل شكل ملف عشوائي عشوائي. هذه العملية تسمى تمسخ الطبيعة. يمكن أن تكون كواشف تغيير طبيعة الأحماض والقلويات والكحولات والفينولات واليوريا وكلوريد الجوانيدين، وما إلى ذلك. جوهر عملها هو أنها تشكل روابط هيدروجينية مع مجموعات =NH و=CO من العمود الفقري الببتيد ومع مجموعات حمض جذور الأحماض الأمينية ، لتحل محل روابطها الهيدروجينية داخل الجزيئات في البروتين ونتيجة لذلك تتغير الهياكل الثانوية والثالثية. أثناء تمسخ الطبيعة، تنخفض قابلية ذوبان البروتين، فهو "يتخثر" (على سبيل المثال، عند غليان بيضة دجاج)، ويفقد النشاط البيولوجي للبروتين. وهذا هو الأساس، على سبيل المثال، لاستخدام محلول مائي من حمض الكربوليك (الفينول) كمطهر. في ظل ظروف معينة، عندما يتم تبريد محلول البروتين المشوه ببطء، يحدث إعادة التطبيع - استعادة التشكل الأصلي (الأصلي). وهذا يؤكد حقيقة أن طبيعة طي سلسلة الببتيد يتم تحديدها من خلال البنية الأولية.
تسمى أحيانًا عملية تمسخ جزيء البروتين الفردي، مما يؤدي إلى تفكك بنيته ثلاثية الأبعاد "الصلبة"، بذوبان الجزيء. تقريبًا أي تغيير ملحوظ في الظروف الخارجية، على سبيل المثال، التسخين أو التغيير الكبير في الرقم الهيدروجيني يؤدي إلى اضطراب متسلسل في الهياكل الرباعية والثالثية والثانوية للبروتين. عادة ما يحدث تمسخ الطبيعة نتيجة لارتفاع درجة الحرارة، وعمل الأحماض والقلويات القوية، وأملاح المعادن الثقيلة، وبعض المذيبات (الكحول)، والإشعاع، وما إلى ذلك.
غالبًا ما يؤدي تمسخ الطبيعة إلى عملية تجميع جزيئات البروتين إلى جزيئات أكبر في محلول غرواني لجزيئات البروتين. بصريًا، يبدو هذا، على سبيل المثال، مثل تكوين "البروتين" عند قلي البيض.
إعادة الطبيعة هي عملية عكسية للتسخين، حيث تعود البروتينات إلى بنيتها الطبيعية. وتجدر الإشارة إلى أنه ليست كل البروتينات قادرة على إعادة طبيعتها؛ بالنسبة لمعظم البروتينات، فإن تمسخ الطبيعة لا رجعة فيه. إذا ارتبطت التغيرات الفيزيائية والكيميائية أثناء تمسخ البروتين بانتقال سلسلة البولي ببتيد من حالة معبأة بإحكام (منظمة) إلى حالة مضطربة ، فعند إعادة الطبيعة تتجلى قدرة البروتينات على التنظيم الذاتي ، ومسارها هو يتم تحديده مسبقًا بواسطة تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد، أي بنيتها الأساسية، والتي تحددها المعلومات الوراثية . في الخلايا الحية، ربما تكون هذه المعلومات حاسمة لتحويل سلسلة البولي ببتيد المضطربة أثناء أو بعد تخليقها الحيوي على الريبوسوم إلى بنية جزيء البروتين الأصلي. عندما يتم تسخين جزيئات الحمض النووي المزدوج إلى درجة حرارة حوالي 100 درجة مئوية، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد وتنفصل الخيوط المكملة - يتم تغيير طبيعة الحمض النووي. ومع ذلك، عند التبريد البطيء، يمكن أن تتحد السلاسل المكملة مرة أخرى لتشكل حلزونًا مزدوجًا منتظمًا. تُستخدم قدرة الحمض النووي على التجدد لإنتاج جزيئات الحمض النووي الهجينة الاصطناعية.
تتمتع أجسام البروتين الطبيعية بتكوين مكاني محدد ومحدد بدقة ولها عدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المميزة عند درجات الحرارة الفسيولوجية وقيم الأس الهيدروجيني. تحت تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية المختلفة، تتعرض البروتينات للتخثر والترسيب، وتفقد خصائصها الأصلية. وبالتالي، ينبغي فهم تمسخ الطبيعة على أنه انتهاك للخطة العامة للبنية الفريدة لجزيء البروتين الأصلي، وخاصة هيكله الثالث، مما يؤدي إلى فقدان خصائصه المميزة (الذوبان، والتنقل الكهربي، والنشاط البيولوجي، وما إلى ذلك). تفسد معظم البروتينات عندما يتم تسخين محاليلها فوق 50-60 درجة مئوية.
يتم تقليل المظاهر الخارجية للتمسخ إلى فقدان الذوبان، خاصة عند نقطة الجهد الكهربي، وزيادة لزوجة المحاليل البروتينية، وزيادة عدد مجموعات SH الوظيفية الحرة وتغيير في طبيعة تشتت الأشعة السينية. العلامة الأكثر تميزًا للتمسخ هي الانخفاض الحاد أو الفقدان الكامل للنشاط البيولوجي للبروتين (التحفيزي أو المستضدي أو الهرموني). يؤدي تمسخ البروتين الناتج عن اليوريا 8M أو أي عامل آخر إلى تدمير الروابط غير التساهمية (خاصة التفاعلات الكارهة للماء والروابط الهيدروجينية). يتم كسر روابط ثاني كبريتيد في وجود عامل اختزال مركابتوإيثانول، في حين أن الروابط الببتيدية لسلسلة البولي ببتيد نفسها لا تتأثر. في ظل هذه الظروف، تتكشف كريات جزيئات البروتين الأصلية وتتشكل هياكل عشوائية ومضطربة (الشكل 1).
تمسخ جزيء البروتين (مخطط).
أ - الحالة الأولية؛ ب - بداية اضطراب عكسي للبنية الجزيئية؛ ج - تتكشف لا رجعة فيه لسلسلة البولي ببتيد.
تمسخ وإعادة طبيعة الريبونوكلياز (وفقًا لأنفينسن).
أ - النشر (اليوريا + المركابتويثانول)؛ ب - إعادة الطي.
1. التحلل المائي للبروتين: H+
[− NH2─CH─ CO─NH─CH─CO − ]n +2nH2O → n NH2 − CH − COOH + n NH2 ─ CH ─ COOH
│ │ │ │
حمض أميني 1 حمض أميني 2
2. ترسيب البروتين :
أ) عكسها
البروتين في المحلول ↔ راسب البروتين. يحدث تحت تأثير محاليل أملاح Na+ و K+
ب) لا رجعة فيه (تمسخ الطبيعة)
أثناء تمسخ الطبيعة تحت تأثير العوامل الخارجية (درجة الحرارة؛ العمل الميكانيكي - الضغط، الفرك، الاهتزاز، الموجات فوق الصوتية؛ عمل العوامل الكيميائية - الأحماض والقلويات، وما إلى ذلك)، يحدث تغيير في الهياكل الثانوية والثالثية والرباعية للبروتين جزيء كبير، أي بنيته المكانية الأصلية. لا يتغير الهيكل الأساسي، وبالتالي التركيب الكيميائي للبروتين.
أثناء عملية تمسخ البروتينات، تتغير الخصائص الفيزيائية للبروتينات: تنخفض قابلية الذوبان ويفقد النشاط البيولوجي. في الوقت نفسه، يزداد نشاط مجموعات كيميائية معينة، ويتم تسهيل عمل الإنزيمات المحللة للبروتين على البروتينات، وبالتالي يكون من الأسهل التحلل المائي.
على سبيل المثال، يترسب الألبومين - بياض البيض - عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية من المحلول (التخثر)، فيفقد قدرته على الذوبان في الماء.
مخطط عملية تمسخ البروتين (تدمير الهياكل الثلاثية والثانوية لجزيئات البروتين)
3. حرق البروتين
تحترق البروتينات لإنتاج النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والماء وبعض المواد الأخرى. ويصاحب الاحتراق رائحة مميزة للريش المحترق
4. التفاعلات اللونية (النوعية) للبروتينات:
أ) تفاعل بروتين الزانثوبروتين (مع بقايا الأحماض الأمينية التي تحتوي على حلقات البنزين):
البروتين + HNO3 (الخلاصة) ← اللون الأصفر
ب) تفاعل البيوريت (للروابط الببتيدية):
البروتين + CuSO4 (sat) + NaOH (conc) → اللون الأرجواني الساطع
ج) تفاعل السيستين (مع بقايا الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت):
بروتين + NaOH + Pb(CH3COO)2 → لون أسود
البروتينات هي أساس كل أشكال الحياة على الأرض وتؤدي وظائف متنوعة في الكائنات الحية.
تمليح البروتينات
التمليح هو عملية عزل البروتينات من المحاليل المائية بمحاليل متعادلة من الأملاح المركزة للمعادن القلوية والفلزات القلوية الترابية. عند إضافة تركيزات كبيرة من الأملاح إلى محلول البروتين، تجف جزيئات البروتين وتتم إزالة الشحنة، وتترسب البروتينات. تعتمد درجة ترسيب البروتين على القوة الأيونية لمحلول الراسب، وحجم جسيم جزيء البروتين، وحجم شحنته، ومدى محبته للماء. تترسب البروتينات المختلفة بتركيزات مختلفة من الملح. لذلك، في الرواسب التي تم الحصول عليها عن طريق زيادة تركيز الملح تدريجيا، توجد البروتينات الفردية في كسور مختلفة. إن تمليح البروتينات هو عملية عكسية، وبعد إزالة الملح، يستعيد البروتين خصائصه الطبيعية. لذلك، يتم استخدام التمليح في الممارسة السريرية لفصل بروتينات مصل الدم، وكذلك لعزل وتنقية البروتينات المختلفة.
تعمل الأنيونات والكاتيونات المضافة على تدمير الغلاف البروتيني المائي للبروتينات، وهو أحد عوامل استقرار محاليل البروتين. المحاليل الأكثر استخدامًا هي كبريتات الصوديوم والأمونيوم. تختلف العديد من البروتينات في حجم غلافها المائي وكمية الشحنة التي تحتوي عليها. كل بروتين له منطقة التمليح الخاصة به. بعد إزالة عامل التمليح، يحتفظ البروتين بنشاطه البيولوجي وخصائصه الفيزيائية والكيميائية. في الممارسة السريرية، يتم استخدام طريقة التمليح لفصل الجلوبيولين (يتشكل راسب عند إضافة محلول 50% من كبريتات الأمونيوم (NH4)2SO4) والألبومين (يتشكل راسب عند محلول 100% من كبريتات الأمونيوم (NH4) يضاف 2SO4).
تتأثر كمية التمليح بما يلي:
1) طبيعة وتركيز الملح.
2) بيئة الرقم الهيدروجيني.
3) درجة الحرارة.
الدور الرئيسي يلعبه تكافؤ الأيونات.
12) ملامح تنظيم البنية الأولية والثانوية والثالثية للبروتين.
حاليًا، تم إثبات وجود أربعة مستويات من التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين تجريبيًا: البنية الأولية والثانوية والثالثية والرباعية.
§ 9. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات
البروتينات هي جزيئات كبيرة جدًا من حيث الحجم ويمكن أن تكون في المرتبة الثانية بعد الممثلين الفرديين للأحماض النووية والسكريات. ويبين الجدول 4 الخصائص الجزيئية لبعض البروتينات.
الجدول 4
الخصائص الجزيئية لبعض البروتينات
|
الوزن الجزيئي النسبي |
عدد الدوائر |
عدد بقايا الأحماض الأمينية |
|
|
ريبونوكلياز |
|||
|
الميوجلوبين |
|||
|
كيموتربسين |
|||
|
الهيموجلوبين |
|||
|
نازعة هيدروجين الغلوتامات |
يمكن أن تحتوي جزيئات البروتين على عدد مختلف جدًا من بقايا الأحماض الأمينية - من 50 إلى عدة آلاف؛ تختلف الأوزان الجزيئية النسبية للبروتينات أيضًا بشكل كبير - من عدة آلاف (الأنسولين والريبونوكلياز) إلى مليون (نازعة هيدروجين الغلوتامات) أو أكثر. يمكن أن يتراوح عدد سلاسل البولي ببتيد في البروتينات من واحد إلى عدة عشرات وحتى الآلاف. وبذلك فإن بروتين فيروس تبرقش التبغ يتضمن 2120 بروتومرا.
بمعرفة الوزن الجزيئي النسبي للبروتين، يمكنك تقدير عدد بقايا الأحماض الأمينية الموجودة في تركيبته تقريبًا. متوسط الوزن الجزيئي النسبي للأحماض الأمينية التي تشكل سلسلة بولي ببتيد هو 128. عند تكوين رابطة الببتيد، يتم التخلص من جزيء الماء، وبالتالي، فإن متوسط الوزن النسبي لبقايا الأحماض الأمينية سيكون 128 - 18 = 110. باستخدام هذه وفقًا للبيانات، يمكن حساب أن البروتين الذي يبلغ وزنه الجزيئي النسبي 100000 سيتكون من حوالي 909 بقايا من الأحماض الأمينية.
الخواص الكهربائية لجزيئات البروتين
يتم تحديد الخواص الكهربائية للبروتينات من خلال وجود بقايا الأحماض الأمينية الموجبة والسالبة على سطحها. يحدد وجود مجموعات البروتين المشحونة الشحنة الإجمالية لجزيء البروتين. إذا سادت الأحماض الأمينية سالبة الشحنة في البروتينات، فإن جزيئها الموجود في المحلول المحايد سيكون له شحنة سالبة، وإذا سادت الأحماض الأمينية المشحونة بشكل إيجابي، فسيكون للجزيء شحنة موجبة. تعتمد الشحنة الإجمالية لجزيء البروتين أيضًا على الحموضة (pH) للوسط. مع زيادة تركيز أيونات الهيدروجين (زيادة الحموضة)، يتم قمع تفكك مجموعات الكربوكسيل:
وفي نفس الوقت يزداد عدد المجموعات الأمينية البروتونية؛
وبالتالي، مع زيادة حموضة الوسط، يقل عدد المجموعات المشحونة سالبًا على سطح جزيء البروتين ويزداد عدد المجموعات المشحونة إيجابيًا. لوحظت صورة مختلفة تمامًا مع انخفاض في تركيز أيونات الهيدروجين وزيادة في تركيز أيونات الهيدروكسيد. يزداد عدد مجموعات الكربوكسيل المنفصلة
ويتناقص عدد المجموعات الأمينية البروتونية
لذلك، من خلال تغيير حموضة الوسط، يمكنك تغيير شحنة جزيء البروتين. مع زيادة حموضة البيئة في جزيء البروتين، يتناقص عدد المجموعات السالبة الشحنة ويزداد عدد المجموعات الموجبة الشحنة، ويفقد الجزيء شحنته السالبة تدريجيًا ويكتسب شحنة موجبة. عندما تنخفض حموضة المحلول، لوحظت الصورة المعاكسة. ومن الواضح أنه عند قيم معينة من الرقم الهيدروجيني، سيكون الجزيء محايدًا كهربائيًا، أي. سيكون عدد المجموعات المشحونة إيجابيًا مساويًا لعدد المجموعات المشحونة سالبًا، وستكون الشحنة الإجمالية للجزيء صفرًا (الشكل 14).
تسمى قيمة الرقم الهيدروجيني التي تكون عندها الشحنة الإجمالية للبروتين صفرًا بالنقطة الكهربية ويتم تعيينهاباي.
أرز. 14. في حالة النقطة العازلة كهربائيًا، تكون الشحنة الإجمالية لجزيء البروتين صفرًا
تقع النقطة الكهربية لمعظم البروتينات في نطاق الأس الهيدروجيني من 4.5 إلى 6.5. ومع ذلك، هناك استثناءات. فيما يلي النقاط الكهربية لبعض البروتينات:
عند قيم الرقم الهيدروجيني أقل من نقطة الجهد الكهربي، يحمل البروتين شحنة موجبة إجمالية؛ وفوقه يحمل شحنة سالبة إجمالية.
عند نقطة الجهد الكهربائي، تكون ذوبان البروتين في حدها الأدنى، نظرًا لأن جزيئاته في هذه الحالة تكون محايدة كهربائيًا ولا توجد قوى تنافر متبادلة بينها، لذا يمكنها "الالتصاق ببعضها البعض" بسبب الروابط الهيدروجينية والأيونية، والتفاعلات الكارهة للماء، و قوات فان دير فالس. عند قيم pH مختلفة عن pI، ستحمل جزيئات البروتين نفس الشحنة - إما موجبة أو سالبة. ونتيجة لذلك، ستوجد قوى تنافر كهروستاتيكية بين الجزيئات، مما يمنعها من الالتصاق ببعضها البعض، وستكون قابلية الذوبان أعلى.
ذوبان البروتين
البروتينات قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان في الماء. تعتمد قابلية ذوبان البروتينات على بنيتها وقيمة الرقم الهيدروجيني وتركيبة الملح في المحلول ودرجة الحرارة وعوامل أخرى وتتحدد حسب طبيعة تلك المجموعات الموجودة على سطح جزيء البروتين. تشمل البروتينات غير القابلة للذوبان الكيراتين (الشعر والأظافر والريش)، والكولاجين (الوتر)، والفيبروين (النقر، وشبكة العنكبوت). العديد من البروتينات الأخرى قابلة للذوبان في الماء. يتم تحديد الذوبان من خلال وجود مجموعات مشحونة وقطبية على سطحها (-COO -، -NH 3 +، -OH، وما إلى ذلك). تجذب مجموعات البروتينات المشحونة والقطبية جزيئات الماء، وتتشكل حولها قشرة مائية (الشكل 15)، يحدد وجودها قابليتها للذوبان في الماء.
أرز. 15. تكوين غلاف مائي حول جزيء البروتين.
تتأثر قابلية ذوبان البروتين بوجود الأملاح المحايدة (Na 2 SO 4، (NH 4) 2 SO 4، إلخ) في المحلول. عند تركيزات منخفضة من الملح، تزداد قابلية ذوبان البروتين (الشكل 16)، لأنه في مثل هذه الظروف تزداد درجة تفكك المجموعات القطبية ويتم حماية المجموعات المشحونة من جزيئات البروتين، وبالتالي تقليل تفاعل البروتين مع البروتين، مما يشجع على تكوين الركام والبروتين. تساقط. عند تركيزات عالية من الملح، تنخفض قابلية ذوبان البروتين (الشكل 16) بسبب تدمير غلاف الماء، مما يؤدي إلى تراكم جزيئات البروتين.
أرز. 16. اعتماد ذوبان البروتين على تركيز الأملاح
هناك بروتينات تذوب فقط في المحاليل الملحية ولا تذوب في الماء النقي وتسمى هذه البروتينات الجلوبيولين. هناك بروتينات أخرى - الزلالعلى عكس الجلوبيولين، فهي قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء النظيف.
تعتمد ذوبان البروتينات أيضًا على الرقم الهيدروجيني للحلول. كما لاحظنا من قبل، فإن البروتينات لديها الحد الأدنى من الذوبان عند نقطة الجهد الكهربي، وهو ما يفسره غياب التنافر الكهروستاتيكي بين جزيئات البروتين.
في ظل ظروف معينة، يمكن للبروتينات تشكيل المواد الهلامية. عندما يتكون الهلام، تشكل جزيئات البروتين شبكة كثيفة، يمتلئ فراغها الداخلي بمذيب. تتكون المواد الهلامية، على سبيل المثال، من الجيلاتين (يستخدم هذا البروتين لصنع الهلام) وبروتينات الحليب عند صنع الحليب الرائب.
تؤثر درجة الحرارة أيضًا على ذوبان البروتين. عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، تترسب العديد من البروتينات بسبب خلل في بنيتها، لكننا سنتحدث عن هذا بمزيد من التفصيل في القسم التالي.
تمسخ البروتين
دعونا نفكر في ظاهرة معروفة لنا. عندما يتم تسخين بياض البيض، فإنه يصبح غائما تدريجيا ثم يشكل خثارة صلبة. يتبين أن بياض البيض المتخثر - زلال البيض - بعد التبريد غير قابل للذوبان، بينما قبل التسخين كان بياض البيض قابلاً للذوبان جيدًا في الماء. تحدث نفس الظاهرة عندما يتم تسخين جميع البروتينات الكروية تقريبًا. تسمى التغييرات التي تحدث أثناء التسخين تمسخ. تسمى البروتينات في حالتها الطبيعية محليالبروتينات ، وبعد تمسخها - مشوهة.
أثناء تمسخ الطبيعة، يتم تعطيل التشكل الأصلي للبروتينات نتيجة لتمزق الروابط الضعيفة (التفاعلات الأيونية والهيدروجينية والكارهة للماء). نتيجة لهذه العملية، يمكن تدمير الهياكل الرباعية والثالثية والثانوية للبروتين. تم الحفاظ على الهيكل الأساسي (الشكل 17).
أرز. 17. تمسخ البروتين
أثناء تمسخ الطبيعة، تظهر على السطح جذور الأحماض الأمينية الكارهة للماء الموجودة في عمق الجزيء في البروتينات الأصلية، مما يؤدي إلى ظروف التجميع. تترسب مجموعات من جزيئات البروتين. ويصاحب تمسخ الطبيعة فقدان الوظيفة البيولوجية للبروتين.
يمكن أن يكون سبب تمسخ البروتين ليس فقط بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ولكن أيضًا بسبب عوامل أخرى. يمكن أن تسبب الأحماض والقلويات تمسخ البروتين: نتيجة لعملها، يتم إعادة شحن المجموعات الأيونية، مما يؤدي إلى كسر الروابط الأيونية والهيدروجينية. تدمر اليوريا الروابط الهيدروجينية، مما يؤدي إلى فقدان البروتينات لبنيتها الأصلية. عوامل تغيير الطبيعة هي مذيبات عضوية وأيونات معادن ثقيلة: تدمر المذيبات العضوية الروابط الكارهة للماء، وتشكل أيونات المعادن الثقيلة مجمعات غير قابلة للذوبان مع البروتينات.
جنبا إلى جنب مع تمسخ، هناك أيضا عملية عكسية - إعادة التطبيع.عند إزالة عامل تغيير الطبيعة، يمكن استعادة البنية الأصلية. على سبيل المثال، عندما يتم تبريد المحلول ببطء إلى درجة حرارة الغرفة، يتم استعادة البنية الأصلية والوظيفة البيولوجية للتربسين.
يمكن أيضًا أن تفسد البروتينات في الخلية أثناء عمليات الحياة الطبيعية. من الواضح أن فقدان البنية الأصلية للبروتينات ووظيفتها هو حدث غير مرغوب فيه على الإطلاق. وفي هذا الصدد تجدر الإشارة إلى البروتينات الخاصة - المرافقون. هذه البروتينات قادرة على التعرف على البروتينات المشوهة جزئيًا، ومن خلال الارتباط بها، تستعيد شكلها الأصلي. تتعرف المرافقون أيضًا على البروتينات التي تطورت في عملية تمسخ الطبيعة وتنقلها إلى الليزوزومات، حيث يتم تكسيرها (تتحلل). تلعب المرافقون أيضًا دورًا مهمًا في تكوين الهياكل الثلاثية والرباعية أثناء تخليق البروتين.
ومن المثير للاهتمام أن نعرف! حاليا، غالبا ما يتم ذكر مرض مثل مرض جنون البقر. هذا المرض سببه البريونات. يمكن أن تسبب أمراضًا أخرى ذات طبيعة تنكسية عصبية لدى الحيوانات والبشر. البريونات هي عوامل معدية ذات طبيعة بروتينية. يتسبب دخول البريون إلى الخلية في حدوث تغيير في شكل نظيره الخلوي، والذي يصبح في حد ذاته بريونًا. هكذا ينشأ المرض. يختلف بروتين البريون عن البروتين الخلوي في بنيته الثانوية. يحتوي الشكل البريون للبروتين بشكل رئيسي علىب- البنية المطوية والخلوية -أ-حلزوني.
البروتينات عبارة عن بوليمرات حيوية، ومونومراتها عبارة عن بقايا حمض ألفا أميني مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية لكل بروتين بدقة؛ ويتم تشفيره في الكائنات الحية باستخدام الكود الجيني، بناءً على قراءته التي يحدث فيها التخليق الحيوي لجزيئات البروتين. يشارك 20 حمضًا أمينيًا في بناء البروتينات.
تتميز الأنواع التالية من بنية جزيئات البروتين:
- أساسي. يمثل تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة خطية.
- ثانوي. هذا ترتيب أكثر إحكاما لسلاسل البولي ببتيد باستخدام تكوين روابط هيدروجينية بين مجموعات الببتيد. هناك نوعان مختلفان من البنية الثانوية - حلزون ألفا وطية بيتا.
- بعد الثانوي. إنه ترتيب سلسلة عديد الببتيد في الكرة. في هذه الحالة، يتم تشكيل روابط الهيدروجين وثاني كبريتيد، ويتم تحقيق استقرار الجزيء بسبب التفاعلات الكارهة للماء والأيونية لبقايا الأحماض الأمينية.
- رباعي. يتكون البروتين من عدة سلاسل متعددة الببتيد تتفاعل مع بعضها البعض من خلال روابط غير تساهمية.
وبالتالي، فإن الأحماض الأمينية المرتبطة بتسلسل معين تشكل سلسلة بولي ببتيد، حيث تتجعد الأجزاء الفردية منها في شكل حلزوني أو تشكل طيات. تشكل هذه العناصر من الهياكل الثانوية كريات، وتشكل البنية الثلاثية للبروتين. تتفاعل الكريات الفردية مع بعضها البعض، وتشكل مجمعات بروتينية معقدة ذات بنية رباعية.
تصنيف البروتين
هناك عدة معايير يمكن من خلالها تصنيف مركبات البروتين. بناءً على تركيبها، يتم التمييز بين البروتينات البسيطة والمعقدة. تحتوي المواد البروتينية المعقدة على مجموعات من الأحماض الأمينية، والتي يمكن أن تكون طبيعتها الكيميائية مختلفة. وعلى هذا الأساس يميزون:
- البروتينات السكرية.
- البروتينات الدهنية.
- البروتينات النووية.
- البروتينات المعدنية.
- البروتينات الفسفورية.
- البروتينات.
يوجد أيضًا تصنيف حسب النوع العام للهيكل:
- ليفي.
- كروي؛
- غشاء
البروتينات هي بروتينات بسيطة (أحادية المكون) تتكون فقط من بقايا الأحماض الأمينية. اعتمادًا على قابليتها للذوبان ، يتم تقسيمها إلى المجموعات التالية:
مثل هذا التصنيف ليس دقيقًا تمامًا، لأنه وفقًا للبحث الحديث، ترتبط العديد من البروتينات البسيطة بكمية قليلة من المركبات غير البروتينية. وبالتالي، تحتوي بعض البروتينات على أصباغ وكربوهيدرات وأحيانًا دهون، مما يجعلها أشبه بجزيئات البروتين المعقدة.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتين
يتم تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات من خلال تكوين وكمية بقايا الأحماض الأمينية الموجودة في جزيئاتها. تختلف الأوزان الجزيئية للبولي ببتيدات بشكل كبير: من عدة آلاف إلى مليون أو أكثر. تتنوع الخواص الكيميائية لجزيئات البروتين، بما في ذلك الامفوتيرية، والذوبان، والقدرة على التحلل.
الأمفوتيرية
نظرًا لأن البروتينات تحتوي على أحماض أمينية حمضية وقاعدية، فإن الجزيء سيحتوي دائمًا على مجموعات حمضية حرة وقاعدية حرة (COO- وNH3+، على التوالي). يتم تحديد الشحنة من خلال نسبة مجموعات الأحماض الأمينية الأساسية والحمضية. لهذا السبب، يتم شحن البروتينات بـ "+" إذا انخفض الرقم الهيدروجيني، والعكس بالعكس، "-" إذا ارتفع الرقم الهيدروجيني. في الحالة التي يتوافق فيها الرقم الهيدروجيني مع نقطة الجهد الكهربي، فإن جزيء البروتين سيكون له شحنة صفرية. تعتبر الأمفوتيرية مهمة للوظائف البيولوجية، وأحدها هو الحفاظ على مستويات الرقم الهيدروجيني في الدم.
الذوبان
لقد سبق أن ذكرنا أعلاه تصنيف البروتينات حسب خصائصها القابلة للذوبان. يتم تفسير ذوبان المواد البروتينية في الماء بعاملين:
- الشحن والتنافر المتبادل لجزيئات البروتين.
- تكوين غلاف مائي حول البروتين - تتفاعل ثنائيات أقطاب الماء مع مجموعات مشحونة في الجزء الخارجي من الكرية.
تمسخ
الخاصية الفيزيائية والكيميائية للتمسخ هي عملية تدمير البنية الثانوية والثالثية لجزيء البروتين تحت تأثير عدد من العوامل: درجة الحرارة وعمل الكحوليات وأملاح المعادن الثقيلة والأحماض والعوامل الكيميائية الأخرى.
مهم!لا يتم تدمير الهيكل الأساسي أثناء تمسخ الطبيعة.
الخواص الكيميائية للبروتينات، التفاعلات النوعية، معادلات التفاعل
يمكن اعتبار الخواص الكيميائية للبروتينات باستخدام مثال التفاعلات للكشف النوعي عنها. التفاعلات النوعية تجعل من الممكن تحديد وجود مجموعة الببتيد في المركب:
1. بروتين الزانثوبروتين. عندما يتعرض البروتين لتركيزات عالية من حمض النيتريك، يتكون راسب، والذي يتحول إلى اللون الأصفر عند تسخينه.
2. بيوريت. عند تعريض محلول بروتيني ضعيف القلوية لكبريتات النحاس، تتشكل مركبات معقدة بين أيونات النحاس والبولي ببتيدات، والتي يصاحبها تحول المحلول إلى اللون البنفسجي الأزرق. يستخدم التفاعل في الممارسة السريرية لتحديد تركيز البروتين في مصل الدم والسوائل البيولوجية الأخرى.
خاصية كيميائية مهمة أخرى هي اكتشاف الكبريت في مركبات البروتين. ولهذا الغرض، يتم تسخين محلول البروتين القلوي بأملاح الرصاص. وينتج عن ذلك راسب أسود يحتوي على كبريتيد الرصاص.
الأهمية البيولوجية للبروتين
بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية، تؤدي البروتينات عددًا كبيرًا من الوظائف البيولوجية، والتي تشمل:
- الحفاز (إنزيمات البروتين) ؛
- النقل (الهيموجلوبين) ؛
- الهيكلية (الكيراتين، الإيلاستين)؛
- مقلص (الأكتين، الميوسين)؛
- وقائية (الجلوبيولين المناعي) ؛
- الإشارات (جزيئات المستقبلات) ؛
- هرموني (الأنسولين) ؛
- طاقة.
البروتينات مهمة لجسم الإنسان لأنها تشارك في تكوين الخلايا، وتوفر تقلص العضلات في الحيوانات، وتنقل العديد من المركبات الكيميائية مع مصل الدم. بالإضافة إلى ذلك، تعد جزيئات البروتين مصدرًا للأحماض الأمينية الأساسية وتؤدي وظيفة وقائية، وتشارك في إنتاج الأجسام المضادة وتكوين المناعة.
أفضل 10 حقائق غير معروفة عن البروتين
- بدأت دراسة البروتينات في عام 1728، عندما قام الإيطالي جاكوبو بارتولوميو بيكاري بعزل البروتين من الدقيق.
- تُستخدم الآن البروتينات المؤتلفة على نطاق واسع. يتم تصنيعها عن طريق تعديل جينوم البكتيريا. وعلى وجه الخصوص، يتم الحصول على الأنسولين وعوامل النمو ومركبات البروتين الأخرى المستخدمة في الطب بهذه الطريقة.
- تم اكتشاف جزيئات بروتينية في أسماك القطب الجنوبي تمنع الدم من التجمد.
- يعتبر بروتين الريسيلين مرنًا بشكل مثالي وهو الأساس لنقاط التعلق بأجنحة الحشرات.
- يحتوي الجسم على بروتينات مرافقة فريدة من نوعها قادرة على استعادة البنية الثلاثية أو الرباعية الأصلية الصحيحة لمركبات البروتين الأخرى.
- توجد في نواة الخلية الهستونات - البروتينات التي تشارك في ضغط الكروماتين.
- بدأت الطبيعة الجزيئية للأجسام المضادة - البروتينات الوقائية الخاصة (الجلوبيولين المناعي) - في الدراسة بنشاط في عام 1937. استخدم تيسيليوس وكابات الترحيل الكهربائي وأثبتا أنه في الحيوانات المحصنة زادت نسبة جاما، وبعد امتصاص المصل بواسطة المستضد المثير، عاد توزيع البروتينات بين الأجزاء إلى صورة الحيوان السليم.
- يعد بياض البيض مثالًا صارخًا على تنفيذ الوظيفة الاحتياطية بواسطة جزيئات البروتين.
- في جزيء الكولاجين، يتم تشكيل كل بقايا الأحماض الأمينية الثالثة بواسطة الجلايسين.
- في تكوين البروتينات السكرية، 15-20٪ هي الكربوهيدرات، وفي تكوين البروتيوغليكان حصتها هي 80-85٪.
خاتمة
البروتينات هي أكثر المركبات تعقيدا، وبدونها يصعب تصور حياة أي كائن حي. تم التعرف على أكثر من 5000 جزيء بروتين، لكن كل فرد لديه مجموعته الخاصة من البروتينات وهذا ما يميزه عن الأفراد الآخرين من نوعه.
أهم الخصائص الكيميائية والفيزيائية للبروتيناتتم التحديث: 21 مارس 2019 بواسطة: المقالات العلمية.Ru
الغرض من الدرس: تكوين مفهوم عن البروتين وبنيته وخصائصه الفيزيائية والكيميائية.
خلال الفصول الدراسية
I. اللحظة التنظيمية
ثانيا. تحديث المعرفة
(يطلب من الطلاب مراجعة موضوع "الأحماض الأمينية" مسبقًا).
اثنان من الطلاب يعملون على السبورة.
التمرين 1. اكتب صيغ حمض 2-أمينوبروبانويك (ألانين) وحمض 3-ميثيل-2-أمينوبتانويك (فالين). ما الأسماء الأخرى التي يمكنك اقتراحها لهذه الأحماض؟
المهمة 2. اكتب صيغة حمض 2-أمينوإيثانويك. ما الأسماء الأخرى لهذا الحمض التي تعرفها؟ يؤلف ثنائي الببتيد من بقايا هذا الحمض. أشر إلى موقع الرابطة الببتيدية.
محادثة أمامية.
- ما المجموعتين الوظيفيتين المتضمنتين في الأحماض الأمينية؟
– ما هي الأحماض الأمينية من حيث خصائصها الحمضية القاعدية؟ بسبب ما هي المجموعات الوظيفية التي تتحقق هذه الخصائص؟
- إعطاء مفهوم الرابطة الببتيدية.
– هل يمكن للأحماض الأمينية تكوين روابط هيدروجينية؟ بسبب ما مجموعات الذرات؟
- ما هي المواد التي تسمى البوليمرات؟ أعط أمثلة على البوليمرات المعروفة لك.
ثالثا. بيان المهمة المعرفية
يقدم الطلاب العاملون في المجلس تقريرًا عن المهمة المكتملة.
تُظهر اللوحة ثنائي الببتيد الذي يتكون من بقايا الجلايسين، وتُظهر صيغ اثنين من الأحماض الأمينية: ألانين وفالين.
هل يمكن تكوين ثنائي الببتيد من الأحماض الأمينية ذات التركيب المختلف؟ (الشريحة 1.) للإجابة على هذا السؤال، انظر إلى موقع الرابطة الببتيدية في ثنائي الببتيد.
إجابة. تشارك المجموعة الأمينية لأحد الأحماض الأمينية ومجموعة الكربوكسيل لحمض أميني آخر في تكوين الرابطة الببتيدية؛ لا تشارك الجذور الجانبية للأحماض الأمينية في تكوين ثنائي الببتيد.
هل من الممكن إضافة المزيد من الأحماض الأمينية إلى هذه المادة؟ برر جوابك.
إجابة. الانضمام ممكن لأن يحتوي جزيء ثنائي الببتيد على مجموعة كربوكسيل حرة (C-terminus) ومجموعة أمينية (N-terminus). يمكن أن تنمو السلسلة على كلا الجانبين (الشريحة 2).
كم عدد خيارات الاتصال التي يمكنك تقديمها؟
إجابة.اثنين. عندما يكون الحمض الأميني جليكاين في المركز الأول وعندما يكون الحمض الأميني جليكاين في المركز الثاني (الشريحة 3).
إجابة. البروتينات عبارة عن بوليمرات بيولوجية خطية تتكون من أحماض ألفا الأمينية.
اكتب هذا التعريف على أوراق العمل الخاصة بك.
هنا سلسلتين من البولي ببتيد. أي الببتيد يمكن أن يكون جزءًا من البروتين ولماذا؟ (الشريحة 4.)
إجابة. الأول لأنه يتكون من الأحماض الأمينية.
ما هي الروابط التي تشكل البنية الأساسية للبروتين؟
إجابة.يتكون الهيكل الأساسي من روابط الببتيد.
سجل هذا في الجدول في ورقة العمل الخاصة بك.
لكن البروتين عبارة عن جزيء كبير أكثر تعقيدًا من سلسلة البولي ببتيد الخطية. بالإضافة إلى البنية الأولية للبروتين، من الضروري النظر في الهياكل الثانوية والثالثية، وفي بعض الحالات، الرباعية. تلعب الروابط الهيدروجينية دورًا كبيرًا في تكوين البنية الثانوية للبروتين. تتكون الروابط الهيدروجينية من ذرات سالبية كهربية (الأكسجين، النيتروجين، إلخ)، ترتبط بإحدى ذرات الهيدروجين، وتكون الذرات الثلاث على نفس الخط المستقيم.
تشكل بعض البروتينات بنية رباعية، وذلك أيضًا بسبب الروابط الهيدروجينية والتفاعلات المحبة للماء وقوى الجذب الكهروستاتيكية. تتكون بعض البروتينات ذات البنية الرباعية من أيون معدني وجزء بروتين يتكون من عدة سلاسل بروتينية (مختلفة أو متطابقة في البنية الأولية) (الشريحة 7). اكتبها في ورقة العمل الخاصة بك.
تؤدي البروتينات وظائفها بشكل صحيح فقط في حالة وجود هياكل مناسبة من الدرجة الثالثة (والرباعية، إن وجدت).
الخصائص الفيزيائية للبروتينات
البروتينات هي مركبات عالية الجزيئية، أي. هذه هي المواد ذات الوزن الجزيئي العالي. يتراوح الوزن الجزيئي للبروتينات من 5 آلاف إلى ملايين الأمو. (الأنسولين – 6500 دا؛ بروتين فيروس الأنفلونزا – 32 مليون دا).
تعتمد ذوبان البروتينات في الماء على وظائفها. تكون جزيئات البروتينات الليفية ممدودة، وتشبه الخيوط، وتميل إلى التجمع معًا بجانب بعضها البعض لتكوين ألياف. هذه هي مادة البناء الرئيسية لأنسجة الأوتار والعضلية والغطائية. هذه البروتينات غير قابلة للذوبان في الماء.
قوة جزيئات البروتين مذهلة بكل بساطة! شعر الإنسان أقوى من النحاس ويمكنه منافسة أنواع معينة من الفولاذ. خصلة شعر بمساحة 1 سم2 يمكنها أن تتحمل وزن 5 أطنان، وجديلة امرأة مكونة من 200 ألف شعرة يمكنها رفع شاحنة كاماز محملة بوزن 20 طنًا.
يتم طي البروتينات الكروية إلى كرات. يؤدون في الجسم عددًا من الوظائف البيولوجية التي تتطلب حركتهم. لذلك، البروتينات الكروية قابلة للذوبان في الماء أو في محاليل الأملاح أو الأحماض أو القواعد. ونظرًا للحجم الكبير للجزيئات، تتشكل محاليل تسمى الغروية. ( مظاهرة ذوبان الألبومين في الماء.)
الخصائص الكيميائية للبروتينات
تشارك البروتينات في تفاعلات كيميائية غير عادية، وذلك لأن... فهي جزيئات البوليمر. انظر إلى بطاقات عملك وأجب عن الأسئلة التالية.
أي الرابطة أقوى: الببتيد أم الهيدروجين؟
إجابة.الببتيد، لأن وتصنف هذه الرابطة على أنها رابطة كيميائية تساهمية.
ما هي هياكل البروتين التي سوف تتحلل بشكل أسرع وأسهل؟
إجابة.الرباعي (إن وجد) والثالث والثانوي. سوف يستمر الهيكل الأساسي لفترة أطول من غيره، لأنه يتكون من روابط أقوى.
تمسخ الطبيعة هو تدمير البروتين لبنيته الأساسية، أي. يتم الحفاظ على الروابط الببتيدية (الشريحة 8).
إظهار الخبرة. صب 4 مل من محلول الألبومين في 5 أنابيب اختبار صغيرة. قم بتسخين أنبوب الاختبار الأول لمدة 6-10 ثوانٍ (حتى يصبح غائمًا). أضف 2 مل من حمض الهيدروكلوريك 3M إلى أنبوب الاختبار الثاني. في الثالثة - 2 مل من 3M NaOH. في الرابع - 5 قطرات من 0.1 M AgNO 3. الخامس - 5 قطرات من 0.1 M NaNO 3.
بعد الانتهاء من التجربة، يقوم الطلاب بملء الفجوات في تعريف تمسخ الطبيعة في ورقة العمل.
هل ستظهر البروتينات خصائصها المحددة بعد تمسخها؟
إجابة. تفقد معظم البروتينات نشاطها عند التشويه، وذلك بسبب... تظهر البروتينات خصائصها المحددة فقط في وجود الهياكل الثلاثية والرباعية.
هل تعتقد أنه من الممكن تدمير البنية الأساسية للبروتين؟
إجابة.يستطيع. يحدث هذا في الجسم عند هضم الأطعمة البروتينية.
واحدة من أهم خصائص البروتينات هي القدرة على التحلل المائي. عندما يحدث التحلل المائي للبروتين، يتم تدمير البنية الأساسية.
ما هي المواد التي تتشكل أثناء التحلل المائي الكامل للبروتين؟
إجابة. -أحماض أمينية.
إظهار الخبرة (ضعها قبل الدرس). يُسكب 2 مل من محلول بروتين الدجاج في أنبوبين اختبار، ويُضاف 1 مل من محلول فيستال مشبع إلى أحدهما (يتم تحرير القرص أولاً من القشرة الناعمة). فيستال هو إعداد إنزيم يسهل عملية الهضم، والذي يتضمن الليباز (يكسر الدهون)، الأميليز (يكسر الكربوهيدرات)، البروتياز (يكسر البروتينات). يتم وضع كلا الأنبوبين في حمام مائي عند درجة حرارة 37-40 درجة مئوية. تستمر عملية "هضم" البروتين لمدة 30 دقيقة. بعد اكتمال التسخين، يضاف 2 مل من محلول مشبع من كبريتات الأمونيوم أو أي كاشف آخر يسبب تمسخ البروتين إلى كلا أنبوبي الاختبار. في أنبوب الاختبار الأول (التحكم)، يتكون راسب أبيض وفير - البروتين يفسد. في أنبوب الاختبار الثاني (التجربة)، لم يتم ملاحظة مثل هذه الظواهر - حدث التحلل المائي للبروتين، ولا تتخثر الأحماض الأمينية والببتيدات ذات الوزن الجزيئي الصغير.
بناءً على نتائج التجربة، املأ الفراغات في تعريف "التحلل المائي" في أوراق العمل.
ما هي أهمية التحلل المائي للبروتين لجسمنا وأين يحدث؟
إجابة. إنتاج الأحماض الأمينية لحاجة الجسم نتيجة عمليات الهضم يبدأ في المعدة وينتهي في الاثني عشر.
التفاعلات اللونية – التفاعلات النوعية للبروتينات:
أ) تفاعل البيوريت ( إظهار الخبرة);
ب) تفاعل البروتين الزانثو ( إظهار الخبرة).
املأ أوراق العمل (انتبه إلى شروط هذه التفاعلات، ستكون ضرورية للتجارب في الدرس التالي).
ورقة عملالموضوع: "السناجب. البنية والخصائص"البروتينات _______________________________________________________ أنواع هياكل البروتين
|
السناجب- الببتيدات الطبيعية ذات الوزن الجزيئي الضخم. إنها جزء من جميع الكائنات الحية وتؤدي وظائف بيولوجية مختلفة.
هيكل البروتين.
تحتوي البروتينات على 4 مستويات من البنية:
- البنية الأولية للبروتين- التسلسل الخطي للأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد مطوية في الفضاء:
- البنية الثانوية للبروتين- تشكيل سلسلة البولي ببتيد، لأن التواء في الفضاء بسبب الروابط الهيدروجينية بينهما ن.ح.و شركةمجموعات. هناك طريقتان للتثبيت: α -دوامة و β - بناء.
- هيكل البروتين الثلاثيهو تمثيل ثلاثي الأبعاد للدوامة α -دوامة أو β - الإنشاءات في الفضاء:
يتكون هذا الهيكل من جسور ثاني كبريتيد -S-S- بين بقايا السيستين. تشارك الأيونات المشحونة بشكل معاكس في تكوين مثل هذا الهيكل.
- هيكل البروتين الرباعييتكون نتيجة التفاعل بين سلاسل البولي ببتيد المختلفة:
تخليق البروتين.
يعتمد التوليف على طريقة الطور الصلب، حيث يتم تثبيت الحمض الأميني الأول على حامل بوليمر، ويتم ربط الأحماض الأمينية الجديدة به بالتتابع. ثم يتم فصل البوليمر عن سلسلة البولي ببتيد.
الخصائص الفيزيائية للبروتين.
يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للبروتين من خلال بنيته، لذلك يتم تقسيم البروتينات إلى كروي(قابل للذوبان في الماء) و ليفي(غير قابل للذوبان في الماء).
الخواص الكيميائية للبروتينات.
1. تمسخ البروتين(تدمير البنية الثانوية والثالثية مع الحفاظ على البنية الأولية). مثال على تمسخ الطبيعة هو تخثر بياض البيض عند سلقه.
2. التحلل المائي للبروتين- تدمير لا رجعة فيه للبنية الأولية في محلول حمضي أو قلوي مع تكوين الأحماض الأمينية. بهذه الطريقة يمكنك تحديد التركيب الكمي للبروتينات.
3. ردود الفعل النوعية:
رد فعل بيوريت- تفاعل الرابطة الببتيدية مع أملاح النحاس (II) في محلول قلوي. في نهاية التفاعل، يتحول المحلول إلى اللون الأرجواني.
تفاعل بروتين الزانثوبروتين- عند التفاعل مع حمض النيتريك يلاحظ لون أصفر.
الأهمية البيولوجية للبروتين.
1. البروتينات هي مادة بناء يتم بناء العضلات والعظام والأنسجة منها.
2. البروتينات - المستقبلات. إنهم ينقلون ويستقبلون الإشارات القادمة من الخلايا المجاورة من البيئة.
3. تلعب البروتينات دورًا مهمًا في جهاز المناعة في الجسم.
4. تؤدي البروتينات وظائف النقل وتنقل الجزيئات أو الأيونات إلى موقع التركيب أو التراكم. (يحمل الهيموجلوبين الأكسجين إلى الأنسجة).
5. البروتينات – المحفزات – الإنزيمات. هذه محفزات انتقائية قوية للغاية تعمل على تسريع التفاعلات بملايين المرات.
هناك عدد من الأحماض الأمينية التي لا يمكن تصنيعها في الجسم - لا يمكن الاستغناء عنهيتم الحصول عليها فقط من الطعام: تيسين، فينيل ألانين، ميثينين، فالين، ليوسين، تريبتوفان، آيزوليوسين، ثريونين.