Νο. 1. Πρωτεΐνες: πεπτιδικοί δεσμοί, η ανίχνευσή τους.

Οι πρωτεΐνες είναι μακρομόρια γραμμικών πολυαμιδίων που σχηματίζονται από α-αμινοξέα ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης πολυσυμπύκνωσης σε βιολογικά αντικείμενα.

σκίουροι είναι ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους που παράγονται από αμινοξέα. 20 αμινοξέα συμμετέχουν στη δημιουργία πρωτεϊνών. Συνδέονται μεταξύ τους σε μακριές αλυσίδες που αποτελούν τη βάση ενός μορίου πρωτεΐνης μεγάλου μοριακού βάρους.

Λειτουργίες πρωτεϊνών στο σώμα

Ο συνδυασμός των ιδιόμορφων χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των πρωτεϊνών παρέχει σε αυτήν την κατηγορία οργανικών ενώσεων κεντρικό ρόλο στα φαινόμενα της ζωής.

Οι πρωτεΐνες έχουν τις ακόλουθες βιολογικές ιδιότητες ή επιτελούν τις ακόλουθες βασικές λειτουργίες σε ζωντανούς οργανισμούς:

1. Καταλυτική λειτουργία πρωτεϊνών. Όλοι οι βιολογικοί καταλύτες – ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Επί του παρόντος, έχουν χαρακτηριστεί χιλιάδες ένζυμα, πολλά από αυτά απομονωμένα σε κρυσταλλική μορφή. Σχεδόν όλα τα ένζυμα είναι ισχυροί καταλύτες, αυξάνοντας τους ρυθμούς αντίδρασης κατά τουλάχιστον ένα εκατομμύριο φορές. Αυτή η λειτουργία των πρωτεϊνών είναι μοναδική, δεν είναι χαρακτηριστική για άλλα μόρια πολυμερούς.

2. Διατροφική (αποθεματική λειτουργία πρωτεϊνών). Αυτές είναι, πρώτα απ 'όλα, πρωτεΐνες που προορίζονται να θρέψουν το αναπτυσσόμενο έμβρυο: καζεΐνη γάλακτος, ωοαλβουμίνη αυγού, εφεδρικές πρωτεΐνες σπόρων φυτών. Ένας αριθμός άλλων πρωτεϊνών χρησιμοποιούνται αναμφίβολα στον οργανισμό ως πηγή αμινοξέων, τα οποία, με τη σειρά τους, είναι πρόδρομες ουσίες βιολογικά ενεργών ουσιών που ρυθμίζουν τη μεταβολική διαδικασία.

3. Λειτουργία μεταφοράς πρωτεϊνών. Η μεταφορά πολλών μικρών μορίων και ιόντων πραγματοποιείται από συγκεκριμένες πρωτεΐνες. Για παράδειγμα, η αναπνευστική λειτουργία του αίματος, δηλαδή η μεταφορά οξυγόνου, εκτελείται από μόρια αιμοσφαιρίνης - μια πρωτεΐνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι λευκωματίνες του ορού συμμετέχουν στη μεταφορά λιπιδίων. Μια σειρά από άλλες πρωτεΐνες ορού γάλακτος σχηματίζουν σύμπλοκα με λίπη, χαλκό, σίδηρο, θυροξίνη, βιταμίνη Α και άλλες ενώσεις, εξασφαλίζοντας την παράδοση τους στα κατάλληλα όργανα.

4. Προστατευτική λειτουργία πρωτεϊνών. Η κύρια λειτουργία της προστασίας εκτελείται από το ανοσολογικό σύστημα, το οποίο εξασφαλίζει τη σύνθεση ειδικών προστατευτικών πρωτεϊνών - αντισωμάτων - ως απάντηση στην είσοδο βακτηρίων, τοξινών ή ιών (αντιγόνων) στον οργανισμό. Τα αντισώματα δεσμεύουν τα αντιγόνα, αλληλεπιδρώντας με αυτά, και έτσι εξουδετερώνουν τις βιολογικές τους επιδράσεις και διατηρούν τη φυσιολογική κατάσταση του σώματος. Η πήξη της πρωτεΐνης του πλάσματος του αίματος - ινωδογόνο - και ο σχηματισμός θρόμβου αίματος, ο οποίος προστατεύει από την απώλεια αίματος κατά τη διάρκεια τραυματισμού, είναι ένα άλλο παράδειγμα της προστατευτικής λειτουργίας των πρωτεϊνών.

5. Συσταλτική λειτουργία των πρωτεϊνών. Πολλές πρωτεΐνες εμπλέκονται στην πράξη της μυϊκής συστολής και χαλάρωσης. Ο κύριος ρόλος σε αυτές τις διεργασίες παίζει η ακτίνη και η μυοσίνη - ειδικές πρωτεΐνες του μυϊκού ιστού. Η συσταλτική λειτουργία είναι επίσης εγγενής στις πρωτεΐνες των υποκυτταρικών δομών, η οποία εξασφαλίζει τις καλύτερες διαδικασίες της κυτταρικής ζωής,

6. Δομική λειτουργία πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες με αυτή τη λειτουργία κατέχουν την πρώτη θέση μεταξύ άλλων πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα. Οι δομικές πρωτεΐνες όπως το κολλαγόνο είναι ευρέως διαδεδομένες στον συνδετικό ιστό. κερατίνη στα μαλλιά, τα νύχια, το δέρμα. ελαστίνη - σε αγγειακά τοιχώματα κ.λπ.

7. Ορμονική (ρυθμιστική) λειτουργία πρωτεϊνών. Ο μεταβολισμός στο σώμα ρυθμίζεται με διάφορους μηχανισμούς. Οι ορμόνες που παράγονται από τους ενδοκρινείς αδένες καταλαμβάνουν σημαντική θέση σε αυτόν τον κανονισμό. Ένας αριθμός ορμονών αντιπροσωπεύεται από πρωτεΐνες ή πολυπεπτίδια, για παράδειγμα, ορμόνες της υπόφυσης, του παγκρέατος κ.λπ.

Πεπτιδικός δεσμός

Τυπικά, ο σχηματισμός ενός μακρομορίου πρωτεΐνης μπορεί να αναπαρασταθεί ως αντίδραση πολυσυμπύκνωσης α-αμινοξέων.

Από χημική άποψη, οι πρωτεΐνες είναι οργανικές ενώσεις με υψηλή μοριακή άζωτο (πολυαμίδια), τα μόρια των οποίων είναι κατασκευασμένα από υπολείμματα αμινοξέων. Τα μονομερή των πρωτεϊνών είναι α-αμινοξέα, το κοινό χαρακτηριστικό των οποίων είναι η παρουσία μιας καρβοξυλικής ομάδας -COOH και μιας αμινομάδας -NH 2 στο δεύτερο άτομο άνθρακα (άτομο άνθρακα):

Με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης των προϊόντων υδρόλυσης πρωτεϊνών και αυτών που προτάθηκαν από τον A.Ya. Τις ιδέες του Danilevsky για το ρόλο των πεπτιδικών δεσμών -CO-NH- στην κατασκευή ενός μορίου πρωτεΐνης, ο Γερμανός επιστήμονας E. Fischer πρότεινε την πεπτιδική θεωρία της δομής της πρωτεΐνης στις αρχές του 20ου αιώνα. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, οι πρωτεΐνες είναι γραμμικά πολυμερή α-αμινοξέων που συνδέονται με ένα πεπτίδιο δεσμός - πολυπεπτίδια:

Σε κάθε πεπτίδιο, ένα τερματικό υπόλειμμα αμινοξέος έχει μια ελεύθερη α-αμινο ομάδα (Ν-άκρο) και το άλλο έχει μια ελεύθερη α-καρβοξυλική ομάδα (C-άκρο). Η δομή των πεπτιδίων συνήθως απεικονίζεται ξεκινώντας από το Ν-τερματικό αμινοξύ. Στην περίπτωση αυτή, τα υπολείμματα αμινοξέων χαρακτηρίζονται με σύμβολα. Για παράδειγμα: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. Αυτή η καταχώρηση υποδηλώνει ένα πεπτίδιο στο οποίο βρίσκεται το Ν-τερματικό α-αμινοξύ ­ σχηματίζεται από την αλανίνη και το Ο-τελικό - κυστεΐνη. Κατά την ανάγνωση μιας τέτοιας εγγραφής, οι καταλήξεις των ονομάτων όλων των οξέων, εκτός από τα τελευταία, αλλάζουν σε «λάσπη»: αλανυλ-τυροσυλ-λευκυλ-σερυλ-τυροσυλ-κυστεΐνη. Το μήκος της πεπτιδικής αλυσίδας σε πεπτίδια και πρωτεΐνες που βρίσκονται στο σώμα κυμαίνεται από δύο έως εκατοντάδες και χιλιάδες υπολείμματα αμινοξέων.

Νο 2. Ταξινόμηση απλών πρωτεϊνών.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ απλός (πρωτεΐνες) περιλαμβάνουν πρωτεΐνες που αποδίδουν μόνο αμινοξέα κατά την υδρόλυση.

Πρωτεϊνοειδή ____απλές πρωτεΐνες ζωικής προέλευσης, αδιάλυτες στο νερό, διαλύματα αλάτων, αραιά οξέα και αλκάλια. Εκτελέστε κυρίως υποστηρικτικές λειτουργίες (για παράδειγμα, κολλαγόνο, κερατίνη

πρωταμίνες – θετικά φορτισμένες πυρηνικές πρωτεΐνες, με μοριακό βάρος 10-12 kDa. Είναι περίπου 80% αλκαλικά αμινοξέα, γεγονός που τους δίνει την ικανότητα να αλληλεπιδρούν με νουκλεϊκά οξέα μέσω ιοντικών δεσμών. Λάβετε μέρος στη ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας. Πολύ διαλυτό στο νερό.

ιστόνες – πυρηνικές πρωτεΐνες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας. Βρίσκονται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα και χωρίζονται σε 5 κατηγορίες, που διαφέρουν ως προς το μοριακό βάρος και την περιεκτικότητα σε αμινοξέα. Το μοριακό βάρος των ιστονών κυμαίνεται από 11 έως 22 kDa και οι διαφορές στη σύνθεση αμινοξέων αφορούν τη λυσίνη και την αργινίνη, η περιεκτικότητα των οποίων κυμαίνεται από 11 έως 29% και από 2 έως 14%, αντίστοιχα.

προλαμίνες – αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε αλκοόλη 70%, χαρακτηριστικά χημικής δομής – πολύ προλίνη, γλουταμινικό οξύ, χωρίς λυσίνη ,

γλουτίνες – διαλυτό σε αλκαλικά διαλύματα ,

σφαιρίνες – πρωτεΐνες που είναι αδιάλυτες στο νερό και σε ημι-κορεσμένο διάλυμα θειικού αμμωνίου, αλλά διαλυτές σε υδατικά διαλύματα αλάτων, αλκαλίων και οξέων. Μοριακό βάρος – 90-100 kDa;

αλβουμίνες – πρωτεΐνες ζωικών και φυτικών ιστών, διαλυτές σε νερό και αλατούχα διαλύματα. Η μοριακή μάζα είναι 69 kDa.

σκληροπρωτεΐνες – πρωτεΐνες υποστηρικτικών ιστών ζώων

Παραδείγματα απλών πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ινώδες μεταξιού, αλβουμίνη ορού αυγού, πεψίνη κ.λπ.

Νο 3. Μέθοδοι απομόνωσης και καθίζησης (καθαρισμού) πρωτεϊνών.

Νο 4. Πρωτεΐνες ως πολυηλεκτρολύτες. Ισοηλεκτρικό σημείο μιας πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες είναι αμφοτερικοί πολυηλεκτρολύτες, δηλ. παρουσιάζουν τόσο όξινες όσο και βασικές ιδιότητες. Αυτό οφείλεται στην παρουσία σε πρωτεϊνικά μόρια ριζών αμινοξέων ικανών για ιονισμό, καθώς και ελεύθερων α-αμινο- και α-καρβοξυλικών ομάδων στα άκρα των πεπτιδικών αλυσίδων. Οι όξινες ιδιότητες της πρωτεΐνης δίνονται από τα όξινα αμινοξέα (ασπαρτικό, γλουταμινικό) και οι αλκαλικές ιδιότητες από τα βασικά αμινοξέα (λυσίνη, αργινίνη, ιστιδίνη).

Το φορτίο ενός μορίου πρωτεΐνης εξαρτάται από τον ιονισμό όξινων και βασικών ομάδων ριζών αμινοξέων. Ανάλογα με την αναλογία αρνητικών και θετικών ομάδων, το μόριο της πρωτεΐνης στο σύνολό του αποκτά συνολικό θετικό ή αρνητικό φορτίο. Όταν ένα διάλυμα πρωτεΐνης οξινίζεται, ο βαθμός ιονισμού των ανιονικών ομάδων μειώνεται και οι κατιονικές ομάδες αυξάνονται. κατά την αλκαλοποίηση, ισχύει το αντίθετο. Σε μια ορισμένη τιμή pH, ο αριθμός των θετικά και αρνητικά φορτισμένων ομάδων γίνεται ίσος και η πρωτεΐνη βρίσκεται σε ισοηλεκτρική κατάσταση (το συνολικό φορτίο είναι 0). Η τιμή pH στην οποία μια πρωτεΐνη βρίσκεται σε ισοηλεκτρική κατάσταση ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο και ορίζεται pI, παρόμοια με τα αμινοξέα. Για τις περισσότερες πρωτεΐνες, το pI βρίσκεται στο εύρος 5,5-7,0, το οποίο υποδηλώνει μια ορισμένη υπεροχή των όξινων αμινοξέων στις πρωτεΐνες. Ωστόσο, υπάρχουν και αλκαλικές πρωτεΐνες, για παράδειγμα, η σαλμίνη - η κύρια πρωτεΐνη από γάλα σολομού (pl = 12). Επιπλέον, υπάρχουν πρωτεΐνες για τις οποίες το pI έχει πολύ χαμηλή τιμή, για παράδειγμα, η πεψίνη, ένα ένζυμο στο γαστρικό υγρό (pl=l). Στο ισοηλεκτρικό σημείο, οι πρωτεΐνες είναι πολύ ασταθείς και κατακρημνίζονται εύκολα, έχοντας τη χαμηλότερη διαλυτότητα.

Εάν η πρωτεΐνη δεν είναι σε ισοηλεκτρική κατάσταση, τότε σε ένα ηλεκτρικό πεδίο τα μόριά της θα μετακινηθούν προς την κάθοδο ή την άνοδο, ανάλογα με το πρόσημο του συνολικού φορτίου και με ταχύτητα ανάλογη με το μέγεθός της. Αυτή είναι η ουσία της μεθόδου ηλεκτροφόρησης. Αυτή η μέθοδος μπορεί να διαχωρίσει πρωτεΐνες με διαφορετικές τιμές pI.

Αν και οι πρωτεΐνες έχουν ρυθμιστικές ιδιότητες, η χωρητικότητά τους σε φυσιολογικές τιμές pH είναι περιορισμένη. Εξαίρεση αποτελούν οι πρωτεΐνες που περιέχουν πολλή ιστιδίνη, καθώς μόνο η ρίζα ιστιδίνης έχει ρυθμιστικές ιδιότητες στην περιοχή pH 6-8. Υπάρχουν πολύ λίγες τέτοιες πρωτεΐνες. Για παράδειγμα, η αιμοσφαιρίνη, που περιέχει σχεδόν 8% ιστιδίνη, είναι ένα ισχυρό ενδοκυτταρικό ρυθμιστικό διάλυμα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, διατηρώντας το pH του αίματος σε σταθερό επίπεδο.

Νο. 5. Φυσικοχημικές ιδιότητες πρωτεϊνών.

Οι πρωτεΐνες έχουν διαφορετικές χημικές, φυσικές και βιολογικές ιδιότητες, οι οποίες καθορίζονται από τη σύσταση αμινοξέων και τη χωρική οργάνωση κάθε πρωτεΐνης. Οι χημικές αντιδράσεις των πρωτεϊνών είναι πολύ διαφορετικές και προκαλούνται από την παρουσία NH 2 - ομάδων COOH και ριζών διαφόρων φύσεων. Πρόκειται για αντιδράσεις νίτρωσης, ακυλίωσης, αλκυλίωσης, εστεροποίησης, οξείδωσης-αναγωγής και άλλες. Οι πρωτεΐνες έχουν οξεοβασικές, ρυθμιστικές, κολλοειδείς και οσμωτικές ιδιότητες.

Οξεοβασικές ιδιότητες πρωτεϊνών

Χημικές ιδιότητες. Όταν τα υδατικά διαλύματα πρωτεϊνών θερμαίνονται ελαφρά, συμβαίνει μετουσίωση. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα ίζημα.

Όταν οι πρωτεΐνες θερμαίνονται με οξέα, λαμβάνει χώρα υδρόλυση, με αποτέλεσμα ένα μείγμα αμινοξέων.

Φυσικοχημικές ιδιότητες πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες έχουν υψηλό μοριακό βάρος.

Φόρτιση ενός μορίου πρωτεΐνης. Όλες οι πρωτεΐνες έχουν τουλάχιστον μία ελεύθερη ομάδα -NH και -COOH.

Πρωτεϊνικά διαλύματα- κολλοειδή διαλύματα με διαφορετικές ιδιότητες. Οι πρωτεΐνες είναι όξινες και βασικές. Οι όξινες πρωτεΐνες περιέχουν πολύ glu και asp, οι οποίες έχουν επιπλέον καρβοξυλικές και λιγότερες αμινομάδες. Οι αλκαλικές πρωτεΐνες περιέχουν πολλά lys και arg. Κάθε μόριο πρωτεΐνης σε ένα υδατικό διάλυμα περιβάλλεται από ένα κέλυφος ενυδάτωσης, καθώς οι πρωτεΐνες έχουν πολλές υδρόφιλες ομάδες (-COOH, -OH, -NH 2, -SH) λόγω των αμινοξέων. Σε υδατικά διαλύματα, το μόριο της πρωτεΐνης έχει φορτίο. Το φορτίο πρωτεΐνης στο νερό μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με το pH.

Καθίζηση πρωτεϊνών.Οι πρωτεΐνες έχουν ένα κέλυφος ενυδάτωσης, ένα φορτίο που τις εμποδίζει να κολλήσουν μεταξύ τους. Για εναπόθεση είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το κέλυφος ενυδάτωσης και να φορτίσετε.

1.Ενυδάτωση. Η διαδικασία της ενυδάτωσης σημαίνει τη δέσμευση του νερού από τις πρωτεΐνες, και παρουσιάζουν υδρόφιλες ιδιότητες: διογκώνονται, αυξάνεται η μάζα και ο όγκος τους. Η διόγκωση της πρωτεΐνης συνοδεύεται από μερική διάλυσή της. Η υδροφιλία των μεμονωμένων πρωτεϊνών εξαρτάται από τη δομή τους. Οι ομάδες υδρόφιλου αμιδίου (–CO–NH–, πεπτιδικός δεσμός), αμίνης (NH2) και καρβοξυλίου (COOH) που υπάρχουν στη σύνθεση και βρίσκονται στην επιφάνεια του μακρομορίου πρωτεΐνης προσελκύουν μόρια νερού, προσανατολίζοντάς τα αυστηρά στην επιφάνεια του μορίου . Περιβάλλοντας τα πρωτεϊνικά σφαιρίδια, ένα κέλυφος ενυδάτωσης (υδατικό) εμποδίζει τη σταθερότητα των πρωτεϊνικών διαλυμάτων. Στο ισοηλεκτρικό σημείο, οι πρωτεΐνες έχουν τη μικρότερη ικανότητα να δεσμεύουν το νερό το κέλυφος ενυδάτωσης γύρω από τα μόρια πρωτεΐνης καταστρέφεται, έτσι συνδυάζονται για να σχηματίσουν μεγάλα συσσωματώματα. Η συσσωμάτωση των μορίων πρωτεΐνης συμβαίνει επίσης όταν αφυδατώνονται χρησιμοποιώντας ορισμένους οργανικούς διαλύτες, όπως η αιθυλική αλκοόλη. Αυτό οδηγεί στην κατακρήμνιση πρωτεϊνών. Όταν το pH του περιβάλλοντος αλλάζει, το μακρομόριο της πρωτεΐνης φορτίζεται και η ικανότητα ενυδάτωσης του αλλάζει.

Οι αντιδράσεις καθίζησης χωρίζονται σε δύο τύπους.

Αλάτισμα πρωτεϊνών: (NH 4)SO 4 - αφαιρείται μόνο το κέλυφος ενυδάτωσης, η πρωτεΐνη διατηρεί όλους τους τύπους της δομής της, όλες τις συνδέσεις και διατηρεί τις εγγενείς ιδιότητές της. Τέτοιες πρωτεΐνες μπορούν στη συνέχεια να επαναδιαλυθούν και να χρησιμοποιηθούν.

Η καθίζηση με απώλεια των ιδιοτήτων της φυσικής πρωτεΐνης είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία. Το κέλυφος και το φορτίο ενυδάτωσης αφαιρούνται από την πρωτεΐνη και διάφορες ιδιότητες της πρωτεΐνης διαταράσσονται. Για παράδειγμα, άλατα χαλκού, υδραργύρου, αρσενικού, σιδήρου, συμπυκνωμένα ανόργανα οξέα - HNO 3, H 2 SO 4, HCl, οργανικά οξέα, αλκαλοειδή - τανίνες, ιωδιούχος υδράργυρος. Η προσθήκη οργανικών διαλυτών μειώνει τον βαθμό ενυδάτωσης και οδηγεί σε καθίζηση πρωτεϊνών. Ως τέτοιος διαλύτης χρησιμοποιείται η ακετόνη. Οι πρωτεΐνες κατακρημνίζονται επίσης χρησιμοποιώντας άλατα, για παράδειγμα θειικό αμμώνιο. Η αρχή αυτής της μεθόδου βασίζεται στο γεγονός ότι όταν η συγκέντρωση του άλατος στο διάλυμα αυξάνεται, οι ιοντικές ατμόσφαιρες που σχηματίζονται από τα αντίθετα ιόντα πρωτεΐνης συμπιέζονται, γεγονός που τους βοηθά να έρθουν πιο κοντά σε μια κρίσιμη απόσταση στην οποία οι διαμοριακές δυνάμεις της έλξης van der Waals υπερτερούν των δυνάμεων απόκρουσης Coulomb των αντίθετων ιόντων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα σωματίδια πρωτεΐνης να κολλάνε μεταξύ τους και να καθιζάνουν.

Όταν βράζει, τα μόρια πρωτεΐνης αρχίζουν να κινούνται τυχαία, συγκρούονται, το φορτίο αφαιρείται και το κέλυφος ενυδάτωσης μειώνεται.

Για την ανίχνευση πρωτεϊνών στο διάλυμα, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα:

χρωματικές αντιδράσεις?

αντιδράσεις καθίζησης.

Μέθοδοι απομόνωσης και καθαρισμού πρωτεϊνών.

ομογενοποίηση- τα κύτταρα αλέθονται σε ομοιογενή μάζα.

εκχύλιση πρωτεϊνών με υδατικά διαλύματα ή διαλύματα νερού-αλατιού.

1. αλάτισμα έξω?

   ηλεκτροφόρηση;

   χρωματογραφία:προσρόφηση, διάσπαση.

   υπερφυγοκέντρηση.

Δομική οργάνωση πρωτεϊνών.

Πρωτογενής δομή- καθορίζεται από την αλληλουχία αμινοξέων στην πεπτιδική αλυσίδα, σταθεροποιημένη από ομοιοπολικούς πεπτιδικούς δεσμούς (ινσουλίνη, πεψίνη, χυμοθρυψίνη).

Δευτερεύουσα δομή- χωρική δομή της πρωτεΐνης. Αυτό είναι είτε -σπιράλ είτε -αναδιπλούμενο. Δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου.

Τριτογενής δομή- σφαιρικές και ινιδιακές πρωτεΐνες. Σταθεροποιήστε δεσμούς υδρογόνου, ηλεκτροστατικές δυνάμεις (COO-, NH3+), υδρόφοβες δυνάμεις, θειούχες γέφυρες, που προσδιορίζονται από την πρωτογενή δομή. Σφαιρικές πρωτεΐνες - όλα τα ένζυμα, αιμοσφαιρίνη, μυοσφαιρίνη. Ινιδιακές πρωτεΐνες - κολλαγόνο, μυοσίνη, ακτίνη.

Τεταρτογενής δομή- υπάρχει μόνο σε ορισμένες πρωτεΐνες. Τέτοιες πρωτεΐνες κατασκευάζονται από πολλά πεπτίδια. Κάθε πεπτίδιο έχει τη δική του πρωτογενή, δευτεροταγή και τριτοταγή δομή, που ονομάζονται πρωτομερή. Πολλά πρωτομερή ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα μόριο. Ένα πρωτομερές δεν λειτουργεί ως πρωτεΐνη, αλλά μόνο σε συνδυασμό με άλλα πρωτομερή.

Παράδειγμα:αιμοσφαιρίνη = -σφαιρίδιο + -σφαιρίδιο - μεταφέρει το O 2 αθροιστικά, και όχι χωριστά.

Η πρωτεΐνη μπορεί να επανέλθει.Αυτό απαιτεί πολύ σύντομη έκθεση στους παράγοντες.

6) Μέθοδοι ανίχνευσης πρωτεϊνών.

Οι πρωτεΐνες είναι υψηλά μοριακά βιολογικά πολυμερή, οι δομικές (μονομερείς) μονάδες των οποίων είναι τα α-αμινοξέα. Τα αμινοξέα στις πρωτεΐνες συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. ο σχηματισμός του οποίου συμβαίνει λόγω της καρβοξυλικής ομάδας που βρίσκεται στο -άτομο άνθρακα ενός αμινοξέος και -αμινο ομάδα άλλου αμινοξέος, απελευθερώνοντας ένα μόριο νερού.Οι μονομερείς μονάδες των πρωτεϊνών ονομάζονται υπολείμματα αμινοξέων.

Τα πεπτίδια, τα πολυπεπτίδια και οι πρωτεΐνες διαφέρουν όχι μόνο ως προς την ποσότητα, τη σύνθεση, αλλά και ως προς την αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων, τις φυσικοχημικές ιδιότητες και τις λειτουργίες που εκτελούνται στο σώμα. Το μοριακό βάρος των πρωτεϊνών κυμαίνεται από 6 χιλιάδες έως 1 εκατομμύριο ή περισσότερο. Οι χημικές και φυσικές ιδιότητες των πρωτεϊνών καθορίζονται από τη χημική φύση και τις φυσικοχημικές ιδιότητες των ριζών και των υπολειμμάτων αμινοξέων που περιλαμβάνονται σε αυτές. Οι μέθοδοι για την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό πρωτεϊνών σε βιολογικά αντικείμενα και προϊόντα διατροφής, καθώς και την απομόνωσή τους από ιστούς και βιολογικά υγρά, βασίζονται στις φυσικές και χημικές ιδιότητες αυτών των ενώσεων.

Οι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με ορισμένες χημικές ουσίες δίνουν έγχρωμες ενώσεις. Ο σχηματισμός αυτών των ενώσεων συμβαίνει με τη συμμετοχή ριζών αμινοξέων, των ειδικών ομάδων τους ή πεπτιδικών δεσμών. Οι χρωματικές αντιδράσεις σας επιτρέπουν να ρυθμίσετε παρουσία πρωτεΐνης σε βιολογικό αντικείμενοή λύση και να αποδείξει την παρουσία ορισμένα αμινοξέα σε ένα μόριο πρωτεΐνης. Με βάση τις χρωματικές αντιδράσεις, έχουν αναπτυχθεί ορισμένες μέθοδοι για τον ποσοτικό προσδιορισμό πρωτεϊνών και αμινοξέων.

Θεωρείται καθολικό αντιδράσεις διουρίας και νινυδρίνης, αφού όλες οι πρωτεΐνες τις παρέχουν. Αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης, αντίδραση Follκαι άλλα είναι συγκεκριμένα, αφού προκαλούνται από ριζικές ομάδες ορισμένων αμινοξέων στο μόριο της πρωτεΐνης.

Οι χρωματικές αντιδράσεις καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της παρουσίας πρωτεΐνης στο υπό μελέτη υλικό και την παρουσία ορισμένων αμινοξέων στα μόριά του.

Αντίδραση διουρίας. Η αντίδραση οφείλεται στην παρουσία σε πρωτεΐνες, πεπτίδια, πολυπεπτίδια πεπτιδικούς δεσμούς, που σε αλκαλικό περιβάλλον σχηματίζονται με ιόντα χαλκού (II).σύνθετες ενώσεις χρωματισμένες σε μωβ (με κόκκινη ή μπλε απόχρωση).. Το χρώμα οφείλεται στην παρουσία τουλάχιστον δύο ομάδων στο μόριο -CO-NH-, συνδέονται απευθείας μεταξύ τους ή με τη συμμετοχή ενός ατόμου άνθρακα ή αζώτου.

Τα ιόντα χαλκού (II) συνδέονται με δύο ιοντικούς δεσμούς με ομάδες =C─O ˉ και τέσσερις δεσμούς συντονισμού με άτομα αζώτου (=N―).

Η ένταση του χρώματος εξαρτάται από την ποσότητα πρωτεΐνης στο διάλυμα. Αυτό επιτρέπει σε αυτή την αντίδραση να χρησιμοποιηθεί για την ποσοτικοποίηση της πρωτεΐνης. Το χρώμα των έγχρωμων διαλυμάτων εξαρτάται από το μήκος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.Οι πρωτεΐνες δίνουν ένα μπλε-ιώδες χρώμα. τα προϊόντα της υδρόλυσης τους (πολυ- και ολιγοπεπτίδια) έχουν κόκκινο ή ροζ χρώμα. Η αντίδραση διουρίας παράγεται όχι μόνο από πρωτεΐνες, πεπτίδια και πολυπεπτίδια, αλλά και από διουρία (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2), οξαμίδιο (NH 2 -CO-CO-NH 2) και ιστιδίνη.

Η σύνθετη ένωση του χαλκού (II) με πεπτιδικές ομάδες που σχηματίζονται σε αλκαλικό περιβάλλον έχει την ακόλουθη δομή:

Αντίδραση νινυδρίνης. Σε αυτή την αντίδραση, διαλύματα πρωτεΐνης, πολυπεπτιδίων, πεπτιδίων και ελεύθερων α-αμινοξέων όταν θερμαίνονται με νινυδρίνη δίνουν ένα μπλε, μπλε-ιώδες ή ροζ-ιώδες χρώμα. Το χρώμα σε αυτή την αντίδραση αναπτύσσεται λόγω της α-αμινο ομάδας.

Τα α-αμινοξέα αντιδρούν πολύ εύκολα με τη νινυδρίνη. Μαζί με αυτά, το μπλε-ιώδες Ruehmann σχηματίζεται επίσης από πρωτεΐνες, πεπτίδια, πρωτοταγείς αμίνες, αμμωνία και μερικές άλλες ενώσεις. Οι δευτεροταγείς αμίνες, όπως η προλίνη και η υδροξυπρολίνη, δίνουν ένα κίτρινο χρώμα.

Η αντίδραση νινυδρίνης χρησιμοποιείται ευρέως για την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό των αμινοξέων.

Αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης.Αυτή η αντίδραση υποδεικνύει την παρουσία αρωματικών υπολειμμάτων αμινοξέων σε πρωτεΐνες - τυροσίνη, φαινυλαλανίνη, τρυπτοφάνη. Βασίζεται στη νίτρωση του βενζολικού δακτυλίου των ριζών αυτών των αμινοξέων με το σχηματισμό νιτροενώσεων, χρωματισμένων κίτρινων (ελληνικά «Ξανθός» - κίτρινο). Χρησιμοποιώντας τυροσίνη ως παράδειγμα, αυτή η αντίδραση μπορεί να περιγραφεί με τη μορφή των ακόλουθων εξισώσεων.

Σε ένα αλκαλικό περιβάλλον, τα νιτροπαράγωγα αμινοξέων σχηματίζουν άλατα της κινοειδούς δομής, χρωματισμένα πορτοκαλί. Η αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης παράγεται από το βενζόλιο και τα ομόλογά του, τη φαινόλη και άλλες αρωματικές ενώσεις.

Αντιδράσεις σε αμινοξέα που περιέχουν μια ομάδα θειόλης σε ανηγμένη ή οξειδωμένη κατάσταση (κυστεΐνη, κυστίνη).

Φολ αντίδραση. Όταν βράζεται με αλκάλια, το θείο διαχωρίζεται εύκολα από την κυστεΐνη με τη μορφή υδρόθειου, το οποίο σε αλκαλικό περιβάλλον σχηματίζει θειούχο νάτριο:

Από αυτή την άποψη, οι αντιδράσεις για τον προσδιορισμό των αμινοξέων που περιέχουν θειόλη σε διάλυμα χωρίζονται σε δύο στάδια:

Μετάβαση του θείου από οργανική σε ανόργανη κατάσταση

Ανίχνευση θείου σε διάλυμα

Για την ανίχνευση του θειούχου νατρίου, χρησιμοποιείται οξικός μόλυβδος, ο οποίος, όταν αλληλεπιδρά με το υδροξείδιο του νατρίου, μετατρέπεται στον αγωγό του:

Pb(CH 3 ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ) 2 + 2 NaOH Pb(ONa) 2 +2CH 3 COOH

Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ιόντων θείου και μολύβδου, σχηματίζεται μαύρο ή καφέ θειούχο μόλυβδο:

Να 2 μικρό + Pb(Πάνω σε) 2 + 2 H 2 Ο PbS (μαύρο υπόλειμμα) + 4NaOH

Για τον προσδιορισμό των αμινοξέων που περιέχουν θείο, ίσος όγκος υδροξειδίου του νατρίου και μερικές σταγόνες διαλύματος οξικού μολύβδου προστίθενται στο διάλυμα δοκιμής. Όταν βράσει εντατικά για 3-5 λεπτά, το υγρό μαυρίζει.

Η παρουσία κυστίνης μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας αυτή την αντίδραση, καθώς η κυστίνη ανάγεται εύκολα σε κυστεΐνη.

Αντίδραση Millon:

Αυτή είναι μια αντίδραση στο αμινοξύ τυροσίνη.

Τα ελεύθερα φαινολικά υδροξύλια των μορίων τυροσίνης, όταν αλληλεπιδρούν με άλατα, δίνουν ενώσεις του άλατος υδραργύρου του νιτροπαραγώγου της τυροσίνης, χρωματισμένα ροζ-κόκκινα:

Αντίδραση Pauli στην ιστιδίνη και την τυροσίνη . Η αντίδραση Pauli επιτρέπει σε κάποιον να ανιχνεύσει τα αμινοξέα ιστιδίνη και τυροσίνη στην πρωτεΐνη, τα οποία σχηματίζουν σύμπλοκες ενώσεις κόκκινου κερασιού με διαζοβενζολοσουλφονικό οξύ. Το διαζοβενζολοσουλφονικό οξύ σχηματίζεται στην αντίδραση διαζωτίωσης όταν το σουλφανιλικό οξύ αντιδρά με το νιτρώδες νάτριο σε όξινο περιβάλλον:

Ένας ίσος όγκος ενός διαλύματος όξινου σουλφανιλικού οξέος (που παρασκευάστηκε με χρήση υδροχλωρικού οξέος) και ένας διπλός όγκος ενός διαλύματος νιτρώδους νατρίου προστίθενται στο διάλυμα δοκιμής, αναμειγνύονται καλά και αμέσως προστίθεται σόδα (ανθρακικό νάτριο). Μετά την ανάδευση, το μείγμα γίνεται κόκκινο-ερυθρό παρουσία ιστιδίνης ή τυροσίνης στο διάλυμα δοκιμής.

Αντίδραση Adamkiewicz-Hopkins-Kohl (Schultz-Raspail) στην τρυπτοφάνη (αντίδραση στην ομάδα ινδόλης). Η τρυπτοφάνη αντιδρά σε όξινο περιβάλλον με αλδεΰδες, σχηματίζοντας έγχρωμα προϊόντα συμπύκνωσης. Η αντίδραση συμβαίνει λόγω της αλληλεπίδρασης του δακτυλίου ινδόλης της τρυπτοφάνης με την αλδεΰδη. Είναι γνωστό ότι η φορμαλδεΰδη σχηματίζεται από γλυοξυλικό οξύ παρουσία θειικού οξέος:

R
διαλύματα που περιέχουν τρυπτοφάνη παρουσία γλυοξυλικού και θειικού οξέος δίνουν ένα κόκκινο-ιώδες χρώμα.

Το γλυοξυλικό οξύ υπάρχει πάντα σε μικρές ποσότητες στο παγόμορφο οξικό οξύ. Επομένως, η αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας οξικό οξύ. Στην περίπτωση αυτή, προστίθεται ίσος όγκος παγόμορφου (συμπυκνωμένου) οξικού οξέος στο υπό μελέτη διάλυμα και θερμαίνεται προσεκτικά μέχρι να διαλυθεί το ίζημα Μετά την ψύξη, προστίθεται προσεκτικά όγκος πυκνού θειικού οξέος ίσος με τον προστιθέμενο όγκο γλυοξυλικού οξέος. το μείγμα κατά μήκος του τοίχου (για αποφυγή ανάμειξης υγρών). Μετά από 5-10 λεπτά, παρατηρείται ο σχηματισμός ενός κόκκινου-ιώδους δακτυλίου στη διεπιφάνεια μεταξύ των δύο στρωμάτων. Αν ανακατέψετε τις στρώσεις, το περιεχόμενο του πιάτου θα γίνει ομοιόμορφα μωβ.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ

συμπύκνωση τρυπτοφάνης με φορμαλδεΰδη:

Το προϊόν συμπύκνωσης οξειδώνεται σε δις-2-τρυπτοφανυλοκαρβινόλη, η οποία παρουσία ανόργανων οξέων σχηματίζει άλατα με μπλε-ιώδες χρώμα:

7) Ταξινόμηση πρωτεϊνών. Μέθοδοι για τη μελέτη της σύνθεσης αμινοξέων.

Δεν υπάρχει ακόμη αυστηρή ονοματολογία και ταξινόμηση πρωτεϊνών. Τα ονόματα των πρωτεϊνών δίνονται με βάση τυχαία χαρακτηριστικά, τις περισσότερες φορές λαμβάνοντας υπόψη την πηγή απομόνωσης πρωτεΐνης ή λαμβάνοντας υπόψη τη διαλυτότητά της σε ορισμένους διαλύτες, το σχήμα του μορίου κ.λπ.

Οι πρωτεΐνες ταξινομούνται ανάλογα με τη σύνθεση, το σχήμα των σωματιδίων, τη διαλυτότητα, τη σύνθεση αμινοξέων, την προέλευση κ.λπ.

1. Κατά σύνθεσηΟι πρωτεΐνες χωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες: απλές και σύνθετες πρωτεΐνες.

Οι απλές πρωτεΐνες περιλαμβάνουν πρωτεΐνες που αποδίδουν μόνο αμινοξέα κατά την υδρόλυση (πρωτεϊνοειδή, πρωταμίνες, ιστόνες, προλαμίνες, γλουτίνες, σφαιρίνες, λευκωματίνες). Παραδείγματα απλών πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ινώδες μεταξιού, αλβουμίνη ορού αυγού, πεψίνη κ.λπ.

Τα σύμπλοκα (πρωτεΐνες) περιλαμβάνουν πρωτεΐνες που αποτελούνται από μια απλή πρωτεΐνη και μια πρόσθετη (προσθετική) ομάδα μη πρωτεϊνικής φύσης. Η ομάδα των σύνθετων πρωτεϊνών χωρίζεται σε διάφορες υποομάδες ανάλογα με τη φύση του μη πρωτεϊνικού συστατικού:

Μεταλλοπρωτεΐνες που περιέχουν μέταλλα (Fe, Cu, Mg, κ.λπ.) που σχετίζονται άμεσα με την πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Φωσφοπρωτεΐνες - περιέχουν υπολείμματα φωσφορικού οξέος, τα οποία συνδέονται με το μόριο πρωτεΐνης με εστερικούς δεσμούς στη θέση των υδροξυλομάδων της σερίνης και της θρεονίνης.

Γλυκοπρωτεΐνες - οι προσθετικές τους ομάδες είναι υδατάνθρακες.

Χρωμοπρωτεΐνες - αποτελούνται από μια απλή πρωτεΐνη και μια έγχρωμη μη πρωτεϊνική ένωση που σχετίζεται με αυτήν, όλες οι χρωμοπρωτεΐνες είναι βιολογικά πολύ δραστικές. Μπορεί να περιέχουν παράγωγα πορφυρίνης, ισοαλοξαζίνης και καροτίνης ως προσθετικές ομάδες.

Λιποπρωτεΐνες - λιπίδια προσθετικής ομάδας - τριγλυκερίδια (λίπη) και φωσφατίδια.

Οι νουκλεοπρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες που αποτελούνται από μια απλή πρωτεΐνη και ένα νουκλεϊκό οξύ που συνδέεται με αυτήν. Αυτές οι πρωτεΐνες παίζουν τεράστιο ρόλο στη ζωή του σώματος και θα συζητηθούν παρακάτω. Αποτελούν μέρος οποιουδήποτε κυττάρου ορισμένες νουκλεοπρωτεΐνες υπάρχουν στη φύση με τη μορφή ειδικών σωματιδίων που έχουν παθογόνο δράση (ιοί).

2. Με το σχήμα των σωματιδίων- οι πρωτεΐνες διακρίνονται σε ινιδώδεις (νηματοειδείς) και σφαιρικές (σφαιρικές) (βλ. σελίδα 30).

3. Σύμφωνα με τη διαλυτότητα και τα χαρακτηριστικά της σύνθεσης αμινοξέωνΔιακρίνονται οι ακόλουθες ομάδες απλών πρωτεϊνών:

Τα πρωτεϊνοειδή είναι πρωτεΐνες των υποστηρικτικών ιστών (οστά, χόνδροι, σύνδεσμοι, τένοντες, μαλλιά, νύχια, δέρμα κ.λπ.). Πρόκειται κυρίως για ινώδεις πρωτεΐνες με υψηλό μοριακό βάρος (> 150.000 Da), αδιάλυτες σε κοινούς διαλύτες: νερό, αλάτι και μείγματα νερού-αλκοόλης. Διαλύονται μόνο σε συγκεκριμένους διαλύτες.

Οι πρωταμίνες (οι απλούστερες πρωτεΐνες) είναι πρωτεΐνες που είναι διαλυτές στο νερό και περιέχουν 80-90% αργινίνη και ένα περιορισμένο σύνολο (6-8) άλλων αμινοξέων, που υπάρχουν στο γάλα διαφόρων ψαριών. Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε αργινίνη, έχουν βασικές ιδιότητες το μοριακό τους βάρος είναι σχετικά μικρό και είναι περίπου 4000-12000 Da. Αποτελούν πρωτεϊνικό συστατικό των νουκλεοπρωτεϊνών.

Οι ιστόνες είναι πολύ διαλυτές στο νερό και τα διαλύματα αραιού οξέος (0,1Ν), διακρίνονται από υψηλή περιεκτικότητα σε αμινοξέα: αργινίνη, λυσίνη και ιστιδίνη (τουλάχιστον 30%) και επομένως έχουν βασικές ιδιότητες. Αυτές οι πρωτεΐνες βρίσκονται σε σημαντικές ποσότητες στους πυρήνες των κυττάρων ως μέρος των νουκλεοπρωτεϊνών και παίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολισμού των νουκλεϊκών οξέων. Το μοριακό βάρος των ιστονών είναι μικρό και ίσο με 11000-24000 Da.

Οι σφαιρίνες είναι πρωτεΐνες που είναι αδιάλυτες σε νερό και αλατούχα διαλύματα με συγκέντρωση άλατος μεγαλύτερη από 7%. Οι σφαιρίνες καταβυθίζονται πλήρως σε 50% κορεσμό του διαλύματος με θειικό αμμώνιο. Αυτές οι πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από υψηλή περιεκτικότητα σε γλυκίνη (3,5%) και το μοριακό τους βάρος είναι >100.000 Da. Σλοβουλίνες - ελαφρώς όξινες ή ουδέτερες πρωτεΐνες (p1=6-7,3).

Οι λευκωματίνες είναι πρωτεΐνες που είναι εξαιρετικά διαλυτές στο νερό και σε ισχυρά αλατούχα διαλύματα και η συγκέντρωση άλατος (NH 4) 2 S0 4 δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% του κορεσμού. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, οι λευκωματίνες αλατίζονται. Σε σύγκριση με τις σφαιρίνες, αυτές οι πρωτεΐνες περιέχουν τρεις φορές λιγότερη γλυκίνη και έχουν μοριακό βάρος 40.000-70.000 Da. Οι λευκωματίνες έχουν υπερβολικό αρνητικό φορτίο και όξινες ιδιότητες (pl = 4,7) λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε γλουταμικό οξύ.

Οι προλαμίνες είναι μια ομάδα φυτικών πρωτεϊνών που περιέχονται στη γλουτένη των φυτών δημητριακών. Είναι διαλυτά μόνο σε 60-80% υδατικό διάλυμα αιθυλικής αλκοόλης. Οι προλαμίνες έχουν χαρακτηριστική σύσταση αμινοξέων: περιέχουν πολύ (20-50%) γλουταμινικό οξύ και προλίνη (10-15%), γι' αυτό και πήραν το όνομά τους. Το μοριακό τους βάρος είναι περισσότερο από 100.000 Da.

Οι γλουτίνες είναι φυτικές πρωτεΐνες αδιάλυτες στο νερό, τα διαλύματα αλάτων και την αιθανόλη, αλλά διαλυτές σε αραιά (0,1Ν) διαλύματα αλκαλίων και οξέων. Είναι παρόμοια σε σύνθεση αμινοξέων και μοριακό βάρος με τις προλαμίνες, αλλά περιέχουν περισσότερη αργινίνη και λιγότερη προλίνη.

Μέθοδοι για τη μελέτη της σύνθεσης αμινοξέων

Κάτω από τη δράση των ενζύμων στους πεπτικούς χυμούς, οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα. Βγήκαν δύο σημαντικά συμπεράσματα: 1) οι πρωτεΐνες περιέχουν αμινοξέα. 2) Οι μέθοδοι υδρόλυσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της χημικής, ιδιαίτερα αμινοξέος, σύνθεσης των πρωτεϊνών.

Για τη μελέτη της σύστασης αμινοξέων των πρωτεϊνών, χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός όξινου (HCl), αλκαλικού [Ba(OH) 2 ] και, λιγότερο συχνά, ενζυματικής υδρόλυσης ή ενός από αυτά. Έχει διαπιστωθεί ότι κατά την υδρόλυση καθαρής πρωτεΐνης που δεν περιέχει ακαθαρσίες, απελευθερώνονται 20 διαφορετικά α-αμινοξέα. Όλα τα άλλα αμινοξέα που ανακαλύφθηκαν σε ιστούς ζώων, φυτών και μικροοργανισμών (περισσότεροι από 300) υπάρχουν στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση ή με τη μορφή βραχέων πεπτιδίων ή συμπλεγμάτων με άλλες οργανικές ουσίες.

Το πρώτο στάδιο στον προσδιορισμό της πρωτογενούς δομής των πρωτεϊνών είναι μια ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση της σύστασης αμινοξέων μιας δεδομένης μεμονωμένης πρωτεΐνης. Πρέπει να θυμόμαστε ότι για την έρευνα πρέπει να έχετε μια ορισμένη ποσότητα καθαρής πρωτεΐνης, χωρίς προσμίξεις άλλων πρωτεϊνών ή πεπτιδίων.

Οξική υδρόλυση πρωτεΐνης

Για να προσδιοριστεί η σύνθεση αμινοξέων, είναι απαραίτητο να καταστραφούν όλοι οι πεπτιδικοί δεσμοί στην πρωτεΐνη. Η αναλυόμενη πρωτεΐνη υδρολύεται σε 6 mol/l HC1 σε θερμοκρασία περίπου 110 °C για 24 ώρες Ως αποτέλεσμα αυτής της επεξεργασίας, οι πεπτιδικοί δεσμοί στην πρωτεΐνη καταστρέφονται και μόνο ελεύθερα αμινοξέα υπάρχουν στο προϊόν υδρόλυσης. Επιπλέον, η γλουταμίνη και η ασπαραγίνη υδρολύονται σε γλουταμικό και ασπαρτικό οξύ (δηλαδή, ο αμιδικός δεσμός στη ρίζα σπάει και η αμινομάδα διαχωρίζεται από αυτά).

Διαχωρισμός αμινοξέων με ιοντοανταλλακτική χρωματογραφία

Το μίγμα αμινοξέων που λαμβάνεται με όξινη υδρόλυση πρωτεϊνών διαχωρίζεται σε στήλη με ρητίνη ανταλλαγής κατιόντων. Μια τέτοια συνθετική ρητίνη περιέχει αρνητικά φορτισμένες ομάδες στενά συνδεδεμένες με αυτήν (για παράδειγμα, υπολείμματα σουλφονικού οξέος -SO 3 -), στις οποίες συνδέονται ιόντα Na + (Εικ. 1-4).

Ένα μείγμα αμινοξέων προστίθεται στον κατιονανταλλάκτη σε όξινο περιβάλλον (pH 3,0), όπου τα αμινοξέα είναι κυρίως κατιόντα, δηλ. φέρουν θετικό φορτίο. Τα θετικά φορτισμένα αμινοξέα προσκολλώνται σε αρνητικά φορτισμένα σωματίδια ρητίνης. Όσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο του αμινοξέος, τόσο ισχυρότερος είναι ο δεσμός του με τη ρητίνη. Έτσι, τα αμινοξέα λυσίνη, αργινίνη και ιστιδίνη συνδέονται πιο ισχυρά με τον εναλλάκτη κατιόντων και τα ασπαρτικά και γλουταμινικά οξέα συνδέονται πιο ασθενώς.

Η απελευθέρωση αμινοξέων από τη στήλη πραγματοποιείται με έκπλυση (έκλουση) τους με ένα ρυθμιστικό διάλυμα αυξανόμενης ιοντικής ισχύος (δηλαδή, αύξησης της συγκέντρωσης NaCl) και του pH. Καθώς αυξάνεται το pH, τα αμινοξέα χάνουν ένα πρωτόνιο, με αποτέλεσμα να μειώνεται το θετικό τους φορτίο και, κατά συνέπεια, η ισχύς του δεσμού με τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια ρητίνης.

Κάθε αμινοξύ φεύγει από τη στήλη σε συγκεκριμένο pH και ιοντική ισχύ. Συλλέγοντας το διάλυμα (έκλουσμα) σε μικρές μερίδες από το κάτω άκρο της στήλης, μπορούν να ληφθούν κλάσματα που περιέχουν μεμονωμένα αμινοξέα.

(για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την «υδρόλυση» βλέπε ερώτηση αρ. 10)

8) Χημικοί δεσμοί στη δομή της πρωτεΐνης.

9) Η έννοια της ιεραρχίας και της δομικής οργάνωσης των πρωτεϊνών. (βλ. ερώτηση αρ. 12)

10) Υδρόλυση πρωτεϊνών. Χημεία αντιδράσεων (βήματα, καταλύτες, αντιδραστήρια, συνθήκες αντίδρασης) - μια πλήρης περιγραφή της υδρόλυσης.

11) Χημικοί μετασχηματισμοί πρωτεϊνών.

Μετουσίωσης και μετουσίωσης

Όταν τα διαλύματα πρωτεΐνης θερμαίνονται στο 60-80% ή όταν εκτίθενται σε αντιδραστήρια που καταστρέφουν τους μη ομοιοπολικούς δεσμούς στις πρωτεΐνες, η τριτοταγής (τεταρτοταγής) και δευτερογενής δομή του μορίου πρωτεΐνης καταστρέφεται, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό μορφή ενός τυχαίου τυχαίου πηνίου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετουσίωση. Τα μετουσιωτικά αντιδραστήρια μπορεί να είναι οξέα, αλκάλια, αλκοόλες, φαινόλες, ουρία, χλωριούχο γουανιδίνη, κ.λπ. Η ουσία της δράσης τους είναι ότι σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με ομάδες =NH και =CO της πεπτιδικής ραχοκοκαλιάς και με τις όξινες ομάδες των ριζών αμινοξέων. , αντικαθιστώντας τους δικούς τους ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου σε μια πρωτεΐνη με αποτέλεσμα να αλλάζουν οι δευτεροταγείς και τριτοταγείς δομές. Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, η διαλυτότητα της πρωτεΐνης μειώνεται, «πήζει» (για παράδειγμα, όταν βράζει ένα αυγό κοτόπουλου) και η βιολογική δραστηριότητα της πρωτεΐνης χάνεται. Αυτή είναι η βάση, για παράδειγμα, για τη χρήση ενός υδατικού διαλύματος καρβολικού οξέος (φαινόλη) ως αντισηπτικό. Υπό ορισμένες συνθήκες, όταν ένα διάλυμα μετουσιωμένης πρωτεΐνης ψύχεται αργά, λαμβάνει χώρα επαναδιάταξη - αποκατάσταση της αρχικής (φυσικής) διαμόρφωσης. Αυτό επιβεβαιώνει το γεγονός ότι η φύση της αναδίπλωσης της πεπτιδικής αλυσίδας καθορίζεται από την πρωτογενή δομή.

Η διαδικασία μετουσίωσης ενός μεμονωμένου μορίου πρωτεΐνης, που οδηγεί στην αποσύνθεση της «άκαμπτης» τρισδιάστατης δομής του, μερικές φορές ονομάζεται τήξη του μορίου. Σχεδόν οποιαδήποτε αισθητή αλλαγή στις εξωτερικές συνθήκες, για παράδειγμα, θέρμανση ή σημαντική αλλαγή στο pH οδηγεί σε διαδοχική διαταραχή των τεταρτοταγών, τριτοταγών και δευτερογενών δομών της πρωτεΐνης. Η μετουσίωση προκαλείται συνήθως από αύξηση της θερμοκρασίας, τη δράση ισχυρών οξέων και αλκαλίων, αλάτων βαρέων μετάλλων, ορισμένων διαλυτών (οινόπνευμα), ακτινοβολίας κ.λπ.

Η μετουσίωση οδηγεί συχνά στη διαδικασία συσσωμάτωσης των πρωτεϊνικών σωματιδίων σε μεγαλύτερα σε ένα κολλοειδές διάλυμα μορίων πρωτεΐνης. Οπτικά, αυτό μοιάζει, για παράδειγμα, με το σχηματισμό «πρωτεΐνης» κατά το τηγάνισμα των αυγών.

Η μετουσίωση είναι η αντίστροφη διαδικασία της μετουσίωσης, κατά την οποία οι πρωτεΐνες επιστρέφουν στη φυσική τους δομή. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν είναι όλες οι πρωτεΐνες ικανές να επαναδημιουργηθούν. Για τις περισσότερες πρωτεΐνες, η μετουσίωση είναι μη αναστρέψιμη. Εάν, κατά τη μετουσίωση της πρωτεΐνης, οι φυσικοχημικές αλλαγές σχετίζονται με τη μετάβαση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας από μια σφιχτά συσκευασμένη (τακτοποιημένη) κατάσταση σε μια διαταραγμένη, τότε κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης εκδηλώνεται η ικανότητα των πρωτεϊνών να αυτοοργανώνονται, η διαδρομή της οποίας είναι προκαθορισμένη από την αλληλουχία αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα, δηλαδή την πρωτογενή δομή της, που προσδιορίζεται από κληρονομικές πληροφορίες. Στα ζωντανά κύτταρα, αυτή η πληροφορία είναι πιθανώς κρίσιμη για τον μετασχηματισμό μιας διαταραγμένης πολυπεπτιδικής αλυσίδας κατά τη διάρκεια ή μετά τη βιοσύνθεσή της στο ριβόσωμα στη δομή του μορίου της φυσικής πρωτεΐνης. Όταν τα δίκλωνα μόρια DNA θερμαίνονται σε θερμοκρασία περίπου 100°C, οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των βάσεων σπάνε και οι συμπληρωματικοί κλώνοι διαχωρίζονται - το DNA μετουσιώνεται. Ωστόσο, με αργή ψύξη, οι συμπληρωματικές αλυσίδες μπορούν να ενωθούν ξανά σε μια κανονική διπλή έλικα. Αυτή η ικανότητα του DNA να μετουσιώνεται χρησιμοποιείται για την παραγωγή τεχνητών υβριδικών μορίων DNA.

Τα φυσικά σώματα πρωτεΐνης είναι προικισμένα με μια συγκεκριμένη, αυστηρά καθορισμένη χωρική διαμόρφωση και έχουν μια σειρά από χαρακτηριστικές φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες σε φυσιολογικές θερμοκρασίες και τιμές pH. Υπό την επίδραση διαφόρων φυσικών και χημικών παραγόντων, οι πρωτεΐνες υφίστανται πήξη και καθιζάνουν, χάνοντας τις φυσικές τους ιδιότητες. Έτσι, η μετουσίωση θα πρέπει να νοείται ως παραβίαση του γενικού σχεδίου της μοναδικής δομής του μορίου της φυσικής πρωτεΐνης, κυρίως της τριτοταγούς δομής του, που οδηγεί στην απώλεια των χαρακτηριστικών του ιδιοτήτων (διαλυτότητα, ηλεκτροφορητική κινητικότητα, βιολογική δραστηριότητα κ.λπ.). Οι περισσότερες πρωτεΐνες μετουσιώνονται όταν τα διαλύματά τους θερμαίνονται πάνω από 50–60°C.

Οι εξωτερικές εκδηλώσεις μετουσίωσης μειώνονται σε απώλεια διαλυτότητας, ειδικά στο ισοηλεκτρικό σημείο, αύξηση του ιξώδους των πρωτεϊνικών διαλυμάτων, αύξηση του αριθμού των ελεύθερων λειτουργικών ομάδων SH και αλλαγή στη φύση της σκέδασης ακτίνων Χ. Το πιο χαρακτηριστικό σημάδι μετουσίωσης είναι μια απότομη μείωση ή πλήρης απώλεια της βιολογικής δραστηριότητας μιας πρωτεΐνης (καταλυτική, αντιγονική ή ορμονική). Η μετουσίωση της πρωτεΐνης που προκαλείται από ουρία 8Μ ή άλλο παράγοντα καταστρέφει κυρίως μη ομοιοπολικούς δεσμούς (ιδιαίτερα υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και δεσμούς υδρογόνου). Οι δισουλφιδικοί δεσμοί σπάνε παρουσία του αναγωγικού παράγοντα μερκαπτοαιθανόλης, ενώ οι πεπτιδικοί δεσμοί της ίδιας της πολυπεπτιδικής αλυσίδας δεν επηρεάζονται. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, σφαιρίδια μορίων φυσικής πρωτεΐνης ξεδιπλώνονται και σχηματίζονται τυχαίες και διαταραγμένες δομές (Εικ.)

Μετουσίωσης μορίου πρωτεΐνης (σχήμα).

α - αρχική κατάσταση. β - έναρξη αναστρέψιμης διαταραχής της μοριακής δομής. γ - μη αναστρέψιμο ξεδίπλωμα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Μετουσίωση και μετουσίωση της ριβονουκλεάσης (σύμφωνα με τον Anfinsen).

α - ανάπτυξη (ουρία + μερκαπτοαιθανόλη). β - αναδίπλωση.

1. Υδρόλυση πρωτεϊνών: Η+

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

│ │ ‌‌│ │

Αμινοξύ 1 αμινοξύ 2

2. Κατακρήμνιση πρωτεϊνών:

α) αναστρέψιμη

Πρωτεΐνη σε διάλυμα ↔ ίζημα πρωτεΐνης. Εμφανίζεται υπό την επίδραση διαλυμάτων αλάτων Na+, K+

β) μη αναστρέψιμη (μετουσίωσης)

Κατά τη μετουσίωση υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων (θερμοκρασία, μηχανική δράση - πίεση, τρίψιμο, ανακίνηση, υπερηχογράφημα, δράση χημικών παραγόντων - οξέων, αλκαλίων κ.λπ.), εμφανίζεται μια αλλαγή στις δευτεροταγείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς δομές της πρωτεΐνης. μακρομόριο, δηλαδή τη φυσική του χωρική δομή. Η πρωτογενής δομή και, κατά συνέπεια, η χημική σύνθεση της πρωτεΐνης δεν αλλάζει.

Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, οι φυσικές ιδιότητες των πρωτεϊνών αλλάζουν: η διαλυτότητα μειώνεται και η βιολογική δραστηριότητα χάνεται. Ταυτόχρονα, η δραστηριότητα ορισμένων χημικών ομάδων αυξάνεται, η επίδραση των πρωτεολυτικών ενζύμων στις πρωτεΐνες διευκολύνεται και, ως εκ τούτου, είναι ευκολότερη η υδρόλυση.

Για παράδειγμα, η αλβουμίνη - ασπράδι αυγού - σε θερμοκρασία 60-70° κατακρημνίζεται από το διάλυμα (πήζει), χάνοντας την ικανότητά της να διαλύεται στο νερό.

Σχέδιο της διαδικασίας μετουσίωσης πρωτεΐνης (καταστροφή των τριτοταγών και δευτερογενών δομών των μορίων πρωτεΐνης)

3. Καύση πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες καίγονται για να παράγουν άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, νερό και κάποιες άλλες ουσίες. Η καύση συνοδεύεται από τη χαρακτηριστική μυρωδιά των καμένων φτερών

4. Έγχρωμες (ποιοτικές) αντιδράσεις σε πρωτεΐνες:

α) αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης (σε υπολείμματα αμινοξέων που περιέχουν δακτυλίους βενζολίου):

Πρωτεΐνη + ΗΝΟ3 (συμπ.) → κίτρινο χρώμα

β) αντίδραση διουρίας (σε πεπτιδικούς δεσμούς):

Πρωτεΐνη + CuSO4 (κορ.) + NaOH (συμπ.) → έντονο μωβ χρώμα

γ) αντίδραση κυστεΐνης (σε υπολείμματα αμινοξέων που περιέχουν θείο):

Πρωτεΐνη + NaOH + Pb(CH3COO)2 → Μαύρο χρώμα

Οι πρωτεΐνες είναι η βάση όλης της ζωής στη Γη και εκτελούν διάφορες λειτουργίες στους οργανισμούς.

Αλάτισμα πρωτεϊνών

Το αλάτισμα είναι η διαδικασία απομόνωσης πρωτεϊνών από υδατικά διαλύματα με ουδέτερα διαλύματα συμπυκνωμένων αλάτων αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών. Όταν προστίθενται μεγάλες συγκεντρώσεις αλάτων σε ένα διάλυμα πρωτεΐνης, τα σωματίδια πρωτεΐνης αφυδατώνονται και το φορτίο απομακρύνεται και οι πρωτεΐνες καθιζάνουν. Ο βαθμός καθίζησης πρωτεΐνης εξαρτάται από την ιοντική ισχύ του διαλύματος καταβυθίσεως, το μέγεθος των σωματιδίων του μορίου της πρωτεΐνης, το μέγεθος του φορτίου του και την υδροφιλία του. Διαφορετικές πρωτεΐνες καθιζάνουν σε διαφορετικές συγκεντρώσεις άλατος. Επομένως, σε ιζήματα που λαμβάνονται με σταδιακή αύξηση της συγκέντρωσης του άλατος, μεμονωμένες πρωτεΐνες βρίσκονται σε διαφορετικά κλάσματα. Το αλάτισμα των πρωτεϊνών είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία και μετά την αφαίρεση του αλατιού, η πρωτεΐνη ανακτά τις φυσικές της ιδιότητες. Ως εκ τούτου, το αλάτισμα χρησιμοποιείται στην κλινική πράξη για τον διαχωρισμό των πρωτεϊνών του ορού του αίματος, καθώς και για την απομόνωση και τον καθαρισμό διαφόρων πρωτεϊνών.

Τα προστιθέμενα ανιόντα και κατιόντα καταστρέφουν το ενυδατωμένο πρωτεϊνικό κέλυφος των πρωτεϊνών, το οποίο είναι ένας από τους παράγοντες σταθερότητας των πρωτεϊνικών διαλυμάτων. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα διαλύματα είναι το Na και το θειικό αμμώνιο. Πολλές πρωτεΐνες διαφέρουν ως προς το μέγεθος του κελύφους ενυδάτωσης και την ποσότητα φορτίου που έχουν. Κάθε πρωτεΐνη έχει τη δική της ζώνη αλατίσματος. Μετά την απομάκρυνση του παράγοντα αλατοποίησης, η πρωτεΐνη διατηρεί τη βιολογική της δραστηριότητα και τις φυσικοχημικές της ιδιότητες. Στην κλινική πρακτική, η μέθοδος αλατοποίησης χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό σφαιρινών (ένα ίζημα σχηματίζεται όταν προστίθεται διάλυμα θειικού αμμωνίου 50% (NH4)2SO4) και των αλβουμινών (ένα ίζημα σχηματίζεται όταν ένα 100% διάλυμα θειικού αμμωνίου (NH4) Προστίθεται 2SO4).

Η ποσότητα αλατίσματος επηρεάζεται από:

1) φύση και συγκέντρωση αλατιού.

2) pH περιβάλλον?

3) θερμοκρασία.

Τον κύριο ρόλο παίζει το σθένος των ιόντων.

12) Χαρακτηριστικά της οργάνωσης της πρωτογενούς, δευτερογενούς, τριτογενούς δομής της πρωτεΐνης.

Επί του παρόντος, η ύπαρξη τεσσάρων επιπέδων δομικής οργάνωσης ενός μορίου πρωτεΐνης έχει αποδειχθεί πειραματικά: πρωτοταγής, δευτερογενής, τριτοταγής και τεταρτοταγής δομή.

§ 9. ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

Οι πρωτεΐνες είναι πολύ μεγάλα μόρια σε μέγεθος και μπορούν να είναι δεύτερα μετά από μεμονωμένους εκπροσώπους νουκλεϊκών οξέων και πολυσακχαριτών. Ο Πίνακας 4 δείχνει τα μοριακά χαρακτηριστικά ορισμένων πρωτεϊνών.

Πίνακας 4

Μοριακά χαρακτηριστικά ορισμένων πρωτεϊνών

	Σχετικό μοριακό βάρος	Αριθμός κυκλωμάτων	Αριθμός υπολειμμάτων αμινοξέων
Ριβονουκλεάση
Μυοσφαιρίνη
Χυμοθρυψίνη
Αιμοσφαιρίνη
Γλουταμινική αφυδρογονάση

Τα μόρια πρωτεΐνης μπορούν να περιέχουν πολύ διαφορετικό αριθμό υπολειμμάτων αμινοξέων - από 50 έως αρκετές χιλιάδες. Τα σχετικά μοριακά βάρη των πρωτεϊνών ποικίλλουν επίσης πολύ - από αρκετές χιλιάδες (ινσουλίνη, ριβονουκλεάση) έως ένα εκατομμύριο (γλουταμινική αφυδρογονάση) ή περισσότερο. Ο αριθμός των πολυπεπτιδικών αλυσίδων στις πρωτεΐνες μπορεί να κυμαίνεται από μία έως αρκετές δεκάδες και ακόμη και χιλιάδες. Έτσι, η πρωτεΐνη του ιού του μωσαϊκού του καπνού περιλαμβάνει 2120 πρωτομερή.

Γνωρίζοντας το σχετικό μοριακό βάρος μιας πρωτεΐνης, μπορείτε να υπολογίσετε περίπου πόσα υπολείμματα αμινοξέων περιλαμβάνονται στη σύνθεσή της. Το μέσο σχετικό μοριακό βάρος των αμινοξέων που σχηματίζουν μια πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι 128. Όταν σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός, ένα μόριο νερού εξαλείφεται, επομένως, το μέσο σχετικό βάρος ενός υπολείμματος αμινοξέος θα είναι 128 - 18 = 110. Χρησιμοποιώντας αυτά δεδομένα, μπορεί να υπολογιστεί ότι μια πρωτεΐνη με σχετικό μοριακό βάρος 100.000 θα αποτελείται από περίπου 909 υπολείμματα αμινοξέων.

Ηλεκτρικές ιδιότητες μορίων πρωτεΐνης

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των πρωτεϊνών καθορίζονται από την παρουσία θετικά και αρνητικά φορτισμένων υπολειμμάτων αμινοξέων στην επιφάνειά τους. Η παρουσία φορτισμένων πρωτεϊνικών ομάδων καθορίζει το συνολικό φορτίο του μορίου πρωτεΐνης. Εάν τα αρνητικά φορτισμένα αμινοξέα κυριαρχούν στις πρωτεΐνες, τότε το μόριό του σε ένα ουδέτερο διάλυμα θα έχει αρνητικό φορτίο εάν κυριαρχούν θετικά φορτισμένα, το μόριο θα έχει θετικό φορτίο. Το συνολικό φορτίο ενός μορίου πρωτεΐνης εξαρτάται επίσης από την οξύτητα (pH) του μέσου. Με αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου (αύξηση της οξύτητας), η διάσταση των καρβοξυλομάδων καταστέλλεται:

και ταυτόχρονα ο αριθμός των πρωτονιωμένων αμινομάδων αυξάνεται.

Έτσι, καθώς αυξάνεται η οξύτητα του μέσου, ο αριθμός των αρνητικά φορτισμένων ομάδων στην επιφάνεια του μορίου πρωτεΐνης μειώνεται και ο αριθμός των θετικά φορτισμένων ομάδων αυξάνεται. Μια τελείως διαφορετική εικόνα παρατηρείται με μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου και αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδροξειδίου. Ο αριθμός των διασπασμένων καρβοξυλομάδων αυξάνεται

και ο αριθμός των πρωτονιωμένων αμινομάδων μειώνεται

Έτσι, αλλάζοντας την οξύτητα του μέσου, μπορείτε να αλλάξετε το φορτίο του μορίου πρωτεΐνης. Με την αύξηση της οξύτητας του περιβάλλοντος σε ένα μόριο πρωτεΐνης, ο αριθμός των αρνητικά φορτισμένων ομάδων μειώνεται και ο αριθμός των θετικά φορτισμένων αυξάνεται, το μόριο χάνει σταδιακά το αρνητικό του φορτίο και αποκτά θετικό φορτίο. Όταν η οξύτητα του διαλύματος μειωθεί, παρατηρείται η αντίθετη εικόνα. Είναι προφανές ότι σε ορισμένες τιμές pH το μόριο θα είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, δηλ. ο αριθμός των θετικά φορτισμένων ομάδων θα είναι ίσος με τον αριθμό των αρνητικά φορτισμένων ομάδων και το συνολικό φορτίο του μορίου θα είναι μηδέν (Εικ. 14).

Η τιμή pH στην οποία το συνολικό φορτίο της πρωτεΐνης είναι μηδέν ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο και ορίζεταιπι.

Ρύζι. 14. Στην κατάσταση του ισοηλεκτρικού σημείου, το συνολικό φορτίο του μορίου της πρωτεΐνης είναι μηδέν

Το ισοηλεκτρικό σημείο για τις περισσότερες πρωτεΐνες είναι στην περιοχή pH από 4,5 έως 6,5. Ωστόσο, υπάρχουν και εξαιρέσεις. Παρακάτω είναι τα ισοηλεκτρικά σημεία ορισμένων πρωτεϊνών:

Σε τιμές pH κάτω από το ισοηλεκτρικό σημείο, η πρωτεΐνη φέρει ένα συνολικό θετικό φορτίο πάνω από αυτό, φέρει ένα συνολικό αρνητικό φορτίο.

Στο ισοηλεκτρικό σημείο, η διαλυτότητα μιας πρωτεΐνης είναι ελάχιστη, αφού τα μόριά της σε αυτή την κατάσταση είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και δεν υπάρχουν αμοιβαίες δυνάμεις απώθησης μεταξύ τους, έτσι μπορούν να «κολλήσουν μαζί» λόγω δεσμών υδρογόνου και ιοντικών, υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων και δυνάμεις van der Waals. Σε τιμές pH διαφορετικές από το pI, τα μόρια πρωτεΐνης θα φέρουν το ίδιο φορτίο - είτε θετικό είτε αρνητικό. Ως αποτέλεσμα αυτού, θα υπάρχουν ηλεκτροστατικές δυνάμεις απώθησης μεταξύ των μορίων, εμποδίζοντάς τα να κολλήσουν μεταξύ τους και η διαλυτότητα θα είναι μεγαλύτερη.

Διαλυτότητα πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες είναι διαλυτές και αδιάλυτες στο νερό. Η διαλυτότητα των πρωτεϊνών εξαρτάται από τη δομή τους, την τιμή του pH, τη σύνθεση άλατος του διαλύματος, τη θερμοκρασία και άλλους παράγοντες και καθορίζεται από τη φύση εκείνων των ομάδων που βρίσκονται στην επιφάνεια του μορίου πρωτεΐνης. Οι αδιάλυτες πρωτεΐνες περιλαμβάνουν κερατίνη (μαλλιά, νύχια, φτερά), κολλαγόνο (τένοντας), ινώδες (κλικ, ιστός αράχνης). Πολλές άλλες πρωτεΐνες είναι υδατοδιαλυτές. Η διαλυτότητα προσδιορίζεται από την παρουσία φορτισμένων και πολικών ομάδων στην επιφάνειά τους (-COO -, -NH 3 +, -OH, κ.λπ.). Φορτισμένες και πολικές ομάδες πρωτεϊνών προσελκύουν μόρια νερού και γύρω τους σχηματίζεται ένα κέλυφος ενυδάτωσης (Εικ. 15), η ύπαρξη του οποίου καθορίζει τη διαλυτότητά τους στο νερό.

Ρύζι. 15. Σχηματισμός ενός κελύφους ενυδάτωσης γύρω από ένα μόριο πρωτεΐνης.

Η διαλυτότητα της πρωτεΐνης επηρεάζεται από την παρουσία ουδέτερων αλάτων (Na 2 SO 4, (NH 4) 2 SO 4, κ.λπ.) στο διάλυμα. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις άλατος, η διαλυτότητα πρωτεΐνης αυξάνεται (Εικ. 16), καθώς υπό τέτοιες συνθήκες ο βαθμός διάστασης των πολικών ομάδων αυξάνεται και οι φορτισμένες ομάδες μορίων πρωτεΐνης θωρακίζονται, μειώνοντας έτσι την αλληλεπίδραση πρωτεΐνης-πρωτεΐνης, η οποία προάγει τον σχηματισμό συσσωματωμάτων και πρωτεΐνης κατακρήμνιση. Σε υψηλές συγκεντρώσεις άλατος, η διαλυτότητα των πρωτεϊνών μειώνεται (Εικ. 16) λόγω της καταστροφής του κελύφους ενυδάτωσης, οδηγώντας σε συσσωμάτωση μορίων πρωτεΐνης.

Ρύζι. 16. Εξάρτηση της διαλυτότητας των πρωτεϊνών από τη συγκέντρωση άλατος

Υπάρχουν πρωτεΐνες που διαλύονται μόνο σε διαλύματα αλατιού και δεν διαλύονται σε καθαρό νερό, τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται σφαιρίνες. Υπάρχουν και άλλες πρωτεΐνες - αλβουμίνες, σε αντίθεση με τις σφαιρίνες, είναι εξαιρετικά διαλυτές σε καθαρό νερό.
Η διαλυτότητα των πρωτεϊνών εξαρτάται επίσης από το pH των διαλυμάτων. Όπως έχουμε ήδη σημειώσει, οι πρωτεΐνες έχουν ελάχιστη διαλυτότητα στο ισοηλεκτρικό σημείο, γεγονός που εξηγείται από την απουσία ηλεκτροστατικής απώθησης μεταξύ των πρωτεϊνικών μορίων.
Υπό ορισμένες συνθήκες, οι πρωτεΐνες μπορούν να σχηματίσουν πηκτώματα. Όταν σχηματίζεται ένα πήκτωμα, τα μόρια πρωτεΐνης σχηματίζουν ένα πυκνό δίκτυο, ο εσωτερικός χώρος του οποίου είναι γεμάτος με διαλύτη. Τα τζελ σχηματίζονται, για παράδειγμα, από τη ζελατίνη (αυτή η πρωτεΐνη χρησιμοποιείται για την παρασκευή ζελέ) και τις πρωτεΐνες γάλακτος κατά την παρασκευή πηγμένου γάλακτος.
Η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης τη διαλυτότητα των πρωτεϊνών. Όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες, πολλές πρωτεΐνες κατακρημνίζονται λόγω διαταραχής της δομής τους, αλλά θα μιλήσουμε για αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες στην επόμενη ενότητα.

Μετουσίωσης πρωτεΐνης

Ας αναλογιστούμε ένα φαινόμενο που μας είναι πολύ γνωστό. Όταν ζεσταθεί το ασπράδι, σταδιακά θολώνει και στη συνέχεια σχηματίζεται ένα συμπαγές τυρόπηγμα. Το πηγμένο ασπράδι αυγού -λευκωματίνη αυγού- μετά την ψύξη αποδεικνύεται αδιάλυτο, ενώ πριν ζεσταθεί το ασπράδι ήταν καλά διαλυτό στο νερό. Τα ίδια φαινόμενα συμβαίνουν όταν σχεδόν όλες οι σφαιρικές πρωτεΐνες θερμαίνονται. Οι αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη θέρμανση ονομάζονται μετουσίωση. Οι πρωτεΐνες στη φυσική τους κατάσταση ονομάζονται ντόπιοςπρωτεΐνες και μετά τη μετουσίωση - μετουσιωμένος.
Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, η φυσική διαμόρφωση των πρωτεϊνών διαταράσσεται ως αποτέλεσμα της ρήξης των ασθενών δεσμών (ιοντικές, υδρογόνου, υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις). Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, οι τεταρτοταγείς, τριτοταγείς και δευτεροταγείς δομές της πρωτεΐνης μπορούν να καταστραφούν. Σώζεται η πρωτογενής δομή (Εικ. 17).

Ρύζι. 17. Μετουσίωσης πρωτεΐνης

Κατά τη διάρκεια της μετουσίωσης, στην επιφάνεια εμφανίζονται υδρόφοβες ρίζες αμινοξέων που βρίσκονται βαθιά στο μόριο σε φυσικές πρωτεΐνες, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται συνθήκες συσσωμάτωσης. Συσσωματώματα μορίων πρωτεΐνης καθιζάνουν. Η μετουσίωση συνοδεύεται από απώλεια της βιολογικής λειτουργίας της πρωτεΐνης.

Η μετουσίωση της πρωτεΐνης μπορεί να προκληθεί όχι μόνο από αυξημένη θερμοκρασία, αλλά και από άλλους παράγοντες. Τα οξέα και τα αλκάλια μπορούν να προκαλέσουν μετουσίωση των πρωτεϊνών: ως αποτέλεσμα της δράσης τους, επαναφορτίζονται ιονογόνες ομάδες, γεγονός που οδηγεί στη διάσπαση των ιοντικών δεσμών και των δεσμών υδρογόνου. Η ουρία καταστρέφει τους δεσμούς υδρογόνου, με αποτέλεσμα οι πρωτεΐνες να χάνουν τη φυσική τους δομή. Οι παράγοντες μετουσίωσης είναι οργανικοί διαλύτες και ιόντα βαρέων μετάλλων: οι οργανικοί διαλύτες καταστρέφουν τους υδρόφοβους δεσμούς και τα ιόντα βαρέων μετάλλων σχηματίζουν αδιάλυτα σύμπλοκα με πρωτεΐνες.

Μαζί με τη μετουσίωση, υπάρχει και μια αντίστροφη διαδικασία - αναγέννηση.Όταν αφαιρεθεί ο παράγοντας μετουσίωσης, η αρχική φυσική δομή μπορεί να αποκατασταθεί. Για παράδειγμα, όταν το διάλυμα ψύχεται αργά σε θερμοκρασία δωματίου, η φυσική δομή και η βιολογική λειτουργία της θρυψίνης αποκαθίστανται.

Οι πρωτεΐνες μπορούν επίσης να μετουσιωθούν σε ένα κύτταρο κατά τη διάρκεια της κανονικής ζωής. Είναι σαφές ότι η απώλεια της φυσικής δομής και λειτουργίας των πρωτεϊνών είναι ένα εξαιρετικά ανεπιθύμητο γεγονός. Από αυτή την άποψη, αξίζει να αναφέρουμε ειδικές πρωτεΐνες - συνοδούς. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι σε θέση να αναγνωρίσουν μερικώς μετουσιωμένες πρωτεΐνες και, δεσμεύοντας σε αυτές, αποκαθιστούν τη φυσική τους διαμόρφωση. Οι συνοδηγοί αναγνωρίζουν επίσης πρωτεΐνες που έχουν προχωρήσει σε μετουσίωση και τις μεταφέρουν στα λυσοσώματα, όπου διασπώνται (αποικοδομήνονται). Οι συνοδοί παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό τριτοταγών και τεταρτοταγών δομών κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Ενδιαφέρον να γνωρίζετε! Επί του παρόντος, αναφέρεται συχνά μια ασθένεια όπως η ασθένεια των τρελών αγελάδων. Αυτή η ασθένεια προκαλείται από πριόν. Μπορούν να προκαλέσουν άλλες ασθένειες νευροεκφυλιστικής φύσης σε ζώα και ανθρώπους. Τα πριόν είναι μολυσματικοί παράγοντες πρωτεϊνικής φύσης. Ένα πριόν που εισέρχεται σε ένα κύτταρο προκαλεί μια αλλαγή στη διαμόρφωση του κυτταρικού αντίστοιχου του, το οποίο γίνεται το ίδιο ένα πριόν. Έτσι προκύπτει η ασθένεια. Η πρωτεΐνη prion διαφέρει από την κυτταρική πρωτεΐνη ως προς τη δευτερογενή δομή της. Η μορφή πριόν της πρωτεΐνης έχει κυρίωςσι-διπλωμένη δομή και κυτταρική -ένα-σπειροειδής.

Οι πρωτεΐνες είναι βιοπολυμερή, τα μονομερή των οποίων είναι υπολείμματα άλφα αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. Η αλληλουχία αμινοξέων κάθε πρωτεΐνης είναι αυστηρά καθορισμένη σε ζωντανούς οργανισμούς, κρυπτογραφείται χρησιμοποιώντας έναν γενετικό κώδικα, βάσει του οποίου λαμβάνει χώρα η βιοσύνθεση των πρωτεϊνικών μορίων. 20 αμινοξέα εμπλέκονται στην κατασκευή των πρωτεϊνών.

Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι δομής πρωτεϊνικών μορίων:

1. Πρωταρχικός. Αντιπροσωπεύει μια αλληλουχία αμινοξέων σε μια γραμμική αλυσίδα.
2. Δευτερεύων. Αυτή είναι μια πιο συμπαγής διάταξη πολυπεπτιδικών αλυσίδων που χρησιμοποιεί το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου μεταξύ πεπτιδικών ομάδων. Υπάρχουν δύο παραλλαγές της δευτερεύουσας δομής - η άλφα έλικα και η βήτα πτυχή.
3. Τριτογενής. Είναι η διάταξη μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε ένα σφαιρίδιο. Στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου και δισουλφιδίου και η σταθεροποίηση του μορίου πραγματοποιείται λόγω υδρόφοβων και ιοντικών αλληλεπιδράσεων υπολειμμάτων αμινοξέων.
4. Τετραδικός. Μια πρωτεΐνη αποτελείται από πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω μη ομοιοπολικών δεσμών.

Έτσι, τα αμινοξέα που συνδέονται σε μια ορισμένη αλληλουχία σχηματίζουν μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, μεμονωμένα μέρη της οποίας καμπυλώνονται σε μια σπείρα ή σχηματίζουν πτυχές. Τέτοια στοιχεία δευτερογενών δομών σχηματίζουν σφαιρίδια, σχηματίζοντας την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης. Μεμονωμένα σφαιρίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας πολύπλοκα πρωτεϊνικά σύμπλοκα με τεταρτοταγή δομή.

Ταξινόμηση πρωτεϊνών

Υπάρχουν πολλά κριτήρια με τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν οι πρωτεϊνικές ενώσεις. Με βάση τη σύνθεσή τους διακρίνονται οι απλές και οι σύνθετες πρωτεΐνες. Οι σύνθετες πρωτεϊνικές ουσίες περιέχουν ομάδες μη αμινοξέων, η χημική φύση των οποίων μπορεί να είναι διαφορετική. Ανάλογα με αυτό, διακρίνουν:

• γλυκοπρωτεΐνες;
• λιποπρωτεΐνες;
• νουκλεοπρωτεΐνες;
• μεταλλοπρωτεΐνες;
• φωσφοπρωτεΐνες;
• χρωμοπρωτεΐνες.

Υπάρχει επίσης μια ταξινόμηση σύμφωνα με τον γενικό τύπο δομής:

• ινιδικό?
• σφαιρικός;
• μεμβράνη

Οι πρωτεΐνες είναι απλές (μονο συστατικές) πρωτεΐνες που αποτελούνται μόνο από υπολείμματα αμινοξέων. Ανάλογα με τη διαλυτότητά τους χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:

Όνομα πρωτεΐνης	Διαλυτότητα	Παραδείγματα
Προλαμίνες	Ελαφρώς διαλυτό στο νερό, καλά διαλυτό σε αιθανόλη 70-80%. Περιέχει μεγάλη ποσότητα αργινίνης.	Οι πρωτεΐνες είναι χαρακτηριστικές των σπόρων των δημητριακών (η ορδεΐνη βρίσκεται στο κριθάρι, η ζεΐνη στο καλαμπόκι).
Ιστόνες	Διαλύεται σε ασθενές υδροχλωρικό οξύ.	Υπάρχουν στη χρωματίνη που συνθέτει τα χρωμοσώματα.
Σκληροπρωτεΐνες (πρωτενοειδή)	Αδιάλυτο σε νερό, αλατούχα υγρά, αραιωμένα οξέα και αλκάλια.	Περιέχεται σε υποστηρικτικούς ιστούς (οστά, μαλλιά, χόνδροι, τένοντες). Περιλαμβάνει πολλή προλίνη, αλανίνη, γλυκίνη.
Λευκωματίνη	Διαλύεται σε διαλύματα νερού και αλατιού.	Η λακτολευκωματίνη είναι πρωτεΐνη γάλακτος, η οροαλβουμίνη είναι ο ορός του αίματος.
Σλοβουλίνες	Διαλύονται καλά σε διαλύματα αλάτων χαμηλής συγκέντρωσης.	Είναι μέρος των οσπρίων και των ελαιούχων φυτών (φασολίνη - σπόροι φασολιών, όσπρια - σπόροι μπιζελιού κ.λπ.).
Πρωταμίνες	Διαλύεται σε οξέα.	Βρίσκονται σε σημαντικές ποσότητες στα γεννητικά κύτταρα των ανθρώπων και των ζώων. Για παράδειγμα, στο σπέρμα των ψαριών (σαλμίνη - η οικογένεια του σολομού).
Γλουτελίνες	Διαλυτό σε αλκάλια.	Περιέχεται στα φυτά: φρούτα και πράσινα μέρη. Η γλιαδίνη από κόκκους σίτου, μαζί με τη γλουτενίνη, σχηματίζει γλουτένη, λόγω της οποίας η ζύμη γίνεται ελαστική.[ЗМ1]

Μια τέτοια ταξινόμηση δεν είναι απολύτως ακριβής, γιατί σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες, πολλές απλές πρωτεΐνες συνδέονται με ελάχιστη ποσότητα μη πρωτεϊνικών ενώσεων. Έτσι, ορισμένες πρωτεΐνες περιέχουν χρωστικές ουσίες, υδατάνθρακες και μερικές φορές λιπίδια, γεγονός που τις κάνει περισσότερο να μοιάζουν με πολύπλοκα μόρια πρωτεΐνης.

Φυσικοχημικές ιδιότητες πρωτεΐνης

Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των πρωτεϊνών καθορίζονται από τη σύνθεση και την ποσότητα των υπολειμμάτων αμινοξέων που περιέχονται στα μόριά τους. Τα μοριακά βάρη των πολυπεπτιδίων ποικίλλουν πολύ: από αρκετές χιλιάδες έως ένα εκατομμύριο ή περισσότερα. Οι χημικές ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης ποικίλλουν, συμπεριλαμβανομένης της αμφοτερικότητας, της διαλυτότητας και της ικανότητας μετουσίωσης.

Αμφοτερικότητα

Δεδομένου ότι οι πρωτεΐνες περιέχουν τόσο όξινα όσο και βασικά αμινοξέα, το μόριο θα περιέχει πάντα ελεύθερες όξινες και ελεύθερες βασικές ομάδες (COO- και NH3+, αντίστοιχα). Το φορτίο καθορίζεται από την αναλογία βασικών και όξινων ομάδων αμινοξέων. Για το λόγο αυτό, οι πρωτεΐνες φορτίζονται "+" εάν το pH μειωθεί και αντίστροφα, "-" εάν το pH αυξηθεί. Στην περίπτωση που το pH αντιστοιχεί στο ισοηλεκτρικό σημείο, το μόριο της πρωτεΐνης θα έχει μηδενικό φορτίο. Η αμφοτερικότητα είναι σημαντική για τις βιολογικές λειτουργίες, μία από τις οποίες είναι η διατήρηση των επιπέδων του pH του αίματος.

Διαλυτότητα

Η ταξινόμηση των πρωτεϊνών σύμφωνα με τις ιδιότητες διαλυτότητάς τους έχει ήδη δοθεί παραπάνω. Η διαλυτότητα των πρωτεϊνικών ουσιών στο νερό εξηγείται από δύο παράγοντες:

• φορτίο και αμοιβαία απώθηση πρωτεϊνικών μορίων.
• ο σχηματισμός ενός κελύφους ενυδάτωσης γύρω από την πρωτεΐνη - τα δίπολα νερού αλληλεπιδρούν με φορτισμένες ομάδες στο εξωτερικό μέρος του σφαιριδίου.

Μετουσίωσης

Η φυσικοχημική ιδιότητα της μετουσίωσης είναι η διαδικασία καταστροφής της δευτερογενούς, τριτοταγούς δομής ενός μορίου πρωτεΐνης υπό την επίδραση πολλών παραγόντων: θερμοκρασία, δράση αλκοολών, άλατα βαρέων μετάλλων, οξέα και άλλους χημικούς παράγοντες.

Σπουδαίος!Η πρωτογενής δομή δεν καταστρέφεται κατά τη μετουσίωση.

Χημικές ιδιότητες πρωτεϊνών, ποιοτικές αντιδράσεις, εξισώσεις αντιδράσεων

Οι χημικές ιδιότητες των πρωτεϊνών μπορούν να εξεταστούν χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των αντιδράσεων για την ποιοτική τους ανίχνευση. Οι ποιοτικές αντιδράσεις καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της παρουσίας μιας πεπτιδικής ομάδας σε μια ένωση:

1. Ξανθοπρωτεΐνη. Όταν μια πρωτεΐνη εκτίθεται σε υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικού οξέος, σχηματίζεται ένα ίζημα, το οποίο γίνεται κίτρινο όταν θερμαίνεται.

2. Biuret. Όταν ένα ασθενώς αλκαλικό διάλυμα πρωτεΐνης εκτίθεται σε θειικό χαλκό, σχηματίζονται σύνθετες ενώσεις μεταξύ ιόντων χαλκού και πολυπεπτιδίων, το οποίο συνοδεύεται από το ότι το διάλυμα γίνεται ιώδες-μπλε. Η αντίδραση χρησιμοποιείται στην κλινική πράξη για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης πρωτεΐνης στον ορό του αίματος και σε άλλα βιολογικά υγρά.

Μια άλλη σημαντική χημική ιδιότητα είναι η ανίχνευση θείου σε πρωτεϊνικές ενώσεις. Για το σκοπό αυτό, ένα διάλυμα αλκαλικής πρωτεΐνης θερμαίνεται με άλατα μολύβδου. Αυτό παράγει ένα μαύρο ίζημα που περιέχει θειούχο μόλυβδο.

Βιολογική σημασία της πρωτεΐνης

Λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους, οι πρωτεΐνες εκτελούν μεγάλο αριθμό βιολογικών λειτουργιών, οι οποίες περιλαμβάνουν:

• καταλυτικά (ένζυμα πρωτεΐνης);
• μεταφορά (αιμοσφαιρίνη);
• δομική (κερατίνη, ελαστίνη)?
• συσταλτικό (ακτίνη, μυοσίνη);
• προστατευτικά (ανοσοσφαιρίνες).
• σηματοδότηση (μόρια υποδοχέα).
• ορμονική (ινσουλίνη);
• ενέργεια.

Οι πρωτεΐνες είναι σημαντικές για το ανθρώπινο σώμα επειδή συμμετέχουν στο σχηματισμό κυττάρων, παρέχουν μυϊκή σύσπαση στα ζώα και μεταφέρουν πολλές χημικές ενώσεις μαζί με τον ορό του αίματος. Επιπλέον, τα μόρια πρωτεΐνης αποτελούν πηγή απαραίτητων αμινοξέων και επιτελούν προστατευτική λειτουργία, συμμετέχοντας στην παραγωγή αντισωμάτων και στο σχηματισμό ανοσίας.

TOP 10 ελάχιστα γνωστά στοιχεία για την πρωτεΐνη

1. Οι πρωτεΐνες άρχισαν να μελετώνται το 1728, όταν ο Ιταλός Jacopo Bartolomeo Beccari απομόνωσε πρωτεΐνη από το αλεύρι.
2. Οι ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως. Συντίθενται τροποποιώντας το γονιδίωμα των βακτηρίων. Συγκεκριμένα, με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται η ινσουλίνη, οι αυξητικοί παράγοντες και άλλες πρωτεϊνικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται στην ιατρική.
3. Μόρια πρωτεΐνης έχουν ανακαλυφθεί σε ψάρια της Ανταρκτικής που εμποδίζουν το πάγωμα του αίματος.
4. Η πρωτεΐνη ρεζιλίνης είναι ιδανικά ελαστική και αποτελεί τη βάση για τα σημεία προσκόλλησης των φτερών των εντόμων.
5. Το σώμα έχει μοναδικές πρωτεΐνες συνοδού που είναι ικανές να αποκαταστήσουν τη σωστή φυσική τριτοταγή ή τεταρτοταγή δομή άλλων πρωτεϊνικών ενώσεων.
6. Στον πυρήνα του κυττάρου υπάρχουν ιστόνες - πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη συμπίεση της χρωματίνης.
7. Η μοριακή φύση των αντισωμάτων - ειδικών προστατευτικών πρωτεϊνών (ανοσοσφαιρίνες) - άρχισε να μελετάται ενεργά το 1937. Οι Tiselius και Kabat χρησιμοποίησαν ηλεκτροφόρηση και απέδειξαν ότι στα ανοσοποιημένα ζώα το κλάσμα γάμμα ήταν αυξημένο και μετά την απορρόφηση του ορού από το προκλητικό αντιγόνο, η κατανομή των πρωτεϊνών μεταξύ των κλασμάτων επέστρεψε στην εικόνα του ανέπαφου ζώου.
8. Το ασπράδι του αυγού είναι ένα εντυπωσιακό παράδειγμα εφαρμογής μιας εφεδρικής λειτουργίας από μόρια πρωτεΐνης.
9. Σε ένα μόριο κολλαγόνου, κάθε τρίτο κατάλοιπο αμινοξέος σχηματίζεται από τη γλυκίνη.
10. Στη σύνθεση των γλυκοπρωτεϊνών, το 15-20% είναι υδατάνθρακες και στη σύνθεση των πρωτεογλυκανών το μερίδιό τους είναι 80-85%.

συμπέρασμα

Οι πρωτεΐνες είναι οι πιο σύνθετες ενώσεις, χωρίς τις οποίες είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τη ζωή οποιουδήποτε οργανισμού. Περισσότερα από 5.000 μόρια πρωτεΐνης έχουν εντοπιστεί, αλλά κάθε άτομο έχει το δικό του σύνολο πρωτεϊνών και αυτό το διακρίνει από άλλα άτομα του είδους του.

Οι πιο σημαντικές χημικές και φυσικές ιδιότητες των πρωτεϊνώνενημερώθηκε: 21 Μαρτίου 2019 από: Επιστημονικά άρθρα.Ru

Ο σκοπός του μαθήματος: σχηματίστε μια ιδέα για την πρωτεΐνη, τη δομή, τις φυσικές και χημικές της ιδιότητες.

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων

Ι. Οργανωτική στιγμή

II. Ενημέρωση γνώσεων

(Ζητείται από τους μαθητές να επανεξετάσουν το θέμα «Αμινοξέα» εκ των προτέρων.)

Δύο μαθητές εργάζονται στον πίνακα.

Ασκηση 1. Γράψτε τους τύπους για το 2-αμινοπροπανοϊκό οξύ (αλανίνη) και το 3-μεθυλ-2-αμινοβουτανοϊκό οξύ (βαλίνη). Ποια άλλα ονόματα μπορείτε να προτείνετε για αυτά τα οξέα;

Εργασία 2. Γράψτε τον τύπο για το 2-αμινοαιθανοϊκό οξύ. Ποια άλλα ονόματα για αυτό το οξύ γνωρίζετε; Συνθέστε ένα διπεπτίδιο από δύο υπολείμματα αυτού του οξέος. Υποδείξτε τη θέση του πεπτιδικού δεσμού.

Μετωπική συνομιλία.

– Ποιες δύο λειτουργικές ομάδες περιλαμβάνονται στα αμινοξέα;
– Τι είναι τα αμινοξέα ως προς τις οξεοβασικές ιδιότητες; Λόγω ποιων λειτουργικών ομάδων πραγματοποιούνται αυτές οι ιδιότητες;
– Δώστε την έννοια του πεπτιδικού δεσμού.
– Μπορούν τα αμινοξέα να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου; Σε ποιες ομάδες ατόμων οφείλεται;
– Ποιες ουσίες ονομάζονται πολυμερή; Δώστε παραδείγματα γνωστών σε εσάς πολυμερών.

III. Δήλωση μιας γνωστικής εργασίας

Οι μαθητές που εργάζονται στον πίνακα αναφέρουν την εργασία που ολοκληρώθηκε.

Ο πίνακας δείχνει ένα διπεπτίδιο που αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκίνης και δείχνει τους τύπους δύο αμινοξέων: αλανίνης και βαλίνης.

Μπορεί ένα διπεπτίδιο να σχηματιστεί από αμινοξέα διαφορετικής σύνθεσης; (Διαφάνεια 1.) Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, δείτε τη θέση του πεπτιδικού δεσμού στο διπεπτίδιο.

Απάντηση. Η αμινομάδα ενός αμινοξέος και η καρβοξυλική ομάδα ενός άλλου αμινοξέος συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός πεπτιδικού δεσμού. Οι πλευρικές ρίζες των αμινοξέων δεν συμμετέχουν στο σχηματισμό του διπεπτιδίου.

Είναι δυνατή η περαιτέρω προσθήκη αμινοξέων σε αυτή την ουσία; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

Απάντηση. Η συμμετοχή είναι δυνατή γιατί Το μόριο διπεπτιδίου έχει μια ελεύθερη καρβοξυλομάδα (C-άκρο) και μια αμινομάδα (N-άκρο). Η αλυσίδα μπορεί να αναπτυχθεί και στις δύο πλευρές (διαφάνεια 2).

Πόσες επιλογές σύνδεσης μπορείτε να προσφέρετε;

Απάντηση.Δύο. Όταν το αμινοξύ γλυκίνη είναι στην πρώτη θέση και όταν το αμινοξύ γλυκίνη είναι στη δεύτερη θέση (διαφάνεια 3).

Απάντηση. Οι πρωτεΐνες είναι γραμμικά βιολογικά πολυμερή που αποτελούνται από α-αμινοξέα.

Γράψτε αυτόν τον ορισμό στα φύλλα εργασίας σας.

Εδώ είναι δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Ποιο πεπτίδιο μπορεί να είναι μέρος μιας πρωτεΐνης και γιατί; (Διαφάνεια 4.)

Απάντηση. Το πρώτο, γιατί σχηματίζεται από -αμινοξέα.

Ποιοι δεσμοί σχηματίζουν την πρωταρχική δομή μιας πρωτεΐνης;

Απάντηση.Η πρωτογενής δομή σχηματίζεται από πεπτιδικούς δεσμούς.

Καταγράψτε το στον πίνακα στο φύλλο εργασίας σας.

Αλλά η πρωτεΐνη είναι ένα πολύ πιο πολύπλοκο μακρομόριο από μια γραμμική πολυπεπτιδική αλυσίδα. Εκτός από την πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη δευτερογενείς, τριτοταγείς και σε ορισμένες περιπτώσεις, τεταρτοταγείς δομές. Οι δεσμοί υδρογόνου παίζουν τεράστιο ρόλο στο σχηματισμό της δευτερογενούς δομής της πρωτεΐνης. Οι δεσμοί υδρογόνου σχηματίζονται από ηλεκτραρνητικά άτομα (οξυγόνο, άζωτο κ.λπ.), με ένα από τα οποία συνδέεται ένα άτομο υδρογόνου και τα τρία άτομα βρίσκονται στην ίδια ευθεία γραμμή.

Ορισμένες πρωτεΐνες σχηματίζουν μια τεταρτοταγή δομή, επίσης λόγω δεσμών υδρογόνου, υδρόφιλων-υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων και ηλεκτροστατικών δυνάμεων έλξης. Ορισμένες πρωτεΐνες με τεταρτοταγή δομή αποτελούνται από ένα μεταλλικό ιόν και ένα τμήμα πρωτεΐνης που σχηματίζεται από πολλές πρωτεϊνικές αλυσίδες (διαφορετικές ή πανομοιότυπες στην πρωτογενή δομή) (διαφάνεια 7). Γράψτε το στο φύλλο εργασίας σας.

Οι πρωτεΐνες εκτελούν σωστά τις λειτουργίες τους μόνο με την παρουσία κατάλληλων τριτοταγών (και τεταρτοταγών, εάν υπάρχουν) δομές.

Φυσικές ιδιότητες πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες είναι ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης, δηλ. Πρόκειται για ουσίες με μεγάλο μοριακό βάρος. Το μοριακό βάρος των πρωτεϊνών κυμαίνεται από 5 χιλιάδες έως εκατομμύρια amu. (ινσουλίνη – 6500 Da, πρωτεΐνη του ιού της γρίπης – 32 εκατομμύρια Da).

Η διαλυτότητα των πρωτεϊνών στο νερό εξαρτάται από τις λειτουργίες τους. Τα μόρια των ινιδιακών πρωτεϊνών είναι επιμήκη, σαν νήματα και τείνουν να ομαδοποιούνται το ένα δίπλα στο άλλο για να σχηματίσουν ίνες. Αυτό είναι το κύριο δομικό υλικό για τον τενοντιακό ιστό, μυϊκό και ενσωματωμένο. Τέτοιες πρωτεΐνες είναι αδιάλυτες στο νερό.

Η δύναμη των μορίων πρωτεΐνης είναι απλά εκπληκτική! Τα ανθρώπινα μαλλιά είναι ισχυρότερα από τον χαλκό και μπορούν να ανταγωνιστούν ειδικούς τύπους χάλυβα. Μια δέσμη μαλλιών με επιφάνεια 1 cm2 μπορεί να αντέξει βάρος 5 τόνων και μια γυναικεία πλεξούδα 200 χιλιάδων τριχών μπορεί να σηκώσει ένα φορτωμένο φορτηγό KamAZ βάρους 20 τόνων.

Οι σφαιρικές πρωτεΐνες διπλώνονται σε μπάλες. Στο σώμα εκτελούν μια σειρά από βιολογικές λειτουργίες που απαιτούν την κινητικότητά τους. Επομένως, οι σφαιρικές πρωτεΐνες είναι διαλυτές στο νερό ή σε διαλύματα αλάτων, οξέων ή βάσεων. Λόγω του μεγάλου μεγέθους των μορίων, σχηματίζονται διαλύματα που ονομάζονται κολλοειδή. ( Επίδειξη διάλυσης λευκωματίνης στο νερό.)

Χημικές ιδιότητες πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν σε ασυνήθιστες χημικές αντιδράσεις, επειδή... είναι μόρια πολυμερούς. Δείτε τις κάρτες εργασίας σας και απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις.

Ποιος δεσμός είναι ισχυρότερος: το πεπτίδιο ή το υδρογόνο;

Απάντηση.Πεπτίδιο, επειδή αυτός ο δεσμός ταξινομείται ως ομοιοπολικός χημικός δεσμός.

Ποιες πρωτεϊνικές δομές θα διασπαστούν γρηγορότερα και ευκολότερα;

Απάντηση.Τεταρτογενής (αν υπάρχει), τριτογενής και δευτερογενής. Η πρωτογενής δομή θα διαρκέσει περισσότερο από άλλες, γιατί σχηματίζεται από ισχυρότερους δεσμούς.

Η μετουσίωση είναι η καταστροφή μιας πρωτεΐνης στην πρωτογενή της δομή, δηλ. Οι πεπτιδικοί δεσμοί διατηρούνται (διαφάνεια 8).

Επίδειξη εμπειρίας. Ρίξτε 4 ml διαλύματος λευκωματίνης σε 5 μικρούς δοκιμαστικούς σωλήνες. Θερμάνετε τον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα για 6–10 δευτερόλεπτα (μέχρι να θολώσει). Προσθέστε 2 ml HCl 3M στον δεύτερο δοκιμαστικό σωλήνα. Στο τρίτο - 2 ml NaOH 3M. Στο τέταρτο - 5 σταγόνες 0,1 M AgNO 3. Πέμπτο - 5 σταγόνες NaNO 3 0,1 M.

Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος, οι μαθητές συμπληρώνουν τα κενά στον ορισμό της μετουσίωσης στο φύλλο εργασίας.

Οι πρωτεΐνες θα εμφανίσουν τις συγκεκριμένες ιδιότητές τους μετά τη μετουσίωση;

Απάντηση. Οι περισσότερες πρωτεΐνες χάνουν τη δράση τους όταν μετουσιώνονται, επειδή... Οι πρωτεΐνες εμφανίζουν τις ειδικές ιδιότητές τους μόνο παρουσία τριτοταγών και τεταρτοταγών δομών.

Πιστεύετε ότι είναι δυνατόν να καταστραφεί η πρωταρχική δομή μιας πρωτεΐνης;

Απάντηση.Μπορώ. Αυτό συμβαίνει στο σώμα κατά την πέψη των πρωτεϊνικών τροφών.

Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες των πρωτεϊνών είναι η ικανότητα υδρόλυσης. Όταν λαμβάνει χώρα υδρόλυση πρωτεΐνης, η πρωτογενής δομή καταστρέφεται.

Ποιες ουσίες σχηματίζονται κατά την πλήρη υδρόλυση της πρωτεΐνης;

Απάντηση. -αμινοξέα.

Επίδειξη εμπειρίας (βάλτε πριν το μάθημα). 2 ml διαλύματος πρωτεΐνης κοτόπουλου χύνεται σε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες, 1 ml κορεσμένου εορταστικού διαλύματος προστίθεται σε έναν από αυτούς (το δισκίο απελευθερώνεται πρώτα από το λείο κέλυφος). Το Festal είναι ένα ενζυμικό παρασκεύασμα που διευκολύνει την πέψη, το οποίο περιλαμβάνει λιπάση (διασπά τα λίπη), αμυλάση (διασπά τους υδατάνθρακες), πρωτεάση (διασπά τις πρωτεΐνες). Και οι δύο δοκιμαστικοί σωλήνες τοποθετούνται σε λουτρό νερού σε θερμοκρασία 37–40 °C. Η διαδικασία «πέψης» της πρωτεΐνης συνεχίζεται για 30 λεπτά. Αφού ολοκληρωθεί η θέρμανση, προστίθενται και στους δύο δοκιμαστικούς σωλήνες 2 ml κορεσμένου διαλύματος θειικού αμμωνίου ή οποιουδήποτε άλλου αντιδραστηρίου που προκαλεί μετουσίωση της πρωτεΐνης. Στον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα (μάρτυρας), σχηματίζεται ένα άφθονο λευκό ίζημα - η πρωτεΐνη μετουσιώνεται. Στον δεύτερο δοκιμαστικό σωλήνα (πείραμα), τέτοια φαινόμενα δεν παρατηρούνται - έχει συμβεί υδρόλυση πρωτεΐνης και αμινοξέα και πεπτίδια με μικρό μοριακό βάρος δεν πήζουν.

Με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος, συμπληρώστε τα κενά στον ορισμό της «υδρόλυσης» στα φύλλα εργασίας.

Ποια είναι η σημασία της πρωτεϊνικής υδρόλυσης για τον οργανισμό μας και πού συμβαίνει;

Απάντηση. Η παραγωγή αμινοξέων για τις ανάγκες του οργανισμού ως αποτέλεσμα των διαδικασιών πέψης ξεκινά από το στομάχι και καταλήγει στο δωδεκαδάκτυλο.

Χρωματικές αντιδράσεις - ποιοτικές αντιδράσεις σε πρωτεΐνες:

α) αντίδραση διουρίας ( επίδειξη εμπειρίας);
β) αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης ( επίδειξη εμπειρίας).

Συμπληρώστε τα φύλλα εργασίας (δώστε προσοχή στις συνθήκες για αυτές τις αντιδράσεις, αυτό θα χρειαστεί για πειράματα στο επόμενο μάθημα).

Φύλλο εργασίας Θέμα: «Σκίουροι. Δομή και ιδιότητες" Πρωτεΐνες _________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Τύποι πρωτεϊνικών δομών Όνομα δομής Διάγραμμα δομής Τύπος χημικού δεσμού Σημειώσεις Πρωταρχικός §3 σύμφωνα με το σχολικό βιβλίο «Γενική Βιολογία», εφ. Δ.Κ. Belyaeva; §27 σύμφωνα με το σχολικό βιβλίο Gabrielyan O.S."Χημεία, 10η τάξη."

σκίουροι- φυσικά πολυπεπτίδια με τεράστιο μοριακό βάρος. Αποτελούν μέρος όλων των ζωντανών οργανισμών και επιτελούν διάφορες βιολογικές λειτουργίες.

Δομή πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες έχουν 4 επίπεδα δομής:

• πρωτεϊνική δομή- γραμμική αλληλουχία αμινοξέων σε πολυπεπτιδική αλυσίδα, διπλωμένη στο διάστημα:

• πρωτεϊνική δευτερογενής δομή- διαμόρφωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, επειδή συστροφή στο διάστημα λόγω των μεταξύ τους δεσμών υδρογόνου N.H.Και COομάδες. Υπάρχουν 2 τρόποι εγκατάστασης: α -σπείρα και β - δομή.

• πρωτεϊνική τριτοταγής δομήείναι μια τρισδιάστατη αναπαράσταση ενός στροβιλισμού α -σπείρα ή β -δομές στο διάστημα:

Αυτή η δομή σχηματίζεται από δισουλφιδικές γέφυρες -S-S- μεταξύ των υπολειμμάτων κυστεΐνης. Στον σχηματισμό μιας τέτοιας δομής συμμετέχουν τα αντίθετα φορτισμένα ιόντα.

• τεταρτοταγής δομή πρωτεΐνηςσχηματίζεται λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ διαφορετικών πολυπεπτιδικών αλυσίδων:

Πρωτεϊνοσύνθεση.

Η σύνθεση βασίζεται σε μια μέθοδο στερεάς φάσης, στην οποία το πρώτο αμινοξύ στερεώνεται σε φορέα πολυμερούς και νέα αμινοξέα συνδέονται διαδοχικά σε αυτό. Το πολυμερές στη συνέχεια διαχωρίζεται από την πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Φυσικές ιδιότητες της πρωτεΐνης.

Οι φυσικές ιδιότητες μιας πρωτεΐνης καθορίζονται από τη δομή της, επομένως οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε σφαιρικός(διαλυτό στο νερό) και ινώδης(αδιάλυτο στο νερό).

Χημικές ιδιότητες πρωτεϊνών.

1. Μετουσίωσης πρωτεΐνης(καταστροφή της δευτερεύουσας και τριτογενούς δομής με διατήρηση της πρωτογενούς). Παράδειγμα μετουσίωσης είναι η πήξη των ασπράδιων αυγών κατά το βράσιμο των αυγών.

2. Υδρόλυση πρωτεϊνών- μη αναστρέψιμη καταστροφή της πρωτογενούς δομής σε όξινο ή αλκαλικό διάλυμα με σχηματισμό αμινοξέων. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να προσδιορίσετε την ποσοτική σύνθεση των πρωτεϊνών.

3. Ποιοτικές αντιδράσεις:

Αντίδραση διουρίας- αλληλεπίδραση του πεπτιδικού δεσμού και των αλάτων χαλκού (II) σε αλκαλικό διάλυμα. Στο τέλος της αντίδρασης, το διάλυμα γίνεται μωβ.

Αντίδραση ξανθοπρωτεΐνης- όταν αντιδρά με νιτρικό οξύ, παρατηρείται κίτρινο χρώμα.

Βιολογική σημασία της πρωτεΐνης.

1. Οι πρωτεΐνες είναι δομικό υλικό, οι μύες, τα οστά και οι ιστοί χτίζονται από αυτό.

2. Πρωτεΐνες – υποδοχείς. Μεταδίδουν και αντιλαμβάνονται σήματα που προέρχονται από γειτονικά κύτταρα από το περιβάλλον.

3. Οι πρωτεΐνες παίζουν σημαντικό ρόλο στο ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού.

4. Οι πρωτεΐνες εκτελούν λειτουργίες μεταφοράς και μεταφέρουν μόρια ή ιόντα στη θέση σύνθεσης ή συσσώρευσης. (Η αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς.)

5. Πρωτεΐνες – καταλύτες – ένζυμα. Αυτοί είναι πολύ ισχυροί επιλεκτικοί καταλύτες που επιταχύνουν τις αντιδράσεις εκατομμύρια φορές.

Υπάρχουν πολλά αμινοξέα που δεν μπορούν να συντεθούν στο σώμα - αναντικατάστατος, λαμβάνονται μόνο από τρόφιμα: τισίνη, φαινυλαλανίνη, μεθινίνη, βαλίνη, λευκίνη, τρυπτοφάνη, ισολευκίνη, θρεονίνη.