č. 1. Proteíny: peptidové väzby, ich detekcia.

Proteíny sú makromolekuly lineárnych polyamidov tvorené a-aminokyselinami ako výsledok polykondenzačnej reakcie v biologických objektoch.

Veveričky sú zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou vyrobené z aminokyseliny. Na tvorbe bielkovín sa podieľa 20 aminokyselín. Viažu sa do dlhých reťazcov, ktoré tvoria základ proteínovej molekuly s veľkou molekulovou hmotnosťou.

Funkcie bielkovín v tele

Kombinácia zvláštnych chemických a fyzikálnych vlastností proteínov poskytuje tejto triede organických zlúčenín ústrednú úlohu vo fenoménoch života.

Proteíny majú nasledujúce biologické vlastnosti alebo vykonávajú v živých organizmoch tieto základné funkcie:

1. Katalytická funkcia bielkovín. Všetky biologické katalyzátory – enzýmy sú proteíny. V súčasnosti boli charakterizované tisíce enzýmov, mnohé z nich izolované v kryštalickej forme. Takmer všetky enzýmy sú silné katalyzátory, ktoré zvyšujú rýchlosť reakcie najmenej miliónkrát. Táto funkcia proteínov je jedinečná, nie je charakteristická pre iné polymérne molekuly.

2. Nutričné ​​(rezervná funkcia bielkovín). Sú to predovšetkým bielkoviny určené na výživu vyvíjajúceho sa embrya: mliečny kazeín, vaječný albumín, rezervné bielkoviny semien rastlín. Množstvo ďalších bielkovín sa v tele nepochybne využíva ako zdroj aminokyselín, ktoré sú zase prekurzormi biologicky aktívnych látok regulujúcich metabolický proces.

3. Transportná funkcia bielkovín. Transport mnohých malých molekúl a iónov sa uskutočňuje špecifickými proteínmi. Napríklad dýchaciu funkciu krvi, a to prenos kyslíka, vykonávajú molekuly hemoglobínu - proteín červených krviniek. Sérové ​​albumíny sa zúčastňujú transportu lipidov. Množstvo ďalších srvátkových bielkovín tvorí komplexy s tukmi, meďou, železom, tyroxínom, vitamínom A a ďalšími zlúčeninami, čím sa zabezpečuje ich dodanie do príslušných orgánov.

4. Ochranná funkcia bielkovín. Hlavnú funkciu ochrany plní imunologický systém, ktorý zabezpečuje syntézu špecifických ochranných proteínov – protilátok – ako odpoveď na vstup baktérií, toxínov alebo vírusov (antigénov) do organizmu. Protilátky viažu antigény, interagujú s nimi, a tým neutralizujú ich biologické účinky a udržujú normálny stav organizmu. Koagulácia proteínu krvnej plazmy – fibrinogénu – a tvorba krvnej zrazeniny, ktorá chráni pred stratou krvi pri poranení, je ďalším príkladom ochrannej funkcie proteínov.

5. Kontraktilná funkcia bielkovín. Mnoho bielkovín sa podieľa na akte svalovej kontrakcie a relaxácie. Hlavnú úlohu v týchto procesoch zohrávajú aktín a myozín – špecifické proteíny svalového tkaniva. Kontraktilná funkcia je tiež vlastná proteínom subcelulárnych štruktúr, čo zabezpečuje najjemnejšie procesy bunkového života,

6. Štrukturálna funkcia bielkovín. Proteíny s touto funkciou sú na prvom mieste medzi ostatnými proteínmi v ľudskom tele. Štrukturálne proteíny, ako je kolagén, sú rozšírené v spojivovom tkanive; keratín vo vlasoch, nechtoch, koži; elastín - v cievnych stenách atď.

7. Hormonálna (regulačná) funkcia bielkovín. Metabolizmus v tele je regulovaný rôznymi mechanizmami. Dôležité miesto v tejto regulácii zaujímajú hormóny produkované žľazami s vnútornou sekréciou. Množstvo hormónov predstavuje proteíny alebo polypeptidy, napríklad hormóny hypofýzy, pankreasu atď.

Peptidová väzba

Formálne môže byť tvorba proteínovej makromolekuly reprezentovaná ako polykondenzačná reakcia a-aminokyselín.

Z chemického hľadiska sú proteíny vysokomolekulárne organické zlúčeniny obsahujúce dusík (polyamidy), ktorých molekuly sú postavené zo zvyškov aminokyselín. Monoméry proteínov sú α-aminokyseliny, ktorých spoločným znakom je prítomnosť karboxylovej skupiny -COOH a aminoskupiny -NH2 na druhom atóme uhlíka (a-atóm uhlíka):

Na základe výsledkov štúdia produktov hydrolýzy bielkovín a tých, ktoré predložil A.Ya. Danilevského myšlienky o úlohe peptidových väzieb -CO-NH- pri konštrukcii proteínovej molekuly, nemecký vedec E. Fischer navrhol peptidovú teóriu proteínovej štruktúry na začiatku 20. storočia. Podľa tejto teórie sú proteíny lineárne polyméry a-aminokyselín spojených peptidom väzba - polypeptidy:

V každom peptide má jeden koncový aminokyselinový zvyšok voľnú a-aminoskupinu (N-koniec) a druhý má voľnú a-karboxylovú skupinu (C-koniec). Štruktúra peptidov je zvyčajne znázornená od N-koncovej aminokyseliny. V tomto prípade sú aminokyselinové zvyšky označené symbolmi. Napríklad: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. Táto položka označuje peptid, v ktorom je N-koncová a-aminokyselina ­ je tvorený alanínom, a C-konc - cysteín. Pri čítaní takéhoto záznamu sa koncovky názvov všetkých kyselín okrem posledných zmenia na „bahno“: alanyl-tyrozyl-leucyl-seryl-tyrozyl-cysteín. Dĺžka peptidového reťazca v peptidoch a proteínoch nachádzajúcich sa v tele sa pohybuje od dvoch do stoviek a tisícok aminokyselinových zvyškov.

č. 2. Klasifikácia jednoduchých bielkovín.

TO jednoduché (proteíny) zahŕňajú proteíny, ktoré po hydrolýze poskytujú iba aminokyseliny.

Proteinoidy ____jednoduché bielkoviny živočíšneho pôvodu, nerozpustné vo vode, soľných roztokoch, zriedených kyselinách a zásadách. Vykonávajú hlavne podporné funkcie (napríklad kolagén, keratín

protamíny – kladne nabité jadrové proteíny s molekulovou hmotnosťou 10-12 kDa. Sú to približne z 80 % alkalické aminokyseliny, čo im dáva schopnosť interagovať s nukleovými kyselinami prostredníctvom iónových väzieb. Podieľajte sa na regulácii aktivity génov. Vysoko rozpustný vo vode;

históny – jadrové proteíny, ktoré hrajú dôležitú úlohu pri regulácii aktivity génov. Nachádzajú sa vo všetkých eukaryotických bunkách a sú rozdelené do 5 tried, ktoré sa líšia molekulovou hmotnosťou a obsahom aminokyselín. Molekulová hmotnosť histónov sa pohybuje od 11 do 22 kDa a rozdiely v zložení aminokyselín sa týkajú lyzínu a arginínu, ktorých obsah sa pohybuje od 11 do 29 % a od 2 do 14 %, v tomto poradí;

prolamíny – nerozpustný vo vode, ale rozpustný v 70% alkohole, vlastnosti chemickej štruktúry – veľa prolínu, kyselina glutámová, žiadny lyzín ,

glutelínov - rozpustný v alkalických roztokoch ,

globulíny – bielkoviny, ktoré sú nerozpustné vo vode a v polonasýtenom roztoku síranu amónneho, ale rozpustné vo vodných roztokoch solí, zásad a kyselín. Molekulová hmotnosť – 90-100 kDa;

albumíny – bielkoviny živočíšnych a rastlinných tkanív, rozpustné vo vode a soľných roztokoch. Molekulová hmotnosť je 69 kDa;

skleroproteíny – bielkoviny podporných tkanív zvierat

Príklady jednoduchých proteínov zahŕňajú hodvábny fibroín, vaječný sérový albumín, pepsín atď.

č. 3. Spôsoby izolácie a zrážania (purifikácie) proteínov.

č. 4. Proteíny ako polyelektrolyty. Izoelektrický bod proteínu.

Proteíny sú amfotérne polyelektrolyty, t.j. vykazujú kyslé aj zásadité vlastnosti. Je to spôsobené prítomnosťou radikálov aminokyselín schopných ionizácie v molekulách proteínov, ako aj voľnými α-amino- a α-karboxylovými skupinami na koncoch peptidových reťazcov. Kyslé vlastnosti bielkovín sú dané kyslými aminokyselinami (asparágová, glutámová) a zásadité vlastnosti zásaditými aminokyselinami (lyzín, arginín, histidín).

Náboj molekuly proteínu závisí od ionizácie kyslých a zásaditých skupín aminokyselinových radikálov. V závislosti od pomeru negatívnych a pozitívnych skupín získava molekula proteínu ako celok celkový pozitívny alebo negatívny náboj. Keď sa proteínový roztok okyslí, stupeň ionizácie aniónových skupín sa zníži a katiónové skupiny sa zvýšia; pri alkalizácii je opak pravdou. Pri určitej hodnote pH sa počet kladne a záporne nabitých skupín vyrovná a proteín je v izoelektrickom stave (celkový náboj je 0). Hodnota pH, pri ktorej je proteín v izoelektrickom stave, sa nazýva izoelektrický bod a označuje sa pí, podobne ako aminokyseliny. Pre väčšinu proteínov leží pI v rozmedzí 5,5-7,0, čo naznačuje určitú prevahu kyslých aminokyselín v proteínoch. Existujú však aj zásadité bielkoviny, napríklad salmín – hlavná bielkovina z lososového mlieka (pl = 12). Okrem toho existujú bielkoviny, pre ktoré má pí veľmi nízku hodnotu, napríklad pepsín, enzým v žalúdočnej šťave (pl=l). V izoelektrickom bode sú proteíny veľmi nestabilné a ľahko sa zrážajú, majú najnižšiu rozpustnosť.

Ak proteín nie je v izoelektrickom stave, potom sa jeho molekuly v elektrickom poli budú pohybovať ku katóde alebo anóde v závislosti od znamienka celkového náboja a rýchlosťou úmernou jeho veľkosti; Toto je podstata metódy elektroforézy. Táto metóda môže oddeliť proteíny s rôznymi hodnotami pl.

Hoci majú proteíny tlmiace vlastnosti, ich kapacita pri fyziologických hodnotách pH je obmedzená. Výnimkou sú proteíny obsahujúce veľa histidínu, pretože iba histidínový radikál má tlmiace vlastnosti v rozmedzí pH 6-8. Takýchto proteínov je veľmi málo. Napríklad hemoglobín, ktorý obsahuje takmer 8 % histidínu, je silný intracelulárny tlmivý roztok v červených krvinkách, ktorý udržuje pH krvi na konštantnej úrovni.

č. 5. Fyzikálno-chemické vlastnosti bielkovín.

Proteíny majú rôzne chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti, ktoré sú určené zložením aminokyselín a priestorovou organizáciou každého proteínu. Chemické reakcie bielkovín sú veľmi rôznorodé, spôsobuje ich prítomnosť NH 2 -, COOH skupín a radikálov rôzneho charakteru. Ide o reakcie nitrácie, acylácie, alkylácie, esterifikácie, oxidačno-redukcie a iné. Proteíny majú acidobázické, pufrovacie, koloidné a osmotické vlastnosti.

Acidobázické vlastnosti bielkovín

Chemické vlastnosti. Pri miernom zahriatí vodných roztokov bielkovín dochádza k denaturácii. V tomto prípade sa vytvorí zrazenina.

Keď sa proteíny zahrievajú s kyselinami, dochádza k hydrolýze, ktorej výsledkom je zmes aminokyselín.

Fyzikálno-chemické vlastnosti bielkovín

Proteíny majú vysokú molekulovú hmotnosť.

Náboj molekuly proteínu. Všetky proteíny majú aspoň jednu voľnú -NH a -COOH skupinu.

Proteínové roztoky- koloidné roztoky s rôznymi vlastnosťami. Proteíny sú kyslé a zásadité. Kyslé proteíny obsahujú veľa glu a asp, ktoré majú ďalšie karboxylové a menej aminoskupín. Alkalické bielkoviny obsahujú veľa lys a arg. Každá molekula proteínu vo vodnom roztoku je obklopená hydratačným obalom, pretože proteíny majú veľa hydrofilných skupín (-COOH, -OH, -NH2, -SH) v dôsledku aminokyselín. Vo vodných roztokoch má molekula proteínu náboj. Proteínový náboj vo vode sa môže meniť v závislosti od pH.

Zrážanie bielkovín. Proteíny majú hydratačný obal, náboj, ktorý zabraňuje ich zlepovaniu. Pre depozíciu je potrebné odstrániť hydratačný obal a nabiť.

1.Hydratácia. Proces hydratácie znamená viazanie vody na bielkoviny, ktoré vykazujú hydrofilné vlastnosti: napučiavajú, zväčšujú sa ich hmotnosť a objem. Opuch proteínu je sprevádzaný jeho čiastočným rozpustením. Hydrofilnosť jednotlivých proteínov závisí od ich štruktúry. Hydrofilné amidové (–CO–NH–, peptidová väzba), amínové (NH2) a karboxylové (COOH) skupiny prítomné v kompozícii a nachádzajúce sa na povrchu makromolekuly proteínu priťahujú molekuly vody a presne ich orientujú na povrch molekuly. . Obklopením proteínových guľôčok hydratačný (vodný) obal bráni stabilite proteínových roztokov. V izoelektrickom bode majú proteíny najmenšiu schopnosť viazať vodu, hydratačný obal okolo molekúl proteínu je zničený, takže sa spájajú a vytvárajú veľké agregáty. K agregácii proteínových molekúl dochádza aj pri ich dehydratácii pomocou určitých organických rozpúšťadiel, ako je etylalkohol. To vedie k vyzrážaniu proteínov. Pri zmene pH prostredia sa makromolekula proteínu nabije a zmení sa jej hydratačná kapacita.

Zrážkové reakcie sa delia na dva typy.

Vysolenie bielkovín: (NH 4)SO 4 - odstráni sa iba hydratačný obal, proteín si zachová všetky typy svojej štruktúry, všetky spojenia a zachová si svoje natívne vlastnosti. Takéto proteíny sa potom môžu znova rozpustiť a použiť.

Precipitácia so stratou vlastností natívneho proteínu je nevratný proces. Z proteínu sa odstráni hydratačný obal a náboj a narušia sa rôzne vlastnosti proteínu. Napríklad soli medi, ortuti, arzénu, železa, koncentrované anorganické kyseliny - HNO 3, H 2 SO 4, HCl, organické kyseliny, alkaloidy - taníny, jodid ortuťnatý. Pridanie organických rozpúšťadiel znižuje stupeň hydratácie a vedie k vyzrážaniu proteínov. Ako také rozpúšťadlo sa používa acetón. Proteíny sa tiež zrážajú pomocou solí, napríklad síranu amónneho. Princíp tejto metódy je založený na skutočnosti, že keď sa koncentrácia soli v roztoku zvýši, iónové atmosféry vytvorené protiiónmi proteínov sú stlačené, čo im pomáha priblížiť sa ku kritickej vzdialenosti, na ktorú sa priťahujú medzimolekulové sily van der Waalsa. prevážia Coulombove odpudzovacie sily protiiónov. To vedie k tomu, že sa proteínové častice zlepia a vyzrážajú sa.

Pri varení sa molekuly bielkovín začnú náhodne pohybovať, zrážajú sa, náboj sa odstráni a hydratačný obal sa zníži.

Na detekciu proteínov v roztoku sa používajú:

farebné reakcie;

zrážacie reakcie.

Spôsoby izolácie a čistenia proteínov.

homogenizácia- bunky sa rozomelú na homogénnu hmotu;

extrakcia proteínov vodnými alebo vodno-soľnými roztokmi;

1. vysolenie;

   elektroforéza;

   chromatografia: adsorpcia, štiepenie;

   ultracentrifugácia.

Štrukturálna organizácia proteínov.

Primárna štruktúra- určená sekvenciou aminokyselín v peptidovom reťazci, stabilizovaná kovalentnými peptidovými väzbami (inzulín, pepsín, chymotrypsín).

Sekundárna štruktúra- priestorová štruktúra bielkoviny. Toto je buď -spiral alebo -folding. Vznikajú vodíkové väzby.

Terciárna štruktúra- globulárne a fibrilárne proteíny. Stabilizovať vodíkové väzby, elektrostatické sily (COO-, NH3+), hydrofóbne sily, sulfidové mostíky, určené primárnou štruktúrou. Globulárne proteíny - všetky enzýmy, hemoglobín, myoglobín. Fibrilárne proteíny - kolagén, myozín, aktín.

Kvartérna štruktúra- prítomný len v niektorých bielkovinách. Takéto proteíny sú vytvorené z niekoľkých peptidov. Každý peptid má svoju vlastnú primárnu, sekundárnu a terciárnu štruktúru, nazývanú protoméry. Niekoľko protomérov sa spája a vytvára jednu molekulu. Jeden protomér nefunguje ako proteín, ale iba v spojení s inými protomérmi.

Príklad: hemoglobín = -globula + -globula - transportuje O 2 súhrnne a nie oddelene.

Proteín sa môže renaturovať. To si vyžaduje veľmi krátku expozíciu činiteľom.

6) Metódy detekcie proteínov.

Proteíny sú vysokomolekulárne biologické polyméry, ktorých štruktúrnymi (monomérnymi) jednotkami sú α-aminokyseliny. Aminokyseliny v proteínoch sú navzájom spojené peptidovými väzbami. ku vzniku ktorých dochádza v dôsledku karboxylovej skupiny umiestnenej na -atóm uhlíka jednej aminokyseliny a -amínová skupina inej aminokyseliny, čím sa uvoľní molekula vody. Monomérne jednotky proteínov sa nazývajú aminokyselinové zvyšky.

Peptidy, polypeptidy a proteíny sa líšia nielen množstvom, zložením, ale aj sekvenciou aminokyselinových zvyškov, fyzikálno-chemickými vlastnosťami a funkciami vykonávanými v tele. Molekulová hmotnosť proteínov sa pohybuje od 6 tisíc do 1 milióna alebo viac. Chemické a fyzikálne vlastnosti proteínov sú určené chemickou povahou a fyzikálno-chemickými vlastnosťami radikálov a aminokyselinových zvyškov, ktoré sú v nich obsiahnuté. Metódy na detekciu a kvantifikáciu proteínov v biologických objektoch a potravinových produktoch, ako aj na ich izoláciu z tkanív a biologických tekutín, sú založené na fyzikálnych a chemických vlastnostiach týchto zlúčenín.

Proteíny interagujú s určitými chemikáliami dať farebné zlúčeniny. K tvorbe týchto zlúčenín dochádza za účasti aminokyselinových radikálov, ich špecifických skupín alebo peptidových väzieb. Farebné reakcie umožňujú nastavenie prítomnosť proteínu v biologickom objekte alebo roztoku a dokázať prítomnosť určité aminokyseliny v molekule proteínu. Na základe farebných reakcií boli vyvinuté niektoré metódy na kvantitatívne stanovenie bielkovín a aminokyselín.

Považovaný za univerzálny biuretové a ninhydrínové reakcie, keďže ich poskytujú všetky bielkoviny. Xantoproteínová reakcia, Follova reakcia a iné sú špecifické, pretože sú spôsobené radikálnymi skupinami určitých aminokyselín v molekule proteínu.

Farebné reakcie umožňujú určiť prítomnosť proteínu v skúmanom materiáli a prítomnosť určitých aminokyselín v jeho molekulách.

Biuretová reakcia. Reakcia je spôsobená prítomnosťou v proteínoch, peptidoch, polypeptidoch peptidové väzby, ktoré v alkalickom prostredí tvoria s medené (II) ióny zafarbené komplexné zlúčeniny fialová (s červeným alebo modrým odtieňom) farba. Farba je spôsobená prítomnosťou najmenej dvoch skupín v molekule -CO-NH- spojené priamo navzájom alebo za účasti atómu uhlíka alebo dusíka.

Ióny medi (II) sú spojené dvoma iónovými väzbami so skupinami =C─O ˉ a štyrmi koordinačnými väzbami s atómami dusíka (=N―).

Intenzita farby závisí od množstva bielkovín v roztoku. To umožňuje túto reakciu použiť na kvantifikáciu proteínov. Farba farebných roztokov závisí od dĺžky polypeptidového reťazca. Bielkoviny dávajú modrofialovú farbu; produkty ich hydrolýzy (poly- a oligopeptidy) majú červenú alebo ružovú farbu. Biuretovú reakciu neprodukujú len proteíny, peptidy a polypeptidy, ale aj biuret (NH2-CO-NH-CO-NH2), oxamid (NH2-CO-CO-NH2) a histidín.

Komplexná zlúčenina medi (II) s peptidovými skupinami vytvorená v alkalickom prostredí má nasledujúcu štruktúru:

Ninhydrínová reakcia. Pri tejto reakcii poskytujú roztoky proteínov, polypeptidov, peptidov a voľných α-aminokyselín pri zahrievaní s ninhydrínom modrú, modrofialovú alebo ružovofialovú farbu. Farba pri tejto reakcii vzniká vďaka α-aminoskupine.

α-aminokyseliny veľmi ľahko reagujú s ninhydrínom. Spolu s nimi modrofialový Ruehmann tvoria aj proteíny, peptidy, primárne amíny, amoniak a niektoré ďalšie zlúčeniny. Sekundárne amíny, ako je prolín a hydroxyprolín, poskytujú žltú farbu.

Ninhydrínová reakcia sa široko používa na detekciu a kvantifikáciu aminokyselín.

Xantoproteínová reakcia. Táto reakcia poukazuje na prítomnosť zvyškov aromatických aminokyselín v proteínoch – tyrozín, fenylalanín, tryptofán. Je založená na nitrácii benzénového kruhu radikálov týchto aminokyselín za vzniku nitrozlúčenín, sfarbených do žlta (grécky „Xanthos“ - žltý). Pomocou tyrozínu ako príkladu možno túto reakciu opísať vo forme nasledujúcich rovníc.

V alkalickom prostredí tvoria nitroderiváty aminokyselín soli chinoidnej štruktúry, sfarbené do oranžova. Xantoproteínová reakcia je produkovaná benzénom a jeho homológmi, fenolom a inými aromatickými zlúčeninami.

Reakcie na aminokyseliny obsahujúce tiolovú skupinu v redukovanom alebo oxidovanom stave (cysteín, cystín).

Follova reakcia. Pri varení s alkáliou sa síra ľahko oddelí od cysteínu vo forme sírovodíka, ktorý v alkalickom prostredí tvorí sulfid sodný:

V tomto ohľade sú reakcie na stanovenie aminokyselín obsahujúcich tiol v roztoku rozdelené do dvoch stupňov:

Prechod síry z organického do anorganického stavu

Detekcia síry v roztoku

Na detekciu sulfidu sodného sa používa octan olovnatý, ktorý sa pri interakcii s hydroxidom sodným zmení na olovnicu:

Pb(CH 3 prevádzkový riaditeľ) 2 + 2NaOH Pb(ONa) 2 +2CH 3 COOH

V dôsledku interakcie iónov síry a olova vzniká čierny alebo hnedý sulfid olovnatý:

Na 2 S + Pb(ONa) 2 + 2 H 2 O PbS (čierne zvyšky) + 4NaOH

Na stanovenie aminokyselín obsahujúcich síru sa do testovacieho roztoku pridá rovnaký objem hydroxidu sodného a niekoľko kvapiek roztoku octanu olovnatého. Pri intenzívnom varení 3-5 minút kvapalina sčernie.

Prítomnosť cystínu môže byť stanovená pomocou tejto reakcie, pretože cystín sa ľahko redukuje na cysteín.

Reakcia Millona:

Ide o reakciu na aminokyselinu tyrozín.

Voľné fenolické hydroxyly molekúl tyrozínu pri interakcii so soľami poskytujú zlúčeniny ortuťovej soli nitroderivátu tyrozínu, sfarbené do ružovo-červena:

Pauliho reakcia na histidín a tyrozín . Pauliho reakcia umožňuje detegovať aminokyseliny histidín a tyrozín v proteíne, ktoré tvoria čerešňovo-červené komplexné zlúčeniny s kyselinou diazobenzénsulfónovou. Kyselina diazobenzénsulfónová vzniká pri diazotačnej reakcii, keď kyselina sulfanilová reaguje s dusitanom sodným v kyslom prostredí:

K testovanému roztoku sa pridá rovnaký objem kyslého roztoku kyseliny sulfanilovej (pripravenej s použitím kyseliny chlorovodíkovej) a dvojnásobný objem roztoku dusitanu sodného, ​​dôkladne sa premieša a ihneď sa pridá sóda (uhličitan sodný). Po premiešaní sa zmes zmení na čerešňovočervenú v prítomnosti histidínu alebo tyrozínu v testovacom roztoku.

Adamkiewicz-Hopkins-Kohl (Schultz-Raspail) reakcia na tryptofán (reakcia na indolovú skupinu). Tryptofán reaguje v kyslom prostredí s aldehydmi a vytvára farebné kondenzačné produkty. Reakcia nastáva v dôsledku interakcie indolového kruhu tryptofánu s aldehydom. Je známe, že formaldehyd sa tvorí z kyseliny glyoxylovej v prítomnosti kyseliny sírovej:

R
roztoky obsahujúce tryptofán v prítomnosti kyseliny glyoxylovej a sírovej dávajú červenofialové sfarbenie.

Kyselina glyoxylová je vždy prítomná v malých množstvách v ľadovej kyseline octovej. Reakcia sa preto môže uskutočniť s použitím kyseliny octovej. V tomto prípade sa do skúmaného roztoku pridá rovnaký objem ľadovej (koncentrovanej) kyseliny octovej a opatrne sa zahrieva, kým sa zrazenina nerozpustí. Po ochladení sa opatrne pridá objem koncentrovanej kyseliny sírovej, ktorý sa rovná pridanému objemu kyseliny glyoxylovej zmes pozdĺž steny (aby sa zabránilo zmiešaniu tekutín). Po 5-10 minútach sa na rozhraní medzi dvoma vrstvami pozoruje vytvorenie červenofialového prstenca. Ak vrstvy premiešate, obsah misky sa sfarbí rovnomerne do fialova.

TO

kondenzácia tryptofánu s formaldehydom:

Kondenzačný produkt sa oxiduje na bis-2-tryptofanylkarbinol, ktorý v prítomnosti minerálnych kyselín tvorí soli sfarbené do modrofialova:

7) Klasifikácia bielkovín. Metódy štúdia zloženia aminokyselín.

Dodnes neexistuje striktná nomenklatúra a klasifikácia proteínov. Názvy proteínov sa uvádzajú na základe náhodných charakteristík, najčastejšie s prihliadnutím na zdroj izolácie proteínu alebo s prihliadnutím na jeho rozpustnosť v určitých rozpúšťadlách, tvar molekuly atď.

Proteíny sú klasifikované podľa zloženia, tvaru častíc, rozpustnosti, zloženia aminokyselín, pôvodu atď.

1. Podľa zloženia Proteíny sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: jednoduché a komplexné proteíny.

Jednoduché bielkoviny zahŕňajú bielkoviny, ktoré po hydrolýze poskytujú iba aminokyseliny (proteinoidy, protamíny, históny, prolamíny, glutelíny, globulíny, albumíny). Príklady jednoduchých proteínov zahŕňajú hodvábny fibroín, vaječný sérový albumín, pepsín atď.

Komplexné (proteidy) zahŕňajú proteíny zložené z jednoduchého proteínu a ďalšej (protetickej) skupiny neproteínovej povahy. Skupina komplexných proteínov je rozdelená do niekoľkých podskupín v závislosti od povahy neproteínovej zložky:

Metaloproteíny obsahujúce kovy (Fe, Cu, Mg atď.) spojené priamo s polypeptidovým reťazcom;

Fosfoproteíny - obsahujú zvyšky kyseliny fosforečnej, ktoré sú pripojené k molekule proteínu esterovými väzbami v mieste hydroxylových skupín serínu a treonínu;

Glykoproteíny - ich prostetické skupiny sú sacharidy;

Chromoproteíny – pozostávajú z jednoduchého proteínu a s ním spojenej farebnej neproteínovej zlúčeniny, všetky chromoproteíny sú biologicky veľmi aktívne; môžu obsahovať deriváty porfyrínu, izoaloxazínu a karoténu ako prostetické skupiny;

Lipoproteíny - lipidy prostetickej skupiny - triglyceridy (tuky) a fosfatidy;

Nukleoproteíny sú proteíny pozostávajúce z jednoduchého proteínu a naň naviazanej nukleovej kyseliny. Tieto proteíny hrajú obrovskú úlohu v živote tela a bude o nich diskutované nižšie. Sú súčasťou akejkoľvek bunky, niektoré nukleoproteíny existujú v prírode vo forme špeciálnych častíc, ktoré majú patogénnu aktivitu (vírusy).

2. Podľa tvaru častíc- bielkoviny sa delia na fibrilárne (vláknité) a globulárne (sférické) (pozri str. 30).

3. Podľa rozpustnosti a vlastností zloženia aminokyselín Rozlišujú sa tieto skupiny jednoduchých proteínov:

Proteinoidy sú proteíny podporných tkanív (kosti, chrupavky, väzy, šľachy, vlasy, nechty, koža atď.). Ide najmä o fibrilárne proteíny s vysokou molekulovou hmotnosťou (> 150 000 Da), nerozpustné v bežných rozpúšťadlách: voda, soľ a zmesi voda-alkohol. Rozpúšťajú sa iba v špecifických rozpúšťadlách;

Protamíny (najjednoduchšie bielkoviny) sú bielkoviny, ktoré sú rozpustné vo vode a obsahujú 80-90% arginínu a obmedzenú sadu (6-8) ďalších aminokyselín, prítomných v mlieku rôznych rýb. Vďaka vysokému obsahu arginínu majú základné vlastnosti, ich molekulová hmotnosť je relatívne malá a je približne 4000-12000 Da. Sú proteínovou zložkou nukleoproteínov;

Históny sú vysoko rozpustné vo vode a zriedených roztokoch kyselín (0,1N), vyznačujú sa vysokým obsahom aminokyselín: arginínu, lyzínu a histidínu (najmenej 30%), a preto majú zásadité vlastnosti. Tieto proteíny sa nachádzajú vo významných množstvách v jadrách buniek ako súčasť nukleoproteínov a hrajú dôležitú úlohu v regulácii metabolizmu nukleových kyselín. Molekulová hmotnosť histónov je malá a rovná sa 11000-24000 Da;

Globulíny sú proteíny, ktoré sú nerozpustné vo vode a soľných roztokoch s koncentráciou soli viac ako 7%. Globulíny sa úplne vyzrážajú pri 50 % nasýtení roztoku síranom amónnym. Tieto proteíny sa vyznačujú vysokým obsahom glycínu (3,5 %) a ich molekulová hmotnosť je >100 000 Da. Globulíny – mierne kyslé alebo neutrálne proteíny (p1=6-7,3);

Albumíny sú proteíny, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode a silných soľných roztokoch a koncentrácia soli (NH 4) 2 S0 4 by nemala presiahnuť 50 % nasýtenia. Pri vyšších koncentráciách sa albumíny vysolia. V porovnaní s globulínmi tieto proteíny obsahujú trikrát menej glycínu a majú molekulovú hmotnosť 40 000 – 70 000 Da. Albumíny majú nadmerný negatívny náboj a kyslé vlastnosti (pl = 4,7) v dôsledku vysokého obsahu kyseliny glutámovej;

Prolamíny sú skupinou rastlinných bielkovín obsiahnutých v lepku obilnín. Sú rozpustné iba v 60-80% vodnom roztoku etylalkoholu. Prolamíny majú charakteristické zloženie aminokyselín: obsahujú veľa (20-50%) kyseliny glutámovej a prolínu (10-15%), a preto dostali svoje meno. Ich molekulová hmotnosť je viac ako 100 000 Da;

Glutelíny sú rastlinné bielkoviny nerozpustné vo vode, soľných roztokoch a etanole, ale rozpustné v zriedených (0,1N) roztokoch zásad a kyselín. Zložením aminokyselín a molekulovou hmotnosťou sú podobné prolamínom, ale obsahujú viac arginínu a menej prolínu.

Metódy štúdia zloženia aminokyselín

Pôsobením enzýmov v tráviacich šťavách sa bielkoviny rozkladajú na aminokyseliny. Boli urobené dva dôležité závery: 1) proteíny obsahujú aminokyseliny; 2) metódy hydrolýzy možno použiť na štúdium chemického, najmä aminokyselinového, zloženia proteínov.

Na štúdium aminokyselinového zloženia bielkovín sa využíva kombinácia kyslej (HCl), alkalickej [Ba(OH) 2 ] a menej často enzymatickej hydrolýzy alebo jednej z nich. Zistilo sa, že počas hydrolýzy čistého proteínu, ktorý neobsahuje nečistoty, sa uvoľňuje 20 rôznych α-aminokyselín. Všetky ostatné aminokyseliny objavené v tkanivách zvierat, rastlín a mikroorganizmov (viac ako 300) existujú v prírode vo voľnom stave alebo vo forme krátkych peptidov alebo komplexov s inými organickými látkami.

Prvým stupňom pri určovaní primárnej štruktúry proteínov je kvalitatívne a kvantitatívne posúdenie zloženia aminokyselín daného jednotlivého proteínu. Treba mať na pamäti, že na výskum potrebujete mať určité množstvo čistého proteínu, bez prímesí iných proteínov alebo peptidov.

Kyslá hydrolýza bielkovín

Na určenie zloženia aminokyselín je potrebné zničiť všetky peptidové väzby v proteíne. Analyzovaný proteín sa hydrolyzuje v 6 mol/l HC1 pri teplote asi 110 °C počas 24 hodín. Výsledkom tohto spracovania sú peptidové väzby v proteíne a v hydrolyzáte sú prítomné iba voľné aminokyseliny. Okrem toho sa glutamín a asparagín hydrolyzujú na kyselinu glutámovú a asparágovú (t.j. amidová väzba v radikále sa preruší a odštiepi sa z nich aminoskupina).

Separácia aminokyselín pomocou iónomeničovej chromatografie

Zmes aminokyselín získaná kyslou hydrolýzou proteínov sa separuje v kolóne s katexovou živicou. Takáto syntetická živica obsahuje na seba pevne naviazané negatívne nabité skupiny (napríklad zvyšky kyseliny sulfónovej -SO 3 -), na ktoré sú naviazané ióny Na + (obr. 1-4).

Do katexu sa v kyslom prostredí (pH 3,0) pridáva zmes aminokyselín, kde aminokyselinami sú najmä katióny, t.j. niesť kladný náboj. Pozitívne nabité aminokyseliny sa viažu na negatívne nabité častice živice. Čím väčší je celkový náboj aminokyseliny, tým silnejšia je jej väzba so živicou. Na katex sa teda najsilnejšie viažu aminokyseliny lyzín, arginín a histidín a najslabšie sa viažu kyseliny asparágová a glutámová.

Uvoľňovanie aminokyselín z kolóny sa uskutočňuje ich premytím (elúciou) tlmivým roztokom so zvyšujúcou sa iónovou silou (t. j. so zvyšujúcou sa koncentráciou NaCl) a pH. Keď sa pH zvyšuje, aminokyseliny strácajú protón, čo má za následok zníženie ich kladného náboja a následne aj sily väzby so záporne nabitými časticami živice.

Každá aminokyselina opúšťa kolónu pri špecifickom pH a iónovej sile. Zozbieraním roztoku (eluátu) v malých častiach zo spodného konca kolóny možno získať frakcie obsahujúce jednotlivé aminokyseliny.

(podrobnejšie o „hydrolýze“ pozri otázku č. 10)

8) Chemické väzby v štruktúre bielkovín.

9) Pojem hierarchia a štruktúrna organizácia proteínov. (pozri otázku č. 12)

10) Hydrolýza proteínov. Reakčná chémia (kroky, katalyzátory, činidlá, reakčné podmienky) - úplný popis hydrolýzy.

11) Chemické premeny bielkovín.

Denaturácia a renaturácia

Keď sa proteínové roztoky zahrejú na 60-80% alebo keď sú vystavené reagenciám, ktoré ničia nekovalentné väzby v proteínoch, terciárna (kvartérna) a sekundárna štruktúra proteínovej molekuly je vo väčšej alebo menšej miere zničená; forma náhodnej náhodnej cievky. Tento proces sa nazýva denaturácia. Denaturačnými činidlami môžu byť kyseliny, zásady, alkoholy, fenoly, močovina, guanidínchlorid atď. Podstatou ich pôsobenia je, že vytvárajú vodíkové väzby so skupinami =NH a =CO peptidového hlavného reťazca a s kyslými skupinami radikálov aminokyselín. nahradenie vlastných intramolekulárnych vodíkových väzieb v proteíne, v dôsledku čoho sa menia sekundárne a terciárne štruktúry. Počas denaturácie sa rozpustnosť proteínu znižuje, „koaguluje“ (napríklad pri varení kuracieho vajca) a stráca sa biologická aktivita proteínu. To je základ napríklad pre použitie vodného roztoku kyseliny karbolovej (fenolu) ako antiseptika. Za určitých podmienok pri pomalom ochladzovaní denaturovaného proteínového roztoku dochádza k renaturácii – obnoveniu pôvodnej (natívnej) konformácie. To potvrdzuje skutočnosť, že povaha skladania peptidového reťazca je určená primárnou štruktúrou.

Proces denaturácie jednotlivej molekuly proteínu, ktorý vedie k rozpadu jej „tuhej“ trojrozmernej štruktúry, sa niekedy nazýva tavenie molekuly. Takmer každá viditeľná zmena vonkajších podmienok, napríklad zahrievanie alebo výrazná zmena pH, vedie k postupnému narušeniu kvartérnych, terciárnych a sekundárnych štruktúr proteínu. Denaturáciu zvyčajne spôsobuje zvýšenie teploty, pôsobenie silných kyselín a zásad, solí ťažkých kovov, niektorých rozpúšťadiel (alkohol), žiarenia atď.

Denaturácia často vedie k procesu agregácie proteínových častíc na väčšie v koloidnom roztoku proteínových molekúl. Vizuálne to vyzerá napríklad ako tvorba „proteínov“ pri vyprážaní vajec.

Renaturácia je opačný proces denaturácie, pri ktorom sa proteíny vracajú do svojej prirodzenej štruktúry. Treba poznamenať, že nie všetky proteíny sú schopné renaturácie; Pre väčšinu bielkovín je denaturácia nezvratná. Ak pri denaturácii proteínov sú fyzikálno-chemické zmeny spojené s prechodom polypeptidového reťazca z tesne zbaleného (usporiadaného) stavu do neusporiadaného, ​​potom sa pri renaturácii prejavuje schopnosť proteínov samoorganizovať sa, ktorej dráha je vopred určený sekvenciou aminokyselín v polypeptidovom reťazci, teda jeho primárnou štruktúrou, určenou dedičnou informáciou . V živých bunkách je táto informácia pravdepodobne kľúčová pre transformáciu neusporiadaného polypeptidového reťazca počas alebo po jeho biosyntéze na ribozóme do štruktúry molekuly natívneho proteínu. Keď sa molekuly dvojvláknovej DNA zahrejú na teplotu asi 100 °C, vodíkové väzby medzi bázami sa prerušia a komplementárne vlákna sa oddelia – DNA denaturuje. Pri pomalom ochladzovaní sa však komplementárne reťazce môžu opäť spojiť do pravidelnej dvojitej špirály. Táto schopnosť DNA renaturovať sa využíva na výrobu umelých hybridných molekúl DNA.

Prirodzené proteínové telá sú vybavené špecifickou, prísne špecifikovanou priestorovou konfiguráciou a majú množstvo charakteristických fyzikálno-chemických a biologických vlastností pri fyziologických teplotách a hodnotách pH. Pod vplyvom rôznych fyzikálnych a chemických faktorov sa proteíny podrobujú koagulácii a zrážaniu, čím strácajú svoje prirodzené vlastnosti. Denaturácia by sa teda mala chápať ako porušenie všeobecného plánu jedinečnej štruktúry molekuly natívneho proteínu, najmä jeho terciárnej štruktúry, čo vedie k strate jeho charakteristických vlastností (rozpustnosť, elektroforetická pohyblivosť, biologická aktivita atď.). Väčšina bielkovín denaturuje, keď sa ich roztoky zahrejú nad 50–60 °C.

Vonkajšie prejavy denaturácie sú redukované na stratu rozpustnosti, najmä v izoelektrickom bode, zvýšenie viskozity proteínových roztokov, zvýšenie počtu voľných funkčných SH skupín a zmenu charakteru röntgenového rozptylu. Najcharakteristickejším znakom denaturácie je prudký pokles alebo úplná strata biologickej aktivity proteínu (katalytickej, antigénnej alebo hormonálnej). Denaturácia bielkovín spôsobená 8M močovinou alebo iným činidlom primárne ničí nekovalentné väzby (najmä hydrofóbne interakcie a vodíkové väzby). Disulfidové väzby sa lámu v prítomnosti redukčného činidla merkaptoetanolu, zatiaľ čo samotné peptidové väzby polypeptidového reťazca nie sú ovplyvnené. Za týchto podmienok sa rozvinú guľôčky natívnych proteínových molekúl a vytvárajú sa náhodné a neusporiadané štruktúry (obr.

Denaturácia molekuly proteínu (schéma).

a - počiatočný stav; b - začiatok reverzibilného narušenia molekulárnej štruktúry; c - ireverzibilné rozvinutie polypeptidového reťazca.

Denaturácia a renaturácia ribonukleázy (podľa Anfinsena).

a - nasadenie (močovina + merkaptoetanol); b - opätovné skladanie.

1. Hydrolýza bielkovín: H+

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

│ │ ‌‌│ │

Aminokyselina 1 aminokyselina 2

2. Zrážanie bielkovín:

a) reverzibilné

Proteín v roztoku ↔ proteínová zrazenina. Vyskytuje sa pod vplyvom roztokov solí Na+, K+

b) nevratné (denaturácia)

Pri denaturácii vplyvom vonkajších faktorov (teplota; mechanické pôsobenie - tlak, trenie, trasenie, ultrazvuk; pôsobenie chemických činidiel - kyseliny, zásady a pod.) dochádza k zmene sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr proteínu. makromolekula, teda jej natívna priestorová štruktúra. Primárna štruktúra a následne chemické zloženie proteínu sa nemení.

Počas denaturácie sa menia fyzikálne vlastnosti bielkovín: znižuje sa rozpustnosť a stráca sa biologická aktivita. Súčasne sa zvyšuje aktivita určitých chemických skupín, uľahčuje sa účinok proteolytických enzýmov na proteíny, a preto sa ľahšie hydrolyzujú.

Napríklad albumín - vaječný bielok - sa pri teplote 60-70° vyzráža z roztoku (zráža sa), stráca schopnosť rozpúšťať sa vo vode.

Schéma procesu denaturácie bielkovín (deštrukcia terciárnych a sekundárnych štruktúr molekúl bielkovín)

3. Spaľovanie bielkovín

Bielkoviny spaľujú za vzniku dusíka, oxidu uhličitého, vody a niektorých ďalších látok. Horenie sprevádza charakteristický zápach spáleného peria

4. Farebné (kvalitatívne) reakcie na bielkoviny:

a) xantoproteínová reakcia (na aminokyselinové zvyšky obsahujúce benzénové kruhy):

Proteín + HNO3 (konc.) → žltá farba

b) biuretová reakcia (na peptidové väzby):

Proteín + CuSO4 (sat) + NaOH (konc) → svetlofialová farba

c) cysteínová reakcia (na aminokyselinové zvyšky obsahujúce síru):

Proteín + NaOH + Pb(CH3COO)2 → Čierna farba

Proteíny sú základom všetkého života na Zemi a plnia v organizmoch rôzne funkcie.

Vysolenie bielkovín

Vysolovanie je proces izolácie proteínov z vodných roztokov neutrálnymi roztokmi koncentrovaných solí alkalických kovov a kovov alkalických zemín. Keď sa do proteínového roztoku pridajú veľké koncentrácie solí, proteínové častice sa dehydratujú a náboj sa odstráni a proteíny sa vyzrážajú. Stupeň precipitácie proteínu závisí od iónovej sily roztoku zrážadla, veľkosti častíc molekuly proteínu, veľkosti jej náboja a hydrofilnosti. Rôzne proteíny sa vyzrážajú pri rôznych koncentráciách solí. Preto sa v sedimentoch získaných postupným zvyšovaním koncentrácie soli jednotlivé proteíny nachádzajú v rôznych frakciách. Vysolenie bielkovín je reverzibilný proces a po odstránení soli získa proteín späť svoje prirodzené vlastnosti. Preto sa vysolovanie používa v klinickej praxi na separáciu proteínov krvného séra, ako aj na izoláciu a čistenie rôznych proteínov.

Pridané anióny a katióny ničia hydratovaný proteínový obal proteínov, čo je jeden z faktorov stability proteínových roztokov. Najčastejšie používané roztoky sú Na a síran amónny. Mnohé proteíny sa líšia veľkosťou svojho hydratačného obalu a množstvom náboja, ktorý majú. Každý proteín má svoju zónu solenia. Po odstránení vysolovacieho činidla si proteín zachová svoju biologickú aktivitu a fyzikálno-chemické vlastnosti. V klinickej praxi sa metóda vysolovania používa na separáciu globulínov (pri pridaní 50% roztoku síranu amónneho (NH4)2SO4 sa vytvorí zrazenina) a albumínov (pri pridaní 100% roztoku síranu amónneho (NH4) sa vytvorí zrazenina) pridá sa 2SO4).

Množstvo vysolenia je ovplyvnené:

1) povaha a koncentrácia soli;

2) pH prostredia;

3) teplota.

Hlavnú úlohu hrá valencia iónov.

12) Vlastnosti organizácie primárnej, sekundárnej, terciárnej štruktúry proteínu.

V súčasnosti bola experimentálne dokázaná existencia štyroch úrovní štruktúrnej organizácie proteínovej molekuly: primárna, sekundárna, terciárna a kvartérna štruktúra.

§ 9. FYZIKÁLNE A CHEMICKÉ VLASTNOSTI PROTEÍNOV

Proteíny sú veľmi veľké molekuly, čo sa týka veľkosti, môžu byť na druhom mieste za jednotlivými zástupcami nukleových kyselín a polysacharidov. Tabuľka 4 ukazuje molekulárne charakteristiky niektorých proteínov.

Tabuľka 4

Molekulové charakteristiky niektorých proteínov

	Relatívna molekulová hmotnosť	Počet okruhov	Počet aminokyselinových zvyškov
Ribonukleáza
myoglobín
Chymotrypsín
Hemoglobín
Glutamátdehydrogenáza

Proteínové molekuly môžu obsahovať veľmi odlišný počet aminokyselinových zvyškov - od 50 do niekoľko tisíc; relatívne molekulové hmotnosti proteínov sa tiež veľmi líšia – od niekoľkých tisíc (inzulín, ribonukleáza) po milión (glutamátdehydrogenáza) alebo viac. Počet polypeptidových reťazcov v proteínoch sa môže pohybovať od jedného do niekoľkých desiatok a dokonca tisícov. Proteín vírusu tabakovej mozaiky teda obsahuje 2120 protomérov.

Keď poznáte relatívnu molekulovú hmotnosť proteínu, môžete približne odhadnúť, koľko aminokyselinových zvyškov je zahrnutých v jeho zložení. Priemerná relatívna molekulová hmotnosť aminokyselín tvoriacich polypeptidový reťazec je 128. Keď sa vytvorí peptidová väzba, molekula vody je eliminovaná, preto priemerná relatívna hmotnosť aminokyselinového zvyšku bude 128 - 18 = 110. Dá sa vypočítať, že proteín s relatívnou molekulovou hmotnosťou 100 000 bude pozostávať z približne 909 aminokyselinových zvyškov.

Elektrické vlastnosti proteínových molekúl

Elektrické vlastnosti proteínov sú určené prítomnosťou pozitívne a negatívne nabitých zvyškov aminokyselín na ich povrchu. Prítomnosť nabitých proteínových skupín určuje celkový náboj proteínovej molekuly. Ak v proteínoch prevládajú negatívne nabité aminokyseliny, potom ich molekula v neutrálnom roztoku bude mať negatívny náboj, ak prevládajú pozitívne nabité, molekula bude mať kladný náboj. Celkový náboj molekuly proteínu závisí aj od kyslosti (pH) média. So zvýšením koncentrácie vodíkových iónov (zvýšenie kyslosti) sa potláča disociácia karboxylových skupín:

a súčasne sa zvyšuje počet protónovaných aminoskupín;

So zvyšujúcou sa kyslosťou média sa teda znižuje počet negatívne nabitých skupín na povrchu molekuly proteínu a zvyšuje sa počet pozitívne nabitých skupín. Úplne iný obraz je pozorovaný pri znížení koncentrácie vodíkových iónov a zvýšení koncentrácie hydroxidových iónov. Počet disociovaných karboxylových skupín sa zvyšuje

a počet protónovaných aminoskupín klesá

Takže zmenou kyslosti média môžete zmeniť náboj molekuly proteínu. So zvýšením kyslosti prostredia v molekule proteínu sa počet negatívne nabitých skupín znižuje a počet pozitívne nabitých sa zvyšuje, molekula postupne stráca svoj negatívny náboj a získava pozitívny náboj. Keď sa kyslosť roztoku zníži, pozoruje sa opačný obraz. Je zrejmé, že pri určitých hodnotách pH bude molekula elektricky neutrálna, t.j. počet kladne nabitých skupín sa bude rovnať počtu záporne nabitých skupín a celkový náboj molekuly bude nulový (obr. 14).

Hodnota pH, pri ktorej je celkový náboj proteínu nulový, sa nazýva izoelektrický bod a označuje sapI.

Ryža. 14. V stave izoelektrického bodu je celkový náboj molekuly proteínu nulový

Izoelektrický bod pre väčšinu proteínov je v rozsahu pH od 4,5 do 6,5. Existujú však aj výnimky. Nižšie sú uvedené izoelektrické body niektorých proteínov:

Pri hodnotách pH pod izoelektrickým bodom nesie proteín celkový kladný náboj nad ním, nesie celkový záporný náboj.

V izoelektrickom bode je rozpustnosť proteínu minimálna, keďže jeho molekuly sú v tomto stave elektricky neutrálne a nie sú medzi nimi vzájomné odpudivé sily, takže sa môžu „zlepiť“ vďaka vodíkovým a iónovým väzbám, hydrofóbnym interakciám a van der Waalsove sily. Pri hodnotách pH odlišných od pI budú mať molekuly proteínu rovnaký náboj - buď pozitívny alebo negatívny. V dôsledku toho budú medzi molekulami existovať elektrostatické odpudzujúce sily, ktoré im zabránia zlepiť sa a rozpustnosť bude vyššia.

Rozpustnosť bielkovín

Proteíny sú rozpustné a nerozpustné vo vode. Rozpustnosť proteínov závisí od ich štruktúry, hodnoty pH, soľného zloženia roztoku, teploty a ďalších faktorov a je určená povahou tých skupín, ktoré sa nachádzajú na povrchu molekuly proteínu. Medzi nerozpustné bielkoviny patrí keratín (vlasy, nechty, perie), kolagén (šľacha), fibroín (klik, pavučina). Mnoho iných proteínov je rozpustných vo vode. Rozpustnosť je určená prítomnosťou nabitých a polárnych skupín na ich povrchu (-COO -, -NH 3 +, -OH atď.). Nabité a polárne skupiny bielkovín priťahujú molekuly vody a okolo nich sa vytvára hydratačný obal (obr. 15), ktorého existencia určuje ich rozpustnosť vo vode.

Ryža. 15. Tvorba hydratačného obalu okolo molekuly proteínu.

Rozpustnosť bielkovín je ovplyvnená prítomnosťou neutrálnych solí (Na 2 SO 4, (NH 4) 2 SO 4 atď.) v roztoku. Pri nízkych koncentráciách solí sa zvyšuje rozpustnosť proteínov (obr. 16), keďže za takýchto podmienok sa zvyšuje stupeň disociácie polárnych skupín a nabité skupiny proteínových molekúl sú tienené, čím sa znižuje interakcia proteín-proteín, čo podporuje tvorbu agregátov a proteínov. zrážok. Pri vysokých koncentráciách solí klesá rozpustnosť bielkovín (obr. 16) v dôsledku deštrukcie hydratačného obalu, čo vedie k agregácii molekúl bielkovín.

Ryža. 16. Závislosť rozpustnosti bielkovín od koncentrácie soli

Existujú bielkoviny, ktoré sa rozpúšťajú len v soľných roztokoch a nerozpúšťajú sa v čistej vode, takéto bielkoviny sa nazývajú globulíny. Existujú aj iné proteíny - albumíny, na rozdiel od globulínov sú vysoko rozpustné v čistej vode.
Rozpustnosť bielkovín závisí aj od pH roztokov. Ako sme už uviedli, proteíny majú minimálnu rozpustnosť v izoelektrickom bode, čo sa vysvetľuje absenciou elektrostatického odpudzovania medzi molekulami proteínov.
Za určitých podmienok môžu proteíny vytvárať gély. Keď sa vytvorí gél, molekuly proteínu vytvoria hustú sieť, ktorej vnútorný priestor je vyplnený rozpúšťadlom. Gély sú tvorené napríklad želatínou (táto bielkovina sa používa na výrobu želé) a mliečnymi bielkovinami pri výrobe zrazeného mlieka.
Teplota tiež ovplyvňuje rozpustnosť bielkovín. Pri vystavení vysokým teplotám sa mnohé proteíny vyzrážajú v dôsledku narušenia ich štruktúry, ale o tom si povieme podrobnejšie v ďalšej časti.

Denaturácia bielkovín

Uvažujme o fenoméne, ktorý je nám dobre známy. Keď sa vaječný bielok zohreje, postupne sa zakalí a následne vytvorí tuhý tvaroh. Zrazený vaječný bielok – vaječný albumín – sa po vychladnutí ukáže ako nerozpustný, kým pred zahriatím bol bielok dobre rozpustný vo vode. Rovnaké javy sa vyskytujú, keď sú takmer všetky globulárne proteíny zahrievané. Zmeny, ku ktorým dochádza pri zahrievaní, sú tzv denaturácia. Bielkoviny v prirodzenom stave sú tzv natívny proteíny a po denaturácii - denaturovaný.
Pri denaturácii dochádza k narušeniu natívnej konformácie proteínov v dôsledku pretrhnutia slabých väzieb (iónové, vodíkové, hydrofóbne interakcie). V dôsledku tohto procesu môžu byť zničené kvartérne, terciárne a sekundárne štruktúry proteínu. Primárna štruktúra je zachovaná (obr. 17).

Ryža. 17. Denaturácia bielkovín

Počas denaturácie sa na povrchu objavia hydrofóbne aminokyselinové radikály nachádzajúce sa hlboko v molekule v natívnych proteínoch, čo má za následok podmienky pre agregáciu. Agregáty proteínových molekúl sa vyzrážajú. Denaturácia je sprevádzaná stratou biologickej funkcie proteínu.

Denaturácia bielkovín môže byť spôsobená nielen zvýšenou teplotou, ale aj inými faktormi. Kyseliny a zásady môžu spôsobiť denaturáciu bielkovín: v dôsledku ich pôsobenia sa ionogénne skupiny znovu nabijú, čo vedie k prerušeniu iónových a vodíkových väzieb. Močovina ničí vodíkové väzby, čo vedie k tomu, že proteíny strácajú svoju prirodzenú štruktúru. Denaturačnými činidlami sú organické rozpúšťadlá a ióny ťažkých kovov: organické rozpúšťadlá ničia hydrofóbne väzby a ióny ťažkých kovov tvoria nerozpustné komplexy s proteínmi.

Spolu s denaturáciou existuje aj opačný proces - renaturácia. Po odstránení denaturačného faktora je možné obnoviť pôvodnú natívnu štruktúru. Napríklad, keď sa roztok pomaly ochladí na teplotu miestnosti, obnoví sa prirodzená štruktúra a biologická funkcia trypsínu.

Proteíny môžu tiež denaturovať v bunke počas bežných životných procesov. Je zrejmé, že strata prirodzenej štruktúry a funkcie proteínov je mimoriadne nežiaduca udalosť. V tejto súvislosti stojí za zmienku špeciálne proteíny - družiny. Tieto proteíny sú schopné rozpoznať čiastočne denaturované proteíny a väzbou na ne obnoviť ich natívnu konformáciu. Chaperóny tiež rozpoznávajú proteíny, ktoré pokročili v denaturácii a transportujú ich do lyzozómov, kde sa štiepia (degradujú). Chaperóny tiež hrajú dôležitú úlohu pri tvorbe terciárnych a kvartérnych štruktúr počas syntézy bielkovín.

Zaujímavé vedieť! V súčasnosti sa často spomína choroba ako je choroba šialených kráv. Toto ochorenie je spôsobené priónmi. Môžu spôsobiť ďalšie ochorenia neurodegeneratívneho charakteru u zvierat a ľudí. Prióny sú infekčné agens proteínovej povahy. Prión vstupujúci do bunky spôsobuje zmenu v konformácii svojho bunkového náprotivku, ktorý sa sám stáva priónom. Takto vzniká choroba. Priónový proteín sa líši od bunkového proteínu svojou sekundárnou štruktúrou. Priónová forma proteínu má hlavneb- skladaná štruktúra a bunková -a- špirála.

Proteíny sú biopolyméry, ktorých monoméry sú zvyšky alfa aminokyselín navzájom spojené peptidovými väzbami. Aminokyselinová sekvencia každého proteínu je v živých organizmoch zakódovaná pomocou genetického kódu, na základe ktorého nastáva biosyntéza molekúl proteínu. Na stavbe bielkovín sa podieľa 20 aminokyselín.

Rozlišujú sa tieto typy štruktúry proteínových molekúl:

1. Primárny. Predstavuje aminokyselinovú sekvenciu v lineárnom reťazci.
2. Sekundárne. Ide o kompaktnejšie usporiadanie polypeptidových reťazcov využívajúce tvorbu vodíkových väzieb medzi peptidovými skupinami. Existujú dva varianty sekundárnej štruktúry – alfa helix a beta fold.
3. treťohorný. Ide o usporiadanie polypeptidového reťazca do globule. V tomto prípade sa vytvárajú vodíkové a disulfidové väzby a stabilizácia molekuly je realizovaná hydrofóbnymi a iónovými interakciami aminokyselinových zvyškov.
4. Kvartér. Proteín pozostáva z niekoľkých polypeptidových reťazcov, ktoré navzájom interagujú prostredníctvom nekovalentných väzieb.

Aminokyseliny spojené v určitej sekvencii tak tvoria polypeptidový reťazec, ktorého jednotlivé časti sa stočia do špirály alebo tvoria záhyby. Takéto prvky sekundárnych štruktúr tvoria globule, ktoré tvoria terciárnu štruktúru proteínu. Jednotlivé globuly sa navzájom ovplyvňujú a vytvárajú komplexné proteínové komplexy s kvartérnou štruktúrou.

Klasifikácia bielkovín

Existuje niekoľko kritérií, podľa ktorých môžu byť proteínové zlúčeniny klasifikované. Na základe zloženia sa rozlišujú jednoduché a zložité proteíny. Komplexné bielkovinové látky obsahujú neaminokyselinové skupiny, ktorých chemická podstata môže byť rôzna. V závislosti od toho rozlišujú:

• glykoproteíny;
• lipoproteíny;
• nukleoproteíny;
• metaloproteíny;
• fosfoproteíny;
• chromoproteíny.

Existuje aj klasifikácia podľa všeobecného typu štruktúry:

• fibrilárne;
• guľovitý;
• membrána

Proteíny sú jednoduché (jednozložkové) proteíny pozostávajúce len zo zvyškov aminokyselín. V závislosti od ich rozpustnosti sa delia do nasledujúcich skupín:

Názov proteínu	Rozpustnosť	Príklady
Prolamíny	Mierne rozpustný vo vode, dobre rozpustný v 70-80% etanole. Obsahuje veľké množstvo arginínu.	Proteíny sú charakteristické pre semená obilnín (hordeín sa nachádza v jačmeni, zeín v kukurici).
Históny	Rozpúšťa sa v slabej kyseline chlorovodíkovej.	Sú prítomné v chromatíne, ktorý tvorí chromozómy.
Skleroproteíny (protenoidy)	Nerozpustný vo vode, soľných kvapalinách, zriedených kyselinách a zásadách.	Obsiahnuté v podporných tkanivách (kosti, vlasy, chrupavky, šľachy). Obsahuje veľa prolínu, alanínu, glycínu.
albumín	Rozpúšťa sa vo vode a soľných roztokoch.	Laktoalbumín je mliečna bielkovina, séroalbumín je krvné sérum.
Globulíny	Dobre sa rozpúšťajú v roztokoch soli s nízkou koncentráciou.	Sú súčasťou strukovín a olejnatých rastlín (phaseolín - semená fazule, strukovina - semená hrachu atď.).
Protamíny	Rozpúšťa sa v kyselinách.	V značnom množstve sa nachádzajú v zárodočných bunkách ľudí a zvierat. Napríklad v spermiách rýb (salmin - rodina lososov).
Glutelíny	Rozpustný v zásadách.	Obsiahnuté v rastlinách: plody a zelené časti. Gliadín z pšeničného zrna tvorí spolu s glutenínom lepok, vďaka ktorému sa cesto stáva elastickým.[ЗМ1]

Takáto klasifikácia nie je úplne presná, pretože podľa nedávnych výskumov sú mnohé jednoduché proteíny spojené s minimálnym množstvom neproteínových zlúčenín. Niektoré proteíny teda obsahujú pigmenty, uhľohydráty a niekedy aj lipidy, čo z nich robí skôr komplexné proteínové molekuly.

Fyzikálno-chemické vlastnosti bielkovín

Fyzikálno-chemické vlastnosti proteínov sú určené zložením a množstvom aminokyselinových zvyškov obsiahnutých v ich molekulách. Molekulové hmotnosti polypeptidov sa značne líšia: od niekoľkých tisíc až po milión alebo viac. Chemické vlastnosti proteínových molekúl sú rôzne, vrátane amfoterity, rozpustnosti a schopnosti denaturovať.

Amfoterita

Pretože proteíny obsahujú kyslé aj zásadité aminokyseliny, molekula bude vždy obsahovať voľné kyslé a voľné zásadité skupiny (COO- a NH3+). Náboj je určený pomerom skupín zásaditých a kyslých aminokyselín. Z tohto dôvodu sú proteíny nabité „+“, ak sa pH zníži, a naopak, „-“, ak sa pH zvýši. V prípade, že pH zodpovedá izoelektrickému bodu, molekula proteínu bude mať nulový náboj. Amfoterita je dôležitá pre biologické funkcie, jednou z nich je udržiavanie hladiny pH krvi.

Rozpustnosť

Klasifikácia proteínov podľa ich rozpustnosti už bola uvedená vyššie. Rozpustnosť proteínových látok vo vode sa vysvetľuje dvoma faktormi:

• nabíjanie a vzájomné odpudzovanie proteínových molekúl;
• tvorba hydratačného obalu okolo proteínu - dipóly vody interagujú s nabitými skupinami na vonkajšej časti globule.

Denaturácia

Fyzikálno-chemická vlastnosť denaturácie je proces deštrukcie sekundárnej, terciárnej štruktúry molekuly proteínu pod vplyvom množstva faktorov: teploty, pôsobenia alkoholov, solí ťažkých kovov, kyselín a iných chemických činidiel.

Dôležité! Pri denaturácii sa primárna štruktúra nezničí.

Chemické vlastnosti bielkovín, kvalitatívne reakcie, reakčné rovnice

Chemické vlastnosti proteínov možno zvážiť na príklade reakcií na ich kvalitatívnu detekciu. Kvalitatívne reakcie umožňujú určiť prítomnosť peptidovej skupiny v zlúčenine:

1. Xantoproteín. Keď je proteín vystavený vysokým koncentráciám kyseliny dusičnej, vytvorí sa zrazenina, ktorá po zahriatí zožltne.

2. Biuret. Keď je slabo alkalický proteínový roztok vystavený síranu meďnatému, vytvoria sa komplexné zlúčeniny medzi iónmi medi a polypeptidmi, čo je sprevádzané tým, že sa roztok zmení na fialovomodrý. Reakcia sa používa v klinickej praxi na stanovenie koncentrácie proteínu v krvnom sére a iných biologických tekutinách.

Ďalšou dôležitou chemickou vlastnosťou je detekcia síry v proteínových zlúčeninách. Na tento účel sa alkalický proteínový roztok zahrieva so soľami olova. Vznikne čierna zrazenina obsahujúca sulfid olovnatý.

Biologický význam bielkovín

Vďaka svojim fyzikálnym a chemickým vlastnostiam vykonávajú proteíny veľké množstvo biologických funkcií, medzi ktoré patria:

• katalytické (bielkovinové enzýmy);
• transport (hemoglobín);
• štrukturálne (keratín, elastín);
• kontraktilné (aktín, myozín);
• ochranné (imunoglobulíny);
• signalizácia (receptorové molekuly);
• hormonálne (inzulín);
• energie.

Proteíny sú pre ľudský organizmus dôležité, pretože sa podieľajú na tvorbe buniek, zabezpečujú svalovú kontrakciu u zvierat a transportujú veľa chemických zlúčenín spolu s krvným sérom. Okrem toho sú proteínové molekuly zdrojom esenciálnych aminokyselín a plnia ochrannú funkciu, podieľajú sa na tvorbe protilátok a tvorbe imunity.

TOP 10 málo známych faktov o bielkovinách

1. Proteíny sa začali skúmať v roku 1728, keď Talian Jacopo Bartolomeo Beccari izoloval proteín z múky.
2. Rekombinantné proteíny sú teraz široko používané. Sú syntetizované modifikáciou genómu baktérií. Týmto spôsobom sa získava najmä inzulín, rastové faktory a iné proteínové zlúčeniny, ktoré sa využívajú v medicíne.
3. V antarktických rybách boli objavené proteínové molekuly, ktoré zabraňujú zamrznutiu krvi.
4. Resilínový proteín je ideálne elastický a je základom pre upevňovacie body krídel hmyzu.
5. Telo má jedinečné chaperónové proteíny, ktoré sú schopné obnoviť správnu natívnu terciárnu alebo kvartérnu štruktúru iných proteínových zlúčenín.
6. V bunkovom jadre sú históny - proteíny, ktoré sa podieľajú na zhutňovaní chromatínu.
7. Molekulárna povaha protilátok - špeciálnych ochranných proteínov (imunoglobulínov) - sa začala aktívne študovať v roku 1937. Tiselius a Kabat použili elektroforézu a dokázali, že u imunizovaných zvierat bola zvýšená gama frakcia a po absorpcii séra provokujúcim antigénom sa distribúcia proteínov medzi frakciami vrátila do obrazu intaktného zvieraťa.
8. Vaječný bielok je pozoruhodným príkladom implementácie rezervnej funkcie proteínovými molekulami.
9. V molekule kolagénu je každý tretí aminokyselinový zvyšok tvorený glycínom.
10. V zložení glykoproteínov je 15-20% sacharidov a v zložení proteoglykánov je ich podiel 80-85%.

Záver

Proteíny sú najzložitejšie zlúčeniny, bez ktorých je ťažké si predstaviť život akéhokoľvek organizmu. Bolo identifikovaných viac ako 5 000 molekúl proteínov, ale každý jedinec má svoju vlastnú sadu proteínov a to ho odlišuje od ostatných jedincov svojho druhu.

Najdôležitejšie chemické a fyzikálne vlastnosti bielkovín aktualizované: 21. marca 2019 používateľom: Vedecké články.Ru

Účel lekcie: tvoria predstavu o proteíne, jeho štruktúre, fyzikálnych a chemických vlastnostiach.

Počas vyučovania

I. Organizačný moment

II. Aktualizácia vedomostí

(Žiadame, aby si vopred preštudovali tému „Aminokyseliny“.)

Dvaja študenti pracujú pri tabuli.

Cvičenie 1. Napíšte vzorce pre kyselinu 2-aminopropánovú (alanín) a kyselinu 3-metyl-2-aminobutánovú (valín). Aké ďalšie názvy môžete pre tieto kyseliny navrhnúť?

Úloha 2. Napíšte vzorec pre kyselinu 2-aminoetánovú. Aké ďalšie názvy pre túto kyselinu poznáte? Z dvoch zvyškov tejto kyseliny poskladajte dipeptid. Označte umiestnenie peptidovej väzby.

Frontálny rozhovor.

– Ktoré dve funkčné skupiny sú zahrnuté v aminokyselinách?
– Čo sú aminokyseliny z hľadiska acidobázických vlastností? Vďaka akým funkčným skupinám sú tieto vlastnosti realizované?
– Uveďte pojem peptidovej väzby.
– Môžu aminokyseliny vytvárať vodíkové väzby? Kvôli akým skupinám atómov?
– Aké látky sa nazývajú polyméry? Uveďte príklady polymérov, ktoré poznáte.

III. Vyhlásenie kognitívnej úlohy

Žiaci pracujúci pri tabuli referujú o splnenej úlohe.

Tabuľa zobrazuje dipeptid pozostávajúci z dvoch glycínových zvyškov a zobrazuje vzorce dvoch aminokyselín: alanínu a valínu.

Môže byť dipeptid vytvorený z aminokyselín rôzneho zloženia? (Snímka 1.) Ak chcete odpovedať na túto otázku, pozrite sa na umiestnenie peptidovej väzby v dipeptide.

Odpoveď. Aminoskupina jednej aminokyseliny a karboxylová skupina inej aminokyseliny sa podieľajú na tvorbe peptidovej väzby; vedľajšie radikály aminokyselín sa nezúčastňujú na tvorbe dipeptidu.

Je možné do tejto látky ďalej pridávať aminokyseliny? Svoju odpoveď zdôvodnite.

Odpoveď. Pripojiť sa je možné, pretože Dipeptidová molekula má voľnú karboxylovú skupinu (C-koniec) a aminoskupinu (N-koniec). Reťaz môže rásť na oboch stranách (snímka 2).

Koľko možností pripojenia môžete ponúknuť?

Odpoveď. Dva. Keď je aminokyselina glycín na prvom mieste a keď je aminokyselina glycín na druhom mieste (snímka 3).

Odpoveď. Proteíny sú lineárne biologické polyméry pozostávajúce z a-aminokyselín.

Napíšte túto definíciu do svojich pracovných listov.

Tu sú dva polypeptidové reťazce. Ktorý peptid môže byť súčasťou proteínu a prečo? (Snímka 4.)

Odpoveď. Prvý, pretože ho tvoria -aminokyseliny.

Aké väzby tvoria primárnu štruktúru proteínu?

Odpoveď. Primárnu štruktúru tvoria peptidové väzby.

Zaznamenajte si to do tabuľky v pracovnom liste.

Ale proteín je oveľa zložitejšia makromolekula ako lineárny polypeptidový reťazec. Okrem primárnej štruktúry proteínu je potrebné zvážiť sekundárne, terciárne a v niektorých prípadoch aj kvartérne štruktúry. Vodíkové väzby hrajú obrovskú úlohu pri tvorbe sekundárnej štruktúry proteínov. Vodíkové väzby sú tvorené elektronegatívnymi atómami (kyslík, dusík atď.), s jedným z nich je viazaný atóm vodíka a všetky tri atómy sú na rovnakej priamke.

Niektoré proteíny tvoria kvartérnu štruktúru, a to aj vďaka vodíkovým väzbám, hydrofilno-hydrofóbnym interakciám a elektrostatickým príťažlivým silám. Niektoré proteíny s kvartérnou štruktúrou pozostávajú z kovového iónu a proteínovej časti tvorenej niekoľkými proteínovými reťazcami (odlišnými alebo identickými v primárnej štruktúre) (snímka 7). Zapíšte si to do pracovného listu.

Proteíny vykonávajú svoje funkcie správne iba v prítomnosti vhodných terciárnych (a prípadne kvartérnych) štruktúr.

Fyzikálne vlastnosti bielkovín

Proteíny sú vysokomolekulárne zlúčeniny, t.j. Ide o látky s vysokou molekulovou hmotnosťou. Molekulová hmotnosť proteínov sa pohybuje od 5 tisíc do miliónov amu. (inzulín – 6500 Da; proteín vírusu chrípky – 32 miliónov Da).

Rozpustnosť bielkovín vo vode závisí od ich funkcií. Molekuly fibrilárnych proteínov sú predĺžené, vláknité a majú tendenciu zoskupovať sa vedľa seba a vytvárať vlákna. Toto je hlavný stavebný materiál pre tkanivo šľachy, svalové a krycie. Takéto proteíny sú nerozpustné vo vode.

Sila proteínových molekúl je jednoducho úžasná! Ľudské vlasy sú pevnejšie ako meď a môžu konkurovať špeciálnym typom ocele. Zväzok vlasov s plochou 1 cm2 vydrží hmotnosť 5 ton a ženský vrkoč s 200 000 vlasmi dokáže zdvihnúť naložený kamión KamAZ s hmotnosťou 20 ton.

Globulárne proteíny sú zložené do guľôčok. V tele vykonávajú množstvo biologických funkcií, ktoré si vyžadujú ich pohyblivosť. Preto sú globulárne proteíny rozpustné vo vode alebo v roztokoch solí, kyselín alebo zásad. Vďaka veľkej veľkosti molekúl vznikajú roztoky nazývané koloidné. ( Ukážka rozpúšťania albumínu vo vode.)

Chemické vlastnosti bielkovín

Proteíny sa podieľajú na neobvyklých chemických reakciách, pretože... sú to polymérne molekuly. Pozrite si svoje pracovné karty a odpovedzte na nasledujúce otázky.

Ktorá väzba je silnejšia: peptidová alebo vodíková?

Odpoveď. Peptid, pretože táto väzba je klasifikovaná ako kovalentná chemická väzba.

Ktoré proteínové štruktúry sa rozložia rýchlejšie a ľahšie?

Odpoveď. Kvartérne (ak existujú), terciárne a sekundárne. Primárna štruktúra bude trvať dlhšie ako ostatné, pretože tvoria ho pevnejšie väzby.

Denaturácia je deštrukcia proteínu na jeho primárnu štruktúru, t.j. peptidové väzby sú zachované (snímka 8).

Ukážka skúseností. Nalejte 4 ml roztoku albumínu do 5 malých skúmaviek. Prvú skúmavku zahrievajte 6–10 s (do zakalenia). Pridajte 2 ml 3M HCl do druhej skúmavky. V treťom - 2 ml 3M NaOH. Vo štvrtom - 5 kvapiek 0,1 M AgNO 3. Po piate - 5 kvapiek 0,1 M NaNO 3.

Po ukončení experimentu žiaci doplnia medzery v definícii denaturácie na pracovnom liste.

Budú proteíny po denaturácii vykazovať svoje špecifické vlastnosti?

Odpoveď. Väčšina bielkovín stráca aktivitu pri denaturácii, pretože... proteíny vykazujú svoje špecifické vlastnosti len v prítomnosti terciárnych a kvartérnych štruktúr.

Myslíte si, že je možné zničiť primárnu štruktúru proteínu?

Odpoveď. Môcť. K tomu dochádza v tele pri trávení bielkovinových potravín.

Jednou z najdôležitejších vlastností bielkovín je schopnosť hydrolyzovať. Keď dôjde k hydrolýze proteínu, primárna štruktúra sa zničí.

Aké látky vznikajú pri úplnej hydrolýze bielkovín?

Odpoveď. -aminokyseliny.

Ukážka skúseností (vložte pred lekciou). 2 ml roztoku kuracieho proteínu sa nalejú do dvoch skúmaviek, do jednej z nich sa pridá 1 ml nasýteného roztoku sviatku (tableta sa najskôr zbaví hladkej škrupiny). Festal je enzýmový prípravok uľahčujúci trávenie, ktorý zahŕňa lipázu (štiepi tuky), amylázu (štiepi sacharidy), proteázu (štiepi bielkoviny). Obe skúmavky sa umiestnia do vodného kúpeľa s teplotou 37–40 °C. Proces „trávenia“ proteínu pokračuje 30 minút. Po ukončení zahrievania sa do oboch skúmaviek pridajú 2 ml nasýteného roztoku síranu amónneho alebo akéhokoľvek iného činidla, ktoré spôsobuje denaturáciu proteínu. V prvej skúmavke (kontrola) sa tvorí hojná biela zrazenina - proteín denaturuje. V druhej skúmavke (experiment) sa takéto javy nepozorujú - došlo k hydrolýze proteínu a aminokyseliny a peptidy s malou molekulovou hmotnosťou sa nezrážajú.

Na základe výsledkov experimentu vyplňte medzery v definícii „hydrolýzy“ na pracovných listoch.

Aký význam má hydrolýza bielkovín pre naše telo a kde k nej dochádza?

Odpoveď. Produkcia aminokyselín pre potreby organizmu v dôsledku procesov trávenia začína v žalúdku a končí v dvanástniku.

Farebné reakcie - kvalitatívne reakcie na bielkoviny:

a) biuretová reakcia ( demonštrácia skúseností);
b) xantoproteínová reakcia ( demonštrácia skúseností).

Vyplňte pracovné listy (pozor na podmienky pre tieto reakcie, bude to potrebné pri pokusoch na ďalšej lekcii).

Pracovný list Téma: „Veveričky. Štruktúra a vlastnosti" Bielkoviny ______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Typy proteínových štruktúr Názov štruktúry Schéma štruktúry Typ chemickej väzby Poznámky Primárny §3 podľa učebnice „Všeobecná biológia“, vyd. D.K. Belyaeva; §27 podľa učebnice Gabrielyan O.S."Chémia, 10. ročník."

Veveričky- prírodné polypeptidy s obrovskou molekulovou hmotnosťou. Sú súčasťou všetkých živých organizmov a plnia rôzne biologické funkcie.

Štruktúra bielkovín.

Proteíny majú 4 úrovne štruktúry:

• primárna štruktúra proteínu- lineárna sekvencia aminokyselín v polypeptidovom reťazci, zložená v priestore:

• sekundárna štruktúra proteínu- konformácia polypeptidového reťazca, pretože krútenie v priestore v dôsledku vodíkových väzieb medzi N.H. A CO skupiny. Existujú 2 spôsoby inštalácie: α - špirála a β - štruktúra.

• terciárna štruktúra proteínu je trojrozmerné znázornenie vírenia α -špirála resp β - štruktúry vo vesmíre:

Táto štruktúra je tvorená -S-S-disulfidovými mostíkmi medzi cysteínovými zvyškami. Na tvorbe takejto štruktúry sa podieľajú opačne nabité ióny.

• kvartérna štruktúra proteínu vzniká v dôsledku interakcie medzi rôznymi polypeptidovými reťazcami:

Syntézy bielkovín.

Syntéza je založená na metóde pevnej fázy, pri ktorej je prvá aminokyselina fixovaná na polymérnom nosiči a na ňu sú postupne naviazané nové aminokyseliny. Polymér sa potom oddelí od polypeptidového reťazca.

Fyzikálne vlastnosti bielkovín.

Fyzikálne vlastnosti proteínu sú určené jeho štruktúrou, preto sa proteíny delia na guľovitý(rozpustný vo vode) a fibrilárne(nerozpustný vo vode).

Chemické vlastnosti bielkovín.

1. Denaturácia bielkovín(deštrukcia sekundárnej a terciárnej štruktúry pri zachovaní primárnej). Príkladom denaturácie je zrážanie vaječných bielkov pri varení vajec.

2. Hydrolýza bielkovín- nevratná deštrukcia primárnej štruktúry v kyslom alebo zásaditom roztoku s tvorbou aminokyselín. Takto môžete určiť kvantitatívne zloženie bielkovín.

3. Kvalitatívne reakcie:

Biuretová reakcia- interakcia peptidovej väzby a medi (II) solí v alkalickom roztoku. Na konci reakcie sa roztok sfarbí do fialova.

Xantoproteínová reakcia- pri reakcii s kyselinou dusičnou sa pozoruje žlté sfarbenie.

Biologický význam bielkovín.

1. Proteíny sú stavebným materiálom, z ktorého sa stavajú svaly, kosti a tkanivá.

2. Proteíny – receptory. Prenášajú a vnímajú signály prichádzajúce zo susedných buniek z prostredia.

3. Bielkoviny hrajú dôležitú úlohu v imunitnom systéme organizmu.

4. Proteíny vykonávajú transportné funkcie a transportujú molekuly alebo ióny na miesto syntézy alebo akumulácie. (Hemoglobín prenáša kyslík do tkanív.)

5. Bielkoviny – katalyzátory – enzýmy. Ide o veľmi silné selektívne katalyzátory, ktoré milióny krát urýchľujú reakcie.

Existuje množstvo aminokyselín, ktoré si telo nedokáže syntetizovať - nenahraditeľný, získavajú sa len z potravy: tizín, fenylalanín, metinín, valín, leucín, tryptofán, izoleucín, treonín.