Физико-химични свойства на протеините. Структурата и функцията на протеините

24.03.2020

Преди да говорим за свойствата на протеините, си струва да се даде кратко описание на това понятие. Това е високо молекулно тегло органична материя които се състоят от пептидно-свързани алфа аминокиселини. Протеините са важна част от храненето на хора и животни, тъй като не всички аминокиселини се произвеждат от тялото - някои идват с храна. Какви са техните свойства и функции?

протеинови свойства

амфотерни

Това е първата характеристика на протеините. Под амфотерни се разбира тяхната способност да проявяват както киселинни, така и основни свойства.

Протеините в тяхната структура имат няколко вида химически групи, които са способни да йонизират в разтвор на Н 2 О. Те включват:

  • Карбоксилни остатъци. Глутаминова и аспартова киселина, за да бъдем точни.
  • Азотни групи. Ε-амино групата на лизина, аргининовият остатък CNH (NH2) и имидазоловият остатък на хетероциклена алфа-аминокиселина, наречена хистидин.

Всеки протеин има такава характеристика като изоелектричната точка. Под това понятие разбираме киселинността на средата, в която повърхността или молекулата няма електрически заряд. При такива условия, хидратацията и разтворимостта на протеините са сведени до минимум.

Индикаторът се определя от съотношението на основни и киселинни аминокиселинни остатъци. В първия случай точката пада върху алкалната област. Във втория - на кисело.

животински протеин

разтворимост

Според това свойство, протеините се разделят на малка класификация. Ето ги:

  • Разтворим . Те се наричат ​​албумин. Те са умерено разтворими в концентрирани разсолни разтвори и коагулират при нагряване. Тази реакция се нарича денатурация. Молекулното тегло на албумина е около 65 000. В тях няма въглехидрати. А веществата, които са съставени от албумин, се наричат ​​албуминоиди. Те включват яйчен белтък, растителни семена и серум.
  • Неразтворим . Те се наричат ​​склеропротеини. Ярък пример е кератин, фибриларен протеин с механична якост, вторият само до хитин. Именно от тази субстанция са съставени ноктите, косата, птиците и перата, както и роговите носорози. Цитокератините също са включени в тази група протеини. Той е структурен материал за вътреклетъчните влакна на цитоскелета на епителните клетки. Други неразтворими протеини включват фибриларен протеин, наречен фиброин.
  • Хидрофилен . Те активно взаимодействат с водата и я абсорбират. Те включват протеини на извънклетъчното вещество, ядра и цитоплазма. Включително прословутия фиброин и кератин.
  • Хидрофобен . Те отблъскват водата. Те включват протеини, които са компоненти на биологичните мембрани.

протеинова стойност

денатуриране

Това е името на процеса на модифициране на протеинова молекула под влияние на определени дестабилизиращи фактори. Когато тази аминокиселинна последователност остава същата. Но протеините губят естествените си свойства (хидрофилност, разтворимост и др.).

Трябва да се отбележи, че всяка значителна промяна във външните условия може да доведе до нарушения на протеиновите структури. Най-често денатурацията провокира повишаване на температурата, както и ефект на алкали, силна киселина, радиация, сол на тежки метали и дори някои разтворители на протеин.

Интересно е, че денатурацията често води до факта, че протеиновите частици се агрегират в по-големи. Добър пример са например пържените яйца. Всеки знае как в процеса на пържене протеинът се образува от бистра течност.

Все пак е необходимо да се каже за такова явление като ренатурация. Този процес е обратен на денатурация. По време на него протеините се връщат към естествената си структура. И това наистина е възможно. Група химици от Съединените щати и Австралия е намерила начин да ренат твърдо сварено яйце. Ще отнеме само няколко минути. За тази цел се изисква карбамид (диамид въглеродна киселина) и центрофугиране.

структура

За това трябва да се каже отделно, тъй като става дума за стойността на протеините. Общо има четири нива на структурна организация:

  • Първична . Означава последователност от аминокиселинни остатъци във веригата на полипептиди. Основната особеност е консервативните мотиви. Така наречените стабилни комбинации от аминокиселинни остатъци. Те са в много сложни и прости протеини.
  • Вторично . Това се отнася до подреждането на всеки локален фрагмент от веригата от полипептиди, които стабилизират водородните връзки.
  • Третичен . Това обозначава пространствената структура на веригата от полипептиди. Това ниво се състои от някои вторични елементи (те се стабилизират чрез различни видове взаимодействия, където хидрофобните са най-важни). Тук в стабилизацията участват йонни, водородни и ковалентни връзки.
  • Кватернер . Тя се нарича още домейн или подединица. Това ниво се състои от относителното положение на веригите на полипептидите в състава на целия протеинов комплекс. Интересно е, че съставът на протеините с кватернерна структура включва не само идентични, но и различни вериги от полипептиди.

Това разделение е предложено от датски биохимик на име К. Линдстром-Ланг. И нека се приеме, че е остаряла, те продължават да я използват.

прости катерици

Видове сгради

Говорейки за свойствата на протеините, трябва да се отбележи, че тези вещества се разделят на три групи според вида на структурата. А именно:

  • Влакнести протеини. Те имат влакнеста удължена структура и голямо молекулно тегло. Повечето от тях не са разтворими във вода. Структурата на тези протеини се стабилизира чрез взаимодействия между полипептидни вериги (те се състоят от поне два аминокиселинни остатъка). Фибриларните вещества образуват полимера, фибрилите, микротубулите и микрофиламентите.
  • Глобуларни протеини. Типът структура причинява тяхната разтворимост във вода. А общата форма на молекулата е сферична.
  • Мембранни протеини. Структурата на тези вещества има интересна характеристика. Те имат домейни, които преминават през клетъчната мембрана, но техните части излизат в цитоплазмата и междуклетъчната среда. Тези протеини играят ролята на рецептори - те предават сигнали и са отговорни за трансмембранния транспорт на хранителни вещества. Важно е да се отбележи, че те са много специфични. Всеки протеин преминава само специфична молекула или сигнал.

прост

За тях също може да се каже още малко. Простите протеини се състоят само от полипептидни вериги. Те включват:

  • Протамин . Ядрен протеин с ниско молекулно тегло. Нейното присъствие е защитата на ДНК от действието на нуклеазите - ензими, атакуващи нуклеинови киселини.
  • Хистони. Силни основни прости протеини. Те са концентрирани в ядрата на растителни и животински клетки. Те участват в "опаковането" на ДНК веригите в ядрото, както и в процеси като възстановяване, репликация и транскрипция.
  • Албумини . За тях вече споменахме по-горе. Най-известният албумин - суроватка и яйце.
  • Глобулин . Участва в кръвосъсирването, както и в други имунни реакции.
  • Проламини . Това са резервни зърнени протеини. Техните имена винаги са различни. При пшеницата те се наричат ​​птиалин. В ечемик - хордеинами. В овес - avsninami. Интересно е, че проламините са разделени на техните класове протеини. Има само две от тях: S-богати (със съдържание на сяра) и S-бедни (без него).

сложни протеини

комплекс

Ами сложните протеини? Те съдържат протетични групи или такива, в които няма аминокиселини. Те включват:

  • Гликопротеини . Те съдържат въглехидратни остатъци с ковалентна връзка. Тези комплексни протеини са най-важният структурен компонент на клетъчните мембрани. Много хормони също принадлежат към тях. А гликопротеините на еритроцитните мембрани определят кръвната група.
  • Липопротеини . Състои се от липиди (подобни на мазнини вещества) и играе ролята на "транспортиране" на тези вещества в кръвта.
  • Металопротеини . Тези протеини в тялото са от голямо значение, защото без тях няма обмен на желязо. Съставът на техните молекули включва метални йони. Типичен представител на този клас са трансферин, хемосидерин и феритин.
  • Нуклеопротеини . Те се състоят от ILV и ДНК без ковалентна връзка. Ярък представител е хроматинът. В неговия състав се осъществява генетичната информация, ДНК се ремонтира и репликира.
  • Фосфопротеини . Те съставят остатъците фосфорна киселина, свързан ковалентно. Пример за това е казеин, който първоначално се съдържа в млякото, като калциева сол (в свързана форма).
  • Хромопротеини . Те имат проста структура: протеин и оцветен компонент, принадлежащ към протетичната група. Те участват в клетъчното дишане, фотосинтезата, окислително-редукционните реакции и т.н.

метаболизъм

По-горе, много вече беше казано за физикохимичните свойства на протеините. За тяхната роля метаболизъм също трябва да споменем.

Има аминокиселини, които са от съществено значение, защото не се синтезират от живите организми. Самите бозайници ги получават от храната. В процеса на усвояването му протеинът се унищожава. Този процес започва с денатурация, когато се поставя в кисела среда. След това - хидролиза, в която участват ензимите.

Някои аминокиселини, които тялото в крайна сметка получава, участват в процеса на синтеза на протеини, чиито свойства са необходими за пълното му съществуване. А останалата част се преработва в глюкоза - монозахарид, който е един от основните източници на енергия. Протеинът е много важен от гледна точка на храненето или гладуването. Ако тя не дойде заедно с храната, тялото ще започне да се "яде" - да обработва собствените си протеини, особено мускулни.

синтез на протеини в клетката

биосинтеза

Имайки предвид физикохимичните свойства на протеините, трябва да се фокусираме върху такава тема като биосинтеза. Тези вещества се формират въз основа на информацията, която е кодирана в гените. Всеки протеин е уникална последователност от аминокиселинни остатъци, определена от гена, който го кодира.

Как става това? Генът, кодиращ протеина, пренася информация от ДНК към РНК. Това се нарича транскрипция. В повечето случаи синтезът се появява върху рибозомите - това е най-важният органоид на живата клетка. Този процес се нарича превод.

Съществува и така наречената не-рибозомална синтеза. Заслужава си да споменем, тъй като става дума за значението на протеините. Този вид синтез се наблюдава при някои бактерии и по-ниски гъби. Процесът се осъществява чрез протеинов комплекс с високо молекулно тегло (известен като NRS синтаза) и рибозомите не участват в това.

И разбира се, има и химически синтез. С него можете да синтезирате кратки протеини. За целта се използват методи като химическо лигиране. Това е обратното на прословутата биосинтеза на рибозомите. В същия метод е възможно да се получат инхибитори на някои ензими.

Освен това, поради химическия синтез, е възможно да се въведат в състава на протеините онези аминокиселинни остатъци, които не се срещат в обикновените вещества. Да предположим, че тези със странични вериги имат флуоресцентни етикети.

Заслужава да се отбележи, че методите на химичния синтез не са перфектни. Има някои ограничения. Ако протеинът съдържа повече от 300 остатъка, изкуствено синтезираното вещество вероятно ще получи грешна структура. И това ще се отрази на свойствата.

протеинова структура

Вещества от животински произход

На тяхното внимание трябва да се обърне специално внимание. Животинският протеин е вещество, намиращо се в яйца, месо, млечни продукти, домашни птици, морски дарове и риба. Те съдържат всички аминокиселини, необходими за организма, включително 9 съществени. Ето няколко от най-важните функции, които животните протеини изпълняват:

  • Катализа на много химични реакции. Това вещество ги започва и ускорява. Ензимните протеини са "отговорни" за това. Ако тялото не получи достатъчно от тях, то оксидирането и редукцията, съединяването и разрушаването на молекулярните връзки, както и транспортирането на вещества, няма да се осъществят напълно. Интересно е, че само малка част от аминокиселините влизат в различни видове взаимодействия. И още по-малко количество (3-4 остатъка) участва директно в катализа. Всички ензими са разделени на шест класа - оксидоредуктази, трансферази, хидролази, лиази, изомерази, лигази. Всеки от тях е отговорен за една или друга реакция.
  • Образуване на цитоскелета, формиращ структурата на клетките.
  • Имунна, химическа и физическа защита.
  • Транспортиране на важни компоненти, необходими за растежа и развитието на клетките.
  • Предаването на електрически импулси е важно за работата на целия организъм, защото без тях взаимодействието на клетките е невъзможно.

И това не са всички възможни функции. Но въпреки това значимостта на тези вещества е ясна. Синтезът на протеините в клетките и в тялото е невъзможен, ако човек не яде своите източници. А те са пуешко месо, говеждо, агнешко, заешко месо. Много ястия се съдържат в яйца, сметана, кисело мляко, извара, мляко. Можете също така да активирате синтеза на протеини в клетките на тялото, като добавите към диетата си шунка, странични продукти, наденица, консервирано месо и телешко месо.