Ministerstvo školství a vědy Ruská Federace

Federální agentura pro vzdělávání

Jižní Ural státní univerzita

Katedra komoditní vědy a expertizy spotřebního zboží

KURZOVÁ PRÁCE

v oboru "Výzkum, zkoušení a standardizace komodit"

na téma "Studium prvků chemického složení potravinářských výrobků (na příkladu bílkovin)"

Dokončeno:

Abidullina Eleonora

Skupina Kom-234

Kontrolovala: Cherkasova Elvira Vyacheslavovna

Čeljabinsk

Úvod……………………………………………………………………….
1. Literární přehled
1.1. Obecné pojmy o proteinech
1.1.1. Chemická povaha bílkovin …………………………………………
1.1.2. Klasifikace bílkovin ………………………………………….
1.1.3. Vlastnosti bílkovin ………………………………………………….
1.2. Vliv bílkovin na lidský organismus ………………………………….
1.3. Změny obsahu bílkovin během technologického zpracování………………………………………………………………………...
1.4. Změny obsahu bílkovin během skladování ………………………….
2. Praktická část
2.1. Charakteristika kvantitativních metod stanovení obsahu bílkovin……………………………………………………………………….
2.2. Charakteristika kvalitativních metod stanovení obsahu bílkovin…………………………………………………………………………….
3. Experimentální část
3.1. Zdůvodnění výběru předmětu studia……………………….
3.2. Analýza výsledků vlastního výzkumu …………………..
Závěr…………………………………………………………………………...
Bibliografie……………………………………………………………
Aplikace……………………………………………………………………

Úvod

Proteiny jsou hlavním plastovým materiálem pro růst, vývoj a obnovu těla. Jsou hlavními stavebními prvky všech tkání, jsou součástí kapalného prostředí těla. Potravinové bílkoviny jsou vynakládány na stavbu červených krvinek a hemoglobinu, enzymů a hormonů a aktivně se podílejí na vývoji ochranných faktorů – protilátek.

Při nedostatečném obsahu bílkovin ve stravě se mohou v organismu rozvinout těžké poruchy (hypotrofie, chudokrevnost apod.), častěji se objevují akutní respirační onemocnění, která mají vleklý průběh. Příliš mnoho bílkovin však může být zdraví škodlivé. Při dlouhodobém používání potravin s vysokým obsahem bílkovin trpí funkce ledvin a jater, zvyšuje se nervová excitabilita, často se objevují alergické reakce, intoxikace jsou možné v důsledku neúplného rozkladu a oxidace bílkovin s tvorbou toxických látek.

Nejtypičtějším důvodem nevyváženosti stravy je nedostatečná konzumace hlavních zdrojů plnohodnotných živočišných bílkovin (maso, ryby, mléko, vejce), rostlinných olejů, čerstvé zeleniny a ovoce.

Studium prvků chemického složení potravinářských výrobků, a zejména bílkovin, je proto dnes nejen důležité, ale i velmi aktuální téma.

Cílem práce je identifikovat význam bílkovin pro lidský organismus a hlavní zdroje bílkovin.

V průběhu této práce jsou stanoveny tyto hlavní úkoly: studium chemického složení bílkovin, jejich vliv na lidský organismus, problematika zpracování a skladování bílkovin, jejich vlastnosti, studium metod pro studium obsahu bílkovin v potravinářských výrobcích, kontrola, zda je skutečný obsah bílkovin v produktu normalizován.

1. Literární přehled

1.1. Obecné pojmy o proteinech

1.1.1. Chemická podstata proteinů

Peptidová vazba

Proteiny jsou nepravidelné polymery postavené ze zbytků aminokyselin, jejichž obecný vzorec ve vodném roztoku při hodnotách pH blízkých neutrálnímu lze zapsat jako NH3 + CHRCOO - . Zbytky aminokyselin v proteinech jsou propojeny amidovou vazbou mezi amino a karboxylovými skupinami. Peptidová vazba mezi dvěma aminokyselinovými zbytky se obvykle nazývá peptidová vazba a polymery sestavené ze spojených aminokyselinových zbytků peptidové vazby se nazývají polypeptidy. Protein jako biologicky významná struktura může být buď jeden polypeptid nebo několik polypeptidů, které tvoří jeden komplex jako výsledek nekovalentních interakcí.

Elementární složení bílkovin

Při studiu chemického složení proteinů je nutné nejprve zjistit, z jakých chemických prvků se skládají, a za druhé, strukturu jejich monomerů. Pro zodpovězení první otázky je stanoveno kvantitativní a kvalitativní složení chemických prvků proteinu. Chemická analýza prokázala přítomnost uhlíku (50-55 %), kyslíku (21-23 %), dusíku (15-17 %), vodíku (6-7 %), síry (0,3-2,5 %) ve všech proteinech. V různých, často velmi malých množstvích se ve složení jednotlivých bílkovin nacházel i fosfor, jód, železo, měď a některé další makro- a mikroprvky.

Obsah hlavních chemických prvků v bílkovinách se může lišit, s výjimkou dusíku, jehož koncentrace se vyznačuje největší stálostí a průměrně 16 %. Kromě toho je obsah dusíku v ostatních organických látkách nízký. V souladu s tím bylo navrženo stanovit množství proteinu jeho složkou dusíku. Při vědomí, že 1 g dusíku je obsaženo v 6,25 g bílkoviny, se zjištěné množství dusíku vynásobí faktorem 6,25 a získá se množství bílkovin.

Pro určení chemické podstaty proteinových monomerů je nutné vyřešit dva problémy: rozdělit protein na monomery a zjistit jejich chemické složení. Rozklad bílkoviny na jednotlivé složky se dosahuje hydrolýzou - prodlouženým varem bílkoviny se silnými minerálními kyselinami (kyselá hydrolýza) nebo zásadami (alkalická hydrolýza). Nejčastěji se používá var při 110°C s HCl po dobu 24 hod. V další fázi se oddělují látky tvořící hydrolyzát. K tomuto účelu se používají různé metody, nejčastěji chromatografie (blíže viz kapitola „Metody výzkumu ...“). Aminokyseliny jsou hlavní součástí separovaných hydrolyzátů.

Aminokyseliny

V současné době bylo v různých objektech divoké zvěře nalezeno až 200 různých aminokyselin. V lidském těle je jich například asi 60. Bílkoviny však obsahují pouze 20 aminokyselin, někdy nazývaných přírodní.

Aminokyseliny jsou organické kyseliny, ve kterých je atom vodíku na atomu uhlíku nahrazen aminoskupinou - NH2. Z chemické povahy se tedy jedná o aminokyseliny s obecným vzorcem:

Z tohoto vzorce je vidět, že složení všech aminokyselin zahrnuje tyto obecné skupiny: - CH2, - NH2, - COOH. Postranní řetězce (radikály - R) aminokyselin se liší. Chemická povaha radikálů je různorodá: od atomu vodíku po cyklické sloučeniny. Jsou to radikály, které určují strukturní a funkční vlastnosti aminokyselin.

Všechny aminokyseliny, kromě nejjednoduššího aminooctového glycinu (NH3 + CH2COO-) mají chirální atom Ca a mohou existovat ve formě dvou enantiomerů (optických izomerů): L-izomeru a D-izomeru.

Proteiny jsou postaveny z dvaceti základních aminokyselin, ale zbytek, docela různorodé aminokyseliny, se tvoří z těchto 20 aminokyselinových zbytků již ve složení molekuly proteinu. Mezi těmito transformacemi je třeba zaznamenat především tvorbu disulfidových můstků během oxidace dvou cysteinových zbytků ve složení již vytvořených peptidových řetězců. Výsledkem je, že ze dvou cysteinových zbytků vzniká cystinový zbytek diaminodikarboxylové kyseliny. V tomto případě dochází k zesíťování buď v rámci jednoho polypeptidového řetězce nebo mezi dvěma různými řetězci. Jako malý protein, který má dva polypeptidové řetězce spojené disulfidovými můstky, stejně jako příčné vazby v rámci jednoho z polypeptidových řetězců:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Aminokyseliny ve vodném roztoku jsou v ionizovaném stavu v důsledku disociace amino a karboxylových skupin, které tvoří radikály. Jinými slovy, jsou to amfoterní sloučeniny a mohou existovat buď jako kyseliny (donory protonů) nebo jako báze (akceptory donorů).

Všechny aminokyseliny, v závislosti na struktuře, jsou rozděleny do několika skupin:

Acyklický. Monoaminomonokarboxylové aminokyseliny mají ve svém složení jednu amino a jednu karboxylovou skupinu, ve vodném roztoku jsou neutrální. Některé z nich mají společné strukturální rysy, což umožňuje, aby byly posuzovány společně:

1. Glycin a alanin. Glycin (glykol nebo kyselina aminooctová) je opticky neaktivní – je to jediná aminokyselina, která nemá enantiomery. Glycin se podílí na tvorbě nukleových a žlučových k - t, hemu, je nezbytný pro neutralizaci toxických produktů v játrech. Alanin je tělem využíván při různých procesech metabolismu sacharidů a energie. Jeho izomer b-alanin je nedílnou součástí vitaminu pantothenic to-ya, koenzymu A (CoA), extraktivních látek svalů.

2. Serin a threonin. Patří do skupiny hydrohydroxykyselin, protože. mají hydroxylovou skupinu. Serin je součástí různých enzymů, hlavní bílkoviny mléka – kaseinu, a také mnoha lipoproteinů. Threonin se podílí na biosyntéze bílkovin, je esenciální aminokyselinou.

3. Cystein a methionin. Aminokyseliny obsahující atom síry. Hodnota cysteinu je dána přítomností sulfhydrylové (-SH) skupiny v jeho složení, která mu dává schopnost snadno oxidovat a chránit tělo před látkami s vysokou oxidační schopností (v případě radiačního poškození, otravy fosforem). Methionin se vyznačuje přítomností snadno mobilní methylové skupiny, která se využívá pro syntézu důležitých látek v těle (cholin, kreatin, thymin, adrenalin atd.)

4. Valin, leucin a isoleucin. Jsou to rozvětvené aminokyseliny, které se aktivně podílejí na metabolismu a nejsou v těle syntetizovány.

Monoaminodikarboxylové aminokyseliny mají jednu aminoskupinu a dvě karboxylové skupiny a ve vodném roztoku dávají kyselou reakci. Patří mezi ně aspartát a glutamin to-you, asparagin a glutamin. Jsou součástí inhibičních mediátorů nervového systému.

Diaminomonokarboxylové aminokyseliny ve vodném roztoku reagují alkalicky v důsledku přítomnosti dvou aminových skupin. V souvislosti s nimi je lysin nezbytný pro syntézu histonů a také v řadě enzymů. Arginin se podílí na syntéze močoviny, kreatinu.

Cyklický. Tyto aminokyseliny mají ve svém složení aromatické nebo heterocyklické jádro a zpravidla se v lidském těle nesyntetizují a musí být dodávány potravou. Aktivně se účastní různých metabolických procesů. Fenylalanin tedy slouží jako hlavní zdroj pro syntézu tyrosinu, prekurzoru řady biologicky důležitých látek: hormonů (tyroxin, adrenalin) a některých pigmentů. Tryptofan, kromě toho, že se podílí na syntéze bílkovin, je součástí vitaminu PP, serotoninu, tryptaminu a řady pigmentů. Histidin je nezbytný pro syntézu bílkovin, je prekurzorem histaminu, který ovlivňuje krevní tlak a sekreci žaludeční šťávy.

1.1.2. Klasifikace bílkovin

Všechny bílkoviny se v závislosti na struktuře dělí na jednoduché - bílkoviny, skládající se pouze z aminokyselin, a komplexní - bílkoviny, které mají nebílkovinnou proteistickou skupinu.

Proteiny

Bílkoviny jsou jednoduché bílkoviny, skládající se pouze z bílkovinné části. Jsou široce rozšířeny u zvířat a flóra. Patří sem albuminy a globuliny, které se nacházejí téměř ve všech živočišných a rostlinných buňkách, biologických tekutinách a plní důležité biologické funkce. Albuminy se podílejí na udržování osmotického tlaku krve (vytvářejí onkotický tlak), transportují s krví různé látky. Globuliny jsou součástí enzymů, které tvoří základ imunoglobulinů, které působí jako protilátky. V krevním séru je mezi těmito dvěma složkami konstantní poměr - albumin-globulinový koeficient (A / G), rovný 1,7 - 2,3 a má důležitou diagnostickou hodnotu.

Dalšími zástupci proteinů jsou protaminy a histony – základní proteiny obsahující hodně lysinu a argininu. Tyto proteiny jsou součástí nukleoproteinů. Další hlavní protein, kolagen, tvoří extracelulární látku pojivové tkáně a nachází se v kůži, chrupavce a dalších tkáních.

Proteidy

Proteiny jsou komplexní proteiny skládající se z bílkovinných a nebílkovinných částí. Název proteinu je určen názvem jeho protetické skupiny. Nukleové kyseliny jsou tedy neproteinovou součástí nukleoproteinů, kyselina fosforečná je součástí fosfoproteinů, sacharidy jsou glykoproteiny a lipidy jsou lipoproteiny.

Nukleoproteiny. Jsou důležité, protože jejich nebílkovinnou část představuje DNA a RNA. Protetickou skupinu představují především histony a protaminy. Takové komplexy DNA s histony se nacházejí ve spermiích a s histony - v somatických buňkách, kde je molekula DNA „navinuta“ kolem molekul histonů. Nukleoproteiny jsou svou podstatou extracelulární viry - jedná se o komplexy virové nukleové kyseliny a proteinového obalu - kapsidy.

Chromoproteiny. Jsou to komplexní proteiny, jejichž protetickou skupinu představují barevné sloučeniny. Mezi chromoproteiny patří hemoglobin, myoglobin (svalový protein), řada enzymů (kataláza, peroxidáza, cytochromy) a také chlorofyl.

Hemoglobin (Hb) sestává z globinového proteinu a neproteinové části hemu, která zahrnuje atom Fe(II) připojený k protoporfyrinu. Molekula hemoglobinu se skládá ze 4 podjednotek: dvou a a dvou b, a podle toho obsahuje čtyři polypeptidové řetězce dvou odrůd. Každý a-řetězec obsahuje 141 a b-řetězec - 146 aminokyselinových zbytků.

myoglobin. Chromoprotein nacházející se ve svalech. Skládá se pouze z jednoho řetězce, analogického s podjednotkou hemoglobinu. Myoglobin je respirační pigment ve svalové tkáni. Váže se na kyslík mnohem snadněji než hemoglobin, ale je obtížnější jej uvolnit. Myoglobin vytváří zásoby kyslíku ve svalech, kde jeho množství může dosáhnout až 14 % celkového kyslíku v těle. To je důležité zejména pro práci svalů srdce. U mořských savců (tuleň, mrož) byl zjištěn vysoký obsah myoglobinu, který jim umožňuje zůstat pod vodou po dlouhou dobu.

Glykoproteiny. Jsou to komplexní proteiny, jejichž prostetickou skupinu tvoří deriváty sacharidů (aminocukry, hexuronové kyseliny). Glykoproteiny jsou součástí buněčných membrán. Plicní stěny bakterií jsou tedy postaveny z peptidoglykanů, což jsou deriváty lineárních polysacharidů nesoucích peptidové fragmenty kovalentně navázané na ně. Tyto fragmenty provádějí zesítění polysacharidových řetězců za vytvoření mechanicky pevné síťové struktury. Například buněčná stěna E. coli je postavena z polysacharidových řetězců tvořených N-acetylglukosaminovými zbytky spojenými vazbami b-(1®4), přičemž každý druhý zbytek nese fragment připojený k atomu C3, tvořený zbytky kyseliny mléčné spojenými amidovými vazbami, L-alaninem, D-glutamátem (přes g-karboxyl), mesodiaminoalannimelinou

Glykoproteiny se podílejí na transportu různých látek, na procesech srážení krve, imunity, jsou součástí hlenu a sekretů trávicího traktu. V arktických rybách hrají roli nemrznoucích látek glykoproteiny – látky, které brání tvorbě ledových krystalků uvnitř jejich těla.

Fosfoproteiny. Mají kyselinu fosforečnou jako nebílkovinnou složku. Zástupci těchto bílkovin jsou mléčný kaseinogen, vitellin (bílkovina vaječného žloutku), ichthulin (bílkovina rybích jiker). Tato lokalizace fosfoproteinů ukazuje na jejich význam pro vyvíjející se organismus. U dospělých forem jsou tyto proteiny přítomny v kostech a nervových tkáních.

Lipoproteiny. Komplexní proteiny, jejichž protetická skupina je tvořena lipidy. Strukturou se jedná o malé (150-200 nm) kulovité částice, jejichž vnější obal je tvořen proteiny (což jim umožňuje pohyb krví) a vnitřní část - lipidy a jejich deriváty. Hlavní funkcí lipoproteinů je transport lipidů krví. Podle množství bílkovin a lipidů se lipoproteiny dělí na chylomikrony, lipoproteiny s nízkou hustotou (LDL) a vysoká hustota(HDL), které jsou někdy označovány jako a- a b-lipoproteiny.

Chylomikrony jsou největší z lipoproteinů a obsahují až 98-99 % lipidů a pouze 1-2 % bílkovin. Tvoří se ve střevní sliznici a zajišťují transport lipidů ze střeva do lymfy a následně do krve.

1.1.3. Vlastnosti bílkovin

Proteiny mají vysokou molekulovou hmotnost, některé jsou rozpustné ve vodě, schopné bobtnání, vyznačují se optickou aktivitou, pohyblivostí v elektrickém poli a některými dalšími vlastnostmi.

Proteiny jsou aktivní vstoupit do chemické reakce . Tato vlastnost je způsobena skutečností, že aminokyseliny, které tvoří bílkoviny, obsahují různé funkční skupiny, které mohou reagovat s jinými látkami. Je důležité, aby k takovým interakcím došlo také uvnitř molekuly proteinu, což má za následek tvorbu peptidových, sirovodíkových a dalších typů vazeb. Na radikály aminokyselin a potažmo bílkovin se mohou vázat různé sloučeniny a ionty, což zajišťuje jejich transport krví.

Proteiny jsou makromolekulární sloučeniny. Jedná se o polymery skládající se ze stovek a tisíců aminokyselinových zbytků – monomerů. Molekulová hmotnost proteinů je tedy v rozmezí 10 000 - 1 000 000. Takže ribonukleáza (enzym, který štěpí RNA) obsahuje 124 aminokyselinových zbytků a její molekulová hmotnost je přibližně 14 000. Myoglobin (svalový protein), skládající se ze 153 zbytků aminokyselin, hemoglobin, má molekulovou hmotnost 01 06 aminokyselin,045 aminokyselin -0000 zbytky). Molekulární hmotnosti ostatních proteinů jsou vyšší: g-globulin (tvoří protilátky) se skládá z 1250 aminokyselin a má molekulovou hmotnost asi 150 000, zatímco molekulová hmotnost enzymu glutamátdehydrogenázy přesahuje 1 000 000.

Nejdůležitější vlastností bílkovin je jejich schopnost vykazovat jak kyselé, tak zásadité vlastnosti, tedy působit jako amfoterní elektrolyty. To je zajištěno různými disociačními skupinami, které tvoří aminokyselinové radikály. Například kyselé vlastnosti proteinu jsou dány karboxylovými skupinami asparagové glutamové aminokyseliny, zatímco alkalické vlastnosti jsou dány radikály argininu, lysinu a histidinu. Čím více dikarboxylových aminokyselin protein obsahuje, tím silnější jsou jeho kyselé vlastnosti a naopak.

Stejná seskupení mají také elektrické náboje, které se tvoří celkový náboj molekuly proteinu. V proteinech, kde převládají aminokyseliny asparagové a glutaminové, bude náboj proteinu záporný, nadbytek bazických aminokyselin dává molekule proteinu kladný náboj. V důsledku toho se v elektrickém poli budou proteiny pohybovat směrem ke katodě nebo anodě v závislosti na velikosti jejich celkového náboje. Takže v alkalickém prostředí (pH 7 - 14) protein daruje proton a stává se záporně nabitým, zatímco v kyselém prostředí (pH 1 - 7) je disociace kyselých skupin potlačena a protein se stává kationtem.

Faktorem, který určuje chování proteinu jako kationtu nebo aniontu, je tedy reakce prostředí, která je určena koncentrací vodíkových iontů a je vyjádřena hodnotou pH. Při určitých hodnotách pH se však počet kladných a záporných nábojů vyrovná a molekula se stává elektricky neutrální, tzn. nebude se pohybovat v elektrickém poli. Tato hodnota pH média je definována jako izoelektrický bod proteinů. V tomto případě je protein v nejméně stabilním stavu a při mírných změnách pH na kyselou nebo alkalickou stranu se snadno vysráží. U většiny přírodních proteinů je izoelektrický bod v mírně kyselém prostředí (pH 4,8 - 5,4), což svědčí o převaze dikarboxylových aminokyselin v jejich složení.

Důležitá je schopnost bílkovin adsorbovat na jeho povrchu některé látky a ionty (hormony, vitamíny, železo, měď), které jsou buď špatně rozpustné ve vodě, nebo jsou toxické (bilirubin, volné mastné kyseliny). Bílkoviny je transportují krví do míst dalších přeměn či neutralizace.

Vodné roztoky proteinů mají své vlastní vlastnosti. Za prvé, proteiny mají vysokou afinitu k vodě, tzn. Ony hydrofilní. To znamená, že molekuly proteinu, stejně jako nabité částice, přitahují vodní dipóly, které jsou umístěny kolem molekuly proteinu a tvoří vodní nebo hydrátový obal. Tato skořápka chrání molekuly bílkovin před slepením a vysrážením. Velikost hydratačního obalu závisí na struktuře proteinu. Například albuminy se snadněji vážou na molekuly vody a mají relativně velký vodní obal, zatímco globuliny a fibrinogen hůře vážou vodu a mají menší hydratační obal. Stabilita vodného roztoku proteinu je tedy určena dvěma faktory: přítomností náboje na molekule proteinu a vodním obalem kolem ní. Když jsou tyto faktory odstraněny, protein se vysráží. Tento proces může být reverzibilní a nevratný.

Velikost proteinových molekul leží v rozmezí 1 µm až 1 nm, a proto jsou koloidní částice které tvoří ve vodě koloidní roztoky. Tyto roztoky se vyznačují vysokou viskozitou, schopností rozptylovat viditelné světelné paprsky a neprocházejí polopropustnými membránami.

1.2. Vliv bílkovin na lidský organismus

Funkce bílkovin v těle jsou různé. Jsou z velké části způsobeny složitostí a rozmanitostí forem a složení samotných proteinů. Bílkoviny se nacházejí v mnoha potravinách, ale jejich hlavními zdroji jsou vejce, mléko a maso (tabulka 1).

Tabulka 1 - Produkty obsahující proteiny

Bílkoviny jsou nepostradatelným stavebním materiálem. Jednou z nejdůležitějších funkcí proteinových molekul je plastický. Všechny buněčné membrány obsahují protein, jehož role je zde různorodá. Množství bílkovin v membránách je více než polovina hmotnosti.

Mnoho proteinů má kontraktilní funkce. Jsou to především bílkoviny aktin a myosin, které jsou součástí svalových vláken vyšších organismů. Svalová vlákna – myofibrily – jsou dlouhá tenká vlákna skládající se z paralelních tenčích svalových vláken obklopených intracelulární tekutinou. Obsahuje rozpuštěnou kyselinu adenosintrifosforečnou (ATP), která je nezbytná pro realizaci kontrakce, glykogen - živinu, anorganické soli a řadu dalších látek, zejména vápník.

Role proteinů v transport látek v organismu. Proteiny, které mají různé funkční skupiny a složitou strukturu makromolekuly, vážou a přenášejí mnoho sloučenin krevním řečištěm. Jde především o hemoglobin, který přenáší kyslík z plic do buněk. Ve svalech tuto funkci přebírá další transportní protein myoglobin.

Další funkcí bílkovin je náhradní. Mezi zásobní proteiny patří feritin – železo, ovalbumin – vaječná bílkovina, kasein – mléčná bílkovina, zein – bílkovina z kukuřičných semen.

Regulační funkce provádět hormonální proteiny. Hormony jsou biologicky aktivní látky, které ovlivňují metabolismus. Mnoho hormonů jsou proteiny, polypeptidy nebo jednotlivé aminokyseliny. Jedním z nejznámějších proteinových hormonů je inzulín. Tento jednoduchý protein se skládá pouze z aminokyselin. Funkční role inzulínu je mnohostranná. Snižuje krevní cukr, podporuje syntézu glykogenu v játrech a svalech, zvyšuje tvorbu tuků ze sacharidů, ovlivňuje metabolismus fosforu, obohacuje buňky o draslík.

Proteinové hormony hypofýzy, endokrinní žlázy spojené s jednou z částí mozku, mají regulační funkci. Vylučuje růstový hormon, v jehož nepřítomnosti vzniká nanismus. Tento hormon je protein s molekulovou hmotností 27 000 až 46 000.

Vasopresin je jedním z důležitých a chemicky zajímavých hormonů. Zabraňuje močení a zvyšuje krevní tlak. Vasopresin je cyklický oktapeptid.

Regulační funkci plní i bílkoviny obsažené ve štítné žláze – tyreoglobuliny, jejichž molekulová hmotnost je asi 600 000. Tyto bílkoviny obsahují ve svém složení jód. Při nedostatečném rozvoji žlázy je narušen metabolismus.

Další funkcí bílkovin je ochranný. Na jejím základě vznikl vědní obor zvaný imunologie.

V poslední době proteiny s funkce receptoru. Existují receptory pro zvuk, chuť, světlo atd.

Je třeba také zmínit existenci bílkovinných látek, které inhibují působení enzymů. Takové proteiny mají inhibiční funkce. Při interakci s těmito proteiny tvoří enzym komplex a zcela nebo částečně ztrácí svou aktivitu. Mnoho proteinů inhibitorů enzymů bylo izolováno v čisté formě a bylo dobře studováno. Jejich molekulové hmotnosti se široce mění; často se jedná o komplexní proteiny - glykoproteiny, jejichž druhou složkou jsou sacharidy.

Pokud jsou proteiny klasifikovány pouze podle jejich funkcí, pak by taková systemizace nemohla být považována za úplnou, protože nové studie poskytují mnoho faktů, které umožňují rozlišit nové skupiny proteinů s novými funkcemi. Mezi nimi jsou jedinečné látky - neuropeptidy(zodpovědný za nejdůležitější životní procesy: spánek, paměť, bolest, strach, úzkost).

1.3. Změna obsahu bílkovin během zpracování

Vlivem zpracování se ve výrobcích mění obsažené bílkoviny, tuky, sacharidy, vitamíny, minerály a chuťové látky, což ovlivňuje stravitelnost, nutriční hodnotu, hmotnost, chuť, vůni, barvu použitých výrobků.

Veverky koagulovat(kolaps) při teplotách nad 70 °C ztrácejí schopnost bobtnat, díky čemuž po tepelné úpravě ubývá masa a ryb.

Produkty jako maso, ryby, vejce nelze přepařit, protože to snižuje jejich stravitelnost v důsledku změn v molekulách bílkovin: kolagen přechází na glutin a změkčuje tkáně.

Denaturace bílkovin - jde o složitý proces, při kterém dochází vlivem vnějších faktorů (teplota, mechanické působení, působení kyselin, zásad, ultrazvuku atd.) ke změně sekundární, terciární a kvartérní struktury makromolekuly bílkoviny, tedy nativní (přirozené) prostorové struktury. Primární struktura a následně i chemické složení proteinu se nemění. Při vaření je denaturace bílkovin způsobena nejčastěji zahříváním. Tento proces u globulárních a fibrilárních proteinů probíhá odlišně. U globulárních proteinů se při zahřátí tepelný pohyb polypeptidových řetězců uvnitř globule zvětší, vodíkové můstky, které je držely v určité poloze, se přeruší a polypeptidový řetězec se rozvine a následně složí novým způsobem. V tomto případě se polární (nabité) hydrofilní skupiny umístěné na povrchu globule a zajišťující její náboj a stabilitu pohybují uvnitř globule a na její povrch se dostávají reaktivní hydrofobní skupiny (disulfid, sulfhydryl atd.), které nejsou schopny zadržovat vodu. Denaturaci provázejí změny nejdůležitějších vlastností bílkoviny: ztráta jednotlivých vlastností (např. změna barvy masa při jeho zahřívání v důsledku denaturace myoglobinu); ztráta biologické aktivity (např. brambory, houby, jablka a řada dalších rostlinných produktů obsahuje enzymy, které způsobují jejich ztmavnutí; při denaturaci ztrácejí enzymové bílkoviny aktivitu); zvýšený útok trávicích enzymů (zpravidla se tepelně upravené potraviny obsahující bílkoviny tráví úplněji a snadněji); ztráta schopnosti hydratace (rozpouštění, otok); ztráta stability proteinových globulí, která je doprovázena jejich agregací (skládáním neboli koagulací proteinu).

Agregace- jedná se o interakci denaturovaných molekul bílkovin, která je doprovázena tvorbou větších částic. Navenek se to projevuje odlišně v závislosti na koncentraci a koloidním stavu proteinů v roztoku. Takže v roztocích s nízkou koncentrací (do 1 %) tvoří koagulovaný protein vločky (pěna na povrchu vývarů). V koncentrovanějších roztocích bílkovin (například vaječných bílků) denaturace tvoří souvislý gel, který zadržuje veškerou vodu obsaženou v koloidním systému.

Bílkoviny, což jsou víceméně zalévané gely (svalové bílkoviny masa, drůbeže, ryb; bílkoviny obilovin, luštěnin, mouky po hydrataci atd.), se při denaturaci zhutňují, přičemž dochází k jejich dehydrataci oddělením tekutiny na životní prostředí. Proteinový gel vystavený zahřívání má zpravidla menší objem, hmotnost, větší mechanickou pevnost a elasticitu ve srovnání s původním gelem z nativních (přírodních) proteinů. Rychlost agregace proteinových solů závisí na pH média. V blízkosti izoelektrického bodu jsou proteiny méně stabilní.

Degradace bílkovin. Při delším tepelném zpracování procházejí proteiny hlubšími změnami spojenými s destrukcí jejich makromolekul. V první fázi změn se mohou z molekul bílkovin odštěpit funkční skupiny za vzniku těkavých sloučenin, jako je amoniak, sirovodík, fosforovodík, oxid uhličitý atd. Hromadí se ve výrobku a podílejí se na tvorbě chuti a vůně hotového výrobku. Při další hydrotermální úpravě dochází k hydrolýze bílkovin, přičemž dochází k porušení primární (peptidové) vazby za vzniku rozpustných dusíkatých látek nebílkovinné povahy (např. přechod kolagenu na glutin). Ničením bílkovin může být účelová kulinářská úprava, která přispívá k intenzifikaci technologického procesu (použití enzymových přípravků ke změkčení masa, oslabení lepku těsta, získání bílkovinných hydrolyzátů apod.).

Pění. Bílkoviny se široce používají jako pěnidla při výrobě cukrovinek (sušenky, bílkové šlehané těsto), smetany ke šlehání, zakysané smetany, vajec atd. Stabilita pěny závisí na povaze bílkoviny, její koncentraci a teplotě.

1.4. Změna obsahu bílkovin během skladování

Při skladování v chladničce a zmrazení čistých proteinových roztoků dochází k agregaci proteinových molekul. Tomuto procesu obvykle předchází denaturace bílkovin. Údaje o stanovení molekulové hmotnosti, sedimentačních konstant a rychlosti difúze proteinových částic vzniklých během zmrazování a skladování v chladničce naznačují strukturální změny tohoto proteinu. Podle některých zpráv je v procesu chlazení ryb možné nejen snížení, ale také zvýšení rozpustnosti bílkovin. U baltského sledě se tedy rozpustnost bílkovin ve svalové tkáni mražených ryb zvýšila i během ztuhlého mortis.

Při skladování masa se vytvářejí příznivé podmínky pro sekundární interakci lipidů s bílkovinami. Při skladování se totiž rychle ničí nativní proteiny, ztrácí se strukturní řád buněčných membrán a je narušena prostorová diferenciace chemických složek buněk. V tomto případě interagují s bílkovinami jak polární, tak neutrální tuky, stejně jako produkty jejich rozkladu a oxidace.

K interakcím mezi lipidy a proteiny dochází v potravinách a při skladování ve zmrazeném stavu. Výsledky studia masa a ryb ukázaly, že se ve vlnách měnila rozpustnost různých proteinových frakcí svalové tkáně, obsah sulfhydrylových a disulfidových skupin v proteinech a také aktivita řady enzymů.

Kvalitativní složení aminokyselin při skladování produktu je dáno mnoha faktory a závisí na aktivitě různých enzymů ve svalové tkáni a jednotlivých přeměnách aminokyselin, na aminokyselinovém složení odbouratelných bílkovin, jejich množství a stupni napadení enzymy, změnách pH, ​​teploty a dalších vzájemně souvisejících faktorech.

2. Praktická část

2.1. Charakteristika kvantitativních metod stanovení obsahu bílkovin

Metody pro kvantitativní stanovení proteinové frakce jsou založeny na stanovení množství celkového dusíku. Nejběžnější je stanovení Kjeldahlovou metodou, která umožňuje izolovat dusík ve formě amoniaku pouze z aminů a jejich derivátů, ale některé sloučeniny obsahující dusík za těchto podmínek tvoří spolu s amoniakem i molekulární dusík, což vede k podhodnoceným údajům.

Kjeldahlova metoda.

Kjeldahlova metoda je poměrně jednoduchá, dobře reprodukovatelná, standardizovaná a má několik modifikací.

Metoda zahrnuje tři hlavní kroky: digesci, destilaci a titraci.

Metoda je založena na oxidaci organických látek na CO2, H2O, NH3 při zahřívání silnou kyselinou sírovou. Amoniak reaguje s přebytkem H2SO4 conc a tvoří s ním síran amonný.

R-CHNH2COOH + H2SO4 -> CO2 + H2O + NH3;

2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4.

Po spálení vzorku se přebytek kyseliny neutralizuje alkálií a amoniak vázaný ve formě síranu amonného se vytěsní přebytkem alkálie.

(NH4)2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2NH4OH.

Po spálení vzorku je dusík stanoven kolorimetricky pomocí optické hustoty barevných roztoků získaných interakcí s Nesslerovým činidlem.

Amoniak a amonné soli se mohou tvořit s Nesslerovým činidlem (podvojná sůl jodidu rtuťnatého a jodidu draselného, ​​rozpuštěná v žíravém draslíku). Mercurammonium jodid je žlutohnědá látka.

NH4OH + 2(HgI2KI) + 3KOH = OHg2NH2I + 7KI + 3H2O.

Metoda formální titrace.

Další kvantitativní metodou pro stanovení obsahu bílkovin je formální titrační metoda, která se běžně používá v mlékárnách.

Metodu lze použít pouze pro analýzu čerstvého syrového mléka s kyselostí nejvýše 22 ºT. Konzervované vzorky nelze touto metodou kontrolovat.

Metoda spočívá v blokování NH2 skupin produktových proteinů zavedeným formalínem za vzniku methylderivátů proteinů, jejichž karboxylové skupiny mohou být neutralizovány alkálií:

HOOC – R – NH2 + 2HCHO → HCHO – R – N(CH2OH)2;

HCHO – R – N(CH2OH)2 + NaOH → NaOH – R – N(CH2OH)2 + H2O.

Množství alkálie použité pro titraci kyselých karboxylových skupin je přepočítáno na hmotnostní zlomek proteinů.

Studie se provádí podle následujícího schématu:

V baňce o objemu 100 cm³ se odměří 20 cm³ zkoušeného produktu 10-12 kapek 1% roztoku fenolftaleinu a titruje se 0,1N roztokem hydroxidu sodného, ​​dokud se neobjeví růžové zbarvení odpovídající barvě standardu. Poté se automatickým odměřovacím zařízením přidají 4 ml neutralizovaného 40% formalínu a znovu se titruje 0,1 N roztokem hydroxidu sodného, ​​dokud se nezíská barva standardu. Množství alkálie použité pro druhou titraci (při první titraci je vynaloženo na neutralizaci látek, které způsobují kyselost produktu), se vynásobí faktorem 0,959 a získá se hmotnostní podíl bílkovin v produktu v procentech.

Pro převod množství roztoku hydroxidu sodného na procento bílkovin lze použít tabulku.

Spotřeba 0,1N roztoku NaOH, ml	Hmotnostní podíl bílkovin, %	Spotřeba 0,1N roztoku NaOH, ml	Hmotnostní podíl bílkovin, %

Tabulka 2 - Závislost hmotnostního zlomku bílkovin na objemu alkalického roztoku použitého pro titraci vzorků v přítomnosti formalínu

2.2. Charakteristika kvalitativních metod stanovení obsahu bílkovin

Proteinové precipitační reakce

Proteiny v roztoku a tedy i v těle jsou zachovány ve svém přirozeném stavu díky faktorům stability, mezi které patří náboj molekuly proteinu a hydratační obal kolem ní. Odstranění těchto faktorů vede ke slepení molekul bílkovin a jejich vysrážení. Precipitace proteinu může být reverzibilní nebo ireverzibilní, v závislosti na činidlech a reakčních podmínkách. V laboratorní praxi se srážecí reakce využívají k izolaci albuminových a globulinových frakcí proteinů, kvantifikaci jejich stability, detekci proteinů v biologických tekutinách a jejich uvolňování za účelem získání roztoku bez proteinů.

vratné srážky.

Vlivem precipitačních faktorů se proteiny vysrážejí, ale po ukončení působení (odstranění) těchto faktorů se proteiny opět stávají rozpustnými a získávají své nativní vlastnosti. Jedním typem reverzibilního srážení proteinů je vysolování.

vysolování. Albuminová frakce proteinů se vysráží nasyceným roztokem síranu amonného a globulinová frakce polonasyceným roztokem.

Podstatou reakce je dehydratace molekul bílkovin.

Pokrok v definici. 30 kapek neředěného vzorku se nalije do zkumavky a přidá se stejné množství nasyceného roztoku síranu amonného. Obsah tuby promíchejte. Získá se polonasycený roztok síranu amonného, ​​přičemž se globulinová frakce vysráží a albuminová frakce zůstane v roztoku. Ten se odfiltruje, poté se smíchá s práškem síranu amonného, ​​dokud se nezastaví rozpouštění soli a nevytvoří se sraženina - globuliny.

Nevratné vysrážení bílkovin.

Nevratná precipitace proteinů je spojena s hlubokými poruchami ve struktuře proteinů (sekundární a terciární) a ztrátou jejich přirozených vlastností. Takové změny v bílkovinách mohou být způsobeny varem, působením koncentrovaných roztoků minerálních a organických kyselin, solí těžkých kovů.

Srážení při varu. Proteiny jsou termolabilní sloučeniny a při zahřátí nad 50-60 stupňů C dochází k jejich denaturaci. Podstatou tepelné denaturace je destrukce hydratačního obalu, rozbití vazeb stabilizujících proteinovou globuli a nasazení molekuly proteinu. Nejúplnější a nejrychlejší precipitace nastává v izoelektrickém bodě (když je náboj molekuly nulový), protože proteinové částice jsou v tomto případě nejméně stabilní. Proteiny s kyselými vlastnostmi se srážejí v mírně kyselém prostředí a proteiny se zásaditými vlastnostmi - v mírně zásaditém. V silně kyselých nebo silně alkalických roztocích se protein denaturovaný při zahřívání nesráží, protože jeho částice jsou znovu nabity a nesou kladný náboj v prvním případě a záporný náboj ve druhém, což zvyšuje jejich stabilitu v roztoku.

Pokrok v definici. Přidejte 10 kapek roztoku vzorku do 4 očíslovaných zkumavek. Poté se 1. zkumavka zahřeje k varu, přičemž se roztok zakalí, ale protože částice denaturovaného proteinu nesou náboj, nesrážejí se. To je způsobeno tím, že vaječný bílek má kyselé vlastnosti (jeho izoelektrický bod je 4,8) a v neutrálním prostředí je záporně nabitý; Do druhé zkumavky se přidá 1 kapka 1% roztoku kyseliny octové a zahřeje se k varu. Protein se vysráží, protože. jeho roztok se blíží izoelektrickému bodu a protein ztrácí svůj náboj (jeden z faktorů stability proteinu v roztoku); do 3. zkumavky přidejte 1 kapku 10% roztoku kyseliny octové a zahřejte k varu. Nevytváří se sraženina, protože v silně kyselém prostředí získávají proteinové částice kladný náboj (jeden z faktorů stability proteinu v roztoku je zachován); Do 4. zkumavky se nalije 1 kapka roztoku NaOH, zahřeje se k varu. Nevytváří se žádná sraženina, protože záporný náboj proteinu se v alkalickém prostředí zvyšuje.

Srážení koncentrovanými minerálními kyselinami. Koncentrované kyseliny (sírová, chlorovodíková, dusičná atd.) způsobují denaturaci bílkovin odstraněním faktorů stability bílkovin v roztoku (náboj a hydratační obal). Při přebytku kyseliny chlorovodíkové a sírové se však vysrážená sraženina denaturované bílkoviny opět rozpustí. Zřejmě k tomu dochází v důsledku dobíjení molekul bílkovin a jejich částečné hydrolýzy. Když se přidá přebytek kyseliny dusičné, sraženina se nerozpustí. To je důvod, proč se kyselina dusičná používá k detekci malých množství bílkovin v moči v klinických studiích.

Pokrok v definici. Do tří zkumavek se nalije 5 kapek koncentrované kyseliny sírové, chlorovodíkové a dusičné. Poté se nakloněním zkumavky pod úhlem 45 stupňů opatrně navrství stejný objem vzorku podél stěny. Na rozhraní dvou vrstev se objeví proteinová sraženina ve formě bílého prstence. Zkumavky pečlivě protřepejte, sledujte rozpouštění bílkoviny ve zkumavkách s kyselinou sírovou a chlorovodíkovou, ve zkumavce s kyselinou dusičnou nedochází k rozpouštění bílkovin.

Srážení organickými kyselinami. Kyselina trichloroctová sráží pouze bílkoviny a kyselina sulfosalicylová sráží nejen bílkoviny, ale i vysokomolekulární peptidy.

Pokrok v definici. Přidejte 5 kapek roztoku vzorku do dvou zkumavek. Do jedné z nich se přidají 2 kapky kyseliny sulfosalicylové a do druhé 5 kapek kyseliny trichloroctové. Protein se vysráží ve zkumavkách.

Srážení bílkovin solemi těžkých kovů. Při interakci se solemi olova, mědi, rtuti, stříbra a dalších těžkých kovů dochází k denaturaci a vysrážení bílkovin. Při přebytku některých solí je však pozorováno rozpouštění původně vytvořené sraženiny. To je způsobeno akumulací kovových iontů na povrchu denaturovaného proteinu a výskytem kladného náboje na molekule proteinu.

Pokrok v definici. Přidejte 5 kapek vzorku do tří zkumavek. V první přidejte 1 kapku octanu olovnatého, ve třetí - 1 kapku dusičnanu stříbrného. Srážení se vyskytuje ve všech zkumavkách. Poté se do první zkumavky přidá 10 kapek dusičnanu stříbrného - nedochází k rozpouštění sraženiny.

Barevné reakce pro proteiny

Barevné reakce se používají ke stanovení proteinové povahy látek, identifikaci proteinů a stanovení jejich aminokyselinového složení v různých biologických tekutinách.

Biuretová reakce pro peptidovou vazbu. Je založena na schopnosti peptidových vazeb (-CO-NH-) vytvářet se síranem měďnatým v alkalickém prostředí barevné komplexní sloučeniny, jejichž intenzita barvy závisí na délce polypeptidového řetězce. Roztok proteinu dává modrofialové zbarvení.

Pokrok v definici. Do zkumavky přidejte 5 kapek roztoku vzorku, 3 kapky NaOH, 1 kapku Cu(OH)2, promíchejte. Obsah tuby získá modrofialovou barvu.

Ninhydrinová reakce. Podstatou reakce je vznik modrofialově zbarvené sloučeniny sestávající z ninhydrinu a produktů hydrolýzy aminokyselin. Tato reakce je charakteristická pro aminoskupiny v poloze - přítomné v přirozených aminokyselinách a proteinech.

Pokrok v definici. Do zkumavky přidejte 5 kapek roztoku vzorku, poté 5 kapek ninhydrinu, směs zahřejte k varu. Objeví se růžovofialová barva, která se časem změní na modrofialovou.

xantoproteinová reakce. Po přidání koncentrované kyseliny dusičné do proteinového roztoku a zahřátí se objeví žluté zbarvení, které se v přítomnosti alkálie změní na oranžovou. Podstatou reakce je nitrace benzenového kruhu cyklických aminokyselin kyselinou dusičnou za vzniku nitrosloučenin, které se vysrážejí. Reakce odhalí přítomnost cyklických aminokyselin v proteinu.

Pokrok v definici. Přidejte 3 kapky kyseliny dusičné k 5 kapkám roztoku vzorku a (opatrně!) zahřejte. Objeví se žlutá sraženina. Po vychladnutí přidejte (nejlépe do sraženiny) 10 kapek NaOH, objeví se oranžové zbarvení.

Adamkevičova reakce. Aminokyselina tryptofan v kyselém prostředí vytváří při interakci s kyselými aldehydy červenofialové kondenzační produkty.

Pokrok v definici. K jedné kapce vzorku se přidá 10 kapek kyseliny octové. Nakloněním zkumavky opatrně po kapkách přidávejte 0,5 ml kyseliny sírové podél stěny tak, aby se kapaliny nesmíchaly. Když zkumavka stojí, objeví se na hranici kapalin červenofialový prstenec.

Fohlova reakce. Aminokyseliny obsahující sulfhydrylové skupiny - SH, podléhají alkalické hydrolýze za vzniku sulfidu sodného Na2S. Ten při interakci s olovnatou sodnou (vzniklou při reakci mezi octanem olovnatým a NaOH) tvoří černou nebo hnědou sraženinu sulfidu olovnatého PbS.

Pokrok v definici. K 5 kapkám roztoku vzorku se přidá 5 kapek Fohlova činidla (do 5% roztoku octanu olovnatého se přidává stejný objem 30% roztoku NaOH, dokud se vytvořená sraženina nerozpustí). a vařte 2-3 minuty. Po usazení 1-2 min. objeví se černá nebo hnědá sraženina.

3. Experimentální část

3.1. Zdůvodnění výběru předmětu studia

Za objekt svého zkoumání jsem si vybral slepičí vejce, které je hlavním zdrojem bílkovin a mnoha látek nezbytných pro lidský organismus a vejce je součástí jídelníčku každého člověka.

Ročně se na světě spotřebuje asi miliarda, tedy tisíce miliard vajec. Každý člověk sní v průměru 200 vajec ročně. Vejce ale nejsou jen obyčejná potravina.

Vejce nejsou jen bohatým koktejlem živin, díky vejcům se vaší kulinářské fantazii meze nekladou. Němci milují k snídani vejce naměkko, Američané svá vejce nazývají „sluneční stranou nahoru“, Španělé jsou zamilovaní do jejich tortilly, Italové preferují fritatu, druh omelety, a gurmánští Japonci namáčejí syrové maso do čerstvě snesených vajec.

Snad žádný jiný produkt se v kuchyni nepoužívá tak často jako čerstvé vejce. Do koláčů, dezertů, zmrzliny, gurmánských omáček nebo všemi oblíbenými vaječnými těstovinami – všude vejce vydávají svou zlatou žloutkovou barvu.

Nejvyšší kvalita bílkovin a kombinace různých životně důležitých prvků činí z vajec mimořádně hodnotný potravinářský produkt. Velké vejce obsahuje asi devět gramů bílkovin, osm gramů tuku, cenný prvek lecitin a také další minerální látky a vitamíny – s výjimkou vitamínu C. Vitamíny se ukrývají především ve žloutku.

Nejdůležitějším vitaminem je vitamin A a jeho provitaminy – karotenoidy. Takzvaný "oční vitamín" zlepšuje vidění. Je potřebný v sítnici oka jak pro vnímání světla a tmy, tak pro rozlišování barev. Vitamin A také hraje důležitou roli v imunitním systému, podporuje růst a posilování vlasů, kůže a zubů.

Slepičí vejce jsou také zdrojem vitamínu B, který je zodpovědný za bezproblémový metabolismus, buněčné dýchání a tvorbu červených krvinek – erytrocytů.

Jedno vejce pokryje denní potřebu kyseliny listové o 26 procent. Tento obzvláště nestabilní vitamín vytváří nové buňky a aktivuje růst. Nedostatek kyseliny listové je jednou z nejčastějších forem nedostatku vitamínů a často se vyskytuje společně s nedostatkem železa. Vejce jsou ale také skutečnou zásobárnou minerálů: vápník, hořčík, draslík, železo, zinek, jód a fluor dělají z vejce jednu z nejvýživnějších potravin na Zemi.

Vejce - dobrý zdroj protein, takže v tabulce níže jsou použity jako základ pro srovnání s jinými produkty. Vejcím je přiřazena podmíněná hodnota 100.

Uvedené údaje platí pro vejce jako celek, nikoli pro bílky nebo žloutky. V dnešní době je v módě jíst pouze bílkoviny, jelikož neobsahují tuk. Ve skutečnosti žloutky neobsahují méně bílkovin. A obsah vitamínů a minerálů je ještě vyšší.

Na základě údajů v tabulce můžeme usoudit, že hlavním zdrojem bílkovin jsou vejce.

Ve srovnání s jinými živočišnými produkty obsahuje slepičí vejce nejúplnější bílkovinu, která je tělem téměř úplně absorbována. Vaječný protein obsahuje všechny esenciální aminokyseliny v nejoptimálnějších poměrech.

Níže je tabulka, která ukazuje hmotnostní obsah bílkovin v některých zdrojích bílkovin a procento těchto bílkovin, které může naše tělo skutečně vstřebat.

Tabulka 4 - hmotnostní obsah bílkovin ve výrobcích,%

Z tabulky vyplývá, že např. vejce obsahují pouze 12 % bílkovin, ale díky určitému složení aminokyselin dokáže tělo vstřebat 94 % bílkovin. Naproti tomu bílkovina tvoří 42 % sójové mouky, ale složení této bílkoviny umožňuje vstřebat pouze 61 % tohoto množství.

Na základě údajů v tabulce můžeme usoudit, že je obrovský rozdíl mezi celkovým obsahem bílkovin v potravinách (co čteme na etiketách) a množstvím, které tělo skutečně využije.

Pokud se podíváte na seznam v tabulce, můžete vidět, že potraviny jako rýže, fazole a brambory obsahují mnohem méně zdravých bílkovin než vejce. Důvodem je příliš nízký obsah nezbytných aminokyselin nutných pro úplné vstřebání bílkovin tělem.

V souladu s tím se proteiny, které postrádají esenciální aminokyseliny, nazývají neúplné; ty, ve kterých je dostatek esenciálních aminokyselin, jsou kompletní, vaječné bílkoviny jsou kompletní.

Můžeme tedy dojít k závěru, že slepičí vejce ve srovnání s jinými živočišnými produkty obsahuje nejúplnější protein, který je tělem téměř úplně absorbován. Vaječný protein obsahuje všechny esenciální aminokyseliny v nejoptimálnějších poměrech.

Podle současných ruských norem by mělo být označení na každém vejci vyprodukovaném na drůbežárně.

První znak na štítku označuje přípustnou dobu použitelnosti:

Písmeno "D" - označuje dietní vejce, taková vejce se prodávají do 7 dnů.

Písmeno "C" - označuje konzumní vejce, které se prodá do 25 dnů.

Druhý znak v označení znamená kategorii vejce v závislosti na jeho hmotnosti:

Výběrové vejce (O) - od 65 do 74,9 g.

Charakteristika předmětu studia

Jako předmět studia jsem si vybral tři vzorky - slepičí vejce vyrobená na Chelyabinsk Poultry Farm OJSC (CHEPFA).

Chelyabinsk Poultry Farm OJSC je jedním z pěti největších drůbežářských podniků v Rusku. Hlavní činností je výroba, zpracování, skladování a prodej zemědělských produktů. Hlavním produktem drůbežárny je vysoce kvalitní slepičí vejce získané od klasického přespolního ptáka Lohmann LSL. Dnes JSC Čeljabinská drůbežárna sdružuje pět strukturálních pododdělení: Čeljabinská drůbeží farma, Jemanželinsky chovná farma, Petropavlovský obilný komplex, Jemanželinské centrum pro příjem obilí a Kurochkino Sanatorium.

Vzorek č. 1 - dietní vejce I. kategorie (D1), vyrobené 26. března 2009, o hmotnosti 62 gramů.

Vzorek č. 2 - konzumní vejce I. kategorie (C1), vyrobené 26. března 2009, o hmotnosti 59 gramů.

Vzorek č. 3 je konzumní vejce dle výběru (CO), vyrobené 26. března 2009, o hmotnosti 68 gramů.

Metoda pro odhad obsahu bílkovin

V rámci práce byla jako metoda pro hodnocení obsahu bílkovin ve výrobku použita Kjeldahl-Golubova mikrometoda.

Studie se provádí podle následujícího schématu:

Zvážená část testovaného produktu o objemu 0,04 g, odebraná s přesností ±0,0001, se umístí do zkumavky. Poté se postupně vstříknou 2 ml H2SO4 (měrná hmotnost 1,84) a 1...2 kapky H2O2 (33 %). Mineralizace se provádí zahříváním zkumavky ve vodní lázni při teplotě 85 stupňů.

V tomto případě jsou snadno oxidovatelné látky během 1–2 minut zcela zoxidovány a odbarvená kapalina zůstává při dalším zahřívání bezbarvá.

Na konci oxidace se obsah zkumavky kvantitativně převede do 100 ml odměrné baňky až po značku. Po dobrém promíchání obsahu baňky odeberte vzorek 10 ml a přesně titrujte 0,5 N NaOH proti fenolftaleinu, abyste určili množství alkálie potřebné k neutralizaci.

Poté se odebere vzorek stejného roztoku v 10 ml a přenese se do další 100 ml odměrné baňky, přidá se předepsané množství 0,5 N NaOH pro neutralizaci kyseliny. Poté doplňte po značku vodou a dobře protřepejte. Tato kapalina se používá k přípravě barevných roztoků.

Příprava barevných roztoků. K tomu se ve dvou odměrných baňkách o objemu 100 ml připravují pracovní a standardní roztoky. Do jedné se nalije 10 ml zkušebního roztoku, obě baňky se doplní do tří čtvrtin vodou, poté se přidají 4 ml Nesslerova roztoku a doplní se po značku.

Poté určete optickou hustotu získaných barevných roztoků.

Na základě dat analýzy se obsah bílkovin (%) vypočítá pomocí vzorce:

kde 0,002 je množství mg dusíku v 1 ml standardního pracovního roztoku;

Dm je optická hustota pracovního roztoku;

Dm je optická hustota standardního roztoku;

m je hmotnost navážené části zkoušené látky, g;

K - konverzní faktor dusíku na bílkoviny, rovný 6,25 pro produkty živočišného původu; pro produkty rostlinného původu 5.7.

3.2. Analýza výsledků vlastního výzkumu

Obrázek 1 - Obsah bílkovin ve studovaných vzorcích

Tabulka 5 - Množství obsahu bílkovin ve studovaných vzorcích

Většina bílkovin se nachází v dietních vejcích první kategorie (D1) (vzorek č. 1). Dietní vejce je totiž nejčerstvější vejce snesené maximálně před týdnem. Podle studií probíhají ve vajíčku ještě týden mikrobiologické procesy, tzn. žije to. Během týdne skladování se kvalitativní a kvantitativní složení bílkovin a aminokyselin ve vejcích nestihne příliš změnit. Ale v souladu s literárními údaji by vaječný bílek dietního vaječného proteinu měl obsahovat asi 19 % bílkovin a asi 18 % ve žloutku a studie odhalila, že obsah bílkovin v bílkovině je 18,7 % a ve žloutku 17,6 %. Lze usuzovat, že odchylky v obsahu bílkovin jsou malé, ale přesto zde, v důsledku nesprávného skladování vejce.

Vybrané konzumní vejce (CO) (vzorek č. 3) obsahuje méně bílkovin než vejce dietní, což se vysvětluje trvanlivostí vejce. Vejce musí být skladováno na chladném, ale ne příliš suchém místě; nejlepší teplota je 0 - +5 °С. Pokud v něm udržíte optimální vlhkost a obsah oxidu uhličitého, lze vejce skladovat až 9 měsíců. Zároveň však dochází k denaturaci a agregaci proteinu ve vejci. V souladu s literárními údaji by měl bílek konzumního vejce obsahovat asi 17 % bílkovin a asi 16 % ve žloutku a studie odhalila, že obsah bílkovin v bílkovině je 16,5 % a ve žloutku 15,7 %. Lze usuzovat, že odchylky v obsahu bílkovin jsou malé, ale přesto existují, což se vysvětluje tím, že při skladování nejsou splněny všechny potřebné podmínky.

V konzumním vejci první kategorie (C1) (Orazets č. 2) se obsah bílkovin příliš neliší od obsahu bílkovin ve vejci konzumním, což se vysvětluje tím, že konzumní vejce první kategorie se od konzumního vejce liší pouze hmotností. V bílkovině vzorku č. 2 je obsah bílkovin 16,5 % a ve žloutku 15,7 %, což odpovídá literárním údajům, avšak s určitými odchylkami.

V průběhu této práce bylo zjištěno, že proteiny jsou organické látky živočišného nebo rostlinného původu, které poskytují podporu buněčné struktuře lidského těla. Jejich hlavním prvkem jsou četné aminokyseliny.

Aminokyseliny se nacházejí ve všech produktech rostlinného i živočišného původu, ale jejich obsah a poměr ve výrobcích je odlišný.

Předmětem studie bylo slepičí vejce jako hlavní zdroj bílkovin. Na základě výsledků studie lze dojít k závěru, že kvalita vajec moderních producentů a obsah bílkovin v nich odpovídají normalizovaným ukazatelům, ale s mírnými odchylkami, což je vysvětleno délkou skladování a možnou nejednotností režimu skladování vajec.

V průběhu práce bylo dosaženo hlavního cíle: byly identifikovány hlavní zdroje bílkovin - jedná se o produkty živočišného původu - mléko, maso, ryby, vejce (obsahují esenciální aminokyseliny v nejpříznivějších poměrech) a rostlinného původu, např. hrách, fazole, pohanka a kroupy, proso, rýže; a bylo také zjištěno, že proteiny jsou nezbytnými a životně důležitými prvky chemického složení potravinářských výrobků, které plní mnoho funkcí - plastickou, kontraktilní, rezervní, regulační a ochrannou.

Bílkoviny jsou základem zdravého a správného stravování, proto je nutné zlepšit kulturu výživy obyvatel země a podporovat zdravý životní styl.

Bibliografie

1. Potoroko I.Yu., Kalinina I.V. Teoretické základy nauky o zboží a zkoumání spotřebního zboží: Laboratorní dílna. - Čeljabinsk: Nakladatelství SUSU, 2005. - 97 s.

2. Prodej masných a vaječných výrobků. Nauka o zboží mléčných výrobků a potravinářských koncentrátů: Proc./G. N. Kruglyakov, G. V. Kruglyakova.-M.: Marketing, 2001.

3. Chemické složení ruských potravinářských výrobků / Ed. I. M. Skurikhin, V. A. Tutelyan; Ros. akad. Miláček. Sciences, Ústav výživy.-M.: DeLi print, 2002.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Proteiny

5. http://www.chepfa.ru

Příloha 1

Kalkulační deník

Ukázka č. 1. Dietní vejce první kategorie

Protein: optická hustota testovaného vzorku - 0,237

hmotnost vzorku - 0,0465 g

X \u003d (0,002x0,237x100x6,25) / (0,35x0,0465) \u003d 18,1 %

Žloutek: optická hustota zkušebního vzorku - 0,220

optická hustota standardního roztoku - 0,35

hmotnost vzorku - 0,0457 g

X \u003d (0,002x0,220x100x6,25) / (0,35x0,0457) \u003d 17,3 %

Ukázka č. 2. Stolní vejce první kategorie

Protein: optická hustota testovaného vzorku - 0,186

optická hustota standardního roztoku - 0,35

hmotnost vzorku - 0,0401 g

X \u003d (0,002x0,186x100x6,25) / (0,35x0,0401) \u003d 16,5 %

Žloutek

optická hustota standardního roztoku - 0,35

hmotnost vzorku - 0,0406 g

X \u003d (0,002x0,179x100x6,25) / (0,35x0,0406) \u003d 15,7 %

Ukázka č. 3. Vybrané stolní vejce

Protein: optická hustota testovaného vzorku - 0,179

optická hustota standardního roztoku - 0,35

hmotnost vzorku - 0,0443 g

X \u003d (0,002x0,179x100x6,25) / (0,35x0,0443) \u003d 16,1 %

Žloutek: optická hustota testovaného vzorku - 0,176

optická hustota standardního roztoku - 0,35

hmotnost vzorku - 0,0409 g

X \u003d (0,002x0,176x100x6,25) / (0,35x0,0409) \u003d 15,3 %

Je známo, že živá hmota je založena na organických látkách – bílkovinách, tucích, sacharidech a nukleových kyselinách. Ale nejdůležitější z těchto látek je bílkovina.

Většina látek známých vědě se při zahřívání mění z pevné látky na kapalnou. Jsou ale látky, které se naopak při zahřátí mění v pevné skupenství. Tyto látky spojil do samostatné třídy francouzský chemik Pierre Joseph Macke v roce 1777. Analogicky k vaječnému bílku, který se při zahřívání sráží, se tyto látky nazývaly proteiny. Proteiny jsou jinak známé jako proteiny. V řečtině protein (proteios) znamená „na prvním místě“. Tento název byl proteinu dán v roce 1838, kdy holandský biochemik Gerard Mulder napsal, že život na planetě by byl nemožný bez určité látky, která je nejdůležitější ze všech látek známých vědě a která je nezbytně přítomna absolutně ve všech rostlinách a zvířatech. Mulder nazval tuto látku protein.

Bílkoviny jsou nejkomplexnější látkou ze všech živin. V každé buňce lidského těla probíhají chemické reakce, ve kterých hraje bílkovina velmi důležitou roli.

Z čeho se skládá protein

Mezi bílkoviny patří: dusík, kyslík, vodík, uhlík. Jiné živiny ale dusík neobsahují.

Protein je přírodní polymer. Polymery jsou látky, jejichž molekuly obsahují velmi velký počet atomů. Ještě v 19. století ruský chemik Alexander Michajlovič Butlerov dokázal, že změní-li se struktura molekuly, změní se i vlastnosti látky. Hlavními stavebními kameny bílkovin jsou aminokyseliny. Proteiny obsahují různé kombinace aminokyselin. Proto v přírodě existuje široká škála proteinů s různými vlastnostmi. S pomocí výzkumu bylo objeveno přibližně 20 aminokyselin, které se podílejí na tvorbě bílkovin.

Jak probíhá proces tvorby molekuly proteinu

Aminokyseliny jsou k sobě připojeny postupně. V důsledku tohoto procesu vzniká řetězec, který se nazývá polypeptid. Následně se polypeptidy mohou svinout nebo nabýt jiného tvaru. Vlastnosti proteinu závisí na složení aminokyselin, na tom, kolik aminokyselin se účastní syntézy a v jakém pořadí jsou tyto aminokyseliny na sebe navázány. Například při syntéze dvou proteinů jde o stejný počet aminokyselin, které mají také stejné složení. Pokud jsou ale tyto aminokyseliny umístěny v jiné sekvenci, pak získáme dva zcela odlišné proteiny.

Pokud peptidy neobsahují více než 15 aminokyselinových zbytků, pak se nazývají oligopeptidy. A peptidy obsahující až několik desítek tisíc nebo dokonce stovky tisíc aminokyselinových zbytků se nazývají proteiny. Molekula proteinu má kompaktní prostorovou strukturu. Tato struktura může být ve formě vláken. Takové proteiny se nazývají fibrilární. Vytvářejí bílkoviny. Pokud má molekula proteinu strukturu ve formě koule, pak se proteiny nazývají globulární. Tyto proteiny zahrnují enzymy, protilátky a některé hormony.

Podle toho, jaké aminokyseliny jsou obsaženy ve složení bílkovin, jsou bílkoviny kompletní a neúplné. Kompletní proteiny obsahují kompletní sadu aminokyselin. Nekompletní bílkoviny, chybí některé aminokyseliny.

Proteiny se také dělí na jednoduché a složité. Jednoduché proteiny obsahují pouze aminokyseliny. Složení komplexních proteinů kromě aminokyselin zahrnuje také kovy, sacharidy, lipidy, nukleové kyseliny.

Role bílkovin v lidském těle

Proteiny plní v lidském těle různé funkce.

1.Strukturální. Bílkoviny jsou součástí buněk všech tkání a orgánů.

2. Ochranný. Interferonový protein je syntetizován v těle k ochraně před viry.

3. Dvigatelna já Protein myosin se účastní procesu svalové kontrakce.

4. Doprava. Hemoglobin, což je protein ve složení červených krvinek, se podílí na přenosu kyslíku a oxidu uhličitého.

5. Energie já V důsledku oxidace molekul bílkovin se uvolňuje energie nezbytná pro život těla.

6. katalytický já Proteinové enzymy fungují jako biologické katalyzátory, které zvyšují rychlost chemických reakcí v buňkách.

7. Regulační já Hormony regulují různé tělesné funkce. Například inzulín reguluje hladinu cukru v krvi.

V přírodě existuje obrovské množství proteinů, které mohou vykonávat širokou škálu funkcí. Ale nejdůležitější funkcí bílkovin je udržovat život na Zemi spolu s dalšími biomolekulami.

Obsah článku

PROTEINY (článek 1)- třída biologických polymerů přítomných v každém živém organismu. Za účasti bílkovin probíhají hlavní procesy, které zajišťují životně důležitou činnost těla: dýchání, trávení, svalové kontrakce, přenos nervových vzruchů. Kostní tkáň, kůže, vlasy, rohovinové útvary živých bytostí jsou složeny z bílkovin. U většiny savců dochází k růstu a vývoji organismu díky produktům obsahujícím bílkoviny jako složku potravy. Úloha proteinů v těle, a tedy i jejich struktura, je velmi různorodá.

Složení bílkovin.

Všechny proteiny jsou polymery, jejichž řetězce jsou sestaveny z fragmentů aminokyselin. Aminokyseliny jsou organické sloučeniny obsahující ve svém složení (v souladu s názvem) aminoskupinu NH 2 a organickou kyselinu, tzn. karboxylová skupina, skupina COOH. Ze všech rozmanitých existujících aminokyselin (teoreticky je počet možných aminokyselin neomezený) se na tvorbě bílkovin podílejí pouze ty, které mají mezi aminoskupinou a karboxylovou skupinou pouze jeden atom uhlíku. V obecný pohled aminokyseliny podílející se na tvorbě bílkovin lze vyjádřit vzorcem: H 2 N–CH(R)–COOH. Skupina R připojená k atomu uhlíku (ta mezi amino a karboxylovými skupinami) určuje rozdíl mezi aminokyselinami, které tvoří proteiny. Tato skupina se může skládat pouze z atomů uhlíku a vodíku, ale častěji obsahuje kromě C a H různé funkční (schopné další transformace) skupiny, například HO-, H2N- atd. Existuje také možnost, když R \u003d H.

Organismy živých bytostí obsahují více než 100 různých aminokyselin, nicméně ne všechny se používají při stavbě bílkovin, ale pouze 20, tzv. "základních". V tabulce. 1 ukazuje jejich názvy (většina jmen se vyvíjela historicky), strukturní vzorec a také široce používanou zkratku. Všechny strukturní vzorce jsou v tabulce uspořádány tak, že hlavní fragment aminokyseliny je vpravo.

Tabulka 1. AMINOKYSELINY PODÍLENÉ NA TVORBĚ PROTEINŮ

název	Struktura	Označení
GLYCINE		GLI
ALANIN		ALA
VALIN		HŘÍDEL
LEUCIN		LEI
IZOLEUCIN		ILE
SERIN		SER
THREONINE		TRE
CYSTEINE		CIS
METIONINE		SE SETKAL
LYSINE		LIZ
ARGININ		AWG
KYSELINA ASPARAGOVÁ		ASN
ASPARAGIN		ASN
KYSELINA GLUTAMOVÁ		GLU
GLUTAMINE		GLN
fenylalanin		fén
TYROZÍN		TIR
tryptofan		TŘI
HISTIDIN		GIS
PROLINE		PRO
V mezinárodní praxi je akceptováno zkrácené označení vyjmenovaných aminokyselin pomocí latinských třípísmenných nebo jednopísmenných zkratek, například glycin - Gly nebo G, alanin - Ala nebo A.

Z těchto dvaceti aminokyselin (tabulka 1) obsahuje pouze prolin vedle karboxylové skupiny COOH skupinu NH (místo NH2), protože je součástí cyklického fragmentu.

Osm aminokyselin (valin, leucin, isoleucin, threonin, methionin, lysin, fenylalanin a tryptofan), umístěných v tabulce na šedém pozadí, se nazývá esenciálními, protože je tělo musí neustále přijímat s bílkovinnou potravou pro normální růst a vývoj.

Postupným spojováním aminokyselin vzniká molekula proteinu, přičemž karboxylová skupina jedné kyseliny interaguje s aminoskupinou sousední molekuly, v důsledku toho vzniká –CO–NH– peptidová vazba a uvolňuje se molekula vody. Na Obr. 1 ukazuje sériové spojení alaninu, valinu a glycinu.

Rýže. 1 SÉRIOVÉ ZAPOJENÍ AMINOKYSELIN při tvorbě molekuly proteinu. Jako hlavní směr polymerního řetězce byla zvolena cesta od koncové aminoskupiny H2N ke koncové karboxylové skupině COOH.

Pro kompaktní popis struktury molekuly proteinu se používají zkratky pro aminokyseliny (tabulka 1, třetí sloupec), které se podílejí na tvorbě polymerního řetězce. Fragment molekuly znázorněný na Obr. 1 je zapsán takto: H2N-ALA-VAL-GLY-COOH.

Molekuly proteinu obsahují od 50 do 1500 aminokyselinových zbytků (kratší řetězce se nazývají polypeptidy). Individualita proteinu je dána souborem aminokyselin, které tvoří polymerní řetězec, a neméně důležitým pořadím jejich střídání podél řetězce. Například molekula inzulínu se skládá z 51 aminokyselinových zbytků (je to jeden z nejkratších řetězců proteinů) a skládá se ze dvou vzájemně propojených paralelních řetězců nestejné délky. Sekvence aminokyselinových fragmentů je ukázána na Obr. 2.

Rýže. 2 MOLEKULA INZULÍNU, vytvořené z 51 aminokyselinových zbytků, fragmenty stejných aminokyselin jsou označeny odpovídající barvou pozadí. Cysteinové aminokyselinové zbytky (zkrácené označení CIS) obsažené v řetězci tvoří disulfidové můstky -S-S-, které spojují dvě molekuly polymeru, nebo tvoří propojky v rámci jednoho řetězce.

Molekuly aminokyseliny cysteinu (tabulka 1) obsahují reaktivní sulfhydridové skupiny -SH, které spolu interagují a tvoří disulfidové můstky -S-S-. Role cysteinu ve světě proteinů je zvláštní, s jeho účastí se vytvářejí příčné vazby mezi molekulami polymerních proteinů.

Asociace aminokyselin do polymerního řetězce nastává v živém organismu pod kontrolou nukleových kyselin, jsou to právě ony, které zajišťují přísné pořadí sestavování a regulují pevnou délku molekuly polymeru ( cm. NUKLEOVÉ KYSELINY).

Struktura bílkovin.

Složení molekuly proteinu, prezentované ve formě střídajících se aminokyselinových zbytků (obr. 2), se nazývá primární struktura proteinu. Vodíkové vazby vznikají mezi iminoskupinami HN přítomnými v polymerním řetězci a karbonylovými skupinami CO ( cm. VODÍKOVÁ VAZBA), v důsledku toho získává molekula proteinu určitý prostorový tvar, nazývaný sekundární struktura. Nejběžnější jsou dva typy sekundární struktury v proteinech.

První možnost, nazývaná α-helix, je implementována pomocí vodíkových vazeb v rámci jedné molekuly polymeru. Geometrické parametry molekuly, určené délkou vazeb a vazebnými úhly, jsou takové, že tvorba vodíkových vazeb je možná pro skupiny H-N a C=O, mezi kterými jsou dva peptidové fragmenty H-N-C=O (obr. 3).

Složení polypeptidového řetězce znázorněné na Obr. 3 se píše ve zkrácené podobě takto:

H 2 N-ALA VAL-ALA-LEY-ALA-ALA-ALA-ALA-VAL-ALA-ALA-ALA-COOH.

V důsledku smršťovacího působení vodíkových vazeb získává molekula tvar šroubovice - tzv. α-helix, je znázorněna jako zakřivený spirálový pás procházející atomy tvořícími polymerní řetězec (obr. 4)

Rýže. 4 3D MODEL MOLEKULY PROTEINU ve formě α-šroubovice. Vodíkové vazby jsou znázorněny jako zelené tečkované čáry. Válcový tvar spirály je viditelný při určitém úhlu natočení (na obrázku nejsou znázorněny atomy vodíku). Barva jednotlivých atomů je dána v souladu s mezinárodními pravidly, která doporučují černou pro atomy uhlíku, modrou pro dusík, červenou pro kyslík a žlutou pro síru (bílá je doporučena pro atomy vodíku neznázorněné na obrázku, v takovém případě je celá struktura znázorněna na tmavém pozadí).

Jiná varianta sekundární struktury, nazývaná β-struktura, vzniká také za účasti vodíkových vazeb, rozdíl je v tom, že H-N a C=O skupiny dvou a více paralelně umístěných polymerních řetězců interagují. Protože polypeptidový řetězec má směr (obr. 1), jsou možné varianty, kdy je směr řetězců stejný (paralelní β-struktura, obr. 5), nebo jsou opačné (antiparalelní β-struktura, obr. 6).

Na tvorbě β-struktury se mohou podílet polymerní řetězce různého složení, přičemž organické skupiny rámující polymerní řetězec (Ph, CH 2 OH aj.) hrají ve většině případů vedlejší roli, rozhodující je vzájemné uspořádání skupin H-N a C=O. Protože skupiny H-N a C=O jsou směrovány v různých směrech vzhledem k polymernímu řetězci (na obrázku nahoru a dolů), je možné, aby tři nebo více řetězců interagovalo současně.

Složení prvního polypeptidového řetězce na Obr. 5:

H2N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH

Složení druhého a třetího řetězce:

H2N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH

Složení polypeptidových řetězců znázorněné na Obr. 6, stejně jako na Obr. 5, rozdíl je v tom, že druhý řetěz má opačný (ve srovnání s obr. 5) směr.

V rámci jedné molekuly je možné vytvořit β-strukturu, kdy se ukáže, že fragment řetězce v určitém úseku je otočen o 180°, v tomto případě mají dvě větve jedné molekuly opačný směr, v důsledku čehož vzniká antiparalelní β-struktura (obr. 7).

Struktura znázorněná na Obr. 7 v plochém obrázku, znázorněném na Obr. 8 ve formě trojrozměrného modelu. Úseky β-struktury jsou obvykle zjednodušeně označovány plochým zvlněným páskem, který prochází atomy tvořícími polymerní řetězec.

Ve struktuře mnoha proteinů se střídají úseky α-helixu a páskovité β-struktury a také jednotlivé polypeptidové řetězce. Jejich vzájemné uspořádání a střídání v polymerním řetězci se nazývá terciární struktura proteinu.

Způsoby zobrazení struktury proteinů jsou uvedeny níže s použitím rostlinného proteinového krambinu jako příkladu. Strukturní vzorce proteinů, obsahující často až stovky aminokyselinových fragmentů, jsou složité, těžkopádné a těžko srozumitelné, proto se někdy používají zjednodušené strukturní vzorce - bez symbolů chemických prvků (obr. 9, možnost A), ale zároveň si zachovávají barvu valenčních tahů v souladu s mezinárodními pravidly (obr. 4). Vzorec je v tomto případě prezentován nikoli plošně, ale prostorově, což odpovídá skutečné struktuře molekuly. Tato metoda umožňuje např. rozlišit disulfidové můstky (podobné jako u inzulínu, obr. 2), fenylové skupiny v postranním rámci řetězce apod. Poněkud přehlednější je obraz molekul v podobě trojrozměrných modelů (kuličky spojené tyčemi) (obr. 9, varianta B). Obě metody však neumožňují zobrazit terciární strukturu, a tak americká biofyzika Jane Richardson navrhla znázornit α-struktury ve formě spirálovitě stočených pásků (viz obr. 4), β-struktury ve formě plochých vlnitých pásků (obr. 8) a jednotlivé řetězce je spojující ve formě tenkých svazků, každý typ struktury má svou vlastní barvu. Tento způsob zobrazení terciární struktury proteinu je nyní široce používán (obr. 9, varianta B). Někdy je pro větší informační obsah zobrazena terciární struktura a zjednodušený strukturní vzorec společně (obr. 9, varianta D). Existují také modifikace metody navržené Richardsonem: α-šroubovice jsou znázorněny jako válce a β-struktury jsou ve formě plochých šipek označujících směr řetězce (obr. 9, možnost E). Méně obvyklá je metoda, kdy je celá molekula znázorněna jako svazek, kdy nestejné struktury jsou odlišeny různými barvami a disulfidové můstky jsou znázorněny jako žluté můstky (obr. 9, varianta E).

Pro vnímání je nejvhodnější varianta B, kdy při zobrazení terciární struktury nejsou naznačeny strukturní rysy proteinu (fragmenty aminokyselin, pořadí jejich střídání, vodíkové vazby), přičemž se předpokládá, že všechny proteiny obsahují „detaily“ převzaté ze standardní sady dvaceti aminokyselin (tabulka 1). Hlavním úkolem při zobrazení terciární struktury je ukázat prostorové uspořádání a střídání sekundárních struktur.

Rýže. 9 RŮZNÉ VERZE OBRÁZKU STRUKTURY PROTEINU CRUMBIN.
A je strukturní vzorec v prostorovém obrázku.
B - struktura ve formě trojrozměrného modelu.
B je terciární struktura molekuly.
G - kombinace možností A a B.
E - zjednodušený obraz terciární struktury.
E - terciární struktura s disulfidovými můstky.

Nejvhodnější pro vnímání je trojrozměrná terciární struktura (varianta B), oproštěná od detailů strukturního vzorce.

Molekula proteinu, která má terciární strukturu, zpravidla zaujímá určitou konfiguraci, která je tvořena polárními (elektrostatickými) interakcemi a vodíkovými vazbami. Výsledkem je, že molekula má formu kompaktní spirály - globulární proteiny (globule, lat. kulička), nebo filamentózní - fibrilární proteiny (fibra, lat. vlákno).

Příkladem globulární struktury je protein albumin, protein slepičího vejce patří do třídy albuminů. Polymerní řetězec albuminu je sestaven hlavně z alaninu, kyseliny asparagové, glycinu a cysteinu, které se střídají v určitém pořadí. Terciální struktura obsahuje α-helixy spojené jednoduchými řetězci (obr. 10).

Rýže. 10 GLOBULÁRNÍ STRUKTURA ALBUMINU

Příkladem fibrilární struktury je fibroinový protein. Obsahují velké množství glycinových, alaninových a serinových zbytků (každý druhý aminokyselinový zbytek je glycin); cysteinové zbytky obsahující sulfhydridové skupiny chybí. Fibroin, hlavní složka přírodního hedvábí a pavučin, obsahuje β-struktury spojené jednoduchými řetězci (obr. 11).

Rýže. jedenáct FIBRILÁRNÍ PROTEINOVÁ VLÁKNA

Možnost vytvoření terciární struktury určitého typu je vlastní primární struktuře proteinu, tzn. předem určeno pořadím střídání aminokyselinových zbytků. Z určitých souborů takových zbytků vznikají převážně α-helixy (takových souborů je poměrně hodně), další soubor vede ke vzniku β-struktur, jednotlivé řetězce jsou charakteristické svým složením.

Některé proteinové molekuly, i když si zachovávají terciární strukturu, jsou schopny se spojovat do velkých supramolekulárních agregátů, přičemž jsou drženy pohromadě polárními interakcemi a také vodíkovými vazbami. Takové útvary se nazývají kvartérní struktura proteinu. Například protein feritinu, který se skládá hlavně z leucinu, kyseliny glutamové, kyseliny asparagové a histidinu (ferricin obsahuje všech 20 aminokyselinových zbytků v různém množství), tvoří terciární strukturu čtyř paralelně uložených α-helixů. Když se molekuly spojí do jednoho celku (obr. 12), vytvoří se kvartérní struktura, která může obsahovat až 24 molekul feritinu.

Obr.12 TVORBA KVTERNÁRNÍ STRUKTURY GLOBULÁRNÍHO PROTEINU FERITINU

Dalším příkladem supramolekulárních formací je struktura kolagenu. Jde o fibrilární protein, jehož řetězce jsou tvořeny převážně glycinem střídajícím se s prolinem a lysinem. Struktura obsahuje jednoduché řetězce, trojité α-helixy, střídající se s páskovitými β-strukturami naskládanými do paralelních svazků (obr. 13).

Obr.13 SUPRAMOLEKULÁRNÍ STRUKTURA KOLAGENU FIBRILÁRNÍHO PROTEINU

Chemické vlastnosti proteinů.

Působením organických rozpouštědel jsou odpadní produkty některých bakterií (kvašení mléčného kvašení) nebo se zvýšením teploty zničeny sekundární a terciární struktury, aniž by došlo k poškození primární struktury, v důsledku toho protein ztrácí rozpustnost a ztrácí biologickou aktivitu, tento proces se nazývá denaturace, to znamená ztráta přirozených vlastností, například srážení kyselého mléka, sražené kuřecí bílkoviny vařeného vejce. Při zvýšených teplotách se bílkoviny živých organismů (zejména mikroorganismů) rychle denaturují. Takové proteiny nejsou schopny se účastnit biologických procesů, v důsledku toho mikroorganismy umírají, takže vařené (nebo pasterizované) mléko lze skladovat déle.

Peptidové vazby H-N-C=O, tvořící polymerní řetězec molekuly proteinu, se v přítomnosti kyselin nebo zásad hydrolyzují a polymerní řetězec se přeruší, což v konečném důsledku může vést k původním aminokyselinám. Peptidové vazby obsažené v α-helixech nebo β-strukturách jsou odolnější vůči hydrolýze a různým chemickým útokům (ve srovnání se stejnými vazbami v jednoduchých řetězcích). Delikátnější rozklad molekuly proteinu na konstituční aminokyseliny se provádí v bezvodém médiu pomocí hydrazinu H 2 N–NH 2, přičemž všechny fragmenty aminokyselin kromě posledního tvoří tzv. hydrazidy karboxylových kyselin obsahující fragment C(O)–HN–NH 2 (obr. 14).

Rýže. 14. ŠTĚPENÍ POLYPEPTIDŮ

Taková analýza může poskytnout informace o aminokyselinovém složení proteinu, ale důležitější je znát jejich sekvenci v molekule proteinu. Jednou z široce používaných metod k tomuto účelu je působení fenylisothiokyanátu (FITC) na polypeptidový řetězec, který se v alkalickém prostředí naváže na polypeptid (od konce, který obsahuje aminoskupinu), a když se reakce média změní na kyselou, oddělí se od řetězce a vezme si s sebou fragment jedné aminokyseliny (obr. 15).

Rýže. 15 SEKVENČNÍ Štěpení POLYPEPTIDŮ

Pro takovou analýzu bylo vyvinuto mnoho speciálních metod, včetně těch, které začínají „rozkládat“ molekulu proteinu na její složky, počínaje karboxylovým koncem.

Křížové disulfidové můstky S-S (vznikající interakcí cysteinových zbytků, obr. 2 a 9) se štěpí a působením různých redukčních činidel se mění na HS-skupiny. Působením oxidačních činidel (kyslíku nebo peroxidu vodíku) dochází opět ke vzniku disulfidických můstků (obr. 16).

Rýže. 16. Štěpení disulfidových můstků

K vytvoření dalších příčných vazeb v proteinech se využívá reaktivita amino a karboxylových skupin. Přístupnější pro různé interakce jsou aminoskupiny, které jsou v postranním rámci řetězce – fragmenty lysinu, asparaginu, lysinu, prolinu (tab. 1). Při interakci těchto aminoskupin s formaldehydem dochází ke kondenzaci a vznikají příčné můstky –NH–CH2–NH– (obr. 17).

Rýže. 17 VYTVOŘENÍ DALŠÍCH PŘÍČNÝCH MOSTŮ MEZI MOLEKULAMI PROTEINŮ.

Koncové karboxylové skupiny proteinu jsou schopny reagovat s komplexními sloučeninami některých vícemocných kovů (častěji se používají sloučeniny chrómu), dochází i ke křížovým vazbám. Oba procesy se používají při činění kůží.

Role bílkovin v těle.

Role bílkovin v těle je různorodá.

Enzymy(kvašení lat. - fermentace), jejich jiný název je enzymy (en zumh řecky. - v kvasinkách) - jsou to proteiny s katalytickou aktivitou, jsou schopny tisíckrát zvýšit rychlost biochemických procesů. Působením enzymů se základní složky potravy: bílkoviny, tuky a sacharidy štěpí na jednodušší sloučeniny, ze kterých se pak syntetizují nové makromolekuly, které jsou pro určitý typ těla nezbytné. Enzymy se také účastní mnoha biochemických procesů syntézy, například syntézy proteinů (některé proteiny pomáhají syntetizovat jiné). Cm. ENZYMY

Enzymy jsou nejen vysoce účinné katalyzátory, ale také selektivní (reakci směřují striktně dovnitř daný směr). V jejich přítomnosti probíhá reakce s téměř 100% výtěžností bez tvorby vedlejších produktů a zároveň jsou podmínky proudění mírné: normální atmosférický tlak a teplota živého organismu. Pro srovnání, syntéza amoniaku z vodíku a dusíku za přítomnosti aktivovaného železného katalyzátoru se provádí při 400–500 °C a tlaku 30 MPa, výtěžnost amoniaku je 15–25 % na cyklus. Enzymy jsou považovány za nepřekonatelné katalyzátory.

Intenzivní studium enzymů začalo v polovině 19. století, nyní je studováno více než 2000 různých enzymů, což je nejrozmanitější třída proteinů.

Názvy enzymů jsou následující: název činidla, se kterým enzym interaguje, nebo název katalyzované reakce, se přidá s koncovkou -aza, např. argináza rozkládá arginin (tab. 1), dekarboxyláza katalyzuje dekarboxylaci, tzn. eliminace C02 z karboxylové skupiny:

– COOH → – CH + CO 2

Často, pro přesnější označení role enzymu, je v jeho názvu uveden jak objekt, tak typ reakce, například alkoholdehydrogenáza je enzym, který dehydrogenuje alkoholy.

U některých dávno objevených enzymů se zachoval historický název (bez koncovky -aza), např. pepsin (pepsis, řecký. trávení) a trypsin (trypsi). řecký. zkapalnění), tyto enzymy rozkládají proteiny.

Pro systematizaci se enzymy spojují do velkých tříd, klasifikace je založena na typu reakce, třídy jsou pojmenovány podle obecného principu - název reakce a koncovka - aza. Některé z těchto tříd jsou uvedeny níže.

Oxidoreduktáza jsou enzymy, které katalyzují redoxní reakce. Dehydrogenázy zařazené do této třídy provádějí přenos protonů, například alkoholdehydrogenáza (ADH) oxiduje alkoholy na aldehydy, následná oxidace aldehydů na karboxylové kyseliny je katalyzována aldehyddehydrogenázami (ALDH). Oba procesy probíhají v těle při zpracování etanolu na kyselinu octovou (obr. 18).

Rýže. 18 DVOUSTUPŇOVÁ OXIDACE ETHANOLU na kyselinu octovou

Narkoticky nepůsobí ethanol, ale meziprodukt acetaldehyd, čím nižší je aktivita enzymu ALDH, tím pomaleji prochází druhý stupeň - oxidace acetaldehydu na kyselinu octovou a tím delší a silnější je opojný účinek z požití ethanolu. Analýza ukázala, že více než 80 % zástupců žluté rasy má relativně nízkou aktivitu ALDH, a tedy výrazně horší toleranci alkoholu. Důvodem této vrozené snížené aktivity ALDH je, že část zbytků kyseliny glutamové v „oslabené“ molekule ALDH je nahrazena fragmenty lysinu (tabulka 1).

Transferázy- enzymy, které katalyzují přenos funkčních skupin, např. transimináza katalyzuje přenos aminoskupiny.

Hydrolázy jsou enzymy, které katalyzují hydrolýzu. Výše zmíněný trypsin a pepsin hydrolyzují peptidové vazby a lipázy štěpí esterovou vazbu v tucích:

–RC(O)OR1 + H20 → –RC(O)OH + HOR1

Liase- enzymy, které katalyzují reakce probíhající nehydrolytickým způsobem, v důsledku takových reakcí dochází k přerušení vazeb C-C, C-O, C-N a vzniku nových vazeb. Do této třídy patří enzym dekarboxyláza

Isomerázy- enzymy, které katalyzují izomerizaci, např. přeměnu kyseliny maleinové na kyselinu fumarovou (obr. 19), to je příklad cis-trans izomerizace (viz ISOMERIA).

Rýže. 19. ISOMERIZACE KYSELINY MALECOVÉ do kyseliny fumarové v přítomnosti enzymu.

Při práci enzymů je dodržován obecný princip, podle kterého vždy existuje strukturní korespondence mezi enzymem a činidlem zrychlené reakce. Podle obrazného vyjádření jednoho ze zakladatelů doktríny enzymů E. Fishera přistupuje činidlo k enzymu jako klíč k zámku. V tomto ohledu každý enzym katalyzuje určitou chemickou reakci nebo skupinu reakcí stejného typu. Někdy může enzym působit na jednu sloučeninu, jako je ureáza (uron řecký. - moč) katalyzuje pouze hydrolýzu močoviny:

(H2N)2C \u003d O + H2O \u003d CO2 + 2NH3

Nejjemnější selektivitu vykazují enzymy, které rozlišují opticky aktivní antipody – levotočivé a pravotočivé izomery. L-argináza působí pouze na levotočivý arginin a neovlivňuje pravotočivý izomer. L-laktátdehydrogenáza působí pouze na levotočivé estery kyseliny mléčné, tzv. laktáty (laktis lat. mléko), zatímco D-laktátdehydrogenáza pouze štěpí D-laktáty.

Většina enzymů nepůsobí na jednu, ale na skupinu příbuzných sloučenin, například trypsin „preferuje“ štěpení peptidových vazeb tvořených lysinem a argininem (tabulka 1.)

Katalytické vlastnosti některých enzymů, jako jsou hydrolázy, jsou určeny výhradně strukturou samotné molekuly proteinu, jiná třída enzymů, oxidoreduktázy (například alkoholdehydrogenáza), mohou být aktivní pouze v přítomnosti asociovaných nebílkovinných molekul – vitamínů, které aktivují ionty Mg, Ca, Zn, Mn a fragmenty nukleových kyselin (obr. 20).

Rýže. 20 MOLEKULA DEHYDROGENÁZY ALKOHOLDU

Transportní proteiny vážou a transportují různé molekuly nebo ionty přes buněčné membrány (uvnitř i vně buňky) a také z jednoho orgánu do druhého.

Například hemoglobin při průchodu krve plícemi váže kyslík a dodává jej do různých tkání těla, kde se kyslík uvolňuje a následně využívá k oxidaci složek potravy, tento proces slouží jako zdroj energie (někdy používají termín „spalování“ potravy v těle).

Kromě proteinové části obsahuje hemoglobin komplexní sloučeninu železa s molekulou cyklického porfyrinu (porfyros řecký. - fialová), která určuje červenou barvu krve. Právě tento komplex (obr. 21 vlevo) hraje roli přenašeče kyslíku. V hemoglobinu se komplex porfyrinu železa nachází uvnitř molekuly proteinu a je zadržován polárními interakcemi a také koordinační vazbou s dusíkem v histidinu (tab. 1), který je součástí proteinu. Molekula O2, která je nesena hemoglobinem, je připojena koordinační vazbou k atomu železa z opačné strany, než na které je navázán histidin (obr. 21 vpravo).

Rýže. 21 STRUKTURA KOMPLEXU ŽELEZA

Struktura komplexu je zobrazena vpravo ve formě trojrozměrného modelu. Komplex je držen v molekule proteinu koordinační vazbou (přerušovaná modrá čára) mezi atomem Fe a atomem N v histidinu, který je součástí proteinu. Molekula O 2, kterou nese hemoglobin, je koordinována (červená tečkovaná čára) k atomu Fe z opačné země planárního komplexu.

Hemoglobin je jedním z nejvíce studovaných proteinů, skládá se z a-helixů spojených jednoduchými řetězci a obsahuje čtyři komplexy železa. Hemoglobin je tedy jako objemný balíček pro přenos čtyř molekul kyslíku najednou. Forma hemoglobinu odpovídá globulárním proteinům (obr. 22).

Rýže. 22 GLOBULÁRNÍ FORMA HEMOGLOBINU

Hlavní „výhodou“ hemoglobinu je, že přídavek kyslíku a jeho následné odštěpení při přenosu do různých tkání a orgánů probíhá rychle. Oxid uhelnatý, CO (oxid uhelnatý), se ještě rychleji váže na Fe v hemoglobinu, ale na rozdíl od O 2 tvoří komplex, který se těžko rozkládá. Výsledkem je, že takový hemoglobin není schopen vázat O 2, což vede (při vdechování velkého množství oxidu uhelnatého) ke smrti těla udušením.

Druhou funkcí hemoglobinu je přenos vydechovaného CO 2, nikoliv však atom železa, ale H 2 N-skupiny proteinu se účastní procesu dočasné vazby oxidu uhličitého.

„Výkon“ proteinů závisí na jejich struktuře, například nahrazení jediného aminokyselinového zbytku kyseliny glutamové v polypeptidovém řetězci hemoglobinu valinovým zbytkem (vzácně pozorovaná vrozená anomálie) vede k onemocnění zvanému srpkovitá anémie.

Existují také transportní proteiny, které dokážou vázat tuky, glukózu, aminokyseliny a přenášet je uvnitř i vně buněk.

Transportní proteiny zvláštního typu nenesou látky samotné, ale fungují jako „regulátor transportu“, přičemž určité látky procházejí membránou (vnější stěnou buňky). Takové proteiny se často nazývají membránové proteiny. Mají tvar dutého válce a tím, že jsou zapuštěny do stěny membrány, zajišťují pohyb některých polárních molekul nebo iontů do buňky. Příkladem membránového proteinu je porin (obr. 23).

Rýže. 23 PORINOVÝ PROTEIN

Jako zdroje slouží dietní a zásobní bílkoviny, jak už název napovídá vnitřní zásobování, častěji pro embrya rostlin a zvířat, stejně jako v raných fázích vývoje mladých organismů. Mezi bílkoviny ve stravě patří albumin (obr. 10) – hlavní složka vaječného bílku, a také kasein – hlavní bílkovina mléka. Působením enzymu pepsin se kasein sráží v žaludku, což zajišťuje jeho udržení v trávicím traktu a účinné vstřebávání. Kasein obsahuje fragmenty všech aminokyselin, které tělo potřebuje.

Ve feritinu (obr. 12), který je obsažen v tkáních zvířat, jsou uloženy ionty železa.

Myoglobin je také zásobní protein, který se složením a strukturou podobá hemoglobinu. Myoglobin se koncentruje především ve svalech, jeho hlavní úlohou je ukládání kyslíku, který mu hemoglobin dává. Rychle se nasytí kyslíkem (mnohem rychleji než hemoglobin) a poté jej postupně přenáší do různých tkání.

Strukturní proteiny plní ochrannou funkci (kůže) nebo podporu – drží tělo pohromadě a dodávají mu pevnost (chrupavky a šlachy). Jejich hlavní složkou je fibrilární bílkovina kolagen (obr. 11), nejrozšířenější bílkovina živočišného světa, v těle savců tvoří téměř 30 % z celkové hmoty bílkovin. Kolagen má vysokou pevnost v tahu (pevnost kůže je znát), ale vzhledem k nízkému obsahu příčných vazeb v kožním kolagenu nejsou zvířecí kůže v surové formě příliš vhodné pro výrobu různých produktů. Pro snížení bobtnání kůže ve vodě, smršťování při sušení, jakož i pro zvýšení pevnosti v zavodněném stavu a zvýšení elasticity v kolagenu se vytvářejí další příčné vazby (obr. 15a), jedná se o tzv. proces činění kůže.

V živých organismech se molekuly kolagenu, které vznikly v procesu růstu a vývoje organismu, neaktualizují a nenahrazují se nově syntetizovanými. Jak tělo stárne, zvyšuje se počet příčných vazeb v kolagenu, což vede ke snížení jeho elasticity, a protože nedochází k obnově, objevují se změny související s věkem - zvýšení křehkosti chrupavek a šlach, výskyt vrásek na kůži.

Kloubní vazy obsahují elastin, strukturální protein, který se snadno natahuje ve dvou rozměrech. Největší elasticitu má protein resilin, který se u některých druhů hmyzu nachází v místech závěsů křídel.

Rohové útvary – vlasy, nehty, peří, tvořené převážně bílkovinou keratin (obr. 24). Jeho hlavním rozdílem je znatelný obsah cysteinových zbytků, které tvoří disulfidové můstky, což dává vlasům a vlněným tkaninám vysokou elasticitu (schopnost obnovit svůj původní tvar po deformaci).

Rýže. 24. Fragment vláknitého proteinu KERATIN

Pro nevratnou změnu tvaru keratinového předmětu musíte nejprve zničit disulfidové můstky pomocí redukčního činidla, dát mu nový tvar a poté znovu vytvořit disulfidové můstky pomocí oxidačního činidla (obr. 16), takto se dělá například trvalá.

Se zvýšením obsahu cysteinových zbytků v keratinu, a tedy zvýšením počtu disulfidových můstků, schopnost deformace mizí, ale současně se objevuje vysoká pevnost (rohy kopytníků a želví krunýře obsahují až 18% cysteinových fragmentů). Savci mají až 30 různých druhů keratinu.

Fibrilární protein fibroin příbuzný keratinu vylučovaný housenkami bource morušového při smotávání kokonu a také pavouky při tkaní sítě obsahuje pouze β-struktury spojené jednotlivými řetězci (obr. 11). Na rozdíl od keratinu nemá fibroin příčné disulfidové můstky, má velmi silnou pevnost v tahu (pevnost na jednotku průřezu některých vzorků sítě je vyšší než u ocelových kabelů). Vzhledem k absenci příčných vazeb je fibroin nepružný (je známo, že vlněné tkaniny jsou téměř nesmazatelné a hedvábné tkaniny se snadno mačkají).

regulační proteiny.

Regulační proteiny, častěji označované jako hormony, se podílejí na různých fyziologických procesech. Například hormon inzulín (obr. 25) se skládá ze dvou α-řetězců spojených disulfidovými můstky. Inzulin reguluje metabolické procesy zahrnující glukózu, jeho absence vede k cukrovce.

Rýže. 25 PROTEINOVÝ INZULÍN

Hypofýza mozku syntetizuje hormon, který reguluje růst těla. Existují regulační proteiny, které řídí biosyntézu různých enzymů v těle.

Kontraktilní a motorické proteiny dávají tělu schopnost stahovat se, měnit tvar a pohybovat se, především mluvíme o svalech. 40 % hmoty všech bílkovin obsažených ve svalech tvoří myozin (mys, myos, řecký. - sval). Jeho molekula obsahuje jak fibrilární, tak globulární část (obr. 26)

Rýže. 26 MOLEKULA MYOSINU

Takové molekuly se spojují do velkých agregátů obsahujících 300–400 molekul.

Při změně koncentrace vápenatých iontů v prostoru obklopujícím svalová vlákna dochází k reverzibilní změně konformace molekul – změně tvaru řetězce v důsledku rotace jednotlivých fragmentů kolem valenčních vazeb. To vede ke svalové kontrakci a relaxaci, signál ke změně koncentrace vápenatých iontů přichází z nervových zakončení ve svalových vláknech. Umělá svalová kontrakce může být způsobena působením elektrických impulsů, což vede k prudké změně koncentrace vápenatých iontů, to je základ pro stimulaci srdečního svalu k obnovení práce srdce.

Ochranné proteiny umožňují chránit tělo před invazí útočících bakterií, virů a před průnikem cizích proteinů (obecný název cizích těles je antigeny). Úlohu ochranných proteinů plní imunoglobuliny (jiný název je protilátky), rozpoznávají antigeny, které pronikly do těla a pevně se na ně vážou. V těle savců, včetně člověka, existuje pět tříd imunoglobulinů: M, G, A, D a E, jejich struktura je, jak název napovídá, kulovitá, navíc jsou všechny stavěny podobným způsobem. Molekulární organizace protilátek je ukázána níže s použitím imunoglobulinu třídy G jako příkladu (obr. 27). Molekula obsahuje čtyři polypeptidové řetězce spojené třemi S-S disulfidovými můstky (na obr. 27 jsou znázorněny zesílenými valenčními vazbami a velkými symboly S), navíc každý polymerní řetězec obsahuje vnitrořetězcové disulfidové můstky. Dva velké polymerní řetězce (zvýrazněné modře) obsahují 400–600 aminokyselinových zbytků. Další dva řetězce (zvýrazněné zeleně) jsou téměř poloviční a obsahují přibližně 220 aminokyselinových zbytků. Všechny čtyři řetězce jsou umístěny tak, že koncové H2N-skupiny směřují jedním směrem.

Rýže. 27 SCHÉMATICKÝ VÝKRES STRUKTURY IMUNOGLOBULINU

Poté, co se tělo dostane do kontaktu s cizím proteinem (antigenem), začnou buňky imunitního systému produkovat imunoglobuliny (protilátky), které se hromadí v krevním séru. V první fázi hlavní práce provádějí úseky řetězu obsahující svorku H 2 N (na obr. 27 jsou odpovídající úseky označeny světle modrou a světle zelenou barvou). To jsou místa zachycení antigenu. V procesu syntézy imunoglobulinů se tato místa tvoří tak, aby jejich struktura a konfigurace co nejvíce odpovídala struktuře blížícího se antigenu (jako klíč k zámku, jako enzymy, ale úkoly jsou v tomto případě jiné). Pro každý antigen je tedy vytvořena přísně individuální protilátka jako imunitní odpověď. Ani jeden známý protein nedokáže tak „plasticky“ změnit svou strukturu v závislosti na vnějších faktorech, kromě imunoglobulinů. Enzymy řeší problém strukturní konformity s činidlem jiným způsobem – pomocí gigantické sady různých enzymů pro všechny možné případy a imunoglobuliny pokaždé znovu sestaví „pracovní nástroj“. Navíc pantová oblast imunoglobulinu (obr. 27) poskytuje dvěma záchytným oblastem určitou nezávislou mobilitu, v důsledku čehož může molekula imunoglobulinu okamžitě „najít“ dvě nejvhodnější oblasti pro zachycení v antigenu, aby jej bezpečně zafixovala, což se podobá činnosti korýše.

Dále se zapne řetězec po sobě jdoucích reakcí imunitního systému těla, připojí se imunoglobuliny jiných tříd, v důsledku toho se cizí protein deaktivuje a poté se zničí a odstraní antigen (cizí mikroorganismus nebo toxin).

Po kontaktu s antigenem je dosaženo maximální koncentrace imunoglobulinu (v závislosti na povaze antigenu a individuální vlastnosti samotný organismus) během několika hodin (někdy i několika dnů). Tělo si takový kontakt uchová v paměti a při opětovném napadení stejným antigenem se imunoglobuliny hromadí v krevním séru mnohem rychleji a ve větším množství – dochází k získané imunitě.

Výše uvedená klasifikace proteinů je do jisté míry podmíněna, např. protein trombin, zmiňovaný mezi protektivními proteiny, je v podstatě enzym katalyzující hydrolýzu peptidových vazeb, tedy patří do třídy proteáz.

Ochranné proteiny jsou často označovány jako proteiny hadího jedu a toxické proteiny některých rostlin, protože jejich úkolem je chránit tělo před poškozením.

Existují proteiny, jejichž funkce jsou tak jedinečné, že je obtížné je klasifikovat. Například protein monellin, nalezený v africké rostlině, má velmi sladkou chuť a byl předmětem studia jako netoxická látka, kterou lze použít místo cukru k prevenci obezity. Krevní plazma některých antarktických ryb obsahuje proteiny s nemrznoucími vlastnostmi, které brání zamrznutí krve těchto ryb.

Umělá syntéza proteinů.

Kondenzace aminokyselin vedoucí k polypeptidovému řetězci je dobře prostudovaný proces. Je možné provést například kondenzaci kterékoli aminokyseliny nebo směsi kyselin a získat polymer obsahující stejné jednotky nebo různé jednotky, střídavě v náhodném pořadí. Takové polymery se jen málo podobají přírodním polypeptidům a nevykazují biologickou aktivitu. Hlavním úkolem je propojit aminokyseliny v přesně definovaném, předem naplánovaném pořadí, aby se reprodukovala sekvence aminokyselinových zbytků v přírodních proteinech. Americký vědec Robert Merrifield navrhl originální metodu, která umožnila takový problém vyřešit. Podstatou metody je, že první aminokyselina je navázána na nerozpustný polymerní gel, který obsahuje reaktivní skupiny, které se mohou kombinovat s –COOH – skupinami aminokyseliny. Jako takový polymerní substrát byl vzat zesíťovaný polystyren se zavedenými chlormethylovými skupinami. Aby aminokyselina použitá pro reakci nereagovala sama se sebou a aby se nepřipojila k H 2N-skupině k substrátu, je aminoskupina této kyseliny předem blokována objemným substituentem [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -skupinou. Po navázání aminokyseliny na polymerní nosič se blokující skupina odstraní a do reakční směsi se zavede další aminokyselina, ve které je také předem blokována skupina H2N. V takovém systému je možná pouze interakce H2N-skupiny první aminokyseliny a -COOH skupiny druhé kyseliny, která se provádí za přítomnosti katalyzátorů (fosfoniové soli). Poté se celé schéma opakuje se zavedením třetí aminokyseliny (obr. 28).

Rýže. 28. SCHÉMA SYNTÉZY POLYPEPTIDOVÝCH ŘETĚZŮ

V posledním kroku se výsledné polypeptidové řetězce oddělí od polystyrenového nosiče. Nyní je celý proces automatizován, existují automatické syntetizátory peptidů, které fungují podle popsaného schématu. Touto metodou bylo syntetizováno mnoho peptidů používaných v lékařství a zemědělství. Bylo také možné získat zlepšené analogy přírodních peptidů se selektivním a zesíleným účinkem. Některé malé proteiny byly syntetizovány, jako je hormon inzulín a některé enzymy.

Existují také metody syntézy proteinů, které replikují přirozené procesy: syntetizují fragmenty nukleových kyselin konfigurovaných k produkci určitých proteinů, poté jsou tyto fragmenty vloženy do živého organismu (například do bakterie), načež tělo začne produkovat požadovaný protein. Tímto způsobem se nyní získávají významná množství těžko dostupných proteinů a peptidů a také jejich analogů.

Bílkoviny jako zdroje potravy.

Bílkoviny se v živém organismu neustále štěpí na své původní aminokyseliny (za nepostradatelné účasti enzymů), některé aminokyseliny přecházejí na jiné, pak se bílkoviny opět syntetizují (také za účasti enzymů), tzn. tělo se neustále obnovuje. Některé bílkoviny (kolagen kůže, vlasů) se neobnovují, tělo je průběžně ztrácí a místo toho syntetizuje nové. Bílkoviny jako zdroje potravy plní dvě hlavní funkce: dodávají tělu stavební materiál pro syntézu nových molekul bílkovin a navíc dodávají tělu energii (zdroje kalorií).

Masožraví savci (včetně člověka) získávají potřebné bílkoviny z rostlinných a živočišných potravin. Žádná z bílkovin získaných z potravy není integrována do těla v nezměněné podobě. V trávicím traktu se všechny vstřebané bílkoviny rozloží na aminokyseliny a z nich se již vybudují bílkoviny potřebné pro konkrétní organismus, zbylých 12 lze syntetizovat z 8 esenciálních kyselin (tabulka 1) v těle, pokud nejsou dodávány v dostatečném množství s potravou, ale esenciální kyseliny je nutné potravou bezesporu dodávat. Atomy síry v cysteinu získává tělo s esenciální aminokyselinou methioninem. Část bílkovin se rozkládá, uvolňuje energii nezbytnou k udržení života a dusík v nich obsažený se vylučuje z těla močí. Lidské tělo obvykle ztrácí 25–30 g bílkovin denně, takže bílkovinné potraviny musí být vždy přítomny ve správném množství. Minimální denní potřeba bílkovin je 37 g pro muže a 29 g pro ženy, ale doporučený příjem je téměř dvojnásobný. Při hodnocení potravin je důležité vzít v úvahu kvalitu bílkovin. V nepřítomnosti nebo nízkém obsahu esenciálních aminokyselin je protein považován za málo hodnotný, proto by takové proteiny měly být konzumovány ve větším množství. Takže bílkoviny luštěnin obsahují málo methioninu a bílkoviny pšenice a kukuřice mají nízký obsah lysinu (obě aminokyseliny jsou esenciální). Živočišné bílkoviny (kromě kolagenů) jsou klasifikovány jako kompletní potraviny. Kompletní sada všech esenciálních kyselin obsahuje mléčný kasein, dále tvaroh a sýr z něj připravený, takže vegetariánská strava, pokud je velmi přísná, tzn. „bez mléka“, vyžaduje zvýšenou konzumaci luštěnin, ořechů a hub, aby byly tělu dodány esenciální aminokyseliny ve správném množství.

Syntetické aminokyseliny a bílkoviny se také používají jako potravinářské produkty a přidávají je do krmiva, které obsahují esenciální aminokyseliny v malých množstvích. Existují bakterie, které dokážou zpracovat a asimilovat ropné uhlovodíky, v tomto případě je pro plnou syntézu proteinů nutné je krmit sloučeninami obsahujícími dusík (amoniak nebo dusičnany). Takto získaný protein se používá jako krmivo pro hospodářská zvířata a drůbež. Do krmiva pro zvířata se často přidává soubor enzymů, karbohydrázy, které katalyzují hydrolýzu těžko rozložitelných sacharidových složek potravy (buněčné stěny obilnin), v důsledku čehož dochází k plnějšímu vstřebávání rostlinné potravy.

Michail Levický

PROTEINY (článek 2)

(proteiny), třída komplexních sloučenin obsahujících dusík, nejcharakterističtější a nejdůležitější (spolu s nukleovými kyselinami) složky živé hmoty. Proteiny plní mnoho různých funkcí. Většina proteinů jsou enzymy, které katalyzují chemické reakce. Mnoho hormonů, které regulují fyziologické procesy, jsou také proteiny. Strukturní proteiny, jako je kolagen a keratin, jsou hlavními složkami kostní tkáně, vlasů a nehtů. Kontraktilní proteiny svalů mají schopnost měnit svou délku pomocí chemické energie k provádění mechanické práce. Proteiny jsou protilátky, které vážou a neutralizují toxické látky. Některé proteiny, které mohou reagovat na vnější vlivy (světlo, vůně), slouží jako receptory ve smyslových orgánech vnímajících podráždění. Mnoho proteinů umístěných uvnitř buňky a na buněčné membráně plní regulační funkce.

V první polovině 19. stol řada chemiků, mezi nimi především J. von Liebig, postupně dospěla k závěru, že proteiny jsou zvláštní třídou dusíkatých sloučenin. Název „proteiny“ (z řeckého protos – první) navrhl v roce 1840 holandský chemik G. Mulder.

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI

Proteiny jsou bílé v pevném stavu, ale bezbarvé v roztoku, pokud nenesou nějakou chromoforovou (barevnou) skupinu, jako je hemoglobin. Rozpustnost různých proteinů ve vodě se velmi liší. Také se mění s pH a koncentrací solí v roztoku, takže je možné zvolit podmínky, za kterých se bude jeden protein selektivně srážet v přítomnosti jiných proteinů. Tato metoda „vysolování“ se široce používá k izolaci a čištění proteinů. Purifikovaný protein se často vysráží z roztoku jako krystaly.

Ve srovnání s jinými sloučeninami je molekulová hmotnost proteinů velmi velká - od několika tisíc do mnoha milionů daltonů. Proto při ultracentrifugaci dochází k vysrážení proteinů, a to navíc různými rychlostmi. Vzhledem k přítomnosti kladně a záporně nabitých skupin v molekulách proteinů se v elektrickém poli pohybují různými rychlostmi. To je základem elektroforézy, metody používané k izolaci jednotlivých proteinů z komplexních směsí. Čištění proteinů se také provádí chromatografií.

CHEMICKÉ VLASTNOSTI

Struktura.

Proteiny jsou polymery, tzn. molekuly postavené jako řetězce z opakujících se monomerních jednotek nebo podjednotek, jejichž roli hrají alfa-aminokyseliny. Obecný vzorec aminokyselin

kde R je atom vodíku nebo nějaká organická skupina.

Molekula proteinu (polypeptidový řetězec) se může skládat pouze z relativně malého počtu aminokyselin nebo několika tisíc monomerních jednotek. Spojení aminokyselin v řetězci je možné, protože každá z nich má dvě různé chemické skupiny: aminoskupinu s bazickými vlastnostmi NH2 a kyselou karboxylovou skupinu COOH. Obě tyto skupiny jsou připojeny k atomu uhlíku. Karboxylová skupina jedné aminokyseliny může tvořit amidovou (peptidovou) vazbu s aminoskupinou jiné aminokyseliny:

Po spojení dvou aminokyselin tímto způsobem lze řetězec prodloužit přidáním třetí k druhé aminokyselině a tak dále. Jak je vidět z výše uvedené rovnice, když se vytvoří peptidová vazba, uvolní se molekula vody. V přítomnosti kyselin, zásad nebo proteolytických enzymů probíhá reakce opačným směrem: polypeptidový řetězec se za přídavku vody štěpí na aminokyseliny. Tato reakce se nazývá hydrolýza. Hydrolýza probíhá spontánně a ke spojení aminokyselin do polypeptidového řetězce je zapotřebí energie.

Karboxylová skupina a amidová skupina (nebo jí podobná imidová skupina - v případě prolinové aminokyseliny) jsou přítomny ve všech aminokyselinách, přičemž rozdíly mezi aminokyselinami jsou dány povahou této skupiny, neboli "postranního řetězce", který je označen výše písmenem R. Roli postranního řetězce může hrát jeden atom vodíku, jako u aminokyseliny glycin, a některé objemné skupiny a glycin, např. Některé postranní řetězce jsou chemicky inertní, zatímco jiné jsou vysoce reaktivní.

V přírodě lze syntetizovat mnoho tisíc různých aminokyselin a mnoho různých aminokyselin se vyskytuje v přírodě, ale pro syntézu bílkovin se používá pouze 20 typů aminokyselin: alanin, arginin, asparagin, kyselina asparagová, valin, histidin, glycin, glutamin, kyselina glutamová, isoleucin, leucin, lysin, prolin, methionin, tyrosin, methionin, tyrosin, methionin, ine a cyste in (v proteinech může být cystein přítomen ve formě dimeru - cystinu). Pravda, v některých proteinech jsou kromě pravidelně se vyskytujících dvaceti ještě další aminokyseliny, které však vznikají modifikací kterékoli z uvedených dvaceti po jejím zařazení do proteinu.

optická aktivita.

Všechny aminokyseliny, s výjimkou glycinu, mají čtyři různé skupiny připojené k atomu uhlíku α. Z hlediska geometrie mohou být čtyři různé skupiny připojeny dvěma způsoby a podle toho existují dvě možné konfigurace nebo dva izomery, které spolu souvisí jako objekt ke svému zrcadlovému obrazu, tzn. jako zleva doprava. Jedna konfigurace se nazývá levá nebo levotočivá (L) a druhá se nazývá pravotočivá nebo pravotočivá (D), protože dva takové izomery se liší ve směru rotace roviny. polarizované světlo. V proteinech se vyskytují pouze L-aminokyseliny (výjimkou je glycin; ten může být zastoupen pouze v jedné formě, protože dvě z jeho čtyř skupin jsou stejné) a všechny mají optickou aktivitu (protože existuje pouze jeden izomer). D-aminokyseliny jsou v přírodě vzácné; nacházejí se v některých antibiotikách a buněčné stěně bakterií.

Sekvence aminokyselin.

Aminokyseliny v polypeptidovém řetězci nejsou uspořádány náhodně, ale v určitém pevném pořadí a právě toto pořadí určuje funkce a vlastnosti proteinu. Změnou pořadí 20 typů aminokyselin můžete získat obrovské množství různých proteinů, stejně jako můžete vytvořit mnoho různých textů z písmen abecedy.

V minulosti trvalo určení aminokyselinové sekvence proteinu často několik let. Přímá definice a nyní poměrně pracný úkol, přestože byla vytvořena zařízení, která umožňují jeho automatické provádění. Obvykle je jednodušší určit nukleotidovou sekvenci odpovídajícího genu a odvodit z ní aminokyselinovou sekvenci proteinu. K dnešnímu dni již byly stanoveny aminokyselinové sekvence mnoha stovek proteinů. Funkce dekódovaných proteinů jsou obvykle známé, což pomáhá představit si možné funkce podobných proteinů vznikajících například u maligních novotvarů.

Komplexní proteiny.

Proteiny skládající se pouze z aminokyselin se nazývají jednoduché. Často je však k polypeptidovému řetězci připojen atom kovu nebo nějaká chemická sloučenina, která není aminokyselinou. Takové proteiny se nazývají komplexní. Příkladem je hemoglobin: obsahuje porfyrin železa, který mu dodává červenou barvu a umožňuje mu fungovat jako přenašeč kyslíku.

Názvy nejsložitějších proteinů obsahují označení povahy připojených skupin: cukry jsou přítomny v glykoproteinech, tuky v lipoproteinech. Pokud katalytická aktivita enzymu závisí na připojené skupině, pak se nazývá protetická skupina. Často některý vitamín hraje roli protetické skupiny nebo je její součástí. Například vitamín A, připojený k jedné z bílkovin sítnice, určuje její citlivost na světlo.

Terciární struktura.

Důležitá není ani tak aminokyselinová sekvence proteinu (primární struktura), ale způsob, jakým je umístěn v prostoru. Po celé délce polypeptidového řetězce tvoří vodíkové ionty pravidelné vodíkové vazby, které mu dávají tvar spirály nebo vrstvy (sekundární struktura). Kombinací takových šroubovic a vrstev vzniká kompaktní forma dalšího řádu - terciární struktura proteinu. Kolem vazeb, které drží monomerní články řetězce, jsou možné rotace pod malými úhly. Z čistě geometrického hlediska je tedy počet možných konfigurací pro jakýkoli polypeptidový řetězec nekonečně velký. Ve skutečnosti každý protein normálně existuje pouze v jedné konfiguraci, určené jeho aminokyselinovou sekvencí. Tato struktura není rigidní, jakoby „dýchá“ – osciluje kolem určité průměrné konfigurace. Řetěz je složen do konfigurace, ve které je volná energie (schopnost konat práci) minimální, stejně jako je uvolněná pružina stlačena pouze do stavu odpovídající minimu volné energie. Často je jedna část řetězce pevně spojena s druhou disulfidovými (–S–S–) vazbami mezi dvěma cysteinovými zbytky. To je částečně důvod, proč cystein mezi aminokyselinami hraje obzvláště důležitou roli.

Složitost struktury proteinů je tak velká, že zatím není možné vypočítat terciární strukturu proteinu, i když je známa jeho aminokyselinová sekvence. Ale pokud je možné získat krystaly proteinu, pak lze jeho terciární strukturu určit pomocí rentgenové difrakce.

Ve strukturálních, kontraktilních a některých jiných proteinech jsou řetězce prodloužené a několik lehce složených řetězců ležících vedle sebe tvoří fibrily; fibrily se zase skládají do větších útvarů - vláken. Většina proteinů v roztoku je však kulovitá: řetězce jsou stočeny do globule, jako příze v klubíčku. Volná energie s touto konfigurací je minimální, protože hydrofobní ("vodu odpuzující") aminokyseliny jsou ukryty uvnitř globule a hydrofilní ("vodu přitahující") aminokyseliny jsou na jejím povrchu.

Mnoho proteinů jsou komplexy několika polypeptidových řetězců. Tato struktura se nazývá kvartérní struktura proteinu. Molekula hemoglobinu se například skládá ze čtyř podjednotek, z nichž každá je globulární protein.

Strukturní proteiny díky své lineární konfiguraci tvoří vlákna, ve kterých je pevnost v tahu velmi vysoká, zatímco globulární konfigurace umožňuje proteinům vstupovat do specifických interakcí s jinými sloučeninami. Na povrchu globule se při správném položení řetízků objevují dutiny určitého tvaru, ve kterých se nacházejí reaktivní chemické skupiny. Je-li tímto proteinem enzym, pak do takové dutiny vstupuje další, obvykle menší, molekula nějaké látky, stejně jako klíč vstupuje do zámku; v tomto případě se vlivem chemických skupin umístěných v dutině mění konfigurace elektronového oblaku molekuly a to ji nutí reagovat určitým způsobem. Tímto způsobem enzym katalyzuje reakci. Molekuly protilátek mají také dutiny, ve kterých se vážou různé cizorodé látky, a tím se stávají neškodnými. Model „klíč a zámek“, který vysvětluje interakci proteinů s jinými sloučeninami, umožňuje pochopit specifičnost enzymů a protilátek, tzn. jejich schopnost reagovat pouze s určitými sloučeninami.

Proteiny v různých typech organismů.

Proteiny, které plní stejnou funkci v odlišné typy rostliny a zvířata, a proto nesoucí stejné jméno, mají podobnou konfiguraci. Ty se však poněkud liší ve své aminokyselinové sekvenci. Jak se druhy liší od společného předka, jsou některé aminokyseliny v určitých pozicích nahrazeny mutacemi s jinými. Škodlivé mutace způsobující dědičné choroby jsou přirozeným výběrem vyřazeny, ale prospěšné nebo alespoň neutrální mohou být zachovány. Čím blíže jsou dva biologické druhy k sobě, tím menší rozdíly se nacházejí v jejich proteinech.

Některé proteiny se mění poměrně rychle, jiné jsou dost konzervativní. Mezi ty druhé patří například cytochrom c, respirační enzym vyskytující se ve většině živých organismů. U lidí a šimpanzů jsou jeho aminokyselinové sekvence totožné, zatímco v cytochromu c pšenice se ukázalo být odlišných pouze 38 % aminokyselin. I při srovnání lidí a bakterií je stále vidět podobnost cytochromů s (rozdíly zde postihují 65 % aminokyselin), přestože společný předek bakterií a lidí žil na Zemi asi před dvěma miliardami let. V dnešní době se porovnávání sekvencí aminokyselin často používá k sestavení fylogenetického (genealogického) stromu, který odráží evoluční vztahy mezi různými organismy.

Denaturace.

Syntetizovaná molekula proteinu, skládání, získává svou vlastní konfiguraci. Tato konfigurace však může být zničena zahříváním, změnou pH, působením organických rozpouštědel a dokonce i jednoduchým mícháním roztoku, dokud se na jeho povrchu neobjeví bubliny. Takto pozměněný protein se nazývá denaturovaný; ztrácí svou biologickou aktivitu a obvykle se stává nerozpustným. Známými příklady denaturovaných bílkovin jsou vařená vejce nebo šlehačka. Malé bílkoviny, obsahující jen asi sto aminokyselin, jsou schopny renaturace, tzn. znovu získat původní konfiguraci. Ale většina proteinů je jednoduše transformována do hmoty zamotaných polypeptidových řetězců a neobnoví svou předchozí konfiguraci.

Jednou z hlavních obtíží při izolaci aktivních proteinů je jejich extrémní citlivost na denaturaci. Tato vlastnost proteinů nachází užitečné uplatnění při konzervaci potravinářských výrobků: vysoká teplota nevratně denaturuje enzymy mikroorganismů a mikroorganismy odumírají.

PROTEOSYNTÉZA

Pro syntézu bílkovin musí mít živý organismus systém enzymů schopných vázat jednu aminokyselinu na druhou. Potřebný je také zdroj informací, který by určil, které aminokyseliny by měly být připojeny. Vzhledem k tomu, že v těle existují tisíce druhů bílkovin a každý z nich se skládá v průměru z několika stovek aminokyselin, musí být požadované informace skutečně obrovské. Je uložena (podobně jako se záznam ukládá na magnetickou pásku) v molekulách nukleových kyselin, které tvoří geny.

Aktivace enzymů.

Polypeptidový řetězec syntetizovaný z aminokyselin není vždy protein ve své konečné podobě. Mnoho enzymů je nejprve syntetizováno jako neaktivní prekurzory a aktivují se až poté, co jiný enzym odstraní několik aminokyselin z jednoho konce řetězce. Některé z trávicích enzymů, jako je trypsin, jsou syntetizovány v této neaktivní formě; tyto enzymy jsou aktivovány v trávicím traktu v důsledku odstranění koncového fragmentu řetězce. Hormon inzulín, jehož molekula se v aktivní formě skládá ze dvou krátkých řetězců, je syntetizována ve formě jediného řetězce, tzv. proinzulin. Poté se odstraní střední část tohoto řetězce a zbývající fragmenty se na sebe navážou a vytvoří aktivní molekulu hormonu. Komplexní proteiny se tvoří až po připojení určité chemické skupiny k proteinu a toto připojení často vyžaduje také enzym.

Metabolický oběh.

Po krmení zvířete aminokyselinami označenými radioaktivními izotopy uhlíku, dusíku nebo vodíku se značka rychle začlení do jeho proteinů. Pokud značené aminokyseliny přestanou vstupovat do těla, pak se množství značených v proteinech začne snižovat. Tyto experimenty ukazují, že výsledné bílkoviny se v těle neukládají až do konce života. Všechny, až na výjimky, jsou v dynamickém stavu, neustále se rozkládají na aminokyseliny a následně znovu syntetizují.

Některé proteiny se při odumírání buněk rozkládají a jsou zničeny. To se děje neustále, například u červených krvinek a epiteliálních buněk lemujících vnitřní povrch střeva. Kromě toho dochází k rozkladu a resyntéze proteinů také v živých buňkách. Kupodivu se o rozkladu bílkovin ví méně než o jejich syntéze. Jasné však je, že se na štěpení podílejí proteolytické enzymy, podobné těm, které v trávicím traktu štěpí bílkoviny na aminokyseliny.

Poločas rozpadu různých proteinů je různý – od několika hodin po mnoho měsíců. Jedinou výjimkou jsou molekuly kolagenu. Jakmile se vytvoří, zůstávají stabilní a nejsou obnovovány ani nahrazovány. Postupem času se však některé jejich vlastnosti, zejména elasticita, mění, a protože se neobnovují, jsou tím důsledkem určité změny související s věkem, například vznik vrásek na pokožce.

syntetické proteiny.

Chemici se již dávno naučili polymerovat aminokyseliny, ale aminokyseliny jsou neuspořádaně kombinovány, takže produkty takové polymerace se jen málo podobají přírodním. Je pravda, že je možné kombinovat aminokyseliny v daném pořadí, což umožňuje získat některé biologicky aktivní proteiny, zejména inzulín. Proces je poměrně komplikovaný a tímto způsobem je možné získat pouze ty bílkoviny, jejichž molekuly obsahují asi sto aminokyselin. Místo toho je výhodné syntetizovat nebo izolovat nukleotidovou sekvenci genu odpovídající požadované aminokyselinové sekvenci a poté zavést tento gen do bakterie, která bude produkovat replikací velké množství požadovaného produktu. Tato metoda má však i své nevýhody.

PROTEINY A VÝŽIVA

Když se bílkoviny v těle rozloží na aminokyseliny, mohou být tyto aminokyseliny znovu použity pro syntézu bílkovin. Samotné aminokyseliny přitom podléhají rozkladu, takže nejsou plně využity. Je také jasné, že během růstu, těhotenství a hojení ran musí syntéza proteinů převyšovat degradaci. Tělo neustále ztrácí některé bílkoviny; to jsou bílkoviny vlasů, nehtů a povrchové vrstvy kůže. Pro syntézu bílkovin tedy musí každý organismus přijímat aminokyseliny z potravy.

Zdroje aminokyselin.

Zelené rostliny syntetizují všech 20 aminokyselin nalezených v bílkovinách z CO2, vody a čpavku nebo dusičnanů. Mnoho bakterií je také schopno syntetizovat aminokyseliny v přítomnosti cukru (nebo nějakého ekvivalentu) a fixovaného dusíku, ale cukr je nakonec dodáván zelenými rostlinami. U zvířat je schopnost syntetizovat aminokyseliny omezená; aminokyseliny získávají konzumací zelených rostlin nebo jiných živočichů. V trávicím traktu se vstřebané bílkoviny rozkládají na aminokyseliny, ty se vstřebávají a z nich se staví bílkoviny charakteristické pro daný organismus. Žádný z absorbovaných proteinů není zabudován do tělesných struktur jako takových. Jedinou výjimkou je, že u mnoha savců může část mateřských protilátek projít neporušená přes placentu do fetálního oběhu a prostřednictvím mateřského mléka (zejména u přežvýkavců) být přenesena na novorozence ihned po porodu.

Potřeba bílkovin.

Je jasné, že pro udržení života musí tělo přijímat určité množství bílkovin z potravy. Velikost této potřeby však závisí na řadě faktorů. Tělo potřebuje potravu jednak jako zdroj energie (kalorií) a jednak jako materiál pro stavbu svých struktur. Na prvním místě je potřeba energie. To znamená, že když je ve stravě málo sacharidů a tuků, dietní bílkoviny se nepoužívají pro syntézu vlastních bílkovin, ale jako zdroj kalorií. Při dlouhodobém půstu se dokonce i vaše vlastní bílkoviny spotřebují na pokrytí energetických potřeb. Pokud je ve stravě dostatek sacharidů, pak lze snížit příjem bílkovin.

dusíková bilance.

V průměru cca. 16 % celkové hmotnosti bílkovin tvoří dusík. Při štěpení aminokyselin, které tvoří bílkoviny, se dusík v nich obsažený vylučuje z těla močí a (v menší míře) stolicí ve formě různých dusíkatých sloučenin. Proto je vhodné pro posouzení kvality bílkovinné výživy použít takový ukazatel, jako je dusíková bilance, tzn. rozdíl (v gramech) mezi množstvím dusíku přijatým do těla a množstvím dusíku vyloučeného za den. Při normální výživě u dospělého jsou tato množství stejná. V rostoucím organismu je množství vyloučeného dusíku menší než množství příchozího, tzn. bilance je kladná. Při nedostatku bílkovin ve stravě je bilance negativní. Pokud je ve stravě dostatek kalorií, ale bílkoviny v ní zcela chybí, tělo bílkovinami šetří. Současně se zpomaluje metabolismus bílkovin a reutilizace aminokyselin při syntéze bílkovin probíhá co nejefektivněji. Ztráty jsou však nevyhnutelné a dusíkaté sloučeniny se stále vylučují močí a částečně stolicí. Množství dusíku vyloučeného z těla za den během hladovění bílkovin může sloužit jako měřítko denního nedostatku bílkovin. Je přirozené předpokládat, že zavedením množství bílkovin odpovídající tomuto nedostatku do stravy je možné obnovit dusíkovou bilanci. Nicméně není. Po přijetí tohoto množství bílkovin začne tělo využívat aminokyseliny méně efektivně, takže je potřeba nějaký další protein k obnovení dusíkové rovnováhy.

Pokud množství bílkovin ve stravě překročí to, co je nezbytné pro udržení dusíkové bilance, zdá se, že to není na škodu. Přebytečné aminokyseliny se jednoduše využívají jako zdroj energie. Zvláště nápadným příkladem jsou Eskymáci, kteří konzumují málo sacharidů a asi desetkrát více bílkovin, než je potřeba k udržení dusíkové rovnováhy. Ve většině případů však není použití bílkovin jako zdroje energie prospěšné, protože z daného množství sacharidů můžete získat mnohem více kalorií než ze stejného množství bílkovin. V chudých zemích přijímá obyvatelstvo potřebné kalorie ze sacharidů a přijímá minimální množství bílkovin.

Pokud tělo přijímá potřebný počet kalorií ve formě nebílkovinných produktů, pak minimální množství bílkovin, které udržuje dusíkovou bilanci, je cca. 30 g denně. Přibližně tolik bílkovin obsahují čtyři krajíce chleba nebo 0,5 litru mléka. Několik se obvykle považuje za optimální. velké množství; doporučeno od 50 do 70 g.

Esenciální aminokyseliny.

Až dosud byl protein považován za celek. Mezitím, aby mohla proběhnout syntéza bílkovin, musí být v těle přítomny všechny potřebné aminokyseliny. Některé z aminokyselin je tělo zvířete samo schopno syntetizovat. Říká se jim zaměnitelné, protože nemusí být přítomny ve stravě – důležité je pouze to, aby obecně byl příjem bílkovin jako zdroje dusíku dostatečný; pak při nedostatku neesenciálních aminokyselin je tělo může syntetizovat na úkor těch, které jsou přítomny v nadbytku. Zbývající "esenciální" aminokyseliny nelze syntetizovat a musí být přijímány s jídlem. Pro člověka jsou nezbytné valin, leucin, isoleucin, threonin, methionin, fenylalanin, tryptofan, histidin, lysin a arginin. (Ačkoli je arginin v těle syntetizován, je považován za esenciální aminokyselinu, protože novorozenci a rostoucí děti ho produkují v nedostatečném množství. Na druhou stranu pro člověka zralého věku se příjem některých z těchto aminokyselin z potravy může stát nepovinným.)

Tento seznam esenciálních aminokyselin je přibližně stejný u jiných obratlovců a dokonce i u hmyzu. Nutriční hodnota bílkovin se obvykle určuje jejich krmením rostoucím potkanům a sledováním přírůstku hmotnosti zvířat.

Nutriční hodnota bílkovin.

Nutriční hodnota proteinu je určena esenciální aminokyselinou, která je nejvíce deficitní. Ukažme si to na příkladu. Bílkoviny našeho těla obsahují v průměru cca. 2 % tryptofanu (hmotnostní). Řekněme, že dieta obsahuje 10 g bílkovin obsahujících 1 % tryptofanu a že je v ní dostatek dalších esenciálních aminokyselin. V našem případě je 10 g tohoto defektního proteinu v podstatě ekvivalentní 5 g kompletního; zbývajících 5 g může sloužit pouze jako zdroj energie. Všimněte si, že vzhledem k tomu, že aminokyseliny se v těle prakticky neukládají, a aby mohla probíhat syntéza bílkovin, musí být všechny aminokyseliny přítomny současně, lze účinek příjmu esenciálních aminokyselin zjistit pouze tehdy, pokud se všechny dostanou do těla současně.

Průměrné složení většiny živočišných bílkovin se blíží průměrnému složení bílkovin lidského těla, takže je nepravděpodobné, že bychom čelili nedostatku aminokyselin, pokud je naše strava bohatá na potraviny, jako je maso, vejce, mléko a sýr. Existují však bílkoviny, jako je želatina (produkt denaturace kolagenu), které obsahují velmi málo esenciálních aminokyselin. Rostlinné bílkoviny, i když jsou v tomto smyslu lepší než želatina, jsou také chudé na esenciální aminokyseliny; zvláště málo v nich lysin a tryptofan. Přesto není ryze vegetariánská strava vůbec na škodu, pokud se v ní nekonzumuje o něco větší množství rostlinných bílkovin, dostatečné pro zásobení organismu esenciálními aminokyselinami. Nejvíce bílkovin se nachází v rostlinách v semenech, zejména v semenech pšenice a různých luštěnin. Mladé výhonky, jako je chřest, jsou také bohaté na bílkoviny.

Syntetické bílkoviny ve stravě.

Přidáním malého množství syntetických esenciálních aminokyselin nebo na ně bohatých proteinů k neplnohodnotným proteinům, jako jsou kukuřičné proteiny, je možné výrazně zvýšit nutriční hodnotu posledně jmenovaných, tzn. čímž se zvyšuje množství konzumovaných bílkovin. Další možností je pěstování bakterií nebo kvasinek na ropných uhlovodících s přídavkem dusičnanů nebo čpavku jako zdroje dusíku. Takto získaný mikrobiální protein může sloužit jako krmivo pro drůbež nebo hospodářská zvířata, nebo může být přímo konzumován lidmi. Třetí, široce používaná, metoda využívá fyziologii přežvýkavců. U přežvýkavců dochází v počátečním úseku žaludku k tzv. V bachoru žijí speciální formy bakterií a prvoků, které přeměňují defektní rostlinné bílkoviny na úplnější mikrobiální bílkoviny a ty se zase po trávení a vstřebání mění na bílkoviny živočišné. Močovina, levná syntetická sloučenina obsahující dusík, se může přidávat do krmiva pro hospodářská zvířata. Mikroorganismy žijící v bachoru využívají močovinový dusík k přeměně sacharidů (kterých je v krmivu mnohem více) na bílkoviny. Asi třetina veškerého dusíku v krmivu pro hospodářská zvířata může pocházet ve formě močoviny, což v podstatě znamená do určité míry chemickou syntézu bílkovin.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru

KAPITOLA 1 ÚVOD

Zprávy o revoluci v biologii se nyní staly spíše banálními. Je také považováno za nesporné, že tyto revoluční změny souvisely se vznikem komplexu věd na průsečíku biologie a chemie, mezi nimiž ústřední postavení zaujímala a nadále zaujímá molekulární biologie a bioorganická chemie.

„Molekulární biologie je věda, která si klade za cíl porozumět podstatě životních jevů studiem biologických objektů a systémů na úrovni blížící se té molekulární ... charakteristické projevy života ... jsou dány strukturou, vlastnostmi a interakcí molekul biologicky významných látek, především proteiny a nukleové kyseliny ”

„Bioorganická chemie je věda, která studuje látky, které jsou základem životních procesů... hlavních objektů bio organická chemie biopolymery (proteiny a peptidy, nukleové kyseliny a nukleotidy, lipidy, polysacharidy atd.).

Z tohoto srovnání je zřejmé, jak důležité je studium proteinů pro rozvoj moderní biologie.

biologie biochemie proteinů

KAPITOLA 2. HISTORIE VÝZKUMU PROTEINŮ

2.1 Raná stádia v chemii proteinů

Protein byl mezi objekty chemického výzkumu před 250 lety. V roce 1728 získal italský vědec Jacopo Bartolomeo Beccari první proteinový přípravek, lepek, z pšeničné mouky. Lepek podrobil suché destilaci a ujistil se, že produkty této destilace jsou zásadité. To byl první důkaz jednoty povahy látek rostlinné a živočišné říše. Výsledky své práce publikoval v roce 1745 a byl to první článek o proteinu.

V XVIII - začátek XIX Po staletí byly opakovaně popisovány bílkovinné látky rostlinného i živočišného původu. Charakteristickým rysem těchto popisů byla konvergence těchto látek a jejich srovnání s anorganickými látkami.

Je důležité poznamenat, že v té době, ještě před příchodem elementární analýzy, existovala představa, že proteiny z různých zdrojů jsou skupinou jednotlivých látek s podobnými vlastnostmi.

V roce 1810 J. Gay-Lussac a L. Tenard poprvé určili elementární složení bílkovinných látek. V roce 1833 J. Gay-Lussac dokázal, že dusík je nutně přítomen v bílkovinách, a brzy se ukázalo, že obsah dusíku v různých bílkovinách je přibližně stejný. Ve stejné době se anglický chemik D. Dalton pokusil znázornit první vzorce bílkovinných látek. Představoval je jako docela jednoduché látky, ale aby zdůraznil jejich individuální odlišnosti při stejném složení, uchýlil se k zobrazení molekul, které by se nyní nazývaly izomerní. Pojem izomerie však v Daltonově době ještě neexistoval.

Proteinové receptury od D. Daltona

Byly odvozeny první empirické vzorce proteinů a byly předloženy první hypotézy týkající se zákonitostí jejich složení. N. Lieberkün se tedy domníval, že albumin je popsán vzorcem C 72 H 112 N 18 SO 22 a A. Danilevskij se domníval, že molekula tohoto proteinu je minimálně o řád větší: C 726 H 1171 N 194 S 3 O 214.

Německý chemik J. Liebig v roce 1841 navrhl, že živočišné bílkoviny mají mezi rostlinnými bílkovinami analogy: asimilace bílkoviny z luštěnin v živočišném těle podle Liebiga vedla k akumulaci podobné bílkoviny – kaseinu. Jednou z nejrozšířenějších teorií prestrukturální organické chemie byla teorie radikálů, neměnných složek příbuzných látek. V roce 1836 Holanďan G. Mulder navrhl, že všechny proteiny obsahují stejný radikál, který nazval protein (z řeckého slova „přebírám vedení“, „přebírám první místo“). Protein měl podle Muldera složení Pr = C40H62N10O12. V roce 1838 publikoval G. Mulder proteinové vzorce založené na proteinové teorii. Jednalo se o tzv. dualistické vzorce, kde proteinový radikál sloužil jako pozitivní seskupení a atomy síry nebo fosforu jako negativní. Společně vytvořily elektricky neutrální molekulu: krevní sérový protein Pr 10 S 2 P, fibrin Pr 10 SP. Analytické ověření dat G. Muldera, provedené ruským chemikem Lyaskovskiim a Yu. Liebigem, však ukázalo, že „proteinové radikály“ neexistují.

Německý vědec F. Rose objevil v roce 1833 biuretovou reakci pro bílkoviny – jednu z hlavních barevných reakcí bílkovinných látek a jejich derivátů současnosti (více o barevných reakcích na str. 53). Došlo se také k závěru, že se jedná o nejcitlivější reakci na protein, takže v té době přitahovala největší pozornost chemiků.

V polovině 19. století byly vyvinuty četné metody pro extrakci proteinů, jejich čištění a izolaci v roztocích neutrálních solí. V roce 1847 objevil K. Reichert schopnost proteinů tvořit krystaly. V roce 1836 objevil T. Schwann pepsin, enzym, který štěpí bílkoviny. V roce 1856 objevil L. Corvisar další podobný enzym – trypsin. Studiem působení těchto enzymů na bílkoviny se biochemici pokusili rozluštit záhadu trávení. Největší pozornost však vzbudily látky vzniklé působením protelytických enzymů (proteáz, mezi ně patří i výše uvedené enzymy) na bílkoviny: některé z nich byly fragmenty původních molekul bílkovin (tzv. peptony ), zatímco jiné nebyly podrobeny dalšímu štěpení proteázami a patřily do třídy sloučenin známých od počátku století - aminokyselin (první derivát aminokyseliny, asparaginamid, byl objeven v roce 1806 a první aminokyselina, cystin, v roce 1810). Aminokyseliny ve složení bílkovin poprvé objevil v roce 1820 francouzský chemik A. Braconno. Použil kyselou hydrolýzu proteinu a našel v hydrolyzátu nasládlou látku, kterou nazval glycin. V roce 1839 byla prokázána existence leucinu v proteinech a v roce 1849 F. Bopp izoloval z proteinu další aminokyselinu - tyrosin (úplný seznam dat objevů aminokyselin v proteinech viz příloha II).

Do konce 80. let. V 19. století již bylo z bílkovinných hydrolyzátů izolováno 19 aminokyselin a pomalu začal sílit názor, že informace o produktech hydrolýzy bílkovin nese důležitou informaci o struktuře molekuly bílkoviny. Aminokyseliny však byly považovány za esenciální, nikoli však za hlavní složku bílkoviny.

V souvislosti s objevy aminokyselin ve složení bílkovin francouzský vědec P. Schutzenberger v 70. letech. XIX století navrhla tzv. teorie ureidu proteinové struktury. Molekula proteinu se podle ní skládala z centrálního jádra, jehož roli hrála molekula tyrosinu, a na ni navázaných komplexních skupin (se substitucí 4 atomů vodíku), tzv. Schutzenberger leuciny . Tato hypotéza však byla experimentálně velmi slabě podpořena a další výzkum se ukázal jako nekonzistentní.

2.2 Teorie „komplexů uhlík-dusík“ A.Ya. Danilevskij

Původní teorie o struktuře proteinu byla vyjádřena v 80. letech. Ruský biochemik z 19. století A. Ya. Danilevsky. Byl prvním chemikem, který upozornil na možnou polymerní povahu struktury molekul bílkovin. Na počátku 70. let. napsal A.M. Butlerov, že „částice albuminu jsou směsný polymerid“, že pro definici proteinu nenachází „výraz vhodnější než slovo polymer v širokém slova smyslu“. Při studiu biuretové reakce navrhl, že tato reakce je spojena se strukturou přerušovaných atomů uhlíku a dusíku - N - C - N - C - N -, které jsou zahrnuty do tzv. carbonazo T komplex R "- NH - CO - NH - CO - R". Na základě tohoto vzorce se Danilevskij domníval, že molekula proteinu obsahuje 40 takových komplexů uhlík-dusík. Samostatné komplexy aminokyselin uhlík-dusík podle Danilevského vypadaly takto:

Podle Danilevského by mohly být komplexy uhlík-dusík spojeny etherovou nebo amidovou vazbou za vzniku vysokomolekulární struktury.

2.3 Teorie „kirinů“ A. Kossel

Německý fyziolog a biochemik A. Kossel při studiu protaminů a histonů, relativně jednoduchých proteinů, zjistil, že při jejich hydrolýze vzniká velké množství argininu. Navíc ve složení hydrolyzátu objevil tehdy neznámou aminokyselinu – histidin. Na základě toho Kossel navrhl, že tyto proteinové látky lze považovat za jedny z nejjednodušších modelů složitějších proteinů, postavených podle jeho názoru na následujícím principu: arginin a histidin tvoří centrální jádro („protaminové jádro“), které je obklopeno komplexy jiných aminokyselin.

Kosselova teorie byla nejdokonalejším příkladem vývoje hypotézy o fragmentované struktuře proteinů (poprvé ji navrhl, jak bylo uvedeno výše, G. Mulder). Tuto hypotézu použil německý chemik M. Siegfried na počátku 20. století. Věřil, že proteiny jsou sestaveny z komplexů aminokyselin (arginin + lysin + kyselina glutaminová), které nazval kirinami (z řeckého „kyrios“ základní). Tato hypotéza však byla předložena v roce 1903, kdy E. Fisher aktivně rozvíjel svou peptidová teorie , který dal klíč k záhadě struktury bílkovin.

2.4 Peptidová teorie E. Rybář

Německý chemik Emil Fischer, již po celém světě proslulý studiem purinových sloučenin (alkaloidů ze skupiny kofeinu) a dešifrováním struktury cukrů, vytvořil peptidovou teorii, která byla z velké části potvrzena v praxi a za jeho života získala všeobecné uznání, za což mu byla udělena druhá Nobelova cena v dějinách chemie (prvním byl J. G. Van't Hoff).

Je důležité, že Fisher postavil výzkumný plán, který se ostře liší od toho, co se dělalo dříve, ale bere v úvahu všechna v té době známá fakta. Nejprve přijal jako nejpravděpodobnější hypotézu, že proteiny jsou sestaveny z aminokyselin spojených amidovou vazbou:

Fisher nazval tento typ vazby (analogicky s peptony) peptid . Navrhl, že bílkoviny jsou polymery aminokyselin spojené peptidovými vazbami . Myšlenku polymerní povahy struktury proteinů, jak je dobře známo, vyjádřili Danilevsky a Hert, ale věřili, že „monomery“ jsou velmi složité útvary - peptony nebo „komplexy uhlík-dusík“.

Prokázání peptidového typu sloučeniny aminokyselinových zbytků. E. Fisher vycházel z následujících pozorování. Za prvé, jak při hydrolýze bílkovin, tak při jejich enzymatickém rozkladu vznikaly různé aminokyseliny. Jiné sloučeniny bylo extrémně obtížné popsat a ještě obtížnější je získat. Kromě toho Fischer věděl, že proteiny nemají převahu ani kyselých, ani zásaditých vlastností, což podle něj znamená, že amino a karboxylové skupiny ve složení aminokyselin v molekulách proteinů jsou uzavřené a jakoby se navzájem maskují (amfoterita proteinů, jak by se teď řeklo).

Fisher rozdělil řešení problému struktury bílkovin a zredukoval jej na následující ustanovení:

Kvalitativní a kvantitativní stanovení produktů úplné hydrolýzy bílkovin.

Stanovení struktury těchto finálních produktů.

Syntéza aminokyselinových polymerů se sloučeninami amidového (peptidového) typu.

Srovnání takto získaných sloučenin s přírodními proteiny.

Z tohoto plánu je vidět, že Fisher poprvé použil nový metodologický přístup - syntézu modelových sloučenin, jako způsob dokazování analogií.

2.5 Vývoj metod syntézy aminokyselin

Aby bylo možné přistoupit k syntéze derivátů aminokyselin spojených peptidovou vazbou, Fischer udělal velký kus práce na studiu struktury a syntézy aminokyselin.

Před Fischerem byla obecnou metodou syntézy aminokyselin syntéza kyanohydrinu A. Streckera:

Podle Streckerovy reakce bylo možné syntetizovat alanin, serin a některé další aminokyseliny a podle jeho modifikace (Zelinsky-Stadnikovova reakce) jak -aminokyseliny, tak jejich N-substituované.

Sám Fischer se však snažil vyvinout metody syntézy všech tehdy známých aminokyselin. Streckerovu metodu považoval za nedostatečně univerzální. E. Fischer proto musel hledat obecnou metodu syntézy aminokyselin, včetně aminokyselin s komplexními postranními radikály.

Navrhl aminovat bromem substituované karboxylové kyseliny v poloze. K získání bromderivátů použil například při syntéze leucinu arylovanou nebo alkylovanou kyselinu malonovou:

E. Fisherovi se ale nepodařilo vytvořit absolutně univerzální metodu. Byly také vyvinuty spolehlivější reakce. Například Fisherův student G. Lakes navrhl pro získání serinu následující modifikaci:

Fisher také prokázal, že proteiny jsou složeny z opticky aktivních aminokyselinových zbytků (viz str. 11). To ho donutilo vyvinout nové názvosloví opticky aktivních sloučenin, metody separace a syntézy optických izomerů aminokyselin. Fisher také dospěl k závěru, že proteiny obsahují zbytky L-forem opticky aktivních aminokyselin, a prokázal to nejprve pomocí principu diastereoizomerie. Tento princip byl následující: k N-acylderivátu racemické aminokyseliny byl přidán opticky aktivní alkaloid (brucin, strychnin, cinchonin, chinidin, chinin). Výsledkem byly dvě stereoizomerní formy solí s různou rozpustností. Po oddělení těchto diastereoizomerů byl alkaloid získán a acylová skupina byla odstraněna hydrolýzou.

Fischerovi se podařilo vyvinout metodu úplného stanovení aminokyselin v produktech hydrolýzy bílkovin: přeměnil hydrochloridové estery aminokyselin působením koncentrované alkálie za studena na volné estery, které nebyly znatelně zmýdelněny. Poté byla směs těchto etherů podrobena frakční destilaci a jednotlivé aminokyseliny byly z výsledných frakcí izolovány frakční krystalizací.

Nová metoda analýzy nejen konečně potvrdila, že proteiny se skládají z aminokyselinových zbytků, ale umožnila zpřesnit a doplnit seznam aminokyselin nalezených v proteinech. Kvantitativní analýzy však stále nedokázaly odpovědět na hlavní otázku: jaké jsou principy struktury molekuly proteinu. A E. Fisher formuloval jeden z hlavních úkolů při studiu struktury a vlastností proteinů: vývoj experimentální mEzpůsoby syntézy sloučenin, jejichž hlavní složkou by byly aminokyselinyÓjste spojeni peptidovou vazbou.

Fisher si tak stanovil netriviální úkol – syntetizovat novou třídu sloučenin, aby bylo možné stanovit principy jejich struktury.

Fisher tento problém vyřešil a chemici získali přesvědčivé důkazy, že proteiny jsou polymery aminokyselin spojených peptidovou vazbou:

CO - CHR" - NH - CO - CHR"" - NH - CO CHR""" - NH -

Toto stanovisko bylo podpořeno biochemickými důkazy. Po cestě se ukázalo, že proteázy nehydrolyzují všechny vazby mezi aminokyselinami stejnou rychlostí. Jejich schopnost štěpit peptidovou vazbu byla ovlivněna optickou konfigurací aminokyselin, substituenty na dusíku aminoskupiny, délkou peptidového řetězce a sadou v něm obsažených zbytků.

Hlavním důkazem peptidové teorie byla syntéza modelových peptidů a jejich srovnání s peptony proteinového hydrolyzátu. Výsledky ukázaly, že z proteinových hydrolyzátů jsou izolovány peptidy identické s těmi syntetizovanými.

V průběhu těchto studií E.Fischer a jeho student E.Abdergalden poprvé vyvinuli metodu pro stanovení aminokyselinové sekvence v proteinu. Jeho podstatou bylo zjistit povahu aminokyselinového zbytku polypeptidu, který má volnou aminoskupinu (N-terminální aminokyselina). Za tímto účelem navrhli blokovat amino-konec v peptidu naftalensulfonylovou skupinou, která se během hydrolýzy neodštěpí. Izolací aminokyseliny značené takovou skupinou z hydrolyzátu bylo možné určit, která z aminokyselin je N-koncová.

Po výzkumu E. Fishera vyšlo najevo, že proteiny jsou polypeptidy. To byl důležitý úspěch, mimo jiné pro úkoly syntézy bílkovin: bylo jasné, co přesně je potřeba syntetizovat. Teprve po těchto pracích nabyl problém syntézy bílkovin určitého směru a potřebné přísnosti.

Hovoříme-li o Fisherově díle jako celku, je třeba poznamenat, že samotný přístup k výzkumu byl spíše typický pro nadcházející 20. století - operoval s širokou škálou teoretických pozic a metodologických technik; jeho syntézy vypadaly stále méně jako umění založené na intuici než na exaktních znalostech a blížily se k vytvoření řady přesných, téměř technologických zařízení.

2. 6 Krize peptidové teorie

V souvislosti s využitím nových fyzikálních a fyzikálně-chemických výzkumných metod na počátku 20. let. 20. století existovaly pochybnosti, že molekula proteinu je dlouhý polypeptidový řetězec. Hypotéza o možnosti kompaktního sbalení peptidových řetězců byla zpracována skepticky. To vše vyžadovalo revizi peptidové teorie E. Fishera.

Ve 20-30 letech. Teorie diketopiperazinu byla široce přijata. Podle ní hrají při konstrukci proteinové struktury ústřední roli diketopiperázové kruhy, které vznikají při cyklizaci dvou aminokyselinových zbytků. Předpokládalo se také, že tyto struktury tvoří centrální jádro molekuly, ke kterému jsou připojeny krátké peptidy nebo aminokyseliny („výplně“ cyklického skeletu hlavní struktury). Nejpřesvědčivější schémata účasti diketopiperazinů na konstrukci proteinové struktury představili studenti N. D. Zelinského a E. Fishera.

Pokusy o syntézu modelových sloučenin obsahujících diketopiperaziny však pro chemii proteinů příliš nepomohly, následně zvítězila teorie peptidů, ale tyto práce měly stimulační účinek na chemii piperazinů obecně.

Po teoriích peptidu a diketopiperázy pokračovaly pokusy prokázat existenci pouze peptidových struktur v molekule proteinu. Snažili se přitom představit si nejen typ molekuly, ale i její obecné obrysy.

Původní hypotézu vyslovil sovětský chemik D.L. Talmud. Navrhl, že peptidové řetězce ve složení proteinových molekul jsou složeny do velkých prstenců, což byl zase krok k vytvoření jeho představy o proteinové globuli.

Současně se objevila data naznačující odlišnou sadu aminokyselin v různých proteinech. Ale vzory, které řídí sekvenci aminokyselin v proteinové struktuře, nebyly jasné.

Na tuto otázku se jako první pokusili odpovědět M. Bergman a K. Niemann ve své hypotéze „přerušovaných frekvencí“. Podle ní se sekvence aminokyselinových zbytků v molekule proteinu podřídila číselným vzorům, jejichž základy byly odvozeny z principů struktury molekuly proteinu hedvábného fibroinu. Ale tato volba byla neúspěšná, protože. tento protein je fibrilární, zatímco struktura globulárních proteinů se řídí zcela odlišnými vzory.

Podle M. Bergmana a K. Niemana se každá aminokyselina vyskytuje v polypeptidovém řetězci v určitém intervalu nebo, jak řekl M. Bergman, má určitou „periodicitu“. Tato periodicita je dána povahou aminokyselinových zbytků.

Představili si molekulu hedvábného fibroinu takto:

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyArg GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 12

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyArg

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 13

Bergman-Niemannova hypotéza měla významný vliv na vývoj chemie aminokyselin, jejímu ověření bylo věnováno velké množství prací.

Na závěr této kapitoly je třeba poznamenat, že do poloviny XX. bylo nashromážděno dostatek důkazů o platnosti peptidové teorie, její hlavní ustanovení byla doplněna a upřesněna. Proto centrum pro výzkum bílkovin ve 20. století. již leží pole výzkumu a hledání metod syntézy bílkovin umělými prostředky. Tento problém byl úspěšně vyřešen, byly vyvinuty spolehlivé metody pro stanovení primární struktury proteinu - sekvence aminokyselin v peptidovém řetězci, byly vyvinuty metody chemické (abiogenní) syntézy nepravidelných polypeptidů (těmto metodám se věnujeme podrobněji v kapitole 8, str. 36), včetně metod automatické syntézy polypeptidů. To umožnilo již v roce 1962 největšímu anglickému chemikovi F. Sengerovi rozluštit strukturu a uměle syntetizovat hormon inzulín, což znamenalo novou éru v syntéze funkčních proteinových polypeptidů.

KAPITOLA 3. CHEMICKÉ SLOŽENÍ BÍLKOVIN

3.1 Peptidová vazba

Proteiny jsou nepravidelné polymery postavené ze zbytků α-aminokyselin, jejichž obecný vzorec ve vodném roztoku při hodnotách pH blízkých neutrálnímu lze zapsat jako NH 3 + CHRCOO - . Aminokyselinové zbytky v proteinech jsou spojeny amidovou vazbou mezi α-amino a β-karboxylovými skupinami. Peptidová vazba mezi dva-aminokyselinové zbytky jsou běžně označovány jako peptidová vazba a polymery postavené ze zbytků a-aminokyselin spojených peptidovými vazbami se nazývají polypeptidy. Protein jako biologicky významná struktura může být buď jeden polypeptid nebo několik polypeptidů, které tvoří jeden komplex jako výsledek nekovalentních interakcí.

3.2 Elementární složení bílkovin

Při studiu chemického složení proteinů je nutné nejprve zjistit, z jakých chemických prvků se skládají, a za druhé, strukturu jejich monomerů. Pro zodpovězení první otázky je stanoveno kvantitativní a kvalitativní složení chemických prvků proteinu. Chemická analýza ukázala přítomný ve všech proteinech uhlík (50-55 %), kyslík (21-23 %), dusík (15-17 %), vodík (6-7 %), síra (0,3-2,5 %). V různých, často velmi malých množstvích se ve složení jednotlivých bílkovin nacházel i fosfor, jód, železo, měď a některé další makro- a mikroprvky.

Obsah hlavních chemických prvků v bílkovinách se může lišit, s výjimkou dusíku, jehož koncentrace se vyznačuje největší stálostí a průměrně 16 %. Kromě toho je obsah dusíku v ostatních organických látkách nízký. V souladu s tím bylo navrženo stanovit množství proteinu jeho složkou dusíku. Při vědomí, že 1 g dusíku je obsaženo v 6,25 g bílkoviny, se zjištěné množství dusíku vynásobí faktorem 6,25 a získá se množství bílkovin.

Pro určení chemické podstaty proteinových monomerů je nutné vyřešit dva problémy: rozdělit protein na monomery a zjistit jejich chemické složení. Rozklad bílkoviny na jednotlivé složky se dosahuje hydrolýzou - prodlouženým varem bílkoviny se silnými minerálními kyselinami. (kyselá hydrolýza) nebo důvody (alkalická hydrolýza). Nejčastěji se používá var při 110 C s HCl po dobu 24 hod. V další fázi se oddělují látky tvořící hydrolyzát. K tomuto účelu se používají různé metody, nejčastěji - chromatografie (více viz kapitola „Metody výzkumu ...“). Aminokyseliny jsou hlavní součástí separovaných hydrolyzátů.

3.3. Aminokyseliny

V současné době bylo v různých objektech divoké zvěře nalezeno až 200 různých aminokyselin. V lidském těle je jich například asi 60. Bílkoviny však obsahují pouze 20 aminokyselin, někdy nazývaných přírodní.

Aminokyseliny jsou organické kyseliny, ve kterých je atom vodíku - atom uhlíku nahrazen aminoskupinou - NH2. Z chemické povahy se tedy jedná o aminokyseliny s obecným vzorcem:

Z tohoto vzorce je vidět, že složení všech aminokyselin zahrnuje následující obecné skupiny: - CH 2 - NH 2 - COOH. Postranní řetězce (radikály - R) aminokyseliny se liší. Jak je vidět z Přílohy I, chemická povaha radikálů je různorodá: od atomu vodíku po cyklické sloučeniny. Jsou to radikály, které určují strukturní a funkční vlastnosti aminokyselin.

Všechny aminokyseliny, kromě nejjednoduššího glycinu s aminokyselinou (NH 3 + CH 2 COO) mají chirální atom C a mohou existovat ve formě dvou enantiomerů (optických izomerů):

Všechny v současnosti studované proteiny obsahují pouze aminokyseliny L-série, ve kterých, pokud vezmeme v úvahu chirální atom ze strany atomu H, jsou ve směru hodinových ručiček umístěny skupiny NH 3 +, COO a radikál R. Potřeba postavit biologicky významnou molekulu polymeru z přesně definovaného enantiomeru je zřejmá – z racemické směsi dvou enantiomerů by se získala nepředstavitelně složitá směs diastereoisomerů. Otázka, proč je život na Zemi založen na proteinech vytvořených právě z L-, a nikoli D-aminokyselin, stále zůstává zajímavou záhadou. Je třeba poznamenat, že D-aminokyseliny jsou v přírodě poměrně rozšířené a navíc jsou součástí biologicky významných oligopeptidů.

Proteiny jsou postaveny z dvaceti základních α-aminokyselin, ale zbytek, docela různorodé aminokyseliny, se tvoří z těchto 20 aminokyselinových zbytků již ve složení molekuly proteinu. Mezi těmito transformacemi je třeba si především všimnout formace disulfidové můstky během oxidace dvou cysteinových zbytků ve složení již vytvořených peptidových řetězců. Výsledkem je, že ze dvou cysteinových zbytků vzniká zbytek diaminodikarboxylové kyseliny cystin (Viz Příloha I). V tomto případě dochází k zesíťování buď v rámci jednoho polypeptidového řetězce nebo mezi dvěma různými řetězci. Jako malý protein, který má dva polypeptidové řetězce spojené disulfidovými můstky, stejně jako příčné vazby v rámci jednoho z polypeptidových řetězců:

Důležitým příkladem modifikace aminokyselinových zbytků je konverze prolinových zbytků na zbytky hydroxyprolin :

K této přeměně dochází, a to ve značném měřítku, při tvorbě důležité bílkovinné složky pojivové tkáně - kolagen .

Dalším velmi důležitým typem proteinové modifikace je fosforylace hydroxoskupin serinových, threoninových a tyrosinových zbytků, například:

Aminokyseliny ve vodném roztoku jsou v ionizovaném stavu v důsledku disociace amino a karboxylových skupin, které tvoří radikály. Jinými slovy, jsou to amfoterní sloučeniny a mohou existovat buď jako kyseliny (donory protonů) nebo jako báze (akceptory donorů).

Všechny aminokyseliny, v závislosti na struktuře, jsou rozděleny do několika skupin:

Acyklický. Monoaminomonokarboxylové aminokyseliny mají ve svém složení jednu aminovou a jednu karboxylovou skupinu, ve vodném roztoku jsou neutrální. Některé z nich mají společné strukturální rysy, což umožňuje, aby byly posuzovány společně:

Glycin a alanin. Glycin (glykol nebo kyselina aminooctová) je opticky neaktivní – je to jediná aminokyselina, která nemá enantiomery. Glycin se podílí na tvorbě nukleových a žlučových k - t, hemu, je nezbytný pro neutralizaci toxických produktů v játrech. Alanin je tělem využíván při různých procesech metabolismu sacharidů a energie. Jeho izomer - alanin je nedílnou součástí pantotenického vitaminu - vám, koenzymu A (CoA), extraktivních látek svalů.

Serin a threonin. Patří do skupiny hydrohydroxykyselin, protože. mají hydroxylovou skupinu. Serin je součástí různých enzymů, hlavní bílkoviny mléka - kaseinu a také součástí mnoha lipoproteinů. Threonin se podílí na biosyntéze bílkovin, je esenciální aminokyselinou.

cystein a methionin. Aminokyseliny obsahující atom síry. Hodnota cysteinu je dána přítomností sulfhydrylové (-SH) skupiny v jeho složení, která mu dává schopnost snadno oxidovat a chránit tělo před látkami s vysokou oxidační schopností (v případě radiačního poškození, otravy fosforem). Methionin se vyznačuje přítomností snadno mobilní methylové skupiny, která se využívá pro syntézu důležitých látek v těle (cholin, kreatin, thymin, adrenalin atd.)

Valin, leucin a isoleucin. Jsou to rozvětvené aminokyseliny, které se aktivně podílejí na metabolismu a nejsou v těle syntetizovány.

Monoaminodikarboxylové aminokyseliny mají jednu amino a dvě karboxylové skupiny a dávají kyselou reakci ve vodném roztoku. Patří mezi ně aspartát a glutamin to-you, asparagin a glutamin. Jsou součástí inhibičních mediátorů nervového systému.

Diaminomonokarboxylové aminokyseliny ve vodném roztoku mají alkalickou reakci v důsledku přítomnosti dvou aminových skupin. V souvislosti s nimi je lysin nezbytný pro syntézu histonů a také v řadě enzymů. Arginin se podílí na syntéze močoviny, kreatinu.

Cyklický. Tyto aminokyseliny mají ve svém složení aromatické nebo heterocyklické jádro a zpravidla se v lidském těle nesyntetizují a musí být dodávány potravou. Aktivně se účastní různých metabolických procesů. Fenyl-alanin tedy slouží jako hlavní zdroj pro syntézu tyrosinu - prekurzoru řady biologicky důležitých látek: hormonů (tyroxin, adrenalin), některých pigmentů. Tryptofan, kromě toho, že se podílí na syntéze bílkovin, je součástí vitaminu PP, serotoninu, tryptaminu a řady pigmentů. Histidin je nezbytný pro syntézu bílkovin, je prekurzorem histaminu, který ovlivňuje krevní tlak a sekreci žaludeční šťávy.

KAPITOLA 4. STRUKTURA

Při studiu složení proteinů bylo zjištěno, že jsou všechny postaveny podle jediného principu a mají čtyři úrovně organizace: primární, sekundární, terciární, a některé z nich Kvartérní struktur.

4.1 Primární struktura

Jde o lineární řetězec aminokyselin uspořádaných v určité sekvenci a vzájemně propojených peptidovými vazbami. Peptidová vazba tvořená -karboxylovou skupinou jedné aminokyseliny a -aminoskupinou druhé:

Peptidovou vazbu díky p, -konjugační -vazbě karbonylové skupiny a p-orbitalu atomu N, na kterém se nachází nesdílený pár elektronů, nelze považovat za jedinou a prakticky kolem ní nedochází k rotaci. Ze stejného důvodu jsou chirální atom C a karbonylový atom Ck kteréhokoli i-tého aminokyselinového zbytku peptidového řetězce a atomy N a C (i+1)-tého zbytku ve stejné rovině. Karbonylový atom O a atom amidu H jsou umístěny ve stejné rovině (materiál nashromážděný při studiu struktury proteinů však ukazuje, že toto tvrzení není zcela striktní: atomy spojené s peptidovým atomem dusíku s ním nejsou ve stejné rovině, ale tvoří trojstěnnou pyramidu s úhly mezi vazbami velmi blízkými 120. Proto mezi rovinami, tvořené atomy C i, Ci k, O i a N i +1, H i +1, C i +1, existuje určitý úhel odlišný od 0. Zpravidla však nepřesahuje 1 a nehraje zvláštní roli). Z geometrického hlediska lze tedy polypeptidový řetězec považovat za tvořený takovými plochými fragmenty obsahujícími každý šest atomů. Vzájemné uspořádání těchto úlomků, jako každé vzájemné uspořádání dvou rovin, musí být určeno dvěma úhly. Jako takové je obvyklé brát torzní úhly, které charakterizují rotace kolem Nc a Cck-vazeb.

Geometrie jakékoli molekuly je určena třemi skupinami geometrických charakteristik jejích chemických vazeb - vazebné délky, vazebné úhly a torzní úhly mezi vazbami sousedícími se sousedními atomy. První dvě skupiny jsou v rozhodující míře určeny povahou zúčastněných atomů a vytvořenými vazbami. Prostorovou strukturu polymerů proto určují především torzní úhly mezi články základního řetězce polymerů molekul, tzn. konformace polymerního řetězce. Že R sionový úhel , tj. úhel natočení spoje A-B kolem spoje B-C vzhledem ke spoji C-D, je definován jako úhel mezi rovinami obsahujícími atomy A, B, C a atomyB, C, D.

V takovém systému je možné, že vazby A-B a C-D jsou umístěny paralelně a jsou na stejné straně vazby B-C. Pokud vezmeme v úvahu tento systém podéljázi B-C, pak spojení A-B jakoby zastírá spojeníC- D, tak se tato konformace nazývásvaetsyazastřený. Podle doporučení mezinárodních svazů chemie IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) a IUB (International Union of Biochemistry) je úhel mezi rovinami ABC a BCD považován za kladný, pokud pro uvedení konformace do zatmělého stavu otočením o úhel nejvýše 180 musí být vazba nejblíže k pozorovateli otočena ve směru hodinových ručiček. Pokud musí být tato vazba otočena proti směru hodinových ručiček, aby se získala zakrytá konformace, pak je úhel považován za negativní. Je vidět, že tato definice nezávisí na tom, která z vazeb je pozorovateli bližší.

V tomto případě, jak je patrné z obrázku, orientace fragmentu obsahujícího atomy Ci-1 a Ci [(i-1)-tý fragment] a fragmentu obsahujícího atomy Ci a Ci +1 ( i-tý fragment) je určeno torzními úhly odpovídajícími rotaci kolem vazby N i C i a vazby C i C i k . Tyto úhly se obvykle označují jako a v daném případě i a i. Jejich hodnoty pro všechny monomerní jednotky polypeptidového řetězce určují především geometrii tohoto řetězce. Neexistují žádné jednoznačné hodnoty ani pro hodnotu každého z těchto úhlů, ani pro jejich kombinace, i když na oba platí omezení, daná jak vlastnostmi samotných peptidových fragmentů, tak povahou postranních radikálů, tzn. povaha aminokyselinových zbytků.

K dnešnímu dni byly stanoveny aminokyselinové sekvence pro několik tisíc různých proteinů. Zaznamenávání struktury proteinů ve formě podrobných strukturních vzorců je těžkopádné a není vizuální. Proto se používá zkrácená forma psaní - třípísmenná nebo jednopísmenná (molekula vazopresinu):

Při zápisu aminokyselinové sekvence do polypeptidových nebo oligopeptidových řetězců pomocí zkrácených symbolů se předpokládá, pokud není uvedeno jinak, že a-aminoskupina je vlevo a a-karboxylová skupina vpravo. Odpovídající úseky polypeptidového řetězce se nazývají N-konec (aminový konec) a C-konec (karboxylový konec) a aminokyselinové zbytky se nazývají N-koncové a C-koncové zbytky, v daném pořadí.

4.2 Sekundární struktura

Fragmenty prostorové struktury biopolymeru s periodickou strukturou hlavního řetězce polymeru jsou považovány za prvky sekundární struktury.

Pokud jsou nad určitým úsekem řetězce úhly stejného typu, které byly zmíněny na str. 15, přibližně stejné, pak struktura polypeptidového řetězce získává periodický charakter. Existují dvě třídy takových struktur - spirálové a natažené (ploché nebo složené).

Spirála uvažuje se struktura, ve které všechny atomy stejného typu leží na stejné šroubovici. V tomto případě je spirála považována za pravou, pokud se při pozorování podél osy spirály vzdaluje od pozorovatele ve směru hodinových ručiček a doleva - pokud se vzdaluje proti směru hodinových ručiček. Polypeptidový řetězec má helikální konformaci, pokud jsou všechny atomy C na jedné šroubovici, všechny atomy karbonylu Ck - na druhé, všechny atomy N - na třetí a stoupání šroubovice pro všechny tři skupiny atomů by mělo být stejné. Počet atomů na jednu otáčku šroubovice by měl být také stejný, bez ohledu na to, zda mluvíme o atomech C k, C nebo N. Vzdálenost ke společné šroubovici je pro každý z těchto tří typů atomů různá.

Hlavními prvky sekundární struktury proteinů jsou -helixy a -záhyby.

Helikální proteinové struktury. Pro polypeptidové řetězce je známo několik různých typů helixů. Mezi nimi je nejběžnější pravotočivá šroubovice. Ideální -helix má rozteč 0,54 nm a počet atomů stejného typu na závit šroubovice je 3,6, což znamená úplnou periodicitu na pěti závitech šroubovice na každých 18 aminokyselinových zbytků. Hodnoty torzních úhlů pro ideální α-šroubovici = - 57 = - 47 a vzdálenosti od atomů tvořících polypeptidový řetězec k ose šroubovice jsou 0,15 nm pro N, 0,23 nm pro C a 0,17 nm pro Ck. Jakákoli konformace existuje za předpokladu, že existují faktory, které ji stabilizují. V případě šroubovice jsou takovými faktory vodíkové vazby tvořené každým karbonylovým atomem (i + 4)-tého fragmentu. Důležitým faktorem stabilizace α-helixu je také paralelní orientace dipólových momentů peptidových vazeb.

Složené proteinové struktury. Jedním z běžných příkladů složené periodické struktury proteinu je tzv. -záhyby sestávající ze dvou fragmentů, z nichž každý je reprezentován polypeptidem.

Záhyby jsou také stabilizovány vodíkovými vazbami mezi atomem vodíku aminové skupiny jednoho fragmentu a atomem kyslíku karboxylové skupiny jiného fragmentu. V tomto případě mohou mít fragmenty vůči sobě paralelní i antiparalelní orientaci.

Struktura vyplývající z takových interakcí je zvlněná struktura. To ovlivňuje hodnoty torzních úhlů a. Pokud by v ploché, plně natažené struktuře měly být 180, pak ve skutečných β-vrstvách mají hodnoty \u003d - 119 a \u003d + 113. Aby byly dvě oblasti polypeptidového řetězce umístěny v orientaci, která upřednostňuje tvorbu β-záhybů, musí mezi nimi existovat oblast, která se výrazně liší od struktury, která má periodu

4.2.1 Faktory ovlivňující tvorbu sekundární struktury

Struktura určitého úseku polypeptidového řetězce v podstatě závisí na struktuře molekuly jako celku. Faktory ovlivňující vznik oblastí s určitou sekundární strukturou jsou velmi různorodé a zdaleka ne ve všech případech byly zcela identifikovány. Je známo, že řada aminokyselinových zbytků se přednostně vyskytuje v a-helikálních fragmentech, řada dalších - v a-záhybech, některé aminokyseliny - hlavně v oblastech bez periodické struktury. Sekundární struktura je do značné míry určena primární strukturou. V některých případech lze fyzikální význam takové závislosti pochopit ze stereochemické analýzy prostorové struktury. Například, jak je vidět z obrázku, v -helixu jsou spojeny nejen postranní radikály aminokyselinových zbytků sousedících s řetězcem, ale také některé páry zbytků nacházející se na sousedních závitech šroubovice, především každý (i + 1) zbytek s (i + 4) -m a s (i + 5) -m. Proto se v polohách (i + 1) a (i + 2), (i + 1) a (i + 4), (i + 1) a (i + 5) -helixech zřídka vyskytují současně dva objemné radikály, jako jsou například vedlejší radikály tyrosinu, tryptofanu, isoleucinu. Ještě méně kompatibilní se strukturou šroubovice je současná přítomnost tří objemných zbytků v polohách (i+1), (i+2) a (i+5) nebo (i+1), (i+4) a (i+5). Proto jsou takové kombinace aminokyselin v a-helikálních fragmentech vzácnými výjimkami.

4.3 Terciární struktura

Tento termín se týká úplného skládání v prostoru celého polypeptidového řetězce, včetně skládání postranních radikálů. Úplný obraz terciární struktury dávají souřadnice všech atomů proteinu. Díky obrovskému úspěchu rentgenové difrakční analýzy byla taková data, s výjimkou souřadnic atomů vodíku, získána pro značné množství proteinů. Jde o obrovské množství informací uložených ve speciálních databankách na strojově čitelných médiích a jejich zpracování je nemyslitelné bez použití vysokorychlostních počítačů. Souřadnice atomů získané na počítačích dávají úplné informace o geometrii polypeptidového řetězce, včetně hodnot torzních úhlů, což umožňuje odhalit spirálovitou strukturu, záhyby nebo nepravidelné fragmenty. Příkladem takového výzkumného přístupu je následující prostorový model struktury enzymu fosfoglycerátkinázy:

Obecné schéma struktury fosfoglycerátkinázy. Pro jasnost jsou a-helikální sekce prezentovány jako válce a a-záhyby jsou prezentovány jako pásky se šipkou označující směr řetězce od N-konce k C-konci. Linie jsou nepravidelné úseky spojující strukturované fragmenty.

Obrázek kompletní struktury i malé molekuly proteinu v rovině, ať už jde o stránku knihy nebo displej, není příliš informativní kvůli extrémně složité struktuře objektu. Aby si výzkumník mohl znázornit prostorovou strukturu molekul komplexních látek, používají se trojrozměrné metody. počítačová grafika, který umožňuje zobrazovat jednotlivé části molekul a manipulovat s nimi, zejména je otáčet do správných úhlů.

Terciární struktura vzniká jako výsledek nekovalentních interakcí (elektrostatické, iontové, van der Waalsovy síly atd.) postranních radikálů rámujících α-helixy a záhyby a neperiodické fragmenty polypeptidového řetězce. Mezi dluhopisy držící terciární strukturu je třeba poznamenat:

a) disulfidový můstek (- S - S -)

b) esterový můstek (mezi karboxylovou skupinou a hydroxylovou skupinou)

c) solný můstek (mezi karboxylovou skupinou a aminoskupinou)

d) vodíkové vazby.

Podle tvaru molekuly proteinu v důsledku terciární struktury se rozlišují následující skupiny proteinů:

globulární proteiny. Prostorovou strukturu těchto proteinů lze v hrubém přiblížení znázornit jako kulička nebo nepříliš protáhlý elipsoid - globnaly. Zpravidla tvoří významná část polypeptidového řetězce takových proteinů β-helixy a β-záhyby. Poměr mezi nimi může být velmi odlišný. Například při myoglobin(více o tom na str. 28) existuje 5 spirálových segmentů a ani jeden záhyb. U imunoglobulinů (podrobněji na str. 42) jsou naopak hlavními prvky sekundární struktury -záhyby a -helixy zcela chybí. Ve výše uvedené struktuře fosfoglycerátkinázy jsou oba typy struktur zastoupeny přibližně stejně. V některých případech, jak je vidět na příkladu fosfoglycerátkinázy, jsou jasně viditelné dvě nebo více prostorově jasně oddělených (ale přesto samozřejmě spojených peptidovými můstky) - domény.Často jsou různé funkční oblasti proteinu rozděleny do různých domén.

fibrilární proteiny. Tyto proteiny mají podlouhlý vláknitý tvar, plní v těle strukturální funkci. V primární struktuře mají opakující se úseky a tvoří poměrně jednotnou sekundární strukturu pro celý polypeptidový řetězec. Z prodloužených - spirál je tedy vybudován protein - kreatin (hlavní bílkovinná složka nehtů, vlasů, kůže). Hedvábný fibroin se skládá z periodicky se opakujících fragmentů Gly - Ala - Gly - Ser, které tvoří záhyby. Existují méně obvyklé prvky sekundární struktury, například kolagenové polypeptidové řetězce, které se tvoří levé spirály s parametry výrazně odlišnými od parametrů -helixů. V kolagenových vláknech jsou tři šroubovité polypeptidové řetězce stočeny do jediné pravé supercoil:

4.4 Kvartérní struktura

Ve většině případů je pro fungování proteinů nutné, aby několik polymerních řetězců bylo spojeno do jednoho komplexu. Takový komplex je také považován za protein skládající se z několika podjednotky. Struktura podjednotek se ve vědecké literatuře často objevuje jako kvartérní struktura.

Proteiny skládající se z několika podjednotek jsou v přírodě široce distribuovány. Klasickým příkladem je kvartérní struktura hemoglobinu (podrobněji - str. 26). podjednotky se obvykle označují řeckými písmeny. Hemoglobin má dvě a dvě podjednotky. Přítomnost více podjednotek je funkčně důležitá – zvyšuje stupeň nasycení kyslíkem. Kvartérní struktura hemoglobinu je označena jako 2 2 .

Struktura podjednotek je charakteristická pro mnoho enzymů, především těch, které fungují komplexní funkce. Například RNA polymeráza z E. coli má strukturu podjednotky 2", tj. je sestaven ze čtyř různých typů podjednotek a -podjednotka je duplikovaná. Tento protein plní složité a různorodé funkce - iniciuje DNA, váže substráty - ribonukleosidtrifosfáty a také přenáší nukleotidové zbytky do rostoucího polyribonukleotidového řetězce a některé další funkce.

Práce mnoha proteinů podléhá tzv. alosterická regulace- speciální sloučeniny (efektory) „vypínají“ nebo „zapínají“ práci aktivního centra enzymu. Takové enzymy mají speciální rozpoznávací místa pro efektor. A existují dokonce i speciální regulační podjednotky, mezi které patří mimo jiné i naznačené oddíly. Klasickým příkladem jsou proteinkinázové enzymy, které katalyzují přenos zbytku kyseliny fosforečné z molekuly ATP na substrátové proteiny.

KAPITOLA 5. VLASTNOSTI

Proteiny mají vysokou molekulovou hmotnost, některé jsou rozpustné ve vodě, schopné bobtnání, vyznačují se optickou aktivitou, pohyblivostí v elektrickém poli a některými dalšími vlastnostmi.

Proteiny se aktivně účastní chemických reakcí. Tato vlastnost je způsobena skutečností, že aminokyseliny, které tvoří bílkoviny, obsahují různé funkční skupiny, které mohou reagovat s jinými látkami. Je důležité, aby k takovým interakcím došlo také uvnitř molekuly proteinu, což má za následek tvorbu peptidových, sirovodíkových a dalších typů vazeb. Na radikály aminokyselin a potažmo bílkovin se mohou vázat různé sloučeniny a ionty, což zajišťuje jejich transport krví.

Proteiny jsou makromolekulární sloučeniny. Jedná se o polymery skládající se ze stovek a tisíců aminokyselinových zbytků – monomerů. Podle toho a molekulová hmotnost proteinů se pohybuje v rozmezí 10 000 - 1 000 000. Ribonukleáza (enzym, který štěpí RNA) tedy obsahuje 124 aminokyselinových zbytků a její molekulová hmotnost je přibližně 14 000. Myoglobin (svalový protein), skládající se ze 153 aminokyselinových zbytků, má molekulovou hmotnost 1700 a hemoglobin5 -040 aminokyselin05 -07,00 aminokyselinových zbytků. Molekulární hmotnosti ostatních proteinů jsou vyšší: -globulin (vytváří protilátky) se skládá z 1250 aminokyselin a má molekulovou hmotnost asi 150 000 a molekulová hmotnost enzymu glutamátdehydrogenázy přesahuje 1 000 000.

Stanovení molekulové hmotnosti se provádí různými metodami: osmometrickou, gelovou filtrací, optickou atd., nejpřesnější je však sedimentační metoda navržená T. Svedbergem. Vychází z toho, že při ultracentrifugaci se zrychlením až 900 000 g závisí rychlost srážení bílkovin na jejich molekulové hmotnosti.

Nejdůležitější vlastností bílkovin je jejich schopnost projevovat se jak kyselé, tak zásadité, tedy působit jako amfoterní elektrolyty. To je zajištěno různými disociačními skupinami, které tvoří aminokyselinové radikály. Například kyselé vlastnosti proteinu jsou dány karboxylovými skupinami asparagové glutamové aminokyseliny a alkalické vlastnosti jsou dány radikály argininu, lysinu a histidinu. Čím více dikarboxylových aminokyselin protein obsahuje, tím silnější jsou jeho kyselé vlastnosti a naopak.

Tyto skupiny mají také elektrické náboje, které tvoří celkový náboj molekuly proteinu. V proteinech, kde převládají aminokyseliny asparagové a glutaminové, bude náboj proteinu záporný, nadbytek bazických aminokyselin dává molekule proteinu kladný náboj. V důsledku toho se v elektrickém poli budou proteiny pohybovat směrem ke katodě nebo anodě v závislosti na velikosti jejich celkového náboje. Takže v alkalickém prostředí (pH 7 - 14) protein daruje proton a stává se záporně nabitým, zatímco v kyselém prostředí (pH 1 - 7) je disociace kyselých skupin potlačena a protein se stává kationtem.

Faktorem, který určuje chování proteinu jako kationtu nebo aniontu, je tedy reakce prostředí, která je určena koncentrací vodíkových iontů a je vyjádřena hodnotou pH. Při určitých hodnotách pH se však počet kladných a záporných nábojů vyrovná a molekula se stává elektricky neutrální, tzn. nebude se pohybovat v elektrickém poli. Tato hodnota pH média je definována jako izoelektrický bod proteinů. V tomto případě je protein v nejméně stabilním stavu a při mírných změnách pH na kyselou nebo alkalickou stranu se snadno vysráží. U většiny přírodních proteinů je izoelektrický bod v mírně kyselém prostředí (pH 4,8 - 5,4), což svědčí o převaze dikarboxylových aminokyselin v jejich složení.

Amfoterní vlastnost je základem pufračních vlastností proteinů a jejich účasti na regulaci pH krve. Hodnota pH lidské krve je konstantní a pohybuje se v rozmezí 7,36 - 7,4, a to i přes různé látky kyselé nebo zásadité povahy, pravidelně zásobované potravou nebo vznikající v metabolických procesech - proto existují speciální mechanismy pro regulaci acidobazické rovnováhy vnitřního prostředí těla. Mezi takové systémy patří systém zvažovaný v kap. Systém hemoglobinového pufru „Klasifikace“ (strana 28). Změna pH krve o více než 0,07 naznačuje vývoj patologického procesu. Posun pH na kyselou stranu se nazývá acidóza a na alkalickou stranu alkalóza.

Velký význam pro organismus má schopnost bílkovin adsorbovat na svém povrchu určité látky a ionty (hormony, vitamíny, železo, měď), které jsou buď špatně rozpustné ve vodě, nebo jsou toxické (bilirubin, volné mastné kyseliny). Bílkoviny je transportují krví do míst dalších přeměn či neutralizace.

Vodné roztoky proteinů mají své vlastní vlastnosti. Za prvé, proteiny mají vysokou afinitu k vodě, tzn. Ony hydrofilní. To znamená, že molekuly proteinu, stejně jako nabité částice, přitahují vodní dipóly, které jsou umístěny kolem molekuly proteinu a tvoří vodní nebo hydrátový obal. Tato skořápka chrání molekuly bílkovin před slepením a vysrážením. Velikost hydratačního obalu závisí na struktuře proteinu. Například albuminy se snadněji vážou na molekuly vody a mají relativně velký vodní obal, kdežto globuliny, fibrinogen vážou vodu hůře a hydratační obal je menší. Stabilita vodného roztoku proteinu je tedy určena dvěma faktory: přítomností náboje na molekule proteinu a vodním obalem kolem ní. Když jsou tyto faktory odstraněny, protein se vysráží. Tento proces může být reverzibilní a nevratný.

...

Podobné dokumenty

Proteiny (proteiny) jsou vysokomolekulární přírodní organické látky obsahující dusík, jejichž molekuly jsou sestaveny z aminokyselin. Struktura bílkovin. Klasifikace bílkovin. Fyzikální- Chemické vlastnosti proteiny. Biologické funkce bílkovin. Enzym.

abstrakt, přidáno 15.05.2007


Hlavní rysy metabolických procesů. Metabolismus a energie. Obecná charakteristika, klasifikace, funkce, chemické složení a vlastnosti bílkovin, jejich biologická úloha při stavbě živé hmoty. Strukturní a komplexní proteiny. Metody jejich srážení.

prezentace, přidáno 24.04.2013


Fyzikální a chemické vlastnosti, barevné reakce bílkovin. Složení a struktura, funkce bílkovin v buňce. Úrovně proteinové struktury. Hydrolýza bílkovin, jejich transport a ochranná role. Bílkoviny jako stavební materiál buňky, její energetická hodnota.

abstrakt, přidáno 18.06.2010


Fyzikální, biologické a chemické vlastnosti bílkovin. Syntéza a analýza proteinů. Stanovení primární, sekundární, terciární a kvartérní struktury proteinů. Denaturace, izolace a purifikace proteinů. Využití proteinů v průmyslu a medicíně.

abstrakt, přidáno 06.10.2015


Proteiny - vysokomolekulární organické sloučeniny, jejich aminokyselinové složení. Stanovení vlastností proteinů jejich složením a strukturou molekuly proteinu. Charakterizace hlavních funkcí proteinů. Buněčné organely a jejich funkce. Buněčné dýchání a jeho stavba.

test, přidáno 24.06.2012


Pojem a struktura bílkovin, aminokyseliny jako jejich monomery. Klasifikace a odrůdy aminokyselin, povaha peptidové vazby. Úrovně organizace molekuly proteinu. Chemické a fyzikální vlastnosti proteinů, metody jejich analýzy a jejich funkce.

prezentace, přidáno 14.04.2014


Biologická role vody. Funkce minerálních solí. Jednoduché a složité lipidy. Úrovně organizace proteinů. Stavební, energetická, zásobní a regulační funkce lipidů. Strukturní, katalytické, motorické, transportní funkce proteinů.

prezentace, přidáno 21.05.2015


Aminokyselinové složení bílkovin v organismech, úloha genetického kódu. Kombinace 20 standardních aminokyselin. Separace proteinů do samostatné třídy biologických molekul. Hydrofilní a hydrofobní proteiny. Princip stavby bílkovin, úroveň jejich organizace.

kreativní práce, přidáno 11.8.2009


Základní prvky a chemické složení svalové tkáně. Typy proteinů sarkoplazmy a myofibril, jejich obsah k celkovému počtu proteinů, molekulová hmotnost, distribuce ve stavebních prvcích svalu. Jejich funkce a role v těle. Struktura molekuly myosinu.

prezentace, přidáno 14.12.2014


Bílkoviny jako zdroje potravy, jejich hlavní funkce. Aminokyseliny podílející se na tvorbě bílkovin. Struktura polypeptidového řetězce. Transformace bílkovin v těle. Kompletní a neplnohodnotné bílkoviny. Struktura bílkovin, chemické vlastnosti, kvalitativní reakce.

Chemické složení bílkovin.

3.1. Peptidová vazba

Proteiny jsou nepravidelné polymery postavené ze zbytků -aminokyselin, jejichž obecný vzorec ve vodném roztoku při hodnotách pH blízkých neutrálnímu lze zapsat jako NH 3 + CHRCOO - . Zbytky aminokyselin v proteinech jsou propojeny amidovou vazbou mezi -amino a -karboxylovými skupinami. Peptidová vazba mezi dva-aminokyselinové zbytky se běžně označují jako peptidová vazba a polymery postavené ze zbytků a-aminokyselin spojených peptidovými vazbami se nazývají polypeptidy. Protein jako biologicky významná struktura může být buď jeden polypeptid nebo několik polypeptidů, které tvoří jeden komplex jako výsledek nekovalentních interakcí.

3.2. Elementární složení bílkovin

Při studiu chemického složení proteinů je nutné nejprve zjistit, z jakých chemických prvků se skládají, a za druhé, strukturu jejich monomerů. Pro zodpovězení první otázky je stanoveno kvantitativní a kvalitativní složení chemických prvků proteinu. Chemická analýza ukázala přítomný ve všech proteinech uhlík (50-55 %), kyslík (21-23 %), dusík (15-17 %), vodík (6-7 %), síra (0,3-2,5 %). V různých, často velmi malých množstvích se ve složení jednotlivých bílkovin nacházel i fosfor, jód, železo, měď a některé další makro- a mikroprvky.

Obsah hlavních chemických prvků v bílkovinách se může lišit, s výjimkou dusíku, jehož koncentrace se vyznačuje největší stálostí a průměrně 16 %. Kromě toho je obsah dusíku v ostatních organických látkách nízký. V souladu s tím bylo navrženo stanovit množství proteinu jeho složkou dusíku. Při vědomí, že 1 g dusíku je obsaženo v 6,25 g bílkoviny, se zjištěné množství dusíku vynásobí faktorem 6,25 a získá se množství bílkovin.

Pro určení chemické podstaty proteinových monomerů je nutné vyřešit dva problémy: rozdělit protein na monomery a zjistit jejich chemické složení. Rozklad bílkoviny na jednotlivé složky se dosahuje hydrolýzou - prodlouženým varem bílkoviny se silnými minerálními kyselinami. (kyselá hydrolýza) nebo důvody (alkalická hydrolýza). Nejčastěji se používá var při 110  C s HCl po dobu 24 hod. V další fázi se oddělují látky tvořící hydrolyzát. K tomuto účelu se používají různé metody, nejčastěji chromatografie (blíže viz kapitola „Metody výzkumu ...“). Aminokyseliny jsou hlavní součástí separovaných hydrolyzátů.

3.3. Aminokyseliny

V současné době bylo v různých objektech divoké zvěře nalezeno až 200 různých aminokyselin. V lidském těle je jich například asi 60. Bílkoviny však obsahují pouze 20 aminokyselin, někdy nazývaných přírodní.

Aminokyseliny jsou organické kyseliny, ve kterých je atom vodíku -uhlíkového atomu nahrazen aminoskupinou - NH 2. Z chemické podstaty se tedy jedná o -aminokyseliny s obecným vzorcem:

H - C  - NH 2

Z tohoto vzorce je vidět, že složení všech aminokyselin zahrnuje tyto obecné skupiny: - CH 2, - NH 2, - COOH. Postranní řetězce (radikály - R) aminokyseliny se liší. Jak je vidět z Přílohy I, chemická povaha radikálů je různorodá: od atomu vodíku po cyklické sloučeniny. Jsou to radikály, které určují strukturní a funkční vlastnosti aminokyselin.

Všechny aminokyseliny, kromě nejjednoduššího glycinu aminooctové kyseliny (NH 3 + CH 2 COO ) mají chirální atom C  a mohou existovat ve formě dvou enantiomerů (optických izomerů):

COO-COO-

NH3+ RR NH3+

L-izomerD-izomer

Všechny v současnosti studované proteiny zahrnují pouze aminokyseliny L-série, ve kterých, pokud uvažujeme chirální atom ze strany atomu H, jsou ve směru hodinových ručiček umístěny skupiny NH 3 +, COO  a radikál R. Potřeba postavit biologicky významnou molekulu polymeru z přesně definovaného enantiomeru je zřejmá – z racemické směsi dvou enantiomerů by se získala nepředstavitelně složitá směs diastereoisomerů. Otázka, proč je život na Zemi založen na proteinech vytvořených právě z L-, a nikoli D--aminokyselin, stále zůstává zajímavou záhadou. Je třeba poznamenat, že D-aminokyseliny jsou v přírodě poměrně rozšířené a navíc jsou součástí biologicky významných oligopeptidů.

Proteiny jsou postaveny z dvaceti základních -aminokyselin, avšak zbytek, dosti rozmanité aminokyseliny, se tvoří z těchto 20 aminokyselinových zbytků již ve složení molekuly proteinu. Mezi těmito transformacemi je třeba si především všimnout formace disulfidové můstky během oxidace dvou cysteinových zbytků ve složení již vytvořených peptidových řetězců. Výsledkem je, že ze dvou cysteinových zbytků vzniká zbytek diaminodikarboxylové kyseliny cystin (Viz Příloha I). V tomto případě dochází k zesíťování buď v rámci jednoho polypeptidového řetězce nebo mezi dvěma různými řetězci. Jako malý protein, který má dva polypeptidové řetězce spojené disulfidovými můstky, stejně jako příčné vazby v rámci jednoho z polypeptidových řetězců:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Důležitým příkladem modifikace aminokyselinových zbytků je konverze prolinových zbytků na zbytky hydroxyprolin :

N-CH-CO-N-CH-CO-

CH 2 CH 2 CH 2 CH 2

CH2CHOH

K této přeměně dochází, a to ve značném měřítku, při tvorbě důležité bílkovinné složky pojivové tkáně - kolagen .

Dalším velmi důležitým typem proteinové modifikace je fosforylace hydroxoskupin serinových, threoninových a tyrosinových zbytků, například:

– NH – CH – CO – – NH – CH – CO –

CH 2 OH CH 2 OPO 3 2 –

Aminokyseliny ve vodném roztoku jsou v ionizovaném stavu v důsledku disociace amino a karboxylových skupin, které tvoří radikály. Jinými slovy, jsou to amfoterní sloučeniny a mohou existovat buď jako kyseliny (donory protonů) nebo jako báze (akceptory donorů).

Všechny aminokyseliny, v závislosti na struktuře, jsou rozděleny do několika skupin:

Acyklický. Monoaminomonokarboxylové aminokyseliny mají ve svém složení jednu aminovou a jednu karboxylovou skupinu, ve vodném roztoku jsou neutrální. Některé z nich mají společné strukturální rysy, což umožňuje, aby byly posuzovány společně:

Glycin a alanin. Glycin (glykol nebo kyselina aminooctová) je opticky neaktivní – je to jediná aminokyselina, která nemá enantiomery. Glycin se podílí na tvorbě nukleových a žlučových k - t, hemu, je nezbytný pro neutralizaci toxických produktů v játrech. Alanin je tělem využíván při různých procesech metabolismu sacharidů a energie. Jeho izomer -alanin je nedílnou součástí vitaminu pantothenic to-ya, koenzymu A (CoA), extraktivních látek svalů.

Serin a threonin. Patří do skupiny hydrohydroxykyselin, protože. mají hydroxylovou skupinu. Serin je součástí různých enzymů, hlavní bílkoviny mléka – kaseinu, a také mnoha lipoproteinů. Threonin se podílí na biosyntéze bílkovin, je esenciální aminokyselinou.

cystein a methionin. Aminokyseliny obsahující atom síry. Hodnota cysteinu je dána přítomností sulfhydrylové (-SH) skupiny v jeho složení, která mu dává schopnost snadno oxidovat a chránit tělo před látkami s vysokou oxidační schopností (v případě radiačního poškození, otravy fosforem). Methionin se vyznačuje přítomností snadno mobilní methylové skupiny, která se využívá pro syntézu důležitých látek v těle (cholin, kreatin, thymin, adrenalin atd.)

Valin, leucin a isoleucin. Jsou to rozvětvené aminokyseliny, které se aktivně podílejí na metabolismu a nejsou v těle syntetizovány.

Monoaminodikarboxylové aminokyseliny mají jednu amino a dvě karboxylové skupiny a dávají kyselou reakci ve vodném roztoku. Patří mezi ně aspartát a glutamin to-you, asparagin a glutamin. Jsou součástí inhibičních mediátorů nervového systému.

Diaminomonokarboxylové aminokyseliny ve vodném roztoku mají alkalickou reakci v důsledku přítomnosti dvou aminových skupin. V souvislosti s nimi je lysin nezbytný pro syntézu histonů a také v řadě enzymů. Arginin se podílí na syntéze močoviny, kreatinu.

Cyklický. Tyto aminokyseliny mají ve svém složení aromatické nebo heterocyklické jádro a zpravidla se v lidském těle nesyntetizují a musí být dodávány potravou. Aktivně se účastní různých metabolických procesů. Tak

fenyl-alanin je hlavním zdrojem syntézy tyrosinu, prekurzoru řady biologicky důležitých látek: hormonů (tyroxin, adrenalin), některých pigmentů. Tryptofan, kromě toho, že se podílí na syntéze bílkovin, je součástí vitaminu PP, serotoninu, tryptaminu a řady pigmentů. Histidin je nezbytný pro syntézu bílkovin, je prekurzorem histaminu, který ovlivňuje krevní tlak a sekreci žaludeční šťávy.

Vlastnosti

Proteiny jsou makromolekulární sloučeniny. Jedná se o polymery skládající se ze stovek a tisíců aminokyselinových zbytků – monomerů.

Proteiny mají vysokou molekulovou hmotnost, některé jsou rozpustné ve vodě, schopné bobtnání, vyznačují se optickou aktivitou, pohyblivostí v elektrickém poli a některými dalšími vlastnostmi.

Proteiny se aktivně účastní chemických reakcí. Tato vlastnost je způsobena skutečností, že aminokyseliny, které tvoří bílkoviny, obsahují různé funkční skupiny, které mohou reagovat s jinými látkami. Je důležité, aby k takovým interakcím došlo také uvnitř molekuly proteinu, což má za následek tvorbu peptidových, sirovodíkových a dalších typů vazeb. K aminokyselinovým radikálům, resp molekulová hmotnost proteinů je v rozmezí 10 000 - 1 000 000. Takže ribonukleáza (enzym, který štěpí RNA) obsahuje 124 aminokyselinových zbytků a její molekulová hmotnost je přibližně 14 000. Myoglobin (svalový protein), skládající se ze 153 aminokyselinových zbytků, má molekulovou hmotnost 1700 a hemoglobin5 -05 aminokyselin05 -07040 aminokyselin Molekulární hmotnosti ostatních proteinů jsou vyšší: -globulin (vytváří protilátky) se skládá z 1250 aminokyselin a má molekulovou hmotnost asi 150 000 a molekulová hmotnost enzymu glutamátdehydrogenázy přesahuje 1 000 000.