Haridus- ja Teadusministeerium Venemaa Föderatsioon

Föderaalne Haridusagentuur

Lõuna-Uurali Riiklik Ülikool

Kaubateaduse ja tarbekaupade ekspertiisi osakond

KURSUSETÖÖ

distsipliinil "Kaubauuringud, ekspertiis ja standardimine"

teemal "Toidukaupade keemilise koostise elementide uurimine (valkude näitel)"

Lõpetatud:

Abidullina Eleonora

Rühm Kom-234

Kontrollis: Tšerkasova Elvira Vjatšeslavovna

Tšeljabinsk

Sissejuhatus……………………………………………………………………….
1. Kirjanduse ülevaade
1.1. Üldmõisted valkude kohta
1.1.1. Valkude keemiline olemus…………………………………
1.1.2. Valkude klassifikatsioon ……………………………………….
1.1.3. Valkude omadused ……………………………………………….
1.2. Valkude mõju inimkehale…………………………….
1.3. Valgusisalduse muutused tehnoloogilise töötlemise käigus……………………………………………………………………
1.4. Valgusisalduse muutused ladustamise ajal …………………….
2. Praktiline osa
2.1. Valkude sisalduse määramise kvantitatiivsete meetodite omadused………………………………………………………………….
2.2. Valkude sisalduse määramise kvalitatiivsete meetodite omadused……………………………………………………………………………….
3. Eksperimentaalne osa
3.1. Õppeobjekti valiku põhjendus……………………….
3.2. Enda uurimistöö tulemuste analüüs……………………..
Järeldus ………………………………………………………………………………
Bibliograafia ……………………………………………………………
Taotlus………………………………………………………………………

Sissejuhatus

Valgud on keha kasvu, arengu ja uuenemise peamine plastmaterjal. Need on kõigi kudede peamised struktuurielemendid, on osa keha vedelast keskkonnast. Toiduvalgud kulutatakse punaste vereliblede ja hemoglobiini, ensüümide ja hormoonide ehitamiseks ning osalevad aktiivselt kaitsefaktorite – antikehade – väljatöötamises.

Toidu ebapiisava valgusisalduse korral võivad kehas tekkida rasked häired (hüpotroofia, aneemia jne), sagedamini tekivad ägedad hingamisteede haigused, mis kulgevad pikalt. Liiga palju valku võib aga tervisele kahjustada. Kõrge valgusisaldusega toitude pikaajalisel kasutamisel kannatab neerude ja maksa funktsioon, suureneb närviline erutuvus, sageli ilmnevad allergilised reaktsioonid, mürgistused on võimalikud valkude mittetäieliku lagunemise ja oksüdatsiooni tõttu mürgiste ainete moodustumisega.

Toitumise tasakaalustamatuse kõige tüüpilisem põhjus on peamiste täisväärtuslike loomsete valkude allikate (liha, kala, piim, munad), taimeõlide, värskete juur- ja puuviljade ebapiisav tarbimine.

Seetõttu ei ole toiduainete keemilise koostise elementide ja eelkõige valkude uurimine mitte ainult oluline, vaid ka tänapäeval väga aktuaalne teema.

Töö eesmärgiks on välja selgitada valkude tähtsus inimorganismile ja peamised valkude allikad.

Selle töö käigus püstitatakse järgmised põhiülesanded: valkude keemilise koostise, nende mõju inimorganismile, valkude töötlemise ja säilitamise probleemide, omaduste uurimine, valgusisalduse uurimismeetodite uurimine. toiduainetes, kontrollides, kas toote tegelik valgusisaldus on normaliseeritud.

1. Kirjanduse ülevaade

1.1. Üldmõisted valkude kohta

1.1.1. Valkude keemiline olemus

Peptiidside

Valgud on aminohappejääkidest üles ehitatud ebakorrapärased polümeerid, mille üldvalemiks võib vesilahuses neutraalse lähedase pH väärtuse juures kirjutada NH3 + CHRCOO - . Aminohapete jäägid valkudes on omavahel ühendatud amiidsidemega amino- ja karboksüülrühmade vahel. Peptiidsidet kahe aminohappejäägi vahel nimetatakse tavaliselt peptiidsidemeks ja aminohappejääkidest koosnevad polümeerid on ühendatud peptiidsidemed nimetatakse polüpeptiidideks. Valk kui bioloogiliselt oluline struktuur võib olla kas üksik polüpeptiid või mitu polüpeptiidi, mis moodustavad mittekovalentsete interaktsioonide tulemusena ühe kompleksi.

Valkude elementaarne koostis

Valkude keemilist koostist uurides tuleb esiteks välja selgitada, millistest keemilistest elementidest need koosnevad, ja teiseks nende monomeeride struktuur. Esimesele küsimusele vastamiseks määratakse valgu keemiliste elementide kvantitatiivne ja kvalitatiivne koostis. Keemiline analüüs näitas süsiniku (50-55%), hapniku (21-23%), lämmastiku (15-17%), vesiniku (6-7%), väävli (0,3-2,5%) olemasolu kõigis valkudes. Üksikute valkude koostises leidus ka fosforit, joodi, rauda, ​​vaske ja mõningaid teisi makro- ja mikroelemente, erinevates, sageli väga väikestes kogustes.

Peamiste keemiliste elementide sisaldus valkudes võib varieeruda, välja arvatud lämmastik, mille kontsentratsiooni iseloomustab suurim püsivus ja see on keskmiselt 16%. Lisaks on teiste orgaaniliste ainete lämmastikusisaldus madal. Vastavalt sellele tehti ettepanek määrata valgu kogus selle koostises oleva lämmastiku järgi. Teades, et 6,25 g valgus sisaldab 1 g lämmastikku, korrutatakse leitud lämmastiku kogus koefitsiendiga 6,25 ja saadakse valgu kogus.

Valgu monomeeride keemilise olemuse määramiseks on vaja lahendada kaks ülesannet: eraldada valk monomeerideks ja selgitada välja nende keemiline koostis. Valgu lagunemine selle komponentideks saavutatakse hüdrolüüsi teel - valgu pikaajaline keetmine tugevate mineraalhapetega (happeline hüdrolüüs) või alustega (leeliseline hüdrolüüs). Kõige sagedamini kasutatakse 24-tunnist keetmist HCl-ga temperatuuril 110 ° C. Järgmises etapis eraldatakse hüdrolüsaadi moodustavad ained. Selleks kasutatakse erinevaid meetodeid, kõige sagedamini kromatograafiat (vt täpsemalt peatükist “Uurimismeetodid ...”). Eraldatud hüdrolüsaatide põhiosa moodustavad aminohapped.

Aminohapped

Praegu on erinevatest eluslooduse objektidest leitud kuni 200 erinevat aminohapet. Inimese kehas on neid näiteks umbes 60. Valgud sisaldavad aga ainult 20 aminohapet, mida mõnikord nimetatakse ka looduslikeks.

Aminohapped on orgaanilised happed, milles süsinikuaatomi vesinikuaatom on asendatud aminorühmaga - NH2. Seetõttu on need keemilise olemuselt aminohapped üldvalemiga:

Sellest valemist on näha, et kõigi aminohapete koostis sisaldab järgmisi üldrühmi: - CH2, - NH2, - COOH. Aminohapete külgahelad (radikaalid - R) erinevad. Radikaalide keemiline olemus on mitmekesine: vesinikuaatomist tsükliliste ühenditeni. Just radikaalid määravad aminohapete struktuursed ja funktsionaalsed omadused.

Kõik aminohapped, välja arvatud kõige lihtsam aminoäädikhappe glütsiin (NH3 + CH2COO-), sisaldavad kiraalset Ca-aatomit ja võivad eksisteerida kahe enantiomeeri (optiliste isomeeride) kujul: L-isomeeri ja D-isomeeri kujul.

Valgud on ehitatud kahekümnest aluselisest aminohappest, kuid ülejäänud, üsna mitmekesised aminohapped, moodustuvad nendest 20 aminohappejäägist juba valgu molekuli koostises. Nende transformatsioonide hulgas tuleb kõigepealt märkida disulfiidsildade moodustumist kahe tsüsteiinijäägi oksüdeerimisel juba moodustunud peptiidahelate koostises. Selle tulemusena moodustub kahest tsüsteiinijäägist diaminodikarboksüülhappe tsüstiinijääk. Sel juhul toimub ristsidumine kas ühe polüpeptiidahela sees või kahe erineva ahela vahel. Väikese valguna, millel on kaks disulfiidsildadega ühendatud polüpeptiidahelat, samuti ristsidemed ühes polüpeptiidahelas:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Vesilahuses olevad aminohapped on radikaale moodustavate amino- ja karboksüülrühmade dissotsiatsiooni tõttu ioniseeritud olekus. Teisisõnu, need on amfoteersed ühendid ja võivad eksisteerida kas hapetena (prootonidoonorid) või alustena (doonori aktseptorid).

Kõik aminohapped on sõltuvalt struktuurist jagatud mitmeks rühmaks:

Atsükliline. Monoaminomonokarboksüülaminohapete koostises on üks amino- ja üks karboksüülrühm, vesilahuses on nad neutraalsed. Mõnel neist on ühised struktuurilised tunnused, mis võimaldab neid koos käsitleda:

1. Glütsiin ja alaniin. Glütsiin (glükokool ehk aminoäädikhape) on optiliselt inaktiivne – see on ainus aminohape, millel puuduvad enantiomeerid. Glütsiin osaleb nukleiinide ja sapi moodustumisel - t, heem, on vajalik toksiliste saaduste neutraliseerimiseks maksas. Alaniini kasutab organism erinevates süsivesikute ja energia ainevahetuse protsessides. Selle isomeer b-alaniin on pantoteen-vitamiini, koensüüm A (CoA), lihaseid ekstraheerivate ainete lahutamatu osa.

2. Seriin ja treoniin. Need kuuluvad hüdrohüdroksühapete rühma, kuna. sisaldavad hüdroksüülrühma. Seriin on osa erinevatest ensüümidest, piima põhivalgust - kaseiinist, aga ka paljudest lipoproteiinidest. Treoniin osaleb valkude biosünteesis, olles asendamatu aminohape.

3. Tsüsteiin ja metioniin. Väävliaatomit sisaldavad aminohapped. Tsüsteiini väärtuse määrab sulfhüdrüülrühma (-SH) olemasolu selle koostises, mis annab sellele võime kergesti oksüdeeruda ja kaitsta keha kõrge oksüdatsioonivõimega ainete eest (kiirguskahjustuse korral fosfor mürgistus). Metioniini iseloomustab kergesti liikuva metüülrühma olemasolu, mida kasutatakse organismis oluliste ühendite (koliin, kreatiin, tümiin, adrenaliin jne) sünteesiks.

4. Valiin, leutsiin ja isoleutsiin. Need on hargnenud aminohapped, mis osalevad aktiivselt ainevahetuses ja mida kehas ei sünteesita.

Monoaminodikarboksüülaminohapetel on üks amino- ja kaks karboksüülrühma ning need annavad vesilahuses happelise reaktsiooni. Nende hulka kuuluvad asparagiin ja glutamiin, asparagiin ja glutamiin. Need on osa närvisüsteemi inhibeerivatest vahendajatest.

Diaminomonokarboksüülaminohapetel vesilahuses on leeliseline reaktsioon kahe amiinirühma olemasolu tõttu. Nendega seoses on lüsiin vajalik histoonide sünteesiks ja ka mitmetes ensüümides. Arginiin osaleb uurea, kreatiini sünteesis.

Tsükliline. Nendel aminohapetel on oma koostiselt aromaatne või heterotsükliline tuum ja reeglina ei sünteesita neid inimkehas ning neid tuleb varustada toiduga. Nad osalevad aktiivselt mitmesugustes ainevahetusprotsessides. Seega on fenüülalaniin türosiini sünteesi peamise allikana, mis on mitmete bioloogiliselt oluliste ainete eelkäija: hormoonid (türoksiin, adrenaliin) ja mõned pigmendid. Trüptofaan on lisaks valkude sünteesis osalemisele PP-vitamiini, serotoniini, trüptamiini ja paljude pigmentide komponent. Histidiin on vajalik valkude sünteesiks, on histamiini eelkäija, mis mõjutab vererõhku ja maomahla sekretsiooni.

1.1.2. Valkude klassifikatsioon

Kõik valgud, olenevalt struktuurist, jagunevad lihtsateks - ainult aminohapetest koosnevateks valkudeks ja kompleksseteks - valkudeks, millel on mittevalguline proteistlik rühm.

Valgud

Valgud on lihtsad valgud, mis koosnevad ainult valguosast. Nad on laialt levinud loomade ja taimestik. Nende hulka kuuluvad albumiinid ja globuliinid, mida leidub peaaegu kõigis looma- ja taimerakkudes, bioloogilistes vedelikes ja mis täidavad olulisi bioloogilisi funktsioone. Albumiinid osalevad vere osmootse rõhu hoidmises (tekivad onkootilist rõhku), transpordivad verega erinevaid aineid. Globuliinid on osa ensüümidest, mis moodustavad antikehadena toimivate immunoglobuliinide aluse. Vereseerumis on nende kahe komponendi vahel konstantne suhe - albumiini-globuliini koefitsient (A / G), mis on võrdne 1,7–2,3 ja millel on oluline diagnostiline väärtus.

Teised valkude esindajad on protamiinid ja histoonid – põhivalgud, mis sisaldavad palju lüsiini ja arginiini. Need valgud on osa nukleoproteiinidest. Teine oluline valk, kollageen, moodustab sidekoe rakuvälise aine ning seda leidub nahas, kõhres ja teistes kudedes.

Proteiidid

Valgud on kompleksvalgud, mis koosnevad valkudest ja mittevalgulistest osadest. Valgu nimetuse määrab selle proteesrühma nimi. Niisiis, nukleiinhapped on nukleoproteiinide mittevalguline osa, fosforhape on osa fosfoproteiinidest, süsivesikud on glükoproteiinid ja lipiidid on lipoproteiinid.

Nukleoproteiinid. Need on olulised, sest nende mittevalgulist osa esindavad DNA ja RNA. Proteesirühma esindavad peamiselt histoonid ja protamiinid. Selliseid DNA komplekse histoonidega leidub spermatosoidides ja histoonidega - somaatilistes rakkudes, kus DNA molekul on "keeratud" ümber histooni molekulide. Nukleoproteiinid on oma olemuselt ekstratsellulaarsed viirused - need on viiruse nukleiinhappe ja valgu kesta - kapsiidi kompleksid.

Kromoproteiinid. Need on kompleksvalgud, mille proteeside rühma esindavad värvilised ühendid. Kromoproteiinide hulka kuuluvad hemoglobiin, müoglobiin (lihaste valk), mitmed ensüümid (katalaas, peroksidaas, tsütokroomid) ja ka klorofüll.

Hemoglobiin (Hb) koosneb globiinivalgust ja heemi mittevalgulisest osast, mis sisaldab Fe(II) aatomit, mis on seotud protoporfüriiniga. Hemoglobiini molekul koosneb 4 alaühikust: kaks a ja kaks b ning vastavalt sellele sisaldab nelja kahe erineva polüpeptiidahelat. Iga a-ahel sisaldab 141 ja b-ahel 146 aminohappejääki.

müoglobiin. Lihastes leiduv kromoproteiin. See koosneb ainult ühest ahelast, mis on analoogne hemoglobiini subühikuga. Müoglobiin on hingamisteede pigment lihaskoes. See seondub hapnikuga palju kergemini kui hemoglobiin, kuid seda on raskem vabastada. Müoglobiin loob hapnikuvarusid lihastes, kus selle kogus võib ulatuda 14%-ni organismi üldhapnikust. See on oluline eelkõige südamelihaste töö jaoks. Mereimetajatel (hüljes, morss) leiti kõrge müoglobiinisisaldus, mis võimaldab neil pikka aega vee all püsida.

Glükoproteiinid. Need on kompleksvalgud, mille proteesrühma moodustavad süsivesikute derivaadid (aminosuhkrud, heksuroonhapped). Glükoproteiinid on osa rakumembraanidest. Seega on bakterite kopsuseinad üles ehitatud peptidoglükaanidest, mis on lineaarsete polüsahhariidide derivaadid, mis kannavad nendega kovalentselt seotud peptiidifragmente. Need fragmendid viivad läbi polüsahhariidahelate ristsidumise, moodustades mehaaniliselt tugeva võrgustiku struktuuri. Näiteks E. coli rakusein on ehitatud polüsahhariidahelatest, mis on moodustatud b-(1®4) sidemetega seotud N-atsetüülglükoosamiini jääkidest, kusjuures iga teine ​​jääk kannab fragmenti, mis on selle külge kinnitatud C3 aatomi juures, mis on moodustatud piimhappest. amiidsidemetega seotud happejäägid, L-alaniin, D-glutamaat (g-karboksüüli kaudu), mesodiaminonimelinaat ja D-alaniin.

Glükoproteiinid osalevad erinevate ainete transpordis, vere hüübimisprotsessides, immuunsuses, on seedetrakti lima ja eritiste komponendid. Arktilistes kalades täidavad antifriiside rolli glükoproteiinid – ained, mis takistavad jääkristallide teket nende keha sees.

Fosfoproteiinid. Neil on mittevalgukomponendina fosforhape. Nende valkude esindajad on piimakaseinogeen, vitelliin (munakollase valk), ihtiuliin (kalamarja valk). See fosfoproteiinide lokaliseerimine näitab nende tähtsust arenevale organismile. Täiskasvanute vormides esinevad need valgud luu- ja närvikudedes.

Lipoproteiinid. Kompleksvalgud, mille proteesrühma moodustavad lipiidid. Struktuuri järgi on need väikesed (150-200 nm) sfäärilised osakesed, mille väliskesta moodustavad valgud (mis võimaldab neil läbi vere liikuda) ja sisemise osa - lipiidid ja nende derivaadid. Lipoproteiinide põhiülesanne on lipiidide transport läbi vere. Sõltuvalt valkude ja lipiidide hulgast jagunevad lipoproteiinid külomikroniteks, madala tihedusega lipoproteiinideks (LDL) ja kõrge tihedusega(HDL), mida mõnikord nimetatakse a- ja b-lipoproteiinideks.

Külomikronid on lipoproteiinidest suurimad ja sisaldavad kuni 98-99% lipiide ja ainult 1-2% valku. Need tekivad soole limaskestas ja tagavad lipiidide transpordi soolestikust lümfi ja sealt edasi verre.

1.1.3. Valkude omadused

Valgud on suure molekulmassiga, mõned vees lahustuvad, pundumisvõimelised, neid iseloomustab optiline aktiivsus, liikuvus elektriväljas ja mõned muud omadused.

Valgud on aktiivsed sisse astuda keemilised reaktsioonid . See omadus on tingitud asjaolust, et valke moodustavad aminohapped sisaldavad erinevaid funktsionaalrühmi, mis võivad reageerida teiste ainetega. On oluline, et sellised interaktsioonid tekiksid ka valgumolekuli sees, mille tulemusena moodustuvad peptiid-, vesinikdisulfiid- ja muud tüüpi sidemed. Aminohapete radikaalidele ja seega ka valkudele võivad kinnituda erinevad ühendid ja ioonid, mis tagab nende transpordi läbi vere.

Valgud on makromolekulaarsed ühendid. Need on polümeerid, mis koosnevad sadadest ja tuhandetest aminohappejääkidest – monomeeridest. Vastavalt sellele on valkude molekulmass vahemikus 10 000 - 1 000 000. Seega sisaldab ribonukleaas (RNA-d lagundav ensüüm) 124 aminohappejääki ja selle molekulmass on ligikaudu 14 000. Müoglobiin (lihaste valk), mis koosneb 153 aminohappest happejäägid , selle molekulmass on 17 000 ja hemoglobiin - 64 500 (574 aminohappejääki). Teiste valkude molekulmassid on suuremad: g-globuliin (moodustab antikehi) koosneb 1250 aminohappest ja selle molekulmass on umbes 150 000, samas kui glutamaatdehüdrogenaasi ensüümi molekulmass ületab 1 000 000.

Valkude kõige olulisem omadus on nende võime avaldada nii happelisi kui aluselisi omadusi, st toimida amfoteersed elektrolüüdid. Selle tagavad erinevad dissotsieeruvad rühmad, mis moodustavad aminohapperadikaalid. Näiteks annavad valgu happelised omadused asparagiin-glutamiinaminohappe karboksüülrühmad, samas kui leeliselised omadused annavad arginiini, lüsiini ja histidiini radikaalid. Mida rohkem dikarboksüülaminohappeid valk sisaldab, seda tugevamad on selle happelised omadused ja vastupidi.

Samadel rühmitustel on ka moodustuvad elektrilaengud valgu molekuli kogulaeng. Valkudes, kus domineerivad asparagiin- ja glutamiinaminohapped, on valgu laeng negatiivne, aluseliste aminohapete liig annab valgumolekulile positiivse laengu. Selle tulemusena liiguvad valgud elektriväljas sõltuvalt nende kogulaengu suurusest katoodi või anoodi suunas. Niisiis, leeliselises keskkonnas (pH 7–14) loovutab valk prootoni ja muutub negatiivselt laetuks, happelises keskkonnas (pH 1–7) aga happerühmade dissotsiatsioon pärsitakse ja valk muutub katiooniks.

Seega on teguriks, mis määrab valgu käitumise katiooni või anioonina, keskkonna reaktsioon, mille määrab vesinikioonide kontsentratsioon ja mida väljendab pH väärtus. Teatud pH väärtuste juures aga positiivsete ja negatiivsete laengute arv võrdsustub ning molekul muutub elektriliselt neutraalseks, s.t. see ei liigu elektriväljas. See söötme pH väärtus on määratletud kui valkude isoelektriline punkt. Sel juhul on valk kõige vähem stabiilses olekus ja kui pH on veidi muutunud happelise või aluselise poole, sadestub see kergesti. Enamiku looduslike valkude puhul on isoelektriline punkt kergelt happelises keskkonnas (pH 4,8 - 5,4), mis näitab dikarboksüülaminohapete ülekaalu nende koostises.

Valkude võimekus on oluline adsorbeerida selle pinnal mõned ained ja ioonid (hormoonid, vitamiinid, raud, vask), mis kas vees halvasti lahustuvad või on mürgised (bilirubiin, vabad rasvhapped). Valgud transpordivad need läbi vere edasise transformatsiooni või neutraliseerimise kohtadesse.

Valkude vesilahustel on oma omadused. Esiteks on valkudel kõrge afiinsus vee suhtes, s.t. Nad hüdrofiilne. See tähendab, et valgumolekulid, nagu laetud osakesed, tõmbavad ligi veedipoole, mis paiknevad valgumolekuli ümber ja moodustavad vee- või hüdraadikesta. See kest kaitseb valgumolekule kokkukleepumise ja sadenemise eest. Hüdratsioonikesta suurus sõltub valgu struktuurist. Näiteks albumiinid seonduvad kergemini veemolekulidega ja neil on suhteliselt suur veekiht, globuliinid ja fibrinogeen aga seovad vett halvemini ja neil on väiksem hüdratatsioonikest. Seega määravad valgu vesilahuse stabiilsuse kaks tegurit: laengu olemasolu valgumolekulil ja seda ümbritsev veekiht. Nende tegurite eemaldamisel valk sadestub. See protsess võib olla pöörduv ja pöördumatu.

Valgumolekulide suurus on vahemikus 1 µm kuni 1 nm ja seetõttu on need kolloidsed osakesed mis moodustavad vees kolloidseid lahuseid. Neid lahuseid iseloomustab kõrge viskoossus, võime hajutada nähtavaid valguskiiri ega läbida poolläbilaskvaid membraane.

1.2. Valkude mõju inimkehale

Valkude funktsioonid kehas on mitmekesised. Need on suuresti tingitud valkude endi vormide ja koostise keerukusest ja mitmekesisusest. Valku leidub paljudes toiduainetes, kuid peamised allikad on munad, piim ja liha (tabel 1).

Tabel 1 – Valke sisaldavad tooted

Valgud on asendamatu ehitusmaterjal. Valgumolekulide üks olulisemaid funktsioone on plastist. Kõik rakumembraanid sisaldavad valku, mille roll on siin mitmekesine. Valgu kogus membraanides on üle poole massist.

Paljudel valkudel on kontraktiilne funktsioon. Need on ennekõike valgud aktiin ja müosiin, mis on osa kõrgemate organismide lihaskiududest. Lihaskiud – müofibrillid – on pikad õhukesed niidid, mis koosnevad paralleelsetest õhematest lihaskiududest, mida ümbritseb rakusisene vedelik. See sisaldab lahustunud adenosiintrifosforhapet (ATP), mis on vajalik kokkutõmbumise läbiviimiseks, glükogeeni - toitainet, anorgaanilisi sooli ja paljusid muid aineid, eriti kaltsiumi.

Valkude roll ainete transport organismis. Erinevate funktsionaalrühmade ja makromolekuli keeruka struktuuriga valgud seovad ja kannavad vereringega palju ühendeid. See on ennekõike hemoglobiin, mis kannab hapnikku kopsudest rakkudesse. Lihastes võtab selle funktsiooni üle teine ​​transpordivalk, müoglobiin.

Teine valgu funktsioon on tagavaraks. Säilitusvalkude hulka kuuluvad ferritiin – raud, ovalbumiin – munavalk, kaseiin – piimavalk, zeiin – maisiseemne valk.

Reguleeriv funktsioon teostada hormoonvalke. Hormoonid on bioloogiliselt aktiivsed ained, mis mõjutavad ainevahetust. Paljud hormoonid on valgud, polüpeptiidid või üksikud aminohapped. Üks tuntumaid valguhormoone on insuliin. See lihtne valk koosneb ainult aminohapetest. Insuliini funktsionaalne roll on mitmetahuline. See alandab veresuhkrut, soodustab glükogeeni sünteesi maksas ja lihastes, suurendab rasvade moodustumist süsivesikutest, mõjutab fosfori ainevahetust, rikastab rakke kaaliumiga.

Ühe ajuosaga seotud endokriinse hüpofüüsi valguhormoonid täidavad reguleerivat funktsiooni. See eritab kasvuhormooni, mille puudumisel areneb kääbus. See hormoon on valk, mille molekulmass on 27 000 kuni 46 000.

Vasopressiin on üks olulisi ja keemiliselt huvitavaid hormoone. See pärsib urineerimist ja tõstab vererõhku. Vasopressiin on tsükliline oktapeptiid.

Reguleerivat funktsiooni täidavad ka kilpnäärmes sisalduvad valgud - türeoglobuliinid, mille molekulmass on umbes 600 000. Need valgud sisaldavad oma koostises joodi. Nääre alaarenguga on ainevahetus häiritud.

Teine valkude funktsioon on kaitsev. Selle põhjal loodi teadusharu nimega immunoloogia.

Viimasel ajal valgud koos retseptori funktsioon. Seal on heli, maitse, valguse jne retseptorid.

Mainida tuleks ka ensüümide toimet pärssivate valguainete olemasolu. Sellistel valkudel on inhibeerivad funktsioonid. Nende valkudega suhtlemisel moodustab ensüüm kompleksi ja kaotab täielikult või osaliselt oma aktiivsuse. Paljud ensüümi inhibiitorvalgud on eraldatud puhtal kujul ja neid on hästi uuritud. Nende molekulmass on väga erinev; sageli viitavad need kompleksvalkudele – glükoproteiinidele, mille teiseks komponendiks on süsivesikud.

Kui valke klassifitseerida ainult nende funktsioonide järgi, siis sellist süstematiseerimist ei saa pidada täielikuks, kuna uued uuringud annavad palju fakte, mis võimaldavad eristada uusi uute funktsioonidega valgurühmi. Nende hulgas on ainulaadseid aineid - neuropeptiidid(vastutab olulisemate eluprotsesside eest: uni, mälu, valu, hirm, ärevus).

1.3. Valgusisalduse muutus töötlemise ajal

Töötlemise mõjul muutuvad toodetes sisalduvad valgud, rasvad, süsivesikud, vitamiinid, mineraalid ja maitseained, mis mõjutab kasutatavate toodete seeduvust, toiteväärtust, kaalu, maitset, lõhna, värvi.

Oravad hüübima(kokkuvarisemine) temperatuuril üle 70 ° C, kaotavad paisumisvõime, mille tõttu pärast kuumtöötlemist liha ja kala mass väheneb.

Selliseid tooteid nagu liha, kala, muna ei saa üle aurutada, kuna see vähendab nende seeduvust valgu molekulide muutuste tõttu: kollageen läheb glutiiniks, pehmendades kudesid.

Valkude denatureerimine - see on keeruline protsess, mille käigus välistegurite (temperatuur, mehaaniline toime, hapete, leeliste, ultraheli jne) mõjul toimub muutus valgu makromolekuli sekundaarses, tertsiaarses ja kvaternaarses struktuuris, s.o. natiivne (looduslik) ruumistruktuur. Valgu esmane struktuur ja sellest tulenevalt ka keemiline koostis ei muutu. Küpsetamise ajal põhjustab valkude denatureerumist kõige sagedamini kuumutamine. See protsess globulaarsetes ja fibrillaarsetes valkudes toimub erinevalt. Kerakujulistes valkudes suureneb kuumutamisel polüpeptiidahelate termiline liikumine gloobuli sees, vesiniksidemed, mis neid teatud asendis hoidsid, katkevad ning polüpeptiidahel rullub lahti ja seejärel voltib uutmoodi. Sel juhul liiguvad gloobuli pinnal paiknevad polaarsed (laetud) hüdrofiilsed rühmad, mis tagavad selle laengu ja stabiilsuse, ning reaktiivsed hüdrofoobsed rühmad (disulfiid, sulfhüdrüül jne), mis ei ole võimelised vett kinni pidama, tulevad sinna. selle pind. Denaturatsiooniga kaasnevad muutused valgu olulisemates omadustes: üksikute omaduste kadumine (näiteks liha värvuse muutus selle kuumutamisel müoglobiini denatureerumise tõttu); bioloogilise aktiivsuse kaotus (näiteks kartul, seened, õunad ja mitmed teised taimsed saadused sisaldavad ensüüme, mis põhjustavad nende tumenemist; denatureerimisel kaotavad ensüümvalgud oma aktiivsuse); suurenenud seedeensüümide rünnak (valke sisaldavad kuumtöödeldud toidud seeditakse reeglina täielikumalt ja kergemini); hüdratatsioonivõime kaotus (lahustumine, turse); valgugloobulite stabiilsuse kaotus, millega kaasneb nende agregatsioon (valgu voltimine või koagulatsioon).

Liitmine- see on denatureeritud valgu molekulide interaktsioon, millega kaasneb suuremate osakeste moodustumine. Väliselt väljendub see erinevalt sõltuvalt valkude kontsentratsioonist ja kolloidsest olekust lahuses. Niisiis moodustab kalgendatud valk madala kontsentratsiooniga lahustes (kuni 1%) helbed (puljongide pinnal vaht). Kontsentreeritud valgulahustes (näiteks munavalged) moodustab denatureerimine pideva geeli, mis hoiab kogu kolloidsüsteemis sisalduva vee.

Valgud, mis on enam-vähem kastetud geelid (liha, linnuliha, kala lihasvalgud; teravilja, kaunviljade valgud, jahu pärast hüdratatsiooni jne), tihendatakse denatureerimisel, samas kui nende dehüdratsioon toimub vedeliku eraldamisel keskkond. Kuumutatav valgugeel on reeglina väiksema mahu, massi, suurema mehaanilise tugevuse ja elastsusega võrreldes algse looduslike (looduslike) valkude geeliga. Valgusoolide agregatsiooni kiirus sõltub söötme pH-st. Valgud on isoelektrilise punkti lähedal vähem stabiilsed.

Valkude lagunemine. Pikaajalise kuumtöötlemise korral läbivad valgud sügavamaid muutusi, mis on seotud nende makromolekulide hävimisega. Muutuste esimeses etapis saab funktsionaalseid rühmi valgu molekulidest eraldada, moodustades selliseid lenduvaid ühendeid nagu ammoniaak, vesiniksulfiid, vesinikfosfiid, süsinikdioksiid jne. Tootesse akumuleerudes osalevad nad maitse kujunemises. ja valmistoote lõhn. Edasise hüdrotermilise töötlemise käigus valgud hüdrolüüsitakse, samas kui primaarne (peptiid-) side katkeb mittevalgulise iseloomuga lahustuvate lämmastikku sisaldavate ainete moodustumisega (näiteks kollageeni üleminek glutiiniks). Valkude hävitamine võib olla sihipärane kulinaarne töötlus, mis aitab kaasa tehnoloogilise protsessi intensiivistamisele (ensüümpreparaatide kasutamine liha pehmendamiseks, taigna gluteeni nõrgestamiseks, valgu hüdrolüsaatide saamiseks jne).

Vahutamine. Valke kasutatakse laialdaselt vahuainetena kondiitritoodete (küpsisetainas, valgu-vahutainas), vahukoore, hapukoore, munade jms valmistamisel. Vahu stabiilsus sõltub valgu iseloomust, kontsentratsioonist ja temperatuurist. .

1.4. Valgusisalduse muutus ladustamise ajal

Puhta valgu lahuste külmsäilitamisel ja külmutamisel toimub valgumolekulide agregatsioon. Tavaliselt eelneb sellele protsessile valkude denatureerimine. Külmutamisel ja külmsäilitamisel tekkinud valguosakeste molekulmassi, settimiskonstantide ja difusioonikiiruse määramise andmed viitavad selle valgu struktuurimuutustele. Mõnede aruannete kohaselt on kalade jahutamise protsessis võimalik mitte ainult valgu lahustuvuse vähenemine, vaid ka suurenemine. Nii suurenes räimes valgu lahustuvus külmutatud kala lihaskoes isegi rigor mortis’e ajal.

Liha säilitamise ajal luuakse soodsad tingimused lipiidide sekundaarseks interaktsiooniks valkudega. Selle põhjuseks on asjaolu, et natiivsed valgud hävivad kiiresti säilitamise ajal, kaob rakumembraanide struktuurne järjekord ja rakkude keemiliste komponentide ruumiline diferentseerumine on häiritud. Sel juhul interakteeruvad valkudega nii polaarsed kui neutraalsed rasvad, aga ka nende lagunemis- ja oksüdatsiooniproduktid.

Lipiidide ja valkude vahelised koostoimed tekivad toiduainetes ja külmutatud säilitamisel. Liha ja kala uuringu tulemused näitasid, et lainetena muutusid lihaskoe erinevate valgufraktsioonide lahustuvus, sulfhüdrüül- ja disulfiidrühmade sisaldus valkudes, aga ka mitmete ensüümide aktiivsus.

Aminohapete kvalitatiivse koostise toote säilitamise ajal määravad paljud tegurid ja see sõltub erinevate ensüümide aktiivsusest lihaskoes ja aminohapete individuaalsetest transformatsioonidest, lagunevate valkude aminohapete koostisest, nende kogusest ja rünnaku astmest. ensüümid, pH muutused, temperatuur ja muud omavahel seotud tegurid.

2. Praktiline osa

2.1. Valkude sisalduse määramise kvantitatiivsete meetodite tunnused

Valgufraktsiooni kvantitatiivse määramise meetodid põhinevad üldlämmastiku koguse määramisel. Kõige levinum on määramine Kjeldahli meetodil, mis võimaldab ammoniaagi kujul olevat lämmastikku eraldada ainult amiinidest ja nende derivaatidest, kuid mõned lämmastikku sisaldavad ühendid moodustavad neis tingimustes koos ammoniaagiga ka molekulaarset lämmastikku, mis viib alahinnatud andmetele.

Kjeldahli meetod.

Kjeldahli meetod on suhteliselt lihtne, hästi reprodutseeritav, standardiseeritud ja sellel on mitmeid modifikatsioone.

Meetod sisaldab kolme põhietappi: seedimine, destilleerimine ja tiitrimine.

Meetod põhineb tugeva väävelhappega kuumutamisel orgaaniliste ainete oksüdeerimisel CO2-ks, H2O-ks, NH3-ks. Ammoniaak reageerib liigse H2SO4 kontsentratsiooniga ja moodustab sellega ammooniumsulfaadi.

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

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4.

Pärast proovi põletamise lõppu neutraliseeritakse liigne hape leelisega ja ammooniumsulfaadina seotud ammoniaak tõrjutakse välja leelise liiaga.

(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2NH4OH.

Pärast proovi põletamist määratakse lämmastik kolorimeetriliselt Nessleri reagendiga interaktsioonil saadud värviliste lahuste optilise tiheduse järgi.

Ammoniaak ja ammooniumisoolad on võimelised moodustuma Nessleri reagendiga (elavhõbejodiidi ja kaaliumjodiidi topeltsool, lahustatud kaustilis kaalium). Merkurammooniumjodiid on kollakaspruun aine.

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

Ametliku tiitrimise meetod.

Teine kvantitatiivne meetod valgusisalduse määramiseks on formaalne tiitrimismeetod, mida tavaliselt kasutatakse meiereides.

Meetodit saab kasutada ainult värske toorpiima analüüsimiseks, mille happesus ei ületa 22 ºT. Konserveeritud proove ei saa selle meetodiga kontrollida.

Meetod seisneb tootevalkude NH2 rühmade blokeerimises sisestatud formaliiniga, moodustades valkude metüülderivaadid, mille karboksüülrühmi saab neutraliseerida leelisega:

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

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

Happeliste karboksüülrühmade tiitrimiseks kasutatud leelise kogus arvutatakse ümber valkude massiosa jaoks.

Uuring viiakse läbi vastavalt järgmisele skeemile:

100 cm³ mahutavusega kolvis mõõdetakse 20 cm³ uuritavat produkti 10–12 tilka 1% fenoolftaleiini lahust ja tiitritakse 0,1 N naatriumhüdroksiidi lahusega, kuni ilmub standardvärvile vastav roosa värvus. Seejärel lisatakse automaatse mõõteseadmega 4 ml neutraliseeritud 40% formaliini ja tiitritakse uuesti 0,1 N naatriumhüdroksiidi lahusega, kuni saadakse standardvärv. Teisel tiitrimisel kasutatud leelise kogus (esimesel tiitrimisel kulub see toote happelisust põhjustavate ainete neutraliseerimiseks) korrutatakse koefitsiendiga 0,959 ja valkude massiosa tootes saadakse protsentides. .

Naatriumhüdroksiidi lahuse koguse teisendamiseks proteiini protsendiks saab kasutada tabelit.

0,1N NaOH lahuse kulu, ml	Valgu massiosa, %	0,1N NaOH lahuse kulu, ml	Valgu massiosa, %

Tabel 2 – Valkude massiosa sõltuvus proovide tiitrimiseks formaliini juuresolekul kasutatud leeliselahuse mahust

2.2. Valkude sisalduse määramise kvalitatiivsete meetodite tunnused

Valkude sadestumise reaktsioonid

Valgud lahuses ja vastavalt ka kehas säilivad oma loomulikus olekus tänu stabiilsusteguritele, mille hulka kuuluvad valgumolekuli laeng ja seda ümbritsev hüdratatsioonikiht. Nende tegurite eemaldamine viib valgu molekulide liimimiseni ja nende sadenemiseni. Sõltuvalt reaktiividest ja reaktsioonitingimustest võib valgu sadestumine olla pöörduv või pöördumatu. Laboripraktikas kasutatakse sadestamisreaktsioone valkude albumiini ja globuliini fraktsioonide eraldamiseks, nende stabiilsuse kvantifitseerimiseks, valkude tuvastamiseks bioloogilistes vedelikes ja nende vabastamiseks, et saada valguvaba lahus.

pöörduv sade.

Sadestamistegurite mõjul valgud sadestuvad, kuid pärast nende tegurite toime lõppemist (eemaldamist) muutuvad valgud uuesti lahustuvaks ja omandavad oma loomulikud omadused. Üheks pöörduva valgu sadestumise tüübiks on väljasoolamine.

väljasoolamine. Valkude albumiinifraktsioon sadestub ammooniumsulfaadi küllastunud lahusega ja globuliinifraktsioon poolküllastunud lahusega.

Reaktsiooni olemus on valgumolekulide dehüdratsioon.

Definitsiooni edenemine. Katseklaasi valatakse 30 tilka lahjendamata proovi ja lisatakse võrdne kogus küllastunud ammooniumsulfaadi lahust. Segage tuubi sisu. Saadakse ammooniumsulfaadi poolküllastunud lahus, samal ajal kui globuliinifraktsioon sadestub ja albumiini fraktsioon jääb lahusesse. Viimane filtreeritakse välja, seejärel segatakse ammooniumsulfaadi pulbriga, kuni soola lahustumine peatub ja moodustub sade - globuliinid.

Valkude pöördumatu sadestumine.

Valkude pöördumatu sadestumine on seotud sügavate häiretega valkude struktuuris (sekundaarne ja tertsiaarne) ja nende loomulike omaduste kadumine. Selliseid muutusi valkudes võib põhjustada keetmine, mineraal- ja orgaaniliste hapete kontsentreeritud lahuste, raskmetallide soolade toime.

Sademed keemise ajal. Valgud on termolabiilsed ühendid ja kuumutamisel üle 50-60 kraadi C need denatureeritakse. Termilise denatureerimise olemus seisneb hüdratatsioonikihi hävitamises, valgugloobulit stabiliseerivate sidemete katkemises ja valgumolekuli kasutuselevõtus. Kõige täielikum ja kiireim sadestumine toimub isoelektrilises punktis (kui molekuli laeng on null), kuna valguosakesed on sel juhul kõige vähem stabiilsed. Happeliste omadustega valgud sadestuvad kergelt happelises keskkonnas ja aluseliste omadustega valgud nõrgalt aluselises keskkonnas. Tugevalt happelistes või tugevalt aluselistes lahustes kuumutamisel denatureeritud valk ei sadestu, kuna selle osakesed on esimesel juhul uuesti laetud ja kannavad positiivset laengut ning teisel juhul negatiivset laengut, mis suurendab nende stabiilsust lahuses.

Definitsiooni edenemine. Lisage 10 tilka proovilahust 4 nummerdatud katseklaasi. Seejärel kuumutatakse 1. toru keemiseni, samal ajal kui lahus muutub häguseks, kuid kuna denatureeritud valguosakesed kannavad laengut, siis nad ei sadestu. See on tingitud asjaolust, et munavalge on happeliste omadustega (selle isoelektriline punkt on 4,8) ja neutraalses keskkonnas negatiivselt laetud; Teise katsutisse lisatakse 1 tilk 1% äädikhappe lahust ja kuumutatakse keemiseni. Valk sadestub, kuna. selle lahus läheneb isoelektrilisele punktile ja valk kaotab oma laengu (üks valgu stabiilsuse tegureid lahuses); lisa 3. katsutisse 1 tilk 10% äädikhappe lahust ja kuumuta keemiseni. Sadet ei moodustu, kuna tugevalt happelises keskkonnas omandavad valguosakesed positiivse laengu (säilib üks valgu stabiilsuse tegureid lahuses); 4. katseklaasi valatakse 1 tilk NaOH lahust, kuumutatakse keemiseni. Sadet ei teki, kuna leeliselises keskkonnas suureneb valgu negatiivne laeng.

Sadestamine kontsentreeritud mineraalhapetega. Kontsentreeritud happed (väävel-, vesinikkloriid-, lämmastikhape jne) põhjustavad valgu denaturatsiooni, eemaldades lahusest (laeng- ja hüdratatsioonikest) valgu stabiilsusfaktorid. Kuid vesinikkloriid- ja väävelhappe liia korral lahustub denatureeritud valgu sade uuesti. Ilmselt toimub see valgumolekulide taaslaadimise ja nende osalise hüdrolüüsi tulemusena. Lämmastikhappe liia lisamisel sade ei lahustu. Seetõttu kasutatakse kliinilistes uuringutes lämmastikhapet väikeste valgukoguste tuvastamiseks uriinis.

Definitsiooni edenemine. Kolmesse katseklaasi valatakse 5 tilka kontsentreeritud väävel-, vesinikkloriid- ja lämmastikhapet. Seejärel, kallutades katseklaasi 45-kraadise nurga all, asetatakse sama kogus proovi ettevaatlikult piki seina. Kahe kihi piiril ilmub valge rõnga kujul valgu sade. Loksutage katseklaase hoolikalt, jälgige valgu lahustumist katseklaasides väävel- ja vesinikkloriidhappega, lämmastikhappega katseklaasis valkude lahustumist ei toimu.

Sadestamine orgaaniliste hapetega. Trikloroäädikhape sadestab ainult valke ja sulfosalitsüülhape mitte ainult valke, vaid ka kõrgmolekulaarseid peptiide.

Definitsiooni edenemine. Lisage 5 tilka proovilahust kahte katseklaasi. Ühele neist lisatakse 2 tilka sulfosalitsüülhapet ja teisele 5 tilka trikloroäädikhapet. Katseklaasides sadestub valk.

Valkude sadestamine raskmetallide soolade poolt. Plii, vase, elavhõbeda, hõbeda ja muude raskmetallide sooladega suhtlemisel valgud denatureeritakse ja sadestuvad. Mõne soola liia korral täheldatakse aga algselt moodustunud sademe lahustumist. Selle põhjuseks on metalliioonide kogunemine denatureeritud valgu pinnale ja valgu molekuli positiivse laengu ilmumine.

Definitsiooni edenemine. Lisage 5 tilka proovi kolme katseklaasi. Esimeses lisage 1 tilk pliiatsetaati, kolmandas - 1 tilk hõbenitraati. Sadestumine toimub kõigis katseklaasides. Seejärel lisatakse esimesse katseklaasi 10 tilka hõbenitraati – sade ei lahustu.

Valkude värvireaktsioonid

Värvireaktsioone kasutatakse ainete valgulise olemuse kindlakstegemiseks, valkude tuvastamiseks ja nende aminohappelise koostise määramiseks erinevates bioloogilistes vedelikes.

Biureetreaktsioon peptiidsideme jaoks. See põhineb peptiidsidemete (-CO-NH-) võimel moodustada aluselises keskkonnas vasksulfaadiga värvilisi kompleksühendeid, mille värvuse intensiivsus sõltub polüpeptiidahela pikkusest. Valgulahus annab sinakasvioletse värvuse.

Definitsiooni edenemine. Katseklaasi lisada 5 tilka proovilahust, 3 tilka NaOH, 1 tilk Cu(OH)2, segada. Toru sisu omandab sinakasvioletse värvuse.

Ninhüdriini reaktsioon. Reaktsiooni põhiolemus on ninhüdriinist ja aminohapete hüdrolüüsiproduktidest koosneva sinakasvioletse värvusega ühendi moodustumine. See reaktsioon on iseloomulik looduslikes aminohapetes ja valkudes -asendis olevatele aminorühmadele.

Definitsiooni edenemine. Katseklaasi lisatakse 5 tilka proovilahust, seejärel 5 tilka ninhüdriini, kuumutatakse segu keemiseni. Ilmub roosakasvioletne värv, mis aja jooksul muutub sinakasvioletseks.

ksantoproteiini reaktsioon. Kui valgulahusele lisada kontsentreeritud lämmastikhapet ja kuumutada, ilmub kollane värvus, mis leelise toimel muutub oranžiks. Reaktsiooni olemus seisneb tsükliliste aminohapete benseenitsükli nitreerimises lämmastikhappega, moodustades nitroühendeid, mis sadestuvad. Reaktsioon näitab tsükliliste aminohapete olemasolu valguses.

Definitsiooni edenemine. Lisage 5 tilgale proovilahusele 3 tilka lämmastikhapet ja (ettevaatlikult!) soojendage. Ilmub kollane sade. Pärast jahutamist lisage (eelistatavalt sademele) 10 tilka NaOH-d, ilmub oranž värv.

Adamkevitši reaktsioon. Aminohape trüptofaan moodustab happelises keskkonnas koostoimes happealdehüüdidega punakasvioletseid kondensatsiooniprodukte.

Definitsiooni edenemine. Ühele proovitilgale lisatakse 10 tilka äädikhapet. Toru kallutades lisage ettevaatlikult piki seina tilkhaaval 0,5 ml väävelhapet, et vedelikud ei seguneks. Kui katseklaas seisab, ilmub vedelike piirile punakasvioletne rõngas.

Fohli reaktsioon. Sulfhüdrüülrühmi sisaldavad aminohapped - SH - läbivad leeliselise hüdrolüüsi, mille käigus moodustub naatriumsulfiid Na2S. Viimane moodustab koostoimes naatriumplumbiidiga (moodustub pliatsetaadi ja NaOH vahelise reaktsiooni käigus) pliisulfiidi PbS musta või pruuni sademe.

Definitsiooni edenemine. 5 tilgale proovilahusele lisatakse 5 tilka Fohli reaktiivi (5% pliatsetaadi lahusele lisatakse võrdne maht 30% NaOH lahust, kuni moodustunud sade lahustub). ja keeda 2-3 minutit. Pärast settimist 1-2 min. ilmub must või pruun sade.

3. Eksperimentaalne osa

3.1. Õppeobjekti valiku põhjendus

Oma uurimistöö objektiks valisin kanamuna, kuna see on peamine valguallikas ja palju inimorganismile vajalikke aineid ning muna kuulub iga inimese toidulauale.

Igal aastal tarbitakse maailmas umbes miljard, see tähendab tuhandeid miljardeid mune. Iga inimene sööb aastas keskmiselt 200 muna. Kuid munad pole lihtsalt tavaline toiduaine.

Munad ei ole ainult rikkalik toitainete kokteil, tänu munadele pole teie kulinaarsel kujutlusvõimel piire. Sakslased armastavad hommikusöögiks pehmeks keedetud mune, ameeriklased nimetavad oma mune "päikesepoolne ülespoole", hispaanlased on armunud nende tortillasse, itaallased eelistavad fritatat ehk omletti ning gurmee-jaapanlased dipeerivad toorest liha äsja munetud munadesse.

Võib-olla ei kasutata köögis ühtki teist toodet nii sageli kui värsket muna. Pirukates, magustoitudes, jäätises, gurmeekastmetes või kõigi lemmikmunapastades – igal pool annavad munad välja oma munakollase kuldse värvi.

Kõrgeim valkude kvaliteet ja erinevate elutähtsate elementide kombinatsioon muudavad munad äärmiselt väärtuslikuks toiduaineks. Suures munas on umbes üheksa grammi valku, kaheksa grammi rasva, väärtuslikku elementi letsitiini, aga ka muid mineraalaineid ja vitamiine – välja arvatud C-vitamiin. Vitamiinid on peidus peamiselt munakollases.

Kõige olulisem vitamiin on A-vitamiin ja selle provitamiinid – karotenoidid. Nn "silmavitamiin" parandab nägemist. Seda on silma võrkkestas vaja nii valguse ja pimeduse tajumiseks kui ka värvide eristamiseks. A-vitamiin mängib olulist rolli ka immuunsüsteemis, soodustades juuste, naha ja hammaste kasvu ja tugevnemist.

Kanamunad on ka B-vitamiini allikas, mis vastutab sujuva ainevahetuse, rakuhingamise ja punaste vereliblede – erütrotsüütide – moodustumise eest.

Üks muna katab inimese päevase foolhappe vajaduse 26 protsenti. See eriti ebastabiilne vitamiin loob uusi rakke ja aktiveerib kasvu. Foolhappepuudus on üks levinumaid vitamiinipuuduse vorme ja esineb sageli koos rauavaegusega. Kuid muna on ka tõeline mineraalide sahver: kaltsium, magneesium, kaalium, raud, tsink, jood ja fluor teevad munast ühe kõige toitvama toidu Maal.

Munad - hea allikas valgu, nii et allolevas tabelis kasutatakse neid teiste toodetega võrdlemise alusena. Munadele määratakse tingimuslik väärtus 100.

Toodud arvud kehtivad munade kohta tervikuna, mitte valgete või munakollaste kohta. Tänapäeval on moes süüa ainult valke, kuna need ei sisalda rasvu. Tegelikult ei sisalda munakollased vähem valku. Ja vitamiinide ja mineraalainete sisaldus on veelgi suurem.

Tabeli andmete põhjal võime järeldada, et muna on peamine valguallikas.

Võrreldes teiste loomsete saadustega sisaldab kanamuna kõige täielikumat valku, mis imendub organismis peaaegu täielikult. Munavalk sisaldab kõiki asendamatuid aminohappeid kõige optimaalsemas vahekorras.

Allpool on tabel, mis näitab valgu massisisaldust mõnes valguallikas ja selle valgu protsenti, mida meie keha suudab tegelikult omastada.

Tabel 4 – valgusisaldus toodetes, %

Tabelist on näha, et näiteks munad sisaldavad vaid 12% valku, kuid teatud aminohapete koostise tõttu suudab organism omastada 94% valku. Seevastu sojajahust moodustab valk 42%, kuid selle valgu koostis võimaldab omastada vaid 61% sellest kogusest.

Tabeli andmete põhjal võime järeldada, et toiduainete üldvalgusisalduse (mida me loeme etikettidel) ja keha reaalselt kasutatava koguse vahel on tohutu erinevus.

Kui vaatate tabelis olevat nimekirja, näete, et sellised toiduained nagu riis, oad ja kartul sisaldavad palju vähem tervislikke valke kui munad. Selle põhjuseks on vajalike aminohapete liiga madal sisaldus, mis on vajalik valkude täielikuks omastamiseks organismis.

Vastavalt sellele nimetatakse valke, millel puuduvad asendamatud aminohapped, mittetäielikeks; need, milles on piisavalt asendamatuid aminohappeid, on terviklikud, munavalgud on täisväärtuslikud.

Seega võime järeldada, et kanamuna, võrreldes teiste loomsete saadustega, sisaldab kõige täielikumat valku, mis imendub organismis peaaegu täielikult. Munavalk sisaldab kõiki asendamatuid aminohappeid kõige optimaalsemas vahekorras.

Praeguste Venemaa standardite kohaselt peaks märgistus olema igal linnufarmis toodetud munal.

Esimene märk etiketil näitab lubatud säilivusaega:

Täht "D" - tähistab toidumuna, sellised munad müüakse 7 päeva jooksul.

Täht "C" - tähistab toidumuna, mis müüakse 25 päeva jooksul.

Teine märk märgistuses tähendab muna kategooriat, sõltuvalt selle kaalust:

Valitud muna (O) - 65 kuni 74,9 g.

Uuritava objekti omadused

Uurimisobjektiks valisin kolm proovi - Tšeljabinski linnukasvatusettevõttes OJSC (CHEPFA) toodetud kanamunad.

Tšeljabinski linnukasvatusettevõte OJSC on üks viiest suurimast linnukasvatusettevõttest Venemaal. Põhitegevuseks on põllumajandussaaduste tootmine, töötlemine, ladustamine ja müük. Linnufarmi põhitoode on Lohmann LSL-klassikalise murdmaalinnult saadud kvaliteetne kanamuna. Täna ühendab JSC Tšeljabinski linnufarm viit struktuurilist allüksust: Tšeljabinski linnufarm, Jemanželinski aretusfarm, Petropavlovski teraviljakompleks, Jemanželinski teravilja vastuvõtukeskus ja Kurochkino sanatoorium.

Proov nr 1 – esimese kategooria (D1) toidumuna, toodetud 26. märtsil 2009, massiga 62 grammi.

Proov nr 2 - esimese kategooria (C1) toidumuna, toodetud 26. märtsil 2009 massiga 59 grammi.

Proov nr 3 on toidumuna (CO), mis on toodetud 26. märtsil 2009 ja mille mass on 68 grammi.

Valgusisalduse hindamise meetod

Töö raames kasutati toote valgusisalduse hindamise meetodina Kjeldahl-Golub mikromeetodit.

Uuring viiakse läbi vastavalt järgmisele skeemile:

Katseklaasi asetatakse ±0,0001 täpsusega 0,04 g uuritava toote kaalutud osa. Seejärel lisatakse järjestikku 2 ml H2SO4 (erikaal 1,84) ja 1...2 tilka H2O2 (33%). Mineraliseerimine viiakse läbi katseklaasi kuumutamisel veevannis temperatuuril 85 kraadi.

Sel juhul oksüdeeruvad kergesti oksüdeeruvad ained täielikult 1–2 minuti jooksul ja värvi muutnud vedelik jääb edasisel kuumutamisel värvituks.

Oksüdatsiooni lõppedes kantakse katseklaasi sisu kvantitatiivselt 100 ml mõõtekolbi kuni märgini. Pärast kolvi sisu segamist võetakse 10 ml proov ja tiitritakse täpselt 0,5 N NaOH-ga fenoolftaleiini vastu, et määrata neutraliseerimiseks vajaliku leelise kogus.

Seejärel võetakse samast lahusest 10 ml proov ja kantakse teise 100 ml mõõtekolbi, happe neutraliseerimiseks lisatakse ettenähtud kogus 0,5 N NaOH. Seejärel täidetakse veega märgini ja loksutatakse korralikult. Seda vedelikku kasutatakse värviliste lahuste valmistamiseks.

Värviliste lahuste valmistamine. Selleks valmistatakse töö- ja standardlahused kahes 100 ml mahutavusega mõõtekolvis. 10 ml uuritavat lahust valatakse ühte, mõlemasse kolbi täidetakse kolmveerand veega, misjärel lisatakse 4 ml Nessleri lahust ja viiakse märgini.

Seejärel määrake saadud värviliste lahuste optiline tihedus.

Analüüsiandmete põhjal arvutatakse valgusisaldus (%) järgmise valemi abil:

kus 0,002 on milligrammi lämmastiku kogus 1 ml standardtöölahuses;

Dm on töölahuse optiline tihedus;

Dm on standardlahuse optiline tihedus;

m on uuritava aine kaalutud osa kaal, g;

K - lämmastiku valguks teisendustegur, loomsete saaduste puhul 6,25; taimset päritolu toodetele 5.7.

3.2. Meie enda uurimistöö tulemuste analüüs

Joonis 1 – valgusisaldus uuritud proovides

Tabel 5 – Valgusisalduse hulk uuritud proovides

Suurem osa valku leidub esimese kategooria (D1) toidumunas (proov nr 1). Seda seetõttu, et dieetmuna on kõige värskem, mitte rohkem kui nädal tagasi munetud muna. Uuringute järgi jätkuvad munas mikrobioloogilised protsessid nädalaks, s.o. see elab. Nädala säilitusaja jooksul ei jõua munade valkude ja aminohapete kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis palju muutuda. Kuid kirjanduse andmetel peaks toidumunavalgu munavalge sisaldama umbes 19% valku ja umbes 18% munakollast ning uuringust selgus, et valgu sisaldus on valgu sisaldus 18,7% ja munakollane. 17,6%. Sellest võib järeldada, et valgusisalduse kõrvalekalded on väikesed, kuid siiski olemas, muna ebaõige ladustamise tõttu.

Valitud toidumuna (CO) (proov nr 3) sisaldab vähem valku kui toidumuna, mis on seletatav muna säilivusajaga. Muna tuleb hoida jahedas, kuid mitte liiga kuivas kohas; parim temperatuur on 0 - +5 °С. Kui säilitate selles optimaalse õhuniiskuse ja süsihappegaasisisalduse, säilib mune kuni 9 kuud. Kuid samal ajal toimub munas valgu denatureerimine ja agregatsioon. Kirjanduse andmetel peaks toidumuna munavalge sisaldama valku umbes 17%, munakollane umbes 16% ning uuringust selgus, et valgu sisaldus on proteiinis 16,5% ja munakollases 15,7%. . Sellest võib järeldada, et valgusisalduse kõrvalekalded on väikesed, kuid siiski esinevad, mis on seletatav asjaoluga, et säilitamisel ei ole täidetud kõik vajalikud tingimused.

Esimese kategooria toidumunas (C1) (Orazets nr 2) ei erine valgusisaldus palju toidumuna valgusisaldusest, mis on seletatav sellega, et esimese kategooria toidumuna erineb toidumuna valgusisaldusest toidumuna valgusisaldusest. toidumuna ainult kaalu järgi. Proovi nr 2 proteiinis on valgusisaldus 16,5% ja munakollases 15,7%, mis vastab kirjanduse andmetele, kuid mõningate kõrvalekalletega.

Selle töö käigus selgus, et valgud on loomset või taimset päritolu orgaanilised ained, mis pakuvad tuge inimkeha rakulisele struktuurile. Nende põhielemendiks on arvukad aminohapped.

Aminohappeid leidub kõigis taimset ja loomset päritolu toodetes, kuid nende sisaldus ja vahekord toodetes on erinev.

Uuringu objektiks oli kanamuna kui peamine valguallikas. Uuringu tulemuste põhjal võib järeldada, et tänapäevaste tootjate munade kvaliteet ja valgusisaldus nendes vastavad normaliseeritud näitajatele, kuid väikeste kõrvalekalletega, mis on seletatav säilitamise kestuse ja võimaliku ebakõlaga. munade säilitamise režiimist.

Töö käigus saavutati põhieesmärk: selgitati välja peamised valkude allikad - need on loomse päritoluga tooted - piim, liha, kala, munad (sisaldavad asendamatuid aminohappeid kõige soodsamas vahekorras) ja taimset päritolu, nagu herned, oad, tatar ja oder, hirss, riis; Samuti tehti kindlaks, et valgud on toiduainete keemilise koostise vajalikud ja elutähtsad elemendid, mis täidavad paljusid funktsioone – plastilised, kokkutõmbuvad, varu-, reguleerivad ja kaitsvad.

Valgud on tervisliku ja õige toitumise aluseks, mistõttu on vaja parandada riigi elanike toitumiskultuuri ja propageerida tervislikku eluviisi.

Bibliograafia

1. Potoroko I.Yu., Kalinina I.V. Kaubateaduse ja tarbekaupade uurimise teoreetilised alused: Laboritöökoda. - Tšeljabinsk: SUSU kirjastus, 2005. - 97 lk.

2. Liha- ja munatoodete turustamine. Piimatoodete ja toidukontsentraatide kaubateadus: Proc./G. N. Krugljakov, G. V. Krugljakova.-M.: Turundus, 2001.

3. Vene toiduainete keemiline koostis / Toim. I. M. Skurihhin, V. A. Tutelyan; Ros. akad. kallis. Teadused, Toitumisinstituut.-M.: DeLi print, 2002.

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

5. http://www.chepfa.ru

Lisa 1

Arvestuspäevik

Näidis nr 1. Esimese kategooria dieetmuna

Valk: uuritava proovi optiline tihedus - 0,237

proovi kaal - 0,0465 g

X \u003d (0,002 x 0,237 x 100 x 6,25) / (0,35 x 0,0465) \u003d 18,1%

Kollane: uuritava proovi optiline tihedus - 0,220

standardlahuse optiline tihedus - 0,35

proovi kaal - 0,0457 g

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

Näidis nr 2. Esimese kategooria toidumuna

Valk: uuritava proovi optiline tihedus - 0,186

standardlahuse optiline tihedus - 0,35

proovi kaal - 0,0401 g

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

Munakollane

standardlahuse optiline tihedus - 0,35

proovi kaal - 0,0406 g

X \u003d (0,002 x 0,179 x 100 x 6,25) / (0,35 x 0,0406) \u003d 15,7%

Näidis nr 3. Valitud lauamuna

Valk: uuritava proovi optiline tihedus - 0,179

standardlahuse optiline tihedus - 0,35

proovi kaal - 0,0443 g

X \u003d (0,002 x 0,179 x 100 x 6,25) / (0,35 x 0,0443) \u003d 16,1%

Munakollane: uuritava proovi optiline tihedus - 0,176

standardlahuse optiline tihedus - 0,35

proovi kaal - 0,0409 g

X \u003d (0,002 x 0,176 x 100 x 6,25) / (0,35 x 0,0409) \u003d 15,3%

Teadaolevalt põhineb elusaine orgaanilistel ainetel – valkudel, rasvadel, süsivesikutel ja nukleiinhapetel. Kuid kõige olulisem nende ainete hulgas on valk.

Enamik teadusele teadaolevaid aineid muutub kuumutamisel tahkest vedelaks. Kuid on aineid, mis, vastupidi, kuumutamisel muutuvad tahkes olekus. Prantsuse keemik Pierre Joseph Macke ühendas need ained 1777. aastal eraldi klassi. Analoogiliselt munavalgega, mis kuumutamisel hüübib, nimetati neid aineid valkudeks. Valke nimetatakse muidu valkudeks. Kreeka keeles tähendab proteiin (proteios) "esimesel kohal". See nimi anti valgule 1838. aastal, kui Hollandi biokeemik Gerard Mulder kirjutas, et elu planeedil oleks võimatu ilma teatud aineta, mis on teadusele teadaolevatest ainetest kõige olulisem ja mis on tingimata olemas absoluutselt kõigis taimedes. ja loomad. Mulder nimetas seda ainet valguks.

Valk on kõige keerulisem aine kõigi toitainete seas. Igas inimkeha rakus toimuvad keemilised reaktsioonid, milles valk mängib väga olulist rolli.

Millest koosneb valk

Valkude hulka kuuluvad: lämmastik, hapnik, vesinik, süsinik. Kuid teised toitained ei sisalda lämmastikku.

Valk on looduslik polümeer. Polümeerid on ained, mille molekulid sisaldavad väga palju aatomeid. Veel 19. sajandil tõestas vene keemik Aleksandr Mihhailovitš Butlerov, et kui muutub molekuli struktuur, siis muutuvad ka aine omadused. Valkude peamised ehitusplokid on aminohapped. Valgud sisaldavad erinevaid aminohapete kombinatsioone. Seetõttu leidub looduses väga erinevaid erinevate omadustega valke. Uuringute abil on avastatud ligikaudu 20 aminohapet, mis on seotud valkude loomisega.

Kuidas kulgeb valgumolekuli moodustumise protsess

Aminohapped kinnituvad üksteisega järjestikku. Selle protsessi tulemusena moodustub ahel, mida nimetatakse polüpeptiidiks. Seejärel võivad polüpeptiidid keerduda või võtta teise kuju. Valgu omadused sõltuvad aminohapete koostisest, sellest, kui palju aminohappeid sünteesis osaleb ja millises järjekorras need aminohapped on omavahel seotud. Näiteks kahe valgu süntees hõlmab sama palju aminohappeid, millel on samuti sama koostis. Aga kui need aminohapped paiknevad erinevas järjestuses, siis saame kaks täiesti erinevat valku.

Kui peptiidid ei sisalda rohkem kui 15 aminohappejääki, nimetatakse neid oligopeptiidideks. Ja peptiide, mis sisaldavad kuni mitukümmend tuhat või isegi sadu tuhandeid aminohappejääke, nimetatakse valkudeks. Valgumolekulil on kompaktne ruumiline struktuur. See struktuur võib olla kiudude kujul. Selliseid valke nimetatakse fibrillaarseteks. Nad ehitavad valke. Kui valgumolekuli struktuur on pallikujuline, siis nimetatakse valke kerakujulisteks. Need valgud hõlmavad ensüüme, antikehi ja mõningaid hormoone.

Sõltuvalt sellest, millised aminohapped sisalduvad valkude koostises, on valgud terviklikud ja mittetäielikud. Täielikud valgud sisaldavad täielikku aminohapete komplekti. Mittetäielikud valgud, mõned aminohapped puuduvad.

Valgud jagunevad ka lihtsateks ja keerukateks. Lihtvalgud sisaldavad ainult aminohappeid. Komplekssete valkude koostis sisaldab lisaks aminohapetele ka metalle, süsivesikuid, lipiide, nukleiinhappeid.

Valkude roll inimkehas

Valgud täidavad inimkehas erinevaid funktsioone.

1.Struktuurne. Valgud on osa kõigi kudede ja elundite rakkudest.

2. Kaitsev. Viiruste eest kaitsmiseks sünteesitakse organismis interferooni valk.

3. Dvigatelna I. Valk müosiin osaleb lihaste kokkutõmbumise protsessis.

4. Transport. Hemoglobiin, mis on punaste vereliblede koostises olev valk, osaleb hapniku ja süsinikdioksiidi ülekandes.

5. Energia I. Valgumolekulide oksüdatsiooni tulemusena vabaneb keha eluks vajalik energia.

6. katalüütiline I. Valguensüümid toimivad bioloogiliste katalüsaatoritena, mis suurendavad rakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide kiirust.

7. Reguleerivad I. Hormoonid reguleerivad erinevaid keha funktsioone. Näiteks insuliin reguleerib veresuhkru taset.

Looduses on tohutul hulgal valke, mis võivad täita väga erinevaid funktsioone. Kuid valkude kõige olulisem ülesanne on säilitada Maal elu koos teiste biomolekulidega.

Artikli sisu

VALGUD (artikkel 1)– igas elusorganismis esinevate bioloogiliste polümeeride klass. Valkude osalusel toimuvad peamised organismi elutegevust tagavad protsessid: hingamine, seedimine, lihaste kokkutõmbumine, närviimpulsside ülekanne. Elusolendite luukoe, nahk, juuksed, sarve moodustised koosnevad valkudest. Enamiku imetajate jaoks toimub organismi kasv ja areng tänu toidukomponendina valke sisaldavatele toodetele. Valkude roll organismis ja vastavalt ka nende struktuur on väga mitmekesine.

Valkude koostis.

Kõik valgud on polümeerid, mille ahelad on kokku pandud aminohapete fragmentidest. Aminohapped on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad oma koostises (vastavalt nimetusele) NH 2 aminorühma ja orgaanilist hapet, s.o. karboksüül-, COOH-rühm. Kõigist olemasolevatest aminohapetest (teoreetiliselt on võimalike aminohapete arv piiramatu) osalevad valkude moodustamises ainult need, millel on ainult üks süsinikuaatom aminorühma ja karboksüülrühma vahel. IN üldine vaade valkude moodustumisel osalevaid aminohappeid saab esitada valemiga: H 2 N–CH(R)–COOH. R-rühm, mis on seotud süsinikuaatomiga (amino- ja karboksüülrühmade vaheline rühm), määrab erinevuse valke moodustavate aminohapete vahel. See rühm võib koosneda ainult süsiniku- ja vesinikuaatomitest, kuid sagedamini sisaldab lisaks C-le ja H-le ka mitmesuguseid funktsionaalseid (edasi muundumiseks võimelisi) rühmi, näiteks HO-, H2N- jne. valik, kui R \u003d H.

Elusolendite organismid sisaldavad rohkem kui 100 erinevat aminohapet, kuid mitte kõiki ei kasutata valkude ehitamisel, vaid ainult 20, nn "fundamentaalne". Tabelis. 1 on näidatud nende nimed (enamik nimesid on ajalooliselt välja kujunenud), struktuurivalem, samuti laialt levinud lühend. Kõik struktuurivalemid on tabelis paigutatud nii, et aminohappe põhifragment on paremal.

Tabel 1. VALKUDE LOOMISES OSALEVAD AMINOHAPPED

Nimi	Struktuur	Määramine
GLÜTSINE		GLI
ALANIIN		ALA
VALIN		VÕLL
LEUTSIIN		LEI
ISOLEUTSIIN		ILE
SERIIN		SER
TREONIIN		TRE
TÜSTEIIN		SRÜ
METIONIIN		KOHTUSIME
LÜSIIN		LIZ
ARGINIIN		ARG
SPARAGIHAPPE		ACH
SPARAGIN		ACH
GLUTAAMIINHAPE		GLU
GLUTAMIIN		GLN
fenüülalaniin		föön
TÜROSIIN		TIR
trüptofaan		KOLM
HISTIDINE		GIS
PROLIIN		PRO
Rahvusvahelises praktikas aktsepteeritakse loetletud aminohapete lühendatud tähistamist, kasutades ladina kolmetähelisi või ühetähelisi lühendeid, näiteks glütsiin - Gly või G, alaniin - Ala või A.

Nende kahekümne aminohappe hulgast (tabel 1) sisaldab ainult proliin COOH karboksüülrühma kõrval NH-rühma (NH2 asemel), kuna see on osa tsüklilisest fragmendist.

Tabelis hallil taustal asetatud kaheksat aminohapet (valiin, leutsiin, isoleutsiin, treoniin, metioniin, lüsiin, fenüülalaniin ja trüptofaan) nimetatakse asendamatuteks, kuna organism peab neid normaalseks kasvuks ja arenguks pidevalt koos valgutoiduga saama.

Valgu molekul moodustub aminohapete järjestikuse ühendamise tulemusena, samas kui ühe happe karboksüülrühm interakteerub naabermolekuli aminorühmaga, mille tulemusena moodustub –CO–NH– peptiidside ja vesi. molekul vabaneb. Joonisel fig. 1 näitab alaniini, valiini ja glütsiini jadaühendust.

Riis. 1 AMINOHAPETE SERIALÜHENDUS valgu molekuli moodustumise ajal. Polümeeriahela põhisuunaks valiti tee terminaalsest aminorühmast H2N kuni terminaalse karboksüülrühma COOH-ni.

Valgu molekuli struktuuri kompaktseks kirjeldamiseks kasutatakse polümeeri ahela moodustamisel osalevate aminohapete lühendeid (tabel 1, kolmas veerg). Joonisel fig 1 näidatud molekuli fragment. 1 on kirjutatud järgmiselt: H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.

Valgu molekulid sisaldavad 50 kuni 1500 aminohappejääki (lühemaid ahelaid nimetatakse polüpeptiidideks). Valgu individuaalsuse määrab polümeeri ahela moodustavate aminohapete kogum ja, mis pole vähem oluline, nende vaheldumise järjekord ahelas. Näiteks insuliini molekul koosneb 51 aminohappejäägist (see on üks lühima ahelaga valke) ja koosneb kahest omavahel ühendatud paralleelsest ebavõrdse pikkusega ahelast. Aminohappefragmentide järjestus on näidatud joonisel fig. 2.

Riis. 2 INSULIINI Molekul, mis on ehitatud 51 aminohappejäägist, on samade aminohapete fragmendid tähistatud vastava taustavärviga. Ahelas sisalduvad tsüsteiini aminohappejäägid (lühendatud tähis CIS) moodustavad disulfiidsildu -S-S-, mis seovad kaks polümeeri molekuli või moodustavad hüppajad ühes ahelas.

Aminohappe tsüsteiini molekulid (tabel 1) sisaldavad reaktiivseid sulfhüdriidrühmi -SH, mis interakteeruvad üksteisega, moodustades disulfiidsildu -S-S-. Tsüsteiini roll valkude maailmas on eriline, selle osalusel tekivad polümeersete valgumolekulide vahel ristsidemed.

Aminohapete ühendamine polümeeri ahelaks toimub elusorganismis nukleiinhapete kontrolli all, just need tagavad range kokkupanekujärjekorra ja reguleerivad polümeeri molekuli fikseeritud pikkust ( cm. NUKLEIINHAPPED).

Valkude struktuur.

Valgu molekuli koostist, mis on esitatud vahelduvate aminohappejääkide kujul (joonis 2), nimetatakse valgu primaarseks struktuuriks. Polümeerahelas olevate iminorühmade HN ja karbonüülrühmade CO vahel tekivad vesiniksidemed. cm. VESINIKSIIDE), selle tulemusena omandab valgumolekul teatud ruumilise kuju, mida nimetatakse sekundaarstruktuuriks. Kõige levinumad on valkudes kahte tüüpi sekundaarsed struktuurid.

Esimene võimalus, mida nimetatakse α-heeliksiks, rakendatakse vesiniksidemete abil ühes polümeeri molekulis. Molekuli geomeetrilised parameetrid, mis on määratud sideme pikkuste ja sidemete nurkadega, on sellised, et vesiniksidemete moodustumine on võimalik H-N ja C=O rühmadele, mille vahel on kaks peptiidi fragmenti H-N-C=O (joonis 3). .

Polüpeptiidahela koostis, mis on näidatud joonisel fig. 3 on lühendatult kirjutatud järgmiselt:

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

Vesiniksidemete kokkutõmbumise tulemusena omandab molekul spiraali kuju - nn α-heeliksi, seda on kujutatud kõvera spiraalse lindina, mis läbib polümeeri ahelat moodustavaid aatomeid (joonis 4).

Riis. 4 VALGU MOLEKULI 3D MUDELα-heeliksi kujul. Vesiniksidemed on näidatud roheliste punktiirjoontena. Spiraali silindriline kuju on nähtav teatud pöördenurga all (vesinikuaatomeid joonisel ei ole näidatud). Üksikute aatomite värvus on antud vastavalt rahvusvahelistele reeglitele, mis soovitavad süsinikuaatomite jaoks musta, lämmastiku jaoks sinist, hapniku jaoks punast ja väävli jaoks kollast värvi (valge värv on soovitatav vesinikuaatomitele, mida joonisel ei ole näidatud, antud juhul kogu struktuur on kujutatud tumedal taustal).

Teine sekundaarstruktuuri variant, mida nimetatakse β-struktuuriks, moodustub samuti vesiniksidemete osalusel, erinevus seisneb selles, et kahe või enama paralleelselt paikneva polümeeri ahela H-N ja C=O rühmad interakteeruvad. Kuna polüpeptiidahelal on suund (joonis 1), on variandid võimalikud, kui ahelate suund on sama (paralleelne β-struktuur, joonis 5) või need on vastupidised (antiparalleelne β-struktuur, joonis 6). .

β-struktuuri moodustamisel võivad osaleda erineva koostisega polümeerahelad, samas kui polümeeri ahelat raamivad orgaanilised rühmad (Ph, CH 2 OH jne) mängivad enamasti teisejärgulist rolli, H-N ja C omavahelist paigutust. =O rühmad on määravad. Kuna H-N ja C=O rühmad on suunatud polümeeri ahela suhtes erinevatesse suundadesse (joonisel üles ja alla), muutub võimalikuks kolme või enama ahela samaaegne interaktsioon.

Esimese polüpeptiidahela koostis joonisel fig. 5:

H 2 N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH

Teise ja kolmanda ahela koostis:

H 2 N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH

Polüpeptiidahelate koostis, mis on näidatud joonisel fig. 6, sama mis joonisel fig. 5, erinevus seisneb selles, et teisel ahelal on vastupidine (võrreldes joonisega 5) suund.

Ühe molekuli sees on võimalik moodustada β-struktuur, kui ahela fragment mingis osas osutub 180° pööratuks, sel juhul on ühe molekuli kaks haru vastupidise suunaga, mille tulemusena antiparalleel Moodustub β-struktuur (joon. 7).

Joonisel fig. 7 tasasel kujutisel, mis on näidatud joonisel fig. 8 kolmemõõtmelise mudeli kujul. β-struktuuri lõiked tähistatakse tavaliselt lihtsustatult lameda lainelise paelaga, mis läbib polümeeriahelat moodustavaid aatomeid.

Paljude valkude struktuuris vahelduvad α-heeliksi ja linditaoliste β-struktuuride lõigud, samuti üksikud polüpeptiidahelad. Nende omavahelist paigutust ja vaheldumist polümeeriahelas nimetatakse valgu tertsiaarseks struktuuriks.

Allpool on näidatud meetodid valkude struktuuri kujutamiseks, kasutades näitena taimset valku krambiini. Valkude struktuurivalemid, mis sisaldavad sageli kuni sadu aminohappe fragmente, on keerulised, tülikad ja raskesti mõistetavad, seetõttu kasutatakse mõnikord lihtsustatud struktuurivalemeid – ilma keemiliste elementide sümboliteta (joonis 9, variant A), kuid samas ajal, mil nad säilitavad valentsjoonte värvi vastavalt rahvusvahelistele reeglitele (joonis 4). Sel juhul on valem esitatud mitte tasapinnalisena, vaid ruumilisena, mis vastab molekuli tegelikule struktuurile. See meetod võimaldab näiteks eristada disulfiidsildu (sarnaselt insuliinis leiduvatele, joonis 2), fenüülrühmi ahela külgraamis jne. Molekulide kujutis kolmemõõtmelisena mudelid (varrastega ühendatud kuulid) on mõnevõrra selgem (joonis 9, valik B). Mõlemad meetodid ei võimalda aga tertsiaarset struktuuri näidata, mistõttu tegi Ameerika biofüüsik Jane Richardson ettepaneku kujutada α-struktuure spiraalselt keerdunud paeltena (vt joonis 4), β-struktuure lamedate laineliste paeltena (joonis 8) ja ühendavatena. need üksikud ahelad - õhukeste kimpude kujul on igal struktuuritüübil oma värv. Seda valgu tertsiaarse struktuuri kujutamise meetodit kasutatakse nüüd laialdaselt (joonis 9, variant B). Mõnikord näidatakse suurema teabesisu huvides koos tertsiaarset struktuuri ja lihtsustatud struktuurivalemit (joonis 9, variant D). Samuti on Richardsoni pakutud meetodi modifikatsioone: α-heeliksid on kujutatud silindritena ja β-struktuurid on lamedate noolte kujul, mis näitavad ahela suunda (joonis 9, valik E). Vähem levinud on meetod, kus kogu molekul on kujutatud kimbuna, kus ebavõrdsed struktuurid eristuvad erinevate värvidega ja disulfiidsillad on näidatud kollaste sildadena (joonis 9, variant E).

Tajumiseks on kõige mugavam variant B, kui tertsiaarse struktuuri kujutamisel ei ole näidatud valgu struktuurseid tunnuseid (aminohappefragmendid, nende vaheldumise järjekord, vesiniksidemed), samas kui eeldatakse, et kõik valgud sisaldavad “detaile” võetud kahekümnest aminohappest koosnevast standardkomplektist (tabel 1). Tertsiaarse struktuuri kujutamisel on põhiülesanne näidata sekundaarstruktuuride ruumilist paigutust ja vaheldumist.

Riis. 9 CRUMBIN VALGU STRUKTUURI KUJUTI ERINEVAD VERSIONID.
A on struktuurivalem ruumikujutises.
B - struktuur kolmemõõtmelise mudeli kujul.
B on molekuli tertsiaarne struktuur.
G - valikute A ja B kombinatsioon.
E - tertsiaarse struktuuri lihtsustatud pilt.
E - tertsiaarne struktuur disulfiidsildadega.

Tajumiseks on kõige mugavam kolmemõõtmeline tertsiaarne struktuur (variant B), mis on vabastatud struktuurivalemi üksikasjadest.

Tertsiaarse struktuuriga valgumolekul omandab reeglina teatud konfiguratsiooni, mille moodustavad polaarsed (elektrostaatilised) interaktsioonid ja vesiniksidemed. Selle tulemusena muutub molekul kompaktse spiraali kujul - globulaarsed valgud (gloobulid, lat. pall) või filamentsed - fibrillaarsed valgud (fibra, lat. kiudaineid).

Kerakujulise struktuuri näide on valgualbumiin, kanamuna valk kuulub albumiinide klassi. Albumiini polümeerne ahel on kokku pandud peamiselt alaniinist, asparagiinhappest, glütsiinist ja tsüsteiinist, vaheldumisi teatud järjekorras. Tertsiaarne struktuur sisaldab üksikute ahelatega ühendatud α-heeliseid (joonis 10).

Riis. 10 ALBUMIINI GLOBULAARNE STRUKTUUR

Fibrillaarse struktuuri näide on fibroiini valk. Need sisaldavad suures koguses glütsiini, alaniini ja seriini jääke (iga teine ​​aminohappejääk on glütsiin); sulfhüdriidrühmi sisaldavad tsüsteiinijäägid puuduvad. Fibroiin, loodusliku siidi ja ämblikuvõrkude põhikomponent, sisaldab üksikute ahelatega ühendatud β-struktuure (joonis 11).

Riis. üksteist FIBRILLAARNE VALGFIBROIN

Teatud tüüpi tertsiaarse struktuuri moodustamise võimalus on omane valgu primaarstruktuurile, s.o. eelnevalt määratud aminohappejääkide vaheldumise järjekorras. Teatud selliste jääkide komplektidest tekivad valdavalt α-heeliksid (sellisi komplekte on päris palju), teine ​​komplekt toob kaasa β-struktuuride ilmnemise, üksikuid ahelaid iseloomustab nende koostis.

Mõned valgumolekulid, säilitades samal ajal tertsiaarse struktuuri, on võimelised ühinema suurteks supramolekulaarseteks agregaatideks, samal ajal kui neid hoiavad koos polaarsed interaktsioonid, aga ka vesiniksidemed. Selliseid moodustisi nimetatakse valgu kvaternaarseks struktuuriks. Näiteks ferritiini valk, mis koosneb peamiselt leutsiinist, glutamiinhappest, asparagiinhappest ja histidiinist (ferritsiin sisaldab erinevas koguses kõiki 20 aminohappejääki), moodustab tertsiaarstruktuuri neljast paralleelselt asetsevast α-heeliksist. Molekulide ühendamisel üheks ansambliks (joonis 12) moodustub kvaternaarne struktuur, mis võib sisaldada kuni 24 ferritiini molekuli.

Joonis 12 GLOBULAARSE VALGUFERRITIINI KVTERNAARSE STRUKTUURI TEKKIMINE

Teine näide supramolekulaarsetest moodustistest on kollageeni struktuur. See on fibrillaarne valk, mille ahelad on üles ehitatud peamiselt glütsiinist vaheldumisi proliini ja lüsiiniga. Struktuur sisaldab üksikuid ahelaid, kolmekordseid α-heeliseid, mis vahelduvad paralleelsete kimpudena virnastatud linditaoliste β-struktuuridega (joonis 13).

Joonis 13 KOLLAGEENFIBRILLAARVALGU ÜLEMINE STRUKTUUR

Valkude keemilised omadused.

Orgaaniliste lahustite toimel hävivad mõnede bakterite jääkproduktid (piimhappekäärimine) või temperatuuri tõusuga sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid, kahjustamata selle primaarset struktuuri, mille tulemusena kaotab valk lahustuvuse ja bioloogilise aktiivsuse. protsessi nimetatakse denaturatsiooniks, st looduslike omaduste kadumiseks, näiteks hapupiima, keedetud kanamuna kalgendatud valgu kalgendamiseks. Kõrgendatud temperatuuril denatureerivad elusorganismide (eriti mikroorganismide) valgud kiiresti. Sellised valgud ei ole võimelised osalema bioloogilistes protsessides, mille tagajärjel surevad mikroorganismid, nii et keedetud (või pastöriseeritud) piima saab kauem säilitada.

Peptiidsidemed H-N-C=O, mis moodustavad valgu molekuli polümeeri ahela, hüdrolüüsitakse hapete või leeliste juuresolekul ja polümeeri ahel katkeb, mis lõppkokkuvõttes võib viia algsete aminohapete tekkeni. α-heeliteks või β-struktuurides sisalduvad peptiidsidemed on vastupidavamad hüdrolüüsile ja erinevatele keemilistele rünnakutele (võrreldes samade sidemetega üksikutes ahelates). Valgu molekuli delikaatsem lahtiühendamine selle koostisse kuuluvateks aminohapeteks toimub veevabas keskkonnas, kasutades hüdrasiini H 2 N–NH 2, samas kui kõik aminohappefragmendid, välja arvatud viimane, moodustavad nn karboksüülhappe hüdrasiidid, mis sisaldavad fragment C (O)–HN–NH 2 (joon. 14).

Riis. 14. POLÜPEPTIIDI LÕHENDAMINE

Selline analüüs võib anda teavet valgu aminohappelise koostise kohta, kuid olulisem on teada nende järjestust valgu molekulis. Üks selleks laialdaselt kasutatavatest meetoditest on fenüülisotiotsüanaadi (FITC) toime polüpeptiidahelale, mis aluselises keskkonnas kinnitub polüpeptiidi külge (aminorühma sisaldavast otsast) ja kui keskkonna reaktsioon muutub. happeliseks, eraldub ta ahelast, võttes endaga kaasa ühe aminohappe fragmendi (joon. 15).

Riis. 15 JÄRJESTUSLIK POLÜPEPTID Lõhustamine

Selliseks analüüsiks on välja töötatud palju spetsiaalseid meetodeid, sealhulgas neid, mis hakkavad valgumolekuli selle koostisosadeks "lahti lammutama", alustades karboksüülotsast.

Ristlikud disulfiidsillad S-S (moodustuvad tsüsteiinijääkide interaktsioonil, joonised 2 ja 9) lõhustatakse, muutes need erinevate redutseerivate ainete toimel HS-rühmadeks. Oksüdeerivate ainete (hapnik või vesinikperoksiid) toime viib taas disulfiidsildade moodustumiseni (joon. 16).

Riis. 16. Disulfiidsildade lõhustamine

Täiendavate ristsidemete loomiseks valkudes kasutatakse amino- ja karboksüülrühmade reaktiivsust. Erinevate interaktsioonide jaoks on paremini kättesaadavad aminorühmad, mis asuvad ahela külgraamis - lüsiini, asparagiini, lüsiini, proliini fragmendid (tabel 1). Kui sellised aminorühmad interakteeruvad formaldehüüdiga, tekib kondenseerumine ja tekivad ristsillad –NH–CH2–NH– (joonis 17).

Riis. 17 TÄIENDAVATE TRANVERSAALSILDADE LOOMINE VALGU MOLEKULIDE VAHEL.

Valgu terminaalsed karboksüülrühmad on võimelised reageerima mõne polüvalentse metalli kompleksühenditega (sagedamini kasutatakse kroomiühendeid), tekivad ka ristsidemed. Mõlemat protsessi kasutatakse naha parkimisel.

Valkude roll organismis.

Valkude roll organismis on mitmekesine.

Ensüümid(käärimine lat. - kääritamine), nende teine ​​nimi on ensüümid (en kreeka zumh. - pärmis) - need on katalüütilise aktiivsusega valgud, mis on võimelised suurendama biokeemiliste protsesside kiirust tuhandeid kordi. Ensüümide toimel lagunevad toidu koostisosad: valgud, rasvad ja süsivesikud lihtsamateks ühenditeks, millest seejärel sünteesitakse uued makromolekulid, mis on teatud tüüpi organismile vajalikud. Ensüümid osalevad ka paljudes biokeemilistes sünteesiprotsessides, näiteks valkude sünteesis (mõned valgud aitavad sünteesida teisi). cm. ENSÜÜMID

Ensüümid pole mitte ainult väga tõhusad katalüsaatorid, vaid ka selektiivsed (suunavad reaktsiooni rangelt sisse antud suund). Nende juuresolekul kulgeb reaktsioon peaaegu 100% saagisega, ilma kõrvalsaaduste tekketa ja samal ajal on voolutingimused leebed: elusorganismi normaalne atmosfäärirõhk ja temperatuur. Võrdluseks, ammoniaagi süntees vesinikust ja lämmastikust aktiveeritud raudkatalüsaatori juuresolekul toimub temperatuuril 400–500 °C ja rõhul 30 MPa, ammoniaagi saagis on 15–25% tsükli kohta. Ensüüme peetakse ületamatuteks katalüsaatoriteks.

Ensüümide intensiivne uurimine algas 19. sajandi keskel, praeguseks on uuritud üle 2000 erineva ensüümi, see on kõige mitmekesisem valkude klass.

Ensüümide nimetused on järgmised: reaktiivi nimetus, millega ensüüm interakteerub, või katalüüsitud reaktsiooni nimetus lisatakse lõpuga -aza, näiteks arginaas lagundab arginiini (tabel 1), dekarboksülaas katalüüsib dekarboksüülimist, st. CO 2 eemaldamine karboksüülrühmast:

– COOH → – CH + CO 2

Sageli on ensüümi rolli täpsemaks näitamiseks selle nimes märgitud nii reaktsiooni objekt kui ka tüüp, näiteks alkoholdehüdrogenaas on ensüüm, mis dehüdreerib alkohole.

Mõne üsna kaua aega tagasi avastatud ensüümi puhul on säilinud ajalooline nimetus (ilma -aza lõputa), näiteks pepsiin (pepsis, kreeka keel. seedimine) ja trüpsiin (trüpsis kreeka keel. veeldamine), need ensüümid lagundavad valke.

Süstematiseerimiseks liidetakse ensüümid suurtesse klassidesse, klassifitseerimisel lähtutakse reaktsiooni tüübist, klassid nimetatakse üldpõhimõtte järgi - reaktsiooni nimetus ja lõpp - aza. Mõned neist klassidest on loetletud allpool.

Oksidoreduktaas on ensüümid, mis katalüüsivad redoksreaktsioone. Sellesse klassi kuuluvad dehüdrogenaasid teostavad prootoniülekannet, näiteks alkoholdehüdrogenaas (ADH) oksüdeerib alkoholid aldehüüdideks, järgnevat aldehüüdide oksüdatsiooni karboksüülhapeteks katalüüsivad aldehüüddehüdrogenaasid (ALDH). Mõlemad protsessid toimuvad organismis etanooli töötlemisel äädikhappeks (joon. 18).

Riis. 18 ETANOOLI KAHEETAPILINE OKSIDEERIMINEäädikhappele

Narkootilise toimega ei ole mitte etanool, vaid vahesaadus atseetaldehüüd, mida madalam on ALDH ensüümi aktiivsus, seda aeglasemalt möödub teine ​​etapp - atseetaldehüüdi oksüdatsioon äädikhappeks ning seda pikem ja tugevam on allaneelamisel tekkiv joovastav toime. etanoolist. Analüüs näitas, et enam kui 80% kollase rassi esindajatest on suhteliselt madala ALDH aktiivsusega ja seetõttu märgatavalt raskem alkoholitaluvus. Selle ALDH kaasasündinud vähenenud aktiivsuse põhjuseks on see, et osa glutamiinhappe jääkidest "nõrgestatud" ALDH molekulis on asendatud lüsiini fragmentidega (tabel 1).

Transferaasid- ensüümid, mis katalüüsivad funktsionaalrühmade ülekannet, näiteks transiminaas katalüüsib aminorühma ülekannet.

Hüdrolaasid on ensüümid, mis katalüüsivad hüdrolüüsi. Eelnevalt mainitud trüpsiin ja pepsiin hüdrolüüsivad peptiidsidemeid ning lipaasid lõhustavad estersideme rasvades:

–RC(O)OR 1 + H 2 O → –RC(O)OH + HOR 1

Liase- ensüümid, mis katalüüsivad reaktsioone, mis toimuvad mittehüdrolüütilisel teel, selliste reaktsioonide tulemusena katkevad C-C, C-O, C-N sidemed ja tekivad uued sidemed. Sellesse klassi kuulub ensüüm dekarboksülaas

Isomeraasid- ensüümid, mis katalüüsivad isomerisatsiooni, näiteks malehappe muundumist fumaarhappeks (joonis 19), see on näide cis-trans isomerisatsioonist (vt ISOMERIA).

Riis. 19. MALEINHAPPE ISOMERISEERIMINE fumaarhappeks ensüümi juuresolekul.

Ensüümide töös järgitakse üldpõhimõtet, mille kohaselt on ensüümi ja kiirendatud reaktsiooni reagendi vahel alati struktuurne vastavus. Ensüümide õpetuse ühe rajaja E. Fisheri kujundliku väljendi kohaselt läheneb reagent ensüümile nagu luku võti. Sellega seoses katalüüsib iga ensüüm teatud keemilist reaktsiooni või sama tüüpi reaktsioonide rühma. Mõnikord võib ensüüm toimida ühele ühendile, näiteks ureaasile (uron kreeka keel. - uriin) katalüüsib ainult uurea hüdrolüüsi:

(H 2 N) 2 C \u003d O + H 2 O \u003d CO 2 + 2NH 3

Suurimat selektiivsust näitavad ensüümid, mis eristavad optiliselt aktiivseid antipoode – vasaku- ja paremakäelisi isomeere. L-arginaas toimib ainult vasakule pööravale arginiinile ja ei mõjuta paremale pööravat isomeeri. L-laktaatdehüdrogenaas mõjutab ainult piimhappe vasakule pööravaid estreid, nn laktaate (lactis lat. piim), samas kui D-laktaatdehüdrogenaas lagundab ainult D-laktaate.

Enamik ensüüme ei toimi mitte ühele, vaid rühmale seotud ühendeid, näiteks trüpsiin "eelistab" lõhustada lüsiini ja arginiini poolt moodustatud peptiidsidemeid (tabel 1).

Mõnede ensüümide, näiteks hüdrolaaside, katalüütilised omadused on määratud ainult valgumolekuli enda struktuuriga, teine ​​ensüümide klass - oksidoreduktaasid (näiteks alkoholdehüdrogenaas) võivad olla aktiivsed ainult mittevalguliste molekulide juuresolekul, mis on seotud need - vitamiinid, mis aktiveerivad Mg, Ca, Zn, Mn ja nukleiinhapete fragmente (joon. 20).

Riis. 20 ALKOHOLDDEHÜDROGENAASI MOLEKUL

Transpordivalgud seovad ja transpordivad erinevaid molekule või ioone läbi rakumembraanide (nii raku sees kui ka väljaspool), samuti ühest organist teise.

Näiteks hemoglobiin seob hapnikku, kui veri läbib kopse ja toimetab selle erinevatesse keha kudedesse, kus hapnik vabaneb ja seejärel kasutatakse seda toidukomponentide oksüdeerimiseks, see protsess toimib energiaallikana (mõnikord kasutatakse terminit "põlemine"). toit kehas).

Lisaks valguosale sisaldab hemoglobiin raua kompleksühendit tsüklilise porfüriini molekuliga (porphyros kreeka keel. - lilla), mis määrab vere punase värvuse. Just see kompleks (joonis 21, vasakul) täidab hapnikukandja rolli. Hemoglobiinis paikneb raudporfüriini kompleks valgu molekuli sees ja seda säilitavad polaarsed interaktsioonid, samuti koordinatsioonisideme lämmastikuga histidiinis (tabel 1), mis on valgu osa. O2 molekul, mida kannab hemoglobiin, kinnitub koordinatsioonisideme kaudu rauaaatomi külge küljelt, mis on vastasküljel histidiiniga seotud (joonis 21, paremal).

Riis. 21 RAUAKOMPLEKSI STRUKTUUR

Kompleksi struktuur on näidatud paremal kolmemõõtmelise mudeli kujul. Kompleksi hoiab valgusmolekulis koordinatsiooniside (katkendlik sinine joon) Fe-aatomi ja N-aatomi vahel histidiinis, mis on valgu osa. O 2 molekul, mida kannab hemoglobiin, on koordineeritud (punane punktiirjoon) tasapinnalise kompleksi vastasriigist pärit Fe aatomiga.

Hemoglobiin on üks enim uuritud valke, see koosneb üksikute ahelatega ühendatud a-heeliksitest ja sisaldab nelja rauakompleksi. Seega on hemoglobiin nagu mahukas pakett nelja hapnikumolekuli korraga ülekandmiseks. Hemoglobiini vorm vastab globulaarsetele valkudele (joonis 22).

Riis. 22 HEMOGLOBINI GLOBULAARNE VORM

Hemoglobiini peamine "eelis" seisneb selles, et hapniku lisamine ja sellele järgnev eraldumine erinevatesse kudedesse ja organitesse ülekandmisel toimub kiiresti. Süsinikmonooksiid CO (süsinikmonooksiid) seondub hemoglobiinis sisalduva Fe-ga veelgi kiiremini, kuid erinevalt O 2 -st moodustab kompleksi, mida on raske lõhustada. Selle tulemusena ei suuda selline hemoglobiin siduda O 2 -ga, mis põhjustab (suure koguse süsinikmonooksiidi sissehingamisel) keha surmani lämbumise tõttu.

Hemoglobiini teine ​​funktsioon on väljahingatava CO 2 ülekandmine, kuid mitte rauaaatom, vaid valgu N-rühma H 2 osaleb süsinikdioksiidi ajutise sidumise protsessis.

Valkude "jõudlus" sõltub nende struktuurist, näiteks hemoglobiini polüpeptiidahelas ainsa glutamiinhappe aminohappejäägi asendamine valiini jäägiga (harva täheldatav kaasasündinud anomaalia) põhjustab haigust, mida nimetatakse sirprakuliseks aneemiaks.

Samuti on olemas transportvalgud, mis suudavad siduda rasvu, glükoosi, aminohappeid ja kanda neid nii rakkude sees kui ka väljaspool.

Spetsiaalset tüüpi transpordivalgud ei kanna aineid ise, vaid toimivad "transpordiregulaatorina", juhtides teatud aineid läbi membraani (raku välisseina). Selliseid valke nimetatakse sageli membraanivalkudeks. Need on õõnsa silindri kujuga ja membraani seina sisse põimituna tagavad mõnede polaarsete molekulide või ioonide liikumise rakku. Membraanivalgu näiteks on poriin (joonis 23).

Riis. 23 PORIINIVALK

Toidu- ja säilitusvalgud, nagu nimigi ütleb, on allikad sisemine varustus, sagedamini taimede ja loomade embrüotele, samuti noorte organismide varases arengujärgus. Toiduvalkude hulka kuuluvad albumiin (joonis 10) – munavalge põhikomponent, aga ka kaseiin – peamine piimavalk. Ensüümi pepsiini toimel kalgendub kaseiin maos, mis tagab selle säilimise seedetraktis ja tõhusa imendumise. Kaseiin sisaldab fragmente kõigist organismile vajalikest aminohapetest.

Ferritiin (joonis 12), mis sisaldub loomade kudedes, on talletatud raua ioonid.

Müoglobiin on ka säilitusvalk, mis oma koostiselt ja struktuurilt sarnaneb hemoglobiiniga. Müoglobiin on koondunud peamiselt lihastesse, selle peamine roll on hapniku säilitamine, mida hemoglobiin talle annab. See küllastub kiiresti hapnikuga (palju kiiremini kui hemoglobiin) ja kandub seejärel järk-järgult erinevatesse kudedesse.

Struktuurvalgud täidavad kaitsefunktsiooni (nahk) ehk toetavad – hoiavad keha koos ja annavad jõudu (kõhred ja kõõlused). Nende põhikomponendiks on fibrillaarne valk kollageen (joon. 11), loomamaailma levinuim valk imetajate organismis, see moodustab ligi 30% valkude kogumassist. Kollageenil on kõrge tõmbetugevus (naha tugevus on teada), kuid naha kollageeni vähese ristsidemete sisalduse tõttu ei sobi loomanahad toores vormis erinevate toodete valmistamiseks. Naha turse vähendamiseks vees, kokkutõmbumisel kuivamisel, samuti tugevuse suurendamiseks kastetud olekus ja elastsuse suurendamiseks kollageenis tekivad täiendavad ristsidemed (joon. 15a), see on nn. naha parkimise protsess.

Elusorganismides organismi kasvu- ja arenguprotsessis tekkinud kollageenimolekule ei uuendata ega asendata äsja sünteesitud molekulidega. Keha vananedes suureneb kollageeni ristsidemete arv, mis viib selle elastsuse vähenemiseni ja kuna uuenemist ei toimu, ilmnevad vanusega seotud muutused - kõhre ja kõõluste hapruse suurenemine, kollageenide ilmnemine. kortsud nahal.

Liigese sidemed sisaldavad elastiini, struktuurset valku, mis venib kergesti kahes mõõtmes. Suurima elastsusega on resiliini valk, mis mõnel putukatel paikneb tiibade liigendkinnituskohtades.

Sarvemoodustised - juuksed, küüned, suled, koosnevad peamiselt keratiinivalgust (joon. 24). Selle peamiseks erinevuseks on märgatav tsüsteiinijääkide sisaldus, mis moodustavad disulfiidsildu, mis annab juustele suure elastsuse (võime taastada oma algne kuju pärast deformatsiooni), samuti villastele kangastele.

Riis. 24. FIBRILLARSE VALGUKERATIINI Fragment

Keratiinobjekti kuju pöördumatuks muutmiseks peate esmalt disulfiidsillad redutseerija abil hävitama, andma sellele uue kuju ja seejärel uuesti looma disulfiidsillad oksüdeeriva aine abil (joon. . . 16), nii tehakse näiteks juuste perming.

Keratiini tsüsteiinijääkide sisalduse suurenemisega ja vastavalt disulfiidsildade arvu suurenemisega kaob võime deformeeruda, kuid samal ajal ilmneb suur tugevus (kabiloomade ja kilpkonnakarpide sarved sisaldavad kuni 18% tsüsteiini fragmentidest). Imetajatel on kuni 30 erinevat tüüpi keratiini.

Keratiiniga seotud fibrillaarne valk fibroiin, mida eritavad siidiusside röövikud kookonirullimise ajal, aga ka ämblikud võrgukudumise ajal, sisaldab ainult β-struktuure, mis on ühendatud üksikute ahelatega (joonis 11). Erinevalt keratiinist ei ole fibroiinil põiki disulfiidsildu, sellel on väga tugev tõmbetugevus (mõnede linaproovide ristlõikeühiku tugevus on suurem kui teraskaablitel). Ristsidemete puudumise tõttu on fibroiin mitteelastne (teada on, et villased kangad on peaaegu kustumatud, siidkangad kortsuvad kergesti).

reguleerivad valgud.

Reguleerivad valgud, mida sagedamini nimetatakse hormoonideks, osalevad erinevates füsioloogilistes protsessides. Näiteks hormooninsuliin (joonis 25) koosneb kahest α-ahelast, mis on omavahel ühendatud disulfiidsildadega. Insuliin reguleerib ainevahetusprotsesse, mis hõlmavad glükoosi, selle puudumine põhjustab diabeedi.

Riis. 25 VALGUINSULIIN

Aju hüpofüüs sünteesib hormooni, mis reguleerib organismi kasvu. On olemas reguleerivad valgud, mis kontrollivad erinevate ensüümide biosünteesi organismis.

Kokkutõmbuvad ja motoorsed valgud annavad kehale kokkutõmbumise, kuju muutmise ja liikumise võime, eelkõige räägime lihastest. 40% kõigi lihastes sisalduvate valkude massist on müosiin (mys, myos, kreeka keel. - lihased). Selle molekul sisaldab nii fibrillaarset kui ka kerakujulist osa (joonis 26)

Riis. 26 MÜOSIIINI Molekul

Sellised molekulid ühinevad suurteks agregaatideks, mis sisaldavad 300–400 molekuli.

Kaltsiumiioonide kontsentratsiooni muutumisel lihaskiude ümbritsevas ruumis toimub molekulide konformatsioonis pöörduv muutus - ahela kuju muutus, mis on tingitud üksikute fragmentide pöörlemisest valentssidemete ümber. See viib lihaste kokkutõmbumise ja lõõgastumiseni, signaal kaltsiumioonide kontsentratsiooni muutmiseks tuleb lihaskiudude närvilõpmetest. Kunstliku lihase kokkutõmbumise põhjuseks võib olla elektriimpulsside toime, mis toob kaasa järsu muutuse kaltsiumiioonide kontsentratsioonis, see on aluseks südamelihase stimuleerimisele südame töö taastamiseks.

Kaitsevalgud võimaldavad kaitsta keha ründavate bakterite, viiruste sissetungi ja võõrvalkude tungimise eest (võõrkehade üldnimetus on antigeenid). Kaitsevalkude rolli täidavad immunoglobuliinid (nende teine ​​nimi on antikehad), nad tunnevad ära organismi tunginud antigeenid ja seonduvad nendega kindlalt. Imetajate, sealhulgas inimese kehas on viis immunoglobuliinide klassi: M, G, A, D ja E, nende struktuur, nagu nimigi ütleb, on kerakujuline, lisaks on nad kõik sarnaselt üles ehitatud. Antikehade molekulaarne struktuur on näidatud allpool, kasutades näitena klassi G immunoglobuliini (joonis 27). Molekul sisaldab nelja polüpeptiidahelat, mis on omavahel ühendatud kolme S-S disulfiidsillaga (joonisel 27 on need näidatud paksenenud valentssidemete ja suurte S sümbolitega), lisaks sisaldab iga polümeeri ahel ahelasiseseid disulfiidsildu. Kaks suurt polümeeriahelat (sinisega esile tõstetud) sisaldavad 400–600 aminohappejääki. Ülejäänud kaks ahelat (rohelisega esile tõstetud) on peaaegu poole pikemad ja sisaldavad ligikaudu 220 aminohappejääki. Kõik neli ketti asetsevad nii, et terminali H 2 N-rühmad on suunatud ühes suunas.

Riis. 27 IMMUNOGLOBULIINI STRUKTUURI SKEEMAATILINE JOONIS

Pärast keha kokkupuudet võõrvalguga (antigeeniga) hakkavad immuunsüsteemi rakud tootma immunoglobuliine (antikehi), mis kogunevad vereseerumis. Esimesel etapil teevad põhitöö ära klemm H 2 N sisaldavad ketilõigud (joonisel 27 on vastavad lõigud tähistatud helesinise ja helerohelisega). Need on antigeeni püüdmise kohad. Immunoglobuliinide sünteesi käigus moodustuvad need kohad nii, et nende struktuur ja konfiguratsioon vastaksid võimalikult suurel määral läheneva antigeeni struktuurile (nagu luku võti, nagu ensüümid, aga ülesanded sel juhul on erinev). Seega luuakse iga antigeeni jaoks immuunvastusena rangelt individuaalne antikeha. Mitte ükski teadaolev valk ei suuda lisaks immunoglobuliinidele oma struktuuri nii “plastiliselt” muuta, sõltuvalt välistest teguritest. Ensüümid lahendavad reagendile struktuurse vastavuse probleemi erineval viisil - erinevate ensüümide hiiglasliku komplekti abil kõigil võimalikel juhtudel ja immunoglobuliinid ehitavad iga kord uuesti "töövahendi". Veelgi enam, immunoglobuliini liigendpiirkond (joonis 27) annab kahele püüdmispiirkonnale teatud sõltumatu liikuvuse, mille tulemusena suudab immunoglobuliini molekul kohe "leia" antigeenis kaks kõige mugavamat piirkonda püüdmiseks, et neid kindlalt fikseerida. see meenutab vähilaadse olendi tegevust.

Järgmisena lülitatakse sisse keha immuunsüsteemi järjestikuste reaktsioonide ahel, ühendatakse teiste klasside immunoglobuliinid, mille tulemusena võõrvalk deaktiveeritakse ning seejärel antigeen (võõrmikroorganism või toksiin) hävitatakse ja eemaldatakse.

Pärast kokkupuudet antigeeniga saavutatakse immunoglobuliini maksimaalne kontsentratsioon (olenevalt antigeeni olemusest ja individuaalsed omadused organism ise) mõne tunni (vahel mitme päeva) jooksul. Keha säilitab sellise kontakti mälu ja uuesti sama antigeeniga rünnates kogunevad immunoglobuliinid vereseerumis palju kiiremini ja suuremas koguses – tekib omandatud immuunsus.

Ülaltoodud valkude klassifikatsioon on teatud määral tinglik, näiteks kaitsvate valkude hulgas mainitud trombiinivalk on sisuliselt peptiidsidemete hüdrolüüsi katalüüsiv ensüüm ehk kuulub proteaaside klassi.

Kaitsvaid valke nimetatakse sageli maomürgi valkudeks ja mõnede taimede toksilisteks valkudeks, kuna nende ülesanne on kaitsta keha kahjustuste eest.

On valke, mille funktsioonid on nii ainulaadsed, et neid on raske klassifitseerida. Näiteks Aafrika taimes leiduv valk monelliin on väga magusa maitsega ja seda on uuritud kui mittetoksilist ainet, mida saab kasutada suhkru asemel rasvumise ennetamiseks. Mõnede Antarktika kalade vereplasmas on külmumisvastaste omadustega valke, mis hoiavad nende kalade verd külmumast.

Valkude kunstlik süntees.

Aminohapete kondenseerumine, mis viib polüpeptiidahelani, on hästi uuritud protsess. Võimalik on näiteks läbi viia mis tahes ühe aminohappe või hapete segu kondenseerimine ja saada vastavalt polümeer, mis sisaldab samu ühikuid või erinevaid ühikuid, vaheldumisi juhuslikus järjekorras. Sellised polümeerid sarnanevad vähe looduslike polüpeptiididega ja neil puudub bioloogiline aktiivsus. Peamine ülesanne on aminohapete ühendamine rangelt määratletud, eelnevalt planeeritud järjekorras, et reprodutseerida aminohappejääkide järjestust looduslikes valkudes. Ameerika teadlane Robert Merrifield pakkus välja originaalse meetodi, mis võimaldas sellist probleemi lahendada. Meetodi olemus seisneb selles, et esimene aminohape kinnitatakse lahustumatule polümeergeelile, mis sisaldab reaktiivseid rühmi, mis võivad ühineda aminohappe –COOH – rühmadega. Sellise polümeerse substraadina võeti sellesse sisestatud klorometüülrühmadega ristseotud polüstüreen. Et reaktsiooniks võetud aminohape ei reageeriks iseendaga ja et see ei ühineks H 2 N-rühmaga substraadiga, blokeeritakse selle happe aminorühm mahuka asendajaga [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -rühm. Pärast aminohappe kinnitumist polümeersele kandjale eemaldatakse blokeeriv rühm ja reaktsioonisegusse viiakse teine ​​aminohape, milles H2N rühm on samuti eelnevalt blokeeritud. Sellises süsteemis on võimalik ainult esimese aminohappe H 2 N-rühma ja teise happe rühma –COOH interaktsioon, mis viiakse läbi katalüsaatorite (fosfooniumisoolade) juuresolekul. Seejärel korratakse kogu skeemi, lisades kolmanda aminohappe (joonis 28).

Riis. 28. POLÜPEPTIIDKETTIDE SÜNTEESI SKEEM

Viimases etapis eraldatakse saadud polüpeptiidahelad polüstüreeni kandjast. Nüüd on kogu protsess automatiseeritud, on olemas automaatsed peptiidisüntesaatorid, mis töötavad kirjeldatud skeemi järgi. Selle meetodiga on sünteesitud palju meditsiinis ja põllumajanduses kasutatavaid peptiide. Samuti oli võimalik saada selektiivse ja tõhustatud toimega looduslike peptiidide täiustatud analooge. Mõned väikesed valgud on sünteesitud, näiteks hormooninsuliin ja mõned ensüümid.

On ka valgusünteesi meetodeid, mis kordavad looduslikke protsesse: sünteesivad teatud valke tootma konfigureeritud nukleiinhapete fragmente, seejärel sisestatakse need fragmendid elusorganismi (näiteks bakterisse), misjärel hakkab keha tootma soovitud valk. Nii saadakse nüüd märkimisväärses koguses raskesti ligipääsetavaid valke ja peptiide ning nende analooge.

Valgud kui toiduallikad.

Valgud lagundatakse elusorganismis pidevalt oma algseteks aminohapeteks (ensüümide asendamatul osalusel), osad aminohapped lähevad üle teisteks, seejärel sünteesitakse uuesti valgud (ka ensüümide osalusel), s.t. keha uueneb pidevalt. Mõned valgud (naha kollageen, juuksed) ei uuene, keha kaotab neid pidevalt ja sünteesib uusi. Valgud kui toiduallikad täidavad kahte põhifunktsiooni: varustavad organismi ehitusmaterjaliga uute valgumolekulide sünteesiks ja lisaks varustavad organismi energiaga (kalorite allikad).

Lihasööjad imetajad (ka inimesed) saavad vajalikke valke taimsest ja loomsest toidust. Ükski toidust saadav valk ei integreeru muutumatul kujul organismi. Seedetraktis lagundatakse kõik imendunud valgud aminohapeteks ja neist valmivad juba konkreetsele organismile vajalikud valgud, ülejäänud 12 saab aga sünteesida kehas 8 asendamatust happest (tabel 1), kui neid ei ole. piisavas koguses koos toiduga, kuid asendamatuid happeid tuleb toiduga kindlasti varustada. Tsüsteiini väävliaatomeid saab keha asendamatu aminohappe metioniiniga. Osa valkudest laguneb, vabastades elutegevuseks vajaliku energia ning neis sisalduv lämmastik väljub organismist uriiniga. Tavaliselt kaotab inimkeha 25–30 g valku päevas, seega peab valgurikast toitu olema alati õiges koguses. Minimaalne päevane valguvajadus on meestel 37 g ja naistel 29 g, kuid soovitatav kogus on peaaegu kaks korda suurem. Toidu hindamisel on oluline arvestada valkude kvaliteeti. Asendamatute aminohapete puudumisel või vähesel sisaldusel peetakse valku madala väärtusega valkudeks, mistõttu tuleks selliseid valke tarbida suuremas koguses. Niisiis sisaldavad kaunviljade valgud vähe metioniini ning nisu ja maisi valgud on madala lüsiinisisaldusega (mõlemad aminohapped on asendamatud). Loomsed valgud (v.a kollageenid) klassifitseeritakse täisväärtuslikuks toiduks. Kõikide asendamatute hapete täiskomplekt sisaldab piimakaseiini, aga ka kodujuustu ja sellest valmistatud juustu, seega taimetoitlane, kui see on väga range, s.t. “piimavaba”, nõuab suuremat kaunviljade, pähklite ja seente tarbimist, et varustada keha õiges koguses asendamatute aminohapetega.

Sünteetilisi aminohappeid ja valke kasutatakse ka toiduainetena, lisades neid söödale, mis sisaldavad vähesel määral asendamatuid aminohappeid. On baktereid, mis suudavad õlisüsivesinikke töödelda ja assimileerida, sel juhul tuleb valkude täielikuks sünteesiks neid toita lämmastikku sisaldavate ühenditega (ammoniaak või nitraadid). Sel viisil saadud valku kasutatakse kariloomade ja kodulindude söödaks. Loomasöödale lisatakse sageli ensüümide komplekti süsivesikuid, mis katalüüsivad raskesti lagunevate süsivesikute toidukomponentide (teraviljade rakuseinad) hüdrolüüsi, mille tulemusena imendub taimne toit paremini.

Mihhail Levitski

VALGUD (artikkel 2)

(valgud), komplekssete lämmastikku sisaldavate ühendite klass, elusaine kõige iseloomulikumad ja olulisemad (koos nukleiinhapetega) komponendid. Valgud täidavad palju ja erinevaid funktsioone. Enamik valke on ensüümid, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Paljud füsioloogilisi protsesse reguleerivad hormoonid on samuti valgud. Struktuursed valgud nagu kollageen ja keratiin on luukoe, juuste ja küünte peamised komponendid. Lihaste kontraktiilsed valgud on võimelised oma pikkust muutma, kasutades keemilist energiat mehaanilise töö tegemiseks. Valgud on antikehad, mis seovad ja neutraliseerivad mürgiseid aineid. Mõned välismõjudele (valgus, lõhn) reageerivad valgud toimivad ärritust tajuvate meeleorganite retseptoritena. Paljud raku sees ja rakumembraanil asuvad valgud täidavad reguleerivaid funktsioone.

19. sajandi esimesel poolel paljud keemikud, nende hulgas eelkõige J. von Liebig, jõudsid järk-järgult järeldusele, et valgud on lämmastikuühendite eriklass. Nimetuse "valgud" (kreeka keelest protos - esimene) pakkus 1840. aastal välja Hollandi keemik G. Mulder.

FÜÜSIKALISED OMADUSED

Valgud on tahkes olekus valged, kuid lahuses värvitud, välja arvatud juhul, kui need kannavad mõnda kromofoori (värvilist) rühma, näiteks hemoglobiini. Erinevate valkude lahustuvus vees on väga erinev. See varieerub ka sõltuvalt pH-st ja soolade kontsentratsioonist lahuses, nii et saab valida tingimused, mille korral üks valk sadestub selektiivselt teiste valkude juuresolekul. Seda "väljasoolamise" meetodit kasutatakse laialdaselt valkude eraldamiseks ja puhastamiseks. Puhastatud valk sadestub sageli lahusest välja kristallidena.

Võrreldes teiste ühenditega on valkude molekulmass väga suur - mitmest tuhandest mitme miljoni daltonini. Seetõttu sadestuvad ultratsentrifuugimise ajal valgud ja pealegi erineva kiirusega. Positiivse ja negatiivse laenguga rühmade esinemise tõttu valgumolekulides liiguvad need elektriväljas erineva kiirusega. See on elektroforeesi alus, meetod, mida kasutatakse üksikute valkude eraldamiseks keerukatest segudest. Valkude puhastamine toimub ka kromatograafiaga.

KEEMILISED OMADUSED

Struktuur.

Valgud on polümeerid, st. korduvatest monomeerüksustest või subühikutest ahelatena ehitatud molekulid, mille rolli mängivad alfa-aminohapped. Aminohapete üldvalem

kus R on vesinikuaatom või mõni orgaaniline rühm.

Valgu molekul (polüpeptiidahel) võib koosneda ainult suhteliselt väikesest arvust aminohapetest või mitmest tuhandest monomeerühikust. Aminohapete ühendamine ahelas on võimalik, kuna igaühel neist on kaks erinevat keemilist rühma: aluseliste omadustega aminorühm NH2 ja happeline karboksüülrühm COOH. Mõlemad rühmad on seotud süsinikuaatomiga. Ühe aminohappe karboksüülrühm võib moodustada amiid- (peptiid-) sideme teise aminohappe aminorühmaga:

Pärast seda, kui kaks aminohapet on sel viisil ühendatud, saab ahelat pikendada, lisades teisele aminohappele kolmanda jne. Nagu ülaltoodud võrrandist näha, vabaneb peptiidsideme moodustumisel vee molekul. Hapete, leeliste või proteolüütiliste ensüümide juuresolekul kulgeb reaktsioon vastupidises suunas: polüpeptiidahel lõhustatakse vee lisamisega aminohapeteks. Seda reaktsiooni nimetatakse hüdrolüüsiks. Hüdrolüüs kulgeb spontaanselt ja aminohapete ühendamiseks polüpeptiidahelaks on vaja energiat.

Karboksüülrühm ja amiidrühm (või sellega sarnane imiidrühm - aminohappe proliini puhul) esinevad kõigis aminohapetes, samas kui aminohapete vahelised erinevused on määratud selle rühma olemusega ehk "küljega". ahel", mida tähistatakse ülal tähega R. Külgahela rolli võivad mängida üks vesinikuaatom, nagu aminohape glütsiin, ja mõni mahukas rühmitus, nagu histidiin ja trüptofaan. Mõned külgahelad on keemiliselt inertsed, teised aga väga reaktiivsed.

Sünteesida saab palju tuhandeid erinevaid aminohappeid ja looduses esineb palju erinevaid aminohappeid, kuid valgusünteesiks kasutatakse ainult 20 tüüpi aminohappeid: alaniin, arginiin, asparagiin, asparagiinhape, valiin, histidiin, glütsiin, glutamiin, glutamiin hape, isoleutsiin, leutsiin, lüsiin, metioniin, proliin, seriin, türosiin, treoniin, trüptofaan, fenüülalaniin ja tsüsteiin (valkudes võib tsüsteiin esineda dimeerina - tsüstiin). Tõsi, mõnedes valkudes on lisaks regulaarselt esinevale kahekümnele ka teisi aminohappeid, kuid need tekivad mõne kahekümne loetletud modifitseerimise tulemusena pärast selle lisamist valgu hulka.

optiline aktiivsus.

Kõikidel aminohapetel, välja arvatud glütsiin, on α-süsiniku aatomiga seotud neli erinevat rühma. Geomeetriliselt saab nelja erinevat rühma kinnitada kahel viisil ja vastavalt sellele on kaks võimalikku konfiguratsiooni ehk kaks isomeeri, mis on omavahel seotud objektina oma peegelpildiga, s.t. nagu vasak käsi paremale. Ühte konfiguratsiooni nimetatakse vasaku- ehk vasakukäeliseks (L) ja teist parem- või paremakäeliseks (D), kuna kaks sellist isomeeri erinevad tasapinna pöörlemissuuna poolest. polariseeritud valgus. Valkudes esinevad ainult L-aminohapped (erandiks on glütsiin; seda saab esitada ainult ühel kujul, kuna selle neljast rühmast kaks on samad) ja neil kõigil on optiline aktiivsus (kuna seal on ainult üks isomeer). D-aminohapped on looduses haruldased; neid leidub mõnes antibiootikumis ja bakterite rakuseinas.

Aminohapete järjestus.

Aminohapped pole polüpeptiidahelas paigutatud juhuslikult, vaid kindlas kindlas järjekorras ning just see järjestus määrab valgu funktsioonid ja omadused. Varieerides 20 tüüpi aminohapete järjestust, saate tohutul hulgal erinevaid valke, nagu ka tähestiku tähtedest palju erinevaid tekste.

Varem kestis valgu aminohappejärjestuse määramine sageli mitu aastat. Otsene määratlus ja nüüd üsna töömahukas ülesanne, kuigi on loodud seadmed, mis võimaldavad seda automaatselt teostada. Tavaliselt on lihtsam määrata vastava geeni nukleotiidjärjestus ja tuletada sellest valgu aminohappejärjestus. Tänaseks on paljude sadade valkude aminohappejärjestused juba kindlaks määratud. Dekodeeritud valkude funktsioonid on tavaliselt teada ja see aitab ette kujutada sarnaste valkude võimalikke funktsioone, mis moodustuvad näiteks pahaloomulistes kasvajates.

Komplekssed valgud.

Ainult aminohapetest koosnevaid valke nimetatakse lihtsateks. Sageli on aga polüpeptiidahela külge kinnitatud metalliaatom või mõni keemiline ühend, mis ei ole aminohape. Selliseid valke nimetatakse kompleksseteks. Näiteks hemoglobiin: see sisaldab raudporfüriini, mis annab sellele punase värvuse ja võimaldab tal toimida hapnikukandjana.

Enamike keerukamate valkude nimetused sisaldavad viidet seotud rühmade olemusele: glükoproteiinides on suhkrud, lipoproteiinides rasvad. Kui ensüümi katalüütiline aktiivsus sõltub seotud rühmast, siis nimetatakse seda proteesrühmaks. Sageli mängib mõni vitamiin proteesirühma rolli või on selle osa. Näiteks A-vitamiin, mis on kinnitunud ühe võrkkesta valgu külge, määrab selle valgustundlikkuse.

Tertsiaarne struktuur.

Tähtis pole mitte niivõrd valgu aminohappejärjestus (esmasstruktuur), vaid viis, kuidas see ruumis paikneb. Kogu polüpeptiidahela pikkuses moodustavad vesinikioonid korrapäraseid vesiniksidemeid, mis annavad sellele spiraali või kihi kuju (sekundaarne struktuur). Selliste spiraalide ja kihtide kombinatsioonist tekib järgmise järjestuse kompaktne vorm - valgu tertsiaarne struktuur. Ahela monomeerseid lülisid hoidvate sidemete ümber on võimalik pöörata läbi väikeste nurkade. Seetõttu on puhtalt geomeetrilisest vaatenurgast mis tahes polüpeptiidahela võimalike konfiguratsioonide arv lõpmatult suur. Tegelikkuses eksisteerib iga valk tavaliselt ainult ühes konfiguratsioonis, mille määrab tema aminohappejärjestus. See struktuur ei ole jäik, tundub, et see "hingab" - see võngub teatud keskmise konfiguratsiooni ümber. Kett on volditud konfiguratsiooni, milles vaba energia (töövõime) on minimaalne, nii nagu vabastatud vedru surutakse kokku ainult vaba energia miinimumile vastavasse olekusse. Sageli on üks ahela osa teisega jäigalt seotud kahe tsüsteiinijäägi vaheliste disulfiidsidemetega (–S–S–). Osaliselt seetõttu on tsüsteiinil aminohapete hulgas eriti oluline roll.

Valkude struktuuri keerukus on nii suur, et valgu tertsiaarset struktuuri pole veel võimalik välja arvutada, isegi kui selle aminohappejärjestus on teada. Kuid kui on võimalik saada valgukristalle, saab selle tertsiaarset struktuuri määrata röntgendifraktsiooniga.

Struktuursetes, kontraktiilsetes ja mõnedes teistes valkudes on ahelad piklikud ja mitmed kõrvuti asetsevad kergelt volditud ahelad moodustavad fibrillid; fibrillid omakorda volditakse suuremateks moodustisteks - kiududeks. Enamik lahuses olevaid valke on aga kerakujulised: ahelad on kerinud kerasse, nagu lõng keras. Selle konfiguratsiooniga on vaba energia minimaalne, kuna hüdrofoobsed ("vett tõrjuvad") aminohapped on peidus kera sees ja hüdrofiilsed ("vett tõmbavad") aminohapped on selle pinnal.

Paljud valgud on mitme polüpeptiidahela kompleksid. Seda struktuuri nimetatakse valgu kvaternaarseks struktuuriks. Näiteks hemoglobiini molekul koosneb neljast alaühikust, millest igaüks on globulaarne valk.

Struktuurvalgud moodustavad oma lineaarse konfiguratsiooni tõttu kiude, mille tõmbetugevus on väga kõrge, samas kui globulaarne konfiguratsioon võimaldab valkudel astuda spetsiifilistesse interaktsioonidesse teiste ühenditega. Gloobuli pinnale ilmub kettide õige paigaldamise korral teatud õõnsus, milles asuvad reaktiivsed keemilised rühmad. Kui see valk on ensüüm, siis sellisesse õõnsusse siseneb mingi aine teine, tavaliselt väiksem molekul, täpselt nagu võti lukku; sel juhul muutub õõnsuses paiknevate keemiliste rühmade mõjul molekuli elektronpilve konfiguratsioon ja see sunnib seda teatud viisil reageerima. Sel viisil katalüüsib ensüüm reaktsiooni. Antikeha molekulidel on ka õõnsused, milles seonduvad mitmesugused võõrained ja muutuvad seeläbi kahjutuks. "Võti ja lukk" mudel, mis selgitab valkude vastasmõju teiste ühenditega, võimaldab mõista ensüümide ja antikehade spetsiifilisust, s.t. nende võime reageerida ainult teatud ühenditega.

Valgud erinevat tüüpi organismides.

Valgud, mis täidavad sama funktsiooni erinevad tüübid taimed ja loomad ning seetõttu kannavad sama nime, on sarnase konfiguratsiooniga. Kuid need erinevad mõnevõrra oma aminohappejärjestuse poolest. Kuna liigid lahknevad ühisest esivanemast, asendatakse mõned aminohapped teatud positsioonides mutatsioonidega teistega. Pärilikke haigusi põhjustavad kahjulikud mutatsioonid heidetakse loodusliku valiku abil kõrvale, kuid kasulikud või vähemalt neutraalsed võivad säilida. Mida lähemal on kaks bioloogilist liiki teineteisele, seda vähem on nende valkudes erinevusi.

Mõned valgud muutuvad suhteliselt kiiresti, teised on üsna konservatiivsed. Viimaste hulka kuulub näiteks tsütokroom c, hingamisteede ensüüm, mida leidub enamikus elusorganismides. Inimestel ja šimpansitel on selle aminohappejärjestused identsed, samas kui nisu tsütokroom c-s osutus ainult 38% aminohapetest erinevateks. Isegi kui võrrelda inimesi ja baktereid, on tsütokroomide sarnasus (siin puudutavad erinevused 65% aminohapetest) siiski näha, kuigi bakterite ja inimeste ühine esivanem elas Maal umbes kaks miljardit aastat tagasi. Tänapäeval kasutatakse aminohapete järjestuste võrdlemist sageli filogeneetilise (genealoogilise) puu koostamiseks, mis peegeldab erinevate organismide vahelisi evolutsioonilisi suhteid.

Denatureerimine.

Sünteesitud valgu molekul, voltimine, omandab oma konfiguratsiooni. Seda konfiguratsiooni saab aga hävitada kuumutamisel, pH muutmisel, orgaaniliste lahustite toimel ja isegi lihtsalt lahuse segamisel, kuni selle pinnale ilmuvad mullid. Sel viisil muudetud valku nimetatakse denatureeritud; see kaotab oma bioloogilise aktiivsuse ja muutub tavaliselt lahustumatuks. Tuntud näited denatureeritud valkudest on keedetud munad või vahukoor. Väikesed valgud, mis sisaldavad vaid umbes sada aminohapet, on võimelised renatureerima, s.t. hankige uuesti algne konfiguratsioon. Kuid enamik valke muudetakse lihtsalt sassis polüpeptiidahelate massiks ega taasta oma eelmist konfiguratsiooni.

Üks peamisi raskusi aktiivsete valkude eraldamisel on nende äärmine tundlikkus denaturatsiooni suhtes. See valkude omadus leiab kasulikku rakendust toiduainete säilitamisel: kõrge temperatuur denatureerib pöördumatult mikroorganismide ensüüme ja mikroorganismid surevad.

VALGU SÜNTEES

Valgu sünteesiks peab elusorganismis olema ensüümide süsteem, mis on võimeline siduma ühe aminohappe teisega. Vaja on ka infoallikat, mis määraks, millised aminohapped tuleks ühendada. Kuna kehas on tuhandeid erinevaid valke ja igaüks neist koosneb keskmiselt mitmesajast aminohappest, peab vajalik teave olema tõeliselt tohutu. Seda hoitakse (sarnaselt magnetlindile salvestatud kirjega) nukleiinhappemolekulides, mis moodustavad geenid.

Ensüümide aktiveerimine.

Aminohapetest sünteesitud polüpeptiidahel ei ole alati lõplikul kujul valk. Paljud ensüümid sünteesitakse esmalt mitteaktiivsete lähteainetena ja need muutuvad aktiivseks alles pärast seda, kui teine ​​ensüüm eemaldab ahela ühest otsast mõne aminohappe. Mõned seedeensüümid, näiteks trüpsiin, sünteesitakse sellel inaktiivsel kujul; need ensüümid aktiveeruvad seedetraktis ahela terminaalse fragmendi eemaldamise tulemusena. Hormooninsuliin, mille molekul aktiivsel kujul koosneb kahest lühikesest ahelast, sünteesitakse ühe ahela kujul, nn. proinsuliin. Seejärel eemaldatakse selle ahela keskmine osa ja ülejäänud fragmendid seostuvad üksteisega, moodustades aktiivse hormooni molekuli. Komplekssed valgud tekivad alles pärast teatud keemilise rühma kinnitumist valgu külge ja see kinnitumine nõuab sageli ka ensüümi.

Metaboolne vereringe.

Pärast looma toitmist süsiniku, lämmastiku või vesiniku radioaktiivsete isotoopidega märgistatud aminohapetega liidetakse märgis kiiresti tema valkudesse. Kui märgistatud aminohapped lakkavad kehasse sisenemast, hakkab märgise hulk valkudes vähenema. Need katsed näitavad, et saadud valke ei säilitata kehas kuni eluea lõpuni. Kõik need, välja arvatud mõned erandid, on dünaamilises olekus, lagunedes pidevalt aminohapeteks ja seejärel uuesti sünteesitud.

Mõned valgud lagunevad, kui rakud surevad ja hävivad. See juhtub kogu aeg, näiteks soolestiku sisepinda vooderdavate punaste vereliblede ja epiteelirakkudega. Lisaks toimub elusrakkudes ka valkude lagunemine ja taassüntees. Kummalisel kombel teatakse valkude lagunemisest vähem kui nende sünteesist. Selge on aga see, et lagundamisel osalevad proteolüütilised ensüümid, mis on sarnased nendele, mis lagundavad valgud seedetraktis aminohapeteks.

Erinevate valkude poolestusaeg on erinev – mitmest tunnist mitme kuuni. Ainus erand on kollageeni molekulid. Kui need on moodustatud, jäävad need stabiilseks ja neid ei uuendata ega asendata. Aja jooksul aga muutuvad osad nende omadustest, eelkõige elastsus, ning kuna need ei uuene, on sellest tingitud teatud vanusega seotud muutused, näiteks kortsude ilmumine nahale.

sünteetilised valgud.

Keemikud on juba ammu õppinud aminohappeid polümeriseerima, kuid aminohapped ühinevad juhuslikult, nii et sellise polümerisatsiooni saadused on looduslike omadega vähe sarnased. Tõsi, aminohappeid on võimalik teatud järjekorras kombineerida, mis võimaldab saada mõningaid bioloogiliselt aktiivseid valke, eriti insuliini. Protsess on üsna keeruline ja nii on võimalik saada ainult neid valke, mille molekulid sisaldavad sadakond aminohapet. Selle asemel on eelistatav sünteesida või isoleerida soovitud aminohappejärjestusele vastava geeni nukleotiidjärjestus ja viia see geen seejärel bakterisse, mis toodab replikatsiooni teel suures koguses soovitud produkti. Sellel meetodil on aga ka omad miinused.

VALGUD JA TOITUMINE

Kui organismis olevad valgud lagunevad aminohapeteks, saab neid aminohappeid valgusünteesiks uuesti kasutada. Samal ajal lagunevad aminohapped ise, nii et neid ei kasutata täielikult ära. Samuti on selge, et kasvu, raseduse ja haavade paranemise ajal peab valkude süntees ületama lagunemise. Keha kaotab pidevalt mõningaid valke; need on juuste, küünte ja naha pinnakihi valgud. Seetõttu peab iga organism valkude sünteesiks saama aminohappeid toidust.

Aminohapete allikad.

Rohelised taimed sünteesivad kõik 20 valkudes leiduvat aminohapet CO2-st, veest ja ammoniaagist või nitraatidest. Paljud bakterid on võimelised sünteesima aminohappeid ka suhkru (või mõne samaväärse) ja fikseeritud lämmastiku juuresolekul, kuid lõpuks tarnivad suhkrut rohelised taimed. Loomadel on aminohapete sünteesimise võime piiratud; nad saavad aminohappeid rohelisi taimi või muid loomi süües. Seedekulglas lagundatakse imendunud valgud aminohapeteks, viimased imenduvad ning nendest ehitatakse üles antud organismile iseloomulikud valgud. Ükski imendunud valk ei ole sellisena kehastruktuuridesse lülitatud. Ainus erand on see, et paljudel imetajatel võib osa ema antikehadest pääseda tervena läbi platsenta loote vereringesse ja emapiima kaudu (eriti mäletsejalistel) kanduda vastsündinule kohe pärast sündi.

Vajadus valkude järele.

Selge on see, et elu säilitamiseks peab organism toidust saama teatud koguse valku. Selle vajaduse suurus sõltub aga mitmest tegurist. Organism vajab toitu nii energia (kalorite) allikana kui ka materjalina oma struktuuride ülesehitamiseks. Esiteks on vajadus energia järele. See tähendab, et kui toidus on vähe süsivesikuid ja rasvu, kasutatakse toiduvalke mitte nende enda valkude sünteesiks, vaid kaloriallikana. Pikaajalise paastumise korral kulutatakse energiavajaduse rahuldamiseks isegi teie enda valgud. Kui toidus on piisavalt süsivesikuid, võib valgu tarbimist vähendada.

lämmastiku tasakaal.

Keskmiselt u. 16% valgu kogumassist moodustab lämmastik. Valke moodustavate aminohapete lagundamisel eritub neis sisalduv lämmastik organismist uriiniga ja (vähemal määral) väljaheitega erinevate lämmastikuühendite kujul. Seetõttu on valgulise toitumise kvaliteedi hindamiseks mugav kasutada sellist indikaatorit nagu lämmastiku tasakaal, s.t. kehasse viidud lämmastiku koguse ja ööpäevas väljutatava lämmastiku koguse vahe (grammides). Täiskasvanu normaalse toitumise korral on need kogused võrdsed. Kasvavas organismis on väljutatava lämmastiku hulk väiksem kui sissetuleva, s.o. saldo on positiivne. Valgu puudumisega toidus on tasakaal negatiivne. Kui toidus on piisavalt kaloreid, aga valgud puuduvad selles täielikult, säästab organism valke. Samal ajal aeglustub valkude ainevahetus ja aminohapete taaskasutamine valgusünteesis toimub võimalikult tõhusalt. Kaod on aga vältimatud ning lämmastikuühendid erituvad endiselt uriiniga ja osaliselt ka väljaheitega. Valgunälja ajal kehast päevas eritunud lämmastiku kogus võib olla igapäevase valgupuuduse mõõt. Loomulik on eeldada, et selle defitsiidiga võrdväärse valgukoguse lisamisega dieeti on võimalik taastada lämmastiku tasakaal. Siiski ei ole. Sellise valgukoguse saamisel hakkab organism aminohappeid vähem tõhusalt kasutama, seega on lämmastiku tasakaalu taastamiseks vaja lisavalku.

Kui valgu kogus toidus ületab lämmastiku tasakaalu säilitamiseks vajaliku, siis näib, et sellest pole kahju. Üleliigseid aminohappeid kasutatakse lihtsalt energiaallikana. Eriti ilmekaks näiteks on eskimod, kes tarbivad vähe süsivesikuid ja umbes kümme korda rohkem valku, kui on vaja lämmastiku tasakaalu säilitamiseks. Enamasti pole aga valgu kasutamine energiaallikana kasulik, kuna antud kogusest süsivesikutest saad palju rohkem kaloreid kui samast kogusest valkudest. Vaestes riikides saab elanikkond vajalikke kaloreid süsivesikutest ja tarbib minimaalses koguses valku.

Kui organism saab vajaliku hulga kaloreid mittevalgutoodetena, siis minimaalne lämmastikutasakaalu hoidev valgu kogus on ca. 30 g päevas. Ligikaudu sama palju valku sisaldab neli viilu saia või 0,5 liitrit piima. Tavaliselt peetakse optimaalseks mitut. suur kogus; soovitatav 50-70 g.

Asendamatud aminohapped.

Seni on valku käsitletud tervikuna. Samal ajal peavad valkude sünteesi toimumiseks kehas olema kõik vajalikud aminohapped. Mõnda aminohapet on looma keha ise võimeline sünteesima. Neid nimetatakse asendatavateks, kuna neid ei pea toidus olema - on oluline, et üldiselt oleks lämmastikuallikana valgu tarbimine piisav; siis saab organism mitteasendamatute aminohapete nappuse korral neid sünteesida nende arvelt, mida leidub liigselt. Ülejäänud "asendamatuid" aminohappeid ei saa sünteesida ja need tuleb sisse võtta koos toiduga. Inimestele hädavajalikud on valiin, leutsiin, isoleutsiin, treoniin, metioniin, fenüülalaniin, trüptofaan, histidiin, lüsiin ja arginiin. (Kuigi arginiini saab organismis sünteesida, peetakse seda asendamatuks aminohappeks, sest vastsündinud ja kasvavad lapsed toodavad seda ebapiisavas koguses. Seevastu küpses eas inimese jaoks on osa nendest aminohapetest toidust saadud. võib muutuda valikuliseks.)

See asendamatute aminohapete loend on teistel selgroogsetel ja isegi putukatel ligikaudu sama. Valkude toiteväärtus määratakse tavaliselt kasvavatele rottidele söötmise ja loomade kaalutõusu jälgimise teel.

Valkude toiteväärtus.

Valgu toiteväärtuse määrab asendamatu aminohape, millest on kõige rohkem puudus. Illustreerime seda näitega. Meie keha valgud sisaldavad keskmiselt u. 2% trüptofaani (massi järgi). Oletame, et dieet sisaldab 10 g valku, mis sisaldab 1% trüptofaani ja selles on piisavalt muid asendamatuid aminohappeid. Meie puhul võrdub 10 g seda defektset valku sisuliselt 5 g täieliku valguga; ülejäänud 5 g saab olla ainult energiaallikas. Pange tähele, et kuna aminohappeid kehas praktiliselt ei säilitata ja valkude sünteesi toimumiseks peavad kõik aminohapped olema samaaegselt olemas, saab asendamatute aminohapete tarbimise mõju tuvastada ainult siis, kui need kõik sisenevad kehasse. keha samal ajal.

Enamiku loomsete valkude keskmine koostis on lähedane inimkeha valkude keskmisele koostisele, seega on ebatõenäoline, et meil tekib aminohapete vaegus, kui meie toidus on rikkalikult toiduaineid, nagu liha, munad, piim ja juust. Siiski on valke, nagu želatiin (kollageeni denaturatsiooni produkt), mis sisaldavad väga vähe asendamatuid aminohappeid. Taimsed valgud, kuigi nad on selles mõttes paremad kui želatiin, on ka asendamatute aminohapete poolest vaesed; eriti vähe neis lüsiini ja trüptofaani. Sellegipoolest ei ole puhtalt taimetoit sugugi kahjulik, välja arvatud juhul, kui tarbitakse veidi suuremas koguses taimseid valke, mis on piisavad, et varustada keha asendamatute aminohapetega. Enamik valke leidub taimedes seemnetes, eriti nisu ja erinevate kaunviljade seemnetes. Valgurikkad on ka noored võrsed, näiteks spargel.

Sünteetilised valgud toidus.

Lisades väikeses koguses sünteetilisi asendamatuid aminohappeid või nende poolest rikkaid valke mittetäielikele valkudele, näiteks maisivalkudele, on võimalik oluliselt tõsta viimaste toiteväärtust, s.t. suurendades seeläbi tarbitava valgu hulka. Teine võimalus on kasvatada baktereid või pärme naftasüsivesinikel, lisades lämmastikuallikana nitraate või ammoniaaki. Sel viisil saadud mikroobne valk võib olla kodulindude või kariloomade söödaks või inimestele otse tarbitav. Kolmas, laialdaselt kasutatav meetod kasutab mäletsejaliste füsioloogiat. Mäletsejalistel mao alglõigus nn. Vatsas elavad bakterite ja algloomade erivormid, mis muudavad defektsed taimsed valgud terviklikumateks mikroobseteks valkudeks, mis omakorda pärast seedimist ja imendumist loomseteks valkudeks. Karbamiidi, odavat sünteetilist lämmastikku sisaldavat ühendit, võib lisada loomasöödale. Vatsas elavad mikroorganismid kasutavad uurea lämmastikku, et muuta süsivesikud (mida on söödas palju rohkem) valkudeks. Umbes kolmandik kogu loomasöödas leiduvast lämmastikust võib tulla karbamiidi kujul, mis sisuliselt tähendab teatud määral keemilist valgusünteesi.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru

PEATÜKK 1. SISSEJUHATUS

Teated revolutsioonist bioloogias on nüüdseks muutunud üsna banaalseteks. Vaieldamatuks peetakse ka seda, et need revolutsioonilised muutused olid seotud teaduste kompleksi kujunemisega bioloogia ja keemia ristumiskohas, mille hulgas oli ja on kesksel kohal molekulaarbioloogia ja bioorgaaniline keemia.

"Molekulaarbioloogia on teadus, mille eesmärk on mõista elunähtuste olemust, uurides bioloogilisi objekte ja süsteeme tasemel, mis läheneb molekulaarsele tasemele ... elule iseloomulikud ilmingud ... on tingitud molekulide struktuurist, omadustest ja vastastikmõjust. bioloogiliselt olulised ained, eelkõige valgud ja nukleiinhapped ”

"Bioorgaaniline keemia on teadus, mis uurib aineid, mis on eluprotsesside aluseks ... peamised bioobjektid orgaaniline keemia biopolümeerid (valgud ja peptiidid, nukleiinhapped ja nukleotiidid, lipiidid, polüsahhariidid jne).

Sellest võrdlusest selgub, kui oluline on valkude uurimine kaasaegse bioloogia arengu jaoks.

bioloogia valkude biokeemia

PEATÜKK 2. VALGUUURINGUTE AJALUGU

2.1 Valgukeemia algstaadiumid

Valk oli keemiauuringute objektide hulgas 250 aastat tagasi. 1728. aastal sai Itaalia teadlane Jacopo Bartolomeo Beccari nisujahust esimese valgupreparaadi, gluteeni. Ta allutas gluteeni kuivdestilleerimisele ja veendus, et selle destilleerimise saadused oleksid aluselised. See oli esimene tõend taime- ja loomariigi ainete olemuse ühtsusest. Ta avaldas oma töö tulemused 1745. aastal ja see oli esimene valgu käsitlev artikkel.

XVIII aastal - XIX algus Taimset ja loomset päritolu valgulisi aineid on sajandeid korduvalt kirjeldatud. Selliste kirjelduste tunnuseks oli nende ainete lähendamine ja nende võrdlemine anorgaaniliste ainetega.

Oluline on märkida, et tol ajal, juba enne elementaaranalüüsi tulekut, oli ettekujutus, et erinevatest allikatest pärinevad valgud kujutavad endast sarnaste omadustega üksikute ainete rühma.

1810. aastal määrasid J. Gay-Lussac ja L. Tenard esmakordselt valguliste ainete elementaarse koostise. 1833. aastal tõestas J. Gay-Lussac, et lämmastik on valkudes tingimata olemas ja peagi näidati, et lämmastikusisaldus erinevates valkudes on ligikaudu sama. Samal ajal püüdis inglise keemik D. Dalton kujutada valguainete esimesi valemeid. Ta esindas neid üsna lihtsate ainetena, kuid nende individuaalsete erinevuste rõhutamiseks sama koostisega kasutas ta molekulide kujutamist, mida nüüd hakataks nimetama isomeerideks. Isomeeria mõistet Daltoni ajal aga veel ei eksisteerinud.

D. Daltoni valguvalemid

Tuletati esimesed valkude empiirilised valemid ja püstitati esimesed hüpoteesid nende koostise seaduspärasuste kohta. Niisiis arvas N. Lieberkün, et albumiini kirjeldatakse valemiga C 72 H 112 N 18 SO 22 ja A. Danilevsky, et selle valgu molekul on vähemalt suurusjärgu võrra suurem: C 726 H 1171 N 194 S 3 O 214.

Saksa keemik J. Liebig pakkus 1841. aastal välja, et loomsetel valkudel on analooge taimsete valkude hulgas: liblikõieliste proteiinide assimilatsioon loomakehas viis Liebigi sõnul sarnase valgu – kaseiini – kuhjumiseni. Eelstruktuurilise orgaanilise keemia üks levinumaid teooriaid oli radikaalide teooria, mis on seotud ainete muutumatud komponendid. 1836. aastal pakkus hollandlane G. Mulder, et kõik valgud sisaldavad sama radikaali, mida ta nimetas. valk (kreekakeelsest sõnast “ma võtan juhtpositsiooni”, “ma võtan esikoha”). Valk oli Mulderi sõnul koostisega Pr = C40H62N10O12. 1838. aastal avaldas G. Mulder valguteoorial põhinevad valguvalemid. Need olid nn. dualistlikud valemid, kus valguradikaal toimis positiivse rühmitusena ja väävli- või fosforiaatomid negatiivsena. Koos moodustasid nad elektriliselt neutraalse molekuli: vereseerumi valk Pr 10 S 2 P, fibriin Pr 10 SP. Kuid G. Mulderi andmete analüütiline kontrollimine, mille viisid läbi vene keemik Ljaskovskii ja Yu. Liebig, näitas, et "valguradikaale" ei eksisteeri.

Saksa teadlane F. Rose avastas 1833. aastal valkude biureedi reaktsiooni – praegusel ajal ühe peamise valguainete ja nende derivaatide värvusreaktsiooni (värvireaktsioonide kohta lähemalt lk 53). Samuti jõuti järeldusele, et see oli valgu suhtes kõige tundlikum reaktsioon, seega äratas see tol ajal keemikute enim tähelepanu.

19. sajandi keskel töötati välja arvukalt meetodeid valkude ekstraheerimiseks, puhastamiseks ja eraldamiseks neutraalsete soolade lahustes. 1847. aastal avastas K. Reichert valkude võime kristalle moodustada. 1836. aastal avastas T. Schwann pepsiini, ensüümi, mis lagundab valke. 1856. aastal avastas L. Corvisar veel ühe sarnase ensüümi – trüpsiini. Uurides nende ensüümide toimet valkudele, püüdsid biokeemikud lahti harutada seedimise saladust. Enim pälvisid aga tähelepanu protelüütiliste ensüümide (proteaasid, nende hulgas eelpool nimetatud ensüümid) toimel valkudele tekkinud ained: osa neist olid algsete valgumolekulide fragmendid (neid nimetati nn. peptoonid ), samas kui teisi proteaasid ei lõhustanud ja kuulusid sajandi algusest tuntud ühendite klassi - aminohapped (esimene aminohappe derivaat, asparagiinamiid, avastati 1806. aastal ja esimene aminohape, tsüstiin, 1810). Valkude koostises olevad aminohapped avastas esmakordselt 1820. aastal prantsuse keemik A. Braconno. Ta rakendas valgu happelist hüdrolüüsi ja leidis hüdrolüsaadist magusa aine, mida ta nimetas glütsiiniks. 1839. aastal tõestati leutsiini olemasolu valkudes ja 1849. aastal eraldas F. Bopp valgust veel ühe aminohappe – türosiini (valkudes leiduvate aminohapete avastamise kuupäevade täielik loetelu vt II lisast).

80ndate lõpuks. 19. sajandil eraldati valgu hüdrolüsaatidest juba 19 aminohapet ja aeglaselt hakkas tugevnema arvamus, et teave valgu hüdrolüüsi saaduste kohta kannab endas olulist teavet valgu molekuli struktuuri kohta. Kuid aminohappeid peeti asendamatud, kuid mitte valgu põhikomponendiks.

Seoses aminohapete avastustega valkude koostises Prantsuse teadlane P. Schutzenberger 70. a. XIX sajandil pakkus välja nn. ureide teooria valgu struktuurid. Selle järgi koosnes valgumolekul tsentraalsest tuumast, mille rolli täitis türosiini molekul, ja selle külge kinnitatud kompleksrühmadest (asendatud 4 vesinikuaatomit), mida kutsuti Schutzenbergeriks. leutsiinid . Siiski leidis hüpotees eksperimentaalselt väga nõrgalt kinnitust ja edasised uuringud osutusid ebajärjekindlaks.

2.2 "Süsinik-lämmastiku komplekside" teooria A.Ya. Danilevski

Algne teooria valgu struktuuri kohta väljendati 80ndatel. XIX sajandi vene biokeemik A. Ya. Danilevsky. Ta oli esimene keemik, kes juhtis tähelepanu valgumolekulide struktuuri võimalikule polümeersele olemusele. 70ndate alguses. ta kirjutas A.M-ile. Butlerov, et "albumiiniosakesed on segapolümeer", et valgu määratluse jaoks ei leia ta "sõnast polümeer laiemas tähenduses sobivamat terminit". Biureedi reaktsiooni uurides pakkus ta, et see reaktsioon on seotud katkendlike süsiniku- ja lämmastikuaatomite - N - C - N - C - N - struktuuriga, mis sisalduvad nn. karbonaaso T keeruline R "- NH - CO - NH - CO - R". Selle valemi põhjal arvas Danilevski, et valgu molekul sisaldab 40 sellist süsinik-lämmastiku kompleksi. Eraldi süsinik-lämmastiku kompleksid nägid Danilevski sõnul välja järgmised:

Danilevski sõnul võiks süsinik-lämmastiku kompleksid ühendada eeter- või amiidsidemega, et moodustada kõrgmolekulaarne struktuur.

2.3 "Kiriinide" teooria A. Kossel

Saksa füsioloog ja biokeemik A. Kossel avastas protamiine ja histoone ehk suhteliselt lihtsaid valke uurides, et nende hüdrolüüsi käigus tekib suur hulk arginiini. Lisaks avastas ta hüdrolüsaadi koostisest tollal tundmatu aminohappe – histidiini. Selle põhjal tegi Kossel ettepaneku, et neid valguaineid võib pidada keerukamate valkude üheks lihtsaimaks mudeliks, mis on tema arvates üles ehitatud järgmise põhimõtte järgi: arginiin ja histidiin moodustavad tsentraalse tuuma (“protamiini tuuma”), mis on ümbritsetud teiste aminohapete kompleksidega.

Kosseli teooria oli kõige täiuslikum näide valkude killustatud struktuuri hüpoteesi arendamise kohta (esimese ettepaneku, nagu eespool mainitud, G. Mulder). Seda hüpoteesi kasutas 20. sajandi alguses saksa keemik M. Siegfried. Ta uskus, et valgud koosnevad aminohapete kompleksidest (arginiin + lüsiin + glutamiinhape), mida ta nimetas kirinami (kreeka keelest "kyrios" põhi). See hüpotees püstitati aga 1903. aastal, mil E. Fisher aktiivselt oma peptiiditeooria , mis andis võtme valkude struktuuri mõistatusse.

2.4 Peptiiditeooria E. Fisher

Saksa keemik Emil Fischer, kes oli puriiniühendite (kofeiinirühma alkaloidide) uuringute ja suhkrute struktuuri dešifreerimise poolest juba kuulus kogu maailmas, lõi peptiiditeooria, mis leidis suures osas kinnitust praktikas ja pälvis oma eluajal universaalse tunnustuse. mille eest pälvis ta keemiaajaloo teise Nobeli preemia.auhinnad (esimese sai Ya.G. Van't Hoff).

Oluline on, et Fisher koostas uurimisplaani, mis erineb järsult varem tehtust, kuid võtab arvesse kõiki tol ajal teadaolevaid fakte. Esiteks tunnistas ta kõige tõenäolisemaks hüpoteesiks, et valgud on üles ehitatud amiidsidemega ühendatud aminohapetest:

Fisher nimetas seda tüüpi sidemeid (analoogiliselt peptoonidega) peptiid . Ta pakkus, et valgud on peptiidsidemetega seotud aminohapete polümeerid . Valkude struktuuri polümeerse olemuse ideed, nagu hästi teada, väljendasid Danilevsky ja Hert, kuid nad uskusid, et "monomeerid" on väga keerulised moodustised - peptoonid või "süsinik-lämmastiku kompleksid".

Aminohappejääkide ühendi peptiiditüübi tõestamine. E. Fisher lähtus järgmistest tähelepanekutest. Esiteks tekkisid nii valkude hüdrolüüsil kui ka nende ensümaatilisel lagunemisel erinevad aminohapped. Teisi ühendeid oli äärmiselt raske kirjeldada ja veelgi raskem saada. Lisaks teadis Fischer, et valkudel ei ole ülekaalus ei happelisi ega aluselisi omadusi, mis tähendab, et aminohapete koostises olevad amino- ja karboksüülrühmad valgumolekulides on suletud ja justkui varjavad üksteist ( valkude amfoteersus, nagu praegu öeldakse).

Fisher jagas valgu struktuuri probleemi lahenduse, taandades selle järgmistele sätetele:

Valkude täieliku hüdrolüüsi saaduste kvalitatiivne ja kvantitatiivne määramine.

Nende lõpptoodete struktuuri kindlaksmääramine.

Aminohappepolümeeride süntees amiid- (peptiid) tüüpi ühenditega.

Sel viisil saadud ühendite võrdlus looduslike valkudega.

Sellest plaanist on näha, et Fisher kasutas esimest korda analoogia alusel tõestamise viisina uut metodoloogilist lähenemist - mudelühendite sünteesi.

2.5 Aminohapete sünteesi meetodite väljatöötamine

Peptiidsidemega ühendatud aminohapete derivaatide sünteesi jätkamiseks tegi Fischer palju tööd aminohapete struktuuri ja sünteesi uurimisel.

Enne Fischerit oli aminohapete sünteesi üldine meetod A. Streckeri tsüanohüdriini süntees:

Streckeri reaktsiooni järgi oli võimalik sünteesida alaniini, seriini ja mõningaid teisi aminohappeid ning selle modifikatsiooni (Zelinsky-Stadnikovi reaktsioon) järgi nii -aminohappeid kui ka nende N-asendatud aminohappeid.

Fischer ise püüdis aga välja töötada meetodid kõigi tollal tuntud aminohapete sünteesiks. Ta leidis, et Streckeri meetod ei ole piisavalt universaalne. Seetõttu tuli E. Fischeril otsida üldist meetodit aminohapete, sealhulgas komplekssete kõrvalradikaalidega aminohapete sünteesiks.

Ta tegi ettepaneku amiinida bromo-asendatud asendis karboksüülhapped. Bromoderivaatide saamiseks kasutas ta näiteks leutsiini, arüülitud või alküülitud maloonhappe sünteesil:

Kuid E. Fisheril ei õnnestunud luua absoluutselt universaalset meetodit. Samuti on välja töötatud usaldusväärsemad reaktsioonid. Näiteks Fisheri õpilane G. Lakes pakkus seriini saamiseks välja järgmise modifikatsiooni:

Fisher tõestas ka, et valgud koosnevad optiliselt aktiivsetest aminohappejääkidest (vt lk 11). See sundis teda välja töötama optiliselt aktiivsete ühendite uue nomenklatuuri, aminohapete optiliste isomeeride eraldamise ja sünteesi meetodid. Fisher jõudis ka järeldusele, et valgud sisaldavad optiliselt aktiivsete aminohapete L-vormide jääke ja ta tõestas seda esmalt diastereoisomerismi põhimõtet kasutades. See põhimõte oli järgmine: ratseemilise aminohappe N-atsüülderivaadile lisati optiliselt aktiivne alkaloid (brutsiin, strühniin, tsinhoniin, kinidiin, kiniin). Selle tulemusena moodustus kaks erineva lahustuvusega stereoisomeerset soolade vormi. Pärast nende diastereoisomeeride eraldamist saadi alkaloid tagasi ja atsüülrühm eemaldati hüdrolüüsiga.

Fischer suutis välja töötada meetodi aminohapete täielikuks määramiseks valkude hüdrolüüsi saadustes: ta muutis aminohapete vesinikkloriidestrid kontsentreeritud leelisega külmas töötlemisel vabadeks estriteks, mis ei seebistunud märgatavalt. Seejärel teostati nende eetrite segu fraktsioneeriva destilleerimisega ja üksikud aminohapped eraldati saadud fraktsioonidest fraktsioneeriva kristallimise teel.

Uus analüüsimeetod mitte ainult ei kinnitanud lõplikult, et valgud koosnevad aminohappejääkidest, vaid võimaldas täpsustada ja täiendada valkudes leiduvate aminohapete loetelu. Kuid ikkagi ei suutnud kvantitatiivsed analüüsid vastata põhiküsimusele: millised on valgumolekuli struktuuri põhimõtted. Ja E. Fisher sõnastas ühe peamise ülesande valkude struktuuri ja omaduste uurimisel: arengu eksperimentaalne memeetodid selliste ühendite sünteesimiseks, mille põhikomponendid on aminohappedOolete ühendatud peptiidsidemega.

Seega seadis Fisher mittetriviaalse ülesande – sünteesida uus ühendite klass, et teha kindlaks nende struktuuri põhimõtted.

Fisher lahendas selle probleemi ja keemikud said veenvaid tõendeid selle kohta, et valgud on peptiidsidemega ühendatud aminohapete polümeerid:

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

Seda seisukohta toetasid biokeemilised tõendid. Teel selgus, et proteaasid ei hüdrolüüsi kõiki aminohapete vahelisi sidemeid ühesuguse kiirusega. Nende võimet peptiidsidet lõhustada mõjutasid aminohapete optiline konfiguratsioon, aminorühma lämmastiku juures olevad asendajad, peptiidahela pikkus ja selles sisalduvate jääkide komplekt.

Peptiiditeooria peamiseks tõestuseks oli mudelpeptiidide süntees ja nende võrdlemine valgu hüdrolüsaadi peptoonidega. Tulemused näitasid, et valgu hüdrolüsaatidest eraldati sünteesitutega identsed peptiidid.

Nende uuringute käigus töötas E.Fischer ja tema õpilane E.Abdergalden esimest korda välja meetodi valgu aminohappejärjestuse määramiseks. Selle olemus oli teha kindlaks vaba aminorühma (N-terminaalne aminohape) sisaldava polüpeptiidi aminohappejäägi olemus. Selleks tegid nad ettepaneku blokeerida peptiidi aminoots naftaleen-sulfonüülrühmaga, mis hüdrolüüsi käigus ei lõhustu. Sellise rühmaga märgistatud aminohappe hüdrolüsaadist eraldamisel oli võimalik määrata, milline aminohapetest oli N-otsa.

Pärast E. Fisheri uurimistööd sai selgeks, et valgud on polüpeptiidid. See oli oluline saavutus, sealhulgas valgusünteesi ülesannete puhul: sai selgeks, mida täpselt vaja sünteesida. Alles pärast neid töid omandas valgusünteesi probleem teatud suuna ja vajaliku ranguse.

Rääkides Fisheri loomingust tervikuna, tuleb märkida, et uurimiskäsitlus ise oli pigem saabuvale 20. sajandile omane – see opereeris laia teoreetiliste seisukohtade ja metodoloogiliste võtetega; tema sünteesid nägid üha vähem välja intuitsioonil kui täpsetel teadmistel põhineva kunstina ja lähenesid rea täpsete, peaaegu tehnoloogiliste seadmete loomisele.

2. 6 Peptiiditeooria kriis

Seoses uute füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste uurimismeetodite kasutamisega 20. aastate alguses. 20. sajandil oli kahtlusi, et valgumolekul on pikk polüpeptiid ahel. Hüpoteesi peptiidahelate kompaktse voltimise võimaluse kohta suhtuti skeptiliselt. Kõik see nõudis E. Fisheri peptiiditeooria läbivaatamist.

20-30ndatel. Diketopiperasiini teooria on laialdaselt omaks võetud. Selle järgi on valgu struktuuri ülesehitamisel keskne roll diketopiperaasi tsüklitel, mis tekivad kahe aminohappejäägi tsükliseerumisel. Samuti eeldati, et need struktuurid moodustavad molekuli keskse tuuma, mille külge on kinnitatud lühikesed peptiidid või aminohapped (põhistruktuuri tsüklilise skeleti "täiteained"). Kõige veenvamad skeemid diketopiperasiinide osalemiseks valgu struktuuri konstrueerimisel esitasid N. D. Zelinsky ja E. Fisheri õpilased.

Diketopiperasiine sisaldavate mudelühendite sünteesimise katsed andsid aga valgukeemiale vähe kasu; hiljem võitis peptiiditeooria, kuid neil töödel oli piperasiinide keemiale üldiselt stimuleeriv mõju.

Pärast peptiidi ja diketopiperaasi teooriaid jätkati katseid tõestada ainult peptiidstruktuuride olemasolu valgu molekulis. Samal ajal püüdsid nad ette kujutada mitte ainult molekuli tüüpi, vaid ka selle üldjooni.

Algse hüpoteesi väljendas Nõukogude keemik D.L. Talmud. Ta tegi ettepaneku, et valgumolekulide koostises olevad peptiidahelad volditakse suurteks rõngasteks, mis omakorda oli samm tema valgugloobuli idee loomise suunas.

Samal ajal ilmusid andmed, mis viitasid erinevatele valkude aminohapete erinevale komplektile. Kuid mustrid, mis reguleerivad aminohapete järjestust valgu struktuuris, ei olnud selged.

M. Bergman ja K. Niemann olid esimesed, kes püüdsid sellele küsimusele vastata oma “vahelduvate sageduste” hüpoteesis. Selle järgi allus aminohappejääkide järjestus valgu molekulis arvulistele mustritele, mille alused olid tuletatud siidfibroiini valgu molekuli struktuuri põhimõtetest. Kuid see valik oli ebaõnnestunud, sest. see valk on fibrillaarne, samas kui globulaarsete valkude struktuur järgib täiesti erinevaid mustreid.

M. Bergmani ja K. Niemani järgi esineb iga aminohape polüpeptiidahelas teatud intervalliga või, nagu M. Bergman ütles, omab teatud "perioodilisust". Selle perioodilisuse määrab aminohappejääkide olemus.

Nad kujutasid siidist fibroiini molekuli ette järgmiselt:

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyArg GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 12

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyArg

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 13

Bergmani-Niemanni hüpoteesil oli oluline mõju aminohapete keemia arengule, selle kontrollimisele pühendati suur hulk töid.

Selle peatüki lõpetuseks tuleb märkida, et XX sajandi keskpaigaks. on kogutud piisavalt tõendeid peptiiditeooria paikapidavuse kohta, selle peamisi sätteid on täiendatud ja täpsustatud. Seetõttu valguuuringute keskus 20. sajandil. on juba valdkond, kus uuritakse ja otsitakse kunstlike vahenditega valkude sünteesi meetodeid. See probleem lahendati edukalt, töötati välja usaldusväärsed meetodid valgu primaarstruktuuri - peptiidahela aminohapete järjestuse määramiseks, ebaregulaarsete polüpeptiidide keemilise (abiogeense) sünteesi meetodid (neid meetodeid käsitletakse üksikasjalikumalt peatükis 8, lk 36), sealhulgas meetodid polüpeptiidide automaatseks sünteesiks. See võimaldas juba 1962. aastal Inglise suurimal keemikul F. Sengeril hormooninsuliini struktuuri dešifreerida ja kunstlikult sünteesida, mis tähistas uut ajastut funktsionaalsete valkude polüpeptiidide sünteesis.

PEATÜKK 3. VALKUDE KEEMILINE KOOSTIS

3.1 Peptiidside

Valgud on α-aminohappe jääkidest üles ehitatud ebaregulaarsed polümeerid, mille üldvalemiks vesilahuses neutraalse lähedase pH väärtuse juures võib kirjutada NH 3 + CHRCOO - . Valkudes olevad aminohappejäägid on omavahel seotud amiidsidemega α-amino- ja β-karboksüülrühmade vahel. Peptiidside vahel kaks-aminohappejääke nimetatakse tavaliselt peptiidside , ja polümeere, mis on ehitatud peptiidsidemetega ühendatud α-aminohappe jääkidest, nimetatakse polüpeptiidid. Valk kui bioloogiliselt oluline struktuur võib olla kas üksik polüpeptiid või mitu polüpeptiidi, mis moodustavad mittekovalentsete interaktsioonide tulemusena ühe kompleksi.

3.2 Valkude elementaarne koostis

Valkude keemilist koostist uurides tuleb esiteks välja selgitada, millistest keemilistest elementidest need koosnevad, ja teiseks nende monomeeride struktuur. Esimesele küsimusele vastamiseks määratakse valgu keemiliste elementide kvantitatiivne ja kvalitatiivne koostis. Keemiline analüüs näitas esineb kõigis valkudes süsinik (50-55%), hapnik (21-23%), lämmastik (15-17%), vesinik (6-7%), väävel (0,3-2,5%). Üksikute valkude koostises leidus ka fosforit, joodi, rauda, ​​vaske ja mõningaid teisi makro- ja mikroelemente, erinevates, sageli väga väikestes kogustes.

Peamiste keemiliste elementide sisaldus valkudes võib varieeruda, välja arvatud lämmastik, mille kontsentratsiooni iseloomustab suurim püsivus ja see on keskmiselt 16%. Lisaks on teiste orgaaniliste ainete lämmastikusisaldus madal. Vastavalt sellele tehti ettepanek määrata valgu kogus selle koostises oleva lämmastiku järgi. Teades, et 6,25 g valgus sisaldab 1 g lämmastikku, korrutatakse leitud lämmastiku kogus koefitsiendiga 6,25 ja saadakse valgu kogus.

Valgu monomeeride keemilise olemuse määramiseks on vaja lahendada kaks ülesannet: eraldada valk monomeerideks ja selgitada välja nende keemiline koostis. Valgu lagunemine selle koostisosadeks saavutatakse hüdrolüüsi teel – valgu pikaajaline keetmine tugevate mineraalhapetega. (happe hüdrolüüs) või põhjustel (leeliseline hüdrolüüs). Kõige sagedamini kasutatakse 24-tunnist keetmist HCl-ga temperatuuril 110 C. Järgmises etapis eraldatakse hüdrolüsaadi moodustavad ained. Sel eesmärgil kasutatakse erinevaid meetodeid, kõige sagedamini kromatograafiat (üksikasju vt peatükist "Uurimismeetodid ..."). Eraldatud hüdrolüsaatide põhiosa moodustavad aminohapped.

3.3. Aminohapped

Praegu on erinevatest eluslooduse objektidest leitud kuni 200 erinevat aminohapet. Inimese kehas on neid näiteks umbes 60. Valgud sisaldavad aga ainult 20 aminohapet, mida mõnikord nimetatakse ka looduslikeks.

Aminohapped on orgaanilised happed, milles vesinikuaatom - süsinikuaatom on asendatud aminorühmaga - NH2. Seetõttu on need keemilise olemuselt aminohapped üldvalemiga:

Sellest valemist on näha, et kõigi aminohapete koostis sisaldab järgmisi üldrühmi: - CH 2 - NH 2 - COOH. Külgahelad (radikaalid - R) aminohapped erinevad. Nagu I lisast näha, on radikaalide keemiline olemus mitmekesine: vesinikuaatomist tsükliliste ühenditeni. Just radikaalid määravad aminohapete struktuursed ja funktsionaalsed omadused.

Kõigil aminohapetel, välja arvatud kõige lihtsam aminoäädikhappe glütsiin (NH 3 + CH 2 COO), on kiraalne aatom C ja need võivad esineda kahe enantiomeeri (optiliste isomeeride) kujul:

Kõik praegu uuritavad valgud sisaldavad ainult L-seeria aminohappeid, milles, kui arvestada kiraalset aatomit H-aatomi poolelt, paiknevad NH 3 +, COO rühmad ja R-radikaal päripäeva. Vajadus ehitada rangelt määratletud enantiomeerist bioloogiliselt oluline polümeeri molekul on ilmne – kahe enantiomeeri ratseemilise seguga saaks kujuteldamatult keeruka diastereoisomeeride segu. Küsimus, miks elu Maal põhineb valkudel, mis on ehitatud just L-, mitte D-aminohapetest, jääb endiselt intrigeerivaks mõistatuseks. Tuleb märkida, et D-aminohapped on looduses üsna laialt levinud ja lisaks on nad osa bioloogiliselt olulistest oligopeptiididest.

Valgud on ehitatud kahekümnest aluselisest α-aminohappest, kuid ülejäänud, üsna mitmekesised aminohapped, moodustuvad neist 20 aminohappejäägist juba valgu molekuli koostises. Nende teisenduste hulgas tuleb eelkõige märkida formatsiooni disulfiidsillad kahe tsüsteiinijäägi oksüdeerimisel juba moodustunud peptiidahelate koostises. Selle tulemusena moodustub kahest tsüsteiinijäägist diaminodikarboksüülhappe jääk tsüstiin (Vt I lisa). Sel juhul toimub ristsidumine kas ühe polüpeptiidahela sees või kahe erineva ahela vahel. Väikese valguna, millel on kaks disulfiidsildadega ühendatud polüpeptiidahelat, samuti ristsidemed ühes polüpeptiidahelas:

Oluline näide aminohappejääkide muutmisest on proliinijääkide muutmine jääkideks hüdroksüproliin :

See transformatsioon toimub olulisel määral sidekoe olulise valgukomponendi moodustumise ajal - kollageen .

Teine väga oluline valgu modifitseerimise tüüp on seriini, treoniini ja türosiini jääkide hüdroksorühmade fosforüülimine, näiteks:

Vesilahuses olevad aminohapped on radikaale moodustavate amino- ja karboksüülrühmade dissotsiatsiooni tõttu ioniseeritud olekus. Teisisõnu, need on amfoteersed ühendid ja võivad eksisteerida kas hapetena (prootonidoonorid) või alustena (doonori aktseptorid).

Kõik aminohapped on sõltuvalt struktuurist jagatud mitmeks rühmaks:

Atsükliline. Monoaminomonokarboksüülaminohapped nende koostises on üks amiin- ja üks karboksüülrühm, vesilahuses on nad neutraalsed. Mõnel neist on ühised struktuurilised tunnused, mis võimaldab neid koos käsitleda:

Glütsiin ja alaniin. Glütsiin (glükokool ehk aminoäädikhape) on optiliselt inaktiivne – see on ainus aminohape, millel puuduvad enantiomeerid. Glütsiin osaleb nukleiinide ja sapi moodustumisel - t, heem, on vajalik toksiliste saaduste neutraliseerimiseks maksas. Alaniini kasutab organism erinevates süsivesikute ja energia ainevahetuse protsessides. Selle isomeer - alaniin on pantoteense vitamiini lahutamatu osa, koensüüm A (CoA), lihaseid ekstraheerivad ained.

Seriin ja treoniin. Need kuuluvad hüdrohüdroksühapete rühma, kuna. sisaldavad hüdroksüülrühma. Seriin on osa erinevatest ensüümidest, piima põhivalgust - kaseiinist, aga ka paljudest lipoproteiinidest. Treoniin osaleb valkude biosünteesis, olles asendamatu aminohape.

tsüsteiin ja metioniin. Väävliaatomit sisaldavad aminohapped. Tsüsteiini väärtuse määrab sulfhüdrüülrühma (-SH) olemasolu selle koostises, mis annab sellele võime kergesti oksüdeeruda ja kaitsta keha kõrge oksüdatsioonivõimega ainete eest (kiirguskahjustuse korral fosfor mürgistus). Metioniini iseloomustab kergesti liikuva metüülrühma olemasolu, mida kasutatakse organismis oluliste ühendite (koliin, kreatiin, tümiin, adrenaliin jne) sünteesiks.

Valiin, leutsiin ja isoleutsiin. Need on hargnenud aminohapped, mis osalevad aktiivselt ainevahetuses ja mida kehas ei sünteesita.

Monoaminodikarboksüülaminohapped sisaldavad ühte amino- ja kahte karboksüülrühma ning annavad vesilahuses happelise reaktsiooni. Nende hulka kuuluvad asparagiin ja glutamiin, asparagiin ja glutamiin. Need on osa närvisüsteemi inhibeerivatest vahendajatest.

Diaminomonokarboksüülaminohapped vesilahuses on leeliseline reaktsioon kahe amiinirühma olemasolu tõttu. Nendega seoses on lüsiin vajalik histoonide sünteesiks ja ka mitmetes ensüümides. Arginiin osaleb uurea, kreatiini sünteesis.

Tsükliline. Nendel aminohapetel on oma koostiselt aromaatne või heterotsükliline tuum ja reeglina ei sünteesita neid inimkehas ning neid tuleb varustada toiduga. Nad osalevad aktiivselt mitmesugustes ainevahetusprotsessides. Seega on fenüülalaniin türosiini sünteesi peamine allikas - mitmete bioloogiliselt oluliste ainete eelkäija: hormoonid (türoksiin, adrenaliin), mõned pigmendid. Trüptofaan on lisaks valkude sünteesis osalemisele PP-vitamiini, serotoniini, trüptamiini ja paljude pigmentide komponent. Histidiin on vajalik valkude sünteesiks, on histamiini eelkäija, mis mõjutab vererõhku ja maomahla sekretsiooni.

PEATÜKK 4. STRUKTUUR

Valkude koostist uurides selgus, et need kõik on ehitatud ühe põhimõtte järgi ja neil on neli organiseerituse taset: esmane, sekundaarne, tertsiaarne, ja mõned neist Kvaternaar struktuurid.

4.1 Esmane struktuur

See on lineaarne aminohapete ahel, mis on paigutatud kindlasse järjestusse ja on omavahel ühendatud peptiidsidemetega. Peptiidside moodustuvad ühe aminohappe -karboksüülrühmast ja teise -amiinrühmast:

Karbonüülrühma p, -konjugatsioon -sideme ja lämmastiku aatomi p-orbitaalist tulenevat peptiidsidet, millel paikneb jagamata elektronide paar, ei saa käsitleda ühtsena ja pöörlemine ümber praktiliselt puudub. seda. Samal põhjusel on peptiidahela mis tahes i-nda aminohappejäägi kiraalne aatom C ja karbonüülaatom Ck ning (i+1)-nda jäägi N- ja C-aatomid samas tasapinnas. Karbonüül-O-aatom ja amiidi H-aatom asuvad samal tasapinnal (valkude struktuuri uurimisel kogunenud materjal näitab aga, et see väide ei ole päris range: peptiidi lämmastikuaatomiga seotud aatomid ei asu Sellega samal tasapinnal, kuid moodustavad kolmetahulise püramiidi, mille sidemetevahelised nurgad on väga lähedased 120-le. moodustatud aatomitest C i , C i k , O i ja N i +1 , H i +1 , C i +1 on 0-st erinev nurk. Kuid reeglina ei ületa see 1 ja ei mängi erilist rolli ). Seetõttu võib geomeetriliselt polüpeptiidahelat pidada moodustatuks sellistest lamedast fragmentidest, millest igaüks sisaldab kuus aatomit. Nende fragmentide vastastikune paigutus, nagu iga kahe tasapinna vastastikune paigutus, tuleb määrata kahe nurga järgi. Sellisena on tavaks võtta väändenurki, mis iseloomustavad pöördeid ümber N C ja C C k -sidemete.

Mis tahes molekuli geomeetria määravad selle keemiliste sidemete kolm geomeetriliste omaduste rühma - sideme pikkused, sidenurgad ja väändenurgad naaberaatomitega külgnevate sidemete vahel. Esimesed kaks rühma määravad otsustaval määral osalevate aatomite olemus ja moodustunud sidemed. Seetõttu määravad polümeeride ruumilise struktuuri peamiselt molekulide polümeerse karkassi lülide vahelised väändenurgad, s.o. polümeeri ahela konformatsioon. See R iooni nurk , st. A-B ühenduse pöördenurk B-C ühenduse ümber C-ühenduse suhtesD, on defineeritud kui nurk aatomeid A, B, C ja aatomeid sisaldavate tasandite vahelB, C, D.

Sellises süsteemis on võimalik, et A-B ja C-D sidemed paiknevad paralleelselt ja asuvad B-C sidemega samal küljel. Kui arvestada seda süsteemi möödaIzi B-C, siis ühendus A-B justkui varjab ühendustC- D, nii nimetatakse seda konformatsioonisvaetsyavarjatud. Vastavalt rahvusvaheliste keemiaühenduste IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ja IUB (Rahvusvaheline Biokeemia Liit) soovitustele loetakse ABC ja BCD tasandite vahelist nurka positiivseks, kui konformatsiooni viimiseks varjatud olek, keerates läbi kuni 180 nurga, tuleb vaatlejaühendusele lähimat pöörata päripäeva. Kui seda sidet tuleb varjatud konformatsiooni saamiseks pöörata vastupäeva, loetakse nurk negatiivseks. On näha, et see definitsioon ei sõltu sellest, milline sidemetest on vaatlejale lähemal.

Sel juhul, nagu jooniselt näha, on aatomeid C i -1 ja C i sisaldava fragmendi orientatsioon [(i-1)th fragment] ning aatomeid C i ja C i +1 sisaldava fragmendi orientatsioon. ( i-s fragment) määratakse pöördenurkadega, mis vastavad pöördele ümber sideme N i C i ja sideme C i C i k . Neid nurki tähistatakse tavaliselt kui ja antud juhul vastavalt i ja i. Nende väärtused polüpeptiidahela kõigi monomeerühikute jaoks määravad peamiselt selle ahela geomeetria. Iga nurga või nende kombinatsioonide väärtusel ei ole ühemõttelisi väärtusi, kuigi mõlemale on kehtestatud piirangud, mis on määratud nii peptiidifragmentide endi omadustest kui ka külgradikaalide olemusest, st. aminohappejääkide olemus.

Praeguseks on aminohappejärjestused loodud mitme tuhande erineva valgu jaoks. Valkude struktuuri registreerimine üksikasjalike struktuurivalemite kujul on tülikas ja mitte visuaalne. Seetõttu kasutatakse lühendatud kirjutamisvormi - kolmetähelist või ühetähelist (vasopressiini molekul):

Aminohappejärjestuse kirjutamisel polüpeptiid- või oligopeptiidahelates, kasutades lühendatud sümboleid, eeldatakse, kui pole teisiti märgitud, et α-aminorühm on vasakul ja α-karboksüülrühm on paremal. Polüpeptiidahela vastavaid lõike nimetatakse N-otsateks (amiiniots) ja C-otsaks (karboksüülots) ning aminohappejääke vastavalt N-terminaalseteks ja C-otsateks.

4.2 Teisene struktuur

Polümeeri karkassi perioodilise struktuuriga biopolümeeri ruumilise struktuuri fragmente käsitletakse sekundaarse struktuuri elementidena.

Kui teatud ahela lõigu ulatuses on sama tüüpi nurgad, mida mainiti lk 15, ligikaudu samad, siis polüpeptiidahela struktuur omandab perioodilisuse. Selliseid struktuure on kahte klassi - spiraalsed ja venitatud (tasane või volditud).

Spiraal vaadeldakse struktuuri, milles kõik sama tüüpi aatomid asuvad samal heeliksil. Sel juhul loetakse spiraal õigeks, kui piki spiraali telge vaadeldes liigub see vaatlejast päripäeva ja vasakule - kui see eemaldub vastupäeva. Polüpeptiidahelal on spiraalne konformatsioon, kui kõik C-aatomid on ühel spiraalil, kõik karbonüülaatomid Ck - teisel, kõik N-aatomid - kolmandal ja kõigi kolme aatomirühma spiraali samm peaks olema sama. Aatomite arv heeliksi ühe pöörde kohta peaks samuti olema sama, olenemata sellest, kas me räägime aatomitest C k , C või N. Kõigi nende kolme tüüpi aatomite kaugus ühisheeliksist on erinev.

Valkude sekundaarstruktuuri põhielemendid on -heeliksid ja -voldid.

Spiraalsed valgustruktuurid. Polüpeptiidahelate jaoks on teada mitut erinevat tüüpi heliksid. Nende hulgas on kõige levinum parempoolne spiraal. Ideaalse heeliksi samm on 0,54 nm ja sama tüüpi aatomite arv spiraali pöörde kohta on 3,6, mis tähendab täielikku perioodilisust spiraali viiel pöördel iga 18 aminohappejäägi järel. Ideaalse α-heeliksi väändenurkade väärtused = -57 = -47 ja kaugused polüpeptiidahelat moodustavatest aatomitest spiraali teljeni on 0,15 nm N, 0,23 nm C ja 0,17 nm C k jaoks. Igasugune konformatsioon on olemas tingimusel, et on olemas seda stabiliseerivad tegurid. Heeliksi puhul on sellisteks teguriteks (i + 4) fragmendi iga karbonüülaatomi poolt moodustatud vesiniksidemed. Oluline tegur α-heeliksi stabiliseerimisel on ka peptiidsidemete dipoolmomentide paralleelne orientatsioon.

Volditud valgu struktuurid. Üks levinumaid valgu volditud perioodilise struktuuri näiteid on nn. -voldid, mis koosneb kahest fragmendist, millest kumbki on esindatud polüpeptiidiga.

Voldid stabiliseeritakse ka vesiniksidemetega ühe fragmendi amiinrühma vesinikuaatomi ja teise fragmendi karboksüülrühma hapnikuaatomi vahel. Sel juhul võivad fragmendid olla üksteise suhtes nii paralleelse kui ka antiparalleelse orientatsiooniga.

Sellistest koostoimetest tulenev struktuur on gofreeritud struktuur. See mõjutab väändenurkade väärtusi ja. Kui lamedas, täielikult venitatud struktuuris peaksid need olema 180, siis tegelikes β-kihtides on nende väärtused = - 119 ja = + 113. lõik, mille struktuur erineb järsult perioodilisest.

4.2.1 Sekundaarse struktuuri teket mõjutavad tegurid

Polüpeptiidahela teatud lõigu struktuur sõltub sisuliselt molekuli kui terviku struktuurist. Teatud sekundaarse struktuuriga alade teket mõjutavad tegurid on väga mitmekesised ja sugugi mitte kõigil juhtudel täielikult välja selgitatud. On teada, et mitmed aminohappejäägid esinevad eelistatult α-spiraalsetes fragmentides, mitmed teised - α-voltidena, mõned aminohapped - peamiselt piirkondades, kus puudub perioodiline struktuur. Sekundaarse struktuuri määrab suuresti esmane struktuur. Mõnel juhul võib sellise sõltuvuse füüsikalist tähendust mõista ruumilise struktuuri stereokeemilise analüüsi põhjal. Näiteks, nagu jooniselt näha, ei koonda -heeliksisse mitte ainult piki ahelat külgnevate aminohappejääkide külgradikaalid, vaid ka mõned jääkide paarid, mis asuvad heeliksi külgnevatel pööretel, esiteks iga (i + 1) jääk (i + 4) -ndaga ja (i + 5) -ndaga. Seetõttu esineb positsioonides (i + 1) ja (i + 2), (i + 1) ja (i + 4), (i + 1) ja (i + 5) -heeliksis harva korraga kahte mahukat radikaali, näiteks nagu näiteks türosiini, trüptofaani, isoleutsiini kõrvalradikaalidena. Veelgi vähem ühildub heeliksi struktuuriga kolme põhijäägi samaaegne olemasolu positsioonides (i+1), (i+2) ja (i+5) või (i+1), (i+4) ja (i+). 5). Seetõttu on sellised aminohapete kombinatsioonid α-spiraalsetes fragmentides haruldased erandid.

4.3 Tertsiaarne struktuur

See termin tähistab kogu polüpeptiidahela täielikku voltimist ruumis, sealhulgas külgmiste radikaalide voltimist. Tertsiaarsest struktuurist annavad täieliku pildi valgu kõigi aatomite koordinaadid. Tänu röntgendifraktsioonianalüüsi tohutule edule on selliseid andmeid, välja arvatud vesinikuaatomite koordinaadid, saadud märkimisväärse hulga valkude kohta. Tegemist on tohutute infohulkadega, mida hoitakse spetsiaalsetes andmepankades masinloetaval andmekandjal ja nende töötlemine on mõeldamatu ilma kiirete arvutite kasutamiseta. Arvutites saadud aatomite koordinaadid annavad täielik teave polüpeptiidahela geomeetria, sealhulgas väändenurkade väärtuste kohta, mis võimaldab paljastada spiraalse struktuuri, volte või ebakorrapäraseid fragmente. Sellise uurimismeetodi näide on järgmine fosfoglütseraatkinaasi ensüümi struktuuri ruumimudel:

Fosfoglütseraatkinaasi struktuuri üldskeem. Selguse huvides on α-spiraalsed sektsioonid esitatud silindritena ja α-voldid lintidena, millel on nool, mis näitab ahela suunda N-otsast C-otsani. Jooned on ebakorrapärased lõigud, mis ühendavad struktureeritud fragmente.

Pilt isegi väikese valgu molekuli terviklikust struktuurist tasapinnal, olgu see siis raamatu lehekülg või kuvar, ei ole objekti ülikeerulise ehituse tõttu kuigi informatiivne. Selleks, et uurijal oleks võimalik visualiseerida kompleksainete molekulide ruumilist struktuuri, kasutatakse kolmemõõtmelisi meetodeid. arvutigraafika, mis võimaldab kuvada molekulide üksikuid osi ja nendega manipuleerida, eelkõige pöörata neid õige nurga all.

Tertsiaarne struktuur moodustub polüpeptiidahela α-heeliseid ja volte raamivate kõrvalradikaalide mittekovalentsete interaktsioonide (elektrostaatilised, ioonilised, van der Waalsi jõud jne) tulemusena. Tertsiaarset struktuuri omavate võlakirjade hulgas tuleks märkida:

a) disulfiidsild (- S - S -)

b) estersild (karboksüülrühma ja hüdroksüülrühma vahel)

c) soolasild (karboksüülrühma ja aminorühma vahel)

d) vesiniksidemed.

Vastavalt tertsiaarsest struktuurist tingitud valgumolekuli kujule eristatakse järgmisi valkude rühmi:

globulaarsed valgud. Nende valkude ruumilist struktuuri võib umbkaudselt kujutada palli või mitte liiga pikliku ellipsoidina - globjuuresly. Reeglina moodustab märkimisväärne osa selliste valkude polüpeptiidahelast β-heeliksid ja β-voldid. Nende vaheline suhe võib olla väga erinev. Näiteks kl müoglobiin(selle kohta lähemalt lk 28) on 5 spiraalset segmenti ja mitte ühtegi volti. Immunoglobuliinides (täpsemalt lk 42) on sekundaarse struktuuri põhielemendid vastupidi -voldid ja -heeliksid puuduvad üldse. Ülaltoodud fosfoglütseraatkinaasi struktuuris on mõlemat tüüpi struktuurid esindatud ligikaudu ühesuguselt. Mõnel juhul, nagu võib näha fosfoglütseraatkinaasi näitest, on kaks või enam ruumis selgelt eraldatud (kuid loomulikult peptiidsildadega ühendatud) osa selgelt nähtavad - domeenid. Sageli on valgu erinevad funktsionaalsed piirkonnad eraldatud erinevateks domeenideks.

fibrillaarsed valgud. Nendel valkudel on piklik niitjas kuju, nad täidavad kehas struktuurset funktsiooni. Primaarstruktuuris on neil korduvad lõigud ja nad moodustavad kogu polüpeptiidahela jaoks üsna ühtlase sekundaarse struktuuri. Seega on valk – kreatiin (küünte, juuste, naha põhiline valgukomponent) üles ehitatud pikendatud – spiraalidest. Siidfibroiin koosneb perioodiliselt korduvatest fragmentidest Gly - Ala - Gly - Ser, moodustades volte. Sekundaarses struktuuris on vähem levinud elemente, näiteks moodustuvad kollageeni polüpeptiidahelad vasakpoolsed spiraalid mille parameetrid erinevad järsult -heeliksi omadest. Kollageenikiududes on kolm spiraalset polüpeptiidahelat keeratud üheks parempoolseks superspiraaliks:

4.4 Kvaternaarne struktuur

Enamasti on valkude funktsioneerimiseks vajalik mitme polümeeri ahela ühendamine üheks kompleksiks. Sellist kompleksi peetakse ka mitmest koosnevaks valguks allüksused. Subühiku struktuur esineb teaduskirjanduses sageli kvaternaarse struktuurina.

Mitmest subühikust koosnevad valgud on looduses laialt levinud. Klassikaline näide on hemoglobiini kvaternaarne struktuur (täpsemalt - lk 26). allüksuseid tähistatakse tavaliselt kreeka tähtedega. Hemoglobiinil on kaks ja kaks alaühikut. Funktsionaalselt on oluline mitmete allüksuste olemasolu – see suurendab hapnikuga küllastatuse astet. Hemoglobiini kvaternaarne struktuur on tähistatud kui 2 2 .

Subühiku struktuur on iseloomulik paljudele ensüümidele, eelkõige neile, mis toimivad keerukad funktsioonid. Näiteks RNA polümeraas alates E. coli on subühiku struktuuriga 2", st koosneb neljast erinevat tüüpi subühikust ja -subühik on dubleeritud. See valk täidab keerulisi ja mitmekesiseid funktsioone - initsieerib DNA-d, seob substraate - ribonukleosiidtrifosfaate ja kannab ka nukleotiidijääke kasvavasse polüribonukleotiidahel ja mõned muud funktsioonid .

Paljude valkude töö allub nn. allosteeriline regulatsioon- spetsiaalsed ühendid (efektorid) "lülitavad välja" või "lülitavad sisse" ensüümi aktiivse keskuse töö. Sellistel ensüümidel on spetsiaalsed efektorite äratundmissaidid. Ja on isegi erilisi reguleerivad allüksused, mis sisaldavad muu hulgas näidatud jaotisi. Klassikaline näide on proteiinkinaasi ensüümid, mis katalüüsivad fosforhappejäägi ülekannet ATP molekulilt substraatvalkudele.

PEATÜKK 5. OMADUSED

Valgud on suure molekulmassiga, mõned vees lahustuvad, pundumisvõimelised, neid iseloomustab optiline aktiivsus, liikuvus elektriväljas ja mõned muud omadused.

Valgud osalevad aktiivselt keemilistes reaktsioonides. See omadus on tingitud asjaolust, et valke moodustavad aminohapped sisaldavad erinevaid funktsionaalrühmi, mis võivad reageerida teiste ainetega. On oluline, et sellised interaktsioonid tekiksid ka valgumolekuli sees, mille tulemusena moodustuvad peptiid-, vesinikdisulfiid- ja muud tüüpi sidemed. Aminohapete radikaalidele ja seega ka valkudele võivad kinnituda erinevad ühendid ja ioonid, mis tagab nende transpordi läbi vere.

Valgud on makromolekulaarsed ühendid. Need on polümeerid, mis koosnevad sadadest ja tuhandetest aminohappejääkidest – monomeeridest. Vastavalt ja molekulmass valkude sisaldus on vahemikus 10 000 - 1 000 000. Seega sisaldab ribonukleaas (RNA-d lagundav ensüüm) 124 aminohappejääki ja selle molekulmass on ligikaudu 14 000. Müoglobiinil (lihasvalgul), mis koosneb 153 aminohappejäägist, on kaal 17 000 ja hemoglobiin - 64 500 (574 aminohappejääki). Teiste valkude molekulmassid on suuremad: -globuliin (moodustab antikehi) koosneb 1250 aminohappest ja selle molekulmass on umbes 150 000 ning glutamaatdehüdrogenaasi ensüümi molekulmass ületab 1 000 000.

Molekulmassi määramine toimub erinevate meetoditega: osmomeetriline, geelfiltratsioon, optiline jne, kuid kõige täpsem on T. Svedbergi pakutud settimismeetod. See põhineb asjaolul, et ultratsentrifuugimisel kiirendusega kuni 900 000 g sõltub valkude sadestumise kiirus nende molekulmassist.

Valkude kõige olulisem omadus on nende võime näidata nii happelisi kui aluselisi, st toimida amfoteerne elektrolüüdid. Selle tagavad erinevad dissotsieeruvad rühmad, mis moodustavad aminohapperadikaalid. Näiteks annavad valgu happelised omadused asparagiin-glutamiinaminohappe karboksüülrühmad ning leeliselised omadused annavad arginiini, lüsiini ja histidiini radikaalid. Mida rohkem dikarboksüülaminohappeid valk sisaldab, seda tugevamad on selle happelised omadused ja vastupidi.

Nendel rühmadel on ka elektrilaenguid, mis moodustavad valgumolekuli üldise laengu. Valkudes, kus domineerivad asparagiin- ja glutamiinaminohapped, on valgu laeng negatiivne, aluseliste aminohapete liig annab valgumolekulile positiivse laengu. Selle tulemusena liiguvad valgud elektriväljas sõltuvalt nende kogulaengu suurusest katoodi või anoodi suunas. Niisiis, leeliselises keskkonnas (pH 7–14) loovutab valk prootoni ja muutub negatiivselt laetuks, happelises keskkonnas (pH 1–7) aga happerühmade dissotsiatsioon pärsitakse ja valk muutub katiooniks.

Seega on teguriks, mis määrab valgu käitumise katiooni või anioonina, keskkonna reaktsioon, mille määrab vesinikioonide kontsentratsioon ja mida väljendab pH väärtus. Teatud pH väärtuste juures aga positiivsete ja negatiivsete laengute arv võrdsustub ning molekul muutub elektriliselt neutraalseks, s.t. see ei liigu elektriväljas. See söötme pH väärtus on määratletud kui valkude isoelektriline punkt. Sel juhul on valk kõige vähem stabiilses olekus ja kui pH on veidi muutunud happelise või aluselise poole, sadestub see kergesti. Enamiku looduslike valkude puhul on isoelektriline punkt kergelt happelises keskkonnas (pH 4,8 - 5,4), mis näitab dikarboksüülaminohapete ülekaalu nende koostises.

Amfoteerne omadus on valkude puhverdusomaduste ja nende osalemise aluseks vere pH reguleerimises. Inimvere pH väärtus on konstantne ja jääb vahemikku 7,36 - 7,4, vaatamata erinevatele happelise või aluselise iseloomuga ainetele, mida regulaarselt toiduga varustatakse või ainevahetusprotsessides moodustuvad - seetõttu on happe-aluse reguleerimiseks olemas spetsiaalsed mehhanismid. keha sisekeskkonna tasakaal. Sellised süsteemid hõlmavad peatükis käsitletut. „Classification“ hemoglobiinipuhvri süsteem (lk 28). Vere pH muutus üle 0,07 näitab patoloogilise protsessi arengut. PH muutust happelisele poolele nimetatakse atsidoosiks ja leeliseliseks nimetatakse alkaloosiks.

Organismi jaoks on suur tähtsus valkude võimel adsorbeerida oma pinnal teatud aineid ja ioone (hormoonid, vitamiinid, raud, vask), mis on kas vees halvasti lahustuvad või mürgised (bilirubiin, vabad rasvhapped). Valgud transpordivad need läbi vere edasise transformatsiooni või neutraliseerimise kohtadesse.

Valkude vesilahustel on oma omadused. Esiteks on valkudel kõrge afiinsus vee suhtes, s.t. Nad hüdrofiilsed. See tähendab, et valgumolekulid, nagu laetud osakesed, tõmbavad ligi veedipoole, mis paiknevad valgumolekuli ümber ja moodustavad vee- või hüdraadikesta. See kest kaitseb valgumolekule kokkukleepumise ja sadenemise eest. Hüdratsioonikesta suurus sõltub valgu struktuurist. Näiteks albumiinid seonduvad kergemini veemolekulidega ja neil on suhteliselt suur veekiht, samas kui globuliinid, fibrinogeen, seovad vett halvemini ja hüdratatsioonikest on väiksem. Seega määravad valgu vesilahuse stabiilsuse kaks tegurit: laengu olemasolu valgumolekulil ja seda ümbritsev veekiht. Nende tegurite eemaldamisel valk sadestub. See protsess võib olla pöörduv ja pöördumatu.

...

Sarnased dokumendid

Valgud (valgud) on kõrgmolekulaarsed lämmastikku sisaldavad looduslikud orgaanilised ained, mille molekulid on üles ehitatud aminohapetest. Valkude struktuur. Valkude klassifikatsioon. Füüsiline- Keemilised omadused valgud. Valkude bioloogilised funktsioonid. Ensüüm.

abstraktne, lisatud 15.05.2007


Ainevahetusprotsesside põhijooned. Ainevahetus ja energia. Valkude üldtunnused, klassifikatsioon, funktsioonid, keemiline koostis ja omadused, nende bioloogiline roll elusaine ehituses. Struktuursed ja komplekssed valgud. Nende sadestamise meetodid.

esitlus, lisatud 24.04.2013


Valkude füüsikalised ja keemilised omadused, värvusreaktsioonid. Valkude koostis ja struktuur, funktsioonid rakus. Valgu struktuuri tase. Valkude hüdrolüüs, nende transport ja kaitsev roll. Valk kui raku ehitusmaterjal, selle energeetiline väärtus.

abstraktne, lisatud 18.06.2010


Valkude füüsikalised, bioloogilised ja keemilised omadused. Valkude süntees ja analüüs. Valkude primaarse, sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri määramine. Valkude denatureerimine, eraldamine ja puhastamine. Valkude kasutamine tööstuses ja meditsiinis.

abstraktne, lisatud 10.06.2015


Valgud - suure molekulmassiga orgaanilised ühendid, nende aminohappeline koostis. Valkude omaduste määramine nende koostise ja valgumolekuli struktuuri järgi. Valkude põhifunktsioonide iseloomustus. Rakuorganellid ja nende funktsioonid. Rakuhingamine ja selle struktuur.

test, lisatud 24.06.2012


Valkude mõiste ja struktuur, aminohapped kui nende monomeerid. Aminohapete klassifikatsioon ja sordid, peptiidsideme olemus. Valgu molekuli organiseerituse tasemed. Valkude keemilised ja füüsikalised omadused, analüüsimeetodid ja funktsioonid.

esitlus, lisatud 14.04.2014


Vee bioloogiline roll. Mineraalsoolade funktsioonid. Lihtsad ja keerulised lipiidid. Valkude organiseerituse tasemed. Lipiidide ehitus, energia, säilitamine ja regulatsioonifunktsioonid. Valkude struktuursed, katalüütilised, motoorsed, transpordifunktsioonid.

esitlus, lisatud 21.05.2015


Valkude aminohappeline koostis organismides, geneetilise koodi roll. 20 standardse aminohappe kombinatsioonid. Valkude eraldamine omaette bioloogiliste molekulide klassi. Hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed valgud. Valkude ehitamise põhimõte, nende organiseerituse tase.

loovtöö, lisatud 08.11.2009


Lihaskoe põhielemendid ja keemiline koostis. Sarkoplasma ja müofibrillide valkude tüübid, nende sisaldus valkude üldarvus, molekulmass, jaotus lihase struktuurielementides. Nende funktsioonid ja roll kehas. Müosiini molekuli struktuur.

esitlus, lisatud 14.12.2014


Valgud kui toiduallikad, nende põhifunktsioonid. Aminohapped, mis osalevad valkude valmistamisel. Polüpeptiidahela struktuur. Valkude muundumine kehas. Täielikud ja mittetäielikud valgud. Valkude struktuur, keemilised omadused, kvalitatiivsed reaktsioonid.

Valkude keemiline koostis.

3.1. Peptiidside

Valgud on -aminohappejääkidest üles ehitatud ebaregulaarsed polümeerid, mille üldvalemiks vesilahuses neutraalse lähedase pH väärtuse juures võib kirjutada NH 3 + CHRCOO - . Aminohapete jäägid valkudes on omavahel ühendatud amiidsidemega -amino- ja -karboksüülrühmade vahel. Peptiidside vahel kaks-aminohappejääke nimetatakse tavaliselt peptiidside , ja polümeere, mis on ehitatud peptiidsidemetega ühendatud α-aminohappe jääkidest, nimetatakse polüpeptiidid. Valk kui bioloogiliselt oluline struktuur võib olla kas üksik polüpeptiid või mitu polüpeptiidi, mis moodustavad mittekovalentsete interaktsioonide tulemusena ühe kompleksi.

3.2. Valkude elementaarne koostis

Valkude keemilist koostist uurides tuleb esiteks välja selgitada, millistest keemilistest elementidest need koosnevad, ja teiseks nende monomeeride struktuur. Esimesele küsimusele vastamiseks määratakse valgu keemiliste elementide kvantitatiivne ja kvalitatiivne koostis. Keemiline analüüs näitas esineb kõigis valkudes süsinik (50-55%), hapnik (21-23%), lämmastik (15-17%), vesinik (6-7%), väävel (0,3-2,5%). Üksikute valkude koostises leidus ka fosforit, joodi, rauda, ​​vaske ja mõningaid teisi makro- ja mikroelemente, erinevates, sageli väga väikestes kogustes.

Peamiste keemiliste elementide sisaldus valkudes võib varieeruda, välja arvatud lämmastik, mille kontsentratsiooni iseloomustab suurim püsivus ja see on keskmiselt 16%. Lisaks on teiste orgaaniliste ainete lämmastikusisaldus madal. Vastavalt sellele tehti ettepanek määrata valgu kogus selle koostises oleva lämmastiku järgi. Teades, et 6,25 g valgus sisaldab 1 g lämmastikku, korrutatakse leitud lämmastiku kogus koefitsiendiga 6,25 ja saadakse valgu kogus.

Valgu monomeeride keemilise olemuse määramiseks on vaja lahendada kaks ülesannet: eraldada valk monomeerideks ja selgitada välja nende keemiline koostis. Valgu lagunemine selle koostisosadeks saavutatakse hüdrolüüsi teel – valgu pikaajaline keetmine tugevate mineraalhapetega. (happe hüdrolüüs) või põhjustel (leeliseline hüdrolüüs). Kõige sagedamini kasutatakse 24-tunnist keetmist HCl-ga temperatuuril 110  C. Järgmisel etapil eraldatakse hüdrolüsaadi moodustavad ained. Selleks kasutatakse erinevaid meetodeid, kõige sagedamini kromatograafiat (vt täpsemalt peatükist “Uurimismeetodid ...”). Eraldatud hüdrolüsaatide põhiosa moodustavad aminohapped.

3.3. Aminohapped

Praegu on erinevatest eluslooduse objektidest leitud kuni 200 erinevat aminohapet. Inimese kehas on neid näiteks umbes 60. Valgud sisaldavad aga ainult 20 aminohapet, mida mõnikord nimetatakse ka looduslikeks.

Aminohapped on orgaanilised happed, milles -süsiniku aatomi vesinikuaatom on asendatud aminorühmaga - NH2. Seetõttu on need keemilise olemuselt -aminohapped üldvalemiga:

H - C  - NH 2

Sellest valemist on näha, et kõigi aminohapete koostis sisaldab järgmisi üldrühmi: - CH 2, - NH 2, - COOH. Külgahelad (radikaalid - R) aminohapped erinevad. Nagu I lisast näha, on radikaalide keemiline olemus mitmekesine: vesinikuaatomist tsükliliste ühenditeni. Just radikaalid määravad aminohapete struktuursed ja funktsionaalsed omadused.

Kõik aminohapped, välja arvatud kõige lihtsam aminoäädikhappeline glütsiin (NH 3 + CH 2 COO ) omavad kiraalset aatomit C  ja võivad eksisteerida kahe enantiomeeri (optiliste isomeeride) kujul:

COO-COO-

NH3+ RR NH3+

L-isomeerD-isomeer

Kõik praegu uuritavad valgud sisaldavad ainult L-seeria aminohappeid, milles, kui arvestada kiraalset aatomit H-aatomi poolelt, paiknevad NH 3 +, COO  rühmad ja R-radikaal päripäeva. Vajadus ehitada rangelt määratletud enantiomeerist bioloogiliselt oluline polümeeri molekul on ilmne – kahe enantiomeeri ratseemilise seguga saaks kujuteldamatult keeruka diastereoisomeeride segu. Küsimus, miks elu Maal põhineb valkudel, mis on ehitatud just L-, mitte D--aminohapetest, jääb endiselt intrigeerivaks mõistatuseks. Tuleb märkida, et D-aminohapped on looduses üsna laialt levinud ja lisaks on nad osa bioloogiliselt olulistest oligopeptiididest.

Valgud on üles ehitatud kahekümnest aluselisest -aminohappest, ülejäänud, üsna mitmekesised aminohapped moodustuvad aga nendest 20 aminohappejäägist juba valgumolekuli koostises. Nende teisenduste hulgas tuleb eelkõige märkida formatsiooni disulfiidsillad kahe tsüsteiinijäägi oksüdeerimisel juba moodustunud peptiidahelate koostises. Selle tulemusena moodustub kahest tsüsteiinijäägist diaminodikarboksüülhappe jääk tsüstiin (Vt I lisa). Sel juhul toimub ristsidumine kas ühe polüpeptiidahela sees või kahe erineva ahela vahel. Väikese valguna, millel on kaks disulfiidsildadega ühendatud polüpeptiidahelat, samuti ristsidemed ühes polüpeptiidahelas:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Oluline näide aminohappejääkide muutmisest on proliinijääkide muutmine jääkideks hüdroksüproliin :

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

CH2CH2CH2CH2

CH2CHOH

See transformatsioon toimub olulisel määral sidekoe olulise valgukomponendi moodustumise ajal - kollageen .

Teine väga oluline valgu modifitseerimise tüüp on seriini, treoniini ja türosiini jääkide hüdroksorühmade fosforüülimine, näiteks:

– NH – CH – CO – – NH – CH – CO –

CH 2 OH CH 2 OPO 3 2 –

Vesilahuses olevad aminohapped on radikaale moodustavate amino- ja karboksüülrühmade dissotsiatsiooni tõttu ioniseeritud olekus. Teisisõnu, need on amfoteersed ühendid ja võivad eksisteerida kas hapetena (prootonidoonorid) või alustena (doonori aktseptorid).

Kõik aminohapped on sõltuvalt struktuurist jagatud mitmeks rühmaks:

Atsükliline. Monoaminomonokarboksüülaminohapped nende koostises on üks amiin- ja üks karboksüülrühm, vesilahuses on nad neutraalsed. Mõnel neist on ühised struktuurilised tunnused, mis võimaldab neid koos käsitleda:

Glütsiin ja alaniin. Glütsiin (glükokool ehk aminoäädikhape) on optiliselt inaktiivne – see on ainus aminohape, millel puuduvad enantiomeerid. Glütsiin osaleb nukleiinide ja sapi moodustumisel - t, heem, on vajalik toksiliste saaduste neutraliseerimiseks maksas. Alaniini kasutab organism erinevates süsivesikute ja energia ainevahetuse protsessides. Selle isomeer -alaniin on pantoteen-vitamiini, koensüüm A (CoA), lihaseid ekstraheerivate ainete lahutamatu osa.

Seriin ja treoniin. Need kuuluvad hüdrohüdroksühapete rühma, kuna. sisaldavad hüdroksüülrühma. Seriin on osa erinevatest ensüümidest, piima põhivalgust - kaseiinist, aga ka paljudest lipoproteiinidest. Treoniin osaleb valkude biosünteesis, olles asendamatu aminohape.

tsüsteiin ja metioniin. Väävliaatomit sisaldavad aminohapped. Tsüsteiini väärtuse määrab sulfhüdrüülrühma (-SH) olemasolu selle koostises, mis annab sellele võime kergesti oksüdeeruda ja kaitsta keha kõrge oksüdatsioonivõimega ainete eest (kiirguskahjustuse korral fosfor mürgistus). Metioniini iseloomustab kergesti liikuva metüülrühma olemasolu, mida kasutatakse organismis oluliste ühendite (koliin, kreatiin, tümiin, adrenaliin jne) sünteesiks.

Valiin, leutsiin ja isoleutsiin. Need on hargnenud aminohapped, mis osalevad aktiivselt ainevahetuses ja mida kehas ei sünteesita.

Monoaminodikarboksüülaminohapped sisaldavad ühte amino- ja kahte karboksüülrühma ning annavad vesilahuses happelise reaktsiooni. Nende hulka kuuluvad asparagiin ja glutamiin, asparagiin ja glutamiin. Need on osa närvisüsteemi inhibeerivatest vahendajatest.

Diaminomonokarboksüülaminohapped vesilahuses on leeliseline reaktsioon kahe amiinirühma olemasolu tõttu. Nendega seoses on lüsiin vajalik histoonide sünteesiks ja ka mitmetes ensüümides. Arginiin osaleb uurea, kreatiini sünteesis.

Tsükliline. Nendel aminohapetel on oma koostiselt aromaatne või heterotsükliline tuum ja reeglina ei sünteesita neid inimkehas ning neid tuleb varustada toiduga. Nad osalevad aktiivselt mitmesugustes ainevahetusprotsessides. Niisiis

fenüülalaniin on türosiini sünteesi peamine allikas, mitmete bioloogiliselt oluliste ainete eelkäija: hormoonid (türoksiin, adrenaliin), mõned pigmendid. Trüptofaan on lisaks valkude sünteesis osalemisele PP-vitamiini, serotoniini, trüptamiini ja paljude pigmentide komponent. Histidiin on vajalik valkude sünteesiks, on histamiini eelkäija, mis mõjutab vererõhku ja maomahla sekretsiooni.

Omadused

Valgud on makromolekulaarsed ühendid. Need on polümeerid, mis koosnevad sadadest ja tuhandetest aminohappejääkidest – monomeeridest.

Valgud on suure molekulmassiga, mõned vees lahustuvad, pundumisvõimelised, neid iseloomustab optiline aktiivsus, liikuvus elektriväljas ja mõned muud omadused.

Valgud osalevad aktiivselt keemilistes reaktsioonides. See omadus on tingitud asjaolust, et valke moodustavad aminohapped sisaldavad erinevaid funktsionaalrühmi, mis võivad reageerida teiste ainetega. On oluline, et sellised interaktsioonid tekiksid ka valgumolekuli sees, mille tulemusena moodustuvad peptiid-, vesinikdisulfiid- ja muud tüüpi sidemed. Aminohappe radikaalidele ning Vastavalt ja molekulmass valkude sisaldus on vahemikus 10 000 - 1 000 000. Seega sisaldab ribonukleaas (RNA-d lagundav ensüüm) 124 aminohappejääki ja selle molekulmass on ligikaudu 14 000. Müoglobiinil (lihasvalgul), mis koosneb 153 aminohappejäägist, on kaal 17 000 ja hemoglobiin - 64 500 (574 aminohappejääki). Teiste valkude molekulmassid on suuremad: -globuliin (moodustab antikehi) koosneb 1250 aminohappest ja selle molekulmass on umbes 150 000 ning glutamaatdehüdrogenaasi ensüümi molekulmass ületab 1 000 000.