Izglītības un zinātnes ministrija Krievijas Federācija

Federālā izglītības aģentūra

Dienvidurālu Valsts universitāte

Preču zinātnes un patēriņa preču ekspertīzes katedra

KURSA DARBS

disciplīnā "Preču izpēte, ekspertīze un standartizācija"

par tēmu "Pārtikas produktu ķīmiskā sastāva elementu izpēte (olbaltumvielu piemērā)"

Pabeigts:

Abidullina Eleonora

Grupa Kom-234

Pārbaudīja: Čerkasova Elvīra Vjačeslavovna

Čeļabinska

Ievads……………………………………………………………………….
1. Literatūras apskats
1.1. Vispārīgi jēdzieni par olbaltumvielām
1.1.1. Olbaltumvielu ķīmiskā daba …………………………………
1.1.2. Olbaltumvielu klasifikācija ……………………………………….
1.1.3. Olbaltumvielu īpašības ……………………………………………….
1.2. Olbaltumvielu ietekme uz cilvēka organismu…………………………….
1.3. Proteīna satura izmaiņas tehnoloģiskās pārstrādes laikā………………………………………………………………………
1.4. Proteīna satura izmaiņas uzglabāšanas laikā…………………….
2. Praktiskā daļa
2.1. Olbaltumvielu satura noteikšanas kvantitatīvo metožu raksturojums……………………………………………………………….
2.2. Olbaltumvielu satura noteikšanas kvalitatīvo metožu raksturojums……………………………………………………………………………….
3. Eksperimentālā daļa
3.1. Studiju priekšmeta izvēles pamatojums……………………….
3.2. Pašu pētījumu rezultātu analīze…………………..
Secinājums………………………………………………………………………………
Bibliogrāfija……………………………………………………………
Pieteikšanās………………………………………………………………………

Ievads

Olbaltumvielas ir galvenais plastmasas materiāls ķermeņa augšanai, attīstībai un atjaunošanai. Tie ir visu audu galvenie strukturālie elementi, ir daļa no ķermeņa šķidrās vides. Pārtikas olbaltumvielas tiek tērētas sarkano asins šūnu un hemoglobīna, fermentu un hormonu veidošanai, kā arī aktīvi piedalās aizsargfaktoru - antivielu - veidošanā.

Ar nepietiekamu olbaltumvielu saturu uzturā organismā var attīstīties smagi traucējumi (hipotrofija, anēmija u.c.), biežāk rodas akūtas elpceļu saslimšanas, kuras norit ilgstoši. Tomēr pārāk daudz olbaltumvielu var kaitēt veselībai. Ilgstoši lietojot pārtiku ar augstu olbaltumvielu saturu, tiek traucēta nieru un aknu darbība, palielinās nervu uzbudināmība, bieži parādās alerģiskas reakcijas, iespējamas intoksikācijas nepilnīgas olbaltumvielu sadalīšanās un oksidēšanās dēļ, veidojot toksiskas vielas.

Tipiskākais uztura nesabalansētības iemesls ir nepietiekams galveno pilnvērtīgo dzīvnieku olbaltumvielu avotu (gaļa, zivis, piens, olas), augu eļļu, svaigu dārzeņu un augļu patēriņš.

Tāpēc pārtikas produktu ķīmiskā sastāva elementu un jo īpaši olbaltumvielu izpēte ir ne tikai svarīga, bet arī ļoti aktuāla problēma mūsdienās.

Darba mērķis ir apzināt olbaltumvielu nozīmi cilvēka organismā un galvenos olbaltumvielu avotus.

Šī darba gaitā tiek izvirzīti šādi galvenie uzdevumi: olbaltumvielu ķīmiskā sastāva izpēte, to ietekme uz cilvēka organismu, olbaltumvielu pārstrādes un uzglabāšanas problēmas, to īpašības, olbaltumvielu satura izpētes metožu izpēte. pārtikas produktos, pārbaudot, vai faktiskais olbaltumvielu saturs produktā ir normalizēts.

1. Literatūras apskats

1.1. Vispārīgi jēdzieni par olbaltumvielām

1.1.1. Olbaltumvielu ķīmiskā daba

Peptīdu saite

Olbaltumvielas ir neregulāri polimēri, kas veidoti no aminoskābju atlikumiem, kuru vispārējo formulu ūdens šķīdumā pie pH vērtībām tuvu neitrālam var rakstīt kā NH3 + CHRCOO - . Aminoskābju atlikumi olbaltumvielās ir savstarpēji saistīti ar amīda saiti starp aminogrupām un karboksilgrupām. Peptīdu saiti starp diviem aminoskābju atlikumiem parasti sauc par peptīdu saiti, un polimērus, kas veidoti no aminoskābju atlikumiem, ir savienoti peptīdu saites sauc par polipeptīdiem. Olbaltumviela kā bioloģiski nozīmīga struktūra var būt vai nu viens polipeptīds, vai vairāki polipeptīdi, kas nekovalentas mijiedarbības rezultātā veido vienu kompleksu.

Olbaltumvielu elementārais sastāvs

Pētot olbaltumvielu ķīmisko sastāvu, ir jānoskaidro, pirmkārt, no kādiem ķīmiskajiem elementiem tie sastāv, un, otrkārt, to monomēru struktūra. Lai atbildētu uz pirmo jautājumu, tiek noteikts proteīna ķīmisko elementu kvantitatīvais un kvalitatīvais sastāvs. Ķīmiskā analīze parādīja oglekļa (50-55%), skābekļa (21-23%), slāpekļa (15-17%), ūdeņraža (6-7%), sēra (0,3-2,5%) klātbūtni visos proteīnos. Fosfors, jods, dzelzs, varš un daži citi makro un mikroelementi tika konstatēti arī atsevišķu olbaltumvielu sastāvā, dažādos, bieži vien ļoti mazos daudzumos.

Galveno ķīmisko elementu saturs olbaltumvielās var atšķirties, izņemot slāpekli, kura koncentrācijai raksturīga vislielākā noturība un vidēji 16%. Turklāt slāpekļa saturs citās organiskajās vielās ir zems. Saskaņā ar to tika ierosināts noteikt olbaltumvielu daudzumu pēc tā sastāvā esošā slāpekļa. Zinot, ka 6,25 g proteīna satur 1 g slāpekļa, atrasto slāpekļa daudzumu reizina ar koeficientu 6,25 un iegūst olbaltumvielu daudzumu.

Lai noteiktu olbaltumvielu monomēru ķīmisko raksturu, ir jāatrisina divas problēmas: jāsadala proteīns monomēros un jānoskaidro to ķīmiskais sastāvs. Olbaltumvielu sadalīšana tā sastāvdaļās tiek panākta ar hidrolīzi - proteīna ilgstošu vārīšanu ar spēcīgām minerālskābēm (skābes hidrolīze) vai bāzēm (sārmaina hidrolīze). Visbiežāk izmanto 24 stundu vārīšanu 110°C temperatūrā ar HCl.Nākamajā posmā tiek atdalītas vielas, kas veido hidrolizātu. Šim nolūkam tiek izmantotas dažādas metodes, visbiežāk hromatogrāfija (sīkāku informāciju skatīt nodaļā “Pētīšanas metodes...”). Aminoskābes ir galvenā atdalīto hidrolizātu daļa.

Aminoskābes

Šobrīd dažādos savvaļas objektos ir atrastas līdz 200 dažādām aminoskābēm. Cilvēka organismā to, piemēram, ir aptuveni 60. Taču olbaltumvielas satur tikai 20 aminoskābes, ko dažkārt sauc par dabīgajām.

Aminoskābes ir organiskas skābes, kurās oglekļa atoma ūdeņraža atoms ir aizstāts ar aminogrupu - NH2. Tāpēc pēc ķīmiskās būtības tās ir aminoskābes ar vispārīgo formulu:

No šīs formulas var redzēt, ka visu aminoskābju sastāvā ir šādas vispārīgās grupas: - CH2, - NH2, - COOH. Aminoskābju sānu ķēdes (radikāļi - R) atšķiras. Radikāļu ķīmiskā būtība ir daudzveidīga: no ūdeņraža atoma līdz cikliskiem savienojumiem. Tieši radikāļi nosaka aminoskābju strukturālās un funkcionālās īpašības.

Visām aminoskābēm, izņemot visvienkāršāko aminoetiķskābes glicīnu (NH3 + CH2COO-), ir hirāls Ca atoms, un tās var pastāvēt divu enantiomēru (optisko izomēru) formā: L-izomērs un D-izomērs.

Olbaltumvielas tiek veidotas no divdesmit pamata aminoskābēm, bet pārējās, diezgan daudzveidīgās aminoskābes, veidojas no šīm 20 aminoskābju atlikumiem jau proteīna molekulas sastāvā. Starp šīm pārvērtībām, pirmkārt, jāatzīmē disulfīda tiltu veidošanās divu cisteīna atlikumu oksidēšanas laikā jau izveidoto peptīdu ķēžu sastāvā. Rezultātā no diviem cisteīna atlikumiem veidojas diaminodikarbonskābes cistīna atlikums. Šajā gadījumā šķērssaistīšana notiek vai nu vienā polipeptīdu ķēdē, vai starp divām dažādām ķēdēm. Kā mazs proteīns, kam ir divas polipeptīdu ķēdes, kas savienotas ar disulfīdu tiltiem, kā arī šķērssaites vienā no polipeptīdu ķēdēm:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Aminoskābes ūdens šķīdumā ir jonizētā stāvoklī, jo notiek aminoskābju un karboksilgrupu disociācija, kas veido radikāļus. Citiem vārdiem sakot, tie ir amfoteriski savienojumi un var pastāvēt vai nu kā skābes (protonu donori), vai kā bāzes (donoru akceptori).

Visas aminoskābes atkarībā no struktūras ir sadalītas vairākās grupās:

Aciklisks. Monoaminomonokarboksilaminoskābēm ir viena aminogrupa un viena karboksilgrupa, tās ir neitrālas ūdens šķīdumā. Dažiem no tiem ir kopīgas struktūras iezīmes, kas ļauj tos aplūkot kopā:

1. Glicīns un alanīns. Glicīns (glikokols jeb aminoetiķskābe) ir optiski neaktīvs – tā ir vienīgā aminoskābe, kurai nav enantiomēru. Glicīns ir iesaistīts nukleīna un žults veidošanā līdz - t, hēmam, ir nepieciešams toksisko produktu neitralizācijai aknās. Alanīnu organisms izmanto dažādos ogļhidrātu un enerģijas vielmaiņas procesos. Tā izomērs b-alanīns ir neatņemama pantotēna vitamīna, koenzīma A (CoA), muskuļu ekstraktoru sastāvdaļa.

2. Serīns un treonīns. Tās pieder pie hidroksilskābju grupas, jo. satur hidroksilgrupu. Serīns ir daļa no dažādiem fermentiem, galvenais piena proteīns - kazeīns, kā arī daudzi lipoproteīni. Treonīns ir iesaistīts olbaltumvielu biosintēzē, jo tas ir neaizvietojama aminoskābe.

3. Cisteīns un metionīns. Aminoskābes, kas satur sēra atomu. Cisteīna vērtību nosaka sulfhidrilgrupas (-SH) klātbūtne tā sastāvā, kas dod tai spēju viegli oksidēties un aizsargāt organismu no vielām ar augstu oksidācijas spēju (radiācijas ievainojuma gadījumā fosfors saindēšanās). Metionīnu raksturo viegli kustīgas metilgrupas klātbūtne, ko izmanto organismā svarīgu savienojumu (holīna, kreatīna, timīna, adrenalīna u.c.) sintēzei.

4. Valīns, leicīns un izoleicīns. Tās ir sazarotas aminoskābes, kas aktīvi piedalās vielmaiņā un netiek sintezētas organismā.

Monoaminodikarbonskābēm ir viena aminogrupa un divas karboksilgrupas, un tās ūdens šķīdumā rada skābu reakciju. Tie ietver asparagīnu un glutamīnu, asparagīnu un glutamīnu. Tie ir daļa no nervu sistēmas inhibējošajiem mediatoriem.

Diaminomonokarbonskābēm ūdens šķīdumā ir sārmaina reakcija divu amīnu grupu klātbūtnes dēļ. Saistībā ar tiem lizīns ir nepieciešams histonu sintēzei, kā arī vairākos enzīmos. Arginīns ir iesaistīts urīnvielas, kreatīna sintēzē.

Ciklisks.Šīm aminoskābēm ir aromātisks vai heterociklisks kodols, un, kā likums, tās cilvēka organismā netiek sintezētas, un tās ir jāapgādā ar pārtiku. Viņi aktīvi piedalās dažādos vielmaiņas procesos. Tādējādi fenilalanīns kalpo kā galvenais avots tirozīna sintēzei, kas ir vairāku bioloģiski svarīgu vielu prekursors: hormoni (tiroksīns, adrenalīns) un daži pigmenti. Triptofāns papildus līdzdalībai olbaltumvielu sintēzē ir PP vitamīna, serotonīna, triptamīna un vairāku pigmentu sastāvdaļa. Histidīns ir nepieciešams olbaltumvielu sintēzei, ir histamīna prekursors, kas ietekmē asinsspiedienu un kuņģa sulas sekrēciju.

1.1.2. Olbaltumvielu klasifikācija

Visas olbaltumvielas, atkarībā no struktūras, tiek iedalītas vienkāršajos - proteīnos, kas sastāv tikai no aminoskābēm, un kompleksajos - proteīnos, kuriem ir proteīna grupa, kas nav proteīna.

Olbaltumvielas

Olbaltumvielas ir vienkāršas olbaltumvielas, kas sastāv tikai no proteīna daļas. Tie ir plaši izplatīti dzīvniekiem un flora. Tajos ietilpst albumīni un globulīni, kas atrodami gandrīz visās dzīvnieku un augu šūnās, bioloģiskajos šķidrumos un veic svarīgas bioloģiskas funkcijas. Albumīni ir iesaistīti asins osmotiskā spiediena uzturēšanā (rada onkotisko spiedienu), transportē dažādas vielas ar asinīm. Globulīni ir daļa no fermentiem, kas veido imūnglobulīnu pamatu, kas darbojas kā antivielas. Asins serumā starp šiem diviem komponentiem ir nemainīga attiecība - albumīna-globulīna koeficients (A / G), kas vienāds ar 1,7 - 2,3 un kam ir svarīga diagnostiskā vērtība.

Citi proteīnu pārstāvji ir protamīni un histoni – pamata proteīni, kas satur daudz lizīna un arginīna. Šīs olbaltumvielas ir daļa no nukleoproteīniem. Cits galvenais proteīns, kolagēns, veido saistaudu ekstracelulāro vielu un atrodas ādā, skrimšļos un citos audos.

Proteīdi

Olbaltumvielas ir sarežģītas olbaltumvielas, kas sastāv no proteīna un neolbaltumvielām. Olbaltumvielas nosaukumu nosaka tā protēžu grupas nosaukums. Tātad nukleīnskābes ir nukleoproteīnu daļa, kas nav proteīna, fosforskābe ir daļa no fosfoproteīniem, ogļhidrāti ir glikoproteīni, bet lipīdi ir lipoproteīni.

Nukleoproteīni. Tie ir svarīgi, jo to neolbaltumvielu daļu attēlo DNS un RNS. Protēžu grupu galvenokārt pārstāv histoni un protamīni. Šādi DNS kompleksi ar histoniem ir atrodami spermatozoīdos, bet ar histoniem - somatiskajās šūnās, kur DNS molekula ir “aptīta” ap histona molekulām. Nukleoproteīni pēc savas būtības ir ārpusšūnu vīrusi - tie ir vīrusu nukleīnskābes un proteīna apvalka - kapsīda kompleksi.

Hromoproteīni. Tie ir sarežģīti proteīni, kuru protezēšanas grupu attēlo krāsaini savienojumi. Pie hromoproteīniem pieder hemoglobīns, mioglobīns (muskuļu proteīns), virkne enzīmu (katalāze, peroksidāze, citohromi), kā arī hlorofils.

Hemoglobīns (Hb) sastāv no globīna proteīna un hēma daļas, kas nav proteīna, kas ietver Fe(II) atomu, kas saistīts ar protoporfirīnu. Hemoglobīna molekula sastāv no 4 apakšvienībām: divām a un divām b un, attiecīgi, satur četras divu šķirņu polipeptīdu ķēdes. Katra a-ķēde satur 141, bet b-ķēde - 146 aminoskābju atlikumus.

mioglobīns. Hromoproteīns, kas atrodams muskuļos. Tas sastāv tikai no vienas ķēdes, kas ir analoga hemoglobīna apakšvienībai. Mioglobīns ir elpošanas pigments muskuļu audos. Tas saistās ar skābekli daudz vieglāk nekā hemoglobīns, taču ir grūtāk to atbrīvot. Mioglobīns rada skābekļa rezerves muskuļos, kur tā daudzums var sasniegt 14% no kopējā ķermeņa skābekļa. Tas ir svarīgi, jo īpaši sirds muskuļu darbam. Jūras zīdītājiem (roņiem, valzirgiem) tika konstatēts augsts mioglobīna saturs, kas ļauj tiem ilgstoši uzturēties zem ūdens.

Glikoproteīni. Tie ir kompleksi proteīni, kuru protezēšanas grupu veido ogļhidrātu atvasinājumi (aminocukuri, heksuronskābes). Glikoproteīni ir daļa no šūnu membrānām. Tādējādi baktēriju plaušu sienas ir veidotas no peptidoglikāniem, kas ir lineāru polisaharīdu atvasinājumi, kuriem ir kovalenti saistīti peptīdu fragmenti. Šie fragmenti veic polisaharīdu ķēžu šķērssavienojumu, veidojot mehāniski spēcīgu tīkla struktūru. Piemēram, E. coli šūnu siena ir veidota no polisaharīdu ķēdēm, ko veido N-acetilglikozamīna atlikumi, kas saistīti ar b-(1®4) saitēm, un katram otrajam atlikumam pie C3 atoma ir pievienots fragments, ko veido pienskābe. skābes atlikumi, kas saistīti ar amīda saitēm, L-alanīns, D-glutamāts (caur g-karboksilu), mezodiaminonimelināts un D-alanīns.

Glikoproteīni ir iesaistīti dažādu vielu transportēšanā, asins koagulācijas procesos, imunitātē, ir kuņģa-zarnu trakta gļotu un sekrēciju sastāvdaļas. Arktiskajās zivīs glikoproteīni spēlē antifrīzu lomu - vielas, kas novērš ledus kristālu veidošanos to ķermeņa iekšienē.

Fosfoproteīni. Tajos ir fosforskābe kā neolbaltumvielu sastāvdaļa. Šo proteīnu pārstāvji ir piena kazeinogēns, vitelīns (olu dzeltenuma proteīns), ihtiulīns (zivju ikru proteīns). Šī fosfoproteīnu lokalizācija norāda uz to nozīmi jaunattīstības organismā. Pieaugušo formā šie proteīni atrodas kaulu un nervu audos.

Lipoproteīni. Kompleksie proteīni, kuru protezēšanas grupu veido lipīdi. Pēc struktūras tās ir nelielas (150-200 nm) sfēriskas daļiņas, kuru ārējo apvalku veido olbaltumvielas (kas ļauj tām pārvietoties pa asinīm), bet iekšējo daļu - lipīdi un to atvasinājumi. Lipoproteīnu galvenā funkcija ir lipīdu transportēšana caur asinīm. Atkarībā no olbaltumvielu un lipīdu daudzuma lipoproteīnus iedala hilomikronos, zema blīvuma lipoproteīnos (ZBL) un liels blīvums(ABL), ko dažkārt dēvē par a- un b-lipoproteīniem.

Hilomikroni ir lielākie no lipoproteīniem un satur līdz 98-99% lipīdu un tikai 1-2% olbaltumvielu. Tie veidojas zarnu gļotādā un nodrošina lipīdu transportēšanu no zarnām uz limfu, bet pēc tam uz asinīm.

1.1.3. Olbaltumvielu īpašības

Olbaltumvielām ir augsta molekulmasa, daži šķīst ūdenī, spēj uzbriest, tiem raksturīga optiskā aktivitāte, mobilitāte elektriskajā laukā un dažas citas īpašības.

Proteīni ir aktīvi iestāties ķīmiskās reakcijas . Šis īpašums ir saistīts ar faktu, ka aminoskābes, kas veido olbaltumvielas, satur dažādas funkcionālās grupas, kas var reaģēt ar citām vielām. Ir svarīgi, lai šāda mijiedarbība notiktu arī proteīna molekulas iekšpusē, kā rezultātā veidojas peptīds, ūdeņraža disulfīds un cita veida saites. Pie aminoskābju radikāļiem un līdz ar to arī olbaltumvielām var pievienoties dažādi savienojumi un joni, kas nodrošina to transportēšanu caur asinīm.

Olbaltumvielas ir lielmolekulārie savienojumi. Tie ir polimēri, kas sastāv no simtiem un tūkstošiem aminoskābju atlikumu – monomēru. Attiecīgi proteīnu molekulmasa ir robežās no 10 000 - 1 000 000. Tātad ribonukleāze (enzīms, kas noārda RNS) satur 124 aminoskābju atlikumus un tās molekulmasa ir aptuveni 14 000. Mioglobīns (muskuļu proteīns), kas sastāv no 153 aminoskābēm. skābes atlikumi , tā molekulmasa ir 17 000, bet hemoglobīns - 64 500 (574 aminoskābju atlikumi). Citu proteīnu molekulmasa ir lielāka: g-globulīns (veido antivielas) sastāv no 1250 aminoskābēm un tā molekulmasa ir aptuveni 150 000, bet glutamāta dehidrogenāzes enzīma molekulmasa pārsniedz 1 000 000.

Olbaltumvielu vissvarīgākā īpašība ir to spēja uzrādīt gan skābas, gan bāziskas īpašības, tas ir, darboties kā amfoteriskie elektrolīti. To nodrošina dažādas disociējošās grupas, kas veido aminoskābju radikāļus. Piemēram, proteīna skābās īpašības piešķir asparagīna glutamīnskābes karboksilgrupas, bet sārmainas īpašības nodrošina arginīna, lizīna un histidīna radikāļi. Jo vairāk dikarboksilaminoskābju satur proteīns, jo spēcīgākas ir tā skābes īpašības un otrādi.

Tiem pašiem grupējumiem ir arī elektriskie lādiņi, kas veidojas proteīna molekulas kopējais lādiņš. Olbaltumvielās, kurās dominē asparagīnskābes un glutamīna aminoskābes, proteīna lādiņš būs negatīvs; bāzisko aminoskābju pārpalikums dod pozitīvu lādiņu proteīna molekulai. Rezultātā elektriskajā laukā proteīni virzīsies uz katodu vai anodu atkarībā no to kopējā lādiņa lieluma. Tātad sārmainā vidē (pH 7 - 14) proteīns nodod protonu un kļūst negatīvi lādēts, savukārt skābā vidē (pH 1 - 7) skābju grupu disociācija tiek nomākta un proteīns kļūst par katjonu.

Tādējādi faktors, kas nosaka proteīna kā katjona vai anjona uzvedību, ir vides reakcija, ko nosaka ūdeņraža jonu koncentrācija un izsaka ar pH vērtību. Taču pie noteiktām pH vērtībām pozitīvo un negatīvo lādiņu skaits izlīdzinās un molekula kļūst elektriski neitrāla, t.i. tas nepārvietosies elektriskā laukā. Šī barotnes pH vērtība ir definēta kā olbaltumvielu izoelektriskais punkts. Šajā gadījumā olbaltumviela ir vismazāk stabilā stāvoklī un ar nelielām pH izmaiņām uz skābo vai sārmainu pusi viegli nogulsnējas. Lielākajai daļai dabisko olbaltumvielu izoelektriskais punkts atrodas nedaudz skābā vidē (pH 4,8 - 5,4), kas norāda uz dikarboksilaminoskābju pārsvaru to sastāvā.

Olbaltumvielu spēja ir svarīga adsorbēt uz tās virsmas dažas vielas un joni (hormoni, vitamīni, dzelzs, varš), kas vai nu slikti šķīst ūdenī, vai ir toksiski (bilirubīns, brīvās taukskābes). Olbaltumvielas tos transportē caur asinīm uz tālāku transformāciju vai neitralizācijas vietām.

Olbaltumvielu ūdens šķīdumiem ir savas īpašības. Pirmkārt, olbaltumvielām ir augsta afinitāte pret ūdeni, t.i. Viņi hidrofils. Tas nozīmē, ka olbaltumvielu molekulas, tāpat kā lādētas daļiņas, piesaista ūdens dipolus, kas atrodas ap proteīna molekulu un veido ūdens vai hidrāta apvalku. Šis apvalks aizsargā olbaltumvielu molekulas no salipšanas un nogulsnēšanās. Hidratācijas apvalka izmērs ir atkarīgs no proteīna struktūras. Piemēram, albumīni vieglāk saistās ar ūdens molekulām un tiem ir salīdzinoši liels ūdens apvalks, savukārt globulīni un fibrinogēns sliktāk piesaista ūdeni un tiem ir mazāks hidratācijas apvalks. Tādējādi proteīna ūdens šķīduma stabilitāti nosaka divi faktori: lādiņa klātbūtne proteīna molekulā un ūdens apvalks ap to. Kad šie faktori tiek noņemti, proteīns izgulsnējas. Šis process var būt atgriezenisks un neatgriezenisks.

Olbaltumvielu molekulu izmērs ir diapazonā no 1 µm līdz 1 nm, un tāpēc tās ir koloidālās daļiņas kas veido koloidālus šķīdumus ūdenī. Šiem šķīdumiem ir raksturīga augsta viskozitāte, spēja izkliedēt redzamos gaismas starus un neiziet cauri puscaurlaidīgām membrānām.

1.2. Olbaltumvielu ietekme uz cilvēka ķermeni

Olbaltumvielu funkcijas organismā ir dažādas. Tie lielā mērā ir saistīti ar pašu olbaltumvielu formu un sastāva sarežģītību un daudzveidību. Olbaltumvielas ir atrodamas daudzos pārtikas produktos, bet galvenie avoti ir olas, piens un gaļa (1. tabula).

1. tabula. Proteīnus saturoši produkti

Olbaltumvielas ir neaizstājams celtniecības materiāls. Viena no svarīgākajām olbaltumvielu molekulu funkcijām ir plastmasas. Visas šūnu membrānas satur olbaltumvielas, kuru loma šeit ir daudzveidīga. Olbaltumvielu daudzums membrānās ir vairāk nekā puse no masas.

Daudzām olbaltumvielām ir saraušanās funkcija. Tie, pirmkārt, ir proteīni aktīns un miozīns, kas ir daļa no augstāko organismu muskuļu šķiedrām. Muskuļu šķiedras – miofibrillas – ir gari plāni pavedieni, kas sastāv no paralēliem plānākiem muskuļu pavedieniem, ko ieskauj intracelulārs šķidrums. Tas satur izšķīdušo adenozīna trifosforskābi (ATP), kas nepieciešama kontrakcijas īstenošanai, glikogēnu - barības vielu, neorganiskos sāļus un daudzas citas vielas, jo īpaši kalciju.

Olbaltumvielu loma vielu transportēšana organismā. Pateicoties dažādām funkcionālajām grupām un sarežģītai makromolekulas struktūrai, olbaltumvielas saistās un pārnes daudzus savienojumus ar asinsriti. Tas, pirmkārt, ir hemoglobīns, kas transportē skābekli no plaušām uz šūnām. Muskuļos šo funkciju pārņem cits transporta proteīns – mioglobīns.

Vēl viena proteīna funkcija ir rezerves. Uzglabāšanas olbaltumvielas ietver feritīnu - dzelzi, ovalbumīnu - olu proteīnu, kazeīnu - piena proteīnu, zeīnu - kukurūzas sēklu proteīnu.

Regulējošā funkcija veikt hormonu proteīnus. Hormoni ir bioloģiski aktīvas vielas, kas ietekmē vielmaiņu. Daudzi hormoni ir olbaltumvielas, polipeptīdi vai atsevišķas aminoskābes. Viens no pazīstamākajiem olbaltumvielu hormoniem ir insulīns. Šis vienkāršais proteīns sastāv tikai no aminoskābēm. Insulīna funkcionālā loma ir daudzšķautņaina. Tas samazina cukura līmeni asinīs, veicina glikogēna sintēzi aknās un muskuļos, palielina tauku veidošanos no ogļhidrātiem, ietekmē fosfora vielmaiņu, bagātina šūnas ar kāliju.

Hipofīzes proteīna hormoniem, kas ir endokrīnā dziedzeris, kas saistīts ar kādu no smadzeņu daļām, ir regulējoša funkcija. Tas izdala augšanas hormonu, kura trūkuma gadījumā attīstās pundurisms. Šis hormons ir proteīns ar molekulmasu no 27 000 līdz 46 000.

Vasopresīns ir viens no svarīgākajiem un ķīmiski interesantākajiem hormoniem. Tas kavē urinēšanu un paaugstina asinsspiedienu. Vasopresīns ir ciklisks oktapeptīds.

Regulēšanas funkciju veic arī vairogdziedzera sastāvā esošās olbaltumvielas – tiroglobulīni, kuru molekulmasa ir aptuveni 600 000. Šo proteīnu sastāvā ir jods. Ar nepietiekamu dziedzera attīstību tiek traucēta vielmaiņa.

Vēl viena olbaltumvielu funkcija ir aizsargājošs. Uz tā pamata tika izveidota zinātnes nozare, ko sauc par imunoloģiju.

Pēdējā laikā olbaltumvielas ar receptoru funkcija. Ir receptori skaņai, garšai, gaismai utt.

Jāpiemin arī proteīnu vielu esamība, kas kavē enzīmu darbību. Šādiem proteīniem ir inhibējošās funkcijas. Mijiedarbojoties ar šīm olbaltumvielām, ferments veido kompleksu un pilnībā vai daļēji zaudē savu aktivitāti. Daudzi fermentu inhibitoru proteīni ir izolēti tīrā veidā un ir labi izpētīti. To molekulmasa ir ļoti atšķirīga; bieži tie attiecas uz kompleksajiem proteīniem - glikoproteīniem, kuru otrā sastāvdaļa ir ogļhidrāti.

Ja olbaltumvielas klasificē tikai pēc to funkcijām, tad šādu sistematizēšanu nevar uzskatīt par pilnīgu, jo jaunie pētījumi sniedz daudz faktu, kas ļauj atšķirt jaunas proteīnu grupas ar jaunām funkcijām. Starp tām ir unikālas vielas - neiropeptīdi(atbild par svarīgākajiem dzīvības procesiem: miegu, atmiņu, sāpēm, bailēm, trauksmi).

1.3. Proteīna satura izmaiņas pārstrādes laikā

Pārstrādes ietekmē mainās produktos esošie proteīni, tauki, ogļhidrāti, vitamīni, minerālvielas un garšas vielas, kas ietekmē izmantoto produktu sagremojamību, uzturvērtību, svaru, garšu, smaržu, krāsu.

Vāveres sarecēt(sabrūk) temperatūrā virs 70 ° C, zaudē spēju uzbriest, kā rezultātā pēc termiskās apstrādes samazinās gaļas un zivju masa.

Tādus produktus kā gaļu, zivis, olas nevar pārtvaicēt, jo tas samazina to sagremojamību olbaltumvielu molekulu izmaiņu dēļ: kolagēns pāriet glutīnā, mīkstinot audus.

Olbaltumvielu denaturācija - tas ir sarežģīts process, kurā ārējo faktoru (temperatūras, mehāniskās iedarbības, skābju, sārmu, ultraskaņas u.c.) ietekmē notiek izmaiņas proteīna makromolekulas sekundārajā, terciārajā un kvartārajā struktūrā, t.i. dzimtā (dabiskā) telpiskā struktūra. Proteīna primārā struktūra un līdz ar to ķīmiskais sastāvs nemainās. Vārīšanas laikā olbaltumvielu denaturāciju visbiežāk izraisa karsēšana. Šis process lodveida un fibrilārajos proteīnos notiek atšķirīgi. Lodveida proteīnos, karsējot, palielinās polipeptīdu ķēžu termiskā kustība lodītes iekšpusē, ūdeņraža saites, kas tos noturēja noteiktā pozīcijā, pārtrūkst, un polipeptīdu ķēde izvēršas un pēc tam salokās jaunā veidā. Šajā gadījumā polārās (lādētās) hidrofilās grupas, kas atrodas uz lodītes virsmas un nodrošina tās lādiņu un stabilitāti, pārvietojas lodītes iekšpusē, un nonāk reaktīvās hidrofobās grupas (disulfīds, sulfhidrils u.c.), kas nespēj aizturēt ūdeni. tās virsmu. Denaturāciju pavada izmaiņas proteīna svarīgākajās īpašībās: individuālo īpašību zudums (piemēram, gaļas krāsas maiņa, to karsējot mioglobīna denaturācijas dēļ); bioloģiskās aktivitātes zudums (piemēram, kartupeļi, sēnes, āboli un virkne citu augu izcelsmes produktu satur fermentus, kas liek tiem kļūt tumšākiem; denaturējoties, fermentu proteīni zaudē savu aktivitāti); palielināts gremošanas enzīmu uzbrukums (parasti termiski apstrādāta pārtika, kas satur olbaltumvielas, tiek sagremota pilnīgāk un vieglāk); hidratācijas spējas zudums (izšķīšana, pietūkums); proteīna globulu stabilitātes zudums, ko pavada to agregācija (olbaltumvielu locīšana vai koagulācija).

Apkopošana- tā ir denaturētu olbaltumvielu molekulu mijiedarbība, ko pavada lielāku daļiņu veidošanās. Ārēji tas tiek izteikts atšķirīgi atkarībā no olbaltumvielu koncentrācijas un koloidālā stāvokļa šķīdumā. Tātad zemas koncentrācijas šķīdumos (līdz 1%) koagulētais proteīns veido pārslas (putas uz buljonu virsmas). Koncentrētākos olbaltumvielu šķīdumos (piemēram, olu baltumos) denaturācija veido nepārtrauktu želeju, kas saglabā visu koloidālajā sistēmā esošo ūdeni.

Olbaltumvielas, kas ir vairāk vai mazāk laistītas želejas (gaļas, mājputnu gaļas, zivju muskuļu proteīni; graudaugu, pākšaugu proteīni, milti pēc hidratācijas utt.), denaturēšanas laikā tiek sablīvēti, savukārt to dehidratācija notiek, šķidrumu atdalot vidi. Proteīna gēlam, kas pakļauts karsēšanai, parasti ir mazāks tilpums, masa, lielāka mehāniskā izturība un elastība, salīdzinot ar sākotnējo dabisko (dabīgo) proteīnu gēlu. Olbaltumvielu solu agregācijas ātrums ir atkarīgs no barotnes pH. Izoelektriskā punkta tuvumā olbaltumvielas ir mazāk stabilas.

Olbaltumvielu sadalīšanās. Ar ilgstošu termisko apstrādi olbaltumvielās notiek dziļākas izmaiņas, kas saistītas ar to makromolekulu iznīcināšanu. Pirmajā izmaiņu stadijā funkcionālās grupas var atdalīties no olbaltumvielu molekulām, veidojot tādus gaistošus savienojumus kā amonjaks, sērūdeņradis, ūdeņraža fosfīds, oglekļa dioksīds uc Uzkrāsoties produktā, tās piedalās garšas veidošanā. un gatavā produkta aromāts. Turpmākās hidrotermiskās apstrādes laikā olbaltumvielas tiek hidrolizētas, savukārt primārā (peptīdu) saite tiek pārtraukta, veidojoties šķīstošām slāpekļa vielām, kurām nav proteīna rakstura (piemēram, kolagēna pāreja uz glutīnu). Olbaltumvielu iznīcināšana var būt mērķtiecīga kulinārijas apstrāde, kas veicina tehnoloģiskā procesa intensificēšanu (enzīmu preparātu izmantošana gaļas mīkstināšanai, mīklas lipekļa vājināšanai, olbaltumvielu hidrolizātu iegūšanai utt.).

Putošana. Olbaltumvielas plaši izmanto kā putotājus konditorejas izstrādājumu (cepumu mīklas, olbaltumvielas putu mīklas), putukrējuma, saldā krējuma, olu uc ražošanā. Putu stabilitāte ir atkarīga no proteīna īpašībām, koncentrācijas un temperatūras. .

1.4. Proteīna satura izmaiņas uzglabāšanas laikā

Uzglabājot ledusskapī un tīru olbaltumvielu šķīdumu sasaldēšanas laikā, notiek olbaltumvielu molekulu agregācija. Pirms šī procesa parasti notiek olbaltumvielu denaturācija. Dati par molekulmasas, sedimentācijas konstantu un difūzijas ātruma noteikšanu proteīna daļiņām, kas veidojas sasaldēšanas un uzglabāšanas ledusskapī, liecina par šī proteīna strukturālām izmaiņām. Saskaņā ar dažiem ziņojumiem zivju atdzesēšanas procesā ir iespējama ne tikai olbaltumvielu šķīdības samazināšanās, bet arī palielināšanās. Tādējādi Baltijas reņģēs olbaltumvielu šķīdība saldētu zivju muskuļu audos palielinājās pat rigor mortis laikā.

Gaļas uzglabāšanas laikā tiek radīti labvēlīgi apstākļi lipīdu sekundārajai mijiedarbībai ar olbaltumvielām. Tas ir tāpēc, ka glabāšanas laikā tiek ātri iznīcināti dabīgie proteīni, tiek zaudēta šūnu membrānu strukturālā kārtība un tiek traucēta šūnu ķīmisko komponentu telpiskā diferenciācija. Šajā gadījumā gan polārie, gan neitrālie tauki, kā arī to sadalīšanās un oksidēšanās produkti mijiedarbojas ar olbaltumvielām.

Mijiedarbība starp lipīdiem un olbaltumvielām notiek pārtikas produktos un tad, ja tos uzglabā sasaldētus. Gaļas un zivju pētījuma rezultāti parādīja, ka viļņveidīgi mainījās dažādu muskuļu audu olbaltumvielu frakciju šķīdība, sulfhidrilgrupu un disulfīdu grupu saturs olbaltumvielās, kā arī vairāku enzīmu aktivitāte.

Aminoskābju kvalitatīvo sastāvu produkta uzglabāšanas laikā nosaka daudzi faktori un tas ir atkarīgs no dažādu enzīmu aktivitātes muskuļu audos un individuālajām aminoskābju transformācijām, no noārdāmo olbaltumvielu aminoskābju sastāva, to daudzuma un uzbrukuma pakāpes. enzīmi, pH izmaiņas, temperatūra un citi savstarpēji saistīti faktori.

2. Praktiskā daļa

2.1. Olbaltumvielu satura noteikšanas kvantitatīvo metožu raksturojums

Proteīna frakcijas kvantitatīvās noteikšanas metodes balstās uz kopējā slāpekļa daudzuma noteikšanu. Visizplatītākā ir noteikšana ar Kjeldāla metodi, kas ļauj slāpekli amonjaka veidā izolēt tikai no amīniem un to atvasinājumiem, bet atsevišķi slāpekli saturoši savienojumi šajos apstākļos kopā ar amonjaku veido arī molekulāro slāpekli, kas noved. nepietiekami novērtētiem datiem.

Kjeldāla metode.

Kjeldāla metode ir salīdzinoši vienkārša, labi reproducējama, standartizēta un tai ir vairākas modifikācijas.

Metode ietver trīs galvenos posmus: gremošanu, destilāciju un titrēšanu.

Metodes pamatā ir organisko vielu oksidēšana līdz CO2, H2O, NH3, karsējot ar stipru sērskābi. Amonjaks reaģē ar lieko H2SO4 koncentrāciju un veido ar to amonija sulfātu.

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

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4.

Pēc parauga sadedzināšanas skābes pārpalikumu neitralizē ar sārmu, un amonija sulfāta veidā saistīto amonjaku izspiež ar sārmu pārpalikumu.

(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2NH4OH.

Pēc parauga sadedzināšanas slāpekli kolorimetriski nosaka pēc krāsaino šķīdumu optiskā blīvuma, kas iegūts mijiedarbībā ar Neslera reaģentu.

Amonjaks un amonija sāļi spēj veidoties ar Neslera reaģentu (dzīvsudraba jodīda un kālija jodīda dubultsāls, izšķīdināts kaustiskajā kālijā). Merkuramonija jodīds ir dzeltenbrūna viela.

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

Formālās titrēšanas metode.

Vēl viena kvantitatīvā metode olbaltumvielu satura noteikšanai ir formālā titrēšanas metode, ko parasti izmanto pienotavās.

Šo metodi var izmantot tikai tāda svaiga svaigpiena analīzei, kura skābums nepārsniedz 22 ºT. Konservētus paraugus nevar kontrolēt ar šo metodi.

Metode sastāv no produkta proteīnu NH2 grupu bloķēšanas ar ievadīto formalīnu, veidojot proteīnu metilatvasinājumus, kuru karboksilgrupas var neitralizēt ar sārmu:

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

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

Sārmu daudzumu, ko izmanto skābo karboksilgrupu titrēšanai, pārrēķina proteīnu masas daļai.

Pētījums tiek veikts saskaņā ar šādu shēmu:

Kolbā ar tilpumu 100 cm³ mēra 20 cm³ testa produkta, 10–12 pilienus 1% fenolftaleīna šķīduma un titrē ar 0,1 N nātrija hidroksīda šķīdumu, līdz parādās rozā krāsa, kas atbilst standarta krāsai. Pēc tam ar automātisko mērierīci pievieno 4 ml neitralizēta 40% formalīna un vēlreiz titrē ar 0,1 N nātrija hidroksīda šķīdumu, līdz iegūst standarta krāsu. Otrajai titrēšanai izmantoto sārmu daudzumu (pirmās titrēšanas laikā tas tiek tērēts vielu neitralizēšanai, kas izraisa produkta skābumu), reizina ar koeficientu 0,959 un iegūst proteīnu masas daļu produktā procentos. .

Lai pārvērstu nātrija hidroksīda šķīduma daudzumu proteīna procentos, var izmantot tabulu.

0,1N NaOH šķīduma patēriņš, ml	Olbaltumvielu masas daļa, %	0,1N NaOH šķīduma patēriņš, ml	Olbaltumvielu masas daļa, %

2. tabula. Olbaltumvielu masas daļas atkarība no sārma šķīduma tilpuma, ko izmanto paraugu titrēšanai formalīna klātbūtnē

2.2. Olbaltumvielu satura noteikšanas kvalitatīvo metožu raksturojums

Olbaltumvielu izgulsnēšanās reakcijas

Olbaltumvielas šķīdumā un attiecīgi organismā tiek saglabātas sākotnējā stāvoklī, pateicoties stabilitātes faktoriem, kas ietver proteīna molekulas lādiņu un ap to esošo hidratācijas apvalku. Šo faktoru noņemšana noved pie olbaltumvielu molekulu līmēšanas un to izgulsnēšanās. Olbaltumvielu nogulsnēšanās var būt atgriezeniska vai neatgriezeniska atkarībā no reaģentiem un reakcijas apstākļiem. Laboratorijas praksē izgulsnēšanas reakcijas tiek izmantotas, lai izolētu proteīnu albumīna un globulīna frakcijas, kvantitatīvi noteiktu to stabilitāti, noteiktu proteīnus bioloģiskajos šķidrumos un atbrīvotu tos, lai iegūtu bezproteīnu šķīdumu.

atgriezeniski nokrišņi.

Nokrišņu faktoru ietekmē olbaltumvielas izgulsnējas, bet pēc šo faktoru darbības pārtraukšanas (noņemšanas) proteīni atkal kļūst šķīstoši un iegūst savas dabiskās īpašības. Viens no atgriezeniskās olbaltumvielu nogulsnēšanās veidiem ir izsālīšana.

izsālīt. Olbaltumvielu albumīna frakcija nogulsnējas ar piesātinātu amonija sulfāta šķīdumu, bet globulīna frakcija ar daļēji piesātinātu šķīdumu.

Reakcijas būtība ir olbaltumvielu molekulu dehidratācija.

Definīcijas progress. 30 pilienus neatšķaidīta parauga ielej mēģenē un pievieno vienādu daudzumu piesātināta amonija sulfāta šķīduma. Sajauciet mēģenes saturu. Tiek iegūts puspiesātināts amonija sulfāta šķīdums, savukārt globulīna frakcija nogulsnējas, un albumīna frakcija paliek šķīdumā. Pēdējo filtrē, pēc tam sajauc ar amonija sulfāta pulveri, līdz sāls šķīst apstājas, un veidojas nogulsnes - globulīni.

Neatgriezeniska olbaltumvielu nogulsnēšanās.

Neatgriezeniska olbaltumvielu nogulsnēšanās ir saistīta ar pamatīgiem traucējumiem proteīnu struktūrā (sekundārajā un terciārajā) un to dabisko īpašību zudumu. Šādas izmaiņas olbaltumvielās var izraisīt vārīšanās, minerālskābju un organisko skābju koncentrētu šķīdumu, smago metālu sāļu iedarbība.

Nokrišņi vārīšanās laikā. Olbaltumvielas ir termolabili savienojumi un, karsējot virs 50-60 grādiem C, tie denaturējas. Termiskās denaturācijas būtība ir hidratācijas apvalka iznīcināšana, proteīna globuli stabilizējošo saišu pārraušana un proteīna molekulas izvietošana. Vispilnīgākie un ātrākie nokrišņi notiek izoelektriskajā punktā (kad molekulas lādiņš ir nulle), jo šajā gadījumā olbaltumvielu daļiņas ir vismazāk stabilas. Olbaltumvielas ar skābām īpašībām izgulsnējas nedaudz skābā vidē, bet olbaltumvielas ar bāziskām īpašībām - viegli sārmainā. Spēcīgi skābos vai stipri sārmainos šķīdumos karsējot denaturētais proteīns neizgulsnējas, jo tā daļiņas tiek uzlādētas un pirmajā gadījumā tām ir pozitīvs lādiņš, bet otrajā - negatīvs lādiņš, kas palielina to stabilitāti šķīdumā.

Definīcijas progress. Pievienojiet 10 pilienus parauga šķīduma 4 numurētām mēģenēm. Pēc tam 1. caurule tiek uzkarsēta līdz vārīšanās temperatūrai, kamēr šķīdums kļūst duļķains, bet, tā kā denaturētās proteīna daļiņas nes lādiņu, tās neizgulsnējas. Tas ir saistīts ar faktu, ka olu baltumam ir skābas īpašības (tā izoelektriskais punkts ir 4,8), un tas ir negatīvi uzlādēts neitrālā vidē; Otrai mēģenei pievieno 1 pilienu 1% etiķskābes šķīduma un uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Olbaltumviela izgulsnējas, jo. tā šķīdums tuvojas izoelektriskajam punktam un proteīns zaudē lādiņu (viens no proteīna stabilitātes faktoriem šķīdumā); 3. mēģenē pievieno 1 pilienu 10% etiķskābes šķīduma un uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Nogulsnes neveidojas, jo stipri skābā vidē proteīna daļiņas iegūst pozitīvu lādiņu (saglabājas viens no proteīna stabilitātes faktoriem šķīdumā); 1 pilienu NaOH šķīduma ielej 4. mēģenē, uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Nogulsnes neveidojas, jo sārmainā vidē palielinās proteīna negatīvais lādiņš.

Nokrišņi ar koncentrētām minerālskābēm. Koncentrētas skābes (sērskābe, sālsskābe, slāpekļskābe uc) izraisa olbaltumvielu denaturāciju, noņemot šķīdumā (lādiņa un hidratācijas apvalka) proteīna stabilitātes faktorus. Tomēr ar sālsskābes un sērskābes pārpalikumu denaturētā proteīna nogulsnes atkal izšķīst. Acīmredzot tas notiek proteīnu molekulu uzlādes un to daļējas hidrolīzes rezultātā. Pievienojot slāpekļskābes pārpalikumu, nogulsnes nešķīst. Tāpēc klīniskajos pētījumos slāpekļskābi izmanto, lai urīnā noteiktu nelielu daudzumu olbaltumvielu.

Definīcijas progress. Trīs mēģenēs ielej 5 pilienus koncentrētas sērskābes, sālsskābes un slāpekļskābes. Pēc tam, sasverot mēģeni 45 grādu leņķī, gar sienu rūpīgi noslāņo tādu pašu parauga tilpumu. Uz abu slāņu robežas parādās olbaltumvielu nogulsnes balta gredzena formā. Uzmanīgi sakratiet mēģenes, novērojiet proteīna izšķīšanu mēģenēs ar sērskābi un sālsskābi; mēģenē ar slāpekļskābi proteīns neizšķīst.

Nokrišņi ar organiskām skābēm. Trihloretiķskābe izgulsnē tikai olbaltumvielas, un sulfosacilskābe izgulsnē ne tikai olbaltumvielas, bet arī lielmolekulāros peptīdus.

Definīcijas progress. Divās mēģenēs pievienojiet 5 pilienus parauga šķīduma. Vienam no tiem pievieno 2 pilienus sulfosalicilskābes, bet otram - 5 pilienus trihloretiķskābes. Proteīns izgulsnējas mēģenēs.

Olbaltumvielu izgulsnēšana ar smago metālu sāļiem. Mijiedarbojoties ar svina, vara, dzīvsudraba, sudraba un citu smago metālu sāļiem, proteīni tiek denaturēti un nogulsnēti. Tomēr ar dažu sāļu pārpalikumu tiek novērota sākotnēji izveidoto nogulšņu izšķīšana. Tas ir saistīts ar metālu jonu uzkrāšanos uz denaturētā proteīna virsmas un pozitīva lādiņa parādīšanos uz proteīna molekulas.

Definīcijas progress. Trīs mēģenēs pievienojiet 5 pilienus parauga. Pirmajā pievieno 1 pilienu svina acetāta, trešajā - 1 pilienu sudraba nitrāta. Nokrišņi notiek visās mēģenēs. Pēc tam pirmajai mēģenei pievieno 10 pilienus sudraba nitrāta - nogulsnes neizšķīst.

Olbaltumvielu krāsu reakcijas

Krāsu reakcijas tiek izmantotas, lai noteiktu vielu proteīna raksturu, identificētu olbaltumvielas un noteiktu to aminoskābju sastāvu dažādos bioloģiskos šķidrumos.

Biureta reakcija uz peptīdu saiti. Tās pamatā ir peptīdu saišu (-CO-NH-) spēja sārmainā vidē ar vara sulfātu veidot krāsainus kompleksus savienojumus, kuru krāsas intensitāte ir atkarīga no polipeptīdu ķēdes garuma. Olbaltumvielu šķīdums piešķir zili violetu krāsu.

Definīcijas progress. Mēģenē pievieno 5 pilienus parauga šķīduma, 3 pilienus NaOH, 1 pilienu Cu(OH)2, samaisa. Caurules saturs iegūst zili violetu krāsu.

Ninhidrīna reakcija. Reakcijas būtība ir zili violetas krāsas savienojuma veidošanās, kas sastāv no ninhidrīna un aminoskābju hidrolīzes produktiem. Šī reakcija ir raksturīga aminogrupām -pozīcijā, kas atrodas dabiskajās aminoskābēs un olbaltumvielās.

Definīcijas progress. Mēģenē pievieno 5 pilienus parauga šķīduma, pēc tam 5 pilienus ninhidrīna, maisījumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Parādās rozā violeta krāsa, kas laika gaitā kļūst zili violeta.

ksantoproteīna reakcija. Kad proteīna šķīdumam pievieno koncentrētu slāpekļskābi un karsē, parādās dzeltena krāsa, kas sārmu klātbūtnē kļūst oranža. Reakcijas būtība ir ciklisko aminoskābju benzola gredzena nitrēšana ar slāpekļskābi, veidojot nitro savienojumus, kas izgulsnējas. Reakcija atklāj ciklisko aminoskābju klātbūtni olbaltumvielās.

Definīcijas progress. Pievienojiet 3 pilienus slāpekļskābes 5 pilieniem parauga šķīduma un (uzmanīgi!) uzkarsējiet. Parādās dzeltenas nogulsnes. Pēc atdzesēšanas pievieno (vēlams nogulsnēm) 10 pilienus NaOH, parādās oranža krāsa.

Adamkeviča reakcija. Aminoskābe triptofāns skābā vidē, mijiedarbojoties ar skābajiem aldehīdiem, veido sarkanvioletus kondensācijas produktus.

Definīcijas progress. Vienam parauga pilienam pievieno 10 pilienus etiķskābes. Noliecot mēģeni, uzmanīgi pievienojiet 0,5 ml sērskābes pa pilienam gar sieniņu, lai šķidrumi nesajauktos. Kad mēģene stāv, pie šķidrumu robežas parādās sarkani violets gredzens.

Fohla reakcija. Aminoskābes, kas satur sulfhidrilgrupas - SH, iziet sārmainu hidrolīzi, veidojot nātrija sulfīdu Na2S. Pēdējais, mijiedarbojoties ar nātrija plumbītu (veidojas svina acetāta un NaOH reakcijas laikā), veido melnas vai brūnas svina sulfīda PbS nogulsnes.

Definīcijas progress. 5 pilieniem parauga šķīduma pievieno 5 pilienus Fohla reaģenta (5% svina acetāta šķīdumam pievieno vienādu tilpumu 30% NaOH šķīduma, līdz izšķīst izveidojušās nogulsnes). un vāra 2-3 minūtes. Pēc nostādināšanas 1-2 min. parādās melnas vai brūnas nogulsnes.

3. Eksperimentālā daļa

3.1. Pētījuma priekšmeta izvēles pamatojums

Par sava pētījuma objektu izvēlējos vistas olu, jo tā ir galvenais olbaltumvielu un daudzu cilvēka organismam nepieciešamo vielu avots, turklāt ola ir iekļauta katra cilvēka uzturā.

Katru gadu pasaulē tiek patērēts aptuveni miljards, tas ir, tūkstošiem miljardu olu. Katrs cilvēks gadā apēd vidēji 200 olas. Taču olas nav tikai parasts pārtikas produkts.

Olas ir ne tikai bagātīgs uzturvielu kokteilis, pateicoties olām, jūsu kulinārijas iztēlei nebūs robežu. Vāciešiem brokastīs patīk mīksti vārītas olas, amerikāņi savas olas sauc par "saulaino pusi uz augšu", spāņi ir iemīlējušies savā tortiljā, itāļi dod priekšroku fritatai, omletei, un japāņu gardēdis iemērc jēlu gaļu tikko dētās olās.

Varbūt neviens cits produkts virtuvē netiek izmantots tik bieži kā svaiga ola. Pīrāgos, desertos, saldējumā, gardēžu mērcēs vai ikviena iecienītajos olu makaronos – visur olas izdala savu dzeltenuma zeltaino krāsu.

Augstākā olbaltumvielu kvalitāte un dažādu dzīvībai svarīgu elementu kombinācija padara olas par ārkārtīgi vērtīgu pārtikas produktu. Liela ola satur aptuveni deviņus gramus olbaltumvielu, astoņus gramus tauku, vērtīgo elementu lecitīnu, kā arī citas minerālvielas un vitamīnus – izņemot C vitamīnu. Vitamīni slēpjas galvenokārt dzeltenumā.

Vissvarīgākais vitamīns ir A vitamīns un tā provitamīni – karotinoīdi. Tā sauktais "acu vitamīns" uzlabo redzi. Tas ir nepieciešams acs tīklenē gan gaismas un tumsas uztverei, gan krāsu izšķiršanai. A vitamīnam ir arī svarīga loma imūnsistēmā, veicinot matu, ādas un zobu augšanu un nostiprināšanos.

Vistas olas ir arī B vitamīna avots, kas atbild par vienmērīgu vielmaiņu, šūnu elpošanu un sarkano asins šūnu – eritrocītu veidošanos.

Viena ola sedz cilvēka ikdienas nepieciešamību pēc folijskābes par 26 procentiem. Šis īpaši nestabilais vitamīns rada jaunas šūnas un aktivizē augšanu. Folijskābes deficīts ir viens no visizplatītākajiem vitamīnu trūkuma veidiem un bieži rodas kopā ar dzelzs deficītu. Taču olas ir arī īsts minerālvielu pieliekamais: kalcijs, magnēzijs, kālijs, dzelzs, cinks, jods un fluors padara olu par vienu no barojošākajiem pārtikas produktiem uz Zemes.

Olas - labs avots olbaltumvielas, tāpēc zemāk esošajā tabulā tie ir izmantoti kā pamats salīdzināšanai ar citiem produktiem. Olām tiek piešķirta nosacītā vērtība 100.

Norādītie skaitļi attiecas uz olām kopumā, nevis uz baltumiem vai dzeltenumiem. Mūsdienās ir modē ēst tikai olbaltumvielas, jo tie nesatur taukus. Patiesībā dzeltenumi satur ne mazāk olbaltumvielu. Un vitamīnu un minerālvielu saturs ir vēl lielāks.

Pamatojoties uz tabulas datiem, varam secināt, ka olas ir galvenais olbaltumvielu avots.

Salīdzinot ar citiem dzīvnieku izcelsmes produktiem, vistas ola satur vispilnīgāko proteīnu, ko organisms gandrīz pilnībā absorbē. Olu proteīns satur visas neaizvietojamās aminoskābes optimālākajās attiecībās.

Zemāk ir tabula, kurā parādīts olbaltumvielu svara saturs dažos olbaltumvielu avotos un šī proteīna procentuālais daudzums, ko mūsu ķermenis faktiski var absorbēt.

4. tabula - olbaltumvielu saturs produktos, %

Tabulā redzams, ka, piemēram, olas satur tikai 12% olbaltumvielu, bet, pateicoties noteiktam aminoskābju sastāvam, 94% olbaltumvielu var uzņemt organismā. Savukārt olbaltumvielas veido 42% no sojas miltiem, bet šī proteīna sastāvs ļauj uzņemt tikai 61% no šī daudzuma.

Pamatojoties uz tabulas datiem, varam secināt, ka pastāv milzīga atšķirība starp kopējo olbaltumvielu saturu pārtikas produktos (ko mēs lasām uz etiķetēm) un daudzumu, ko organisms faktiski izmanto.

Ja paskatās uz sarakstu tabulā, jūs varat redzēt, ka tādos pārtikas produktos kā rīsi, pupiņas un kartupeļi satur daudz mazāk veselīgu olbaltumvielu nekā olas. Iemesls tam ir pārāk zems nepieciešamo aminoskābju saturs, kas nepieciešams pilnīgai olbaltumvielu uzsūkšanai organismā.

Attiecīgi olbaltumvielas, kurām trūkst neaizvietojamo aminoskābju, sauc par nepilnīgām; tie, kuros ir pietiekami daudz neaizstājamo aminoskābju, ir pilnvērtīgi, olu proteīni ir pilnvērtīgi.

Tādējādi varam secināt, ka vistas ola, salīdzinot ar citiem dzīvnieku izcelsmes produktiem, satur vispilnīgāko proteīnu, ko organisms gandrīz pilnībā uzsūc. Olu proteīns satur visas neaizvietojamās aminoskābes optimālākajās attiecībās.

Saskaņā ar pašreizējiem Krievijas standartiem marķējumam jābūt uz katras putnu fermā ražotas olas.

Pirmā rakstzīme etiķetē norāda pieļaujamo glabāšanas laiku:

Burts "D" - apzīmē diētisku olu, šādas olas tiek pārdotas 7 dienu laikā.

Burts "C" - apzīmē galda olu, kas tiek pārdota 25 dienu laikā.

Otrā zīme marķējumā nozīmē olas kategoriju atkarībā no tās svara:

Izvēlētā ola (O) - no 65 līdz 74,9 g.

Pētījuma objekta raksturojums

Kā pētījuma objektu izvēlējos trīs paraugus - vistu olas, kas ražotas Čeļabinskas putnu fermā OJSC (CHEPFA).

Čeļabinskas putnu ferma OJSC ir viens no pieciem lielākajiem putnkopības uzņēmumiem Krievijā. Pamatdarbība ir lauksaimniecības produkcijas ražošana, pārstrāde, uzglabāšana un realizācija. Putnu fermas galvenais produkts ir kvalitatīva vistas ola, kas iegūta no Lohmann LSL-classic krosa putna. Šodien a/s Čeļabinskas putnu ferma apvieno piecas struktūrvienības: Čeļabinskas putnu ferma, Jemanžeļinskas selekcijas ferma, Petropavlovskas graudu komplekss, Jemanžeļinskas graudu pieņemšanas centrs un Kuročkino sanatorija.

Paraugs Nr.1 ​​- pirmās kategorijas diētiskā ola (D1), ražota 2009.gada 26.martā ar masu 62 grami.

Paraugs Nr.2 - pirmās kategorijas (C1) galda ola, ražota 2009.gada 26.martā, ar masu 59 grami.

Paraugs Nr. 3 ir izvēles galda ola (CO), kas ražota 2009. gada 26. martā un kuras masa ir 68 grami.

Proteīna satura noteikšanas metode

Darba ietvaros tika izmantota Kjeldahl-Golub mikrometode kā proteīna satura novērtēšanas metode produktā.

Pētījums tiek veikts saskaņā ar šādu shēmu:

Testējamā produkta nosvērto daļu 0,04 g tilpumā, kas ņemta ar precizitāti ±0,0001, ievieto mēģenē. Pēc tam secīgi ievada 2 ml H2SO4 (īpatnējais svars 1,84) un 1...2 pilienus H2O2 (33%). Mineralizāciju veic, karsējot mēģeni ūdens vannā 85 grādu temperatūrā.

Šajā gadījumā viegli oksidējošas vielas pilnībā oksidējas 1–2 minūšu laikā, un šķidrums, kas mainījis krāsu, paliek bezkrāsains pēc turpmākas karsēšanas.

Oksidācijas beigās mēģenes saturu kvantitatīvi pārnes 100 ml mērkolbā līdz atzīmei. Pēc kolbas satura kārtīgas samaisīšanas ņem 10 ml paraugu un precīzi titrē ar 0,5 N NaOH pret fenolftaleīnu, lai noteiktu neitralizācijai nepieciešamo sārmu daudzumu.

Pēc tam ņem tā paša šķīduma paraugu 10 ml un pārnes uz citu 100 ml mērkolbu, pievieno noteiktu daudzumu 0,5 N NaOH, lai neitralizētu skābi. Pēc tam uzpilda līdz zīmei ar ūdeni un kārtīgi sakrata. Šo šķidrumu izmanto krāsainu šķīdumu pagatavošanai.

Krāsainu šķīdumu sagatavošana. Šim nolūkam darba un standarta šķīdumus sagatavo divās mērkolbās ar ietilpību 100 ml. Vienā ielej 10 ml testa šķīduma, abas kolbas uzpilda par trīs ceturtdaļām ar ūdeni, pēc tam pievieno 4 ml Neslera šķīduma un uzpilda līdz atzīmei.

Pēc tam nosaka iegūto krāsaino šķīdumu optisko blīvumu.

Pamatojoties uz analīzes datiem, olbaltumvielu saturu (%) aprēķina pēc formulas:

kur 0,002 ir mg slāpekļa daudzums 1 ml standarta darba šķīduma;

Dm ir darba šķīduma optiskais blīvums;

Dm ir standartšķīduma optiskais blīvums;

m ir testējamās vielas nosvērtās daļas svars, g;

K - slāpekļa pārvēršanas koeficients olbaltumvielām, kas vienāds ar 6,25 dzīvnieku izcelsmes produktiem; augu izcelsmes produktiem 5.7.

3.2. Mūsu pašu pētījumu rezultātu analīze

1. attēls - Olbaltumvielu saturs pētītajos paraugos

5. tabula - Olbaltumvielu satura daudzums pētītajos paraugos

Lielākā daļa olbaltumvielu ir pirmās kategorijas (D1) uztura olā (paraugs Nr. 1). Tas ir tāpēc, ka diētiskā ola ir svaigākā ola, kas dēta ne vairāk kā pirms nedēļas. Kā liecina pētījumi, mikrobioloģiskie procesi olā turpina noritēt nedēļu, t.i. tas dzīvo. Nedēļas uzglabāšanas laikā olbaltumvielu un aminoskābju kvalitatīvajam un kvantitatīvajam sastāvam olās nav laika īpaši mainīties. Bet saskaņā ar literatūras datiem uztura olas proteīna olas baltumam vajadzētu saturēt apmēram 19% olbaltumvielu un aptuveni 18% dzeltenumā, un pētījums atklāja, ka olbaltumvielu saturs proteīnā ir 18,7%, bet dzeltenumā. 17,6% . Var secināt, ka proteīna satura novirzes ir nelielas, bet tomēr pastāv, nepareizas olas uzglabāšanas dēļ.

Izvēlētā galda ola (CO) (Paraugs Nr. 3) satur mazāk olbaltumvielu nekā diētiskā ola, kas izskaidrojams ar olas derīguma termiņu. Ola jāuzglabā vēsā, bet ne pārāk sausā vietā; vislabākā temperatūra ir 0 - +5 °C. Ja tajā uzturēsiet optimālu mitrumu un oglekļa dioksīda saturu, olas var uzglabāt līdz 9 mēnešiem. Bet tajā pašā laikā notiek proteīna denaturācija un agregācija olā. Saskaņā ar literatūras datiem pārtikas olas baltumam vajadzētu saturēt apmēram 17% olbaltumvielu, bet dzeltenumā - aptuveni 16%, un pētījumā noskaidrots, ka proteīna saturs proteīnā ir 16,5%, bet dzeltenumā - 15,7%. . Var secināt, ka olbaltumvielu satura novirzes ir nelielas, bet tomēr pastāv, kas izskaidrojams ar to, ka uzglabāšanas laikā nav izpildīti visi nepieciešamie nosacījumi.

Pirmās kategorijas (C1) galda olā (Orazets Nr. 2) olbaltumvielu saturs daudz neatšķiras no olbaltumvielu satura pārtikas olā, kas skaidrojams ar to, ka pirmās kategorijas galda ola atšķiras no olbaltumvielu satura pārtikas olā. galda ola tikai svarā. Parauga Nr.2 proteīnā olbaltumvielu saturs ir 16,5%, bet dzeltenumā 15,7%, kas atbilst literatūras datiem, bet ar dažām novirzēm.

Šī darba gaitā atklājās, ka olbaltumvielas ir dzīvnieku vai augu izcelsmes organiskas vielas, kas nodrošina atbalstu cilvēka organisma šūnu struktūrai. To galvenais elements ir daudzas aminoskābes.

Aminoskābes ir visos augu un dzīvnieku izcelsmes produktos, taču to saturs un attiecība produktos ir atšķirīga.

Pētījuma objekts bija vistas ola kā galvenais olbaltumvielu avots. Pamatojoties uz pētījuma rezultātiem, var secināt, ka mūsdienu ražotāju olu kvalitāte un olbaltumvielu saturs tajās atbilst normalizētajiem rādītājiem, taču ar nelielām novirzēm, kas skaidrojams ar uzglabāšanas ilgumu un iespējamo neatbilstību. olu uzglabāšanas režīms.

Darba gaitā tika sasniegts galvenais mērķis: identificēti galvenie olbaltumvielu avoti - tie ir dzīvnieku izcelsmes produkti - piens, gaļa, zivis, olas (satur neaizstājamās aminoskābes vislabvēlīgākajās attiecībās) un augu izcelsmes, piemēram, zirņi, pupiņas, griķi un pērļu mieži, prosa, rīsi; un arī tika noteikts, ka olbaltumvielas ir nepieciešami un vitāli svarīgi pārtikas produktu ķīmiskā sastāva elementi, kas pilda daudzas funkcijas - plastiskās, saraušanās, rezerves, regulējošās un aizsargājošās.

Olbaltumvielas ir veselīga un pareiza uztura pamatā, tāpēc nepieciešams uzlabot valsts iedzīvotāju uztura kultūru un veicināt veselīgu dzīvesveidu.

Bibliogrāfija

1. Potoroko I.Yu., Kaļiņina I.V. Preču zinātnes teorētiskie pamati un patēriņa preču pārbaude: Laboratorijas darbnīca. - Čeļabinska: SUSU izdevniecība, 2005. - 97 lpp.

2. Gaļas un olu produktu tirdzniecība. Piena produktu un pārtikas koncentrātu preču zinātne: Proc./G. N. Krugļakovs, G. V. Kruļļakova.-M.: Mārketings, 2001.

3. Krievijas pārtikas produktu ķīmiskais sastāvs / Red. I. M. Skurihins, V. A. Tuteljans; Ros. akad. medus. Zinātnes, Uztura institūts.-M.: DeLi print, 2002.

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

5. http://www.chepfa.ru

1.pielikums

Aprēķinu dienasgrāmata

1. paraugs. Pirmās kategorijas diētiskā ola

Olbaltumvielas: testa parauga optiskais blīvums - 0,237

parauga svars - 0,0465 g

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

Dzeltenums: testa parauga optiskais blīvums - 0,220

standartšķīduma optiskais blīvums - 0,35

parauga svars - 0,0457 g

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

2. paraugs. Pirmās kategorijas galda ola

Olbaltumvielas: testa parauga optiskais blīvums - 0,186

standartšķīduma optiskais blīvums - 0,35

parauga svars - 0,0401 g

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

Dzeltenums

standartšķīduma optiskais blīvums - 0,35

parauga svars - 0,0406 g

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

3. paraugs. Izvēlēta galda ola

Olbaltumvielas: testa parauga optiskais blīvums - 0,179

standartšķīduma optiskais blīvums - 0,35

parauga svars - 0,0443 g

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

Dzeltenums: testa parauga optiskais blīvums - 0,176

standartšķīduma optiskais blīvums - 0,35

parauga svars - 0,0409 g

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

Ir zināms, ka dzīvās vielas pamatā ir organiskas vielas – olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti un nukleīnskābes. Bet vissvarīgākā no šīm vielām ir olbaltumvielas.

Lielākā daļa zinātnei zināmo vielu karsējot mainās no cietas uz šķidru. Bet ir vielas, kas, gluži pretēji, karsējot pārvēršas cietā stāvoklī. Šīs vielas atsevišķā klasē apvienoja franču ķīmiķis Pjērs Džozefs Maks 1777. gadā. Pēc analoģijas ar olu baltumu, kas karsējot sarecē, šīs vielas sauca par proteīniem. Proteīnus citādi sauc par proteīniem. Grieķu valodā proteīns (proteios) nozīmē "pirmajā vietā". Šāds nosaukums olbaltumvielai tika dots 1838. gadā, kad holandiešu bioķīmiķis Žerārs Mulders rakstīja, ka dzīvība uz planētas nebūtu iespējama bez noteiktas vielas, kas ir vissvarīgākā no visām zinātnei zināmajām vielām un kas obligāti ir absolūti visos augos. un dzīvnieki. Malders šo vielu sauca par proteīnu.

Olbaltumvielas ir vissarežģītākā viela starp visām uzturvielām. Katrā cilvēka ķermeņa šūnā notiek ķīmiskas reakcijas, kurās proteīnam ir ļoti liela nozīme.

No kā sastāv olbaltumvielas

Proteīni ietver: slāpekli, skābekli, ūdeņradi, oglekli. Bet citas uzturvielas nesatur slāpekli.

Olbaltumvielas ir dabisks polimērs. Polimēri ir vielas, kuru molekulas satur ļoti lielu atomu skaitu. Vēl 19. gadsimtā krievu ķīmiķis Aleksandrs Mihailovičs Butlerovs pierādīja, ka, ja mainās molekulas struktūra, tad mainās arī vielas īpašības. Galvenie proteīnu celtniecības bloki ir aminoskābes. Olbaltumvielas satur dažādas aminoskābju kombinācijas. Tāpēc dabā ir daudz dažādu proteīnu ar dažādām īpašībām. Ar pētījumu palīdzību ir atklātas aptuveni 20 aminoskābes, kas ir iesaistītas olbaltumvielu veidošanā.

Kā notiek proteīna molekulas veidošanās process

Aminoskābes tiek pievienotas viena otrai secīgi. Šī procesa rezultātā veidojas ķēde, ko sauc par polipeptīdu. Pēc tam polipeptīdi var saritināties vai iegūt citu formu. Olbaltumvielu īpašības ir atkarīgas no aminoskābju sastāva, no tā, cik daudz aminoskābju ir iesaistītas sintēzē un kādā secībā šīs aminoskābes ir saistītas viena ar otru. Piemēram, divu proteīnu sintēze ietver vienādu skaitu aminoskābju, kurām arī ir vienāds sastāvs. Bet, ja šīs aminoskābes atrodas citā secībā, tad mēs iegūsim divas pilnīgi atšķirīgas olbaltumvielas.

Ja peptīdi satur ne vairāk kā 15 aminoskābju atlikumus, tos sauc par oligopeptīdiem. Un peptīdus, kas satur līdz pat vairākiem desmitiem tūkstošu vai pat simtiem tūkstošu aminoskābju atlikumu, sauc par proteīniem. Olbaltumvielu molekulai ir kompakta telpiskā struktūra. Šī struktūra var būt šķiedru formā. Šādus proteīnus sauc par fibrilāriem. Viņi veido olbaltumvielas. Ja proteīna molekulas struktūra ir bumbiņas formā, tad olbaltumvielas sauc par lodveida. Šie proteīni ietver fermentus, antivielas un dažus hormonus.

Atkarībā no tā, kādas aminoskābes ir iekļautas olbaltumvielu sastāvā, olbaltumvielas ir pilnīgas un nepilnīgas. Pilnīgi proteīni satur pilnu aminoskābju komplektu. Nepilnīgi proteīni, trūkst dažu aminoskābju.

Olbaltumvielas ir sadalītas arī vienkāršajās un sarežģītajās. Vienkāršie proteīni satur tikai aminoskābes. Sarežģītu proteīnu sastāvā papildus aminoskābēm ir arī metāli, ogļhidrāti, lipīdi, nukleīnskābes.

Olbaltumvielu loma cilvēka organismā

Olbaltumvielas cilvēka organismā veic dažādas funkcijas.

1.Strukturāls. Olbaltumvielas ir daļa no visu audu un orgānu šūnām.

2. Aizsargājošs. Interferona proteīns tiek sintezēts organismā, lai aizsargātu pret vīrusiem.

3. Dvigatelna es Proteīns miozīns ir iesaistīts muskuļu kontrakcijas procesā.

4. Transports. Hemoglobīns, kas ir sarkano asins šūnu sastāvā esošais proteīns, ir iesaistīts skābekļa un oglekļa dioksīda pārnešanā.

5. Enerģija es Olbaltumvielu molekulu oksidēšanās rezultātā tiek atbrīvota ķermeņa dzīvībai nepieciešamā enerģija.

6. katalītisks es Olbaltumvielu fermenti darbojas kā bioloģiski katalizatori, kas palielina ķīmisko reakciju ātrumu šūnās.

7. Regulējošais es Hormoni regulē dažādas ķermeņa funkcijas. Piemēram, insulīns regulē cukura līmeni asinīs.

Dabā ir milzīgs daudzums olbaltumvielu, kas var veikt ļoti dažādas funkcijas. Taču svarīgākā olbaltumvielu funkcija ir uzturēt dzīvību uz Zemes kopā ar citām biomolekulām.

Raksta saturs

olbaltumvielas (1. pants)- bioloģisko polimēru klase, kas atrodas katrā dzīvā organismā. Piedaloties olbaltumvielām, notiek galvenie procesi, kas nodrošina organisma vitālo darbību: elpošana, gremošana, muskuļu kontrakcijas, nervu impulsu pārnešana. Kaulu audi, āda, mati, dzīvo būtņu ragu veidojumi sastāv no olbaltumvielām. Lielākajai daļai zīdītāju organisma augšana un attīstība notiek produktu dēļ, kas satur olbaltumvielas kā pārtikas sastāvdaļu. Olbaltumvielu loma organismā un attiecīgi to struktūra ir ļoti daudzveidīga.

Olbaltumvielu sastāvs.

Visi proteīni ir polimēri, kuru ķēdes ir saliktas no aminoskābju fragmentiem. Aminoskābes ir organiski savienojumi, kas satur savā sastāvā (pēc nosaukuma) NH 2 aminogrupu un organisko skābi, t.i. karboksilgrupa, COOH grupa. No visām esošajām aminoskābēm (teorētiski iespējamo aminoskābju skaits ir neierobežots) proteīnu veidošanā piedalās tikai tās, kurām starp aminogrupu un karboksilgrupu ir tikai viens oglekļa atoms. IN vispārējs skats proteīnu veidošanā iesaistītās aminoskābes var attēlot ar formulu: H 2 N–CH(R)–COOH. R grupa, kas pievienota oglekļa atomam (starp amino- un karboksilgrupām), nosaka atšķirību starp aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas. Šī grupa var sastāvēt tikai no oglekļa un ūdeņraža atomiem, bet biežāk papildus C un H satur arī dažādas funkcionālas (turpmākas transformācijas spējīgas) grupas, piemēram, HO-, H 2 N- utt. Ir arī opcija, kad R \u003d H.

Dzīvu būtņu organismi satur vairāk nekā 100 dažādas aminoskābes, tomēr ne visas tiek izmantotas olbaltumvielu konstruēšanā, bet tikai 20, tā sauktās "fundamentālās". Tabulā. 1 redzami to nosaukumi (lielākā daļa nosaukumu veidojušies vēsturiski), struktūrformula, kā arī plaši lietotais saīsinājums. Visas strukturālās formulas tabulā ir sakārtotas tā, lai galvenais aminoskābes fragments būtu labajā pusē.

1. tabula. AMINOKĀBES, KAS IESAISTĪTAS PROTEĪNU RADĪŠANĀ

Vārds	Struktūra	Apzīmējums
GLICĪNS		GLI
ALANĪNS		ALA
VALIN		VĀRSTA
LEUCĪNS		LEI
IZOLEICĪNS		ILE
SERĪNS		SER
TREONĪNS		TRE
CISTEĪNS		NVS
METIONĪNS		MET
LIZĪNS		LIZ
ARGINĪNS		ARG
SPARĀGSKĀBE		ACH
ASPARAGĪNS		ACH
GLUTĀMSKĀBE		GLU
GLUTAMĪNS		GLN
fenilalanīns		fēns
TIROZĪNS		TIR
triptofāns		TRĪS
HISTIDĪNS		ĢIS
PROLINE		PRO
Starptautiskajā praksē tiek pieņemts uzskaitīto aminoskābju saīsinātais apzīmējums, izmantojot latīņu trīsburtu vai viena burta saīsinājumus, piemēram, glicīns - Gly vai G, alanīns - Ala vai A.

No šīm divdesmit aminoskābēm (1. tabula) tikai prolīns satur NH grupu (NH 2 vietā) blakus COOH karboksilgrupai, jo tas ir daļa no cikliskā fragmenta.

Astoņas aminoskābes (valīns, leicīns, izoleicīns, treonīns, metionīns, lizīns, fenilalanīns un triptofāns), kas novietotas tabulā uz pelēka fona, tiek sauktas par neaizvietojamām, jo ​​normālai augšanai un attīstībai organismam tās pastāvīgi jāsaņem ar proteīna pārtiku.

Secīgas aminoskābju savienošanās rezultātā veidojas proteīna molekula, savukārt vienas skābes karboksilgrupa mijiedarbojas ar blakus molekulas aminogrupu, kā rezultātā veidojas –CO–NH– peptīdu saite un ūdens. molekula tiek atbrīvota. Uz att. 1 parāda alanīna, valīna un glicīna sērijveida savienojumu.

Rīsi. 1 AMINOKĀBJU SERIĀLĀ SAVIENOŠANA proteīna molekulas veidošanās laikā. Par polimēra ķēdes galveno virzienu tika izvēlēts ceļš no terminālās aminogrupas H 2 N līdz terminālajai karboksilgrupai COOH.

Lai kompakti aprakstītu proteīna molekulas struktūru, tiek izmantoti polimēra ķēdes veidošanā iesaistīto aminoskābju saīsinājumi (1. tabula, trešā kolonna). Attēlā parādītais molekulas fragments. 1 ir rakstīts šādi: H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.

Olbaltumvielu molekulas satur no 50 līdz 1500 aminoskābju atlikumiem (īsākas ķēdes sauc par polipeptīdiem). Olbaltumvielu individualitāti nosaka aminoskābju kopums, kas veido polimēra ķēdi, un, kas ir ne mazāk svarīgi, to maiņas secība visā ķēdē. Piemēram, insulīna molekula sastāv no 51 aminoskābes atlikuma (tā ir viena no īsāko ķēdes olbaltumvielām) un sastāv no divām savstarpēji savienotām paralēlām ķēdēm ar nevienlīdzīgu garumu. Aminoskābju fragmentu secība ir parādīta attēlā. 2.

Rīsi. 2 INULĪNA Molekula, kas veidota no 51 aminoskābju atlikuma, to pašu aminoskābju fragmenti ir apzīmēti ar atbilstošo fona krāsu. Ķēdē esošās cisteīna aminoskābju atliekas (saīsināts apzīmējums CIS) veido disulfīdu tiltus -S-S-, kas savieno divas polimēra molekulas vai veido džemperus vienā ķēdē.

Aminoskābes cisteīna molekulas (1. tabula) satur reaktīvas sulfhidrīdu grupas -SH, kas mijiedarbojas viena ar otru, veidojot disulfīdu tiltus -S-S-. Cisteīna loma olbaltumvielu pasaulē ir īpaša, ar tā līdzdalību starp polimēru olbaltumvielu molekulām veidojas šķērssaites.

Aminoskābju saistīšanās polimēra ķēdē notiek dzīvā organismā nukleīnskābju kontrolē, tieši tās nodrošina stingru montāžas kārtību un regulē polimēra molekulas fiksēto garumu ( cm. NUKLEĪNSKĀBES).

Olbaltumvielu struktūra.

Olbaltumvielu molekulas sastāvu, kas attēlots mainīgu aminoskābju atlikumu veidā (2. att.), sauc par proteīna primāro struktūru. Ūdeņraža saites rodas starp imino grupām HN, kas atrodas polimēra ķēdē, un karbonilgrupām CO ( cm. ŪDEŅRAŽA SAITE), kā rezultātā proteīna molekula iegūst noteiktu telpisku formu, ko sauc par sekundāro struktūru. Visizplatītākie ir divu veidu sekundārās struktūras olbaltumvielās.

Pirmā iespēja, ko sauc par α-spirāli, tiek īstenota, izmantojot ūdeņraža saites vienā polimēra molekulā. Molekulas ģeometriskie parametri, ko nosaka saišu garumi un saišu leņķi, ir tādi, ka H-N un C=O grupām iespējama ūdeņraža saišu veidošanās, starp kurām atrodas divi peptīdu fragmenti H-N-C=O (3. att.) .

Attēlā parādītais polipeptīdu ķēdes sastāvs. 3 ir rakstīts saīsinātā veidā šādi:

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

Ūdeņraža saišu saraušanās rezultātā molekula iegūst spirāles formu - tā saukto α-spirāli, tā tiek attēlota kā izliekta spirālveida lente, kas iet cauri atomiem, kas veido polimēra ķēdi (4. att.)

Rīsi. 4 PROTEĪNA MOLEKULAS 3D MODELISα-spirāles formā. Ūdeņraža saites ir parādītas kā zaļas punktētas līnijas. Spirāles cilindriskā forma ir redzama noteiktā griešanās leņķī (ūdeņraža atomi attēlā nav parādīti). Atsevišķu atomu krāsa ir norādīta saskaņā ar starptautiskajiem noteikumiem, kas iesaka melnu krāsu oglekļa atomiem, zilu slāpekli, sarkanu skābeklim un dzeltenu sēru (balta krāsa ir ieteicama ūdeņraža atomiem, kas nav parādīti attēlā, šajā gadījumā visa struktūra ir attēlota uz tumša fona).

Piedaloties ūdeņraža saitēm, veidojas arī cits sekundārās struktūras variants, ko sauc par β-struktūru, atšķirība ir tāda, ka mijiedarbojas divu vai vairāku paralēli izvietotu polimēru ķēžu H-N un C=O grupas. Tā kā polipeptīdu ķēdei ir virziens (1. att.), iespējami varianti, kad ķēžu virziens ir vienāds (paralēla β-struktūra, 5. att.), vai tie ir pretēji (antiparalēla β-struktūra, 6. att.) .

β-struktūras veidošanā var piedalīties dažāda sastāva polimēru ķēdes, savukārt polimēra ķēdi ierāmējošās organiskās grupas (Ph, CH 2 OH u.c.) vairumā gadījumu spēlē sekundāru lomu, H-N un C savstarpējo izkārtojumu. =O grupas ir izšķirošas. Tā kā H-N un C=O grupas ir vērstas dažādos virzienos attiecībā pret polimēra ķēdi (attēlā uz augšu un uz leju), kļūst iespējama trīs vai vairāku ķēžu vienlaicīga mijiedarbība.

Pirmās polipeptīdu ķēdes sastāvs attēlā. 5:

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

Otrās un trešās ķēdes sastāvs:

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

Attēlā parādīto polipeptīdu ķēžu sastāvs. 6, tāds pats kā attēlā. 5, atšķirība ir tāda, ka otrajai ķēdei ir pretējs (salīdzinājumā ar 5. att.) virziens.

Ir iespējams izveidot β-struktūru vienas molekulas ietvaros, kad ķēdes fragments noteiktā griezumā izrādās pagriezts par 180°, šajā gadījumā vienas molekulas diviem zariem ir pretējs virziens, kā rezultātā rodas antiparalēla. veidojas β-struktūra (7. att.).

attēlā parādītā struktūra. 7 plakanā attēlā, kas parādīts attēlā. 8 trīsdimensiju modeļa veidā. β-struktūras sekcijas parasti tiek apzīmētas vienkāršotā veidā ar plakanu viļņotu lenti, kas iet cauri atomiem, kas veido polimēra ķēdi.

Daudzu proteīnu struktūrā mijas α-spirāles un lentveida β-struktūru sekcijas, kā arī atsevišķas polipeptīdu ķēdes. To savstarpējo izvietojumu un maiņu polimēru ķēdē sauc par proteīna terciāro struktūru.

Metodes proteīnu struktūras attēlošanai ir parādītas tālāk, izmantojot augu proteīna krambīnu kā piemēru. Olbaltumvielu strukturālās formulas, kas bieži satur līdz pat simtiem aminoskābju fragmentu, ir sarežģītas, apgrūtinošas un grūti saprotamas, tāpēc dažkārt tiek izmantotas vienkāršotas struktūrformulas - bez ķīmisko elementu simboliem (9. att., variants A), bet tajā pašā laikā. laikā, kad tie saglabā valences triepienu krāsu saskaņā ar starptautiskajiem noteikumiem (4. att.). Šajā gadījumā formula tiek parādīta nevis plakanā, bet telpiskā attēlā, kas atbilst molekulas reālajai struktūrai. Šī metode ļauj, piemēram, atšķirt disulfīdu tiltus (līdzīgi tiem, kas atrodami insulīnā, 2. att.), fenilgrupas ķēdes sānu rāmī utt. Molekulu attēls trīsdimensiju formā modeļi (bumbiņas, kas savienotas ar stieņiem) ir nedaudz skaidrāks (9. att., B variants). Tomēr abas metodes neļauj parādīt terciāro struktūru, tāpēc amerikāņu biofiziķe Džeina Ričardsone ierosināja α-struktūras attēlot kā spirāli savītas lentes (skat. 4. att.), β-struktūras kā plakanas viļņotas lentes (8. att.) un savienojošas. tās atsevišķas ķēdes - plānu saišķu veidā, katram struktūras veidam ir sava krāsa. Šī proteīna terciārās struktūras attēlošanas metode tagad tiek plaši izmantota (9. att., B variants). Dažkārt, lai iegūtu lielāku informācijas saturu, terciārā struktūra un vienkāršota strukturālā formula tiek parādīta kopā (9. att., D variants). Ir arī Ričardsona piedāvātās metodes modifikācijas: α-spirāles ir attēlotas kā cilindri, bet β-struktūras ir plakanu bultu veidā, kas norāda ķēdes virzienu (9. att., E variants). Mazāk izplatīta ir metode, kurā visa molekula tiek attēlota kā kūlis, kur nevienlīdzīgas struktūras izceļas ar dažādām krāsām, bet disulfīda tilti tiek parādīti kā dzelteni tilti (9. att., E variants).

B variants ir visērtākais uztverei, kad, attēlojot terciāro struktūru, nav norādītas proteīna strukturālās iezīmes (aminoskābju fragmenti, to maiņas secība, ūdeņraža saites), savukārt tiek pieņemts, ka visos proteīnos ir “detaļas” ņemts no standarta divdesmit aminoskābju komplekta (1. tabula). Galvenais uzdevums terciārās struktūras attēlošanā ir parādīt sekundāro struktūru telpisko izvietojumu un miju.

Rīsi. 9 DAŽĀDAS CRUMBIN PROTEĪNA STRUKTŪRAS ATTĒLA VERSIJAS.
A ir strukturāla formula telpiskā attēlā.
B - struktūra trīsdimensiju modeļa veidā.
B ir molekulas terciārā struktūra.
G - A un B iespēju kombinācija.
E - terciārās struktūras vienkāršots attēls.
E - terciārā struktūra ar disulfīda tiltiem.

Uztverei visērtākā ir trīsdimensiju terciārā struktūra (opcija B), kas atbrīvota no strukturālās formulas detaļām.

Olbaltumvielu molekula, kurai ir terciārā struktūra, parasti iegūst noteiktu konfigurāciju, ko veido polāra (elektrostatiskā) mijiedarbība un ūdeņraža saites. Rezultātā molekula iegūst kompaktas spoles formu - lodveida proteīnus (globulas, latu. bumbiņa) vai pavedienu fibrilāri proteīni (fibra, latu. šķiedra).

Lodveida struktūras piemērs ir proteīna albumīns, vistas olas proteīns pieder albumīnu klasei. Albumīna polimēru ķēde ir samontēta galvenokārt no alanīna, asparagīnskābes, glicīna un cisteīna, pārmaiņus noteiktā secībā. Terciārā struktūra satur α-spirāles, kas savienotas ar atsevišķām ķēdēm (10. att.).

Rīsi. 10 ALBUMĪNA GLOBULĀRĀ STRUKTŪRA

Fibrilāras struktūras piemērs ir fibroīna proteīns. Tie satur lielu daudzumu glicīna, alanīna un serīna atlikumu (katrs otrais aminoskābes atlikums ir glicīns); nav cisteīna atlikumu, kas satur sulfhidrīdu grupas. Fibroīns, dabiskā zīda un zirnekļu tīklu galvenā sastāvdaļa, satur β-struktūras, kas savienotas ar atsevišķām ķēdēm (11. att.).

Rīsi. vienpadsmit FIBRILA PROTEĪNA FIBROĪNS

Iespēja veidot noteikta veida terciāro struktūru ir raksturīga proteīna primārajai struktūrai, t.i. iepriekš noteikts pēc aminoskābju atlikumu maiņas secības. No noteiktām šādu atlieku kopām pārsvarā rodas α-spirāles (tādu kopu ir diezgan daudz), cita kopa noved pie β-struktūru parādīšanās, atsevišķas ķēdes raksturo to sastāvs.

Dažas olbaltumvielu molekulas, saglabājot terciāro struktūru, spēj apvienoties lielos supramolekulāros agregātos, kamēr tās kopā satur polārā mijiedarbība, kā arī ūdeņraža saites. Šādus veidojumus sauc par proteīna kvartāro struktūru. Piemēram, feritīna proteīns, kas sastāv galvenokārt no leicīna, glutamīnskābes, asparagīnskābes un histidīna (fericīns dažādos daudzumos satur visus 20 aminoskābju atlikumus), veido terciāro struktūru no četrām paralēli novietotām α-spirālēm. Molekulas apvienojot vienā ansamblī (12. att.), veidojas kvartāra struktūra, kas var ietvert līdz 24 feritīna molekulām.

12. att GLOBULĀRĀ PROTEĪNA FERITINA KVARTĀRĀS STRUKTŪRAS IZVEIDOŠANĀS

Vēl viens supramolekulāro veidojumu piemērs ir kolagēna struktūra. Tas ir fibrilārs proteīns, kura ķēdes galvenokārt sastāv no glicīna, kas mijas ar prolīnu un lizīnu. Struktūra satur atsevišķas ķēdes, trīskāršas α-spirāles, kas mijas ar lentveida β-struktūrām, kas sakrautas paralēlos saišķos (13. att.).

13. att KOLAGĒNA FIBRILĀRĀ PROTEĪNA SUPRAMOLEKULĀRA STRUKTŪRA

Olbaltumvielu ķīmiskās īpašības.

Organisko šķīdinātāju iedarbībā dažu baktēriju atkritumi (pienskābes fermentācija) vai, paaugstinoties temperatūrai, tiek iznīcinātas sekundārās un terciārās struktūras, nesabojājot tās primāro struktūru, kā rezultātā proteīns zaudē šķīdību un zaudē bioloģisko aktivitāti. procesu sauc par denaturāciju, tas ir, dabisko īpašību zudumu, piemēram, rūgušpiena sarecēšanu, vārītas vistas olas sarecējušos proteīnus. Paaugstinātā temperatūrā dzīvo organismu (īpaši mikroorganismu) olbaltumvielas ātri denaturējas. Šādas olbaltumvielas nespēj piedalīties bioloģiskajos procesos, kā rezultātā mikroorganismi iet bojā, tāpēc vārītu (vai pasterizētu) pienu var uzglabāt ilgāk.

Peptīdu saites H-N-C=O, kas veido proteīna molekulas polimēra ķēdi, tiek hidrolizētas skābju vai sārmu klātbūtnē, un polimēra ķēde pārtrūkst, kas galu galā var novest pie sākotnējām aminoskābēm. Peptīdu saites, kas iekļautas α-spirālēs vai β-struktūrās, ir izturīgākas pret hidrolīzi un dažādiem ķīmiskiem uzbrukumiem (salīdzinājumā ar vienādām saitēm atsevišķās ķēdēs). Smalkāka proteīna molekulas sadalīšana tās sastāvā esošajās aminoskābēs tiek veikta bezūdens vidē, izmantojot hidrazīnu H 2 N–NH 2, savukārt visi aminoskābju fragmenti, izņemot pēdējo, veido tā sauktos karbonskābes hidrazīdus, kas satur fragments C (O)–HN–NH 2 (14. att.).

Rīsi. 14. POLIPEPTĪDA ŠĶELŠANA

Šāda analīze var sniegt informāciju par proteīna aminoskābju sastāvu, taču svarīgāk ir zināt to secību proteīna molekulā. Viena no šim nolūkam plaši izmantotajām metodēm ir fenilizotiocianāta (FITC) iedarbība uz polipeptīdu ķēdi, kas sārmainā vidē piesaistās polipeptīdam (no gala, kurā ir aminogrupa) un mainoties vides reakcijai. uz skābu, tas atdalās no ķēdes, līdzi ņemot vienas aminoskābes fragmentu (15. att.).

Rīsi. 15 SEKCĪVAIS POLIPEPTĪDS Šķelšanās

Šādai analīzei ir izstrādātas daudzas īpašas metodes, tostarp tās, kas sāk “izjaukt” proteīna molekulu tās sastāvdaļās, sākot no karboksilgala.

Šķērsu disulfīdu tilti S-S (veidojas cisteīna atlikumu mijiedarbībā, 2. un 9. att.) tiek sašķelti, pārvēršot tos HS grupās dažādu reducētāju ietekmē. Oksidētāju (skābekļa vai ūdeņraža peroksīda) darbība atkal noved pie disulfīda tiltu veidošanās (16. att.).

Rīsi. 16. Disulfīdu tiltu šķelšanās

Lai izveidotu papildu šķērssaites olbaltumvielās, tiek izmantota aminogrupu un karboksilgrupu reaktivitāte. Pieejamākas dažādām mijiedarbībām ir aminogrupas, kas atrodas ķēdes sānu rāmī - lizīna, asparagīna, lizīna, prolīna fragmenti (1. tabula). Šādām aminogrupām mijiedarbojoties ar formaldehīdu, notiek kondensācija un rodas krusteniski tilti –NH–CH2–NH– (17. att.).

Rīsi. 17 PAPILDU TRANSVERĀLO TILTU IZVEIDE STARP PROTEĪNA MOLEKULĀM.

Olbaltumvielu terminālās karboksilgrupas spēj reaģēt ar dažu daudzvērtīgu metālu kompleksajiem savienojumiem (biežāk tiek izmantoti hroma savienojumi), rodas arī šķērssaišu veidošanās. Abi procesi tiek izmantoti ādas miecēšanā.

Olbaltumvielu loma organismā.

Olbaltumvielu loma organismā ir daudzveidīga.

Fermenti(fermentācija latu. - fermentācija), to cits nosaukums ir fermenti (en zumh grieķu. - raugā) - tie ir proteīni ar katalītisko aktivitāti, tie spēj tūkstošiem reižu palielināt bioķīmisko procesu ātrumu. Fermentu iedarbībā pārtikas sastāvdaļas: olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti tiek sadalīti vienkāršākos savienojumos, no kuriem pēc tam tiek sintezētas jaunas makromolekulas, kas nepieciešamas noteiktam ķermeņa tipam. Fermenti piedalās arī daudzos bioķīmiskos sintēzes procesos, piemēram, olbaltumvielu sintēzē (daži proteīni palīdz sintezēt citus). Cm. FERMENTI

Fermenti ir ne tikai ļoti efektīvi katalizatori, bet arī selektīvi (stingri virza reakciju dots virziens). To klātbūtnē reakcija norit ar gandrīz 100% iznākumu, neveidojot blakusproduktus, un tajā pašā laikā plūsmas apstākļi ir viegli: normāls atmosfēras spiediens un dzīva organisma temperatūra. Salīdzinājumam, amonjaka sintēze no ūdeņraža un slāpekļa aktivēta dzelzs katalizatora klātbūtnē tiek veikta 400–500°C temperatūrā un 30 MPa spiedienā, amonjaka iznākums ir 15–25% ciklā. Fermenti tiek uzskatīti par nepārspējamiem katalizatoriem.

Intensīva fermentu izpēte sākās 19. gadsimta vidū, šobrīd ir izpētīti vairāk nekā 2000 dažādu enzīmu, šī ir daudzveidīgākā olbaltumvielu klase.

Fermentu nosaukumi ir šādi: reaģenta nosaukumu, ar kuru ferments mijiedarbojas, vai katalizētās reakcijas nosaukumu pievieno ar galotni -aza, piemēram, argināze sadala arginīnu (1. tabula), dekarboksilāze katalizē dekarboksilāciju, t.i. CO 2 izvadīšana no karboksilgrupas:

– COOH → – CH + CO 2

Bieži vien, lai precīzāk norādītu fermenta lomu, tā nosaukumā ir norādīts gan reakcijas objekts, gan veids, piemēram, alkoholdehidrogenāze ir ferments, kas dehidrogenē spirtus.

Dažiem fermentiem, kas atklāti diezgan sen, ir saglabāts vēsturiskais nosaukums (bez galotnes -aza), piemēram, pepsīns (pepsis, grieķu valoda. gremošana) un tripsīns (tripsis grieķu valoda. sašķidrināšana), šie enzīmi sadala olbaltumvielas.

Sistematizācijai fermenti tiek apvienoti lielās klasēs, klasifikācija ir balstīta uz reakcijas veidu, klases tiek nosauktas pēc vispārējā principa - reakcijas nosaukums un beigas - aza. Dažas no šīm klasēm ir uzskaitītas zemāk.

Oksidoreduktāze ir fermenti, kas katalizē redoksreakcijas. Šajā klasē iekļautās dehidrogenāzes veic protonu pārnesi, piemēram, spirta dehidrogenāze (ADH) oksidē spirtus par aldehīdiem, turpmāko aldehīdu oksidēšanu par karbonskābēm katalizē aldehīda dehidrogenāzes (ALDH). Abi procesi notiek organismā etanola pārstrādes laikā etiķskābē (18. att.).

Rīsi. 18 ETANOLA DIVPADU OKSIDĒŠANA uz etiķskābi

Narkotiska iedarbība ir nevis etanolam, bet gan starpproduktam acetaldehīdam, jo ​​zemāka ir ALDH enzīma aktivitāte, jo lēnāk pāriet otrais posms - acetaldehīda oksidēšanās līdz etiķskābei, un jo ilgāka un spēcīgāka ir apreibinošā iedarbība no uzņemšanas. no etanola. Analīze parādīja, ka vairāk nekā 80% dzeltenās rases pārstāvju ir salīdzinoši zema ALDH aktivitāte un līdz ar to ievērojami smagāka alkohola tolerance. Iemesls šai iedzimtajai samazinātajai ALDH aktivitātei ir tas, ka daļa no glutamīnskābes atliekām “novājinātajā” ALDH molekulā tiek aizstāta ar lizīna fragmentiem (1.

Transferāzes- fermenti, kas katalizē funkcionālo grupu pārnešanu, piemēram, transimināze katalizē aminogrupas pārnešanu.

Hidrolāzes ir fermenti, kas katalizē hidrolīzi. Iepriekš minētie tripsīns un pepsīns hidrolizē peptīdu saites, bet lipāzes sašķeļ estera saiti taukos:

–RC(O)OR1 + H2O → –RC(O)OH + HOR1

Liase- fermenti, kas katalizē reakcijas, kas notiek nehidrolītiskā veidā, šādu reakciju rezultātā tiek pārtrauktas C-C, C-O, C-N saites un veidojas jaunas saites. Šai klasei pieder enzīms dekarboksilāze

Izomerāzes- enzīmi, kas katalizē izomerizāciju, piemēram, maleīnskābes pārvēršanu par fumārskābi (19. att.), tas ir cis-trans izomerizācijas piemērs (skat. ISOMERIA).

Rīsi. 19. MALEĪNSKĀBES IZOMERIZĀCIJA fermenta klātbūtnē pārvēršas fumārskābē.

Fermentu darbā tiek ievērots vispārējais princips, saskaņā ar kuru vienmēr pastāv strukturāla atbilstība starp fermentu un paātrinātās reakcijas reaģentu. Saskaņā ar viena no enzīmu doktrīnas pamatlicēja E. Fišera tēlaino izteicienu, reaģents tuvojas fermentam kā atslēga uz slēdzeni. Šajā sakarā katrs ferments katalizē noteiktu ķīmisko reakciju vai tāda paša veida reakciju grupu. Dažreiz enzīms var iedarboties uz vienu savienojumu, piemēram, ureāzi (uronu grieķu valoda. - urīns) katalizē tikai urīnvielas hidrolīzi:

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

Smalkāko selektivitāti uzrāda fermenti, kas atšķir optiski aktīvos antipodus – kreisās un labās puses izomērus. L-argināze iedarbojas tikai uz pa kreisi griežošo arginīnu un neietekmē pa labi rotējošo izomēru. L-laktāta dehidrogenāze iedarbojas tikai uz pienskābes pa kreisi griežošajiem esteriem, tā sauktajiem laktātiem (lactis latu. piens), savukārt D-laktāta dehidrogenāze šķeļ tikai D-laktātus.

Lielākā daļa enzīmu iedarbojas nevis uz vienu, bet uz radniecīgu savienojumu grupu, piemēram, tripsīns "dod priekšroku" lizīna un arginīna veidoto peptīdu saišu šķelšanai (1.

Dažu enzīmu, piemēram, hidrolāžu, katalītiskās īpašības nosaka tikai pašas proteīna molekulas struktūra, cita enzīmu klase - oksidoreduktāzes (piemēram, alkohola dehidrogenāze) var būt aktīvas tikai tādu molekulu klātbūtnē, kas nav saistītas ar olbaltumvielām. tos - vitamīnus, kas aktivizē Mg, Ca, Zn, Mn un nukleīnskābju fragmentus (20. att.).

Rīsi. 20 ALKOHOLA DEHIDROGENĀZES Molekula

Transporta proteīni saistās un transportē dažādas molekulas vai jonus caur šūnu membrānām (gan šūnas iekšpusē, gan ārpusē), kā arī no viena orgāna uz otru.

Piemēram, hemoglobīns saista skābekli, asinīm ejot cauri plaušām un nogādājot to dažādos ķermeņa audos, kur tiek atbrīvots skābeklis un pēc tam tiek izmantots pārtikas komponentu oksidēšanai, šis process kalpo kā enerģijas avots (dažkārt viņi lieto terminu "dedzināšana"). pārtika organismā).

Papildus proteīna daļai hemoglobīns satur sarežģītu dzelzs savienojumu ar ciklisku porfirīna molekulu (porfiru grieķu valoda. - violeta), kas nosaka asins sarkano krāsu. Tieši šis komplekss (21. att., pa kreisi) pilda skābekļa nesēja lomu. Hemoglobīnā dzelzs porfirīna komplekss atrodas proteīna molekulas iekšpusē, un to saglabā polārā mijiedarbība, kā arī koordinācijas saite ar slāpekli histidīnā (1. tabula), kas ir daļa no proteīna. O2 molekula, ko pārnēsā hemoglobīns, caur koordinācijas saiti ir pievienota dzelzs atomam no tās puses, kas ir pretēja tai, kurai pievienots histidīns (21. att. pa labi).

Rīsi. 21 DZELZES KOMPLEKSA UZBŪVE

Kompleksa struktūra ir parādīta labajā pusē trīsdimensiju modeļa veidā. Kompleksu proteīna molekulā notur koordinācijas saite (pārtraukta zila līnija) starp Fe atomu un N atomu histidīnā, kas ir daļa no proteīna. O 2 molekula, ko pārnēsā hemoglobīns, ir koordinēta (sarkana punktēta līnija) ar Fe atomu no plakanā kompleksa pretējās valsts.

Hemoglobīns ir viens no visvairāk pētītajiem proteīniem, tas sastāv no a-spirālēm, kas savienotas ar atsevišķām ķēdēm un satur četrus dzelzs kompleksus. Tādējādi hemoglobīns ir kā apjomīgs iepakojums četru skābekļa molekulu pārnešanai vienlaikus. Hemoglobīna forma atbilst lodveida proteīniem (22. att.).

Rīsi. 22 HEMOGLOBĪNA GLOBULĀRA FORMA

Galvenā hemoglobīna "priekšrocība" ir tā, ka skābekļa pievienošana un sekojošā sadalīšanās, pārejot uz dažādiem audiem un orgāniem, notiek ātri. Oglekļa monoksīds, CO (oglekļa monoksīds), hemoglobīnā vēl ātrāk saistās ar Fe, bet atšķirībā no O 2 veido grūti sadalāmu kompleksu. Rezultātā šāds hemoglobīns nespēj saistīt O 2, kas noved (kad tiek ieelpots liels daudzums oglekļa monoksīda) līdz ķermeņa nāvei no nosmakšanas.

Otra hemoglobīna funkcija ir izelpotā CO 2 pārnešana, bet ne dzelzs atoms, bet gan proteīna N-grupas H 2 ir iesaistīts oglekļa dioksīda pagaidu saistīšanās procesā.

Olbaltumvielu "darbspēja" ir atkarīga no to struktūras, piemēram, vienīgo glutamīnskābes aminoskābju atlikumu hemoglobīna polipeptīdu ķēdē aizstājot ar valīna atlikumu (reti novērojama iedzimta anomālija), rodas slimība, ko sauc par sirpjveida šūnu anēmiju.

Ir arī transporta proteīni, kas var saistīt taukus, glikozi, aminoskābes un pārnest tās gan šūnās, gan ārpus tām.

Īpaša tipa transporta proteīni paši nenes vielas, bet darbojas kā “transporta regulators”, izlaižot noteiktas vielas caur membrānu (šūnas ārējo sienu). Šādas olbaltumvielas bieži sauc par membrānas proteīniem. Tiem ir doba cilindra forma un, būdami iestrādāti membrānas sieniņā, tie nodrošina dažu polāro molekulu vai jonu pārvietošanos šūnā. Membrānas proteīna piemērs ir porīns (23. att.).

Rīsi. 23 PORINA PROTEĪNS

Diētiskās un uzglabāšanas olbaltumvielas, kā norāda nosaukums, kalpo kā avoti iekšējā padeve, biežāk augu un dzīvnieku embrijiem, kā arī jauno organismu attīstības sākumposmos. Uztura olbaltumvielās ietilpst albumīns (10. att.) - galvenā olu baltuma sastāvdaļa, kā arī kazeīns - galvenais piena proteīns. Fermenta pepsīna iedarbībā kazeīns sarecē kuņģī, kas nodrošina tā aizturi gremošanas traktā un efektīvu uzsūkšanos. Kazeīns satur visu organismam nepieciešamo aminoskābju fragmentus.

Feritīnā (12. att.), kas atrodas dzīvnieku audos, tiek uzkrāti dzelzs joni.

Mioglobīns ir arī uzglabāšanas proteīns, kas pēc sastāva un struktūras atgādina hemoglobīnu. Mioglobīns koncentrējas galvenokārt muskuļos, tā galvenā loma ir skābekļa uzglabāšana, ko tam dod hemoglobīns. Tas tiek ātri piesātināts ar skābekli (daudz ātrāk nekā hemoglobīns) un pēc tam pakāpeniski pārnes to uz dažādiem audiem.

Strukturālie proteīni pilda aizsargfunkciju (āda) jeb atbalsta – satur ķermeni kopā un piešķir tam spēku (skrimšļi un cīpslas). To galvenā sastāvdaļa ir fibrilārais proteīns kolagēns (11. att.), visizplatītākais dzīvnieku pasaules proteīns zīdītāju organismā, tas veido gandrīz 30% no kopējās olbaltumvielu masas. Kolagēnam ir augsta stiepes izturība (ādas izturība ir zināma), taču zemā šķērssaišu satura dēļ ādas kolagēnā dzīvnieku ādas neapstrādātā veidā nav īpaši piemērotas dažādu produktu ražošanai. Lai samazinātu ādas pietūkumu ūdenī, saraušanos žūšanas laikā, kā arī lai palielinātu izturību laistītā stāvoklī un palielinātu elastību kolagēnā, tiek izveidotas papildu šķērssaites (15.a att.), tas ir t.s. ādas miecēšanas process.

Dzīvos organismos kolagēna molekulas, kas radušās organisma augšanas un attīstības procesā, netiek atjauninātas un netiek aizstātas ar tikko sintezētām. Ķermenim novecojot, palielinās šķērssaišu skaits kolagēnā, kas noved pie tā elastības samazināšanās, un, tā kā atjaunošanās nenotiek, parādās ar vecumu saistītas izmaiņas - palielinās skrimšļa un cīpslu trauslums, parādās grumbas uz ādas.

Locītavu saites satur elastīnu, strukturālu proteīnu, kas viegli stiepjas divās dimensijās. Vislielākā elastība ir resilīna proteīnam, kas atrodas dažu kukaiņu spārnu piestiprināšanas vietās.

Ragu veidojumi - mati, nagi, spalvas, kas sastāv galvenokārt no keratīna proteīna (24. att.). Tās galvenā atšķirība ir ievērojamais cisteīna atlieku saturs, kas veido disulfīda tiltus, kas piešķir matiem augstu elastību (spēju atjaunot sākotnējo formu pēc deformācijas), kā arī vilnas audumiem.

Rīsi. 24. FIBRILĀ PROTEĪNA KERATĪNA FRAGMENTS

Lai neatgriezeniski mainītu keratīna objekta formu, vispirms ar reducētāja palīdzību jāiznīcina disulfīda tilti, jāpiešķir tam jauna forma un pēc tam ar oksidētāja palīdzību jāizveido no jauna disulfīda tilti (att. . 16), šādi tiek veikta, piemēram, ilgviļņu matu veidošana.

Palielinoties cisteīna atlieku saturam keratīnā un attiecīgi palielinoties disulfīda tiltu skaitam, pazūd spēja deformēties, bet tajā pašā laikā parādās augsta izturība (nadžu ragi un bruņurupuču čaumalas satur līdz 18% cisteīna fragmentu). Zīdītājiem ir līdz 30 dažādu veidu keratīna.

Ar keratīnu saistītais fibrilārais proteīns fibroīns, ko izdala zīdtārpiņu kāpuri kokonu lokošanās laikā, kā arī zirnekļi tīkla aušanas laikā, satur tikai β-struktūras, kas savienotas ar atsevišķām ķēdēm (11. att.). Atšķirībā no keratīna, fibroīnam nav šķērsvirziena disulfīda tiltu, tam ir ļoti spēcīga stiepes izturība (dažu auduma paraugu stiprība uz šķērsgriezuma vienību ir lielāka nekā tērauda kabeļiem). Tā kā nav šķērssaišu, fibroīns ir neelastīgs (zināms, ka vilnas audumi ir gandrīz neizdzēšami, un zīda audumi ir viegli saburzīti).

regulējošie proteīni.

Regulējošie proteīni, biežāk saukti par hormoniem, ir iesaistīti dažādos fizioloģiskos procesos. Piemēram, hormona insulīns (25. att.) sastāv no divām α-ķēdēm, kuras savieno disulfīda tilti. Insulīns regulē vielmaiņas procesus, kas saistīti ar glikozi, tā trūkums izraisa cukura diabētu.

Rīsi. 25 PROTEĪNA INULĪNS

Smadzeņu hipofīze sintezē hormonu, kas regulē ķermeņa augšanu. Ir regulējošie proteīni, kas kontrolē dažādu enzīmu biosintēzi organismā.

Kontrakcijas un motoriskie proteīni dod ķermenim spēju sarauties, mainīt formu un kustēties, galvenokārt, mēs runājam par muskuļiem. 40% no visu muskuļos esošo olbaltumvielu masas ir miozīns (mys, myos, grieķu valoda. - muskuļi). Tās molekula satur gan fibrilāru, gan lodveida daļu (26. att.)

Rīsi. 26 MIOZĪNA MOLEKULA

Šādas molekulas apvienojas lielos agregātos, kas satur 300–400 molekulas.

Mainoties kalcija jonu koncentrācijai telpā, kas ieskauj muskuļu šķiedras, notiek atgriezeniskas izmaiņas molekulu konformācijā - mainās ķēdes forma atsevišķu fragmentu rotācijas dēļ ap valences saitēm. Tas noved pie muskuļu kontrakcijas un relaksācijas, signāls mainīt kalcija jonu koncentrāciju nāk no muskuļu šķiedru nervu galiem. Mākslīgo muskuļu kontrakciju var izraisīt elektrisko impulsu darbība, kas izraisa krasas kalcija jonu koncentrācijas izmaiņas, tas ir pamats sirds muskuļa stimulēšanai, lai atjaunotu sirds darbu.

Aizsargājošie proteīni ļauj aizsargāt organismu no uzbrūkošo baktēriju, vīrusu invāzijas un svešu proteīnu iekļūšanas (vispārinātais svešķermeņu nosaukums ir antigēni). Aizsargājošo proteīnu lomu pilda imūnglobulīni (to otrs nosaukums ir antivielas), tie atpazīst organismā iekļuvušos antigēnus un ar tiem stingri saistās. Zīdītāju, arī cilvēku, organismā ir piecas imūnglobulīnu klases: M, G, A, D un E, to struktūra, kā norāda nosaukums, ir lodveida, turklāt tie visi ir uzbūvēti līdzīgi. Antivielu molekulārā organizācija ir parādīta tālāk, izmantojot G klases imūnglobulīnu kā piemēru (27. att.). Molekulā ir četras polipeptīdu ķēdes, kas savienotas ar trim S-S disulfīda tiltiem (27. att. tās attēlotas ar sabiezinātām valences saitēm un lieliem S simboliem), turklāt katra polimēra ķēde satur intraķēdes disulfīda tiltus. Divas lielas polimēru ķēdes (izceltas zilā krāsā) satur 400–600 aminoskābju atlikumus. Pārējās divas ķēdes (izceltas zaļā krāsā) ir gandrīz uz pusi garākas, un tajās ir aptuveni 220 aminoskābju atlikumi. Visas četras ķēdes ir izvietotas tā, lai termināla H 2 N-grupas būtu vērstas vienā virzienā.

Rīsi. 27 IMUNOGLOBULĪNA UZBŪVES SHĒMATISKS ZĪMĒJUMS

Pēc ķermeņa saskares ar svešu proteīnu (antigēnu), imūnsistēmas šūnas sāk ražot imūnglobulīnus (antivielas), kas uzkrājas asins serumā. Pirmajā posmā galveno darbu veic ķēdes posmi, kas satur termināli H 2 N (27. attēlā attiecīgie posmi ir atzīmēti gaiši zilā un gaiši zaļā krāsā). Tās ir antigēnu uztveršanas vietas. Imūnglobulīnu sintēzes procesā šīs vietas veidojas tā, lai to struktūra un konfigurācija maksimāli atbilstu tuvojošā antigēna struktūrai (kā atslēga uz slēdzeni, kā fermenti, bet uzdevumi šajā gadījumā ir savādāk). Tādējādi katram antigēnam kā imūnreakcija tiek izveidota stingri individuāla antiviela. Ne viens vien zināms proteīns var tik “plastiski” mainīt savu struktūru atkarībā no ārējiem faktoriem, papildus imūnglobulīniem. Fermenti strukturālās atbilstības problēmu reaģentam atrisina citādi – ar gigantisku dažādu enzīmu komplektu visiem iespējamajiem gadījumiem, un imūnglobulīni katru reizi atjauno "darba instrumentu". Turklāt imūnglobulīna eņģes apgabals (27. att.) nodrošina abus uztveršanas reģionus ar zināmu neatkarīgu mobilitāti, kā rezultātā imūnglobulīna molekula var nekavējoties “atrast” divus ērtākos apgabalus uztveršanai antigēnā, lai droši nostiprinātos. tas atgādina vēžveidīgo darbību.

Tālāk tiek ieslēgta organisma imūnsistēmas secīgu reakciju ķēde, tiek savienoti citu klašu imūnglobulīni, kā rezultātā tiek dezaktivēts svešais proteīns, pēc tam tiek iznīcināts un izņemts antigēns (svešais mikroorganisms vai toksīns).

Pēc saskares ar antigēnu tiek sasniegta maksimālā imūnglobulīna koncentrācija (atkarībā no antigēna un individuālas iezīmes pats organisms) dažu stundu laikā (dažreiz vairāku dienu laikā). Organisms saglabā atmiņu par šādu kontaktu, un, atkārtoti uzbrūkot ar to pašu antigēnu, imūnglobulīni asins serumā uzkrājas daudz ātrāk un lielākā daudzumā – rodas iegūtā imunitāte.

Iepriekš minētā proteīnu klasifikācija zināmā mērā ir nosacīta, piemēram, trombīna proteīns, kas minēts starp aizsargproteīniem, būtībā ir enzīms, kas katalizē peptīdu saišu hidrolīzi, tas ir, tas pieder proteāžu klasei.

Aizsargproteīnus bieži dēvē par čūsku indes proteīniem un dažu augu toksiskajiem proteīniem, jo ​​to uzdevums ir aizsargāt ķermeni no bojājumiem.

Ir olbaltumvielas, kuru funkcijas ir tik unikālas, ka ir grūti tos klasificēt. Piemēram, olbaltumvielai monellīnam, kas atrodama Āfrikas augā, ir ļoti salda garša, un tā ir pētīta kā netoksiska viela, ko var izmantot cukura vietā, lai novērstu aptaukošanos. Dažu Antarktikas zivju asins plazmā ir olbaltumvielas ar antifrīzu īpašībām, kas neļauj šo zivju asinīm sasalst.

Mākslīgā proteīnu sintēze.

Aminoskābju kondensācija, kas noved pie polipeptīdu ķēdes, ir labi izpētīts process. Ir iespējams veikt, piemēram, jebkuras vienas aminoskābes vai skābju maisījuma kondensāciju un iegūt attiecīgi polimēru, kas satur vienas un tās pašas vienības vai dažādas vienības, pārmaiņus nejaušā secībā. Šādi polimēri maz līdzinās dabiskajiem polipeptīdiem, un tiem nav bioloģiskas aktivitātes. Galvenais uzdevums ir savienot aminoskābes stingri noteiktā, iepriekš plānotā secībā, lai reproducētu aminoskābju atlikumu secību dabīgajos proteīnos. Amerikāņu zinātnieks Roberts Merifīlds ierosināja oriģinālu metodi, kas ļāva atrisināt šādu problēmu. Metodes būtība ir tāda, ka pirmo aminoskābi pievieno nešķīstošam polimēra gēlam, kas satur reaktīvās grupas, kuras var apvienoties ar aminoskābes –COOH – grupām. Par šādu polimēru substrātu tika ņemts šķērssaistītais polistirols ar tajā ievadītajām hlormetilgrupām. Lai reakcijai ņemtā aminoskābe nereaģētu pati ar sevi un lai tā nepievienotos H 2 N-grupai ar substrātu, šīs skābes aminogrupa tiek iepriekš bloķēta ar apjomīgu aizvietotāju [(C 4 H) 9) 3] 3 OS (O) -grupa. Pēc tam, kad aminoskābe ir pievienojusies polimēra nesējam, bloķējošā grupa tiek noņemta un reakcijas maisījumā tiek ievadīta cita aminoskābe, kurā iepriekš ir bloķēta arī H 2 N grupa. Šādā sistēmā iespējama tikai pirmās aminoskābes H 2 N-grupas un otrās skābes grupas –COOH mijiedarbība, kas tiek veikta katalizatoru (fosfonija sāļu) klātbūtnē. Pēc tam visu shēmu atkārto, ieviešot trešo aminoskābi (28. att.).

Rīsi. 28. POLIPEPTĪDU ĶĒDES SINTĒZES SHĒMA

Pēdējā posmā iegūtās polipeptīdu ķēdes tiek atdalītas no polistirola atbalsta. Tagad viss process ir automatizēts, ir automātiskie peptīdu sintezatori, kas darbojas pēc aprakstītās shēmas. Ar šo metodi ir sintezēti daudzi peptīdi, ko izmanto medicīnā un lauksaimniecībā. Bija iespējams iegūt arī uzlabotus dabisko peptīdu analogus ar selektīvu un pastiprinātu darbību. Ir sintezēti daži nelieli proteīni, piemēram, hormons insulīns un daži fermenti.

Ir arī proteīnu sintēzes metodes, kas atkārto dabiskos procesus: tās sintezē nukleīnskābju fragmentus, kas konfigurēti, lai ražotu noteiktus proteīnus, pēc tam šie fragmenti tiek ievietoti dzīvā organismā (piemēram, baktērijās), pēc tam organisms sāk ražot vēlamais proteīns. Tādā veidā tagad tiek iegūts ievērojams daudzums grūti sasniedzamu proteīnu un peptīdu, kā arī to analogu.

Olbaltumvielas kā pārtikas avoti.

Olbaltumvielas dzīvā organismā pastāvīgi tiek sadalītas to sākotnējās aminoskābēs (ar neaizstājamu enzīmu līdzdalību), dažas aminoskābes pāriet citās, tad proteīni tiek sintezēti no jauna (arī ar fermentu līdzdalību), t.i. organisms nemitīgi atjaunojas. Dažas olbaltumvielas (ādas, matu kolagēns) neatjaunojas, organisms tās nepārtraukti zaudē un sintezē jaunas. Olbaltumvielas kā pārtikas avoti pilda divas galvenās funkcijas: apgādā organismu ar būvmateriālu jaunu proteīna molekulu sintēzei un papildus apgādā organismu ar enerģiju (kaloriju avotiem).

Gaļēdāji zīdītāji (arī cilvēki) nepieciešamās olbaltumvielas saņem no augu un dzīvnieku izcelsmes pārtikas. Neviena no olbaltumvielām, kas iegūta ar pārtiku, netiek integrēta organismā nemainītā veidā. Gremošanas traktā visas uzņemtās olbaltumvielas tiek sadalītas līdz aminoskābēm, un no tām jau tiek uzbūvētas konkrētam organismam nepieciešamās olbaltumvielas, savukārt atlikušās 12 var sintezēt no 8 neaizvietojamām skābēm (1. tabula), ja tās nav organismā. pietiekamā daudzumā tiek piegādāts kopā ar pārtiku, bet neaizvietojamās skābes obligāti ir jāapgādā ar pārtiku. Sēra atomus cisteīnā organisms iegūst ar neaizvietojamo aminoskābi metionīnu. Daļa olbaltumvielu sadalās, atbrīvojot dzīvības uzturēšanai nepieciešamo enerģiju, un tajos esošais slāpeklis izdalās no organisma ar urīnu. Parasti cilvēka ķermenis zaudē 25–30 g olbaltumvielu dienā, tāpēc proteīna pārtikai vienmēr jābūt pareizajā daudzumā. Minimālā dienas nepieciešamība pēc proteīna ir 37 g vīriešiem un 29 g sievietēm, bet ieteicamā uzņemšana ir gandrīz divas reizes lielāka. Novērtējot pārtiku, ir svarīgi ņemt vērā olbaltumvielu kvalitāti. Ja neaizvietojamo aminoskābju saturs nav vai ir mazs, olbaltumvielas tiek uzskatītas par mazvērtīgām, tāpēc šādas olbaltumvielas jālieto lielākā daudzumā. Tātad pākšaugu olbaltumvielās ir maz metionīna, un kviešu un kukurūzas olbaltumvielās ir maz lizīna (abas aminoskābes ir būtiskas). Dzīvnieku olbaltumvielas (izņemot kolagēnus) tiek klasificētas kā pilnvērtīga barība. Pilns visu neaizstājamo skābju komplekts satur piena kazeīnu, kā arī biezpienu un no tā gatavotu sieru, tāpēc veģetāra diēta, ja tā ir ļoti stingra, t.i. “bez piena”, nepieciešams palielināt pākšaugu, riekstu un sēņu patēriņu, lai nodrošinātu organismu ar neaizvietojamām aminoskābēm pareizajā daudzumā.

Sintētiskās aminoskābes un olbaltumvielas tiek izmantotas arī kā pārtikas produkti, pievienojot tos barībai, kas nelielos daudzumos satur neaizstājamās aminoskābes. Ir baktērijas, kas spēj pārstrādāt un asimilēt naftas ogļūdeņražus, šajā gadījumā pilnīgai olbaltumvielu sintēzei tās jābaro ar slāpekli saturošiem savienojumiem (amonjaku vai nitrātiem). Tādā veidā iegūtās olbaltumvielas tiek izmantotas kā barība mājlopiem un mājputniem. Dzīvnieku barībai bieži tiek pievienots enzīmu komplekts, ogļhidrāti, kas katalizē grūti sadalāmo ogļhidrātu pārtikas komponentu hidrolīzi (graudu kultūru šūnu sieniņas), kā rezultātā pilnvērtīgāk uzsūcas augu barība.

Mihails Levitskis

olbaltumvielas (2. pants)

(olbaltumvielas), kompleksu slāpekli saturošu savienojumu klase, dzīvās vielas raksturīgākās un svarīgākās (kopā ar nukleīnskābēm) sastāvdaļas. Olbaltumvielas pilda daudzas un dažādas funkcijas. Lielākā daļa olbaltumvielu ir fermenti, kas katalizē ķīmiskās reakcijas. Daudzi hormoni, kas regulē fizioloģiskos procesus, arī ir olbaltumvielas. Strukturālie proteīni, piemēram, kolagēns un keratīns, ir galvenās kaulu audu, matu un nagu sastāvdaļas. Muskuļu saraušanās proteīniem ir iespēja mainīt savu garumu, izmantojot ķīmisko enerģiju mehāniskā darba veikšanai. Olbaltumvielas ir antivielas, kas saistās un neitralizē toksiskas vielas. Daži proteīni, kas spēj reaģēt uz ārējām ietekmēm (gaismu, smaržu), kalpo kā receptori maņu orgānos, kas uztver kairinājumu. Daudzi proteīni, kas atrodas šūnas iekšpusē un uz šūnas membrānas, veic regulēšanas funkcijas.

19. gadsimta pirmajā pusē daudzi ķīmiķi, starp tiem galvenokārt J. fon Lībigs, pamazām nonāca pie secinājuma, ka olbaltumvielas ir īpaša slāpekļa savienojumu klase. Nosaukumu "olbaltumvielas" (no grieķu protos - pirmais) 1840. gadā ierosināja holandiešu ķīmiķis G. Mulders.

FIZISKĀS ĪPAŠĪBAS

Proteīni cietā stāvoklī ir balti, bet šķīdumā bezkrāsaini, ja vien tiem nav kādas hromoforu (krāsainas) grupas, piemēram, hemoglobīna. Dažādu olbaltumvielu šķīdība ūdenī ir ļoti atšķirīga. Tas mainās arī atkarībā no pH un sāļu koncentrācijas šķīdumā, lai var izvēlēties apstākļus, kādos viens proteīns selektīvi nogulsnēs citu olbaltumvielu klātbūtnē. Šo "izsālīšanas" metodi plaši izmanto proteīnu izolēšanai un attīrīšanai. Attīrītais proteīns bieži izgulsnējas no šķīduma kā kristāli.

Salīdzinot ar citiem savienojumiem, olbaltumvielu molekulmasa ir ļoti liela - no vairākiem tūkstošiem līdz daudziem miljoniem daltonu. Tāpēc ultracentrifugēšanas laikā olbaltumvielas tiek nogulsnētas, turklāt ar atšķirīgu ātrumu. Tā kā olbaltumvielu molekulās ir pozitīvi un negatīvi lādētas grupas, tās elektriskajā laukā pārvietojas ar dažādu ātrumu. Tas ir elektroforēzes pamatā - metode, ko izmanto atsevišķu proteīnu izolēšanai no sarežģītiem maisījumiem. Olbaltumvielu attīrīšanu veic arī ar hromatogrāfiju.

ĶĪMISKĀS ĪPAŠĪBAS

Struktūra.

Olbaltumvielas ir polimēri, t.i. molekulas, kas veidotas kā ķēdes no atkārtotām monomēru vienībām vai apakšvienībām, kuru lomu spēlē alfa-aminoskābes. Vispārīgā aminoskābju formula

kur R ir ūdeņraža atoms vai kāda organiska grupa.

Olbaltumvielu molekula (polipeptīdu ķēde) var sastāvēt tikai no salīdzinoši neliela aminoskābju skaita vai vairākiem tūkstošiem monomēru vienību. Aminoskābju savienošana ķēdē ir iespējama, jo katrā no tām ir divas dažādas ķīmiskās grupas: aminogrupa ar bāziskām īpašībām NH2 un skābā karboksilgrupa COOH. Abas šīs grupas ir pievienotas oglekļa atomam. Vienas aminoskābes karboksilgrupa var veidot amīda (peptīda) saiti ar citas aminoskābes aminogrupu:

Pēc tam, kad šādā veidā ir savienotas divas aminoskābes, ķēdi var pagarināt, otrai aminoskābei pievienojot trešo un tā tālāk. Kā redzams no iepriekš minētā vienādojuma, veidojoties peptīdu saitei, tiek atbrīvota ūdens molekula. Skābju, sārmu vai proteolītisko enzīmu klātbūtnē reakcija notiek pretējā virzienā: polipeptīdu ķēde tiek sadalīta aminoskābēs, pievienojot ūdeni. Šo reakciju sauc par hidrolīzi. Hidrolīze notiek spontāni, un ir nepieciešama enerģija, lai aminoskābes apvienotu polipeptīdu ķēdē.

Karboksilgrupa un amīda grupa (vai tai līdzīga imīdu grupa - aminoskābes prolīna gadījumā) ir visās aminoskābēs, savukārt atšķirības starp aminoskābēm nosaka šīs grupas raksturs jeb "puse". ķēde", kas iepriekš apzīmēta ar burtu R. Sānu ķēdes lomu var pildīt viens ūdeņraža atoms, piemēram, aminoskābe glicīns, un daži apjomīgi grupējumi, piemēram, histidīns un triptofāns. Dažas sānu ķēdes ir ķīmiski inertas, bet citas ir ļoti reaģējošas.

Var sintezēt daudzus tūkstošus dažādu aminoskābju, un dabā sastopamas daudzas dažādas aminoskābes, bet olbaltumvielu sintēzei izmanto tikai 20 veidu aminoskābes: alanīns, arginīns, asparagīns, asparagīnskābe, valīns, histidīns, glicīns, glutamīns, glutamīns. skābe, izoleicīns, leicīns, lizīns, metionīns, prolīns, serīns, tirozīns, treonīns, triptofāns, fenilalanīns un cisteīns (olbaltumvielās cisteīns var būt kā dimērs - cistīns). Tiesa, dažās olbaltumvielās papildus regulāri sastopamajām divdesmit aminoskābēm ir arī citas aminoskābes, taču tās veidojas, modificējot kādu no divdesmit uzskaitītajām pēc tam, kad tās ir iekļautas olbaltumvielās.

optiskā aktivitāte.

Visām aminoskābēm, izņemot glicīnu, ir četras dažādas grupas, kas pievienotas α-oglekļa atomam. Ģeometrijas ziņā četras dažādas grupas var piesaistīt divos veidos, un attiecīgi ir iespējamas divas konfigurācijas jeb divi izomēri, kas viens ar otru ir saistīti kā objekts tā spoguļattēlam, t.i. kā no kreisās puses uz labo. Vienu konfigurāciju sauc par kreiso vai kreiso (L), bet otru sauc par labo vai labo roku (D), jo divi šādi izomēri atšķiras plaknes griešanās virzienā. polarizēta gaisma. Olbaltumvielās ir tikai L-aminoskābes (izņēmums ir glicīns; to var attēlot tikai vienā formā, jo divas no četrām tā grupām ir vienādas), un tām visām ir optiskā aktivitāte (jo ir tikai viens izomērs). D-aminoskābes dabā ir reti sastopamas; tie ir atrodami dažās antibiotikās un baktēriju šūnu sieniņās.

Aminoskābju secība.

Aminoskābes polipeptīdu ķēdē nav izkārtotas nejauši, bet noteiktā fiksētā secībā, un tieši šī secība nosaka proteīna funkcijas un īpašības. Mainot 20 veidu aminoskābju secību, jūs varat iegūt milzīgu skaitu dažādu olbaltumvielu, tāpat kā jūs varat izveidot daudz dažādu tekstu no alfabēta burtiem.

Agrāk proteīna aminoskābju secības noteikšana bieži prasīja vairākus gadus. Tieša definīcija un tagad diezgan darbietilpīgs uzdevums, lai gan ir radītas ierīces, kas ļauj to veikt automātiski. Parasti ir vieglāk noteikt atbilstošā gēna nukleotīdu secību un no tās iegūt proteīna aminoskābju secību. Līdz šim jau ir noteiktas daudzu simtu olbaltumvielu aminoskābju secības. Dekodēto proteīnu funkcijas parasti ir zināmas, un tas palīdz iztēloties līdzīgu proteīnu iespējamās funkcijas, kas veidojas, piemēram, ļaundabīgos audzējos.

Kompleksie proteīni.

Olbaltumvielas, kas sastāv tikai no aminoskābēm, sauc par vienkāršiem. Tomēr bieži vien pie polipeptīdu ķēdes tiek pievienots metāla atoms vai kāds ķīmisks savienojums, kas nav aminoskābe. Šādus proteīnus sauc par kompleksiem. Piemērs ir hemoglobīns: tas satur dzelzs porfirīnu, kas piešķir tam sarkano krāsu un ļauj tam darboties kā skābekļa nesējam.

Sarežģītāko olbaltumvielu nosaukumos ir norāde par pievienoto grupu būtību: cukuri ir glikoproteīnos, tauki – lipoproteīnos. Ja fermenta katalītiskā aktivitāte ir atkarīga no pievienotās grupas, tad to sauc par protezēšanas grupu. Bieži vien daži vitamīni spēlē protezēšanas grupas lomu vai ir daļa no tās. Piemēram, A vitamīns, kas pievienots vienai no tīklenes olbaltumvielām, nosaka tās jutīgumu pret gaismu.

Terciārā struktūra.

Svarīga ir ne tik daudz proteīna aminoskābju secība (primārā struktūra), bet gan veids, kā tā atrodas telpā. Visā polipeptīda ķēdes garumā ūdeņraža joni veido regulāras ūdeņraža saites, kas tai piešķir spirāles vai slāņa formu (sekundārā struktūra). No šādu spirāļu un slāņu kombinācijas rodas nākamās kārtas kompakta forma - proteīna terciārā struktūra. Ap saitēm, kas satur ķēdes monomērus, ir iespējamas rotācijas mazos leņķos. Tāpēc no tīri ģeometriskā viedokļa jebkuras polipeptīdu ķēdes iespējamo konfigurāciju skaits ir bezgalīgi liels. Patiesībā katrs proteīns parasti pastāv tikai vienā konfigurācijā, ko nosaka tā aminoskābju secība. Šī struktūra nav stingra, šķiet, ka tā "elpo" - tā svārstās ap noteiktu vidējo konfigurāciju. Ķēde ir salocīta konfigurācijā, kurā brīvā enerģija (spēja veikt darbu) ir minimāla, tāpat kā atbrīvota atspere tiek saspiesta tikai līdz stāvoklim, kas atbilst brīvās enerģijas minimumam. Bieži vien viena ķēdes daļa ir cieši saistīta ar otru ar disulfīda (–S–S–) saitēm starp diviem cisteīna atlikumiem. Daļēji tāpēc cisteīnam starp aminoskābēm ir īpaši svarīga loma.

Olbaltumvielu struktūras sarežģītība ir tik liela, ka vēl nav iespējams aprēķināt proteīna terciāro struktūru, pat ja ir zināma tā aminoskābju secība. Bet, ja ir iespējams iegūt proteīna kristālus, tad to terciāro struktūru var noteikt ar rentgenstaru difrakciju.

Strukturālajos, saraušanās un dažos citos proteīnos ķēdes ir izstieptas un vairākas nedaudz salocītas ķēdes, kas atrodas blakus, veido fibrilus; fibrillas savukārt salocās lielākos veidojumos – šķiedrās. Tomēr lielākā daļa olbaltumvielu šķīdumā ir lodveida: ķēdes ir satītas lodiņā, tāpat kā dzija lodītē. Brīvā enerģija ar šo konfigurāciju ir minimāla, jo hidrofobās ("ūdeni atgrūdošās") aminoskābes ir paslēptas lodītes iekšpusē, un hidrofilās ("ūdeni piesaistošās") aminoskābes atrodas uz tās virsmas.

Daudzi proteīni ir vairāku polipeptīdu ķēžu kompleksi. Šo struktūru sauc par proteīna kvartāro struktūru. Piemēram, hemoglobīna molekula sastāv no četrām apakšvienībām, no kurām katra ir lodveida proteīns.

Strukturālie proteīni to lineārās konfigurācijas dēļ veido šķiedras, kurās stiepes izturība ir ļoti augsta, savukārt globulārā konfigurācija ļauj olbaltumvielām nonākt specifiskā mijiedarbībā ar citiem savienojumiem. Uz globulas virsmas, pareizi uzliekot ķēdes, parādās noteiktas formas dobumi, kuros atrodas reaktīvās ķīmiskās grupas. Ja šis proteīns ir enzīms, tad šādā dobumā nonāk cita, parasti mazāka, kādas vielas molekula, tāpat kā atslēga iekļūst slēdzenē; šajā gadījumā molekulas elektronu mākoņa konfigurācija mainās ķīmisko grupu ietekmē, kas atrodas dobumā, un tas liek tam reaģēt noteiktā veidā. Tādā veidā ferments katalizē reakciju. Antivielu molekulās ir arī dobumi, kuros saistās dažādas svešas vielas un tādējādi tiek padarītas nekaitīgas. "Atslēgas un slēdzenes" modelis, kas izskaidro proteīnu mijiedarbību ar citiem savienojumiem, ļauj izprast fermentu un antivielu specifiku, t.i. to spēja reaģēt tikai ar noteiktiem savienojumiem.

Olbaltumvielas dažāda veida organismos.

Olbaltumvielas, kas veic to pašu funkciju dažādi veidi augiem un dzīvniekiem, un tāpēc tiem ir vienāds nosaukums, ir līdzīga konfigurācija. Tomēr tie nedaudz atšķiras pēc to aminoskābju secības. Tā kā sugas atšķiras no kopējā priekšteča, dažas aminoskābes noteiktās pozīcijās tiek aizstātas ar mutācijām ar citām. Kaitīgās mutācijas, kas izraisa iedzimtas slimības, dabiskā atlase atmet, bet labvēlīgās vai vismaz neitrālas var saglabāt. Jo tuvāk divas bioloģiskās sugas atrodas viena otrai, jo mazākas atšķirības tiek konstatētas to proteīnos.

Daži proteīni mainās salīdzinoši ātri, citi ir diezgan konservatīvi. Pēdējie ietver, piemēram, citohromu c, elpošanas enzīmu, kas atrodams lielākajā daļā dzīvo organismu. Cilvēkiem un šimpanzēm tā aminoskābju secības ir identiskas, savukārt kviešu citohromā c tikai 38% aminoskābju izrādījās atšķirīgas. Pat salīdzinot cilvēkus un baktērijas, joprojām ir redzama citohromu līdzība ar (šeit atšķirības skar 65% aminoskābju), lai gan baktēriju un cilvēku kopīgais priekštecis uz Zemes dzīvoja apmēram pirms diviem miljardiem gadu. Mūsdienās aminoskābju secību salīdzināšanu bieži izmanto, lai izveidotu filoģenētisku (ģenealoģisku) koku, kas atspoguļo dažādu organismu evolūcijas attiecības.

Denaturācija.

Sintezētā proteīna molekula, salocīšana, iegūst savu konfigurāciju. Tomēr šo konfigurāciju var iznīcināt, karsējot, mainot pH, iedarbojoties ar organiskiem šķīdinātājiem un pat vienkārši maisot šķīdumu, līdz uz tā virsmas parādās burbuļi. Šādā veidā pārveidotu proteīnu sauc par denaturētu; tas zaudē savu bioloģisko aktivitāti un parasti kļūst nešķīstošs. Labi zināmi denaturētu proteīnu piemēri ir vārītas olas vai putukrējums. Mazie proteīni, kas satur tikai ap simts aminoskābēm, spēj renaturēties, t.i. atgūt sākotnējo konfigurāciju. Bet lielākā daļa proteīnu tiek vienkārši pārveidoti samezglotu polipeptīdu ķēžu masā un neatjauno savu iepriekšējo konfigurāciju.

Viena no galvenajām grūtībām aktīvo proteīnu izolēšanā ir to ārkārtējā jutība pret denaturāciju. Šī proteīnu īpašība tiek izmantota pārtikas produktu konservēšanā: augsta temperatūra neatgriezeniski denaturē mikroorganismu fermentus, un mikroorganismi iet bojā.

PROTEĪNU SINTĒZE

Olbaltumvielu sintēzei dzīvam organismam ir jābūt fermentu sistēmai, kas spēj savienot vienu aminoskābi ar otru. Nepieciešams arī informācijas avots, kas noteiktu, kuras aminoskābes ir jāsavieno. Tā kā organismā ir tūkstošiem proteīnu veidu un katrs no tiem vidēji sastāv no vairākiem simtiem aminoskābju, nepieciešamajai informācijai jābūt patiesi milzīgai. Tas tiek glabāts (līdzīgi kā ieraksts tiek glabāts magnētiskajā lentē) nukleīnskābju molekulās, kas veido gēnus.

Enzīmu aktivizēšana.

No aminoskābēm sintezēta polipeptīdu ķēde ne vienmēr ir proteīns galīgajā formā. Daudzi fermenti vispirms tiek sintezēti kā neaktīvi prekursori un kļūst aktīvi tikai pēc tam, kad cits enzīms atdala dažas aminoskābes no viena ķēdes gala. Daži gremošanas enzīmi, piemēram, tripsīns, tiek sintezēti šajā neaktīvā formā; šie enzīmi tiek aktivizēti gremošanas traktā ķēdes gala fragmenta noņemšanas rezultātā. Hormona insulīns, kura molekula aktīvajā formā sastāv no divām īsām ķēdēm, tiek sintezēts vienas ķēdes, tā sauktā, veidā. proinsulīns. Pēc tam šīs ķēdes vidusdaļa tiek noņemta, un atlikušie fragmenti saistās viens ar otru, veidojot aktīvo hormona molekulu. Kompleksie proteīni veidojas tikai pēc tam, kad olbaltumvielai ir pievienota noteikta ķīmiskā grupa, un šai piesaistei bieži vien ir nepieciešams arī ferments.

Metaboliskā cirkulācija.

Pēc dzīvnieka barošanas ar aminoskābēm, kas marķētas ar radioaktīviem oglekļa, slāpekļa vai ūdeņraža izotopiem, etiķete ātri tiek iekļauta tā olbaltumvielās. Ja iezīmētās aminoskābes pārstāj iekļūt organismā, tad marķējuma daudzums olbaltumvielās sāk samazināties. Šie eksperimenti liecina, ka iegūtās olbaltumvielas organismā netiek uzglabātas līdz dzīves beigām. Visi no tiem, ar dažiem izņēmumiem, atrodas dinamiskā stāvoklī, pastāvīgi sadaloties aminoskābēs un pēc tam atkārtoti sintezēti.

Daži proteīni sadalās, kad šūnas mirst un tiek iznīcinātas. Tas notiek visu laiku, piemēram, ar sarkanajām asins šūnām un epitēlija šūnām, kas klāj zarnu iekšējo virsmu. Turklāt olbaltumvielu sadalīšanās un resintēze notiek arī dzīvās šūnās. Savādi, ka par olbaltumvielu sadalīšanos ir zināms mazāk nekā par to sintēzi. Tomēr ir skaidrs, ka šķelšanā ir iesaistīti proteolītiskie enzīmi, līdzīgi tiem, kas gremošanas traktā sadala olbaltumvielas aminoskābēs.

Dažādu olbaltumvielu pussabrukšanas periods ir atšķirīgs - no vairākām stundām līdz vairākiem mēnešiem. Vienīgais izņēmums ir kolagēna molekulas. Kad tie ir izveidoti, tie paliek stabili un netiek atjaunoti vai aizstāti. Tomēr laika gaitā dažas to īpašības, jo īpaši elastība, mainās, un, tā kā tās neatjaunojas, no tā izriet noteiktas ar vecumu saistītas izmaiņas, piemēram, grumbu parādīšanās uz ādas.

sintētiskie proteīni.

Ķīmiķi jau sen ir iemācījušies polimerizēt aminoskābes, taču aminoskābes apvienojas nejauši, tāpēc šādas polimerizācijas produkti maz līdzinās dabiskajiem. Tiesa, aminoskābes ir iespējams apvienot noteiktā secībā, kas ļauj iegūt dažus bioloģiski aktīvus proteīnus, jo īpaši insulīnu. Process ir diezgan sarežģīts, un tādā veidā iespējams iegūt tikai tās olbaltumvielas, kuru molekulās ir ap simts aminoskābēm. Tā vietā ir vēlams sintezēt vai izolēt gēna nukleotīdu secību, kas atbilst vēlamajai aminoskābju secībai, un pēc tam ievadīt šo gēnu baktērijās, kas replikācijas ceļā radīs lielu daudzumu vēlamā produkta. Tomēr šai metodei ir arī savi trūkumi.

PROTEĪNI UN UZTURS

Kad olbaltumvielas organismā tiek sadalītas aminoskābēs, šīs aminoskābes var atkārtoti izmantot olbaltumvielu sintēzei. Tajā pašā laikā pašas aminoskābes ir pakļautas sabrukšanai, tāpēc tās netiek pilnībā izmantotas. Ir arī skaidrs, ka augšanas, grūtniecības un brūču dzīšanas laikā olbaltumvielu sintēzei jāpārsniedz sadalīšanās. Ķermenis nepārtraukti zaudē dažus proteīnus; tie ir matu, nagu un ādas virsmas slāņa proteīni. Tāpēc proteīnu sintēzei katram organismam aminoskābes jāsaņem no pārtikas.

Aminoskābju avoti.

Zaļie augi visas 20 olbaltumvielās atrodamās aminoskābes sintezē no CO2, ūdens un amonjaka vai nitrātiem. Daudzas baktērijas spēj arī sintezēt aminoskābes cukura (vai līdzvērtīga) un fiksēta slāpekļa klātbūtnē, bet cukuru galu galā piegādā zaļie augi. Dzīvniekiem spēja sintezēt aminoskābes ir ierobežota; aminoskābes viņi iegūst, ēdot zaļus augus vai citus dzīvniekus. Gremošanas traktā uzsūktās olbaltumvielas tiek sadalītas aminoskābēs, pēdējās uzsūcas un no tām tiek uzbūvētas konkrētajam organismam raksturīgās olbaltumvielas. Neviens no absorbētajiem proteīniem nav iekļauts ķermeņa struktūrās kā tāds. Vienīgais izņēmums ir tas, ka daudziem zīdītājiem daļa mātes antivielu var neskartas caur placentu nonākt augļa cirkulācijā un caur mātes pienu (īpaši atgremotājiem) tikt pārnestas uz jaundzimušo tūlīt pēc piedzimšanas.

Nepieciešamība pēc olbaltumvielām.

Skaidrs, ka dzīvības uzturēšanai organismam ar pārtiku jāsaņem noteikts daudzums olbaltumvielu. Tomēr šīs vajadzības lielums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem. Pārtika ķermenim ir nepieciešama gan kā enerģijas (kaloriju) avots, gan kā materiāls savu struktūru veidošanai. Pirmajā vietā ir vajadzība pēc enerģijas. Tas nozīmē, ka tad, kad uzturā ir maz ogļhidrātu un tauku, uztura olbaltumvielas tiek izmantotas nevis pašu olbaltumvielu sintēzei, bet gan kā kaloriju avots. Ilgstoši badojoties, pat jūsu olbaltumvielas tiek iztērētas, lai apmierinātu enerģijas vajadzības. Ja uzturā ir pietiekami daudz ogļhidrātu, tad olbaltumvielu uzņemšanu var samazināt.

slāpekļa līdzsvars.

Vidēji apm. 16% no kopējās olbaltumvielu masas ir slāpeklis. Kad aminoskābes, kas veido olbaltumvielas, tiek sadalītas, tajās esošais slāpeklis tiek izvadīts no organisma ar urīnu un (mazākā mērā) ar izkārnījumiem dažādu slāpekļa savienojumu veidā. Tāpēc proteīna uztura kvalitātes novērtēšanai ir ērti izmantot tādu indikatoru kā slāpekļa līdzsvars, t.i. starpība (gramos) starp organismā uzņemtā slāpekļa daudzumu un dienā izvadītā slāpekļa daudzumu. Ar normālu uzturu pieaugušam cilvēkam šīs summas ir vienādas. Augošā organismā izvadītā slāpekļa daudzums ir mazāks nekā ienākošā, t.i. bilance ir pozitīva. Ar olbaltumvielu trūkumu uzturā līdzsvars ir negatīvs. Ja uzturā ir pietiekami daudz kaloriju, bet olbaltumvielas tajā pilnībā nav, organisms ietaupa olbaltumvielas. Tajā pašā laikā olbaltumvielu metabolisms palēninās, un aminoskābju atkārtota izmantošana proteīnu sintēzē notiek pēc iespējas efektīvāk. Tomēr zaudējumi ir neizbēgami, un slāpekļa savienojumi joprojām tiek izvadīti ar urīnu un daļēji ar izkārnījumiem. Slāpekļa daudzums, kas dienā izdalās no organisma olbaltumvielu bada laikā, var kalpot kā ikdienas olbaltumvielu trūkuma mērs. Ir dabiski pieņemt, ka, ieviešot uzturā šim trūkumam līdzvērtīgu olbaltumvielu daudzumu, ir iespējams atjaunot slāpekļa līdzsvaru. Tomēr tā nav. Saņemot šādu olbaltumvielu daudzumu, organisms sāk mazāk efektīvi izmantot aminoskābes, tāpēc slāpekļa līdzsvara atjaunošanai ir nepieciešams papildu proteīns.

Ja olbaltumvielu daudzums uzturā pārsniedz to, kas nepieciešams, lai uzturētu slāpekļa līdzsvaru, šķiet, ka no tā nav nekāda kaitējuma. Pārmērīgas aminoskābes tiek vienkārši izmantotas kā enerģijas avots. Īpaši spilgts piemērs ir eskimosi, kuri patērē maz ogļhidrātu un apmēram desmit reizes vairāk olbaltumvielu, nekā nepieciešams slāpekļa līdzsvara uzturēšanai. Tomēr vairumā gadījumu proteīna kā enerģijas avota izmantošana nav izdevīga, jo no noteikta ogļhidrātu daudzuma jūs varat iegūt daudz vairāk kaloriju nekā ar tādu pašu olbaltumvielu daudzumu. Nabadzīgajās valstīs iedzīvotāji nepieciešamās kalorijas saņem no ogļhidrātiem un patērē minimālu olbaltumvielu daudzumu.

Ja organisms nepieciešamo kaloriju skaitu saņem neolbaltumvielu produktu veidā, tad minimālais proteīna daudzums, kas uztur slāpekļa līdzsvaru, ir apm. 30 g dienā. Aptuveni tik daudz olbaltumvielu satur četras maizes šķēles vai 0,5 litri piena. Vairāki parasti tiek uzskatīti par optimāliem. liels daudzums; ieteicams no 50 līdz 70 g.

Neaizstājamās aminoskābes.

Līdz šim olbaltumvielas tika uzskatītas par veselumu. Tikmēr, lai proteīnu sintēze notiktu, organismā ir jābūt visām nepieciešamajām aminoskābēm. Dažas no aminoskābēm dzīvnieka ķermenis spēj sintezēt pats. Tos sauc par savstarpēji aizstājamiem, jo ​​tiem nav jābūt uzturā - ir svarīgi tikai, lai kopumā proteīnu kā slāpekļa avota uzņemšana būtu pietiekama; tad ar neaizvietojamo aminoskābju deficītu organisms var tās sintezēt uz to rēķina, kuras ir pārpalikumā. Atlikušās "neaizstājamās" aminoskābes nevar sintezēt, un tās ir jāuzņem ar pārtiku. Cilvēkiem būtiski ir valīns, leicīns, izoleicīns, treonīns, metionīns, fenilalanīns, triptofāns, histidīns, lizīns un arginīns. (Lai gan arginīns var sintezēties organismā, tas tiek uzskatīts par neaizvietojamu aminoskābi, jo jaundzimušie un augošie bērni to ražo nepietiekamā daudzumā. Savukārt cilvēkam nobriedušā vecumā dažu šo aminoskābju uzņemšana ar pārtiku var kļūt neobligāts.)

Šis neaizvietojamo aminoskābju saraksts ir aptuveni vienāds citiem mugurkaulniekiem un pat kukaiņiem. Olbaltumvielu uzturvērtību parasti nosaka, izbarojot tos augošām žurkām un sekojot līdzi dzīvnieku svara pieaugumam.

Olbaltumvielu uzturvērtība.

Olbaltumvielu uzturvērtību nosaka neaizstājamā aminoskābe, kuras trūkums ir visvairāk. Ilustrēsim to ar piemēru. Mūsu ķermeņa olbaltumvielas satur vidēji apm. 2% triptofāna (pēc svara). Pieņemsim, ka uzturā ir 10 g proteīna, kas satur 1% triptofāna, un tajā ir pietiekami daudz citu neaizvietojamo aminoskābju. Mūsu gadījumā 10 g šī defektīvā proteīna būtībā ir līdzvērtīgi 5 g pilnīgas proteīna; atlikušie 5 g var kalpot tikai kā enerģijas avots. Ņemiet vērā, ka, tā kā aminoskābes organismā praktiski netiek uzkrātas un, lai notiktu proteīnu sintēze, visām aminoskābēm jābūt klāt vienlaicīgi, neaizvietojamo aminoskābju uzņemšanas ietekmi var noteikt tikai tad, ja visas tās nonāk organismā. ķermenis tajā pašā laikā.

Lielākajai daļai dzīvnieku olbaltumvielu vidējais sastāvs ir tuvs cilvēka ķermeņa olbaltumvielu vidējam sastāvam, tāpēc maz ticams, ka mēs saskarsimies ar aminoskābju deficītu, ja mūsu uzturs ir bagāts ar tādiem pārtikas produktiem kā gaļa, olas, piens un siers. Tomēr ir olbaltumvielas, piemēram, želatīns (kolagēna denaturācijas produkts), kas satur ļoti maz neaizvietojamo aminoskābju. Augu olbaltumvielas, lai gan šajā ziņā ir labākas par želatīnu, ir arī nabadzīgas ar neaizvietojamām aminoskābēm; īpaši maz tajos lizīna un triptofāna. Tomēr tīri veģetārs uzturs nebūt nav kaitīgs, ja vien tajā netiek patērēts nedaudz lielāks augu olbaltumvielu daudzums, kas ir pietiekams, lai nodrošinātu organismu ar neaizvietojamām aminoskābēm. Lielākā daļa olbaltumvielu ir atrodamas augos sēklās, īpaši kviešu un dažādu pākšaugu sēklās. Arī jaunie dzinumi, piemēram, sparģeļi, ir bagāti ar olbaltumvielām.

Sintētiskie proteīni uzturā.

Nepilnvērtīgiem proteīniem, piemēram, kukurūzas olbaltumvielām, pievienojot nelielu daudzumu sintētiskās neaizvietojamās aminoskābes vai ar tām bagātas olbaltumvielas, ir iespējams būtiski palielināt pēdējo uzturvērtību, t.i. tādējādi palielinot patērēto olbaltumvielu daudzumu. Vēl viena iespēja ir audzēt baktērijas vai raugus uz naftas ogļūdeņražiem, pievienojot nitrātus vai amonjaku kā slāpekļa avotu. Tādā veidā iegūtās mikrobu olbaltumvielas var kalpot kā barība mājputniem vai mājlopiem, vai arī to var lietot tieši cilvēki. Trešā, plaši izmantotā metode izmanto atgremotāju fizioloģiju. Atgremotājiem kuņģa sākotnējā posmā t.s. Spureklī mīt īpašas baktēriju un vienšūņu formas, kas defektīvās augu olbaltumvielas pārvērš pilnīgākos mikrobu proteīnos, kas savukārt pēc sagremošanas un uzsūkšanās pārvēršas dzīvnieku olbaltumvielās. Dzīvnieku barībai var pievienot urīnvielu, lētu sintētisko slāpekli saturošu savienojumu. Spureklī dzīvojošie mikroorganismi izmanto urīnvielas slāpekli, lai ogļhidrātus (kuru barībā ir daudz vairāk) pārvērstu olbaltumvielās. Apmēram trešdaļa no visa lopbarībā esošā slāpekļa var būt urīnvielas veidā, kas pēc būtības zināmā mērā nozīmē ķīmisko olbaltumvielu sintēzi.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru

1. NODAĻA. IEVADS

Ziņojumi par revolūciju bioloģijā tagad ir kļuvuši diezgan banāli. Tāpat neapstrīdams tiek uzskatīts, ka šīs revolucionārās pārmaiņas bija saistītas ar zinātņu kompleksa veidošanos bioloģijas un ķīmijas krustpunktā, starp kuriem molekulārā bioloģija un bioorganiskā ķīmija ieņēma un turpina ieņemt centrālo vietu.

"Molekulārā bioloģija ir zinātne, kuras mērķis ir izprast dzīvības parādību būtību, pētot bioloģiskos objektus un sistēmas tādā līmenī, kas tuvojas molekulārajam līmenim ... raksturīgās dzīvības izpausmes ... ir saistītas ar molekulu struktūru, īpašībām un mijiedarbību. bioloģiski svarīgas vielas, galvenokārt olbaltumvielas un nukleīnskābes ”

"Bioorganiskā ķīmija ir zinātne, kas pēta vielas, kas ir dzīvības procesu pamatā ... galvenie bioobjekti organiskā ķīmija biopolimēri (olbaltumvielas un peptīdi, nukleīnskābes un nukleotīdi, lipīdi, polisaharīdi utt.).

No šī salīdzinājuma kļūst skaidrs, cik svarīga ir olbaltumvielu izpēte mūsdienu bioloģijas attīstībai.

bioloģija proteīnu bioķīmija

2. NODAĻA. PROTEĪNU IZPĒTES VĒSTURE

2.1. Olbaltumvielu ķīmijas sākuma stadijas

Proteīns bija viens no ķīmiskās izpētes objektiem pirms 250 gadiem. 1728. gadā itāļu zinātnieks Jakopo Bartolomeo Bekari no kviešu miltiem ieguva pirmo proteīna preparātu glutēnu. Viņš pakļāva lipekli sausai destilācijai un pārliecinājās, ka šīs destilācijas produkti ir sārmaini. Tas bija pirmais pierādījums augu un dzīvnieku valsts vielu būtības vienotībai. Viņš publicēja sava darba rezultātus 1745. gadā, un šis bija pirmais raksts par proteīnu.

XVIII gadsimtā - XIX sākums Gadsimtiem ilgi ir atkārtoti aprakstītas augu un dzīvnieku izcelsmes proteīna vielas. Šādu aprakstu iezīme bija šo vielu konverģence un to salīdzināšana ar neorganiskām vielām.

Ir svarīgi atzīmēt, ka tajā laikā, pat pirms elementārās analīzes parādīšanās, pastāvēja ideja, ka olbaltumvielas no dažādiem avotiem ir atsevišķu vielu grupa ar līdzīgām īpašībām.

1810. gadā J. Gay-Lussac un L. Tenard pirmo reizi noteica proteīna vielu elementāro sastāvu. 1833. gadā J. Gay-Lussac pierādīja, ka slāpeklis obligāti ir olbaltumvielās, un drīz vien tika pierādīts, ka slāpekļa saturs dažādās olbaltumvielās ir aptuveni vienāds. Tajā pašā laikā angļu ķīmiķis D. Daltons mēģināja attēlot pirmās olbaltumvielu vielu formulas. Viņš tās pārstāvēja kā diezgan vienkāršas vielas, taču, lai uzsvērtu to individuālās atšķirības ar vienādu sastāvu, viņš ķērās pie molekulu attēlošanas, kuras tagad sauktu par izomērām. Tomēr Daltona laikā izomērijas jēdziens vēl nepastāvēja.

D. Daltona proteīnu formulas

Tika iegūtas pirmās proteīnu empīriskās formulas un izvirzītas pirmās hipotēzes par to sastāva likumsakarībām. Tātad N. Līberkēns uzskatīja, ka albumīnu apraksta ar formulu C 72 H 112 N 18 SO 22, un A. Daņiļevskis uzskatīja, ka šī proteīna molekula ir vismaz par vienu pakāpi lielāka: C 726 H 1171 N 194 S 3 O 214.

Vācu ķīmiķis J. Lībigs 1841. gadā ierosināja, ka dzīvnieku olbaltumvielām ir analogi starp augu olbaltumvielām: pākšaugu proteīna asimilācija dzīvnieku organismā, pēc Lībiga domām, noveda pie līdzīga proteīna - kazeīna - uzkrāšanās. Viena no visizplatītākajām priekšstrukturālās organiskās ķīmijas teorijām bija radikāļu teorija, radniecīgu vielu nemainīgās sastāvdaļas. 1836. gadā holandietis G. Mulders ierosināja, ka visas olbaltumvielas satur vienu un to pašu radikāli, ko viņš nosauca olbaltumvielas (no grieķu vārda “es uzņemos vadību”, “es ieņemu pirmo vietu”). Proteīnam, pēc Muldera domām, bija sastāvs Pr = C 40 H 62 N 10 O 12 . 1838. gadā G.Mālders publicēja proteīnu formulas, kuru pamatā bija olbaltumvielu teorija. Tie bija tā sauktie. dualistiskas formulas, kur proteīna radikālis kalpoja kā pozitīvs grupējums, bet sēra vai fosfora atomi kā negatīvs. Kopā tie veidoja elektriski neitrālu molekulu: asins seruma proteīnu Pr 10 S 2 P, fibrīnu Pr 10 SP. Taču G.Muldera datu analītiskā pārbaude, ko veica krievu ķīmiķis Ļaskovskis, kā arī Ju.Lībigs, parādīja, ka "olbaltumvielu radikāļi" neeksistē.

1833. gadā vācu zinātnieks F. Rouzs atklāja biureta reakciju olbaltumvielām – vienu no šobrīd galvenajām proteīnu vielu un to atvasinājumu krāsu reakcijām (vairāk par krāsu reakcijām 53. lpp.). Tika arī secināts, ka šī bija visjutīgākā reakcija uz olbaltumvielām, tāpēc tā tolaik piesaistīja vislielāko ķīmiķu uzmanību.

19. gadsimta vidū tika izstrādātas daudzas metodes proteīnu ekstrahēšanai, attīrīšanai un izolēšanai neitrālu sāļu šķīdumos. 1847. gadā K. Reiherts atklāja olbaltumvielu spēju veidot kristālus. 1836. gadā T. Švāns atklāja pepsīnu – enzīmu, kas sadala olbaltumvielas. 1856. gadā L. Korvisārs atklāja vēl vienu līdzīgu enzīmu – tripsīnu. Pētot šo enzīmu iedarbību uz olbaltumvielām, bioķīmiķi mēģināja atšķetināt gremošanas noslēpumu. Tomēr vislielāko uzmanību piesaistīja vielas, kas radušās protelītisko enzīmu (proteāžu, starp kuriem ir minētie enzīmi) iedarbībā uz olbaltumvielām: dažas no tām bija sākotnējo proteīna molekulu fragmenti (tās sauca peptoni ), savukārt citi netika pakļauti tālākai proteāžu šķelšanai un piederēja savienojumu klasei, kas pazīstama kopš gadsimta sākuma - aminoskābēm (pirmais aminoskābju atvasinājums, asparagīna amīds, tika atklāts 1806. gadā, un pirmā aminoskābe, cistīns, 1810). Aminoskābes olbaltumvielu sastāvā 1820. gadā pirmo reizi atklāja franču ķīmiķis A. Brakonno. Viņš veica proteīna skābo hidrolīzi un hidrolizātā atrada saldenu vielu, ko viņš sauca par glicīnu. 1839. gadā tika pierādīta leicīna esamība olbaltumvielās, un 1849. gadā F. Bops no olbaltumvielām izdalīja citu aminoskābi - tirozīnu (pilnu sarakstu ar aminoskābju atklāšanas datumiem olbaltumvielās sk. II pielikumā).

Līdz 80. gadu beigām. 19. gadsimtā no olbaltumvielu hidrolizātiem jau tika izdalītas 19 aminoskābes, un pamazām sāka nostiprināties uzskats, ka informācija par olbaltumvielu hidrolīzes produktiem satur svarīgu informāciju par proteīna molekulas uzbūvi. Tomēr aminoskābes tika uzskatītas par neaizstājamām, bet ne par galveno olbaltumvielu sastāvdaļu.

Saistībā ar aminoskābju atklājumiem olbaltumvielu sastāvā franču zinātnieks P. Šutzenbergers 70. gs. XIX gadsimtā ierosināja tā saukto. ureīda teorija olbaltumvielu struktūras. Saskaņā ar to proteīna molekula sastāvēja no centrālā kodola, kura lomu spēlēja tirozīna molekula, un tai pievienotām kompleksām grupām (ar 4 ūdeņraža atomu aizstāšanu), ko sauca par Šutzenbergeru. leicīni . Tomēr hipotēze tika eksperimentāli ļoti vāji atbalstīta, un turpmākie pētījumi izrādījās pretrunīgi.

2.2 “Oglekļa-slāpekļa kompleksu” teorija A.Ya. Daņiļevskis

Sākotnējā teorija par proteīna struktūru tika izteikta 80. gados. XIX gadsimta krievu bioķīmiķis A. Ya. Daņiļevskis. Viņš bija pirmais ķīmiķis, kurš pievērsa uzmanību proteīna molekulu struktūras iespējamajam polimēram. 70. gadu sākumā. viņš rakstīja A.M. Butlerovs norādīja, ka "albumīna daļiņas ir jaukts polimerīds", ka proteīna definīcijai viņš neatrod "jēdzienu, kas būtu piemērotāks par vārdu polimērs plašā nozīmē". Pētot biureta reakciju, viņš ierosināja, ka šī reakcija ir saistīta ar intermitējošu oglekļa un slāpekļa atomu - N - C - N - C - N - struktūru, kas iekļauti t.s. karbonazo T komplekss R "- NH - CO - NH - CO - R". Pamatojoties uz šo formulu, Daņiļevskis uzskatīja, ka proteīna molekula satur 40 šādus oglekļa-slāpekļa kompleksus. Atsevišķi oglekļa-slāpekļa aminoskābju kompleksi, pēc Daņiļevska domām, izskatījās šādi:

Pēc Daņiļevska teiktā, oglekļa-slāpekļa kompleksus varētu savienot ar ētera vai amīda saiti, veidojot augstmolekulāru struktūru.

2.3. “Kirīnu” teorija A. Kossel

Vācu fiziologs un bioķīmiķis A.Kosels, pētot protamīnus un histonus, salīdzinoši vienkāršus proteīnus, atklāja, ka to hidrolīzes laikā veidojas liels daudzums arginīna. Turklāt viņš hidrolizāta sastāvā atklāja tolaik nezināmo aminoskābi - histidīnu. Pamatojoties uz to, Kosels ierosināja, ka šīs proteīna vielas var uzskatīt par dažiem vienkāršākajiem sarežģītāku proteīnu modeļiem, kas, pēc viņa domām, ir veidoti saskaņā ar šādu principu: arginīns un histidīns veido centrālo kodolu (“protamīna kodolu”), kuru ieskauj citu aminoskābju kompleksi.

Kosela teorija bija vispilnīgākais piemērs hipotēzes attīstībai par proteīnu sadrumstalotu struktūru (pirmo reizi ierosināja, kā minēts iepriekš, G. Mulders). Šo hipotēzi 20. gadsimta sākumā izmantoja vācu ķīmiķis M. Zigfrīds. Viņš uzskatīja, ka olbaltumvielas tiek veidotas no aminoskābju kompleksiem (arginīns + lizīns + glutamīna skābe), ko viņš sauca kirinami (no grieķu "kyrios" pamata). Taču šī hipotēze tika izvirzīta 1903. gadā, kad E. Fišers aktīvi attīstīja savu peptīdu teorija , kas deva atslēgu proteīnu struktūras noslēpumam.

2.4 Peptīdu teorija E. Fišers

Vācu ķīmiķis Emīls Fišers, kurš jau bija slavens visā pasaulē ar purīna savienojumu (kofeīna grupas alkaloīdu) pētījumiem un cukuru struktūras atšifrēšanu, radīja peptīdu teoriju, kas lielā mērā tika apstiprināta praksē un viņa dzīves laikā saņēma vispārēju atzinību. par ko viņam tika piešķirta otrā Nobela prēmija ķīmijas vēsturē.balvas (pirmo saņēma Ya.G. Van't Hoff).

Būtiski, ka Fišers uzbūvēja izpētes plānu, kas krasi atšķiras no iepriekš veiktā, taču ņem vērā visus tobrīd zināmos faktus. Pirmkārt, viņš kā visticamāko hipotēzi pieņēma, ka olbaltumvielas tiek veidotas no aminoskābēm, kas savienotas ar amīda saiti:

Fišers šo saišu veidu sauca (pēc analoģijas ar peptoniem) peptīds . Viņš ierosināja, ka olbaltumvielas ir aminoskābju polimēri, kas saistīti ar peptīdu saitēm . Ideju par proteīnu struktūras polimēru, kā zināms, izteica Daņiļevskis un Herts, taču viņi uzskatīja, ka "monomēri" ir ļoti sarežģīti veidojumi - peptoni vai "oglekļa-slāpekļa kompleksi".

Aminoskābju atlikumu savienojuma peptīda tipa pierādīšana. E. Fišers balstījās uz šādiem novērojumiem. Pirmkārt, gan proteīnu hidrolīzes laikā, gan to fermentatīvās sadalīšanās laikā radās dažādas aminoskābes. Citus savienojumus bija ārkārtīgi grūti aprakstīt un vēl grūtāk iegūt. Turklāt Fišers zināja, ka olbaltumvielām nav pārsvarā ne skābās, ne bāziskās īpašības, kas nozīmē, ka proteīnu molekulās aminoskābju sastāvā amino- un karboksilgrupas ir slēgtas un, tā sakot, maskē viena otru ( proteīnu amfoteriskums, kā tagad teiktu).

Fišers sadalīja olbaltumvielu struktūras problēmas risinājumu, samazinot to līdz šādiem noteikumiem:

Olbaltumvielu pilnīgas hidrolīzes produktu kvalitatīvā un kvantitatīvā noteikšana.

Šo galaproduktu struktūras noteikšana.

Aminoskābju polimēru sintēze ar amīdu (peptīdu) tipa savienojumiem.

Šādi iegūto savienojumu salīdzinājums ar dabīgiem proteīniem.

No šī plāna var redzēt, ka Fišers pirmo reizi izmantoja jaunu metodoloģisku pieeju - paraugsavienojumu sintēzi, kā pierādīšanas veidu pēc analoģijas.

2.5. Aminoskābju sintēzes metožu izstrāde

Lai turpinātu ar peptīdu saiti savienotu aminoskābju atvasinājumu sintēzi, Fišers veica lielu darbu pie aminoskābju struktūras un sintēzes izpētes.

Pirms Fišera vispārējā aminoskābju sintēzes metode bija A. Strekera ciānhidrīna sintēze:

Pēc Strekera reakcijas bija iespējams sintezēt alanīnu, serīnu un dažas citas aminoskābes, un pēc tā modifikācijas (Zeļinska-Stadņikova reakcija) gan -aminoskābes, gan to N-aizvietotās.

Taču pats Fišers centās izstrādāt metodes visu tolaik zināmo aminoskābju sintēzei. Viņš uzskatīja, ka Strekera metode nav pietiekami universāla. Tāpēc E. Fišeram bija jāmeklē vispārēja metode aminoskābju sintēzei, tajā skaitā aminoskābēm ar sarežģītiem sānu radikāļiem.

Viņš ierosināja aminēt ar bromu aizvietotas karbonskābes. Lai iegūtu broma atvasinājumus, viņš, piemēram, leicīna sintēzē izmantoja arilētu vai alkilētu malonskābi:

Taču E. Fišeram neizdevās izveidot absolūti universālu metodi. Ir izstrādātas arī uzticamākas reakcijas. Piemēram, Fišera students G. Leiks ierosināja šādu modifikāciju, lai iegūtu serīnu:

Fišers arī pierādīja, ka olbaltumvielas sastāv no optiski aktīviem aminoskābju atlikumiem (sk. 11. lpp.). Tas lika viņam izstrādāt jaunu optiski aktīvo savienojumu nomenklatūru, aminoskābju optisko izomēru atdalīšanas un sintēzes metodes. Fišers arī nonāca pie secinājuma, ka olbaltumvielās ir optiski aktīvo aminoskābju L-formu atlikumi, un viņš to pierādīja, vispirms izmantojot diastereoizomērijas principu. Šis princips bija šāds: racēmiskās aminoskābes N-acilatvasinājumam tika pievienots optiski aktīvs alkaloīds (brucīns, strihnīns, cinhonīns, hinidīns, hinīns). Rezultātā izveidojās divas sāļu stereoizomēru formas ar atšķirīgu šķīdību. Pēc šo diastereoizomēru atdalīšanas alkaloīds tika atgūts un acilgrupa tika noņemta ar hidrolīzi.

Fišers spēja izstrādāt metodi pilnīgai aminoskābju noteikšanai proteīnu hidrolīzes produktos: viņš pārveidoja aminoskābju hidrohlorīda esterus, aukstumā apstrādājot ar koncentrētu sārmu, brīvos esteros, kas nebija jūtami pārziepjojušies. Pēc tam šo ēteru maisījums tika pakļauts frakcionētai destilācijai un atsevišķas aminoskābes tika izolētas no iegūtajām frakcijām ar frakcionētu kristalizāciju.

Jaunā analīzes metode ne tikai beidzot apstiprināja, ka olbaltumvielas sastāv no aminoskābju atlikumiem, bet arī ļāva precizēt un papildināt olbaltumvielās atrodamo aminoskābju sarakstu. Tomēr kvantitatīvās analīzes nevarēja atbildēt uz galveno jautājumu: kādi ir proteīna molekulas struktūras principi. Un E. Fišers formulēja vienu no galvenajiem uzdevumiem olbaltumvielu struktūras un īpašību izpētē: attīstību eksperimentālā metādu savienojumu sintēzes metodes, kuru galvenās sastāvdaļas būtu aminoskābesOjūs esat savienots ar peptīdu saiti.

Tādējādi Fišers izvirzīja netriviālu uzdevumu - sintezēt jaunu savienojumu klasi, lai noteiktu to uzbūves principus.

Fišers atrisināja šo problēmu, un ķīmiķi saņēma pārliecinošus pierādījumus, ka olbaltumvielas ir aminoskābju polimēri, kas savienoti ar peptīdu saiti:

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

Šo nostāju apstiprināja bioķīmiski pierādījumi. Pa ceļam izrādījās, ka proteāzes nehidrolizē visas saites starp aminoskābēm tādā pašā ātrumā. To spēju sašķelt peptīdu saiti ietekmēja aminoskābju optiskā konfigurācija, aizvietotāji pie aminogrupas slāpekļa, peptīdu ķēdes garums un tajā iekļauto atlieku kopums.

Peptīdu teorijas galvenais pierādījums bija modeļu peptīdu sintēze un to salīdzināšana ar proteīna hidrolizāta peptoniem. Rezultāti parādīja, ka no olbaltumvielu hidrolizātiem tiek izolēti peptīdi, kas ir identiski sintezētajiem.

Šo pētījumu veikšanas procesā E.Fišers un viņa skolnieks E.Abdergaldens pirmo reizi izstrādāja metodi aminoskābju secības noteikšanai proteīnā. Tās būtība bija noteikt tā polipeptīda aminoskābju atlikuma raksturu, kurā ir brīva aminogrupa (N-gala aminoskābe). Lai to izdarītu, viņi ierosināja bloķēt peptīda aminogalu ar naftalīna sulfonilgrupu, kas hidrolīzes laikā netiek atdalīta. Izolējot ar šādu grupu marķēto aminoskābi no hidrolizāta, bija iespējams noteikt, kura no aminoskābēm ir N-galā.

Pēc E. Fišera pētījumiem kļuva skaidrs, ka olbaltumvielas ir polipeptīdi. Tas bija svarīgs sasniegums, tostarp olbaltumvielu sintēzes uzdevumos: kļuva skaidrs, kas tieši ir jāsintezē. Tikai pēc šiem darbiem proteīnu sintēzes problēma ieguva noteiktu virzienu un nepieciešamo stingrību.

Runājot par Fišera darbību kopumā, jāatzīmē, ka pati pieeja pētniecībai bija drīzāk raksturīga nākamajam 20. gadsimtam – tā darbojās ar plašu teorētisko pozīciju un metodisko paņēmienu klāstu; viņa sintēzes arvien mazāk izskatījās pēc mākslas, kas balstīta uz intuīciju, nevis uz precīzām zināšanām, un tuvojās precīzu, gandrīz tehnoloģisku ierīču sērijas radīšanai.

2. 6 Peptīdu teorijas krīze

Saistībā ar jaunu fizikālo un fizikāli ķīmisko pētījumu metožu izmantošanu 20. gadu sākumā. 20. gadsimts bija šaubas, ka proteīna molekula ir gara polipeptīdu ķēde. Hipotēze par peptīdu ķēžu kompaktas iepakošanas iespēju tika uztverta skeptiski. Tas viss prasīja E. Fišera peptīdu teorijas pārskatīšanu.

20-30 gados. Diketopiperazīna teorija ir plaši pieņemta. Saskaņā ar to diketopiperāzes gredzeniem, kas veidojas divu aminoskābju atlikumu ciklizācijas laikā, ir galvenā loma proteīna struktūras veidošanā. Tika arī pieņemts, ka šīs struktūras veido molekulas centrālo kodolu, pie kura ir piesaistīti īsi peptīdi vai aminoskābes (galvenās struktūras cikliskā skeleta “pildvielas”). Pārliecinošākās shēmas diketopiperazīnu dalībai proteīna struktūras veidošanā prezentēja N.D.Zeļinskis un E.Fišera studenti.

Tomēr mēģinājumi sintezēt paraugsavienojumus, kas satur diketopiperazīnus, proteīnu ķīmijai bija maz; pēc tam uzvarēja peptīdu teorija, taču šiem darbiem bija stimulējoša ietekme uz piperazīnu ķīmiju kopumā.

Pēc peptīdu un diketopiperāzes teorijām turpinājās mēģinājumi pierādīt, ka proteīna molekulā ir tikai peptīdu struktūras. Tajā pašā laikā viņi mēģināja iedomāties ne tikai molekulas veidu, bet arī tās vispārīgās aprises.

Sākotnējo hipotēzi izteica padomju ķīmiķis D.L. Talmuds. Viņš ierosināja, ka proteīna molekulu sastāvā esošās peptīdu ķēdes ir salocītas lielos gredzenos, kas savukārt bija solis ceļā uz viņa idejas par proteīna globuli izveidi.

Tajā pašā laikā parādījās dati, kas liecināja par atšķirīgu aminoskābju komplektu dažādos proteīnos. Bet modeļi, kas regulē aminoskābju secību olbaltumvielu struktūrā, nebija skaidri.

M. Bergmans un K. Nīmans bija pirmie, kas mēģināja atbildēt uz šo jautājumu savā hipotēzē par “intermitējošām frekvencēm”. Saskaņā ar to aminoskābju atlikumu secība proteīna molekulā pakļāvās skaitliskiem modeļiem, kuru pamati tika iegūti no zīda fibroīna proteīna molekulas struktūras principiem. Taču šī izvēle bija neveiksmīga, jo. šis proteīns ir fibrilārs, savukārt lodveida proteīnu struktūra pakļaujas pavisam citiem modeļiem.

Pēc M. Bergmana un K. Nīmana domām, katra aminoskābe polipeptīdu ķēdē atrodas noteiktā intervālā vai, kā teica M. Bergmans, tai ir noteikta “perioditāte”. Šo periodiskumu nosaka aminoskābju atlieku raksturs.

Viņi iztēlojās zīda fibroīna molekulu šādi:

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyArg GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 12

GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyArg

(GlyAlaGlyTyr GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx GlyAlaGlyx) 13

Bergmana-Nīmaņa hipotēzei bija būtiska ietekme uz aminoskābju ķīmijas attīstību, tās pārbaudei tika veltīts liels skaits darbu.

Šīs nodaļas noslēgumā jāatzīmē, ka līdz XX gadsimta vidum. ir uzkrāts pietiekami daudz pierādījumu peptīdu teorijas pamatotībai, tās galvenie nosacījumi ir papildināti un precizēti. Tāpēc proteīnu izpētes centrs 20. gs. jau tagad ir pētniecības lauks un proteīnu sintēzes metožu meklēšana ar mākslīgiem līdzekļiem. Šī problēma tika veiksmīgi atrisināta, tika izstrādātas uzticamas metodes proteīna primārās struktūras - aminoskābju secības noteikšanai peptīdu ķēdē, izstrādātas metodes neregulāru polipeptīdu ķīmiskajai (abiogēnajai) sintēzei (šīs metodes ir apskatītas sīkāk 8. nodaļā, 36. lpp.), tostarp polipeptīdu automātiskās sintēzes metodes. Tas ļāva jau 1962. gadā lielākajam angļu ķīmiķim F. Sendžeram atšifrēt struktūru un mākslīgi sintezēt hormona insulīnu, kas iezīmēja jaunu ēru funkcionālo olbaltumvielu polipeptīdu sintēzē.

3. NODAĻA. PROTEĪNU ĶĪMISKAIS SASTĀVS

3.1 Peptīdu saite

Olbaltumvielas ir neregulāri polimēri, kas veidoti no α-aminoskābju atlikumiem, kuru vispārējo formulu ūdens šķīdumā pie pH vērtībām, kas ir tuvu neitrālai, var rakstīt kā NH 3 + CHRCOO - . Aminoskābju atlikumi olbaltumvielās ir saistīti ar amīda saiti starp α-amino un α-karboksilgrupām. Peptīdu saite starp divi-aminoskābju atlikumus parasti dēvē par peptīdu saite , un polimērus, kas veidoti no α-aminoskābju atlikumiem, kas savienoti ar peptīdu saitēm, sauc polipeptīdi. Olbaltumviela kā bioloģiski nozīmīga struktūra var būt vai nu viens polipeptīds, vai vairāki polipeptīdi, kas nekovalentas mijiedarbības rezultātā veido vienu kompleksu.

3.2. Olbaltumvielu elementārais sastāvs

Pētot olbaltumvielu ķīmisko sastāvu, ir jānoskaidro, pirmkārt, no kādiem ķīmiskajiem elementiem tie sastāv, un, otrkārt, to monomēru struktūra. Lai atbildētu uz pirmo jautājumu, tiek noteikts proteīna ķīmisko elementu kvantitatīvais un kvalitatīvais sastāvs. Ķīmiskā analīze parādīja atrodas visos proteīnos ogleklis (50-55%), skābeklis (21-23%), slāpeklis (15-17%), ūdeņradis (6-7%), sērs (0,3-2,5%). Fosfors, jods, dzelzs, varš un daži citi makro un mikroelementi tika konstatēti arī atsevišķu olbaltumvielu sastāvā, dažādos, bieži vien ļoti mazos daudzumos.

Galveno ķīmisko elementu saturs olbaltumvielās var atšķirties, izņemot slāpekli, kura koncentrācijai raksturīga vislielākā noturība un vidēji 16%. Turklāt slāpekļa saturs citās organiskajās vielās ir zems. Saskaņā ar to tika ierosināts noteikt olbaltumvielu daudzumu pēc tā sastāvā esošā slāpekļa. Zinot, ka 6,25 g proteīna satur 1 g slāpekļa, atrasto slāpekļa daudzumu reizina ar koeficientu 6,25 un iegūst olbaltumvielu daudzumu.

Lai noteiktu olbaltumvielu monomēru ķīmisko raksturu, ir jāatrisina divas problēmas: jāsadala proteīns monomēros un jānoskaidro to ķīmiskais sastāvs. Olbaltumvielu sadalīšana tā sastāvdaļās tiek panākta ar hidrolīzi - proteīna ilgstošu vārīšanu ar spēcīgām minerālskābēm. (skābes hidrolīze) vai pamatojums (sārma hidrolīze). Visbiežāk tiek izmantota vārīšana 110 C temperatūrā ar HCl 24 stundas. Nākamajā posmā tiek atdalītas vielas, kas veido hidrolizātu. Šim nolūkam tiek izmantotas dažādas metodes, visbiežāk - hromatogrāfija (sīkāku informāciju skatiet sadaļā “Pētīšanas metodes ...”). Aminoskābes ir galvenā atdalīto hidrolizātu daļa.

3.3. Aminoskābes

Šobrīd dažādos savvaļas objektos ir atrastas līdz 200 dažādām aminoskābēm. Cilvēka organismā to, piemēram, ir aptuveni 60. Taču olbaltumvielas satur tikai 20 aminoskābes, ko dažkārt sauc par dabīgajām.

Aminoskābes ir organiskas skābes, kurās ūdeņraža atoms - oglekļa atoms ir aizstāts ar aminogrupu - NH2. Tāpēc pēc ķīmiskās būtības tās ir aminoskābes ar vispārīgo formulu:

No šīs formulas var redzēt, ka visu aminoskābju sastāvs ietver šādas vispārīgas grupas: - CH 2 - NH 2 - COOH. Sānu ķēdes (radikāļi - R) aminoskābes atšķiras. Kā redzams no I pielikuma, radikāļu ķīmiskā būtība ir dažāda: no ūdeņraža atoma līdz cikliskiem savienojumiem. Tieši radikāļi nosaka aminoskābju strukturālās un funkcionālās īpašības.

Visām aminoskābēm, izņemot visvienkāršāko aminoetiķskābes glicīnu (NH 3 + CH 2 COO), ir hirāls atoms C un tās var pastāvēt divu enantiomēru (optisko izomēru) formā:

Visas šobrīd pētītās olbaltumvielas satur tikai L sērijas aminoskābes, kurās, ja ņemam vērā hirālo atomu no H atoma puses, NH 3 + , COO grupas un R radikālis atrodas pulksteņrādītāja virzienā. Nepieciešamība uzbūvēt bioloģiski nozīmīgu polimēra molekulu no stingri noteikta enantiomēra ir acīmredzama - no divu enantiomēru racēmiska maisījuma iegūtu neiedomājami sarežģītu diastereoizomēru maisījumu. Jautājums, kāpēc dzīvība uz Zemes balstās uz olbaltumvielām, kas veidotas tieši no L-, nevis D-aminoskābēm, joprojām ir intriģējošs noslēpums. Jāatzīmē, ka D-aminoskābes ir diezgan plaši izplatītas dabā un turklāt ir daļa no bioloģiski nozīmīgiem oligopeptīdiem.

Olbaltumvielas tiek veidotas no divdesmit pamata α-aminoskābēm, bet pārējās, diezgan daudzveidīgās aminoskābes, veidojas no šīm 20 aminoskābju atlikumiem jau proteīna molekulas sastāvā. Starp šīm pārvērtībām, pirmkārt, jāatzīmē veidojums disulfīda tilti divu cisteīna atlikumu oksidēšanas laikā jau izveidoto peptīdu ķēžu sastāvā. Rezultātā no diviem cisteīna atlikumiem veidojas diaminodikarbonskābes atlikums cistīns (Skatīt I pielikumu). Šajā gadījumā šķērssaistīšana notiek vai nu vienā polipeptīdu ķēdē, vai starp divām dažādām ķēdēm. Kā mazs proteīns, kam ir divas polipeptīdu ķēdes, kas savienotas ar disulfīdu tiltiem, kā arī šķērssaites vienā no polipeptīdu ķēdēm:

Svarīgs aminoskābju atlikumu modifikācijas piemērs ir prolīna atlikumu pārvēršana atlikumos hidroksiprolīns :

Šī transformācija notiek ievērojamā mērogā, veidojoties svarīgai saistaudu olbaltumvielu sastāvdaļai - kolagēns .

Vēl viens ļoti svarīgs olbaltumvielu modifikācijas veids ir serīna, treonīna un tirozīna atlikumu hidrokso grupu fosforilēšana, piemēram:

Aminoskābes ūdens šķīdumā ir jonizētā stāvoklī, jo notiek aminoskābju un karboksilgrupu disociācija, kas veido radikāļus. Citiem vārdiem sakot, tie ir amfoteriski savienojumi un var pastāvēt vai nu kā skābes (protonu donori), vai kā bāzes (donoru akceptori).

Visas aminoskābes atkarībā no struktūras ir sadalītas vairākās grupās:

Aciklisks. Monoaminomonokarbonskābes aminoskābes to sastāvā ir viena amīna un viena karboksilgrupa, ūdens šķīdumā tie ir neitrāli. Dažiem no tiem ir kopīgas struktūras iezīmes, kas ļauj tos aplūkot kopā:

Glicīns un alanīns. Glicīns (glikokols jeb aminoetiķskābe) ir optiski neaktīvs – tā ir vienīgā aminoskābe, kurai nav enantiomēru. Glicīns ir iesaistīts nukleīna un žults veidošanā līdz - t, hēmam, ir nepieciešams toksisko produktu neitralizācijai aknās. Alanīnu organisms izmanto dažādos ogļhidrātu un enerģijas vielmaiņas procesos. Tā izomērs - alanīns ir neatņemama pantotēniskā vitamīna sastāvdaļa, koenzīms A (CoA), muskuļu ekstrakcijas vielas.

Serīns un treonīns. Tās pieder pie hidroksilskābju grupas, jo. satur hidroksilgrupu. Serīns ir dažādu enzīmu sastāvdaļa, galvenais piena proteīns - kazeīns, kā arī daudzu lipoproteīnu sastāvdaļa. Treonīns ir iesaistīts olbaltumvielu biosintēzē, jo tas ir neaizvietojama aminoskābe.

cisteīns un metionīns. Aminoskābes, kas satur sēra atomu. Cisteīna vērtību nosaka sulfhidrilgrupas (-SH) klātbūtne tā sastāvā, kas dod tai spēju viegli oksidēties un aizsargāt organismu no vielām ar augstu oksidācijas spēju (radiācijas ievainojuma gadījumā fosfors saindēšanās). Metionīnu raksturo viegli kustīgas metilgrupas klātbūtne, ko izmanto organismā svarīgu savienojumu (holīna, kreatīna, timīna, adrenalīna u.c.) sintēzei.

Valīns, leicīns un izoleicīns. Tās ir sazarotas aminoskābes, kas aktīvi piedalās vielmaiņā un netiek sintezētas organismā.

Monoaminodikarbonskābes ir viena aminogrupa un divas karboksilgrupas, un ūdens šķīdumā notiek skāba reakcija. Tie ietver asparagīnu un glutamīnu, asparagīnu un glutamīnu. Tie ir daļa no nervu sistēmas inhibējošajiem mediatoriem.

Diaminomonokarbonskābes aminoskābesūdens šķīdumā ir sārmaina reakcija divu amīnu grupu klātbūtnes dēļ. Saistībā ar tiem lizīns ir nepieciešams histonu sintēzei, kā arī vairākos enzīmos. Arginīns ir iesaistīts urīnvielas, kreatīna sintēzē.

Ciklisks. Šīm aminoskābēm ir aromātisks vai heterociklisks kodols, un, kā likums, tās cilvēka organismā netiek sintezētas, un tās ir jāapgādā ar pārtiku. Viņi aktīvi piedalās dažādos vielmaiņas procesos. Tātad fenilalanīns kalpo kā galvenais tirozīna sintēzes avots - vairāku bioloģiski svarīgu vielu prekursors: hormoni (tiroksīns, adrenalīns), daži pigmenti. Triptofāns papildus līdzdalībai olbaltumvielu sintēzē ir PP vitamīna, serotonīna, triptamīna un vairāku pigmentu sastāvdaļa. Histidīns ir nepieciešams olbaltumvielu sintēzei, ir histamīna prekursors, kas ietekmē asinsspiedienu un kuņģa sulas sekrēciju.

4. NODAĻA. STRUKTŪRA

Pētot olbaltumvielu sastāvu, tika konstatēts, ka tie visi ir veidoti pēc viena principa un tiem ir četri organizācijas līmeņi: primārais, sekundārais, terciārais, un daži no tiem Kvartārs struktūras.

4.1. Primārā struktūra

Tā ir lineāra aminoskābju ķēde, kas sakārtota noteiktā secībā un savstarpēji savienota ar peptīdu saitēm. Peptīdu saite ko veido vienas aminoskābes -karboksilgrupa un citas aminoskābes -amīna grupa:

Karbonilgrupas p, -konjugācijas -saites un N atoma p-orbitāles, uz kuras atrodas nedalītais elektronu pāris, radīto peptīdu saiti nevar uzskatīt par vienotu un praktiski nenotiek rotācija ap to. Tā paša iemesla dēļ jebkuras peptīdu ķēdes i-tās aminoskābes atlikuma hirālais atoms C un karbonilatoms Ck un (i+1) atlikuma N un C atomi atrodas vienā plaknē. KarbonilO atoms un amīda H atoms atrodas vienā plaknē (tomēr proteīnu struktūras izpētē uzkrātais materiāls liecina, ka šis apgalvojums nav gluži stingrs: atomi, kas saistīti ar peptīda slāpekļa atomu, neatrodas ar to vienā plaknē, bet veido trīsstūrveida piramīdu ar leņķiem starp saitēm ļoti tuvu 120. Tāpēc starp plaknēm, ko veido atomi C i , C i k , O i un N i +1 , H i +1 , C i +1 , ir kāds leņķis, kas atšķiras no 0. Bet, kā likums, tas nepārsniedz 1 un nespēlē īpašu lomu ). Tāpēc ģeometriski polipeptīdu ķēdi var uzskatīt par tādu, ko veido šādi plakani fragmenti, kas katrs satur sešus atomus. Šo fragmentu savstarpējais izvietojums, tāpat kā jebkurš divu plakņu savstarpējais izvietojums, ir jānosaka ar diviem leņķiem. Kā tādus ir ierasts ņemt vērpes leņķus, kas raksturo rotācijas ap N C un C C k saitēm.

Jebkuras molekulas ģeometriju nosaka trīs tās ķīmisko saišu ģeometrisko raksturlielumu grupas - saites garumi, saites leņķi un vērpes leņķi starp saitēm, kas atrodas blakus blakus esošajiem atomiem. Pirmās divas grupas lielā mērā nosaka iesaistīto atomu raksturs un izveidotās saites. Tāpēc polimēru telpisko struktūru galvenokārt nosaka vērpes leņķi starp molekulu polimēra mugurkaula saitēm, t.i. polimēru ķēdes uzbūve. Tas R leņķis , t.i. A-B savienojuma griešanās leņķis ap B-C savienojumu attiecībā pret C savienojumuD, ir definēts kā leņķis starp plaknēm, kas satur atomus A, B, C un atomusB, C, D.

Šādā sistēmā ir iespējams, ka A-B un C-D saites atrodas paralēli un atrodas B-C saites vienā pusē. Ja mēs uzskatām šo sistēmu gareszi B-C, tad savienojums A-B it kā aizsedz savienojumuC- D, tāpēc šo konformāciju saucsvaetsyaaizsegts. Saskaņā ar starptautisko ķīmijas savienību IUPAC (Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība) un IUB (Starptautiskā bioķīmijas savienība) ieteikumiem leņķis starp ABC un BCD plaknēm tiek uzskatīts par pozitīvu, ja, lai panāktu konformāciju aptumšotais stāvoklis, pagriežot ne vairāk kā 180 leņķī, vistuvāk novērotāja savienojumam jāgriež pulksteņrādītāja virzienā. Ja šī saite ir jāpagriež pretēji pulksteņrādītāja virzienam, lai iegūtu aptumšotu konformāciju, tad leņķis tiek uzskatīts par negatīvu. Var redzēt, ka šī definīcija nav atkarīga no tā, kura no saitēm ir tuvāk novērotājam.

Šajā gadījumā, kā redzams attēlā, fragmenta orientācija, kas satur atomus C i -1 un C i [(i-1)th fragment], un fragmenta, kas satur atomus C i un C i +1 ( i-tais fragments) nosaka vērpes leņķi, kas atbilst rotācijai ap saiti N i C i un saiti C i C i k. Šos leņķus parasti apzīmē kā un konkrētajā gadījumā attiecīgi i un i. To vērtības visām polipeptīdu ķēdes monomēru vienībām galvenokārt nosaka šīs ķēdes ģeometriju. Nav viennozīmīgu vērtību ne katram no šiem leņķiem, ne to kombinācijām, lai gan tiem abiem ir noteikti ierobežojumi, ko nosaka gan pašu peptīdu fragmentu īpašības, gan sānu radikāļu raksturs, t.i. aminoskābju atlikumu raksturs.

Līdz šim aminoskābju sekvences ir izveidotas vairākiem tūkstošiem dažādu proteīnu. Proteīnu struktūras reģistrēšana detalizētu strukturālo formulu veidā ir apgrūtinoša un nav vizuāla. Tāpēc tiek izmantota saīsināta rakstīšanas forma - trīs burtu vai viena burta (vazopresīna molekula):

Rakstot aminoskābju secību polipeptīdu vai oligopeptīdu ķēdēs, izmantojot saīsinātos simbolus, tiek pieņemts, ja nav norādīts citādi, ka α-aminogrupa atrodas kreisajā pusē un α-karboksilgrupa atrodas labajā pusē. Atbilstošās polipeptīdu ķēdes daļas sauc par N-galu (amīna gals) un C-galu (karboksilgalu), bet aminoskābju atlikumus attiecīgi sauc par N-gala un C-gala atlikumiem.

4.2 Sekundārā struktūra

Biopolimēra telpiskās struktūras fragmenti ar periodisku polimēra mugurkaula struktūru tiek uzskatīti par sekundārās struktūras elementiem.

Ja noteiktā ķēdes posmā viena veida leņķi, kas minēti 15. lpp., ir aptuveni vienādi, tad polipeptīdu ķēdes struktūra iegūst periodisku raksturu. Ir divas šādu konstrukciju klases - spirālveida un izstieptas (plakanas vai salocītas).

Spirāle tiek aplūkota struktūra, kurā visi viena tipa atomi atrodas uz vienas spirāles. Šajā gadījumā spirāle tiek uzskatīta par labo, ja, novērojot pa spirāles asi, tā attālinās no novērotāja pulksteņrādītāja virzienā, un pa kreisi - ja tā virzās prom pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Polipeptīdu ķēdei ir spirālveida konformācija, ja visi C atomi atrodas vienā spirālē, visi karbonilatomi C k - otrā, visi N atomi - trešajā, un spirāles solim visām trim atomu grupām jābūt vienādam. Arī atomu skaitam vienā spirāles apgriezienā jābūt vienādam neatkarīgi no tā, vai mēs runājam par atomiem C k , C vai N. Attālums līdz kopējai spirālei katram no šiem trīs atomu veidiem ir atšķirīgs.

Olbaltumvielu sekundārās struktūras galvenie elementi ir -spirāles un -krokas.

Spirālveida olbaltumvielu struktūras. Polipeptīdu ķēdēm ir zināmi vairāki dažāda veida helices. Starp tiem visizplatītākā ir labās puses spirāle. Ideālajam spirāles solim ir 0,54 nm, un viena veida atomu skaits vienā spirāles apgriezienā ir 3,6, kas nozīmē pilnīgu periodiskumu piecos spirāles apgriezienos ik pēc 18 aminoskābju atlikumiem. Vērpes leņķu vērtības ideālai α-spirālei = -57 = -47, un attālumi no atomiem, kas veido polipeptīdu ķēdi, līdz spirāles asij ir 0,15 nm N, 0,23 nm C un 0,17 nm par C k . Jebkura uzbūve pastāv, ja ir faktori, kas to stabilizē. Spirāles gadījumā šādi faktori ir ūdeņraža saites, ko veido katrs (i + 4) fragmenta karbonilatoms. Svarīgs faktors α-spirāles stabilizēšanā ir arī peptīdu saišu dipola momentu paralēlā orientācija.

Salocītās olbaltumvielu struktūras. Viens no izplatītākajiem proteīna salocītās periodiskās struktūras piemēriem ir tā sauktais. - krokas, kas sastāv no diviem fragmentiem, no kuriem katrs ir attēlots ar polipeptīdu.

Krokas stabilizē arī ūdeņraža saites starp viena fragmenta amīna grupas ūdeņraža atomu un cita fragmenta karboksilgrupas skābekļa atomu. Šajā gadījumā fragmentiem var būt gan paralēla, gan pretparalēla orientācija vienam pret otru.

Šādas mijiedarbības rezultātā iegūtā struktūra ir gofrēta struktūra. Tas ietekmē vērpes leņķu vērtības un. Ja plakanā, pilnībā izstieptā struktūrā tiem jābūt 180, tad reālos β-slāņos tiem ir vērtības = - 119 un = + 113. Lai divas polipeptīdu ķēdes sadaļas atrastos tādā orientācijā, kas ir labvēlīga α kroku veidošanās, sadaļa, kuras struktūra krasi atšķiras no periodiskas.

4.2.1. Faktori, kas ietekmē sekundāro struktūru veidošanos

Polipeptīdu ķēdes noteiktas sadaļas struktūra būtībā ir atkarīga no molekulas struktūras kopumā. Faktori, kas ietekmē teritoriju ar noteiktu sekundāro struktūru veidošanos, ir ļoti dažādi un ne visos gadījumos ir pilnībā identificēti. Ir zināms, ka virkne aminoskābju atlikumu galvenokārt atrodas α-spirālveida fragmentos, virkne citu - α-kroku veidā, dažas aminoskābes - galvenokārt reģionos, kuriem nav periodiskas struktūras. Sekundāro struktūru lielā mērā nosaka primārā struktūra. Dažos gadījumos šādas atkarības fizisko nozīmi var saprast no telpiskās struktūras stereoķīmiskās analīzes. Piemēram, kā redzams attēlā, spirālē tiek apvienoti ne tikai aminoskābju atlikumu sānu radikāļi, kas atrodas blakus ķēdei, bet arī daži atlikumu pāri, kas atrodas blakus esošajos spirāles pagriezienos, pirmkārt, katrs (i + 1) atlikums ar (i + 4) -th un ar (i + 5) -th. Tāpēc pozīcijās (i + 1) un (i + 2), (i + 1) un (i + 4), (i + 1) un (i + 5) -spirālēs reti sastopami divi apjomīgi radikāļi vienlaikus, piemēram, kā, piemēram, kā tirozīna, triptofāna, izoleicīna sānu radikāļi. Vēl mazāk saderīga ar spirāles struktūru ir trīs apjomīgu atlikumu vienlaicīga klātbūtne pozīcijās (i+1), (i+2) un (i+5) vai (i+1), (i+4) un (i+). 5). Tāpēc šādas aminoskābju kombinācijas α-spirāles fragmentos ir reti izņēmumi.

4.3. Terciārā struktūra

Šis termins attiecas uz visas polipeptīdu ķēdes pilnīgu locīšanu telpā, ieskaitot sānu radikāļu locīšanu. Pilnīgu priekšstatu par terciāro struktūru sniedz visu proteīna atomu koordinātas. Pateicoties milzīgajiem rentgenstaru difrakcijas analīzes panākumiem, šādi dati, izņemot ūdeņraža atomu koordinātas, ir iegūti par ievērojamu skaitu proteīnu. Tie ir milzīgi informācijas apjomi, kas glabājas īpašās datu bankās uz mašīnlasāmiem datu nesējiem, un to apstrāde nav iedomājama bez ātrgaitas datoru izmantošanas. Datoros iegūtās atomu koordinātas dod pilna informācija par polipeptīdu ķēdes ģeometriju, ieskaitot vērpes leņķu vērtības, kas ļauj atklāt spirālveida struktūru, krokas vai neregulārus fragmentus. Šādas pētniecības pieejas piemērs ir šāds fosfoglicerāta kināzes enzīma struktūras telpiskais modelis:

Fosfoglicerātkināzes struktūras vispārīgā shēma. Skaidrības labad α-spirālveida sekcijas ir attēlotas kā cilindri, bet α-loces ir lentes ar bultiņu, kas norāda ķēdes virzienu no N-gala līdz C-galam. Līnijas ir neregulāras sadaļas, kas savieno strukturētus fragmentus.

Pat nelielas proteīna molekulas pilnīgas struktūras attēls plaknē, neatkarīgi no tā, vai tā ir grāmatas lapa vai displeja ekrāns, nav īpaši informatīvs objekta ārkārtīgi sarežģītās struktūras dēļ. Lai pētnieks varētu vizualizēt sarežģītu vielu molekulu telpisko struktūru, tiek izmantotas trīsdimensiju metodes. datorgrafika, kas ļauj attēlot atsevišķas molekulu daļas un ar tām manipulēt, jo īpaši pagriezt tās pareizā leņķī.

Terciārā struktūra veidojas sānu radikāļu, kas veido α-spirāles un krokas un neperiodiskus polipeptīdu ķēdes fragmentus, nekovalentās mijiedarbības (elektrostatiskās, jonu, van der Vāla spēki utt.) rezultātā. Starp obligācijām, kurām ir terciārā struktūra, jāatzīmē:

a) disulfīda tilts (- S - S -)

b) estera tilts (starp karboksilgrupu un hidroksilgrupu)

c) sāls tilts (starp karboksilgrupu un aminogrupu)

d) ūdeņraža saites.

Saskaņā ar proteīna molekulas formu terciārās struktūras dēļ izšķir šādas olbaltumvielu grupas:

lodveida proteīni. Šo proteīnu telpisko struktūru aptuvenā tuvinājumā var attēlot kā bumbiņu vai ne pārāk iegarenu elipsoīdu - globplkstly. Parasti ievērojama šādu proteīnu polipeptīdu ķēdes daļa veido β-spirāles un β-krokas. Attiecība starp tām var būt ļoti atšķirīga. Piemēram, plkst mioglobīns(vairāk par to 28. lpp.) ir 5 spirālveida segmenti un nav neviena kroka. Gluži pretēji, imūnglobulīniem (sīkāka informācija 42. lpp.) sekundārās struktūras galvenie elementi ir - krokas, un -spirāles vispār nav. Iepriekš minētajā fosfoglicerāta kināzes struktūrā abu veidu struktūras ir attēlotas aptuveni vienādi. Dažos gadījumos, kā redzams fosfoglicerāta kināzes piemērā, ir skaidri redzamas divas vai vairākas telpā skaidri atdalītas (bet tomēr, protams, savienotas ar peptīdu tiltiem) daļas - domēni. Bieži vien dažādi proteīna funkcionālie reģioni tiek sadalīti dažādos domēnos.

fibrilārie proteīni. Šīm olbaltumvielām ir iegarena pavedienu forma, tās veic strukturālu funkciju organismā. Primārajā struktūrā tiem ir atkārtotas sadaļas un tie veido diezgan vienotu sekundāro struktūru visai polipeptīdu ķēdei. Tādējādi proteīns - kreatīns (galvenā nagu, matu, ādas proteīna sastāvdaļa) tiek veidots no pagarinātām - spirālēm. Zīda fibroīns sastāv no periodiski atkārtojošiem fragmentiem Gly - Ala - Gly - Ser, veidojot krokas. Ir retāk sastopami sekundārās struktūras elementi, piemēram, veidojas kolagēna polipeptīdu ķēdes kreisās spirāles ar parametriem, kas krasi atšķiras no -helices parametriem. Kolagēna šķiedrās trīs spirālveida polipeptīdu ķēdes ir savītas vienā labajā superspirālē:

4.4 Kvartāra struktūra

Vairumā gadījumu proteīnu funkcionēšanai ir nepieciešams, lai vairākas polimēru ķēdes būtu apvienotas vienā kompleksā. Šāds komplekss tiek uzskatīts arī par proteīnu, kas sastāv no vairākiem apakšvienības. Apakšvienību struktūra zinātniskajā literatūrā bieži parādās kā kvartāra struktūra.

Olbaltumvielas, kas sastāv no vairākām apakšvienībām, ir plaši izplatītas dabā. Klasisks piemērs ir hemoglobīna kvartārā struktūra (sīkāk - 26. lpp.). apakšvienības parasti apzīmē ar grieķu burtiem. Hemoglobīnam ir divas un divas apakšvienības. Funkcionāli svarīga ir vairāku apakšvienību klātbūtne - tas palielina skābekļa piesātinājuma pakāpi. Hemoglobīna kvartārā struktūra ir apzīmēta kā 2 2 .

Apakšvienību struktūra ir raksturīga daudziem fermentiem, galvenokārt tiem, kas darbojas sarežģītas funkcijas. Piemēram, RNS polimerāze no E. coli ir 2" apakšvienības struktūra, t.i., tā ir veidota no četriem dažāda veida apakšvienībām, un -apakšvienība ir dublēta. Šis proteīns veic sarežģītas un daudzveidīgas funkcijas - iniciē DNS, saista substrātus - ribonukleozīdu trifosfātus, kā arī pārnes nukleotīdu atliekas uz augošu. poliribonukleotīdu ķēde un dažas citas funkcijas .

Daudzu proteīnu darbs ir pakļauts t.s. allosteriskā regulēšana- speciālie savienojumi (efektori) “izslēdz” vai “ieslēdz” fermenta aktīvā centra darbu. Šādiem fermentiem ir īpašas efektoru atpazīšanas vietas. Un ir pat īpaši regulējošās apakšvienības, kas cita starpā ietver norādītās sadaļas. Klasisks piemērs ir proteīnkināzes enzīmi, kas katalizē fosforskābes atlikuma pārnešanu no ATP molekulas uz substrāta proteīniem.

5. NODAĻA. ĪPAŠUMI

Olbaltumvielām ir augsta molekulmasa, daži šķīst ūdenī, spēj uzbriest, tiem raksturīga optiskā aktivitāte, mobilitāte elektriskajā laukā un dažas citas īpašības.

Olbaltumvielas aktīvi piedalās ķīmiskajās reakcijās. Šis īpašums ir saistīts ar faktu, ka aminoskābes, kas veido olbaltumvielas, satur dažādas funkcionālās grupas, kas var reaģēt ar citām vielām. Ir svarīgi, lai šāda mijiedarbība notiktu arī proteīna molekulas iekšpusē, kā rezultātā veidojas peptīds, ūdeņraža disulfīds un cita veida saites. Pie aminoskābju radikāļiem un līdz ar to arī olbaltumvielām var pievienoties dažādi savienojumi un joni, kas nodrošina to transportēšanu caur asinīm.

Olbaltumvielas ir lielmolekulārie savienojumi. Tie ir polimēri, kas sastāv no simtiem un tūkstošiem aminoskābju atlikumu – monomēru. Attiecīgi un molekulmasa olbaltumvielas ir robežās no 10 000 līdz 1 000 000. Tātad ribonukleāze (enzīms, kas noārda RNS) satur 124 aminoskābju atlikumus un tās molekulmasa ir aptuveni 14 000. Mioglobīnam (muskuļu proteīnam), kas sastāv no 153 aminoskābju atlikumiem, ir svars 17 000, bet hemoglobīns - 64 500 (574 aminoskābju atlikumi). Citu proteīnu molekulmasa ir lielāka: -globulīns (veido antivielas) sastāv no 1250 aminoskābēm un tā molekulmasa ir aptuveni 150 000, bet glutamāta dehidrogenāzes enzīma molekulmasa pārsniedz 1 000 000.

Molekulmasas noteikšana tiek veikta ar dažādām metodēm: osmometrisko, gēlfiltrāciju, optisko uc, tomēr visprecīzākā ir T. Svedberga piedāvātā sedimentācijas metode. Tas ir balstīts uz faktu, ka ultracentrifugēšanas laikā ar paātrinājumu līdz 900 000 g olbaltumvielu nogulsnēšanās ātrums ir atkarīgs no to molekulmasas.

Olbaltumvielu vissvarīgākā īpašība ir to spēja parādīt gan skābu, gan bāzisku, tas ir, darboties kā amfotērisks elektrolīti. To nodrošina dažādas disociējošās grupas, kas veido aminoskābju radikāļus. Piemēram, proteīna skābās īpašības piešķir asparagīna glutamīnskābes karboksilgrupas, bet sārmainās īpašības nodrošina arginīna, lizīna un histidīna radikāļi. Jo vairāk dikarboksilaminoskābju satur proteīns, jo spēcīgākas ir tā skābes īpašības un otrādi.

Šīm grupām ir arī elektriskie lādiņi, kas veido proteīna molekulas kopējo lādiņu. Olbaltumvielās, kurās dominē asparagīnskābes un glutamīna aminoskābes, proteīna lādiņš būs negatīvs; bāzisko aminoskābju pārpalikums dod pozitīvu lādiņu proteīna molekulai. Rezultātā elektriskajā laukā proteīni virzīsies uz katodu vai anodu atkarībā no to kopējā lādiņa lieluma. Tātad sārmainā vidē (pH 7 - 14) proteīns nodod protonu un kļūst negatīvi lādēts, savukārt skābā vidē (pH 1 - 7) skābju grupu disociācija tiek nomākta un proteīns kļūst par katjonu.

Tādējādi faktors, kas nosaka proteīna kā katjona vai anjona uzvedību, ir vides reakcija, ko nosaka ūdeņraža jonu koncentrācija un izsaka ar pH vērtību. Taču pie noteiktām pH vērtībām pozitīvo un negatīvo lādiņu skaits izlīdzinās un molekula kļūst elektriski neitrāla, t.i. tas nepārvietosies elektriskā laukā. Šī barotnes pH vērtība ir definēta kā olbaltumvielu izoelektriskais punkts. Šajā gadījumā olbaltumviela ir vismazāk stabilā stāvoklī un ar nelielām pH izmaiņām uz skābo vai sārmainu pusi viegli nogulsnējas. Lielākajai daļai dabisko olbaltumvielu izoelektriskais punkts atrodas nedaudz skābā vidē (pH 4,8 - 5,4), kas norāda uz dikarboksilaminoskābju pārsvaru to sastāvā.

Amfoteriskā īpašība ir pamatā proteīnu buferīpašībām un to līdzdalībai asins pH regulēšanā. Cilvēka asiņu pH vērtība ir nemainīga un ir robežās no 7,36 - 7,4, neskatoties uz dažādām skābas vai bāziskas dabas vielām, kas regulāri tiek piegādātas kopā ar pārtiku vai veidojas vielmaiņas procesos - tāpēc ir īpaši mehānismi skābju-bāzes regulēšanai. ķermeņa iekšējās vides līdzsvars. Šādas sistēmas ietver tās, kas aplūkotas nodaļā. “Klasifikācija” hemoglobīna bufersistēma (28. lpp.). Asins pH izmaiņas par vairāk nekā 0,07 norāda uz patoloģiska procesa attīstību. PH novirzi uz skābo pusi sauc par acidozi, un uz sārmainu pusi sauc par alkalozi.

Liela nozīme organismam ir olbaltumvielu spējai adsorbēt uz to virsmas noteiktas vielas un jonus (hormonus, vitamīnus, dzelzi, varu), kas vai nu slikti šķīst ūdenī, vai ir toksiski (bilirubīns, brīvās taukskābes). Olbaltumvielas tos transportē caur asinīm uz tālāku transformāciju vai neitralizācijas vietām.

Olbaltumvielu ūdens šķīdumiem ir savas īpašības. Pirmkārt, olbaltumvielām ir augsta afinitāte pret ūdeni, t.i. Viņi hidrofils. Tas nozīmē, ka olbaltumvielu molekulas, tāpat kā lādētas daļiņas, piesaista ūdens dipolus, kas atrodas ap proteīna molekulu un veido ūdens vai hidrāta apvalku. Šis apvalks aizsargā olbaltumvielu molekulas no salipšanas un nogulsnēšanās. Hidratācijas apvalka izmērs ir atkarīgs no proteīna struktūras. Piemēram, albumīni vieglāk saistās ar ūdens molekulām un tiem ir salīdzinoši liels ūdens apvalks, savukārt globulīni, fibrinogēns, sliktāk piesaista ūdeni, un hidratācijas apvalks ir mazāks. Tādējādi proteīna ūdens šķīduma stabilitāti nosaka divi faktori: lādiņa klātbūtne proteīna molekulā un ūdens apvalks ap to. Kad šie faktori tiek noņemti, proteīns izgulsnējas. Šis process var būt atgriezenisks un neatgriezenisks.

...

Līdzīgi dokumenti

Olbaltumvielas (olbaltumvielas) ir augstmolekulāras, slāpekli saturošas dabīgas organiskas vielas, kuru molekulas ir uzbūvētas no aminoskābēm. Olbaltumvielu struktūra. Olbaltumvielu klasifikācija. Fiziskā- Ķīmiskās īpašības olbaltumvielas. Olbaltumvielu bioloģiskās funkcijas. Enzīms.

abstrakts, pievienots 15.05.2007


Vielmaiņas procesu galvenās iezīmes. Metabolisms un enerģija. Olbaltumvielu vispārīgie raksturojumi, klasifikācija, funkcijas, ķīmiskais sastāvs un īpašības, to bioloģiskā nozīme dzīvās vielas veidošanā. Strukturālie un kompleksie proteīni. To nogulsnēšanas metodes.

prezentācija, pievienota 24.04.2013


Olbaltumvielu fizikālās un ķīmiskās īpašības, krāsu reakcijas. Olbaltumvielu sastāvs un struktūra, funkcijas šūnā. Olbaltumvielu struktūras līmeņi. Olbaltumvielu hidrolīze, to transportēšana un aizsardzības loma. Olbaltumviela kā šūnas būvmateriāls, tā enerģētiskā vērtība.

abstrakts, pievienots 18.06.2010


Olbaltumvielu fizikālās, bioloģiskās un ķīmiskās īpašības. Olbaltumvielu sintēze un analīze. Olbaltumvielu primārās, sekundārās, terciārās un kvartārās struktūras noteikšana. Olbaltumvielu denaturēšana, izolēšana un attīrīšana. Olbaltumvielu izmantošana rūpniecībā un medicīnā.

abstrakts, pievienots 10.06.2015


Olbaltumvielas - augstas molekulmasas organiskie savienojumi, to aminoskābju sastāvs. Olbaltumvielu īpašību noteikšana pēc to sastāva un proteīna molekulas struktūras. Olbaltumvielu galveno funkciju raksturojums. Šūnu organellas un to funkcijas. Šūnu elpošana un tās uzbūve.

tests, pievienots 24.06.2012


Olbaltumvielu jēdziens un struktūra, aminoskābes kā to monomēri. Aminoskābju klasifikācija un šķirnes, peptīdu saites būtība. Olbaltumvielu molekulas organizācijas līmeņi. Olbaltumvielu ķīmiskās un fizikālās īpašības, to analīzes metodes un funkcijas.

prezentācija, pievienota 14.04.2014


Ūdens bioloģiskā loma. Minerālsāļu funkcijas. Vienkārši un sarežģīti lipīdi. Olbaltumvielu organizācijas līmeņi. Lipīdu uzbūve, enerģija, uzglabāšana un regulēšanas funkcijas. Olbaltumvielu strukturālās, katalītiskās, motoriskās, transporta funkcijas.

prezentācija, pievienota 21.05.2015


Olbaltumvielu aminoskābju sastāvs organismos, ģenētiskā koda nozīme. 20 standarta aminoskābju kombinācijas. Olbaltumvielu atdalīšana atsevišķā bioloģisko molekulu klasē. Hidrofīli un hidrofobi proteīni. Olbaltumvielu veidošanas princips, to organizācijas līmenis.

radošais darbs, pievienots 08.11.2009


Muskuļu audu pamatelementi un ķīmiskais sastāvs. Sarkoplazmas un miofibrilu proteīnu veidi, to saturs pret kopējo olbaltumvielu skaitu, molekulmasa, sadalījums muskuļa strukturālajos elementos. To funkcijas un loma organismā. Miozīna molekulas struktūra.

prezentācija, pievienota 14.12.2014


Olbaltumvielas kā pārtikas avoti, to galvenās funkcijas. Aminoskābes, kas iesaistītas olbaltumvielu veidošanā. Polipeptīdu ķēdes struktūra. Olbaltumvielu transformācija organismā. Pilnīgi un nepilnīgi proteīni. Olbaltumvielu struktūra, ķīmiskās īpašības, kvalitatīvās reakcijas.

Olbaltumvielu ķīmiskais sastāvs.

3.1. Peptīdu saite

Olbaltumvielas ir neregulāri polimēri, kas veidoti no -aminoskābju atlikumiem, kuru vispārējo formulu ūdens šķīdumā pie pH vērtībām, kas ir tuvu neitrālai, var rakstīt kā NH 3 + CHRCOO - . Aminoskābju atlikumi olbaltumvielās ir savstarpēji saistīti ar amīda saiti starp -amino un -karboksilgrupām. Peptīdu saite starp divi-aminoskābju atlikumus parasti dēvē par peptīdu saite , un polimērus, kas veidoti no α-aminoskābju atlikumiem, kas savienoti ar peptīdu saitēm, sauc polipeptīdi. Olbaltumviela kā bioloģiski nozīmīga struktūra var būt vai nu viens polipeptīds, vai vairāki polipeptīdi, kas nekovalentas mijiedarbības rezultātā veido vienu kompleksu.

3.2. Olbaltumvielu elementārais sastāvs

Pētot olbaltumvielu ķīmisko sastāvu, ir jānoskaidro, pirmkārt, no kādiem ķīmiskajiem elementiem tie sastāv, un, otrkārt, to monomēru struktūra. Lai atbildētu uz pirmo jautājumu, tiek noteikts proteīna ķīmisko elementu kvantitatīvais un kvalitatīvais sastāvs. Ķīmiskā analīze parādīja atrodas visos proteīnos ogleklis (50-55%), skābeklis (21-23%), slāpeklis (15-17%), ūdeņradis (6-7%), sērs (0,3-2,5%). Fosfors, jods, dzelzs, varš un daži citi makro un mikroelementi tika konstatēti arī atsevišķu olbaltumvielu sastāvā, dažādos, bieži vien ļoti mazos daudzumos.

Galveno ķīmisko elementu saturs olbaltumvielās var atšķirties, izņemot slāpekli, kura koncentrācijai raksturīga vislielākā noturība un vidēji 16%. Turklāt slāpekļa saturs citās organiskajās vielās ir zems. Saskaņā ar to tika ierosināts noteikt olbaltumvielu daudzumu pēc tā sastāvā esošā slāpekļa. Zinot, ka 6,25 g proteīna satur 1 g slāpekļa, atrasto slāpekļa daudzumu reizina ar koeficientu 6,25 un iegūst olbaltumvielu daudzumu.

Lai noteiktu olbaltumvielu monomēru ķīmisko raksturu, ir jāatrisina divas problēmas: jāsadala proteīns monomēros un jānoskaidro to ķīmiskais sastāvs. Olbaltumvielu sadalīšana tā sastāvdaļās tiek panākta ar hidrolīzi - proteīna ilgstošu vārīšanu ar spēcīgām minerālskābēm. (skābes hidrolīze) vai pamatojums (sārma hidrolīze). Visbiežāk izmanto 24 stundu vārīšanu 110  C temperatūrā ar HCl. Nākamajā posmā tiek atdalītas vielas, kas veido hidrolizātu. Šim nolūkam tiek izmantotas dažādas metodes, visbiežāk hromatogrāfija (sīkāku informāciju skatīt nodaļā “Pētīšanas metodes...”). Aminoskābes ir galvenā atdalīto hidrolizātu daļa.

3.3. Aminoskābes

Šobrīd dažādos savvaļas objektos ir atrastas līdz 200 dažādām aminoskābēm. Cilvēka organismā to, piemēram, ir aptuveni 60. Taču olbaltumvielas satur tikai 20 aminoskābes, ko dažkārt sauc par dabīgajām.

Aminoskābes ir organiskas skābes, kurās -oglekļa atoma ūdeņraža atoms ir aizstāts ar aminogrupu - NH 2. Tāpēc pēc ķīmiskās būtības tās ir -aminoskābes ar vispārīgo formulu:

H - C  - NH 2

No šīs formulas var redzēt, ka visu aminoskābju sastāvā ir šādas vispārīgās grupas: - CH 2, - NH 2, - COOH. Sānu ķēdes (radikāļi - R) aminoskābes atšķiras. Kā redzams no I pielikuma, radikāļu ķīmiskā būtība ir dažāda: no ūdeņraža atoma līdz cikliskiem savienojumiem. Tieši radikāļi nosaka aminoskābju strukturālās un funkcionālās īpašības.

Visām aminoskābēm, izņemot visvienkāršāko aminoetiķskābes glicīnu (NH 3 + CH 2 COO ), ir hirāls atoms C  un tās var pastāvēt divu enantiomēru (optisko izomēru) formā:

COO-COO-

NH3+ RR NH3+

L- izomērsD- izomērs

Visas šobrīd pētītās olbaltumvielas ietver tikai L sērijas aminoskābes, kurās, ja aplūkojam hirālo atomu no H atoma puses, NH 3 + , COO  grupas un R radikālis atrodas pulksteņrādītāja virzienā. Nepieciešamība uzbūvēt bioloģiski nozīmīgu polimēra molekulu no stingri noteikta enantiomēra ir acīmredzama - no divu enantiomēru racēmiska maisījuma iegūtu neiedomājami sarežģītu diastereoizomēru maisījumu. Jautājums, kāpēc dzīvība uz Zemes balstās uz olbaltumvielām, kas veidotas tieši no L-, nevis D--aminoskābēm, joprojām ir intriģējošs noslēpums. Jāatzīmē, ka D-aminoskābes ir diezgan plaši izplatītas dabā un turklāt ir daļa no bioloģiski nozīmīgiem oligopeptīdiem.

Olbaltumvielas tiek veidotas no divdesmit pamata -aminoskābēm, bet pārējās, diezgan daudzveidīgās aminoskābes, veidojas no šīm 20 aminoskābju atlikumiem jau proteīna molekulas sastāvā. Starp šīm pārvērtībām, pirmkārt, jāatzīmē veidojums disulfīda tilti divu cisteīna atlikumu oksidēšanas laikā jau izveidoto peptīdu ķēžu sastāvā. Rezultātā no diviem cisteīna atlikumiem veidojas diaminodikarbonskābes atlikums cistīns (Skatīt I pielikumu). Šajā gadījumā šķērssaistīšana notiek vai nu vienā polipeptīdu ķēdē, vai starp divām dažādām ķēdēm. Kā mazs proteīns, kam ir divas polipeptīdu ķēdes, kas savienotas ar disulfīdu tiltiem, kā arī šķērssaites vienā no polipeptīdu ķēdēm:

GIVEQCCASVCSLYQLENYCN

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFYTPKA

Svarīgs aminoskābju atlikumu modifikācijas piemērs ir prolīna atlikumu pārvēršana atlikumos hidroksiprolīns :

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

CH 2 CH 2 CH 2 CH 2

CH2CHOH

Šī transformācija notiek ievērojamā mērogā, veidojoties svarīgai saistaudu olbaltumvielu sastāvdaļai - kolagēns .

Vēl viens ļoti svarīgs olbaltumvielu modifikācijas veids ir serīna, treonīna un tirozīna atlikumu hidrokso grupu fosforilēšana, piemēram:

– NH – CH – CO – – NH – CH – CO –

CH 2 OH CH 2 OPO 3 2 –

Aminoskābes ūdens šķīdumā ir jonizētā stāvoklī, jo notiek aminoskābju un karboksilgrupu disociācija, kas veido radikāļus. Citiem vārdiem sakot, tie ir amfoteriski savienojumi un var pastāvēt vai nu kā skābes (protonu donori), vai kā bāzes (donoru akceptori).

Visas aminoskābes atkarībā no struktūras ir sadalītas vairākās grupās:

Aciklisks. Monoaminomonokarbonskābes aminoskābes to sastāvā ir viena amīna un viena karboksilgrupa, ūdens šķīdumā tie ir neitrāli. Dažiem no tiem ir kopīgas struktūras iezīmes, kas ļauj tos aplūkot kopā:

Glicīns un alanīns. Glicīns (glikokols jeb aminoetiķskābe) ir optiski neaktīvs – tā ir vienīgā aminoskābe, kurai nav enantiomēru. Glicīns ir iesaistīts nukleīna un žults veidošanā līdz - t, hēmam, ir nepieciešams toksisko produktu neitralizācijai aknās. Alanīnu organisms izmanto dažādos ogļhidrātu un enerģijas vielmaiņas procesos. Tā izomērs -alanīns ir neatņemama pantotēna vitamīna, koenzīma A (CoA), muskuļu ekstraktoru sastāvdaļa.

Serīns un treonīns. Tās pieder pie hidroksilskābju grupas, jo. satur hidroksilgrupu. Serīns ir daļa no dažādiem fermentiem, galvenais piena proteīns - kazeīns, kā arī daudzi lipoproteīni. Treonīns ir iesaistīts olbaltumvielu biosintēzē, jo tas ir neaizvietojama aminoskābe.

cisteīns un metionīns. Aminoskābes, kas satur sēra atomu. Cisteīna vērtību nosaka sulfhidrilgrupas (-SH) klātbūtne tā sastāvā, kas dod tai spēju viegli oksidēties un aizsargāt organismu no vielām ar augstu oksidācijas spēju (radiācijas ievainojuma gadījumā fosfors saindēšanās). Metionīnu raksturo viegli kustīgas metilgrupas klātbūtne, ko izmanto organismā svarīgu savienojumu (holīna, kreatīna, timīna, adrenalīna u.c.) sintēzei.

Valīns, leicīns un izoleicīns. Tās ir sazarotas aminoskābes, kas aktīvi piedalās vielmaiņā un netiek sintezētas organismā.

Monoaminodikarbonskābes ir viena aminogrupa un divas karboksilgrupas, un ūdens šķīdumā notiek skāba reakcija. Tie ietver asparagīnu un glutamīnu, asparagīnu un glutamīnu. Tie ir daļa no nervu sistēmas inhibējošajiem mediatoriem.

Diaminomonokarbonskābes aminoskābesūdens šķīdumā ir sārmaina reakcija divu amīnu grupu klātbūtnes dēļ. Saistībā ar tiem lizīns ir nepieciešams histonu sintēzei, kā arī vairākos enzīmos. Arginīns ir iesaistīts urīnvielas, kreatīna sintēzē.

Ciklisks. Šīm aminoskābēm ir aromātisks vai heterociklisks kodols, un, kā likums, tās cilvēka organismā netiek sintezētas, un tās ir jāapgādā ar pārtiku. Viņi aktīvi piedalās dažādos vielmaiņas procesos. Tātad

fenilalanīns ir galvenais tirozīna sintēzes avots, vairāku bioloģiski svarīgu vielu prekursors: hormoni (tiroksīns, adrenalīns), daži pigmenti. Triptofāns papildus līdzdalībai olbaltumvielu sintēzē ir PP vitamīna, serotonīna, triptamīna un vairāku pigmentu sastāvdaļa. Histidīns ir nepieciešams olbaltumvielu sintēzei, ir histamīna prekursors, kas ietekmē asinsspiedienu un kuņģa sulas sekrēciju.

Īpašības

Olbaltumvielas ir lielmolekulārie savienojumi. Tie ir polimēri, kas sastāv no simtiem un tūkstošiem aminoskābju atlikumu – monomēru.

Olbaltumvielām ir augsta molekulmasa, daži šķīst ūdenī, spēj uzbriest, tiem raksturīga optiskā aktivitāte, mobilitāte elektriskajā laukā un dažas citas īpašības.

Olbaltumvielas aktīvi piedalās ķīmiskajās reakcijās. Šis īpašums ir saistīts ar faktu, ka aminoskābes, kas veido olbaltumvielas, satur dažādas funkcionālās grupas, kas var reaģēt ar citām vielām. Ir svarīgi, lai šāda mijiedarbība notiktu arī proteīna molekulas iekšpusē, kā rezultātā veidojas peptīds, ūdeņraža disulfīds un cita veida saites. Uz aminoskābju radikāļiem, un Attiecīgi un molekulmasa olbaltumvielas ir robežās no 10 000 līdz 1 000 000. Tātad ribonukleāze (enzīms, kas noārda RNS) satur 124 aminoskābju atlikumus un tās molekulmasa ir aptuveni 14 000. Mioglobīnam (muskuļu proteīnam), kas sastāv no 153 aminoskābju atlikumiem, ir svars 17 000, bet hemoglobīns - 64 500 (574 aminoskābju atlikumi). Citu proteīnu molekulmasa ir lielāka: -globulīns (veido antivielas) sastāv no 1250 aminoskābēm un tā molekulmasa ir aptuveni 150 000, bet glutamāta dehidrogenāzes enzīma molekulmasa pārsniedz 1 000 000.