A FEHÉRJEK nitrogéntartalmú, nagy molekulatömegű szerves anyagok, komplexekkel

molekulák összetétele és szerkezete.

A fehérjét aminosavak összetett polimerének lehet tekinteni.

A fehérjék minden élő szervezet részét képezik, de különösen fontos szerepet játszanak

állati szervezetekben, amelyek bizonyos fehérjékből (izmok,

belső szövetek, belső szervek, porcok, vér).

A növények szén-dioxidból szintetizálják a fehérjéket (és a-aminosavakat)

CO 2 gáz és H 2 O víz a fotoszintézis következtében, asszimilálódik

más fehérjeelemek (nitrogén N, foszfor P, kén S, vas Fe, magnézium Mg)

oldódó sók a talajban.

Az állati szervezetek főként kész aminosavakat kapnak élelmiszerekből és azokból

testük fehérjéit építik fel. Számos aminosav (nem esszenciális aminosav)

állati szervezetek közvetlenül szintetizálhatják.

A fehérjék jellemző tulajdonsága a sokféleségük

a molekulájukban lévő szám, tulajdonságok és kapcsolódási módok

aminosavak. A fehérjék biokatalizátorként - enzimként - működnek

szabályozza a szervezetben zajló kémiai reakciók sebességét és irányát. V

komplexum a nukleinsavak növekedési és átviteli funkciókat biztosítanak

örökletes tulajdonságok, az izmok szerkezeti alapját képezik és végzik

izomösszehúzódás.

A fehérjemolekulák ismétlődő C (0) -NH -amid kötéseket tartalmaznak, ún

peptid (A.Ya. Danilevsky orosz biokémikus elmélete).

Így a fehérje polipeptid, amely több száz ill

aminosav linkek ezrei.

Fehérje szerkezet:

Az egyes fehérjefajok különleges jellege nemcsak a hosszával, összetételével és

a molekulájában lévő polipeptidláncok szerkezetét, de azt is, hogy ezek hogyan

a láncok orientáltak.

Bármely fehérje szerkezetében a szervezettségnek több foka van:

1. A fehérje elsődleges szerkezete - az aminosavak meghatározott szekvenciája

a polipeptid láncban.

A fehérje másodlagos szerkezete egy módszer a polipeptidlánc csavarására

tér (az -NH- és az amidcsoport hidrogénje közötti hidrogénkötés miatt

karbonilcsoport - CO-, amelyeket négy aminosav választ el

töredékek).

A fehérje harmadlagos szerkezete egy csavart valódi háromdimenziós konfiguráció

polipeptidlánc spiráljai az űrben (spirál spirálba csavarva).

A fehérje harmadlagos szerkezete határozza meg a specifikus biológiai

fehérje molekula aktivitása. A fehérje harmadlagos szerkezete megmarad

a polipeptidlánc különböző funkcionális csoportjainak kölcsönhatása miatt:

Diszulfid híd (-S-S-) a kénatomok között,

Egy észterhíd-a karboxilcsoport (-CO-) és

hidroxil (-OH),

· Sóhíd-a karboxil (-CO-) és az aminocsoportok (NH 2) között.

Például a hemoglobin négy makromolekulából álló komplex

Fizikai tulajdonságok

A fehérjék nagy molekulatömegűek (10 4 -10 7), sok

a fehérjék vízben oldódnak, de általában kolloid oldatokat képeznek

amelyek a szervetlen sók koncentrációjának növekedésével kiesnek, hozzátéve

nehézfémsók, szerves oldószerek vagy hevítéskor

(denaturáció).

Kémiai tulajdonságok

1. Denaturáció - a fehérje másodlagos és harmadlagos szerkezetének megsemmisítése.

2. Minőségi reakciók a fehérjékre:

n biuret reakció: lila színű, ha rézsókkal kezeljük

lúgos környezet (adja meg az összes fehérjét),

n xantoprotein reakció: sárga festés, ha ki van téve

tömény salétromsav, amely narancssárgára színeződik

ammónia (nem minden fehérje ad),

n Fekete (kéntartalmú) csapadék csapadéka ólom -acetát hozzáadásával

(Ii) nátrium -hidroxid és melegítés.

3. Fehérje hidrolízis - ha lúgos vagy savas oldatban hevítjük

aminosavak képződése.

Protein szintézis

A fehérje összetett molekula, és szintézise nehéz. V

számos módszert fejlesztettek ki a megállításra [GMV1]

az a -aminosavakat peptidekké alakítják, és a legegyszerűbb természetes fehérjéket szintetizálják - inzulint,

ribonukleáz stb.

Nagy elismerés a mikrobiológiai ipar létrehozásához

mesterséges étel egy szovjet tudósé

A. N. Nesmeyanov.

Irodalom:

"KÉMIA" M., "SZLOVÓ" 1995.

G. E. Rudzitis, F. G. Feldman

"Kémia 11. Szerves kémia"

M., "Oktatás", 1993.

A.I. Artemenko, I.V. Tikunova

„Kémia 10-11. Szerves kémia"

M., "Oktatás" 1993.

§ 9. A FEHÉRJÉK FIZIKIKÉMIAI TULAJDONSÁGAI

A fehérjék nagyon nagy molekulák, méretükben csak a nukleinsavak és a poliszacharidok egyes képviselőitől lehetnek alacsonyabbak. A 4. táblázat néhány fehérje molekuláris jellemzőit mutatja.

4. táblázat

Egyes fehérjék molekuláris jellemzői

	Relatív molekulatömeg	Láncok száma	Aminosavmaradékok
Ribonukleáz
Mioglobin
Kimotripszin
Hemoglobin
Glutamát -dehidrogenáz

A fehérjemolekulák nagyon különböző számú aminosavmaradékot tartalmazhatnak - 50 -től több ezerig; a fehérjék relatív molekulatömege is nagyban változik - több ezer (inzulin, ribonukleáz) és egymillió (glutamát -dehidrogenáz) között. A fehérjékben található polipeptidláncok száma egytől több tízes vagy akár ezerig terjedhet. Így a dohánymozaik vírus fehérje 2120 protomert tartalmaz.

A fehérje relatív molekulatömegének ismeretében nagyjából meg lehet becsülni, hogy hány aminosav maradékot tartalmaz a készítmény. A polipeptidláncot alkotó aminosavak átlagos relatív molekulatömege 128. Ha peptidkötés jön létre, egy vízmolekula hasad, ezért az aminosavak átlagos relatív tömege 128 - 18 = 110 lesz. adatok alapján kiszámítható, hogy a 100 000 relatív molekulatömegű fehérje körülbelül 909 aminosav maradékból fog állni.

A fehérjemolekulák elektromos tulajdonságai

A fehérjék elektromos tulajdonságait a pozitív és negatív töltésű aminosavak jelenléte határozza meg a felületükön. A töltött fehérjecsoportok jelenléte határozza meg a fehérje molekula teljes töltését. Ha a negatív töltésű aminosavak vannak túlsúlyban a fehérjékben, akkor annak molekulája semleges oldat negatív töltésű lesz, ha pozitív töltésűek vannak túlsúlyban, akkor a molekula pozitív töltéssel rendelkezik. A fehérjemolekula teljes töltése a tápközeg savasságától (pH) is függ. A hidrogénionok koncentrációjának növekedésével (a savasság növekedése) a karboxilcsoportok disszociációja elnyomódik:

és ezzel egyidejűleg nő a protonált aminocsoportok száma;

Így a tápközeg savasságának növekedésével csökken a negatív töltésű csoportok száma a fehérjemolekula felületén, és nő a pozitív töltésű csoportok száma. Teljesen más kép figyelhető meg a hidrogénionok koncentrációjának csökkenésével és a hidroxidionok koncentrációjának növekedésével. Nő a disszociált karboxilcsoportok száma

és csökken a protonált aminocsoportok száma

Tehát a tápközeg savasságának megváltoztatásával megváltoztathatja a fehérje molekula töltését is. A fehérjemolekulában lévő közeg savasságának növekedésével csökken a negatív töltésű csoportok száma és nő a pozitív töltésű csoportok száma, a molekula fokozatosan elveszíti negatívját és pozitív töltést szerez. Az oldat savasságának csökkenésével ellentétes kép figyelhető meg. Nyilvánvaló, hogy bizonyos pH -értékeknél a molekula elektromosan semleges lesz, azaz a pozitív töltésű csoportok száma megegyezik a negatív töltésű csoportok számával, a molekula teljes töltése pedig nulla (14. ábra).

Azt a pH -értéket, amelynél a fehérje teljes töltése nulla, izoelektromos pontnak nevezzük és jelöljükpI.

Rizs. 14. Az izoelektromos pont állapotában a fehérjemolekula teljes töltése nulla

A legtöbb fehérje izoelektromos pontja 4,5 és 6,5 között van. Vannak azonban kivételek is. Az alábbiakban néhány fehérje izoelektromos pontjai láthatók:

Az izoelektromos pont alatti pH -értékeknél a fehérje teljes pozitív töltést hordoz, felette teljes negatív töltést.

Az izoelektromos ponton a fehérje oldhatósága minimális, mivel molekulái ebben az állapotban elektromosan semlegesek, és nincsenek közöttük kölcsönös taszító erők, ezért "összetapadhatnak" a hidrogén és ionos kötések, hidrofób kölcsönhatások, van der Waals erők. A pI -tól eltérő pH -értékeknél a fehérjemolekulák ugyanazt a töltést hordozzák - akár pozitív, akár negatív. Ennek eredményeképpen elektrosztatikus taszító erők lépnek fel a molekulák között, megakadályozva azok "tapadását", az oldhatóság nagyobb lesz.

A fehérjék oldhatósága

A fehérjék vízben oldódnak és nem oldódnak. A fehérjék oldhatósága a szerkezetüktől, a pH -értéküktől, az oldat sóösszetételétől, a hőmérséklettől és egyéb tényezőktől függ, és a fehérjemolekula felületén lévő csoportok jellege határozza meg. Az oldhatatlan fehérjék közé tartozik a keratin (haj, köröm, toll), kollagén (inak), fibroin (pöccintés, pókháló). Sok más fehérje vízben oldódik. Az oldhatóságot a felszínükön töltött és poláris csoportok (-СОО -, -NH 3 +, -OH, stb.) Jelenléte határozza meg. A feltöltött és poláris fehérjecsoportok magukhoz vonzzák a vízmolekulákat, és egy hidratációs héj képződik körülöttük (15. ábra), amelynek léte meghatározza vízben való oldhatóságukat.

Rizs. 15. Hidratáló héj kialakulása fehérje molekula körül.

A fehérje oldhatóságát befolyásolja az semleges sók (Na 2 SO 4, (NH 4) 2 SO 4 stb.) Jelenléte az oldatban. Alacsony sókoncentráció esetén a fehérjék oldhatósága növekszik (16. ábra), mivel ilyen körülmények között a poláris csoportok disszociációjának mértéke nő, és a fehérje molekulák töltött csoportjait szűrjük, ezáltal csökkentve a fehérje-fehérje kölcsönhatást, amely elősegíti az aggregátumok képződését és a csapadékot a fehérjéből. Magas sókoncentráció esetén a fehérje oldhatósága csökken (16. ábra) a hidratációs héj megsemmisülése miatt, ami a fehérjemolekulák aggregációjához vezet.

Rizs. 16. A fehérje oldhatóságának függősége a sókoncentrációtól

Vannak olyan fehérjék, amelyek csak sóoldatokban oldódnak fel, és nem oldódnak fel tiszta vízben, az ilyen fehérjéket ún globulinok... Vannak más fehérjék is - albumin A globulinokkal ellentétben tiszta vízben jól oldódnak.
A fehérjék oldhatósága az oldatok pH -jától is függ. Amint azt már megjegyeztük, a fehérjék minimális oldhatósággal rendelkeznek az izoelektromos ponton, ami azzal magyarázható, hogy a fehérjemolekulák között nincs elektrosztatikus taszítás.
Bizonyos körülmények között a fehérjék géleket képezhetnek. Amikor gél képződik, a fehérjemolekulák sűrű hálózatot alkotnak, amelynek belseje oldószerrel van feltöltve. A gélek például zselatint (ebből a fehérjéből zselét készítenek) és tejfehérjéket képeznek az aludttej készítésekor.
A hőmérséklet befolyásolja a fehérjék oldhatóságát is. A cselekvésről magas hőmérsékletű sok fehérje kicsapódik szerkezetük megsértése miatt, de erről részletesebben a következő részben fogunk beszélni.

Fehérje denaturáció

Tekintsünk egy számunkra jól ismert jelenséget. Amikor a tojásfehérjét felmelegítik, fokozatosan zavarossá válik, majd szilárd alvadék képződik. A hullámos tojásfehérje - tojásalbumin - hűtés után oldhatatlannak, míg melegítés előtt a tojásfehérje jól oldódott vízben. Ugyanezek a jelenségek fordulnak elő, amikor szinte az összes gömbfehérjét felmelegítik. A fűtés során bekövetkezett változásokat ún denaturáció... A fehérjéket természetes állapotukban ún anyanyelvi fehérjék, és denaturálás után - denaturált.
A denaturáció során a fehérjék natív konformációja megszakad a gyenge kötések (ionos, hidrogén, hidrofób kölcsönhatások) megszakítása következtében. E folyamat eredményeként a fehérje negyedik, harmadlagos és másodlagos szerkezete elpusztulhat. Ugyanakkor az elsődleges szerkezet megmarad (17. ábra).

Rizs. 17. Fehérje denaturáció

A denaturáció során a hidrofób aminosavgyökök, amelyek a molekulában mélyen található natív fehérjékben találhatók, a felszínre kerülnek, ennek eredményeképpen az aggregáció feltételei jönnek létre. A fehérjemolekulák aggregátumai kicsapódnak. A denaturáció a fehérje biológiai funkciójának elvesztésével jár.

A fehérjék denaturációját nemcsak láz okozhatja, hanem más tényezők is. Savak és lúgok fehérje denaturációt okozhatnak: hatásuk következtében ionogén csoportok töltődnek fel, ami az ionos és hidrogénkötések felszakadásához vezet. A karbamid elpusztítja a hidrogénkötéseket, ami a fehérjék természetes szerkezetük elvesztését eredményezi. A denaturáló szerek szerves oldószerek és nehézfém -ionok: a szerves oldószerek elpusztítják a hidrofób kötéseket, és a nehézfém -ionok oldhatatlan komplexeket képeznek a fehérjékkel.

A denaturáció mellett van egy fordított folyamat is - újra telítettség. A denaturáló faktor eltávolítása után visszaállítható az eredeti natív szerkezet. Például, ha az oldatot lassan szobahőmérsékletre hűtik, a tripszin natív szerkezete és biológiai funkciója helyreáll.

A fehérjék a normál életfolyamatok során is denaturálódhatnak a sejtben. Teljesen nyilvánvaló, hogy a fehérjék natív szerkezetének és funkciójának elvesztése rendkívül nemkívánatos esemény. E tekintetben meg kell említeni a speciális fehérjéket - kísérők... Ezek a fehérjék képesek felismerni a részben denaturált fehérjéket, és ezekhez kötődve visszaállítani natív konformációjukat. A chaperonok felismerik azokat a fehérjéket is, amelyek denaturálódási folyamata messzire ment, és a lizoszómákba szállítják, ahol lebomlanak (lebomlanak). A chaperonok fontos szerepet játszanak a harmadlagos és kvaterner struktúrák kialakításában is a fehérjeszintézis során.

Érdekes tudni! Manapság gyakran említenek olyan betegséget, mint az őrült tehénbetegség. Ezt a betegséget prionok okozzák. Más neurodegeneratív jellegű betegségeket okozhatnak állatokban és emberekben. A prionok fehérje jellegű fertőző ágensek. Amikor egy prion belép a sejtbe, megváltoztatja sejtbeli megfelelőjének konformációját, amely maga is prion lesz. Így jön létre a betegség. A prionfehérje másodlagos szerkezetében különbözik a sejtfehérjétől. A fehérje prion formája elsősorbanb-hajtogatott szerkezetű és cellás -a-spirál.

4. A fehérjék osztályozása

Fehérjék és fő jellemzőik

A fehérjék vagy fehérjék (amelyek a görög fordításban azt jelentik, hogy „első” vagy „legfontosabb”), mennyiségileg érvényesülnek az élő sejtben lévő összes makromolekulával szemben, és a legtöbb élőlény száraz tömegének több mint felét teszik ki. A fehérjék mint vegyületek osztályának fogalma a XVII-XIX. Ebben az időszakban hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagokat izoláltak az élővilág különböző tárgyaiból (növények magjai és gyümölcslevei, izmok, vér, tej): viszkózus oldatokat képeztek, melegedéskor alvadtak, égéskor érezték az égett gyapjú szagát és ammónia szabadult fel. Mivel mindezek a tulajdonságok korábban ismertek voltak a tojásfehérjéről, akkor új osztály vegyületeket fehérjéknek nevezték. A megjelenés után korai XIX században Az anyagok elemzésének fejlettebb módszerei határozták meg a fehérjék elemi összetételét. Találták C, H, O, N, S.K késő XIX században A fehérjékből több mint 10 aminosavat izoláltak. A fehérjehidrolízis termékeinek tanulmányozásának eredményei alapján E. Fischer (1852-1919) német vegyész azt javasolta, hogy a fehérjék aminosavakból épüljenek fel.

Fisher munkájának eredményeképpen világossá vált, hogy a fehérjék az a-aminosavak lineáris polimerei, amelyek amid (peptid) kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és ennek a vegyületosztálynak a sokféle képviselője magyarázható a aminosav összetételét és a különböző aminosavak váltakozási sorrendjét a polimer láncban.

A fehérjék első vizsgálatát komplex fehérjekeverékekkel végezték, például: vérszérummal, tojásfehérjével, növényi és állati szövetek kivonataival. Később kidolgozták a fehérjék izolálására és tisztítására szolgáló módszereket, például kicsapást, dialízist, cellulózon és más hidrofil ioncserélőn végzett kromatográfiát, gélszűrést és elektroforézist. Nézzük meg részletesebben ezeket a módszereket laboratóriumi munkaés szeminárium.

Tovább a jelenlegi szakasz A fehérjék vizsgálatának fő területei a következők:

¨ az egyes fehérjék térbeli szerkezetének vizsgálata;

¨ a különböző fehérjék biológiai funkcióinak tanulmányozása;

¨ az egyes fehérjék működési mechanizmusainak tanulmányozása (az egyes atomok, a fehérje molekula atomcsoportjainak szintjén).

Mindezek a szakaszok összefüggnek egymással, mert a biokémia egyik fő feladata pontosan annak megértése, hogy a különböző fehérjék aminosav -szekvenciái hogyan teszik lehetővé különböző funkciók ellátását.

Biológiai funkciók fehérjék

Enzimek - ezek biológiai katalizátorok, a legkülönfélébb, számos fehérjeosztály. A sejtekben jelen lévő szerves biomolekulákat érintő szinte minden kémiai reakciót enzimek katalizálják. Eddig több mint 2000 különböző enzimet fedeztek fel.

Szállítási fehérjék- A plazmatranszport fehérjék megkötik és átviszik specifikus molekulákat vagy ionokat egyik szervből a másikba. Például, hemoglobin, az eritrocitákban található, amikor a tüdőn áthalad, megköti az oxigént, és eljuttatja azt a perifériás szövetekhez, ahol oxigén szabadul fel. A vérplazma tartalmaz lipoproteinek, a lipidek májból más szervekbe történő átvitelének végrehajtása. A sejtmembránokban létezik egy másik típusú sejt transzport fehérje, amely képes megkötni bizonyos molekulákat (pl. Glükózt) és a membránon keresztül a sejtbe szállítani.

Élelmiszer- és tárolófehérjék. Az ilyen fehérjék leghíresebb példái a búza, kukorica, rizs magvakból származó fehérjék. Az élelmiszer -fehérjék közé tartozik tojásalbumin- a tojásfehérje fő összetevője, kazein- a tej fő fehérje.

Összehúzódó és motoros fehérjék.Actinés miozin- fehérjék, amelyek a vázizomzat összehúzódó rendszerében, valamint számos nem izomszövetben működnek.

Szerkezeti fehérjék.Kollagén- a porc és az inak fő összetevője. Ennek a fehérjének nagyon nagy szakítószilárdsága van. A csomagok tartalmazzák elasztin egy strukturális fehérje, amely két dimenzióban nyújtható. A haj, a köröm szinte kizárólag erős oldhatatlan fehérjéből áll - keratin... A selyemszálak és pókhálók fő összetevője a fibroin fehérje.

Védőfehérjék. Immunglobulinok vagy antitestek limfocitákban termelt speciális sejtek. Képesek felismerni a baktériumok testébe bejutott vírusokat vagy idegen molekulákat, majd elindítani egy rendszert azok semlegesítésére. Fibrinogénés trombin- a véralvadási folyamatban részt vevő fehérjék, védik a szervezetet a vérveszteségtől az érrendszer károsodása esetén.

Szabályozó fehérjék. Néhány fehérje részt vesz a sejtek aktivitásának szabályozásában. Ezek közé tartozik sok hormonok mint például az inzulin (szabályozza a glükóz anyagcserét).

Fehérje osztályozás

Oldhatósággal

Albumin. Vízben és sóoldatokban oldódik.

Globulinok. Vízben kevéssé oldódik, de sóoldatokban jól oldódik.

Prolaminok. 70-80% -os etanolban oldódik, vízben és abszolút alkoholban nem oldódik. Gazdag argininben.

Hisztonok. Sóoldatokban oldódik.

Szkleroproteinek. Vízben és sóoldatokban nem oldódik. A glicin, alanin, prolin tartalma megnő.

A molekulák alakja szerint

A tengelyek (hosszanti és keresztirányú) aránya alapján két nagy fehérjeosztály különböztethető meg. Van globuláris fehérjék az arány kevesebb, mint 10, és a legtöbb esetben nem haladja meg a 3-4-et. Jellemzőjük a polipeptidláncok kompakt csomagolása. Példák a gömbfehérjékre: sok enzim, inzulin, globulin, plazmafehérjék, hemoglobin.

Fibrilláris fehérjék, amelyben a tengelyek aránya meghaladja a 10 -et, polipeptidláncok kötegeiből állnak, amelyek spirálisan egymásra vannak tekerve, és keresztirányú kovalens vagy hidrogénkötésekkel (keratin, miozin, kollagén, fibrin) vannak összekapcsolva.

A fehérjék fizikai tulajdonságai

A fehérjék fizikai tulajdonságairól, mint pl ionizálás,hidratálás, oldhatóság a fehérjék izolálásának és tisztításának különböző módszerei alapulnak.

Mivel a fehérjék ionogéneket tartalmaznak, azaz ionizálható aminosavak (arginin, lizin, glutaminsav stb.), ezért polielektrolitok. Savasodással csökken az anionos csoportok ionizációs foka, és nő a kationos csoportoké; lúgosítással az ellenkező minta figyelhető meg. Egy bizonyos pH -értéknél a negatív és pozitív töltésű részecskék száma azonos lesz, ezt az állapotot nevezzük izoelektromos(a molekula teljes töltése nulla). Azt a pH -értéket, amelyen egy fehérje izoelektromos állapotban van, nevezzük izoelektromos pontés jelölni pI... Elválasztásuk egyik módszere a fehérjék különböző pH -értékű ionizációján alapul - a módszer elektroforézis.

A fehérjék poláris csoportjai (ionos és nemionos) képesek kölcsönhatásba lépni vízzel és hidratálni. A fehérjéhez kapcsolódó víz mennyisége eléri a 30-50 g-ot 100 g fehérjére. A fehérje felületén több hidrofil csoport található. Az oldhatóság függ a fehérje hidrofil csoportjainak számától, a molekulák méretétől és alakjától, valamint a teljes töltéstől. A fehérje mindezen fizikai tulajdonságainak kombinációja lehetővé teszi a módszer alkalmazását molekuláris sziták vagy gél szűrés fehérjék elválasztására. Módszer dialízis fehérjék kis molekulatömegű szennyeződésekből való tisztítására szolgál, és nagyméretű fehérjemolekulákon alapul.

A fehérjék oldhatósága más oldott anyagok, például semleges sók jelenlététől is függ. Nagy koncentrációban semleges sók esetén a fehérjék kicsapódnak és kicsapódnak ( sózva ki) a különböző fehérjék eltérő sókoncentrációt igényelnek. Ez annak köszönhető, hogy a töltött fehérje molekulák ellentétes töltésű ionokat adszorbeálnak. Ennek eredményeként a részecskék elveszítik töltésüket és elektrosztatikus taszítást, ami fehérje kicsapódásához vezet. A sózási módszer alkalmazható a fehérjék frakcionálására.

A fehérjék elsődleges szerkezete

Elsődleges fehérje szerkezet a fehérjemolekulában lévő aminosavmaradékok összetételét és szekvenciáját nevezzük. A fehérjében található aminosavak peptidkötésekkel vannak összekötve.

Egy adott fehérje minden molekulája azonos az aminosav összetételében, az aminosavmaradékok szekvenciájában és a polipeptidlánc hosszában. A fehérjék aminosavszekvenciájának szekvenálása fáradságos feladat. Ezt a témát részletesebben tárgyaljuk a szemináriumon. Az inzulin volt az első fehérje, amelyhez az aminosav -szekvenciát megállapították. A szarvasmarha inzulin rendelkezik moláris tömeg Molekulája két polipeptidláncból áll: egy 21 aa-t tartalmazó A-láncból és 30 aa-t tartalmazó B-láncból, ez a két lánc két diszulfid (-S-S-) kötéssel van összekötve. Még az elsődleges szerkezet kis változásai is jelentősen megváltoztathatják a fehérje tulajdonságait. A sarlósejtes vérszegénység a hemoglobin (Glu® Val) b-láncában csak 1 aminosavban bekövetkezett változás eredménye.

Az elsődleges szerkezet fajspecifikuma

Az aminosavszekvenciák tanulmányozásakor homológ különböző fajokból izolált fehérjék, számos fontos következtetést vontak le. A homológ fehérjék közé tartoznak azok a fehérjék, amelyek ugyanazokat a funkciókat látják el különböző fajokban. Példa erre a hemoglobin: minden gerincesen ugyanazt a funkciót látja el, mint az oxigénszállítás. A különböző fajok homológ fehérjéi általában azonos vagy majdnem azonos polipeptid láncokkal rendelkeznek. egyenlő hosszúságú... A homológ fehérjék aminosavszekvenciáiban ugyanazok az aminosavak mindig sok pozícióban találhatók - ezeket nevezik változatlan maradékok. Ugyanakkor jelentős különbségek figyelhetők meg a fehérjék más pozícióiban: ezekben a pozíciókban az aminosavak fajonként változnak; ilyen aminosavmaradékokat neveznek változó... A homológ fehérjék aminosav -szekvenciáiban a hasonlóságok teljes halmazát egyesítik a koncepcióban szekvencia homológia. Az ilyen homológia jelenléte arra utal, hogy az állatok, amelyekből a homológ fehérjéket izolálták, közös evolúciós eredetűek. Érdekes példa komplex fehérje - citokróm c- mitokondriális fehérje, amely elektronhordozóként vesz részt a biológiai oxidációs folyamatokban. M "12500, tartalmaz" 100 a.k. A.k. telepítve van. szekvenciák 60 fajra. 27 a.k. - ugyanazok, ami azt jelzi, hogy mindezek a maradékok fontos szerepet játszanak a citokróm c biológiai aktivitásának meghatározásában. Az aminosavszekvenciák elemzéséből levont második fontos következtetés az, hogy a maradékok száma, amelyekkel a két faj citokromjai eltérnek, arányos e fajok közötti filogenetikai különbséggel. Például a ló és az élesztő citokróm c molekulái 48 aa, kacsa és csirke - 2 aa, csirke és pulyka esetében nem különböznek egymástól. A különböző fajokból származó homológ fehérjék aminosav -szekvenciáiban tapasztalható különbségek számával kapcsolatos információkat evolúciós térképek készítésére használják, amelyek tükrözik a különböző állat- és növényfajok kialakulásának és fejlődésének egymást követő szakaszát az evolúció folyamatában.

A fehérjék másodlagos szerkezete

- ez egy fehérje molekula térben történő összehajtása anélkül, hogy figyelembe vennénk az oldalsó szubsztituensek hatását. Kétféle másodlagos szerkezet létezik: a-hélix és b-szerkezet (hajtogatott réteg). Nézzük meg részletesebben a másodlagos szerkezetek minden típusát.

a-spirál a jobb oldali csavarvonal, amely ugyanolyan hangmagasságú, mint 3,6 aminosav. Az a-hélixet az egyik peptidkötés hidrogénatomja és a negyedik peptidkötés oxigénatomja között létrejövő intramolekuláris hidrogénkötések stabilizálják.

Az oldalsó szubsztituensek merőlegesek az a-hélix síkjára.

Hogy. ennek a fehérjének a tulajdonságait az aminosavmaradékok oldalsó csoportjainak tulajdonságai határozzák meg: egy adott fehérje összetételében szerepel. Ha az oldalsó szubsztituensek hidrofóbok, akkor az a-hélix szerkezetű fehérje is hidrofób. Ilyen fehérje például a keratin fehérje, amely a hajat alkotja.

Ennek eredményeként kiderül, hogy az a-hélix hidrogénkötésekkel van áthatva, és nagyon stabil szerkezet. Amikor egy ilyen spirál képződik, két tendencia működik:

¨ a molekula a minimális energiára hajlik, azaz a legtöbb hidrogénkötés kialakulásához;

¨ A peptidkötés merevsége miatt csak az első és a negyedik peptidkötés közelítheti egymást a térben.

V hajtogatott réteg a peptidláncok egymással párhuzamosan vannak elrendezve, és egy alakot alkotnak, mint egy hajtogatott levél. A peptidláncok kölcsönhatásba léphetnek egymással hidrogénkötésekkel nagyszámú... Az áramkörök párhuzamosan helyezkednek el.

Minél több peptidláncot tartalmaz a hajtogatott réteg, annál erősebb a fehérje molekula.

Hasonlítsuk össze a gyapjú és a selyem fehérjeanyagainak tulajdonságait, és magyarázzuk meg ezeknek az anyagoknak a tulajdonságainak különbségét a fehérjék szerkezete szempontjából.

A keratin, a gyapjúfehérje, másodlagos hélix szerkezetű. A gyapjúszál nem olyan erős, mint a selyemszál, nedvesen könnyen nyúlik. Ezt a tulajdonságot azzal magyarázza, hogy terhelés hatására a hidrogénkötések megszakadnak és a spirál megfeszül.

A fibroin, egy selyemfehérje, másodlagos b-szerkezetű. A selyemszál nem nyúlik, és nagyon szakadásálló. Ezt a tulajdonságot az magyarázza, hogy a hajtogatott rétegben sok peptidlánc kölcsönhatásba lép egymással hidrogénkötésekkel, ami nagyon erősvé teszi ezt a szerkezetet.

Az aminosavak abban különböznek egymástól, hogy részt vehetnek az a-hélixek és a b-struktúrák kialakításában. A glicin, aszparagin, tirozin ritkán fordul elő az a-hélixekben. A Proline destabilizálja az a-spirális szerkezetet. Mondd el miért? A b-szerkezetek közé tartozik a glicin, szinte nincs prolin, glutaminsav, aszparagin, hisztidin, lizin és szerin.

Egy fehérje szerkezete tartalmazhat b-szerkezetű szakaszokat, a-hélixeket és szabálytalan szakaszokat. Szabálytalan helyeken a peptidlánc viszonylag könnyen meghajolhat és megváltoztathatja konformációját, míg a hélix és a hajtogatott réteg meglehetősen merev szerkezetek. A b-szerkezetek és az a-hélixek tartalma különböző fehérjékben nem azonos.

A fehérjék harmadlagos szerkezete

a peptidlánc oldalsó szubsztituenseinek kölcsönhatása határozza meg. A fibrilláris fehérjék esetében nehéz azonosítani a harmadlagos szerkezetek kialakulásának általános mintáit. Ami a gömbfehérjéket illeti, ilyen minták léteznek, és ezeket figyelembe vesszük. A gömb alakú fehérjék harmadlagos szerkezete a peptidlánc további összecsukásával jön létre, amely b-szerkezeteket, a-hélixeket és szabálytalan régiókat tartalmaz, így az aminosavak hidrofil oldalsó csoportjai megjelennek a gömb felszínén, és a hidrofób oldalsó csoportok rejtve maradnak. mélyen a gömbbe, néha hidrofób zsebet képezve.

Erők, amelyek stabilizálják a fehérje harmadlagos szerkezetét.

Elektrosztatikus kölcsönhatás különböző töltésű csoportok között, extrém eset- ionos kölcsönhatások.

Hidrogénkötések a polipeptidlánc oldalcsoportjai között keletkezik.

Hidrofób kölcsönhatások.

Kovalens kölcsönhatások(diszulfidkötés kialakulása két cisztein maradék között a képződéssel cisztin). A diszulfidkötések kialakulása azt eredményezi, hogy a polipeptid molekula távoli régiói megközelítik és rögzítik. A diszulfidkötések redukálószerek hatására elpusztulnak. Ezt a tulajdonságot hajhosszabbításra használják, amely szinte teljes egészében diszulfidkötésekkel átitatott keratinfehérje.

A térbeli hajtogatás jellegét az aminosav -összetétel és az aminosavak váltakozása határozza meg a polipeptidláncban (elsődleges szerkezet). Következésképpen minden fehérje csak egy térbeli struktúrával rendelkezik, amely megfelel az elsődleges szerkezetének. A fehérjemolekulák konformációjában kisebb változások következnek be, amikor más molekulákkal kölcsönhatásba lépnek. Ezek a változások néha óriási szerepet játszanak a fehérjemolekulák működésében. Tehát, amikor egy oxigénmolekula kapcsolódik a hemoglobinhoz, a fehérje konformációja némileg megváltozik, ami a kooperatív kölcsönhatás hatásához vezet, amikor a fennmaradó három oxigénmolekula kapcsolódik. Ez a konformációváltozás alapozza meg a megfelelés indukálásának elméletét egyes enzimek csoportspecifikájának magyarázatában.

A kovalens diszulfidkötésen kívül minden más kötés, amely stabilizálja a harmadlagos szerkezetet, gyenge természetű és könnyen elpusztul. Szünetben egy nagy szám kötéseket, amelyek stabilizálják a fehérjemolekula térbeli szerkezetét, az egyes fehérjékre vonatkozó rendezett konformáció megszakad, és a fehérje biológiai aktivitása gyakran elveszik. A térbeli szerkezet ilyen változását ún denaturáció.

Fehérje funkció gátlók

Tekintettel arra, hogy a különböző ligandumok Kb -ban különböznek, mindig lehetséges olyan anyag kiválasztása, amely szerkezetében hasonló a természetes ligandumhoz, de nagyobb Kbw -vel rendelkezik egy adott fehérjével. Például a CO -ban 100 -szor több Kb van, mint a hemoglobinban lévő O 2 -ben, így a levegőben lévő 0,1% CO elegendő nagyszámú hemoglobin -molekula blokkolásához. Sok gyógyszer ugyanúgy működik. Például ditilin.

Acetilkolin - transzmissziós közvetítő ideg impulzusok az izomon. A Ditilin blokkolja a receptorfehérjét, amellyel az acetilkolin kötődik, és bénító hatást kelt.

9. A fehérjék szerkezetének kapcsolata a funkcióikkal a hemoglobin és a mioglobin példáján

Szén -dioxid szállítás

A hemoglobin nemcsak oxigént szállít a tüdőből a perifériás szövetekbe, hanem felgyorsítja a CO2 szállítását a szövetekből a tüdőbe. A hemoglobin közvetlenül az oxigén felszabadulása után megköti a CO 2 -t (»a teljes CO 2 15% -a). Az eritrocitákban enzimatikus képződési folyamat megy végbe szénsav szövetekből származó СО 2 -ből: СО 2 + Н 2 О = Н 2 СО 3. A szénsav gyorsan disszociál НСО 3 - és Н +. A savasság veszélyes növekedésének megakadályozása érdekében olyan pufferrendszernek kell lennie, amely képes elnyelni a felesleges protonokat. A hemoglobin minden egyes felszabaduló oxigénmolekulához két protont köt, és meghatározza a vér pufferkapacitását. A folyamat megfordul a tüdőben. A felszabaduló protonok a bikarbonát -ionhoz kötődve szénsavat képeznek, amely az enzim hatására CO 2 -vá és vízzé alakul, a CO 2 kilégzik. Így az O 2 -kötés szorosan összefügg a CO 2 kilégzésével. Ezt a visszafordítható jelenséget úgy hívják Bohr hatás. A Bohr -hatás nem található meg a mioglobinban.

Izofunkcionális fehérjék

Egy sejtben meghatározott funkciót ellátó fehérje több formában is bemutatható - izofunkcionális fehérjék, ill izoenzimek. Bár az ilyen fehérjék ugyanazt a funkciót látják el, a kötési állandóban különböznek, ami funkcionális szempontból némi eltéréshez vezet. Például a hemoglobin több formáját találták az emberi vörösvértestekben: HbA (96%), HbF (2%), HbA 2 (2%). Minden hemoglobin tetramer, amely az a, b, g, d protomerekből épül fel (HbA -a 2 b 2, HbF - a 2 g 2, HbA 2 - a 2 d 2). Az összes protomer hasonló az elsődleges szerkezethez, és nagyon nagy hasonlóság figyelhető meg a másodlagos és a harmadlagos szerkezetekben. A hemoglobinok minden formáját úgy tervezték, hogy oxigént szállítsanak a szöveti sejtekbe, de például a HbF nagyobb affinitással rendelkezik az oxigénhez, mint a HbA. A HbF jellemző embrionális stádium az emberi fejlődés. Képes oxigént elvinni a HbA -ból, ami biztosítja a magzat normális oxigénellátását.

Az izoproteinek egy faj génállományában több szerkezeti gén jelenlétének eredménye.

FEHÉRJÉK: FELÉPÍTÉS, TULAJDONSÁGOK ÉS FUNKCIÓK

1. Fehérjék és fő jellemzőik

2. A fehérjék biológiai funkciói

3. A fehérjék aminosav összetétele

4. A fehérjék osztályozása

5. A fehérjék fizikai tulajdonságai

6. A fehérjemolekulák szerkezeti felépítése (primer, szekunder, tercier struktúrák)

# 1. Fehérjék: peptidkötés, kimutatásuk.

A fehérjék lineáris poliamidok makromolekulái, amelyeket a-aminosavak képeznek a biológiai tárgyak polikondenzációs reakciója eredményeként.

Fehérje Nagy molekulatömegű vegyületekből épülnek fel aminosavak... 20 aminosav vesz részt a fehérjék létrehozásában. Hosszú láncokban kötődnek egymáshoz, amelyek egy nagy molekulatömegű fehérje molekula gerincét alkotják.

A fehérjék funkciói a szervezetben

A fehérjék egyedülálló kémiai és fizikai tulajdonságainak kombinációja pontosan ezt a szerves vegyületek osztályát biztosítja központi szerepet az élet jelenségeiben.

A fehérjék a következő biológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, vagy a következő fő funkciókat látják el az élő szervezetekben:

1. A fehérjék katalitikus funkciója. Minden biológiai katalizátor - enzim fehérje. Több ezer enzimet jellemeztek, amelyek közül sok kristályos formában izolált. Szinte minden enzim erős katalizátor, amely legalább egymilliószorosára növeli a reakciósebességet. A fehérjék ezen funkciója egyedülálló, más polimer molekulákban nem található meg.

2. Táplálkozási (fehérjék tartalék funkciója). Ezek elsősorban a fejlődő embrió táplálására szánt fehérjék: tejkazein, tojás -oválbumin, növényi magvak tároló fehérjéi. Kétségtelen, hogy számos más fehérjét használnak a szervezetben aminosavak forrásaként, amelyek viszont az anyagcsere -folyamatot szabályozó biológiailag aktív anyagok prekurzorai.

3. A fehérjék szállítási funkciója. Sok kis molekula és ion szállítását specifikus fehérjék végzik. Például a vér légzőfunkcióját, nevezetesen az oxigén átadását a hemoglobin, a vörösvértestek fehérje molekulái végzik. A szérumalbumin részt vesz a lipidek szállításában. Számos más tejsavófehérje komplexeket képez zsírokkal, rézzel, vassal, tiroxinnal, A -vitaminnal és más vegyületekkel, biztosítva ezeknek a megfelelő szervekhez való eljuttatását.

4. A fehérjék védő funkciója. A védelem fő funkcióját az immunológiai rendszer látja el, amely biztosítja a specifikus védőfehérjék - antitestek - szintézisét, válaszul a baktériumok, toxinok vagy vírusok (antigének) szervezetbe jutására. Az antitestek megkötik az antigéneket, kölcsönhatásba lépnek velük, és ezáltal semlegesítik azok biológiai hatását, és fenntartják a szervezet normális állapotát. A fehérjék védő funkciójának egy másik példája a fehérje - a fibrinogén - véralvadása a vérplazmában és a vérrögképződés, amely megakadályozza a vérveszteséget sérülés esetén.

5. A fehérjék összehúzódó funkciója. Sok fehérje részt vesz az izomösszehúzódásban és a relaxációban. Ezekben a folyamatokban az aktin és a miozin, az izomszövet specifikus fehérjéi játszanak fő szerepet. Az összehúzódó funkció a szubcelluláris struktúrák fehérjéiben is rejlik, ami biztosítja a sejtek életének legfinomabb folyamatait,

6. A fehérjék szerkezeti funkciója. Az ilyen funkciójú fehérjék az emberi test más fehérjéi között első helyen állnak. Strukturális fehérjék, mint például a kollagén a kötőszövetben, széles körben elterjedtek; keratin a hajban, a körmökben, a bőrben; elasztin - az érfalakban stb.

7. A fehérjék hormonális (szabályozó) funkciója. A szervezet anyagcseréjét számos mechanizmus szabályozza. Ebben a rendeletben fontos helyet foglalnak el a belső elválasztású mirigyek által termelt hormonok. Számos hormont képviselnek fehérjék vagy polipeptidek, például az agyalapi mirigy, a hasnyálmirigy stb.

Peptidkötés

Formailag a fehérje makromolekula képződése az α-aminosavak polikondenzációs reakciójaként ábrázolható.

Kémiai szempontból a fehérjék nagy molekulájú nitrogéntartalmú szerves vegyületek (poliamidok), amelyek molekulái aminosavmaradékokból épülnek fel. A fehérje monomerek α-aminosavak, közös tulajdonság amely a -COOH karboxilcsoport és az -NH2 aminocsoport jelenléte a második szénatomon (α -szénatom):

A fehérjehidrolízis termékeinek tanulmányozásának eredményei alapján és A.Ya. Danilevszkij elképzelései a -CO-NH- peptidkötések szerepéről a fehérjemolekula felépítésében, E. Fischer német tudós a 20. század elején a fehérjék szerkezetének peptidelméletét javasolta. Ezen elmélet szerint a fehérjék α-aminosavak lineáris polimerjei, amelyeket peptid köt össze kapcsolódás - polipeptidek:

Mindegyik peptidben az egyik terminális aminosavmaradék szabad α-amino-csoporttal (N-terminális), a másik szabad α-karboxilcsoporttal (C-terminális) rendelkezik. A peptidek szerkezetét az N-terminális aminosavból kiindulva szokás ábrázolni. Ebben az esetben az aminosavmaradékokat szimbólumok jelzik. Például: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. Ez a bejegyzés olyan peptidet jelöl, amelyben az N-terminális α-aminosav található ­ az alanin, és a C-terminális - cisztein. Egy ilyen rekord olvasásakor az összes sav nevének végződése, kivéve az utóbbit, "-iszap" -ra változik: alanyil-tirozil-leucil-seril-tirozil-β-cisztein. A peptidlánc hossza a testben található peptidekben és fehérjékben két -száz és ezer aminosav -maradék között mozog.

2. sz. Az egyszerű fehérjék osztályozása.

NAK NEK egyszerű (fehérjék) azok a fehérjék, amelyek csak aminosavakat adnak a hidrolízis során.

Proteinoidok ____ egyszerű, állati eredetű fehérjék, vízben oldhatatlanok, sóoldatok, híg savak és lúgok. Főként támogató funkciók (pl. Kollagén, keratin)

protamin - pozitív töltésű nukleáris fehérjék, 10-12 kDa molekulatömeggel. Körülbelül 80% -a alkáli aminosavakból áll, ami lehetővé teszi számukra, hogy ionos kötéseken keresztül kölcsönhatásba lépjenek a nukleinsavakkal. Részt vesznek a génaktivitás szabályozásában. Jól oldódik vízben;

hisztonok - nukleáris fehérjék, amelyek fontos szerepet játszanak a génaktivitás szabályozásában. Minden eukarióta sejtben megtalálhatók, és 5 osztályba sorolhatók, amelyek molekulatömegükben és aminosavukban különböznek egymástól. A hisztonok molekulatömege 11 és 22 kDa között van, és az aminosav -összetételbeli különbségek a lizint és az arginint érintik, amelyek tartalma 11-29%, illetve 2-14% között változik;

prolaminok - vízben nem oldódik, de 70% alkoholban oldódik, a kémiai szerkezet jellemzői - sok prolin, glutaminsav, nincs lizin ,

glutelin - lúgos oldatokban oldódik ,

globulinok - fehérjék, amelyek vízben és félig telített ammónium-szulfát-oldatban nem oldódnak, de sók, lúgok és savak vizes oldatában oldódnak. Molekulatömeg - 90-100 kDa;

albumin - állati és növényi szövetek fehérjéit, vízben és sóoldatokban oldjuk. A molekulatömeg 69 kDa;

szkleroproteinek - állatok támogató szöveteinek fehérjéi

A selyemfibroin, a tojásszérum albumin, a pepszin stb. Példák az egyszerű fehérjékre.

3. sz. Módszerek a fehérjék izolálására és kicsapására (tisztítására).

4. sz. Fehérjék, mint polielektrolitok. A fehérje izoelektromos pontja.

A fehérjék amfoter polielektrolitok, azaz savas és bázikus tulajdonságokkal is rendelkeznek. Ez annak köszönhető, hogy a fehérjemolekulákban ionizálásra képes aminosavgyökök, valamint szabad α-amino- és α-karboxilcsoportok találhatók a peptidláncok végén. A fehérje savas tulajdonságait savas aminosavak (aszparaginsav, glutaminsav) és lúgos tulajdonságok - bázikus aminosavak (lizin, arginin, hisztidin) adják.

Egy fehérje molekula töltése az aminosav gyökök savas és bázikus csoportjainak ionizációjától függ. A negatív és pozitív csoportok arányától függően a fehérjemolekula összességében pozitív vagy negatív töltést kap. Amikor a fehérjeoldatot megsavanyítják, az anionos csoportok ionizációs foka csökken, és a kationosak növekednek; lúgosításkor az ellenkezője igaz. Egy bizonyos pH -értéknél a pozitív és negatív töltésű csoportok száma azonos lesz, megjelenik a fehérje izoelektromos állapota (a teljes töltés 0). Azt a pH -értéket, amelyen egy fehérje izoelektromos állapotban van, izoelektromos pontnak nevezzük, és az aminosavakhoz hasonlóan pI -vel jelöljük. A legtöbb fehérje esetében a pI az 5,5-7,0 tartományban van, ami a savas aminosavak bizonyos túlsúlyát jelzi a fehérjékben. Vannak azonban lúgos fehérjék is, például szalmin - a lazactej fő fehérje (pl = 12). Ezenkívül vannak olyan fehérjék, amelyekben a pI értéke nagyon alacsony, például a pepszin, a gyomornedv enzimje (pl = l). Az izoelektromos ponton a fehérjék nagyon instabilak és könnyen kicsapódnak, és a legkevésbé oldódnak.

Ha egy fehérje nincs izoelektromos állapotban, akkor elektromos mezőben molekulái a katódhoz vagy anódhoz mozognak, a teljes töltés előjelétől függően és az értékével arányos sebességgel; ez az elektroforézis módszer lényege. Ez a módszer el tudja különíteni a különböző pI értékű fehérjéket.

Bár a fehérjék puffer tulajdonságokkal rendelkeznek, kapacitásuk fiziológiai pH -értékeken korlátozott. Kivételt képeznek a sok hisztidint tartalmazó fehérjék, mivel csak a hisztidingyök rendelkezik pufferoló tulajdonságokkal a 6-8 pH-tartományban. Nagyon kevés ilyen fehérje van. Például a majdnem 8% hisztidint tartalmazó hemoglobin hatékony intracelluláris puffer az eritrocitákban, és a vér pH -ját állandó szinten tartja.

5. sz. A fehérjék fizikai -kémiai tulajdonságai.

A fehérjék különböző kémiai, fizikai és biológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyeket az egyes fehérjék aminosav -összetétele és térbeli szerveződése határoz meg. Kémiai reakciók a fehérjék nagyon változatosak, az NH 2 -, COOH csoportok és különböző természetű gyökök jelenlétének köszönhetők. Ezek a nitrálás, acilezés, alkilezés, észterezés, oxidáció-redukció és mások reakciói. A fehérjék sav-bázis, pufferoló, kolloid és ozmotikus tulajdonságokkal rendelkeznek.

A fehérjék sav-bázis tulajdonságai

Kémiai tulajdonságok. A fehérjék vizes oldatainak gyenge melegítésével denaturáció következik be. Ez csapadékot képez.

Amikor a fehérjéket savakkal melegítik, hidrolízis következik be, és aminosavak keveréke keletkezik.

A fehérjék fizikai -kémiai tulajdonságai

A fehérjék nagy molekulatömegűek.

Egy fehérje molekula töltése. Minden fehérje rendelkezik legalább egy szabad - NH és - COOH csoporttal.

Fehérje oldatok- különböző tulajdonságú kolloid oldatok. A fehérjék savasak és bázikusak. A savas fehérjék sok glu -t és asp -et tartalmaznak, amelyek extra karboxilcsoportot és kevesebb aminocsoportot tartalmaznak. Az alkáli fehérjék sok lizát és arg -ot tartalmaznak. A vizes oldatban lévő minden fehérjemolekulát hidratációs héj veszi körül, mivel a fehérjéknek sok hidrofil csoportja van az aminosavak (-COOH, -OH, -NH2, -SH) miatt. Vizes oldatokban egy fehérje molekula töltéssel rendelkezik. A vízben lévő fehérjetöltet a pH -tól függően változhat.

Fehérje csapadék. A fehérjék hidratáló héjjal rendelkeznek, ami megakadályozza a tapadást. A lerakódáshoz el kell távolítani a hidratáló héjat és fel kell tölteni.

1. Hidratálás. A hidratálási folyamat a víz fehérjékhez való kötődését jelenti, miközben hidrofil tulajdonságokkal rendelkeznek: megduzzadnak, tömege és térfogata nő. A fehérje duzzadását részleges feloldódása kíséri. Az egyes fehérjék hidrofilitása szerkezetüktől függ. A hidrofil amid (–CO - NH–, peptidkötés), amin (NH2) és karboxil (COOH) csoportok, amelyek a készítményben jelen vannak és a fehérje makromolekula felszínén helyezkednek el, vonzzák a vízmolekulákat, szigorúan a molekula felszínéhez igazítva őket . A fehérjegömböket körülvevő hidratáló (víz) membrán megakadályozza a fehérjeoldatok stabilitását. Az izoelektromos ponton a fehérjéknek van a legkevesebb vízkötő képességük, a fehérjemolekulák körüli hidratációs héj megsemmisül, ezért egyesülve nagy aggregátumokat képeznek. A fehérjemolekulák aggregációja akkor is előfordul, ha bizonyos szerves oldószerek, például etil -alkohol alkalmazásával dehidratálják őket. Ez a fehérjék kicsapódásához vezet. Amikor a közeg pH -ja megváltozik, a fehérje makromolekula feltöltődik, és hidratációs képessége megváltozik.

A csapadékreakciók két típusra oszlanak.

Fehérjék sózása: (NH 4) SO 4 - csak a hidratáló héjat távolítják el, a fehérje megtartja szerkezetének minden típusát, minden kötést, megőrzi natív tulajdonságait. Az ilyen fehérjék ezután újra feloldhatók és felhasználhatók.

Az ülepedés a fehérje natív tulajdonságainak elvesztésével visszafordíthatatlan folyamat. A hidratáló héjat és töltést eltávolítják a fehérjéből, a fehérje különböző tulajdonságai megzavaródnak. Például réz sók, higany, arzén, vas, tömény szervetlen savak- HNO 3, H 2 SO 4, HCl, szerves savak, alkaloidok - tanninok, jódhigany. Szerves oldószerek hozzáadása csökkenti a hidratáció mértékét, és fehérje kicsapódásához vezet. Oldószerként acetont használnak. A fehérjéket sók, például ammónium -szulfát alkalmazásával is kicsapják. Ennek a módszernek az elve azon a tényen alapul, hogy az oldat sókoncentrációjának növekedésével a fehérje -ellenionok által képződött ionos atmoszférák összenyomódnak, ami hozzájárul ahhoz, hogy konvergenciájuk olyan kritikus távolságra legyen, amelyen az intermolekuláris van der Waals vonzóerők meghaladják az ellenionok Coulomb -taszító erői. Ez a fehérje részecskék tapadásához és kicsapódásához vezet.

Forráskor a fehérjemolekulák kaotikusan mozogni kezdenek, összeütköznek, a töltés megszűnik, és a hidratáló héj csökken.

Az oldatban lévő fehérjék kimutatására a következőket használják:

színreakciók;

csapadékreakciók.

Módszerek a fehérjék izolálására és tisztítására.

homogenizálás- a sejteket homogén tömegre őröljük;

fehérjék kivonása vízzel vagy víz-só oldattal;

1. sózás;

   elektroforézis;

   kromatográfia: adszorpció, hasítás;

   ultracentrifugálás.

A fehérjék szerkezete.

Elsődleges szerkezet- a peptidlánc aminosav -szekvenciája határozza meg, amelyet kovalens peptidkötések (inzulin, pepszin, kimotripszin) stabilizálnak.

Másodlagos szerkezet- a fehérje térbeli szerkezete. Ez spirál vagy összecsukható. Hidrogénkötések jönnek létre.

Harmadlagos szerkezet- globuláris és fibrilláris fehérjék. A hidrogénkötések stabilizálását, az elektrosztatikus erőket (СОО-, NH3 +), a hidrofób erőket, a szulfidhidakat az elsődleges szerkezet határozza meg. Globuláris fehérjék - minden enzim, hemoglobin, mioglobin. Fibrilláris fehérjék - kollagén, miozin, aktin.

Negyedéves szerkezet- csak bizonyos fehérjékben kapható. Az ilyen fehérjék több peptidből épülnek fel. Minden peptidnek megvan a maga elsődleges, másodlagos, harmadlagos szerkezete, az úgynevezett protomerek. Számos protomer kapcsolódik össze, és egy molekulát képez. Egy protomer nem fehérjeként működik, hanem csak más protomerekkel együtt.

Példa: hemoglobin = -globula + -globula -az O 2 -t összesítve, nem külön -külön szállítja.

A fehérje renaturálódhat. Ez nagyon rövid expozíciót igényel az ágensekkel.

6) Módszerek a fehérjék kimutatására.

A fehérjék nagy molekulatömegű biológiai polimerek, amelyek szerkezeti (monomer) egységei -aminosavak. A fehérjékben található aminosavak peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz, amelynek kialakulása a -nál álló karboxilcsoport miatt következik be -egy aminosav szénatomja és -egy másik aminosav aminocsoportja vízmolekula felszabadulásával. A fehérjék monomer egységeit aminosavmaradékoknak nevezzük.

A peptidek, polipeptidek és fehérjék nemcsak mennyiségben, összetételben különböznek egymástól, hanem az aminosavmaradékok sorrendjében, a fizikai -kémiai tulajdonságokban és a szervezetben elvégzett funkciókban is. A fehérjék molekulatömege 6 ezer és 1 millió között mozog. Vegyi és fizikai tulajdonságok A fehérjék az aminosav -maradékaikban található gyökök kémiai természetének és fizikai -kémiai tulajdonságainak köszönhetők. Észlelési módszerek és számszerűsítése fehérjék a biológiai tárgyakban és az élelmiszerekben, valamint a szövetekből és a biológiai folyadékokból való kiválasztásuk fizikai és kémiai tulajdonságok ezeket a vegyületeket.

Fehérjék bizonyos vegyi anyagokkal való kölcsönhatás során színes vegyületeket adni... Ezen vegyületek képződése aminosavgyökök, specifikus csoportjaik vagy peptidkötések részvételével történik. A színreakciók lehetővé teszik a megállapítást fehérje jelenléte egy biológiai tárgyban vagy megoldás, és igazolja a jelenlétét bizonyos aminosavak egy fehérje molekulában... A fehérjék és aminosavak mennyiségi meghatározására számos módszert dolgoztak ki színreakciók alapján.

Univerzálisnak tekintik biuret és ninhidrin reakciók, mivel minden fehérje adja őket. Xanthoprotein reakció, Fol reakciójaés mások specifikusak, mivel a fehérjemolekulában lévő bizonyos aminosavak radikális csoportjainak köszönhetők.

A színreakciók lehetővé teszik a fehérje jelenlétét a vizsgálati anyagban és bizonyos aminosavak jelenlétét a molekulákban.

Biuret reakció... A reakció a fehérjék, peptidek, polipeptidek jelenlétének köszönhető peptidkötések amiben lúgos környezetben formában réz (II) ionok komplex vegyületek színezve lila (piros vagy kék árnyalatú) színű... A színezés annak köszönhető, hogy legalább két csoport van jelen a molekulában -CO-NH- közvetlenül egymáshoz kapcsolódnak, vagy szén- vagy nitrogénatom részvételével.

A réz (II) ionokat két ionos kötés köti össze = С─О ˉ csoportokkal és négy koordinációs kötés nitrogénatommal (= N―).

A szín intenzitása az oldatban lévő fehérje mennyiségétől függ. Ez lehetővé teszi, hogy ezt a reakciót fehérjék mennyiségi meghatározására használják. A színes oldatok színe a polipeptidlánc hosszától függ. A fehérjék kék-ibolyaszínt adnak; hidrolízisük termékei (poli- és oligopeptidek) vörös vagy rózsaszínűek. A biuret reakciót nemcsak fehérjék, peptidek és polipeptidek adják, hanem biuret (NH 2-CO-NH-CO-NH 2), oxamid (NH 2-CO-CO-NH 2), hisztidin is.

A lúgos közegben képződött peptidcsoportokkal rendelkező réz (II) összetett vegyülete a következő szerkezetű:

Ninhidrin reakció... Ebben a reakcióban a fehérje, polipeptidek, peptidek és szabad α-aminosavak oldatai ninhidrinnel melegítve kék, kék-ibolya vagy rózsaszín-ibolya színt kapnak. Ebben a reakcióban az α-amino-csoport miatt színeződés alakul ki.

Nagyon könnyen reagál a ninhidrin -aminosavakkal. Velük együtt Ruemann kék-ibolyáját is fehérjék, peptidek, primer aminok, ammónia és néhány más vegyület alkotja. A másodlagos aminok, például a prolin és a hidroxiprolin sárga színt adnak.

A ninhidrin reakciót széles körben használják az aminosavak kimutatására és mennyiségi meghatározására.

Xanthoprotein reakció. Ez a reakció jelzi az aromás aminosavak jelenlétét a fehérjékben - tirozin, fenilalanin, triptofán. Ezen aminosavak gyökeinek benzolgyűrűjének nitrálása alapján, nitrovegyületek képződésével sárga(Görög "Xanthos" - sárga). A tirozint példaként használva ez a reakció a következő egyenletek formájában írható le.

Lúgos környezetben az aminosavak nitro-származékai quinoid szerkezetű, narancssárga színű sókat képeznek. A xantoprotein reakciót benzol és homológjai, fenol és más aromás vegyületek adják.

Reakciók aminosavakra, amelyek tiolcsoportot tartalmaznak redukált vagy oxidált állapotban (cisztein, cisztin).

Fol reakciója. Amikor lúggal forraljuk, a kén könnyen leválik a ciszteinről hidrogén -szulfid formájában, amely alkáli közegben nátrium -szulfidot képez:

E tekintetben az oldatban lévő tioltartalmú aminosavak meghatározására szolgáló reakciók két szakaszra oszlanak:

Kén átmenet szerves állapotból szervetlen állapotba

A kén kimutatása az oldatban

A nátrium -szulfid kimutatására ólom -acetátot használnak, amely a nátrium -hidroxiddal kölcsönhatásba lépve plumbittá alakul:

Pb (CH 3 TURBÉKOL) 2 + 2NaOH Pb (ONa) 2 + 2CH 3 COOH

A kén és az ólomionok kölcsönhatásának eredményeként fekete vagy barna színű ólom -szulfid keletkezik:

Na 2 S + Pb(Rajta) 2 + 2 H 2 O PbS (fekete üledék) + 4NaOH

A kéntartalmú aminosavak meghatározásához egyenlő térfogatú nátrium-hidroxidot és néhány csepp ólom-acetát-oldatot adunk a vizsgálati oldathoz. 3-5 percig tartó intenzív forralással a folyadék feketére színeződik.

A cisztin jelenléte meghatározható ezzel a reakcióval, mivel a cisztin könnyen ciszteinre redukálódik.

Millon reakciója:

Ez egy reakció a tirozin aminosavra.

A tirozinmolekulák szabad fenolos hidroxilcsoportjai, amikor sókkal kölcsönhatásba lépnek, rózsaszín-vörös színű tirozin-nitro-származék higanysójának vegyületeit adják:

Pauli reakciója a hisztidinre és a tirozinra . Pauli reakciója lehetővé teszi a fehérjében a hisztidin és a tirozin aminosavak kimutatását, amelyek cseresznye-vörös komplex vegyületeket képeznek diazobenzolszulfonsavval. A diazobenzolszulfonsav a diazotizációs reakció során keletkezik, amikor a szulfanilsav savas közegben kölcsönhatásba lép a nátrium -nitrittel:

A vizsgálati oldathoz egyenlő térfogatú szulfanilsav (sósav felhasználásával készített) savas oldatát és kétszeres térfogatú nátrium -nitrit -oldatot adunk, alaposan összekeverjük és azonnal szódát (nátrium -karbonát) adunk hozzá. Keverés után az elegy meggypirosra változik, feltéve, hogy hisztidin vagy tirozin van a vizsgálati oldatban.

Adamkevich-Hopkins-Kohl (Schultz-Raspail) reakciója triptofánra (reakció az indolcsoportra). A triptofán savas környezetben reagál az aldehidekkel, színes kondenzációs termékeket képezve. A reakció a triptofán indolgyűrűjének és egy aldehid kölcsönhatásának köszönhető. Ismeretes, hogy a formaldehid glikonsavból kénsav jelenlétében képződik:

R
A triptofánt tartalmazó oldatok glioxilsav és kénsav jelenlétében vörös-lila színt kapnak.

A glioxilsav kis mennyiségben mindig jelen van jégecetben. Ezért a reakciót ecetsav alkalmazásával hajthatjuk végre. Ezzel párhuzamosan azonos térfogatú jég (tömény) ecetsavat adunk a vizsgálati oldathoz, és óvatosan melegítjük, amíg a csapadék fel nem oldódik. Lehűlés után a tömény kénsav térfogatát a hozzáadott glioxilsavval egyenlő mennyiségben adjuk hozzá. óvatosan keverje össze a falat (a folyadékok keveredésének elkerülése érdekében). 5-10 perc elteltével vörös-lila gyűrű képződése figyelhető meg a két réteg határfelületén. Ha összekeveri a rétegeket, az edény tartalma egyenletesen lila lesz.

NAK NEK

a triptofán sűrítése formaldehiddel:

A kondenzációs termék bisz-2-triptofanil-karbinollá oxidálódik, amely ásványi savak jelenlétében kék-lila sókat képez:

7) A fehérjék osztályozása. Módszerek az aminosav -összetétel tanulmányozására.

A fehérjék szigorú nómenklatúrája és osztályozása még mindig nem létezik. A fehérjék nevét véletlenszerűen adják meg, leggyakrabban a fehérje izolálásának forrását vagy bizonyos oldószerekben való oldhatóságát, a molekula alakját stb.

A fehérjék osztályozását összetétel, részecske alak, oldhatóság, aminosav -összetétel, eredet stb.

1. Összetétel szerint A fehérjéket két nagy csoportra osztják: egyszerű és összetett fehérjékre.

Az egyszerű (fehérjék) közé tartoznak azok a fehérjék, amelyek csak aminosavakat adnak a hidrolízis során (proteinoidok, protaminok, hisztonok, prolaminok, glutelinek, globulinek, albumin). A selyemfibroin, a tojásszérum albumin, a pepszin stb. Példák az egyszerű fehérjékre.

A komplex fehérjék (fehérjék) magukban foglalják azokat a fehérjéket, amelyek egy egyszerű fehérjéből és egy további (protetikus) nem-fehérje csoportból állnak. A komplex fehérjék csoportja több alcsoportra oszlik, a nem fehérje komponens jellegétől függően:

Fémeket (Fe, Cu, Mg stb.) Tartalmazó, közvetlenül a polipeptidlánchoz kapcsolódó metalloproteinek;

Foszfoproteinek - foszforsavmaradékokat tartalmaznak, amelyek észterkötésekkel kapcsolódnak a fehérjemolekulához a szerin, treonin hidroxilcsoportjainak helyén;

Glikoproteinek - protéziscsoportjaik szénhidrátok;

Kromoproteinek - egyszerű fehérjéből és a hozzá kapcsolódó színes, nem fehérje vegyületből állnak, minden kromoprotein biológiailag nagyon aktív; protéziscsoportként porfirin, izoalloxazin és karotin származékai lehetnek;

Lipoproteinek - a lipidek protetikus csoportja - trigliceridek (zsírok) és foszfatidok;

A nukleoproteinek olyan fehérjék, amelyek egyszerű fehérjéből és a hozzá kapcsolódó nukleinsavból állnak. Ezek a fehérjék kolosszális szerepet játszanak a test életében, és az alábbiakban tárgyaljuk őket. Bármely sejt részei, néhány nukleoprotein a természetben speciális részecskék formájában, kórokozó aktivitással (vírusok) létezik.

2. Részecske alakja szerint- a fehérjék fibrilláris (fonalas) és gömb alakúak (gömb alakúak) (lásd 30. oldal).

3. Oldhatóság és az aminosav -összetétel jellemzői szerint az egyszerű fehérjék következő csoportjait különböztetjük meg:

A proteinoidok a támogató szövetek (csontok, porcok, szalagok, inak, haj, köröm, bőr stb.) Fehérjéi. Ezek elsősorban nagy molekulatömegű (> 150 000 Da) fibrilláris fehérjék, amelyek nem oldódnak közönséges oldószerekben: víz, só és víz-alkohol keverékek. Csak meghatározott oldószerekben oldódnak;

A protaminok (a legegyszerűbb fehérjék) olyan vízben oldódó fehérjék, amelyek 80-90% arginint és korlátozott számú (6-8) egyéb aminosavat tartalmaznak, különböző halak tejében. A magas arginintartalom miatt alapvető tulajdonságokkal rendelkeznek, molekulatömegük viszonylag alacsony és megközelítőleg 4000-12000 Da. Ezek a nukleoproteinek fehérjekomponensei;

A hisztonok jól oldódnak vízben és savak híg oldataiban (0,1 N), magas aminosavtartalmuk különbözteti meg: arginin, lizin és hisztidin (legalább 30%), ezért alapvető tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a fehérjék jelentős mennyiségben találhatók a sejtmagokban a nukleoproteinek részeként, és fontos szerepet játszanak a nukleinsav -anyagcsere szabályozásában. A hisztonok molekulatömege kicsi és egyenlő 11000-24000 Da-val;

A globulinok vízben és sóoldatokban oldhatatlan fehérjék, amelyek sókoncentrációja meghaladja a 7%-ot. A globulinek teljesen kicsapódnak az oldat 50% -os telítettségénél ammónium -szulfáttal. Ezek a fehérjék magas glicintartalmúak (3,5%), molekulatömegük> 100 000 Da. Globulinok - enyhén savas vagy semleges fehérjék (p1 = 6-7,3);

Az albuminok vízben és erős sóoldatokban könnyen oldódó fehérjék, és a só (NH 4) 2 S0 4 koncentrációja nem haladhatja meg a telítettség 50% -át. Magasabb koncentrációban az albumint sózzák. A globulinokhoz képest ezek a fehérjék háromszor kevesebb glicint tartalmaznak, és molekulatömegük 40 000-70000 Da. Az albumin túlzott negatív töltéssel és savas tulajdonságokkal rendelkezik (pl = 4,7) a magas glutaminsav -tartalom miatt;

A prolaminok a gabonafélék gluténjében található növényi fehérjék csoportja. Csak 60-80% -os vizes etil-alkohol oldatban oldódnak. A prolaminok jellegzetes aminosav összetételűek: sok (20-50%) glutaminsavat és prolint (10-15%) tartalmaznak, ezért kapta a nevét. Molekulatömegük több mint 100 000 Da;

A glutelinok növényi fehérjék, amelyek nem oldódnak vízben, sóoldatokban és etanolban, de oldódnak híg (0,1 N) lúgokban és savakban. Aminosav -összetételüket és molekulatömegüket tekintve hasonlóak a prolaminokhoz, de több arginint és kevesebb prolint tartalmaznak.

Módszerek az aminosav -összetétel tanulmányozására

Az emésztőnedvek enzimjeinek hatására a fehérjék aminosavakká bomlanak. Két fontos következtetést vontak le: 1) az aminosavak a fehérjék részét képezik; 2) a hidrolízis módszerével a fehérjék kémiai összetétele, különösen az aminosav összetétele tanulmányozható.

A fehérjék aminosav -összetételének tanulmányozására savas (HCl), lúgos [Ba (OH) 2] és ritkábban enzimatikus hidrolízis kombinációját vagy valamelyiket alkalmazzák. Azt találtuk, hogy egy tiszta fehérje hidrolízise, ​​amely nem tartalmaz szennyeződéseket, 20 különböző α-aminosavat szabadít fel. Az állatok, növények és mikroorganizmusok szöveteiben felfedezett összes többi aminosav (több mint 300) a természetben szabad állapotban, vagy rövid peptidek vagy más szerves anyagokkal alkotott komplexek formájában létezik.

A fehérjék elsődleges szerkezetének meghatározása során az első lépés az adott fehérje aminosav -összetételének minőségi és mennyiségi értékelése. Emlékeztetni kell arra, hogy a kutatáshoz bizonyos mennyiségű tiszta fehérje kell, más fehérjék vagy peptidek keveréke nélkül.

A fehérje savas hidrolízise

Az aminosav összetétel meghatározásához szükség van a fehérje összes peptidkötésének elpusztítására. Az elemzett fehérjét 6 mol / l HCl -ben hidrolizáljuk körülbelül 110 ° C hőmérsékleten 24 órán át.A kezelés eredményeként a fehérjében lévő peptidkötések elpusztulnak, és csak a szabad aminosavak vannak jelen a hidrolizátumban. Ezenkívül a glutamint és az aszparagint glutaminsavvá és aszparaginsavvá hidrolizálják (azaz a gyökben lévő amidkötés megszakad, és az aminocsoport elválik tőlük).

Az aminosavak elválasztása ioncserélő kromatográfiával

A fehérjék savas hidrolízisével kapott aminosavak keverékét kationcserélő gyantával oszlopon elválasztjuk. Egy ilyen szintetikus gyanta negatív töltésű csoportokat tartalmaz, amelyek szilárdan kötődnek hozzá (például szulfonsavmaradékok -SO 3 -), amelyekhez Na + -ionok kapcsolódnak (1-4. Ábra).

A kationcserélőbe savas közegben (pH 3,0) aminosavak keverékét vezetik be, ahol az aminosavak főként kationok, azaz pozitív töltést hordoz. A pozitív töltésű aminosavak kötődnek a negatív töltésű gyanta részecskékhez. Minél nagyobb az aminosav teljes töltése, annál erősebb a kötése a gyantával. Így a lizin, arginin és hisztidin aminosavak kötődnek a legerősebben a kationcserélőhöz, míg az aszparaginsav és a glutaminsav a leggyengébbek.

Az aminosavak felszabadulását az oszlopról úgy végezzük, hogy az eluálást (eluálást) végezzük pufferoldattal, növekvő ionerősséggel (azaz növekvő NaCl -koncentrációval) és pH -val. A pH növekedésével az aminosavak protont veszítenek, ennek következtében pozitív töltésük csökken, és ezáltal a kötés erőssége a negatív töltésű gyanta részecskékkel.

Minden aminosav meghatározott pH és ionerősség mellett hagyja el az oszlopot. Az oldatot (eluátumot) az oszlop alsó végéből kis részletekben összegyűjtve lehetséges, hogy egyes aminosavakat tartalmazó frakciókat kapjunk.

(a "hidrolízis" további részleteit lásd a 10. kérdésben)

8) Kémiai kötések a fehérje szerkezetében.

9) A fehérjék hierarchiájának és szerkezeti szerveződésének fogalma. (lásd a 12. kérdést)

10) Fehérje hidrolízis. A reakció kémiája (lépésről lépésre, katalizátorok, reagensek, reakciókörülmények) a hidrolízis teljes leírása.

11) A fehérjék kémiai átalakulása.

Denaturáció és renaturáció

Ha a fehérjeoldatokat 60-80% -ra melegítik, vagy olyan reagensek hatására, amelyek elpusztítják a fehérjék nem kovalens kötéseit, akkor a fehérjemolekula harmadlagos (negyedéves) és másodlagos szerkezete elpusztul, ehhez kisebb-nagyobb mértékben szükség van, egy véletlenszerű tekercs formája. Ezt a folyamatot denaturációnak nevezik. Denaturáló reagensként savak, lúgok, alkoholok, fenolok, karbamid, guanidin -klorid stb. aminosav gyököket, amelyek felváltják a saját intramolekuláris hidrogénkötéseiket a fehérjében, aminek következtében a másodlagos és a harmadlagos szerkezet megváltozik. A denaturáció során a fehérje oldhatósága csökken, "alvad" (például csirketojás forralásakor), a fehérje biológiai aktivitása elvész. Ez az alapja például a karbolsav (fenol) vizes oldatának antiszeptikumként való alkalmazásának. Bizonyos körülmények között, a denaturált fehérjeoldat lassú lehűlésével renaturáció következik be - az eredeti (natív) konformáció helyreállítása. Ez megerősíti azt a tényt, hogy a peptidlánc hajtogatásának jellegét az elsődleges szerkezet határozza meg.

Az egyes fehérjemolekulák denaturálódásának folyamatát, amely "merev" háromdimenziós szerkezetének széteséséhez vezet, néha a molekula olvadásának nevezik. A külső körülmények szinte bármilyen észrevehető változása, például a felmelegedés vagy a pH jelentős változása, a fehérje negyedik, harmadlagos és másodlagos szerkezetének széteséséhez vezet. Általában a denaturációt a hőmérséklet emelkedése, az akció okozza erős savakés lúgok, nehézfémek sói, egyes oldószerek (alkohol), sugárzás stb.

A denaturáció gyakran ahhoz vezet, hogy a fehérje részecskék nagyobb részecskékké aggregálódnak a fehérjemolekulák kolloid oldatában. Vizuálisan úgy néz ki, mint például a "fehérje" képződése a tojás sütésekor.

A renaturáció a denaturáció fordított folyamata, amelyben a fehérjék visszatérnek természetes szerkezetükhöz. Meg kell jegyezni, hogy nem minden fehérje képes renaturálódni; a legtöbb fehérje esetében a denaturáció visszafordíthatatlan. Ha a fehérjék denaturálása során fizikai-kémiai változások társulnak a polipeptidlánc átmenetéhez a sűrűn csomagolt (rendezett) állapotból rendezetlen állapotba, akkor a renaturáció során a fehérjék önszerveződési képessége nyilvánul meg, amelynek útja amelyet a polipeptidlánc aminosav -szekvenciája, azaz annak örökletes információk által meghatározott elsődleges szerkezete határoz meg ... Élő sejtekben ez az információ valószínűleg döntő fontosságú a rendezetlen polipeptidlánc transzformálásához a riboszómán történő bioszintézise során vagy azt követően egy natív fehérje molekula szerkezetévé. Amikor a kétszálú DNS -molekulákat körülbelül 100 ° C hőmérsékletre melegítik, a bázisok közötti hidrogénkötések megszakadnak, és a komplementer szálak eltérnek - a DNS denaturálódik. Lassú lehűlés után azonban a komplementer szálak újra összekapcsolódva szabályos kettős spirált képezhetnek. A DNS ezen renaturációs képességét mesterséges hibrid DNS -molekulák előállítására használják.

A természetes fehérjetesteket meghatározott, szigorúan meghatározott térbeli konfigurációval látják el, és számos jellegzetes fizikai -kémiai és biológiai tulajdonsággal rendelkeznek a környezet fiziológiai értékein és hőmérsékletén. Különböző fizikai és kémiai tényezők hatására a fehérjék koagulálódnak és kicsapódnak, elveszítve natív tulajdonságaikat. Így a denaturációt úgy kell érteni, hogy megsértik a natív fehérje molekula egyedi szerkezetének általános tervét, főként harmadlagos szerkezetét, ami a jellemző tulajdonságainak (oldhatóság, elektroforetikus mobilitás, biológiai aktivitás stb.) Elvesztéséhez vezet. A legtöbb fehérje denaturálódik, ha oldatukat 50–60 ° C fölé melegítik.

A denaturáció külső megnyilvánulásai az oldhatóság elvesztésére csökkennek, különösen az izoelektromos ponton, a fehérjeoldatok viszkozitásának növekedése, a szabad funkcionális SH-csoportok számának növekedése és a röntgensugárzás jellegének megváltozása . A denaturáció legjellemzőbb jele a fehérje biológiai aktivitásának (katalitikus, antigén vagy hormonális) éles csökkenése vagy teljes elvesztése. A 8M karbamid vagy más ágens okozta fehérje denaturáció elpusztítja a főként nem kovalens kötéseket (különösen a hidrofób kölcsönhatásokat és a hidrogénkötéseket). A diszulfidkötések a redukálószer, a merkaptoetanol jelenlétében megszakadnak, míg a polipeptidlánc peptidkötései nem érintettek. Ilyen körülmények között a natív fehérjemolekulák gömbjei kibontakoznak, és véletlenszerű és rendezetlen szerkezetek képződnek (ábra).

Egy fehérje molekula denaturálása (séma).

a - kezdeti állapot; b - a molekuláris szerkezet kezdeti visszafordítható megsértése; c - a polipeptidlánc visszafordíthatatlan kibontakozása.

A ribonukleáz denaturálása és renaturálása (Anfinsen szerint).

a - telepítés (karbamid + merkaptoetanol); b - újra összecsukható.

1. Fehérje hidrolízis: H +

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

│ │ ‌‌│ │

Aminosav 1 aminosav 2

2. Fehérje csapadék:

a) visszafordítható

Fehérje oldatban ↔ fehérje csapadék. Na +, K +sók oldatai hatására következik be

b) visszafordíthatatlan (denaturáció)

A denaturáció során külső tényezők (hőmérséklet; mechanikai hatás - nyomás, dörzsölés, rázás, ultrahang; vegyi anyagok - savak, lúgok stb.) Hatására - a fehérje makromolekula másodlagos, harmadlagos és negyedik szerkezete megváltozik, az eredeti térbeli szerkezete. Az elsődleges szerkezet, és ezért kémiai összetétel mókusok nem változnak.

A denaturáció megváltoztatja a fehérjék fizikai tulajdonságait: csökken az oldhatóság, elveszik a biológiai aktivitás. Ugyanakkor egyes kémiai csoportok aktivitása növekszik, a proteolitikus enzimek fehérjékre gyakorolt ​​hatása megkönnyül, és ezért könnyebb hidrolizálni.

Például az albumin - tojásfehérje - 60-70 ° C hőmérsékleten kicsapódik az oldatból (koagulál), elveszítve a vízben való oldódási képességét.

A fehérje denaturációs folyamatának diagramja (a fehérjemolekulák harmadlagos és másodlagos szerkezetének megsemmisítése)

3. Fehérjék elégetése

A fehérjék égnek nitrogén, szén -dioxid, víz és néhány más anyag képződésével. Az égést jellegzetes égett tollak illata kíséri

4. Színes (minőségi) reakciók fehérjékre:

a) xantoprotein reakció (benzolgyűrűket tartalmazó aminosavakra):

Fehérje + HNO3 (tömény) → sárga szín

b) biuret reakció (peptidkötésekre):

Fehérje + CuSO4 (telített) + NaOH (koncentrált) → élénk lila színű

c) ciszteinreakció (kéntartalmú aminosavmaradékok esetén):

Fehérje + NaOH + Pb (CH3COO) 2 → Fekete festés

A fehérjék minden földi élet alapját képezik, és különböző funkciókat látnak el az élőlényekben.

A fehérjék sózása

A sózás az a folyamat, amelynek során a fehérjéket vizes oldatokból izolálják az alkáli- és alkáliföldfém -tömény sók semleges oldatával. Ha nagy koncentrációjú sókat adnak a fehérjeoldathoz, a fehérje részecskék kiszáradnak, és a töltés eltávolításra kerül, miközben a fehérjék kicsapódnak. A fehérjék kicsapódásának mértéke függ a kicsapó oldat ionerősségétől, a fehérje molekula szemcseméretétől, töltésének nagyságától és hidrofilitásától. Különböző fehérjék kicsapódnak különböző sókoncentrációkban. Ezért a sók koncentrációjának fokozatos növelésével nyert üledékekben az egyes fehérjék különböző frakciókban találhatók. A fehérjék sózása visszafordítható folyamat, és a só eltávolítása után a fehérje visszanyeri természetes tulajdonságait. Ezért a sózást a klinikai gyakorlatban a szérumfehérjék elválasztására, valamint különböző fehérjék izolálására és tisztítására használják.

A hozzáadott anionok és kationok elpusztítják a fehérjék hidratált fehérjehéját, ami a fehérjeoldatok stabilitásának egyik tényezője. A Na és ammónium -szulfátok leggyakrabban használt oldatai. Sok fehérje különbözik a hidratációs héj méretétől és a töltés nagyságától. Minden fehérje saját sózási zónával rendelkezik. A sózószer eltávolítása után a fehérje megtartja biológiai aktivitását és fizikai-kémiai tulajdonságait. A klinikai gyakorlatban a sózási módszert alkalmazzák a globulinek (ha 50% -os ammónium-szulfát (NH4) 2SO4 oldatot adnak hozzá, csapadék képződik) és az albumin (amikor 100% -os ammónium-szulfát (NH4) 2SO4 oldat) hozzáadása után csapadék képződik).

A sózási értéket a következők befolyásolják:

1) a só jellege és koncentrációja;

2) pH-környezet;

3) hőmérséklet.

Ebben az esetben az ionok valenciái játsszák a fő szerepet.

12) A fehérje elsődleges, másodlagos, harmadlagos szerkezetének megszervezésének jellemzői.

Jelenleg kísérletileg bebizonyosodott egy fehérjemolekula szerkezeti szerveződésének négy szintje: az elsődleges, a másodlagos, a harmadlagos és a kvaterner szerkezet.

A "fehérjék" elnevezés sokuk azon képességéből származik, hogy hevítés közben fehérednek. A "fehérjék" elnevezés a görög "első" szóból származik, ami jelzi azok fontosságát a szervezetben. Minél magasabb az élőlények szervezettségi szintje, annál változatosabb a fehérjék összetétele.

A fehérjék aminosavakból állnak, amelyek kovalensen kapcsolódnak egymáshoz - peptid kötés: az egyik aminosav karboxilcsoportja és egy másik aminocsoportja között. Amikor két aminosav kölcsönhatásba lép, dipeptid keletkezik (két aminosav maradványaiból, a görögből. peptók- főtt). Az aminosavak helyettesítése, kizárása vagy átrendeződése a polipeptidláncban új fehérjék megjelenését okozza. Például, ha csak egy aminosavat (valutin glutamin) cserélnek ki, súlyos betegség lép fel - sarlósejtes vérszegénység, amikor a vörösvértestek más alakúak, és nem tudják ellátni fő funkcióikat (oxigénátvitel). A peptidkötés kialakulásakor a vízmolekula elválik. Az aminosavak számától függően a következőket különböztetjük meg:

– oligopeptidek (di-, tri-, tetrapeptidek stb.)-legfeljebb 20 aminosavat tartalmazhat;

– polipeptidek - 20-50 aminosav -maradék;

– fehérjék - több mint 50, néha több ezer aminosav -maradék

Fizikai -kémiai tulajdonságaik szerint a fehérjéket hidrofil és hidrofób között különböztetik meg.

A fehérjemolekulák szerveződésének négy szintje van - egyenértékű térbeli struktúrák (konfiguráció, konformációk) fehérjék: primer, szekunder, harmadlagos és kvaterner.

Elsődleges a fehérjék szerkezete a legegyszerűbb. Polipeptidlánc formájában van, ahol az aminosavakat erős peptidkötés köti össze. A minőség határozza meg és mennyiségi összetétel aminosavak és azok sorrendje

A fehérjék másodlagos szerkezete

Másodlagos a szerkezet főként hidrogénkötésekből áll, amelyek a spirál egyik göndörének NH-csoportjának hidrogénatomjai és a másik CO-csoportjának oxigénjei között keletkeznek, és a spirál mentén vagy a párhuzamos redők között vannak irányítva a fehérje molekula. Fehérje molekula részben vagy teljesen α-hélixbe csavarva, vagy β-hajtogatott szerkezetet képez. Például a keratinfehérjék α-hélixet alkotnak. A paták, szarvak, haj, tollak, körmök, karmok részei. A β-redős fehérjék olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek a selyem részei. Az aminosavgyökök (R-csoportok) a spirálon kívül maradnak. A hidrogénkötések sokkal gyengébbek, mint a kovalens kötések, de jelentős számuk mellett meglehetősen erős szerkezetet alkotnak.

A csavart spirál formájában való működés jellemző néhány fibrilláris fehérjére - miozin, aktin, fibrinogén, kollagén stb.

A fehérje harmadlagos szerkezete

Harmadlagos fehérje szerkezete. Ez a szerkezet állandó és egyedi minden fehérje esetében. Ezt az R-csoportok mérete, polaritása, az aminosav-maradékok alakja és szekvenciája határozza meg. A polipeptid hélixet bizonyos módon csavarják és hajtogatják. A fehérje harmadlagos szerkezetének kialakulása speciális fehérje -konfiguráció kialakulásához vezet - gömböcskék (latinul globulus - labda). Kialakulása különböző típusú nem kovalens kölcsönhatásoknak köszönhető: hidrofób, hidrogén, ionos. Diszulfidhidak keletkeznek a cisztein aminosav -maradékai között.

A hidrofób kötések gyenge kötések a nem poláris oldalláncok között, amelyek az oldószermolekulák kölcsönös taszításából származnak. Ebben az esetben a fehérjét úgy csavarják, hogy a hidrofób oldalláncok mélyen a molekulába merülnek, és megvédik a vízzel való kölcsönhatástól, az oldalsó hidrofil láncok pedig kívül helyezkednek el.

A legtöbb fehérje harmadlagos szerkezetű - globulinek, albuminok stb.

Negyedéves fehérje szerkezete

Negyedéves fehérje szerkezete. Az egyes polipeptidláncok kombinálásával jön létre. Együtt funkcionális egységet alkotnak. A kötések típusai különbözőek: hidrofób, hidrogénes, elektrosztatikus, ionos.

Elektrosztatikus kötések keletkeznek az aminosavak elektronegatív és elektropozitív gyökei között.

Néhány fehérjét az alegységek gömb alakú elrendezése jellemez - ez az gömb alakú fehérjék. A gömbfehérjék könnyen oldódnak vízben vagy sóoldatban. Több mint 1000 ismert enzim tartozik a globuláris fehérjékhez. A globuláris fehérjék közé tartoznak bizonyos hormonok, antitestek, transzportfehérjék. Például a hemoglobin komplex molekulája (vörösvértestek fehérje) egy gömb alakú fehérje, és négy globin makromolekulából áll: két α-láncból és két β-láncból, amelyek mindegyike vasat tartalmazó hem-hez kapcsolódik.

Más fehérjéket a spirális struktúrákhoz való társulás jellemez - ez az rostos (latin fibrilla - rostokból) fehérjék. Számos (3-7) α-hélix van összecsavarva, mint a szálak a kábelben. A fibrilláris fehérjék vízben nem oldódnak.

A fehérjéket egyszerűre és összetettre osztják.

Egyszerű fehérjék (fehérjék)

Egyszerű fehérjék (fehérjék) csak aminosavakból áll. Az egyszerű fehérjék közé tartoznak a globulinok, albuminok, glutelinek, prolaminok, protaminok, dugattyúk. Az albumin (például szérumalbumin) vízben oldódik, a globulinok (például antitestek) vízben nem oldódnak, de egyes sók (nátrium -klorid stb.) Vizes oldatában oldhatók.

Komplex fehérjék (proteidek)

Komplex fehérjék (proteidek) tartalmazzák a készítményben az aminosavmaradékok mellett más természetű vegyületeket, amelyeket ún protetikus csoport. Például a metalloproteinek olyan fehérjék, amelyek nem hem-vasat tartalmaznak, vagy fématomokhoz kötöttek (a legtöbb enzim), a nukleoproteinek a nukleinsavakhoz (kromoszómákhoz stb.) Kapcsolódó fehérjék, a foszfoproteinek foszforsavmaradványokat (tojásfehérjék) tartalmazó fehérjék. .), glikoproteinek - fehérjék szénhidrátokkal kombinálva (egyes hormonok, antitestek stb.), kromoproteinek - pigmenteket tartalmazó fehérjék (mioglobin stb.), lipoproteinek - lipideket tartalmazó fehérjék (a membránok összetételében szerepelnek).