Fehérjék kémiai összetétele
mókusok
2. előadás
A fehérjék kémiai összetétele
A proteinogenikus aminosavak jellemzése
A fehérjék tulajdonságai és kutatási módszerek
A fehérjék a szervek és szövetek szerkezeti elemei, enzimes aktivitást mutatnak (enzimek), és részt vesznek az anyagcserének szabályozásában. A protonokat és elektronokat membránokon keresztül szállító fehérjék bioenergiát biztosítanak: fényelnyelés, légzés, ATP-termelés. A tartalék fehérjék (elsősorban a növényekre jellemző) a magokban rakódnak le és a csírázás során a palánták táplálására szolgálnak. Az égő ATP, a fehérjék mechanikai aktivitást biztosítanak, részt vesznek a citoplazma és más sejtes organellák mozgásában. A fehérjék védő funkciója fontos: a lizoszómák és vákuolok hidrolitikus enzimei lebontják a sejtbe belépő káros anyagokat; a glikoproteinek részt vesznek a növények kórokozókkal szembeni védelmében; a fehérjék krioprotektív és fagyálló funkciókat látnak el. Egy fehérje kettő vagy több funkciót képes végrehajtani (egyes membránfehérjék szerkezeti és enzimatikus funkciókat is végrehajthatnak).
A fehérjefunkciók elképesztő sokfélesége és a magas prevalencia tükröződik a nevükben - fehérjék (a görög „protos” -ból - elsődleges, legfontosabb). A növények fehérjetartalma általában alacsonyabb, mint az állatokban: a vegetatív szervekben a fehérje mennyisége általában a száraz tömeg 5-15% -a. Tehát a timothy leveiben 7% fehérjét, a lóhere és a wiki levelekben pedig 15% -ot tartalmaz. Több fehérje a magokban: gabonafélék átlagosan 10-20%, hüvelyesek és olajos magvak - 25-35%. A szójababmag a leggazdagabb fehérjékben - akár 40% -ig, és néha magasabb is.
A növényi sejtekben a fehérjék általában szénhidrátokkal, lipidekkel és más vegyületekkel, valamint membránokkal vannak kapcsolatban, ezért nehéz kivonni és tiszta készítményeket előállítani, főleg a vegetatív szervekből. Ebben a tekintetben a magfehérjéket jobban tanulmányozzák a növényekben, ahol több ilyen, és ahol könnyebb kivonni.
Fehérjék - szerves vegyületek, amelyek elemi összetétele: szén 51–55%; oxigén 21-23%; hidrogén 6,6-7,3%; nitrogén 15-18%; kén 0,3-2,4%. Néhány fehérje foszfort (0,2–2%), vasat és egyéb elemeket is tartalmaz. A fehérjék elemi összetételének jellemző mutatója az összes szervezetben a nitrogén jelenléte, átlagosan 16%. Ennek a mutatónak a relatív állandósága lehetővé teszi annak felhasználását a fehérje kvantitatív meghatározására: a fehérje nitrogéntartalmának relatív értékét százalékban megszorozzuk a konverziós tényezővel - 6,25 (100: 16 = 6,25). Kémiai jellegüknél fogva a fehérjék aminosavmaradékokból épített heteropolimerek. Az aminosavaknak (AA) szerves vegyületeknek nevezzük azokat a molekulákat, amelyekben egy vagy több hidrogénatomot aminocsoportok helyettesítik (- NН2).
Mely elemek tartoznak a fehérjékhez és milyen tulajdonságokkal rendelkeznek?
Mi a fehérje és milyen funkciókat lát el a testben, akkor magára vállalja. Milyen elemeket tartalmaz annak összetétele és mi jellemzi ezt az anyagot?.
A fehérjék az emberi test fő építőanyaga. Összességében tekintve, ezek az anyagok a testünk ötödikét alkotják. Az alfajok egy csoportja ismert a természetben - csak az emberi test tartalmaz ötmillió különböző változatot. Részvételével sejtek képződnek, amelyeket a test élő szöveteinek fő alkotóelemeinek tekintnek. Melyek az elemek a fehérjék részei és mi az anyag sajátossága??
A kompozíció finomságai
Az emberi test fehérjemolekulái szerkezetükben különböznek és bizonyos funkciókat látnak el. Tehát a miozinot tekintik a fő összehúzódó proteinnek, amely formálja az izmokat és garantálja a test mozgását. Ez biztosítja a belek bejutását és a vér mozgását egy személy erekjén keresztül. A testben nem kevésbé fontos anyag a kreatin. Az anyag célja, hogy megvédje a bőrt a negatív hatásoktól - sugárzás, hőmérséklet, mechanikai és mások. A kreatin a külső baktériumok ellen is védelmet nyújt..
A fehérjék összetétele tartalmaz aminosavakat. Sőt, az elsőt a XIX. Század elején fedezték fel, és a teljes aminosavösszetételt a tudósok a múlt század 30-as évei óta ismerték. Érdekes, hogy a manapság felfedezett kétszáz aminosavból csak kettő tucatnyi millió különféle szerkezetű fehérjét alkot.
A szerkezet közötti fő különbség a különböző természetű gyökök jelenléte. Ezen felül az aminosavakat gyakran az elektromos töltés szerint osztályozzák. A vizsgált komponensek mindegyikének közös tulajdonságai vannak - képességük lúgokkal és savakkal való reakcióra, vízben való oldhatóságra stb. Az aminosavcsoport szinte minden képviselője részt vesz az anyagcserében.
A fehérjék összetételét figyelembe véve érdemes kiemelni az aminosavak két kategóriáját - cserélhető és pótolhatatlan. Különböznek abban, hogy képesek-e a szervezetben szintetizálni. Az elsőket a szervekben termelik, ami garantálja a jelenlegi hiány legalább részleges fedezését, az utóbbi csak étellel jár. Ha az aminosavak mennyisége csökken, akkor ez megsértésekhez, néha halálhoz vezet.
Olyan fehérjét, amelyben teljes aminosav-készlet van jelen, biológiailag teljesnek nevezzük. Ezek az anyagok az állati táplálék részét képezik. Néhány növényi képviselő, például a bab, a borsó és a szója szintén hasznos kivételek. A termék előnyeinek megítélésénél a fő paraméter a biológiai érték. Ha a tejet (100%) vesszük alapul, akkor hal vagy hús esetében ez a paraméter 95, rizs esetében - 58, kenyér (csak rozs) - 74, és így tovább.
A fehérjét alkotó esszenciális aminosavak részt vesznek új sejtek és enzimek szintézisében, vagyis fedezik a műanyag igényeket, és fő energiaforrásként használják őket. A fehérjék összetétele olyan elemeket tartalmaz, amelyek átalakulásra képesek, vagyis dekarboxilezési és transzaminációs folyamatokra. A fenti reakciók két aminosavcsoportot tartalmaznak (karboxil- és amin).
A test számára a legértékesebb és leghasznosabb a tojásfehérje, amelynek szerkezete és tulajdonságai tökéletesen kiegyensúlyozottak. Ez az oka annak, hogy e termékben az aminosavak százalékos arányát szinte mindig figyelembe vesszük az összehasonlítás során.
A fentiekben már említettük, hogy a fehérjék aminosavakból állnak, és a fő szerepet független képviselők játszik. Itt van néhány közülük:
- A hisztidin egy olyan elem, amelyet 1911-ben kaptunk. Funkciója a kondicionált reflexes munka normalizálása. A hisztidin forrásként szolgál a hisztamin képződéséhez, amely a központi idegrendszer egyik kulcsfontosságú közvetítője, és amely részt vesz a jeleknek a test különböző részeire történő továbbításában. Ha ennek az aminosavnak a fennmaradó része normális alá csökken, akkor az emberi csontvelőben a hemoglobintermelés elnyomódik.
- A valin egy anyag, amelyet 1879-ben fedeztek fel, de végül csak 27 év után derítették fel. Hiány esetén a koordináció zavart, a bőr érzékeny a külső ingerekre.
- Tirozin (1846). A fehérjék sok aminosavból állnak, de ez az egyik legfontosabb funkciója. A tirozint tekintik a következő vegyületek fő prekurzorának - fenol, tirán, pajzsmirigy és egyéb.
- A metionint csak a múlt század húszas éveinek végén szintetizálták. Az anyag elősegíti a kolin szintézisét, védi a májat a túlzott zsírképződéstől, lipotrop hatású. Bebizonyosodott, hogy ezek az elemek kulcsszerepet játszanak az atherosclerosis elleni küzdelemben és a koleszterin szabályozásában. A metionin kémiai sajátosságai és az a tény, hogy részt vesz az adrenalin előállításában, kölcsönhatásba lépnek a B-vitaminnal.
- A cisztin olyan anyag, amelynek szerkezetét csak 1903-ban alakították ki. Funkciói a metionin kémiai reakciókban és anyagcsere-folyamatában való részvételre irányulnak. A cisztin reagál a kéntartalmú anyagokkal (enzimek) is.
- A triptofán egy esszenciális aminosav, amely a fehérjék része. 1907-re szintetizálni lehetett. Az anyag részt vesz a fehérje anyagcserében, garantálja az optimális nitrogén egyensúlyt az emberi testben. A triptofán részt vesz a vér szérumfehérjék és a hemoglobin előállításában.
- A leucin a 19. század eleje óta ismert legkorábbi aminosavak. Célja a test növekedésének elősegítése. Az elemhiány a vesék és a pajzsmirigy károsodásához vezet.
- Az izoleucin kulcsfontosságú elem a nitrogén egyensúlyban. A tudósok csak 1890-ben fedezték fel az aminosavat.
- A fenilalanint a XIX század 90-es évek elején szintetizálták. Az anyagot tekintik a mellékvesék és a pajzsmirigy hormonjainak kialakulásának alapjául. Az hormonhiány fő oka az elemhiány.
- A lizint csak a 20. század elején állították elő. Az anyaghiány a kalcium felhalmozódásához vezet a csontszövetben, az izom térfogatának csökkenéséhez, a vérszegénység kialakulásához stb..
Érdemes kiemelni a fehérjék kémiai összetételét. Ez nem meglepő, mert a vizsgált anyagok kémiai vegyületek..
- szén - 50-55%;
- oxigén - 22-23%;
- nitrogén - 16-17%;
- hidrogén - 6-7%;
- kén - 0,4–2,5%.
A fentieken kívül a következő elemek szerepelnek a fehérjék összetételében (típustól függően):
A különböző fehérjék kémiai tartalma eltérő. Az egyetlen kivétel a nitrogén, amelynek tartalma mindig 16-17%. Ezért az anyagszintet pontosan a nitrogén százaléka határozza meg. A számítási folyamat a következő. A tudósok tudják, hogy 6,25 gramm fehérje tartalmaz egy gramm nitrogént. A fehérjemennyiség meghatározásához szorozzuk meg a nitrogén jelenlegi mennyiségét 6,25-rel.
A szerkezet finomságai
Annak mérlegelésekor, hogy mely fehérjékből áll, érdemes megvizsgálni ennek az anyagnak a szerkezetét. Kioszt:
- Elsődleges szerkezet. Ennek alapja az aminosavak váltakozása a készítményben. Ha legalább egy elem be van kapcsolva vagy „kiesik”, új molekula képződik. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően utóbbi száma eléri a csillagászati számot.
- Másodlagos szerkezet. A fehérjében levő molekulák sajátosságai olyanok, hogy nincsenek meghosszabbított állapotban, hanem eltérő (néha összetett) konfigurációjúak. Ennek köszönhetően egyszerűsödik a sejt létfontosságú tevékenysége. A másodlagos szerkezet spirál formájában van kialakítva, egyenletes fordulatokból. Ebben az esetben a szomszédos fordulatokat szoros hidrogénkötés jellemzi. Ismétlődő ismétlés esetén a stabilitás növekszik.
- A harmadlagos struktúra az említett spirálnak a gömbhöz való illeszkedése miatt képződik. Érdemes tudni, hogy a fehérjék összetétele és szerkezete nagymértékben függ az elsődleges szerkezettől. A tercier bázis viszont garantálja a jó minőségű kötések megtartását a különböző töltésekkel rendelkező aminosavak között.
- Négy fehérjére (hemoglobin) jellemző a kvaterner szerkezet. Ez utóbbi nem egy, hanem több láncot alkot, amelyek elsődleges szerkezetükben különböznek egymástól.
A fehérjemolekulák titka általános mintázatú. Minél magasabb a szerkezeti szint, annál rosszabb a kémiai kötések megtartása. Így a szekunder, harmadlagos és kvaterner szerkezeteket sugárzásnak, magas hőmérsékletnek és más környezeti feltételeknek teszik ki. Az eredmény gyakran a szerkezet megsértése (denaturáció). Ebben az esetben egy egyszerű fehérje szerkezetváltozás esetén képes gyorsan helyreállni. Ha az anyag negatív hőmérsékleti hatással vagy más tényezők befolyásolására került sor, akkor a denaturációs folyamat visszafordíthatatlan, és maga az anyag nem állítható helyre.
Tulajdonságok
Fentiek, mi a fehérjék, ezen elemek meghatározása, szerkezete és egyéb fontos kérdések. De az információ hiányos, ha nem emel ki az anyag fő tulajdonságait (fizikai és kémiai).
A fehérje molekulatömege 10 ezer és egy millió között van (itt sok a fajtától függ). Ezen felül vízben oldódnak..
Külön érdemes kiemelni a fehérje általános tulajdonságait kalloid oldatokkal:
- A duzzadás képessége. Minél nagyobb a készítmény viszkozitása, annál nagyobb a molekulatömege.
- Lassú diffúzió.
- A dialízis képessége, azaz az aminosavcsoportok felosztása más elemekre félig átjárható membránok felhasználásával. A vizsgált anyagok közötti fő különbség az, hogy nem képesek átjutni a membránokon.
- Két tényező stabilitás. Ez azt jelenti, hogy a protein szerkezete hidrofil. Az anyag töltése közvetlenül attól függ, hogy mi a fehérje áll, az aminosavak számától és tulajdonságaitól.
- Az egyes részecskék mérete 1-100 nm.
A fehérjéknek bizonyos hasonlóságai vannak az igaz oldatokkal. A legfontosabb az, hogy homogén rendszereket képezzenek. Ezenkívül a képződés folyamata spontán, és nem igényel kiegészítő stabilizátort. Ezenkívül a fehérjeoldatok termodinamikailag stabilak..
A tudósok kiemelik a vizsgált anyagok különleges amorf tulajdonságait. Ezt egy aminocsoport jelenléte magyarázza. Ha a fehérje vizes oldat formájában van jelen, akkor ugyanolyan különböző keverékek vannak benne - a kationos, bipoláris ion, valamint az anionos forma.
A fehérje tulajdonságai közé tartozik még:
- Az a képesség, hogy puffert játszanak, azaz hasonlóan reagálnak egy gyenge savra vagy bázisra. Tehát az emberi testben kétféle pufferrendszer létezik - fehérje és hemoglobin, amelyek részt vesznek a homeosztázis szintjének normalizálásában..
- Elektromos mezőben mozog. A fehérjében levő aminosavak mennyiségétől, tömegüktől és töltésüktől függően a molekulák mozgásának sebessége is megváltozik. Ezt a funkciót elválasztják elektroforézissel..
- Sózás (fordított leválasztás). Ha az oldathoz ammónium-ionokat, alkáliföldfémeket és alkáli sókat adnak, akkor ezek a molekulák és ionok versengnek a vízért. Ennek fényében a hidratációs membránt eltávolítják, és a fehérjék már nem stabilak. Ennek eredményeként kicsapódnak. Adott mennyiségű víz hozzáadása esetén a hidratáló héj helyreállítható.
- Érzékenység a külső hatásokkal szemben. Érdemes megjegyezni, hogy negatív külső hatás esetén a fehérjék elpusztulnak, ami számos kémiai és fizikai tulajdonság elvesztéséhez vezet. Ezenkívül a denaturáció a főbb kötések lebontását okozza, amelyek stabilizálják a fehérjeszerkezet minden szintjét (kivéve az elsődleges).
A denaturáció számos oka - a szerves savak negatív hatása, az alkáli- vagy nehézfém-ionok hatása, a karbamid és a különféle redukálószerek negatív hatása, ami a diszulfid típusú hidak megsemmisítéséhez vezet.
- Színes reakciók jelenléte különböző kémiai elemekkel (az aminosav összetételétől függ). Ezt a tulajdonságot laboratóriumi körülmények között használják, amikor meg kell határozni a fehérje teljes mennyiségét..
összefoglalás
A fehérje a sejt kulcseleme, amely biztosítja az élő szervezet normális fejlődését és növekedését. De az anyag tudósok általi ismerete ellenére még mindig sok felfedezés előtt áll, amelyek lehetővé teszik, hogy mélyebben megismerjük az emberi test és szerkezetének titkait. Időközben mindannyiunknak tudnia kell, hol képződnek a fehérjék, mi jellemzi őket és milyen célokra szükségesek.
3.8.2. mókusok
A fehérjék nagy molekulatömegű szerves vegyületek, amelyek aminosavmaradványokból állnak, egy hosszú láncban peptidkötéssel kapcsolódva.
Az élő organizmusok fehérjeszerkezete csak 20 típusú aminosavat tartalmaz, amelyek mindegyike alfa-aminosav, és a fehérjék aminosav-összetételét és egymáshoz való kapcsolódásának sorrendjét az élő szervezet egyedi genetikai kódja határozza meg..
A fehérjék egyik jellemzője az, hogy spontán módon képesek csak az adott fehérjére jellemző térbeli struktúrákat kialakítani.
elsődleges | aminosavmaradék vegyület szekvencia |
másodlagos | |
harmadlagos |