Po Oparin-Haldaneovi teoriji je življenje na našem planetu nastalo iz koacervatne kapljice. Bila je tudi beljakovinska molekula. To pomeni, da sledi sklep, da so prav te kemične spojine osnova vsega življenja, ki obstaja danes. Toda kakšne so strukture beljakovin? Kakšno vlogo imajo danes v telesu in življenju ljudi? Katere vrste beljakovin obstajajo? Poskusimo ugotoviti.
Beljakovine: splošen koncept
Z vidika kemične strukture je molekula obravnavane snovi zaporedje aminokislin, ki so med seboj povezane s peptidnimi vezmi.
Vsaka aminokislina ima dve funkcionalni skupini:
- karboksilna -COOH;
- amino skupina -NH2.
Med njima nastane vez v različnih molekulah. Tako ima peptidna vez obliko -CO-NH. Molekula beljakovin lahko vsebuje na stotine ali tisoče takšnih skupin, odvisno od specifične snovi. Vrste beljakovin so zelo raznolike. Med njimi so takšne, ki vsebujejo esencialne aminokisline za telo, kar pomeni, da jih je treba zaužiti s hrano. Obstajajo sorte, ki opravljajo pomembne funkcije v celični membrani innjena citoplazma. Izolirani so tudi biološki katalizatorji – encimi, ki so tudi beljakovinske molekule. Široko se uporabljajo v človeškem življenju in ne sodelujejo le v biokemičnih procesih živih bitij.
Molekulska masa obravnavanih spojin se lahko giblje od nekaj deset do milijonov. Konec koncev je število monomernih enot v veliki polipeptidni verigi neomejeno in je odvisno od vrste določene snovi. Beljakovine v svoji čisti obliki, v svoji naravni konformaciji, lahko vidimo pri pregledu surovega piščančjega jajca. Svetlo rumena, prozorna, gosta koloidna masa, znotraj katere se nahaja rumenjak - to je želena snov. Enako lahko rečemo za skuto z nizko vsebnostjo maščob. Ta izdelek je tudi skoraj čista beljakovina v svoji naravni obliki.
Vendar nimajo vse obravnavane spojine enake prostorske strukture. Skupno se razlikujejo štiri organizacije molekule. Vrste beljakovinskih struktur določajo njegove lastnosti in kažejo na kompleksnost strukture. Znano je tudi, da so bolj prostorsko zapletene molekule podvržene obsežni obdelavi pri ljudeh in živalih.
Vrste beljakovinskih struktur
Skupaj jih je štiri. Razmislite, kaj je vsak od njih.
- Primarno. Predstavlja običajno linearno zaporedje aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi. Ni prostorskih zasukov, ni spiralizacije. Število povezav, vključenih v polipeptid, lahko doseže nekaj tisoč. Vrste beljakovin spodobna struktura - glicilalanin, inzulin, histoni, elastin in drugi.
- Sekundarno. Sestavljen je iz dveh polipeptidnih verig, ki sta zasukani v obliki spirale in usmerjeni druga proti drugi z nastalimi zavoji. V tem primeru se med njimi tvorijo vodikove vezi, ki ju držijo skupaj. Tako nastane ena sama beljakovinska molekula. Vrste beljakovin te vrste so naslednje: lizocim, pepsin in drugi.
- Terciarna konformacija. Je gosto zapakirana in kompaktno zvita sekundarna struktura. Tu se poleg vodikovih vezi pojavljajo tudi druge vrste interakcij - to je van der Waalsova interakcija in sile elektrostatičnega privlačenja, hidrofilno-hidrofobni stik. Primeri struktur so albumin, fibroin, svileni protein in druge.
- kvartar. Najbolj zapletena struktura, ki je več polipeptidnih verig, zvite v spiralo, zvite v kroglo in vse skupaj združene v kroglo. Primeri, kot so insulin, feritin, hemoglobin, kolagen, ponazarjajo prav takšno beljakovinsko konformacijo.
Če podrobno upoštevamo vse dane strukture molekul s kemijskega vidika, bo analiza trajala dolgo. Dejansko, višja kot je konfiguracija, bolj zapletena in zapletena je njena struktura, več vrst interakcij je opaženih v molekuli.
Denaturacija beljakovinskih molekul
Ena najpomembnejših kemičnih lastnosti polipeptidov je njihova sposobnost, da se razgradijo pod vplivom določenih pogojev ali kemičnih sredstev. torejna primer, različne vrste denaturacije beljakovin so zelo razširjene. Kaj je ta postopek? Sestoji iz uničenja naravne strukture beljakovin. Se pravi, če je imela molekula sprva terciarno strukturo, potem se bo po delovanju posebnih sredstev zrušila. Vendar pa zaporedje aminokislinskih ostankov v molekuli ostane nespremenjeno. Denaturirane beljakovine hitro izgubijo svoje fizikalne in kemične lastnosti.
Kateri reagenti lahko privedejo do procesa uničenja konformacije? Več jih je.
- Temperatura. Pri segrevanju pride do postopnega uničenja kvartarne, terciarne, sekundarne strukture molekule. Vizualno je to mogoče opaziti, na primer, pri cvrtju navadnega piščančjega jajca. Nastala "beljakovina" je primarna struktura albuminskega polipeptida, ki je bila v surovem izdelku.
- sevanje.
- Dejanje z močnimi kemičnimi sredstvi: kislinami, alkalijami, solmi težkih kovin, topili (na primer alkoholi, etri, benzen in drugi).
Ta proces se včasih imenuje tudi molekularno taljenje. Vrste denaturacije beljakovin so odvisne od sredstva, pod čigar delovanjem se je zgodila. Poleg tega v nekaterih primerih pride do obratnega procesa. To je renaturacija. Niso vse beljakovine sposobne obnoviti svoje strukture nazaj, vendar pomemben del njih to zmore. Tako so kemiki iz Avstralije in Amerike izvedli renaturacijo kuhanega piščančjega jajca z nekaterimi reagenti in metodo centrifugiranja.
Ta proces je pomemben za žive organizme pri sintezi polipeptidaverige ribosomov in rRNA v celicah.
Hidroliza beljakovinske molekule
Poleg denaturacije je za beljakovine značilna še ena kemična lastnost - hidroliza. To je tudi uničenje naravne konformacije, vendar ne do primarne strukture, ampak v celoti do posameznih aminokislin. Pomemben del prebave je hidroliza beljakovin. Vrste hidrolize polipeptidov so naslednje.
- Kemična. Na podlagi delovanja kislin ali alkalij.
- biološko ali encimsko.
Vendar bistvo procesa ostaja nespremenjeno in ni odvisno od tega, katere vrste hidrolize beljakovin potekajo. Posledično nastanejo aminokisline, ki se prenašajo v vse celice, organe in tkiva. Njihova nadaljnja preobrazba je v sodelovanju pri sintezi novih polipeptidov, že tistih, ki so potrebni za določen organizem.
V industriji se postopek hidrolize beljakovinskih molekul uporablja samo za pridobivanje pravih aminokislin.
Funkcije beljakovin v telesu
Različne vrste beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob so bistvene sestavine za normalno delovanje katere koli celice. In to pomeni celoten organizem kot celoto. Zato je njihova vloga v veliki meri posledica visoke stopnje pomembnosti in vseprisotnosti znotraj živih bitij. Razlikujemo lahko več glavnih funkcij polipeptidnih molekul.
- katalizator. Izvajajo ga encimi, ki imajo beljakovinsko strukturo. O njih bomo govorili kasneje.
- Strukturno. Vrste beljakovin in njihovefunkcije v telesu vplivajo predvsem na strukturo same celice, njeno obliko. Poleg tega polipeptidi, ki opravljajo to vlogo, tvorijo lase, nohte, školjke mehkužcev in ptičje perje. So tudi določena armatura v telesu celice. Iz teh vrst beljakovin je sestavljen tudi hrustanec. Primeri: tubulin, keratin, aktin in drugi.
- Zakonsko. Ta funkcija se kaže v sodelovanju polipeptidov v procesih, kot so: transkripcija, translacija, celični cikel, spajanje, branje mRNA in drugi. V vseh igrajo pomembno vlogo kontrolorja prometa.
- Signal. To funkcijo opravljajo proteini, ki se nahajajo na celični membrani. Od ene enote do druge prenašajo različne signale, kar vodi do komunikacije med tkivi. Primeri: citokini, inzulin, rastni faktorji in drugi.
- Prevoz. Nekatere vrste beljakovin in njihove funkcije, ki jih opravljajo, so preprosto vitalne. To se na primer zgodi z beljakovino hemoglobinom. Prenaša kisik iz celice v celico v krvi. Za človeka je nenadomestljiv.
- Rezervni ali rezervni. Takšni polipeptidi se kopičijo v rastlinah in živalskih jajčecih kot vir dodatne prehrane in energije. Primer so globulini.
- Motiv. Zelo pomembna funkcija, zlasti za najpreprostejše organizme in bakterije. Navsezadnje se lahko premikajo le s pomočjo flagel ali cilijev. In ti organeli po svoji naravi niso nič drugega kot beljakovine. Primeri takih polipeptidov so naslednji: miozin, aktin, kinezin in drugi.
Očitno je, da so funkcije beljakovin v človeškem telesu in drugeživa bitja so zelo številna in pomembna. To še enkrat potrjuje, da je življenje na našem planetu nemogoče brez spojin, o katerih razmišljamo.
Zaščitna funkcija beljakovin
Polipeptidi lahko ščitijo pred različnimi vplivi: kemičnimi, fizikalnimi, biološkimi. Na primer, če je telo v nevarnosti v obliki virusa ali bakterije tuje narave, potem v boj z njimi vstopijo imunoglobulini (protitelesa), ki opravljajo zaščitno vlogo.
Če govorimo o fizičnih učinkih, potem igrata veliko vlogo fibrin in fibrinogen, ki sodelujeta pri strjevanju krvi.
prehrambeni proteini
Vrste prehranskih beljakovin so naslednje:
- popolne - tiste, ki vsebujejo vse aminokisline, potrebne za telo;
- nepopolne - tiste, v katerih je nepopolna aminokislinska sestava.
Vendar sta oba pomembna za človeško telo. Še posebej prva skupina. Vsak človek mora, še posebej v obdobjih intenzivnega razvoja (otroštvo in adolescenca) in pubertete, v sebi vzdrževati konstantno raven beljakovin. Navsezadnje smo že obravnavali funkcije, ki jih te neverjetne molekule opravljajo, in vemo, da praktično noben proces, nobena biokemična reakcija v nas ne more brez sodelovanja polipeptidov.
Zato morate vsak dan zaužiti dnevni vnos beljakovin, ki jih vsebujejo naslednji izdelki:
- jajce;
- mleko;
- skuta;
- meso in ribe;
- fižol;
- soja;
- fižol;
- arašidi;
- pšenica;
- oves;
- leča in drugo.
Če zaužijete 0,6 g polipeptida na kg teže na dan, potem človeku teh spojin nikoli ne bo manjkalo. Če telo dlje časa ne prejema potrebnih beljakovin, se pojavi bolezen, ki se imenuje stradanje z aminokislinami. To vodi do hudih presnovnih motenj in posledično do številnih drugih bolezni.
Beljakovine v kletki
Znotraj najmanjše strukturne enote vseh živih bitij – celice – so tudi beljakovine. Poleg tega tam opravljajo skoraj vse zgoraj navedene funkcije. Najprej se oblikuje citoskelet celice, sestavljen iz mikrotubul, mikrofilamentov. Služi za vzdrževanje oblike, pa tudi za transport znotraj med organeli. Različni ioni in spojine se premikajo vzdolž beljakovinskih molekul, na primer po kanalih ali tirnicah.
Pomembna je tudi vloga beljakovin, ki so potopljene v membrano in se nahajajo na njeni površini. Tukaj opravljajo tako receptorsko kot signalno funkcijo, sodelujejo pri gradnji same membrane. Stojijo na straži, kar pomeni, da igrajo zaščitno vlogo. Katere vrste beljakovin v celici lahko pripišemo tej skupini? Primerov je veliko, tukaj je nekaj.
- Aktin in miozin.
- Elastin.
- keratin.
- kolagen.
- Tubulin.
- hemoglobin.
- Inzulin.
- transkobalamin.
- Prenos.
- Albumin.
Več sto jih jerazlične vrste beljakovin, ki se nenehno gibljejo znotraj vsake celice.
Vrste beljakovin v telesu
Seveda jih je ogromno. Če poskušate nekako razdeliti vse obstoječe beljakovine v skupine, lahko dobite nekaj podobnega tej klasifikaciji.
- globularne beljakovine. To so tiste, ki jih predstavlja terciarna struktura, torej gosto nabita globula. Primeri takšnih struktur so naslednji: imunoglobulini, pomemben delež encimov, veliko hormonov.
- Fibrilarni proteini. So strogo urejene niti s pravilno prostorsko simetrijo. V to skupino spadajo beljakovine s primarno in sekundarno strukturo. Na primer keratin, kolagen, tropomiozin, fibrinogen.
Na splošno lahko številne značilnosti vzamemo kot osnovo za razvrščanje beljakovin v telesu. Ni še nikogar.
Encimi
Biološki katalizatorji beljakovinske narave, ki bistveno pospešujejo vse tekoče biokemične procese. Normalna presnova je brez teh spojin preprosto nemogoča. Vsi procesi sinteze in razpada, sestavljanje molekul in njihova replikacija, translacija in transkripcija in drugi potekajo pod vplivom določene vrste encima. Primeri teh molekul so:
- oksidoreduktaza;
- transferaze;
- katalaza;
- hidrolaze;
- izomeraza;
- lyases in drugi.
Danes se encimi uporabljajo v vsakdanjem življenju. Torej, v proizvodnji pranjaPraški pogosto uporabljajo tako imenovane encime – to so biološki katalizatorji. Izboljšajo kakovost pranja ob upoštevanju določenega temperaturnega režima. Z lahkoto se veže na delce umazanije in jih odstrani s površine tkanin.
Vendar pa encimi zaradi svoje beljakovinske narave ne prenašajo prevroče vode ali bližine alkalnih ali kislih zdravil. Dejansko bo v tem primeru prišlo do procesa denaturacije.
