Fizykochemiczne właściwości białek. Struktura i funkcja białek

Zanim omówimy właściwości białek, warto podać krótką definicję tego pojęcia. To jest wysoka masa cząsteczkowa materia organiczna które składają się z peptydowych aminokwasów alfa. Białka są ważną częścią żywienia ludzi i zwierząt, ponieważ nie wszystkie aminokwasy są produkowane przez organizm - niektóre pochodzą z pożywienia. Jakie są ich właściwości i funkcje?

Amfoteryczne

To jest pierwsza cecha białek. Przez amfoteryczny rozumie się ich zdolność do wykazywania zarówno właściwości kwasowych, jak i zasadowych.

Białka w swojej strukturze mają kilka rodzajów grup chemicznych, które są zdolne do jonizacji w roztworze H ₂ O. Należą do nich:

• Reszty karboksylowe. W szczególności kwas glutaminowy i asparaginowy.
• Grupy azotu. Grupa ε-aminowa lizyny, reszta argininowa CNH (NH2) i reszta imidazolowa heterocyklicznego alfa-aminokwasu zwana histydyną.

Każde białko ma taką cechę, jak punkt izoelektryczny. Zgodnie z tą koncepcją zrozumieć kwasowość ośrodka, w którym powierzchnia lub cząsteczka nie ma ładunku elektrycznego. W takich warunkach minimalizuje się hydratację i rozpuszczalność białka.

Wskaźnik jest określony przez stosunek podstawowych i kwasowych reszt aminokwasowych. W pierwszym przypadku punkt spoczywa na obszarze alkalicznym. W drugim - na kwaśne.

Rozpuszczalność

Zgodnie z tą właściwością białka są podzielone na małą klasyfikację. Oto one:

• Rozpuszczalny . Nazywa się je albuminą. Są umiarkowanie rozpuszczalne w stężonych roztworach solanki i koagulują po podgrzaniu. Ta reakcja nazywa się denaturacją. Masa cząsteczkowa albuminy wynosi około 65 000. Nie ma w nich węglowodanów. A substancje, które składają się z albuminy, nazywane są albuminoidami. Należą do nich białko jaja, nasiona roślin i surowica.
• Nierozpuszczalny . Nazywa się je skleroproteinami. Żywym przykładem jest keratyna, białko fibrylarne o wytrzymałości mechanicznej, drugie po chitynie. Z tej substancji składają się gwoździe, włosy, dzioby i pióra ptaków oraz rogi nosorożców. Cytokeratyny są również zawarte w tej grupie białek. Jest to materiał strukturalny wewnątrzkomórkowych filamentów cytoszkieletu komórek nabłonka. Inne nierozpuszczalne białka obejmują fibrylarne białko zwane fibroiną.
• Hydrofilowy . Aktywnie wchodzą w interakcje z wodą i wchłaniają ją. Należą do nich białka substancji pozakomórkowych, jądra i cytoplazma. Łącznie z notorycznym fibroinem i keratyną.
• Hydrofobowe . Odpychają wodę. Należą do nich białka będące składnikami błon biologicznych.

Denaturacja

Jest to nazwa procesu modyfikacji cząsteczki białka pod wpływem określonych czynników destabilizujących. Gdy ta sekwencja aminokwasów pozostaje taka sama. Ale białka tracą swoje naturalne właściwości (hydrofilowość, rozpuszczalność i inne).

Należy zauważyć, że każda znacząca zmiana warunków zewnętrznych może prowadzić do naruszenia struktur białkowych. Najczęściej denaturacja wywołuje wzrost temperatury, a także działanie alkaliów, mocnego kwasu, promieniowania, soli metali ciężkich, a nawet niektórych rozpuszczalników na białku.

Co ciekawe, denaturacja często prowadzi do tego, że cząsteczki białka łączą się w większe. Dobrym przykładem są na przykład jajka sadzone. Każdy wie, jak w procesie smażenia powstaje białko z klarownej cieczy.

Wciąż trzeba mówić o takim zjawisku jak renaturacja. Ten proces jest odwrotny do denaturacji. Podczas tego białka powracają do swojej naturalnej struktury. I to naprawdę możliwe. Grupa chemików ze Stanów Zjednoczonych i Australii znalazła sposób na odświeżenie jajka na twardo. Zajmie to tylko kilka minut. A do tego mocznik będzie wymagany (diamid kwas węglowy) i odwirowanie.

Struktura

O tym trzeba powiedzieć osobno, ponieważ mówimy o wartości białek. W sumie istnieją cztery poziomy organizacji strukturalnej:

• Podstawowy . Sugeruje sekwencję reszt aminokwasowych w łańcuchu polipeptydów. Główną cechą są motywy konserwatywne. Tak zwane stabilne kombinacje reszt aminokwasowych. Są w wielu złożonych i prostych białkach.
• Wtórny . Odnosi się to do uporządkowania dowolnego lokalnego fragmentu łańcucha polipeptydów, które stabilizują wiązania wodorowe.
• Trzeciorzędowy . Oznacza to strukturę przestrzenną łańcucha polipeptydów. Ten poziom składa się z kilku drugorzędnych elementów (są one stabilizowane różnymi typami oddziaływań, w których najważniejsze są te hydrofobowe). W tym przypadku wiązania jonowe, wodorowe i kowalencyjne są zaangażowane w stabilizację.
• Czwartorzędowy . Jest również nazywany domeną lub podjednostką. Ten poziom składa się z względnej pozycji łańcuchów polipeptydów w składzie całego kompleksu białkowego. Co ciekawe, skład białek o strukturze czwartorzędowej obejmuje nie tylko identyczne, ale także różne łańcuchy polipeptydów.

Podział ten zaproponował duński biochemik K. Lindstrom-Lang. I niech się uważa, że ​​jest przestarzały, i tak go używają.

Rodzaje budynków

Mówiąc o właściwościach białek, należy również zauważyć, że substancje te są podzielone na trzy grupy w zależności od rodzaju struktury. Mianowicie:

• Włókna włókniste. Mają włóknistą wydłużoną strukturę i dużą masę cząsteczkową. Większość z nich nie jest rozpuszczalna w wodzie. Struktura tych białek jest stabilizowana przez oddziaływania między łańcuchami polipeptydowymi (składają się one z co najmniej dwóch reszt aminokwasowych). Substancje włókniste tworzą polimer, włókienka, mikrotubule i mikrofilamenty.
• Białka globularne. Rodzaj struktury powoduje ich rozpuszczalność w wodzie. Ogólny kształt cząsteczki jest sferyczny.
• Białka błonowe. Struktura tych substancji ma interesującą funkcję. Mają domeny przechodzące przez błonę komórkową, ale ich części wystają do cytoplazmy i środowiska międzykomórkowego. Te białka odgrywają rolę receptorów - przenoszą sygnały i są odpowiedzialne za transport transbłonowy substancji odżywczych. Ważne jest, aby dokonać rezerwacji, że są one bardzo specyficzne. Każde białko przechodzi tylko określoną cząsteczkę lub sygnał.

Proste

O nich też można powiedzieć trochę więcej. Proste białka składają się tylko z łańcuchów polipeptydowych. Należą do nich:

• Protamina . Nuklearne białko o niskiej masie cząsteczkowej. Jego obecność polega na ochronie DNA przed działaniem nukleaz - enzymów atakujących kwasy nukleinowe.
• Histony Silne podstawowe proste białka. Są skoncentrowane w jądrach komórek roślinnych i zwierzęcych. Biorą udział w "pakowaniu" nici DNA w jądro, a także w takich procesach jak naprawa, replikacja i transkrypcja.
• Albuminy . O nich już wspomniano powyżej. Najsłynniejsza albumina - serwatka i jajko.
• Globulin . Bierze udział w krzepnięciu krwi, a także w innych reakcjach immunologicznych.
• Prolaminy . Są to zapasowe białka zbożowe. Ich imiona są zawsze inne. W pszenicy nazywa się je ptyalin. W jęczmieniu - hordeinami. W owsie - avsninami. Co ciekawe, prolaminy są podzielone na ich klasy białek. Są tylko dwa z nich: S-bogate (z zawartością siarki) i S-biedne (bez niego).

Trudne

A co z białkami złożonymi? Zawierają grupy prostetyczne lub te, w których nie ma aminokwasów. Należą do nich:

• Glikoproteiny . Zawierają reszty węglowodanowe z wiązaniem kowalencyjnym. Te złożone białka są najważniejszym składnikiem strukturalnym błon komórkowych. Wiele hormonów również do nich należy. A glikoproteiny błon erytrocytów określają rodzaj krwi.
• Lipoproteiny . Składają się z lipidów (substancji tłuszczopodobnych) i odgrywają rolę "transportu" tych substancji we krwi.
• Metaloproteiny . Te białka w organizmie mają wielkie znaczenie, ponieważ bez nich nie ma wymiany żelaza. Skład ich cząsteczek obejmuje jony metali. Typowym przedstawicielem tej klasy są transferyna, hemosyderyna i ferrytyna.
• Nukleoproteiny . Składają się z ILV i DNA bez wiązania kowalencyjnego. Jasnym przedstawicielem jest chromatyna. W jego składzie informacja genetyczna jest realizowana, DNA jest naprawiane i replikowane.
• Fosfoproteiny . Tworzą resztki kwas fosforowy, związany kowalencyjnie. Przykładem jest kazeina, która początkowo jest zawarta w mleku, jako sól wapnia (w związanej formie).
• Chromoproteiny . Mają prostą strukturę: białko i barwny składnik należący do grupy protetycznej. Biorą udział w oddychaniu komórkowym, fotosyntezie, reakcjach redoks itp. Ponadto, bez chromoprotein, akumulacja energii nie występuje.

Metabolizm

Powyżej wiele już powiedziano o właściwościach fizykochemicznych białek. O ich roli w metabolizm również trzeba wspomnieć.

Istnieją aminokwasy, które są niezbędne, ponieważ nie są syntetyzowane przez żywe organizmy. Sami ssaki pobierają je z pożywienia. W procesie trawienia białko ulega zniszczeniu. Proces ten rozpoczyna się od denaturacji po umieszczeniu w kwaśnym środowisku. Następnie - hydroliza, w której biorą udział enzymy.

Niektóre aminokwasy, które ostatecznie otrzymuje organizm, biorą udział w procesie syntezy białek, których właściwości są niezbędne do jej pełnego istnienia. Resztę przetwarza się na glukozę - monosacharyd, który jest jednym z głównych źródeł energii. Białko jest bardzo ważne z punktu widzenia diety lub postu. Jeśli nie przyjdzie z jedzeniem, organizm zacznie "jeść sam" - przetwarzać własne białka, szczególnie muskularne.

Biosynteza

Biorąc pod uwagę właściwości fizykochemiczne białek, należy skoncentrować się na takim temacie, jak biosynteza. Substancje te powstają na podstawie informacji zakodowanych w genach. Każde białko jest unikalną sekwencją reszt aminokwasowych określoną przez gen kodujący ją.

Jak to działa? Gen kodujący białko przenosi informacje z DNA do RNA. Nazywa się to transkrypcją. W większości przypadków synteza występuje wtedy na rybosomach - jest to najważniejszy organoid żywej komórki. Ten proces jest nazywany tłumaczeniem.

Istnieje również tak zwana synteza nie-rybosomalna. Warto również wspomnieć o tym, ponieważ chodzi o znaczenie białek. Ten rodzaj syntezy obserwuje się w niektórych bakteriach i niższych grzybach. Proces ten prowadzi się przez kompleks białkowy o wysokiej masie cząsteczkowej (znany jako syntaza NRS), a rybosomy nie biorą w tym udziału.

I, oczywiście, istnieje również synteza chemiczna. Za jego pomocą można syntetyzować krótkie białka. W tym celu stosuje się metody takie jak ligacja chemiczna. Jest to przeciwieństwo notorycznej biosyntezy na rybosomach. W tej samej metodzie możliwe jest uzyskanie inhibitorów niektórych enzymów.

Ponadto, dzięki syntezie chemicznej, możliwe jest wprowadzenie do kompozycji białek tych reszt aminokwasowych, które nie występują w zwykłych substancjach. Załóżmy, że te z łańcuchami bocznymi mają etykiety fluorescencyjne.

Warto wspomnieć, że metody syntezy chemicznej nie są doskonałe. Istnieją pewne ograniczenia. Jeśli białko zawiera więcej niż 300 reszt, sztucznie syntetyzowana substancja prawdopodobnie dostanie niewłaściwą strukturę. A to wpłynie na właściwości.

Substancje pochodzenia zwierzęcego

Ich uwagę należy poświęcić specjalnej uwadze. Białko zwierzęce jest substancją znajdującą się w jajach, mięsie, produktach mlecznych, drobiu, owocach morza i rybach. Zawierają wszystkie aminokwasy niezbędne dla organizmu, w tym 9 niezbędnych. Oto kilka najważniejszych funkcji, które wykonuje białko zwierzęce:

• Kataliza wielu reakcji chemicznych. Substancja ta zaczyna je i przyspiesza. Białka enzymatyczne są "odpowiedzialne" za to. Jeśli organizm nie otrzymuje ich wystarczająco dużo, utlenianie i redukcja, łączenie i łamanie wiązań molekularnych, jak również transport substancji nie będą w pełni zachodzić. Interesujące jest to, że tylko niewielka część aminokwasów wchodzi w różnego rodzaju interakcje. Jeszcze mniejsza ilość (3-4 reszty) jest bezpośrednio zaangażowana w katalizę. Wszystkie enzymy są podzielone na sześć klas - oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy, ligazy. Każdy z nich jest odpowiedzialny za jedną lub drugą reakcję.
• Tworzenie się cytoszkieletu, tworzenie struktury komórek.
• Ochrona immunologiczna, chemiczna i fizyczna.
• Transport ważnych składników niezbędnych do wzrostu i rozwoju komórek.
• Transmisja impulsów elektrycznych ważnych dla pracy całego organizmu, ponieważ bez nich interakcja komórek jest niemożliwa.

A to nie wszystkie możliwe funkcje. Ale mimo to znaczenie tych substancji jest jasne. Synteza białek w komórkach iw ciele jest niemożliwa, jeśli dana osoba nie spożywa jej źródeł. Są to mięso z indyka, wołowina, jagnięcina, mięso królicze. Dużo białka znajduje się w jajach, śmietanie, jogurcie, twarogu, mleku. Możesz także aktywować syntezę białek w komórkach ciała, dodając do swojej diety szynkę, produkty uboczne, kiełbasę, konserwy mięsne i cielęce.