Dejavniki, ki določajo topnost beljakovin. Fizikalno-kemijske lastnosti beljakovin

Naš članek bo posvečen študiji lastnosti snovi, ki so osnova za pojav življenja na Zemlji. Molekule beljakovin so prisotne v nekličnih oblikah - virusih, so del citoplazme in organoidov prokariotskih in jedrskih celic. Skupaj z nukleinskimi kislinami tvori vsebino dednosti - kromatin in tvorijo glavne sestavine jedra - kromosom. Signal, konstrukcija, katalitična, zaščitna energija je seznam bioloških funkcij, ki jih beljakovine opravljajo. Fizikalno-kemijske lastnosti proteinov so njihova sposobnost raztapljanja, obarjanja, soljenja. Poleg tega so sposobni denaturirati in po svoji kemični naravi amfoterne spojine. Nadalje preučimo te lastnosti proteinov.

Vrste monomerov beljakovin

20 vrst alfa-aminokisline so strukturne enote proteina. Poleg ogljikovodikovih radikalov vsebujejo NH₂- amino skupino in COOH-karboksilno skupino. Funkcionalne skupine določajo kisle in osnovne lastnosti monomeri proteinov. Zato se v organski kemiji spojine tega razreda imenujejo amfoterne snovi. Vodikovih ionov karboksilne skupine v molekuli se lahko cepijo in vežejo na amino skupine. Posledično nastane notranja sol. Če je v molekuli prisotnih več karboksilnih skupin, bo spojina kisla, kot je glutaminska kislina ali asparaginska kislina. Če prevladujejo amino skupine, so aminokisline osnovne (histidin, lizin, arginin). Z enakim številom funkcionalnih skupin ima raztopina peptida nevtralno reakcijo. Ugotovljeno je, da prisotnost vseh treh vrst aminokislin vpliva na znake beljakovin. Fizikalno-kemijske lastnosti proteinov: topnost, vodikov indeks, polnjenje makromolekule, se določi z razmerjem kisline in bazičnih aminokislin.

Kateri dejavniki vplivajo na topnost peptidov?

Pojasnili bomo vsa potrebna merila, na katerih so odvisni procesi hidracije ali solmatiranja makromolekul proteinov. To so: prostorska konfiguracija in molekulska masa, določena s številom aminokislinskih ostankov. Upošteva tudi razmerje med polarnimi in nonpolarnimi deli - radikali, ki se nahajajo na površini proteina v terciarni strukturi, in celotno polnjenje polipeptidne makromolekule. Vse zgoraj navedene lastnosti neposredno vplivajo na topnost beljakovin. Razmislimo jih podrobneje.

Globul in njihova zmožnost hidracije

Če je zunanja struktura peptida sferična, je običajno govoriti o svoji globularni strukturi. Stabilizira ga vodik in hidrofobne vezi, pa tudi sile elektrostatične privlačnosti heterogeno napolnjenih delov makromolekule. Na primer, hemoglobin, ki nosi molekulo kisika skozi kri, v kvaternarni obliki sestoji iz štirih fragmentov mioglobina v kombinaciji z heme. Take krvne beljakovine, kot albumini, alfa- in upsih-globulini, zlahka vplivajo na snovi v krvni plazmi. Insulin je še en globalni peptid, ki uravnava nivo glukoze v krvi sesalcev in ljudi. Hidrofobni deli takih peptidnih kompleksov so sredi kompaktne strukture in hidrofilni deli se nahajajo na njegovi površini. To zagotavlja, da ohranijo svoje naravne lastnosti v tekočem mediju organizma in jih združijo v skupino beljakovin, topnih v vodi. Izjema so globularni proteini, ki tvorijo mozaično strukturo membrane človeških in živalskih celic. Vezani so na glikolipide in netopni v medcelični tekočini, kar zagotavlja, da v celici izvajajo pregradno vlogo.

Fibrilarni peptidi

Kolagen in elastin, ki sta del dermisa in povzročata njeno elastičnost in elastičnost, imajo navojno strukturo. Sposobni so, da se raztezajo, spremenijo svojo prostorsko konfiguracijo. Fibroin je beljakovina naravne svile, ki jo proizvajajo ličinke sviloprejke. Vsebuje kratka strukturna vlakna, ki so sestavljena iz aminokislin z majhno maso in dolžino molekule. To so, prvič, serin, alanin in glicin. Njene polipeptidne verige so usmerjene v vesolje v navpični in vodoravni smeri. Snov je strukturni polipeptid in ima plastično obliko. Za razliko od kroglaste polipeptidi topnosti proteina, ki sestoji iz vlaken, je zelo majhna, saj so hidrofobni ostanki njegovih aminokislin na površini in so makromolekule delci odbijajo polarno topilo.

Keratin in značilnosti njihove strukture

Glede na strukturo proteini fibrillar oblike, kot so fibroin in kolagen, je treba ustaviti na še enem zelo razširjenem v skupini narave peptidov - keratin. So osnova za takšne dele človeškega telesa in živali kot las, nohtov, perja, volne, kopit in krempljev. Kaj je keratin z vidika njegove biokemijske strukture? Ugotovljeno je, da obstajajo dve vrsti peptidov. Prvi ima obliko spiralne sekundarne strukture (alfa-keratin) in je osnova las. Druga je predstavljena z daljšimi sloji fibril - to beta-keratin. To je mogoče najti v trdnih delih telesa živali: kopita, ptičja kljuna, tehtnice plazilcev, kremplje plenilcev in ptic. Kaj Keratin temelji na dejstvu, da njegove amino kisline, kot so valin, fenilalanin, izolevcina, vsebuje velike količine hidrofobnih radikalov? Je netopen protein v vodi in drugih polarnih topilih, ki izvaja zaščitno in strukturno funkcijo.

Vpliv pH medija na polnilo beljakovinskega polimera

Pred tem smo omenili, da funkcionalne skupine monomerov proteinov - aminokislin določajo njihove lastnosti. Zdaj dodamo, da je polimerna obremenitev odvisna tudi od njih. Ionogeni radikali - karboksilne skupine glutamata in asparaginske kisline ter amino skupina arginina in histidina vplivajo na skupno polnjenje polimera. Prav tako se obnašajo drugače v kislem, nevtralnem ali alkalnem mediju. Topnost beljakovin je odvisna tudi od teh dejavnikov. Tako pri pH<7, raztopina vsebuje prekomerno koncentracijo vodikovih protonov, ki zavirajo cepitev karboksila, tako da se poveča celotna pozitivna naboj na proteinski molekuli.

Akumulacija kationov v proteinu se poveča tudi v primeru nevtralnega medija za raztopino in s presežkom monomerov arginina, histidina in lizina. V alkalnem mediju se pojavi povečanje negativnega naboja polipeptidne molekule, saj se pri nastanku molekul vode porabi presežek ionov vodika z vezavo hidroksilnih skupin.

Dejavniki, ki določajo topnost beljakovin

Predstavljamo si situacijo, v kateri je število pozitivnih in negativnih nabojev na vijačnem proteinu enako. PH medija se v tem primeru imenuje izoelektrična točka. Celoten naboj makromolekule samega peptida postane nič, njegova topnost v vodi ali drugem polarnem topilu pa bo minimalna. Položaj teorije elektrolitske disociacije navaja, da topnost snovi v polarnem topilu, ki je sestavljen iz dipolov, bo višji bolj polarizirani delci topne spojine. Pojasnjujejo ter dejavnike, ki določajo topnosti proteinov: njihova izoelektrično točko in odvisnost hidratacije ali solvatacije peptida iz čistega odgovoren njenih makromolekul. Večina polimerov tega razreda vsebuje presežek -COO^- in imajo nekoliko kisle lastnosti. Izjema bo prej omenjena membranski proteini in peptidi, ki sestavljajo jedrsko snov dednosti, so kromatin. Slednje imenujemo histoni in imajo izražene osnovne lastnosti zaradi prisotnosti velikega števila amino skupin v polimerni verigi.

Obnašanje beljakovin v električnem polju

Zaradi praktičnih razlogov je pogosto treba ločiti, na primer krvne beljakovine, v frakcije ali posamezne makromolekule. Za to lahko uporabimo sposobnost polnjenih molekul polimerov, da se v določenem obsegu gibljejo na elektrode v električnem polju. Raztopino, ki vsebuje različne množinske in polnjene peptide, se postavi na nosilec: papir ali poseben gel. S prehodom električnih impulzov, na primer skozi del krvne plazme, dobimo do 18 frakcij posameznih proteinov. Med njimi vseh vrst globulina in albumin proteina, ki ni le bistveni sestavni del (kar predstavlja 60% mase peptidov krvne plazme), ampak tudi osrednjo vlogo v procesih osmozo in krvnega obtoka.

Kako topnost beljakovin vpliva na koncentracijo soli

Sposobnost peptidov, da ne tvorijo le gelov, pen in emulzij, temveč tudi raztopine, je pomembna lastnost, ki odraža njihove fizikalno-kemijske lastnosti. Na primer, že prej študirali albuminov, ki se nahajajo v endosperma semena žit, mleka in krvni serum, hitro se tvori vodne raztopine s koncentracijo nevtralnih soli, kot je natrijev klorid v območju od 3 do 10 odstotkov. Na primeru istih albuminov lahko določimo odvisnost topnosti beljakovin na koncentraciji soli. So zlahka topen v nenasičeni raztopine amonijevega sulfata in za prenasičeno - reverzibilno obori in nadaljnje zmanjšanje koncentracije soli z dodatkom vode odsekov obnovitev hidrat lupino.

Saljenje

Zgoraj opisane kemične reakcije peptidov z raztopinami soli, ki jih tvori močna kislina in alkalije, imenujemo soljenje. Temelji na mehanizmu interakcije napolnjenih funkcionalnih skupin beljakovin s soljo ioni - kovinskih kationov in anionov kislinskih ostankov. Konča se z izgubo polnjenja na peptidni molekuli, z zmanjšanjem njenega oplaščenja vode, strjevanjem beljakovinskih delcev. Posledično pride do njihovega odlaganja, na katerem bomo nadaljevali.

Padavine in denaturacija

Aceton in etilni alkohol uničita vodno lupino, ki obdaja proteino v terciarni strukturi. Vendar to ne spremlja nevtralizacija skupnega naboja. Tak postopek se imenuje precipitacija, topnost proteina je močno zmanjšana, vendar se ne konča z denaturacijo.

Molekule peptidov v nativnem stanju so zelo občutljive na številne parametre zunanjega okolja, na primer na temperaturo in koncentracijo kemičnih spojin: soli, kisline ali alkalije. Krepitev učinka obeh teh faktorjev na izoelektrični točki vodi do popolnega uničenja stabilizirajočih intramolekularnih (disulfidnih mostov, peptidnih vezi), kovalentnih in vodikovih vezi v polipeptidu. Še posebej hitro v takih razmerah denaturacne globularne peptide, medtem ko popolnoma izgubijo svoje fizikalno-kemijske in biološke lastnosti.