Vrste proteinov, njihove funkcije in struktura

Po teoriji Oparin-Haldane je življenje na našem planetu izhajalo iz coacervate kapljice. Bila je molekula beljakovin. To pomeni, da so te kemične spojine osnova za vse živih bitij, ki obstajajo danes. Toda kakšne so strukture proteinov? Kakšno vlogo imajo danes v telesu in v življenju ljudi? Katere vrste proteinov obstajajo? Poskusimo razumeti.

Beljakovine: splošen koncept

Z vidika kemijske strukture je molekula zadevne snovi zaporedje aminokislin, ki so povezane s peptidnimi vezmi.

Vsaka aminokislina ima dve funkcionalni skupini:

• karboksil-COOH;
• amino skupino -NH₂.

Med njimi je, da je vez v različnih molekulah. Tako ima peptidna vez oblika -CO-NH. Molekula beljakovin lahko vsebuje več sto in tisoče takšnih skupin, to pa bo odvisno od posamezne snovi. Vrste beljakovin so zelo raznolike. Med njimi so tudi tiste, ki vsebujejo aminokisline, ki so za telo nenadomestljive in morajo zato vstopiti v telo s hrano. Obstajajo takšne sorte, ki opravljajo pomembne funkcije v celični membrani in njegovi citoplazmi. Kožioci biološkega narave so tudi izolirani - encimi, ki so tudi proteinske molekule. Veliko jih uporabljajo v življenju človeka in ne samo v biokemijskih procesih živih bitij.

Molekulska masa zadevnih spojin se lahko giblje od nekaj deset do milijonov. Navsezadnje je število monomernih enot v veliki polipeptidni verigi neomejeno in odvisno od vrste posamezne snovi. Protein v svoji čisti obliki, v svoji domači konformaciji, lahko vidimo s preučevanjem piščančjega jajca v surove oblike. Svetlo rumena, prozorna, debela koloidna masa, znotraj katere je rumenjak - to je želena snov. Isto velja za nizko-maščobni skor, ta izdelek je tudi skoraj čisti beljakovine v svoji naravni obliki.

Vendar pa vse obravnavane spojine nimajo enake prostorske strukture. Skupaj je štiri organizacije molekule. Vrste proteinske strukture določi svoje lastnosti in govori o zapletenosti strukture. Znano je tudi, da se v človeško telo in živali opravijo temeljitejše predelave bolj prostorsko zapletenih molekul.

Vrste struktur beljakovin

Skupaj so dodeljeni štirje. Poglejmo, kaj predstavlja vsak izmed njih.

1. Primarno. To je običajno linearno zaporedje aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi. Nobenih prostorskih zasukov, brez spirale. Število polipeptidnih elementov, ki vstopajo v polipeptid, lahko doseže več tisoč. Vrste proteinov s podobno strukturo - glicilalanin, insulin, histoni, elastin in drugi.
2. Sekundarno. Gre za dve polipeptidni verigi, ki sta zasukana v obliki spirale in sta obrnjena druga proti drugi. V tem primeru se pojavijo vodikove vezi, ki jih držijo skupaj. Tako se tvori enojna proteinska molekula. Vrste beljakovin te vrste so: lizocim, pepsin in drugi.
3. Terciarna konformacija. Je tesno zapakirana in kompaktno sestavljena sekundarna struktura. Tu so še druge vrste interakcij, poleg vodikovih vezi - to je interakcija van der Waalsa in sile elektrostatične privlačnosti, hidrofilno-hidrofobni kontakt. Primeri struktur so albumin, fibroin, svilene beljakovine in drugi.
4. Kvartarna. Najbolj zapletena struktura, sestavljena iz več polipeptidnih verig, zvita v spiralo, zvita v kroglo in združena skupaj v globulo. Primeri, kot so insulin, feritin, hemoglobin, kolagen, ponazarjajo ravno takšno konformacijo beljakovin.

Če vse molekularne strukture podrobno obravnavamo s kemičnega vidika, bo analiza trajala dlje časa. Dejstvo je, da je večja konfiguracija, bolj kompleksna in zapletena njegova struktura, več vrst interakcij opazimo v molekuli.

Denaturacija proteinskih molekul

Ena najpomembnejših kemičnih lastnosti polipeptidov je njihova sposobnost razgradnje pod vplivom določenih pogojev ali kemičnih dejavnikov. Na primer, različne vrste denaturacije beljakovin so razširjene. Kakšen je ta proces? Sestoji iz uničenja nativne strukture proteina. To pomeni, da če bi molekula prvotno imela terciarno strukturo, se bo po delovanju posebnih sredstev porušila. Vendar pa zaporedje aminokislinskih ostankov ostane nespremenjeno v molekuli. Denaturirani proteini hitro izgubijo svoje fizikalne in kemične lastnosti.

Kateri reagenti lahko vodijo v proces uničenja konformacije? Več jih je.

1. Temperatura. Ko segrevamo, se kvartarna, terciarna, sekundarna struktura molekule postopoma uniči. Vizualno, to je mogoče opaziti, na primer, ko cvrtje normalno piščančje jajce. Nastala "proteina" je primarna struktura albuminskega polipeptida, ki je bil v surovem izdelku.
2. Sevanje.
3. Aktivnost močnih kemičnih snovi: kisline, alkalije, soli težkih kovin, topila (npr. Alkoholi, etri, benzen in drugi).

Ta proces se včasih imenuje tudi taljenje molekule. Vrste denaturacije beljakovin so odvisne od sredstva, pri kateri se je pojavil. V tem primeru je v nekaterih primerih postopek, ki je obraten za obravnavani. To je renaturacija. Vse beljakovine ne morejo znova vzpostaviti svoje strukture, vendar lahko znaten del njih to naredi. Tako so kemiki iz Avstralije in Amerike izvedli renaturacijo kuhanega piščančjega jajca s pomočjo nekaterih reagentov in metode centrifugiranja.

Ta proces je pomemben za žive organizme pri sintezi polipeptidnih verig s pomočjo ribosomov in rRNA v celicah.

Hidroliza proteinske molekule

Poleg denaturacije je za proteine ​​značilna še druga kemična lastnost - hidroliza. Prav tako je uničenje domače konformacije, vendar ne do primarne strukture, ampak povsem do posameznih aminokislin. Pomemben del prebave je beljakovinska hidroliza. Vrste hidrolize polipeptidov so naslednje.

1. Kemikalije. Temelji na delovanju kislin ali alkalij.
2. Biološki ali encimski.

Vendar bistvo procesa ostaja nespremenjeno in ni odvisno od vrste hidrolize beljakovin. Posledično nastanejo aminokisline, ki se prevažajo v vse celice, organe in tkiva. Njihova nadaljnja preobrazba je sestavljena iz sodelovanja sinteze novih polipeptidov, že tistih, ki so potrebni za določen organizem.

V industriji se proces hidrolize beljakovinskih molekul uporablja le za proizvodnjo želenih aminokislin.

Funkcije beljakovin v telesu

Različne vrste beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob so ključne sestavine za normalno delovanje katere koli celice. Torej pomeni celoten organizem kot celoto. Zato je v mnogih pogledih njihova vloga razložena z visoko stopnjo pomena in razširjenostjo v živih bitjih. Razlikujemo lahko nekaj osnovnih funkcij polipeptidnih molekul.

1. Katalitično. Izvajajo jih encimi, ki imajo strukturo proteinske narave. O njih bomo kasneje povedali.
2. Strukturno. Vrste beljakovin in njihove funkcije v telesu predvsem vplivajo na strukturo celice same, njeno obliko. Poleg tega polipeptidi, ki izvajajo to vlogo, tvorijo lase, žeblje, lupine školjk, perje ptic. So specifična armatura v telesu celice. Hlape so prav tako sestavljene iz teh vrst proteinov. Primeri: tubulin, keratin, aktin in drugi.
3. Regulativni. Ta funkcija se kaže v udeležbi polipeptidov v postopkih, kot so: transkripcija, prevajanje, celični ciklus, spajanje, branje mRNK in drugi. V vseh njih igrajo pomembno vlogo regulatorja.
4. Signal. To funkcijo izvajajo proteini, ki se nahajajo na celični membrani. Posredujejo različne signale iz ene enote v drugo, kar vodi do sporočanja tkiv med seboj. Primeri: citokini, insulin, rastni faktorji in drugi.
5. Prevoz. Nekatere vrste proteinov in njihove funkcije, ki jih opravljajo, so preprosto vitalne. To se zgodi, na primer, s proteinom hemoglobina. Nosi kisik iz celice v celico v krvi. Za človeka je nepogrešljiv.
6. Rezervni ali rezervni. Taki polipeptidi se kopičijo v rastlinah in jajčnih živalih kot vir dodatne prehrane in energije. Primer je globulini.
7. Motor. Zelo pomembna funkcija, zlasti za najpreprostejše organizme in bakterije. Navsezadnje se lahko premikajo samo s pomočjo flagella ali cilia. In ti organoidi so po naravi nič več kot proteini. Primeri takih polipeptidov so naslednji: miozin, aktin, kinezin ipd.

Očitno je, da so funkcije beljakovin v človeškem telesu in drugih živih bitjih zelo številne in pomembne. To še enkrat potrjuje, da brez povezav, ki jih razmišljamo, je življenje na našem planetu nemogoče.

Zaščitna funkcija proteinov

Polipeptidi lahko ščitijo pred različnimi učinki: kemični, fizični, biološki. Na primer, če bi se telo ogrožena kot virus ali bakterija z zunanjo naravo, imunoglobuline (protitelesa) pridejo do njih "v boju", ki opravlja zaščitno vlogo.

Če govorimo o fizičnih učinkih, se igra velika vloga, na primer s fibrinom in fibrinogenom, ki se ukvarjajo s strjevanjem krvi.

Beljakovine

Vrste prehranskih beljakovin so naslednje:

• polnopravni - tisti, ki vsebujejo vse aminokisline, potrebne za telo;
• slabše - tiste, v katerih se nahaja delna aminokislinska sestava.

Vendar sta za človeško telo pomembna. Še posebej prva skupina. Vsi, zlasti v obdobjih intenzivnega razvoja (otroštvo in adolescence) in puberteti, morajo sami ohranjati konstantno raven beljakovin. Navsezadnje smo že upoštevali funkcije, ki jih te neverjetne molekule opravljajo, in vemo, da skoraj noben proces, brez biokemične reakcije znotraj nas ne more storiti brez sodelovanja polipeptidov.

Zato vsak dan potrebujete dnevno normo beljakovin, ki jih vsebujejo naslednji izdelki:

• jajce;
• mleko;
• skuta;
• meso in ribe;
• fižol;
• sojina;
• fižol;
• arašidi;
• pšenica;
• oves;
• leča in drugi.

Če porabite 0,6 g polipeptida na dan na kg telesne mase na dan, potem oseba nikoli ne bo imela pomanjkanja teh spojin. Če telo dolgo časa nima potrebnih proteinov, potem pride do bolezni, ki se imenuje aminokislinska stradanja. To vodi do močnega motenja presnove in posledično tudi številnih drugih težav.

Beljakovine v kletki

V najmanjši strukturni enoti vseh živih bitij - celic - obstajajo tudi proteini. In tam opravljajo skoraj vse zgoraj navedene funkcije. Najprej se tvori citoskelet celice, ki sestoji iz mikrotubul, mikrofilamentov. Uporablja se za vzdrževanje oblike, kot tudi za prevoz znotraj organelov. Na proteinskih molekulah, kot prek kanalov ali tirnic, se premikajo različni ioni in spojine.

Pomembna vloga beljakovin, potopljenih v membrano in nameščenih na njeni površini. Tu opravljajo funkcijo receptorja in signala, sodelujejo pri konstrukciji membrane. Stojijo stražijo in zato igrajo zaščitno vlogo. Katere vrste proteinov v celici je mogoče pripisati tej skupini? Obstaja veliko primerov, dajemo nekaj.

1. Actin in miozin.
2. Elastin.
3. Keratin.
4. Kolagen.
5. Tubulin.
6. Hemoglobin.
7. Insulin.
8. Transkobalamin.
9. Transferrin.
10. Albumin.

Skupaj je nekaj sto različnih vrste proteinov, ki se nenehno gibljejo znotraj vsake celice.

Vrste beljakovin v telesu

Seveda imajo veliko raznolikost. Če poskusite nekako razdeliti vse obstoječe beljakovine v skupine, se lahko ta razvrstitev izkaže.

1. Globularni proteini. To so tiste, ki jih predstavlja terciarna struktura, tj. Tesno zapakirani globus. Primeri takih struktur so naslednji: imunoglobulini, pomemben del encimov, veliko hormonov.
2. Fibrilarni proteini. To so strogo naročeni niti, ki imajo pravilno prostorsko simetrijo. Ta skupina vključuje beljakovine s primarno in sekundarno strukturo. Na primer, keratin, kolagen, tropomyosin, fibrinogen.

Na splošno je mogoče na podlagi številnih funkcij za razvrstitev beljakovin v telo. Še enkrat ne obstaja.

Encimi

Biološki katalizatorji proteinske narave, ki bistveno pospešijo vse tekoče biokemijske procese. Normalna izmenjava snovi preprosto brez teh spojin ni mogoče. Vsi procesi sinteze in razgradnje, sestavljanje molekul in njihova replikacija, prevajanje in transkripcija ter drugi se izvajajo pod vplivom specifične vrste encima. Primeri teh molekul so:

• oksidoreduktaza;
• transferaza;
• katalaza;
• hidrolaze;
• izomeraza;
• lyases in drugi.

Danes se encimi uporabljajo v vsakdanjem življenju. Torej, ko izdelujemo detergentne praške, se pogosto uporabljajo ti encimi - to so biološki katalizatorji. Izboljšajo kakovost pranja pod določenimi temperaturnimi pogoji. Preprosto se vežejo na delce umazanije in jih odstranijo s površine tkiva.

Vendar pa zaradi narave proteinov enzimi ne prenašajo preveč vroče vode ali bližine alkalnih ali kislih zdravil. V tem primeru se bo pojavil proces denaturacije.