Денатурацията е процес на нарушаване на по -високите нива на организация на протеинова молекула (вторична, третична, четвъртична) под въздействието на различни фактори.

В този случай полипептидната верига се разгъва и е в разтвор в разгъната форма или под формата на разбъркана намотка.

По време на денатурацията хидратираната обвивка се губи и протеинът се утаява и в същото време губи своите естествени свойства.

Денатурацията се причинява от физически фактори: температура, налягане, механични влияния, ултразвукова и йонизираща радиация; химични фактори: киселини, основи, органични разтворители, алкалоиди, соли на тежки метали.

Има 2 вида денатурация:

1. Обратна денатурация - ренатурацията или реактивирането е процес, при който денатуриран протеин, след отстраняване на денатуриращи вещества, се реорганизира в първоначалната структура с възстановяване на биологичната активност.
2. необратимата денатурация е процес, при който биологичната активност не се възстановява след отстраняването на денатуриращи агенти.

Свойства на денатурирани протеини.

1. Увеличаване на броя на реактивни или функционални групи в сравнение с естествената протеинова молекула (това са COOH, NH2, SH, OH групи, групи странични радикали на аминокиселини).

2. Намаляване на разтворимостта и утаяването на протеини (свързано със загубата на хидратиращата обвивка), разгъване на протеиновата молекула, с "откриване" на хидрофобни радикали и неутрализиране на зарядите на полярните групи.

3. Промяна в конфигурацията на протеинова молекула.

4. Загуба на биологична активност, причинена от нарушение на естествената структура.

5. По -лесно разцепване чрез протеолитични ензими в сравнение с нативния протеин - преминаването на компактна нативна структура в разширена хлабава форма улеснява достъпа на ензимите до пептидните връзки на протеина, които те разрушават.

Ензимните методи на хидролиза се основават на селективността на действието на протеолитичните ензими, разцепващи пептидни връзки между определени аминокиселини.

Пепсинът разцепва връзките, образувани от остатъци на фенилаланин, тирозин и глутаминова киселина.

Трипсин разрушава връзките между аргинин и лизин.

Химотрипсин хидролизира връзките на триптофан, тирозин и фенилаланин.

Хидрофобните взаимодействия, както и йонните и водородните връзки, са сред слабите, тъй като тяхната енергия само малко надвишава енергията на топлинното движение на атомите при стайна температура (тоест дори при дадена температура връзките могат да се скъсат).

Поддържането на характерната протеинова конформация е възможно поради появата на много слаби връзки между различните части на полипептидната верига.

Протеините обаче се състоят от огромен брой атоми в постоянно (броуновско) движение, което води до малки движения на отделни участъци от полипептидната верига, които обикновено не нарушават цялостната структура на протеина и неговата функция. Следователно, протеините имат конформационна лабилност - склонност към малки промени в конформацията поради разкъсването на някои и образуването на други слаби връзки. Конформацията на протеин може да се промени, когато химичните и физичните средства на околната среда се променят, както и когато протеинът взаимодейства с други молекули. В този случай има промяна в пространствената структура не само на мястото в контакт с друга молекула, но и на конформацията на протеина като цяло. Конформационните промени играят огромна роля във функционирането на протеините в живата клетка.

Денатурация на протеин- Това е нарушение на естествената пространствена структура на протеинова молекула под въздействието на различни външни влияния, придружено от промяна в техните физико -химични и биологични свойства. В този случай вторичните и третичните структури на протеиновата молекула се нарушават, а първичната, като правило, остава.

Денатурация на протеини възниква при нагряване и замразяване на хранителни продукти под въздействието на различни радиации, киселини, основи, остри механични влияния и други фактори.

Когато протеините се денатурират, настъпват следните основни промени:

Разтворимостта на протеините рязко намалява;

Загубена биологична активност, хидратационен капацитет и видова специфичност;

Подобрява се атакуемостта от протеолитични ензими;

Реактивността на протеините се увеличава;

Настъпва агрегация на протеинови молекули;

Зарядът на протеинова молекула е нулев.

Загубата на биологична активност от протеини в резултат на термична денатурация води до инактивиране на ензими и смърт на микроорганизми.

В резултат на загубата на видова специфичност от протеини, хранителната стойност на продукта не намалява.

Нека разгледаме най-често срещаната термична денатурация на протеинови молекули, придружена от разрушаване на слабите кръстосани връзки между полипептидни вериги и отслабване на хидрофобните и други взаимодействия между протеиновите вериги. В резултат на това се променя конформацията на полипептидните вериги в протеиновата молекула. Например, фибриларните протеини променят своята еластичност, протеиновите глобули се разгръщат в глобуларни протеини, последвани от коагулация по нов тип. В този случай силните (ковалентни) връзки на протеинова молекула не се разрушават. Глобуларните протеини променят разтворимостта, вискозитета, осмотичните свойства и електрофоретичната подвижност.

Всеки протеин има специфична температура на денатурация (t). За рибни протеини, t = 30 ° C, яйчен белтък, t = 55 ° C, месо, t = 55 ... 60 ° C и т.н.

При стойности на рН, близки до изоелектролитичната точка на протеина, денатурацията настъпва при по -ниска температура и е придружена от максимална дехидратация на протеина. Промяната в рН на средата допринася за повишаване на термичната стабилност на протеините.

Насочените промени в рН на средата се използват широко в технологиите за подобряване на качеството на ястията. Така че, при задушаване на месо, риба, мариноване, преди пържене, добавете киселина, вино или други кисели подправки, за да създадете кисела среда със стойности на рН под изоелектричната точка на протеините на продукта. При тези условия дехидратацията на протеините в храната се намалява и готовото ястие се оказва по -сочно.

Температурата на денатурация на протеините се повишава в присъствието на други, по-термостабилни протеини и някои не-протеинови вещества, например захароза.

Денатурация на някои протеини може да настъпи без видими промени в протеиновия разтвор (например в млечния казеин). Варените храни могат да съдържат някои естествени, неденатурирани протеини, включително някои ензими.

Денатурираните протеини са способни да взаимодействат помежду си. По време на агрегацията поради междумолекулни връзки между денатурирани протеинови молекули се образуват както силни, например дисулфидни връзки, така и слаби, например водородни.

При агрегиране се образуват по -големи частици. Например, при кипене на мляко, се утаяват люспи от денатуриран лактоалбумин, люспи и пяна от протеини се образуват на повърхността на месни и рибни бульони.

Когато протеините се денатурират в по -концентрирани протеинови разтвори, в резултат на тяхното агрегиране се образува желе, което задържа цялата вода, съдържаща се в системата.

Основните промени в денатурацията в мускулните протеини завършват, когато достигнат 65 ° C, когато се денатурират повече от 90% от общото количество протеини. При t = 70 ° C започва денатурация на миоглобин и хемоглобин, придружена от отслабване на връзката между глобина и хема, която след това се разделя и, окислявайки се, променя цвета си, в резултат на което цветът на месото става кафеникаво-сиво.

Когато месото се нагрява, се наблюдават значителни промени в денатурацията с протеините на съединителната тъкан. Загряването на колаген във влажна среда до t = 58 ... 62 ° C причинява неговото "заваряване", при което част от водородните връзки, които държат полипептидните вериги в триизмерна структура, отслабва и се разкъсва. В този случай полипептидните вериги се огъват и усукват, между тях се появяват нови водородни връзки, които имат случаен характер. В резултат на това колагеновите влакна се скъсяват и удебеляват.

Денатурираният от топлина колаген става по-еластичен и абсорбиращ влагата, а силата му значително намалява. Реактивността на колагена също се увеличава и той става по -достъпен за действието на пепсин и трипсин, което увеличава неговата смилаемост. Всички тези промени са толкова по -големи, колкото по -висока е температурата и колкото по -дълго е нагряването.

ДЕНАТУРАЦИЯ- значителни промени в естествените свойства на веществото под въздействието на химични или физични влияния. Терминът "денатурация" обикновено се прилага за протеини (виж). Нарушаване на естествената уникална структура под въздействието на повишаване на температурата, високо хидростатично налягане, ултразвук, йонизираща радиация, резки промени в рН, добавяне на някакъв химикал. вещества, които разкъсват нековалентни връзки (например карбамид, соли на гуанидин, трифлуорооцетна или трихлорооцетна to-t) се нарича общият термин "денатурация на протеин". Молекулата на естествения протеин се характеризира с вътрешно подреждане, подкрепено от система от нековалентни връзки между множество структурни елементи. С Д. този ред е нарушен. Ковалентните (химични) връзки в протеиновата молекула не се влияят от D. и първичната структура на протеина се запазва. Структурите от по -висок ред - вторични или третични - са напълно или до голяма степен разрушени. Промяна в естественото състояние на молекулите, подобна на D. на протеини, е известна и за нуклеинови киселини (виж).

Биологично активните протеини - ензими, антитела и т.н. - се инактивират по време на D .. Причината за това е, че в процеса на D. се нарушават активните центрове - точно организирани участъци от протеинови молекули, които са пряко отговорни за съответната биол, функция. Phys.-chem. придружаващите Д. промени също са свързани с нарушаване на подредената структура на протеина. Така при D. спирализираните участъци на полипептидната верига се нарушават (в различна степен), което се фиксира от съответните спектрополяриметрични отмествания. Преходът на полипептидната верига на протеин от плътно опакован в разстройно и подвижно състояние причинява промяна във вискозитета и други хидродинамични свойства на техните разтвори. В състоянието на D., когато полипептидната верига стане по -подвижна, общата реактивност е химическа. групите се увеличават. Нетитруващият (т.е. не реагиращ) сулфхидрил (SH-) и някои други групи, присъстващи в много естествени протеини, обикновено се титруват след D. Взаимодействието на протеините с определени багрила рязко се засилва в резултат на D. Поради увеличената наличност и повишаване на реактивността на различни химикали. групи при D. степента на взаимодействие между отделните протеинови молекули се увеличава много силно. В денатурирано състояние протеините лесно се агрегират, тоест денатурираните протеини лесно се утаяват, коагулират или романизират. За да се запази протеинът в разтворено състояние след D., е необходимо да се използват разтворими вещества - детергенти (виж), карбамид и др.

D. протеините обикновено са придружени от значително увеличаване на топлинното съдържание и ентропията (вж. Термодинамика), въпреки че тези промени зависят от условията на околната среда. В най -простите случаи системата в D. очевидно съдържа само две форми на протеин - естествен и напълно денатуриран. С напредването на D. протеинът преминава от една форма в друга без забележимо образуване на някакви междинни форми и следователно целият денатурационен преход на протеиновата молекула протича като единичен скок. В други случаи кинетиката на денатурацията показва образуването на няколко относително стабилни неродни форми на протеина по време на реакцията, което съответства на по-сложна преходна схема. Но ако по време на D. протеиновата молекула претърпи няколко конформационни трансформации, тогава всяка от тях е съвместна, тоест включва голям брой взаимозависими реакции, състоящи се в образуване и разкъсване на нековалентни връзки.

В миналото D. се е считал за необратим процес, като преминаване на протеин в състояние с минимално ниво на свободна енергия. Сега е добре известно, че D. е обратим.

Наръчник на химика 21

Всъщност началото на необратимост се създава, както се оказа, от съпътстващи реакции - агрегация на протеини, окисляване на SH -групи с образуването на нови дисулфидни (SS) връзки и т.н., непосредствено след прекратяването на денатуриращия агент.

Ако Д. по същество е физически. редът на прехода - разстройство, след това при ренатурация биол се проявява ясно, особеност на протеините е способността за самоорганизация, пътят до който се определя от структурата на полипептидната верига, тоест наследствена информация. При условията на жива клетка тази информация вероятно е от решаващо значение за трансформацията на произволна полипептидна верига по време или след нейната биосинтеза върху рибозомата в естествена протеинова молекула.

Библиография:Белицер В. А. Макроструктура и денатурационни трансформации на протеини, Укр. биохимия, ж., т. 24, с. 2, стр. 290, 1962, библиогр .; Ж за л и М. Физическа химия на денатурация на протеини, транс. от английски, М., 1968, библиогр .; Birds, OB N. Физически принципи на самоорганизация на протеинови вериги, Usp. съвет, биол., т. 69, с. 1, стр. 26, 1970, библиогр .; Anfinsen, C. B., Образуването и стабилизирането на протеиновата структура, Biochem. J., v. 128, стр. 737, 1972, библиогр .; Anfinsen G. B. a. Scheraga H. A. Експериментални и теоретични аспекти на сгъването на протеини, Advanc. Protein Chem., V. 29, стр. 205, 1975, библиогр .; Morawetz H. Скорост на конформационни преходи в биологичните макромолекули и техните аналози, пак там, V. 26, стр. 243, 1972, библиогр.

В. А. Белицер.

Денатурация на протеин

Денатурация- Това е нарушение на естествената пространствена структура на протеинова молекула под въздействието на външни влияния.

Тези външни влияния включват нагряване (термична денатурация); разклащане, разбиване и други остри механични въздействия (денатурация на повърхността); висока концентрация на водородни или хидроксилни йони (киселинна или алкална денатурация); интензивна дехидратация по време на сушене и замразяване на храни и др.

Термичната денатурация на протеини е от най -голямо практическо значение за технологичните процеси на производство на продукти за обществено хранене. При нагряване на протеините топлинното движение на атомите и полипептидните вериги в протеиновите молекули се увеличава, в резултат на което се разрушават така наречените слаби омрежни връзки между полипептидни вериги (например водород), както и хидрофобни и други взаимодействия между страничните вериги са отслабени. В резултат на това се променя конформацията на полипептидните вериги в протеиновата молекула. В глобуларните протеини, протеиновите глобули се разгръщат с последваща коагулация в нов тип; силните (ковалентни) връзки на протеинова молекула (пептид, дисулфид) не се нарушават по време на такова пренареждане. Топлинната денатурация на колагеновия фибриларен протеин може да бъде представена като топене, тъй като в резултат на разрушаването на голям брой омрежни връзки между полипептидни вериги, неговата фибриларна структура изчезва, а колагеновите влакна се превръщат в непрекъсната стъкловидна маса.

В молекулното пренареждане на протеините по време на денатурация активна роля принадлежи на водата, която участва в образуването на нова конформационна структура на денатурирания протеин. Напълно дехидратирани протеини, изолирани в кристална форма, са много стабилни и не се денатурират дори при продължително нагряване до температура от 100 ° C и повече. Денатуриращият ефект на външните влияния е по -силен, по -висока е хидратацията на протеините и по -ниската им концентрация в разтвора.

Денатурацията е придружена от промени в най -важните свойства на протеина: загуба на биологична активност, видова специфичност, способност за хидратация (разтваряне, набъбване); подобрена атакуваност от протеолитични ензими (включително храносмилателни); повишаване на реактивността на протеините; агрегация на протеинови молекули.

Загубата на биологична активност от протеините в резултат на термичната им денатурация води до инактивиране на ензимите, съдържащи се в растителни и животински клетки, както и до смърт на микроорганизми, които влизат в продуктите по време на тяхното производство, транспортиране и съхранение. Като цяло този процес се оценява положително, тъй като крайният продукт, при липса на повторно замърсяване с микроорганизми, може да се съхранява за относително дълго време (охладен или замразен).

В резултат на загубата на видова специфичност от протеини, хранителната стойност на продукта не намалява. В някои случаи това свойство на протеините се използва за контрол на технологичния процес. Например, чрез промяната в цвета на хромопротеина на месото, миоглобин, от червен до светлокафяв, се оценява кулинарната готовност на повечето месни ястия.

Загубата на хидратационен капацитет от протеините се обяснява с факта, че когато се промени конформацията на полипептидните вериги, на повърхността на протеиновите молекули се появяват хидрофобни групи, а хидрофилните групи се блокират в резултат на образуването на вътремолекулни връзки.

Подобряването на хидролизата на денатуриран протеин чрез протеолитични ензими, увеличаването на неговата чувствителност към много химични реагенти се обяснява с факта, че пептидните групи и много функционални (реактивни) групи в естествения протеин са защитени от външна хидратираща обвивка или са разположени вътре протеиновата глобула и по този начин защитена от външни влияния.

При денатурация тези групи се появяват на повърхността на протеиновата молекула.

Агрегиране - Това е взаимодействието на денатурирани протеинови молекули, в резултат на което се образуват междумолекулни връзки, както силни, например дисулфидни, така и многобройни слаби.

Последица от агрегацията на протеинови молекули е образуването на по -големи частици. Последиците от по -нататъшното агрегиране на протеинови частици са различни в зависимост от концентрацията на протеина в разтвора. В разтвори с ниска концентрация се образуват протеинови люспи, които се утаяват или изплуват на повърхността на течността (често с образуване на пяна). Примери за този вид агрегиране са утаяването на денатурирани люспи от лакталбумин (при кипене на мляко), образуването на люспи и протеинова пяна върху повърхността на месни и рибни бульони. Концентрацията на протеини в тези разтвори не надвишава 1%.

Когато протеините се денатурират в по -концентрирани протеинови разтвори, в резултат на тяхното агрегиране се образува непрекъснато желе, което задържа цялата вода, съдържаща се в системата. Този тип агрегация на протеини се наблюдава при топлинна обработка на месо, риба, яйца и различни смеси на тяхна основа. Оптималната концентрация на протеини, при която протеиновите разтвори образуват непрекъснато желе при условия на нагряване, е неизвестна. Като се има предвид, че способността за желиране в протеините зависи от конфигурацията (асиметрията) на молекулите, трябва да се приеме, че посочените граници на концентрация са различни за различните протеини.

Протеините в състояние на повече или по -малко напоени желе стават по -плътни по време на термична денатурация, т.е. тяхното обезводняване настъпва с отделянето на течността в околната среда. Желето, подложено на нагряване, като правило има по -нисък обем, маса, пластичност, както и повишена механична якост и по -голяма еластичност в сравнение с оригиналното желе от естествени протеини. Тези промени също са следствие от агрегацията на денатурирани протеинови молекули. Реологичните характеристики на такива уплътнени желе зависят от температурата, рН на средата и продължителността на нагряване.

Денатурация на протеини в желе, придружена от тяхното уплътняване и отделяне на вода, възниква при топлинна обработка на месо, риба, готвене на бобови растения, печене на тесто тесто.

Всеки протеин има специфична температура на денатурация. В хранителните продукти и полуфабрикатите обикновено се отбелязва най-ниското температурно ниво, при което започват видими промени в денатурацията на най-лабилните протеини. Например, за рибните протеини тази температура е около 30 C, белтъците - 55 C.

При стойности на рН, близки до изоелектричната точка на протеина, денатурацията настъпва при по -ниска температура и е придружена от максимална дехидратация на протеина. Изместването на рН на средата от едната или другата страна от изоелектричната точка на протеина увеличава неговата термична стабилност. Така глобулин Х, изолиран от мускулна тъкан на риба, който има изоелектрична точка при рН 6,0, се денатурира при 50 ° С в слабо кисела среда (рН 6,5) и при 80 ° С в неутрална (рН 7,0) среда.

Реакцията на средата също влияе върху степента на дехидратация на протеините в желето по време на термична обработка на продуктите. Насочената промяна в реакцията на околната среда се използва широко в технологиите за подобряване на качеството на ястията.

Какво е денатурация на протеин

Така че, когато задушавате домашни птици, риба, задушавате месо, мариновате месо и риба преди пържене, добавете киселина, вино или други кисели подправки, за да създадете кисела среда със стойности на рН, които са доста под изоелектричната точка на протеините на продукта. При тези условия дехидратацията на протеините в желето намалява и крайният продукт се оказва по -сочен.

В кисела среда колагенът от месо и риба набъбва, температурата му на денатурация намалява, преходът към глутин се ускорява, в резултат на което крайният продукт е по -нежен.

Температурата на денатурация на протеините се повишава в присъствието на други, по-термостабилни протеини и някои не-протеинови вещества, като захароза. Това свойство на протеините се използва, когато по време на топлинна обработка се наложи повишаване на температурата на сместа (например за целите на пастьоризация), предотвратявайки денатурация на протеини. Топлинната денатурация на някои протеини може да настъпи без видими промени в протеиновия разтвор, което се наблюдава например в млечния казеин.

Варените храни могат да съдържат повече или по -малко естествени, неденатурирани протеини, включително някои ензими.

Предишна12345678910111213141516Следваща

ВИЖ ПОВЕЧЕ:

Лабилност на пространствената структура на протеините и тяхната денатурация. Фактори, причиняващи денатурация.

Протеиновата лабилност е склонност към леки промени в конформацията поради разкъсване на някои и образуване на други слаби връзки. Конформацията на протеин може да се промени, когато химичните и физичните свойства на средата се променят, както и когато протеинът взаимодейства с други молекули. В този случай има промяна в пространствената структура не само на зоната в контакт с друга молекула, но и на конформацията като цяло.

Денатурацията е загуба на естествена конформация на протеин със загуба на специфичната функция на протеина. Това се случва, когато множество, но слаби връзки в протеинова молекула се разкъсват под въздействието на различни фактори. НО! Когато денатурацията не разрушава пептидни връзки, първичната структура ЩЕ ... ЖИВЕЕ ...

Какви фактори са способни да денатурират протеин? Многобройни.
1. Топлина, над 50 градуса по Целзий. Топлинното движение се увеличава, връзките се прекъсват.
2. Интензивно разклащане на разтворакогато настъпи контакт с въздуха и настъпи промяна в съчетанието на молекули.
3. Органична материя(етилов алкохол, фенол и т.н.) способни да взаимодействат с функционални групи аминокиселини, което води, предполагам правилно !, до промяна в конформацията.
3. Киселинии основи, промяната на рН на средата води до преразпределение на връзките в протеина.
4. СОЛИ НА ТЕЖКИ МЕТАЛИ, образуват силни връзки с функционални групи, променящи се активност и конформация.
5. Детергенти(сапун) - съдържащ хидрофобен въглеводороден радикал и хидрофилна функция. група. Хидрофобните участъци на протеина и детергента се намират взаимно в сложния свят на разтвора и променят конформацията на протеина, но не се утаяват, тъй като те се поддържат на повърхността от хидрофилните области на детергента.

14. Шаперони - клас протеини, които защитават други протеини от денатурация в клетката и улесняват образуването на тяхната естествена конформация.

Шаперони- протеини, които могат да се свързват с други протеини, които са в нестабилно състояние, склонни към агрегация. Те са в състояние да осигурят тяхната конформация, осигурявайки сгъване на протеини.

Те са класифицирани по следния начин - по молекулно тегло в 6 основни групи:
1. Високо молекулно тегло с молекулно тегло от 100 до 110 kDa.
2.

Денатурация на протеин

Ш-90, от 83 до 90 kD.
3. Ш-70, от 66 до 78 kD.
4. Ш-60.
5. Ш-40.
6. Шаперони с ниско молекулно тегло от 15 до 30 kDa.

Сред придружителите се разграничават:
1. Съставна, техният брой е постоянен в клетката, независимо от външното влияние върху нея.
2. Индуцируема, протеини на топлинен шок, чийто бърз синтез се отбелязва в почти всички клетки, които са изложени на всякакви стресови влияния.

Шаперонният комплекс има висок афинитет към протеини, на повърхността на които има елементи, характерни за разгънатите молекули. Веднъж попаднал в кухината на шапероновия комплекс, протеинът се свързва с хидрофобни радикали в апикалните области на III-60. В специфичната среда на тази кухина, в изброяването на възможните протеинови конформации, докато не бъде намерена единична, енергийно най -благоприятна конформация.

15. Разнообразие от протеини. Глобуларни и фибриларни протеини, прости и сложни. Класификация на протеините по техните биологични функции и по семейства: (серинови протеази, имуноглобулини).

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ПРОТЕИНИ ПО МОЛЕКУЛЕНА ОБРАЗА

Това е една от най -старите класификации, която разделя протеините на 2 групи: кълбовиднии фибриларен... Кълбовидните протеини включват протеини, чието съотношение на надлъжната и напречната ос не надвишава 1:10 и по -често е 1: 3 или 1: 4, т.е. протеиновата молекула е елипсовидна. Повечето отделни човешки протеини се наричат ​​глобуларни протеини. Те имат компактна структура и много от тях, поради отстраняването на хидрофобни радикали вътре в молекулата, са лесно разтворими във вода. Илюстративни примери за структурата и функционирането на глобуларните протеини са миоглобинът и хемоглобините, разгледани по -горе.

Фибриларенпротеините имат удължена, нишковидна структура, в която съотношението на надлъжната и напречната ос е повече от 1:10. Фибриларните протеини включват колагени, еластин, кератин, които изпълняват структурна функция в човешкото тяло, както и миозин, който участва в свиването на мускулите, и фибрин, протеин от системата за коагулация на кръвта. Използвайки колагени и еластин като примери, ще разгледаме структурните характеристики на тези протеини и връзката между тяхната структура и функция.

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ПРОТЕИНИ ПО ХИМИЧНА СТРУКТУРА

Прости протеини

Някои протеини съдържат само полипептидни вериги, състоящи се от аминокиселинни остатъци. Те се наричат ​​"прости протеини". Пример за прости протеини са основните протеини на хроматин - хистони; те съдържат много аминокиселинни остатъци от лизин и аргинин, чиито радикали имат положителен заряд. Гореспоменатият извънклетъчен матричен протеин еластин също се нарича прости протеини.

Сложни протеини

Въпреки това, много протеини, освен полипептидни вериги, съдържат в състава си белтъчната частприкрепен към протеин чрез слаби или ковалентни връзки. Непротеиновата част може да бъде представена от метални йони, всякакви органични молекули с ниско или високо молекулно тегло. Такива протеини се наричат ​​"сложни протеини". Непротеиновата част, която е здраво свързана с протеина, се нарича протезна група..

Протезната група може да бъде представена от вещества от различно естество. Например, протеините, свързани с хема, се наричат ​​хемопротеини. Съставът на хемопротеините, в допълнение към протеините на хемоглобина и миоглобина, вече разгледани по -горе, включва ензими - цитохроми, каталаза и пероксидаза. Хем, прикрепен към различни протеинови структури, изпълнява функции, характерни за всеки от протеините в тях (например пренася О2 като част от хемоглобина, а електроните като част от цитохромите).

Протеините, комбинирани с остатък от фосфорна киселина, се наричат ​​фосфопротеини. Фосфорните остатъци са свързани чрез естерна връзка към хидроксилните групи на серин, треонин или тирозин с участието на ензими, наречени протеинкинази.

Протеините често включват въглехидратни остатъци, които придават на протеините допълнителна специфичност и често намаляват скоростта на тяхната ензимна протеолиза. Тези протеини се наричат ​​гликопротеини. Много кръвни протеини, както и рецепторни протеини на клетъчната повърхност, се наричат ​​гликопротеини.

Протеините, които функционират в комплекс с липиди, се наричат ​​липопротеини, а в комплекс с метали - металопротеини.

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ПРОТЕИНИ

ПО ФУНКЦИИ

Протеинова денатурация и ренатурация

Унищожаването на естествената конформация е придружено от загуба на протеинова функция, тоест води до загуба на неговата биологична активност. Този процес се нарича денатурация. Денатурация настъпва, когато слабите връзки, отговорни за образуването на вторична, третична и четвъртична структура на протеина, се разрушават. Повечето протеини губят биологичната си активност, когато свойствата на средата се променят под въздействието на силни фактори: в присъствието на минерални киселини, основи, при нагряване, под въздействието на соли на тежки метали (Ag, Pb, Hg), органични разтворители, детергенти (амфифилни съединения).

За повечето протеини денатурацията е придружена от необратима загуба на тяхната биологична активност. Известни са обаче примери за ренатурация или обратима денатурация, например на ензима рибонуклеаза. Рибонуклеаза, глобуларен протеин, състоящ се от 1 полипептидна верига, когато се обработва β- меркаптоетанол претърпява денатурация и губи ензимна активност, глобулата се отпуска. Ако денатуриращите агенти се отстранят от средата (чрез диализа), каталитичната активност на рибонуклеазата се възстановява, тоест протеинът се ренатурира или реактивира. Това означава, че рибонуклеазата спонтанно възстановява точно един вариант от много възможни комбинации от връзки, което я връща към нейната биологично активна конформация.

Шаперон защита на протеини in vivo

В клетъчната среда протеиновите молекули могат да имат нестабилни конформации, да са в нестабилно състояние, склонни към агрегация и денатурация. Възстановяването на протеини при клетъчни условия е трудно. Но в тялото има специални протеини, шаперони, които са в състояние да стабилизират състоянието на нестабилни протеини, да възстановят естествената конформация и да предпазват протеините от вредните ефекти на стресови ситуации.

Насоки за защита на придружителя

• Защита на процесите на протеинов синтез и образуване на триизмерна биологично активна конформация.

Пространствената структура на протеин (вторичен и третичен) се формира по време на транслация (синтез на протеин) с нарастването на полипептидната верига. Въпреки това, в клетъчна среда с висока концентрация на реактивни биомолекули, независимото сгъване на полипептидната верига в космоса е трудно.

Изборът на естествена конформация на синтезирания протеин осигурява протеини шаперон.

На етапа на синтез, шаперони-70 (с молекулно тегло около 70 kDa) се свързват с техните хидрофобни аминокиселинни радикали към хидрофобните области на нарастващата протеинова верига, предпазвайки от външни взаимодействия.

Последният етап от формирането на триизмерна пространствена структура, т.е. сгъването на протеин с високо молекулно тегло, се извършва вътре в комплекс от шаперони, състоящ се от 14 протеинови молекули от шаперони-60, където, изолирани от други молекули на клетъчната среда, протеинът намира своята единствена, най -стабилна конформация, която притежава биологична активност.

• Възстановяване, възстановяване на естествената конформация на протеините.

Известно е, че денатурацията на протеинови молекули може да настъпи с ниска скорост в клетъчна среда. Връщането на активното конформационно състояние на протеините, т.е. тяхното ренатуриране, в клетката се усложнява от факта, че денатурираните молекули имат разгънати полипептидни вериги, открити хидрофобни и други реактивни места, които установяват връзки с други молекули, което затруднява връщането им правилната пространствена структура.

Chaperones-60 помагат за възстановяване на естествената структура на частично увредения протеин, който навлиза в кухината на комплекса chaperone, където няма фактори, които да пречат на обновяването. След възстановяване на термодинамично благоприятната конформация, протеинът се връща в цитозола.

Защита на протеините от увреждащи фактори.

Такава защита се осъществява от специална група шаперони, наречена индуцируема, тоест синтезът им при нормални условия е незначителен, а когато прекомерните фактори действат върху тялото, тя рязко се увеличава. Тази група придружители принадлежи към протеини на топлинен шок, тъй като за първи път те са открити в клетки, след излагане на високи температури. Протеините на топлинен шок, свързвайки се с клетките на нашето тяло, ги предпазват, предотвратявайки по -нататъшно разграждане под въздействието на висока температура, ниска температура, UV, с рязка промяна на рН, концентрация на вещества, под действието на токсини, тежки метали, в случай на отравяне с химически реактиви, при хипоксия, при инфекции и други стресови ситуации.

Нарушения на сгъване на протеиниможе да има големи клинични последици. Прионите са протеини, които са матрица за нарушаване на сгъването на собствените клетъчни протеини PrPc. В резултат на това се образува форма на PrPSc протеин, който съдържа голяма част от β-структурата, способен е да образува големи агрегати и е устойчив на протеолитично разграждане.

Прионните болести могат да започнат с инфекция (болест на луда крава, скрейпи, болест на Куру) или с мутация (болест на Кройцфелд-Якоб).

Класификация на протеини

По състав:

Протеин

Прост комплекс

аминокиселини и не-протеинов компонент

Непротеиновият компонент на сложните протеини може да бъде представен от различни вещества.

Свойства на денатурирани протеини, видове денатурация

Денатурацията е процес на нарушаване на по -високите нива на организация на протеинова молекула (вторична, третична, четвъртична) под въздействието на различни фактори.

В този случай полипептидната верига се разгъва и е в разтвор в разгъната форма или под формата на разбъркана намотка.

По време на денатурацията хидратираната обвивка се губи и протеинът се утаява и в същото време губи своите естествени свойства.

Денатурацията се причинява от физически фактори: температура, налягане, механични влияния, ултразвукова и йонизираща радиация; химични фактори: киселини, основи, органични разтворители, алкалоиди, соли на тежки метали.

Има 2 вида денатурация:

1. Обратна денатурация - ренатурацията или реактивирането е процес, при който денатуриран протеин, след отстраняване на денатуриращи вещества, се реорганизира в първоначалната структура с възстановяване на биологичната активност.
2. необратимата денатурация е процес, при който биологичната активност не се възстановява след отстраняването на денатуриращи агенти.

Свойства на денатурирани протеини.

1. Увеличаване на броя на реактивни или функционални групи в сравнение с естествената протеинова молекула (това са COOH, NH2, SH, OH групи, групи странични радикали на аминокиселини).

2. Намаляване на разтворимостта и утаяването на протеини (свързано със загубата на хидратиращата обвивка), разгъване на протеиновата молекула, с "откриване" на хидрофобни радикали и неутрализиране на зарядите на полярните групи.

3. Промяна в конфигурацията на протеинова молекула.

4. Загуба на биологична активност, причинена от нарушение на естествената структура.

5. По -лесно разцепване чрез протеолитични ензими в сравнение с нативния протеин - преминаването на компактна нативна структура в разширена хлабава форма улеснява достъпа на ензимите до пептидните връзки на протеина, които те разрушават.

Ензимните методи на хидролиза се основават на селективността на действието на протеолитичните ензими, разцепващи пептидни връзки между определени аминокиселини.

Пепсинът разцепва връзките, образувани от остатъци на фенилаланин, тирозин и глутаминова киселина.

Трипсин разрушава връзките между аргинин и лизин.

Химотрипсин хидролизира връзките на триптофан, тирозин и фенилаланин.

Хидрофобните взаимодействия, както и йонните и водородните връзки, са сред слабите, тъй като тяхната енергия само малко надвишава енергията на топлинното движение на атомите при стайна температура (тоест дори при дадена температура връзките могат да се скъсат).

Поддържането на характерната протеинова конформация е възможно поради появата на много слаби връзки между различните части на полипептидната верига.

Протеините обаче се състоят от огромен брой атоми в постоянно (броуновско) движение, което води до малки движения на отделни участъци от полипептидната верига, които обикновено не нарушават цялостната структура на протеина и неговата функция. Следователно, протеините имат конформационна лабилност - склонност към малки промени в конформацията поради разкъсването на някои и образуването на други слаби връзки. Конформацията на протеин може да се промени, когато химичните и физичните средства на околната среда се променят, както и когато протеинът взаимодейства с други молекули. В този случай има промяна в пространствената структура не само на мястото в контакт с друга молекула, но и на конформацията на протеина като цяло. Конформационните промени играят огромна роля във функционирането на протеините в живата клетка.

ДЕНАТУРАЦИЯ - това е лишаването на протеин от неговите естествени, естествени свойства, придружено от разрушаване на четвъртичната (ако има такава), третична, а понякога и вторичната структура на протеиновата молекула, която възниква, когато участват дисулфидните и слабите видове връзки при образуването на тези структури се унищожават.В същото време първичната структура се запазва, тъй като се образува от силни ковалентни връзки. Разрушаването на първичната структура може да възникне само в резултат на хидролиза на протеиновата молекула чрез продължително кипене в киселинен или алкален разтвор.

Фактори, причиняващи денатурация на протеини

Факторите, които причиняват денатурация на протеини, могат да бъдат разделени на физическии химикал.

Физически фактори

1. Високи температури. Различните протеини имат различна чувствителност към топлина. Някои от протеините се денатурират вече при 40-50 0 С. Такива протеини се наричат термолабилен... Други протеини се денатурират при много по -високи температури и са термостабилен.

2. Ултравиолетово облъчване

3. Рентгеново и радиоактивно облъчване

4. Ултразвук

5. Механично въздействие (напр. Вибрация).

Химически фактори

1. Концентрирани киселини и основи. Например трихлороцетна киселина (органична), азотна киселина (неорганична).

2. Соли на тежки метали (например CuSO 4).

3. Органични разтворители (етилов алкохол, ацетон)

4. Растителни алкалоиди.

5. Урея във високи концентрации

5. Други вещества, способни да разрушат слаби видове връзки в протеиновите молекули.

Излагането на фактори на денатурация се използва за стерилизиране на оборудване и инструменти, както и антисептици.

Възстановяване на протеини, протеини шаперон.

Третичната структура на протеина се определя от неговата първична структура. Това се доказва от факта, че някои протеини са денатурирани обратимо, т.е. способни да възстановят родната конформация - ренатурация. Класически пример: рибонуклеаза А напълно се денатурира в разтвор на карбамид, но след отстраняване на урея, денатурираната молекула на този ензим възстановява първоначалната си структура и каталитична активност. В този случай дори дисулфидните връзки се възстановяват.

Шаперони (англ. придружители) е клас протеини, чиято основна функция е да възстанови правилната естествена третична или четвъртична структура на протеините, както и образуването и дисоциацията на протеинови комплекси.

Функции

Много шаперони са протеини на топлинен шок, тоест протеини, чиято експресия започва в отговор на повишаване на температурата или друг клетъчен стрес. Топлината има дълбок ефект върху сгъването на протеини и някои придружители участват в коригирането на потенциалната вреда, която настъпва от нагъването на протеини. Други шаперони участват в сгъването на новосъздадените протеини, докато се изтеглят от рибозомата. И въпреки че повечето от ново синтезираните протеини могат да се сгънат в отсъствието на шаперони, определено малцинство задължително изисква тяхното присъствие.

В допълнение, протеините с шаперон имат високи регенеративни функции. Те се борят с основната причина за стареенето на кожата. Произведени в клетките на кожата, шапероните допринасят за нормалното сгъване на протеините в стабилни четвъртични структури. На базата на протеини от топлинен шок вече се създават нови поколения гелове с шаперони, които помагат на кожата да получи липсващите протеини, защото производството на шаперони намалява с възрастта.

Други видове шаперони участват в транспортирането на вещества през мембраните, например в митохондриите и ендоплазмения ретикулум при еукариотите.

Протеиновата денатурация е процес, който е свързан с нарушаване на вторичните, третичните, четвъртичните структури на молекулата под въздействието на различни фактори.

Характеристики на процеса

То е придружено от разгъване на полипептидната връзка, която в разтвор първоначално е представена под формата на неуредена намотка.

Процесът на денатурация на протеин е придружен от загуба на хидратиращата обвивка, утаяване на протеина и загуба на неговите естествени свойства.

Сред основните фактори, които провокират процеса на денатурация, ще отделим физическите параметри: налягане, температура, механично действие, йонизиращо и ултразвуково излъчване.

Денатурацията на протеини се случва под въздействието на органични разтворители, минерални киселини, основи, соли на тежки метали, алкалоиди.

Изгледи

В биологията има два вида денатурация:

• Обратимата денатурация на протеин (ренатурация) включва процес, при който денатурираният протеин се възстановява до първоначалната си структура след елиминиране на всички денатуриращи вещества. В този случай биологичната активност се връща напълно.
• Необратимата денатурация предполага пълното унищожаване на молекулата, дори след като денатуриращите реагенти бъдат отстранени от разтвора, физиологичната активност не се връща.

Характеристики на денатурирани протеини

След като протеинът е денатуриран, той придобива определени свойства:

1. В сравнение с молекулата на естествен протеин, броят на функционалните или реактивни групи в молекулата се увеличава.
2. Разтворимостта и процесът на утаяване на протеини намаляват, което се улеснява от загубата на водната мембрана. Настъпва разгъване на структурата, появяват се хидрофобни радикали и се наблюдава неутрализиране на зарядите на полярни фрагменти.
3. Конфигурацията на протеиновата молекула се променя.
4. Биологичната активност се губи, причината за това ще бъде нарушение на естествената структура.

Ефекти

След денатурация естествената компактна структура се трансформира в хлабава разширена форма и проникването на ензими, необходими за разрушаване до пептидните връзки, се опростява.

Конформацията на протеиновите молекули се определя от наличието на достатъчен брой връзки между различни части на определена полипептидна верига.

Протеините, състоящи се от достатъчен брой атоми, които са в непрекъснато хаотично движение, допринасят за определени движения на части от полипептидната верига, което причинява нарушение на общата структура на протеините, намаляване на физиологичните му функции.

Протеините имат конформационна лабилност, тоест предразположение към незначителни промени в конформацията, които настъпват в резултат на разрушаването на някои и образуването на други връзки.

Денатурацията на протеин води до промени в неговите химични свойства, способността да взаимодействат с други вещества. Има промяна в пространствената структура и зоната в пряк контакт с друга молекула, както и в цялата конформация като цяло. Наблюдаваните конформационни промени са важни за функционирането на протеините в жива клетка.

Механизъм за унищожаване

Процесът на денатурация на протеин включва разрушаване на химични (водородни, дисулфидни, електростатични) връзки, които стабилизират по -високите нива на организация на протеиновата молекула. В резултат на това пространствената структура на протеина се променя. В много ситуации не се наблюдава разрушаване на неговата първична структура. Това прави възможно след размотаването на полипептидната верига спонтанно усукване на протеина, създавайки "произволна топка". В такава ситуация се наблюдава преход към неуредено състояние, което има значителни разлики от родната конформация.

Заключение

Температурата на денатурация на протеин надвишава 56 градуса по Целзий. Намаляването на разтворимостта и хидрофилността на молекулите, увеличаването на оптичната активност, намаляването на стабилността на протеиновите разтвори и увеличаването на вискозитета се считат за типични признаци на преминаване на необратима денатурация на протеинови молекули.

Денатурацията причинява агрегиране на частици, те могат да се утаяват. Ако денатуриращ агент действа върху протеин за кратък интервал от време, вероятността за възстановяване на естествената протеинова структура е висока. Тези процеси се използват широко при преработката на храни, консервирането, производството на обувки, дрехи и сушенето на плодове и зеленчуци. Денатурацията се използва във ветеринарната медицина, медицината, клиниката, фармацията, в биохимичните изследвания, свързани с утаяването на протеин в биологичния материал. Освен това се извършва идентификация на не-протеинови и нискомолекулни случаи в изпитвания разтвор, в резултат на което може да се установи количественото съдържание на веществата. В момента те търсят начини за защита на протеиновите молекули от унищожаване.

Свойства и функции на протеините

Структурата и свойствата на протеините могат да се променят под въздействието на различни физико -химични фактори: действието на концентрирани киселини и основи, тежки метали, температурни промени и пр. Някои от протеините лесно променят структурата си при незначителния ефект на различни фактори, докато други са устойчиви на подобни влияния. Основните свойства на протеина са денатурация, ренатурация, разрушаване.

Денатурация

Денатурация Това е процес на нарушаване на естествената структура на протеин, като същевременно се запазват пептидни връзки (първична структура). Може би необратими процес. Но ако негативните фактори престанат да действат в ранните етапи, протеинът може да възстанови нормалното си състояние, тоест обратно денатурация - настъпва ренатурация.

Възстановяване

Възстановяване Дали способността на протеина да възстанови нормалната си структура след елиминирането на действието на отрицателните фактори. Изпълнението на някои функции - двигателни, сигнални, каталитични и т.н. - в живите организми е свързано с частична обратна денатурация на протеини.

Унищожаване

Унищожаване Това е процесът на разрушаване на първичната структура на протеина. Винаги е необратим процес.

Протеинови функции

Протеините имат следните основни функции:

1. Структурно (строителство). Те са част от мембрани, микротубули и микрофиламенти, които действат като цитоскелет. Връзките съдържат протеин еластин, косата, ноктите и перата съдържат протеина кератин, хрущялите и сухожилията съдържат протеиновия колаген, а костите съдържат протеина осеин.
2. Защитно. Лимфоцитите произвеждат специализирани протеини - антитела, които са способни да разпознават и неутрализират бактерии, вируси, чужди за организма протеини. Протеините фибрин, тромбопластин и тромбин участват в процесите на коагулация на кръвта. Те предотвратяват значителна загуба на кръв. Растенията също синтезират редица защитни протеини в отговор на атака от патогени.
3. Сигнал. Осигурява селективно усвояване на определени вещества от клетката и спомага за нейната защита. В същото време отделните сложни протеини на клетъчните мембрани са в състояние да разпознават определени химични съединения и да реагират на тях. Те се свързват с тях или променят тяхната структура и предават сигнали за тези вещества към други части на мембраната или във вътрешността на клетката.

1. Мотор (контрактилен). Осигурете способността на клетката да се движи, да промени формата си. Например, свиващите се протеини актин и миозин функционират в скелетните мускули и много други клетки. Съставът на микротубулите на ресничките и жгутиците на еукариотни клетки включва протеина тубулин.
2. Регулаторни. Те са хормони с протеинова природа при животните, които регулират растежа, пубертета, половите цикли, промените в кожата и др. Някои протеини регулират метаболитната активност.
3. Транспорт. Белтъците транспортират неорганични йони, газове (кислород, въглероден диоксид), специфични органични вещества. Транспортните протеини се съдържат в клетъчните мембрани, в еритроцитите и пр. В кръвта има транспортни протеини, които разпознават и свързват определени хормони и ги пренасят до определени клетки. Например хемоцианинът (син протеин) при безгръбначните, хемоглобинът при гръбначните пренася кислород.
4. Съхранение. Те могат да се съхраняват в ендосперма на семената на много растителни видове (в зърнени култури от 15-25%, бобови растения - до 45%), в яйца на птици, влечуги и др.
5. Хранителен. Ембрионът от семената на някои растения консумира протеини в ранните етапи на развитие, които се депозират в резервата.
6. Енергия. При разграждането на протеините се отделя енергия. Аминокиселините, които се образуват по време на разграждането на протеините, се използват или за биосинтеза на протеини, необходими на организма, или се разграждат с освобождаването на енергия. При пълното разграждане на 1 g протеини се отделя средно 17,2 kJ енергия. Протеините като източник на енергия обаче се използват много рядко, главно, когато запасите от въглехидрати и мазнини са изчерпани.
7. Ензимен (каталитичен). Тази функция се изпълнява от протеини - ензими, които ускоряват биохимичните реакции в организма.
8. Функция против замръзване. Кръвната плазма на някои живи организми съдържа протеини, които предотвратяват замръзването му при ниски температури.

Някои организми, живеещи в горещи условия, имат протеини, които не се денатурират дори при температури от + 50 ... 90 ° C.

Някои протеини образуват сложни комплекси с пигменти и нуклеинови киселини.