Podľa Oparin-Haldaneovej teórie život na našej planéte vznikol z koacervátových kvapiek. Bola to tiež molekula proteínu. To znamená, že z toho vyplýva záver, že práve tieto chemické zlúčeniny sú základom všetkého života, ktorý dnes existuje. Ale čo sú to proteínové štruktúry? Akú úlohu zohrávajú v tele a životoch ľudí dnes? Aké druhy bielkovín existujú? Skúsme na to prísť.
Proteíny: všeobecný pojem
Z hľadiska chemickej štruktúry je molekula danej látky sekvenciou aminokyselín prepojených peptidovými väzbami.
Každá aminokyselina má dve funkčné skupiny:
- karboxylová -COOH;
- aminoskupina -NH2.
Práve medzi nimi vzniká väzba v rôznych molekulách. Peptidová väzba má teda formu -CO-NH. Molekula proteínu môže obsahovať stovky alebo tisíce takýchto skupín, bude to závisieť od konkrétnej látky. Druhy bielkovín sú veľmi rôznorodé. Medzi nimi sú tie, ktoré obsahujú esenciálne aminokyseliny pre telo, čo znamená, že musia byť prijímané s jedlom. Existujú odrody, ktoré vykonávajú dôležité funkcie v bunkovej membráne ajeho cytoplazme. Izolujú sa aj biologické katalyzátory – enzýmy, ktoré sú zároveň molekulami bielkovín. Sú široko používané v ľudskom živote a nielen sa podieľajú na biochemických procesoch živých bytostí.
Molekulová hmotnosť uvažovaných zlúčenín sa môže pohybovať od niekoľkých desiatok do miliónov. Koniec koncov, počet monomérnych jednotiek vo veľkom polypeptidovom reťazci je neobmedzený a závisí od typu konkrétnej látky. Proteín vo svojej čistej forme, v jeho natívnej konformácii, možno vidieť pri skúmaní surového kuracieho vajca. Svetlo žltá, priehľadná, hustá koloidná hmota, vo vnútri ktorej sa nachádza žĺtok - to je požadovaná látka. To isté možno povedať o nízkotučnom tvarohu. Tento produkt je tiež takmer čistým proteínom vo svojej prirodzenej forme.
Nie všetky uvažované zlúčeniny však majú rovnakú priestorovú štruktúru. Celkovo sa rozlišujú štyri organizácie molekuly. Typy proteínových štruktúr určujú jeho vlastnosti a naznačujú zložitosť štruktúry. Je tiež známe, že viac priestorovo zapletené molekuly podliehajú rozsiahlemu spracovaniu u ľudí a zvierat.
Typy proteínových štruktúr
Celkovo sú štyri. Zvážte, aký je každý z nich.
- Primárne. Predstavuje obvyklú lineárnu sekvenciu aminokyselín spojených peptidovými väzbami. Neexistujú žiadne priestorové zvraty, žiadna špirála. Počet väzieb zahrnutých v polypeptide môže dosiahnuť niekoľko tisíc. Druhy bielkovín spodobná štruktúra - glycylalanín, inzulín, históny, elastín a iné.
- Sekundárny. Skladá sa z dvoch polypeptidových reťazcov, ktoré sú skrútené do tvaru špirály a orientované k sebe pomocou vytvorených závitov. V tomto prípade sa medzi nimi vytvoria vodíkové väzby, ktoré ich držia pohromade. Takto vzniká jedna molekula proteínu. Typy proteínov tohto typu sú nasledovné: lyzozým, pepsín a iné.
- Terciárna konformácia. Je to husto zbalená a kompaktne stočená sekundárna štruktúra. Tu sa objavujú okrem vodíkových väzieb aj iné typy interakcie – ide o van der Waalsovu interakciu a sily elektrostatickej príťažlivosti, hydrofilno-hydrofóbny kontakt. Príkladmi štruktúr sú albumín, fibroín, hodvábny proteín a iné.
- kvartér. Najkomplexnejšia štruktúra, ktorou je niekoľko polypeptidových reťazcov stočených do špirály, zvinutých do gule a spojených do guľôčky. Príklady ako inzulín, feritín, hemoglobín, kolagén ilustrujú práve takúto konformáciu proteínu.
Ak všetky dané štruktúry molekúl podrobne zvážime z chemického hľadiska, analýza bude trvať dlho. V skutočnosti, čím vyššia je konfigurácia, tým zložitejšia a komplikovanejšia je jej štruktúra, tým viac typov interakcií je pozorovaných v molekule.
Denaturácia molekúl bielkovín
Jednou z najdôležitejších chemických vlastností polypeptidov je ich schopnosť rozkladať sa pod vplyvom určitých podmienok alebo chemických činidiel. takzerozšírené sú napríklad rôzne typy denaturácie bielkovín. Čo je to za proces? Spočíva v deštrukcii prirodzenej štruktúry proteínu. To znamená, že ak mala molekula pôvodne terciárnu štruktúru, potom sa po pôsobení špeciálnych činidiel zrúti. Sekvencia aminokyselinových zvyškov však zostáva v molekule nezmenená. Denaturované bielkoviny rýchlo strácajú svoje fyzikálne a chemické vlastnosti.
Aké činidlá môžu viesť k procesu deštrukcie konformácie? Je ich niekoľko.
- Teplota. Pri zahrievaní dochádza k postupnej deštrukcii kvartérnej, terciárnej, sekundárnej štruktúry molekuly. Vizuálne to možno pozorovať napríklad pri vyprážaní obyčajného kuracieho vajíčka. Výsledný „proteín“je primárnou štruktúrou albumínového polypeptidu, ktorý bol v surovom produkte.
- Žiarenie.
- Pôsobenie silnými chemickými látkami: kyseliny, zásady, soli ťažkých kovov, rozpúšťadlá (napríklad alkoholy, étery, benzén a iné).
Tento proces sa niekedy nazýva aj molekulárne tavenie. Typy denaturácie proteínov závisia od činidla, pod vplyvom ktorého k nej došlo. Okrem toho v niektorých prípadoch prebieha opačný proces. Toto je renaturácia. Nie všetky proteíny sú schopné obnoviť svoju štruktúru späť, no významná časť z nich to dokáže. Chemici z Austrálie a Ameriky teda vykonali renaturáciu uvareného kuracieho vajca pomocou niektorých činidiel a metódy odstreďovania.
Tento proces je dôležitý pre živé organizmy pri syntéze polypeptidureťazce ribozómov a rRNA v bunkách.
Hydrolýza molekuly proteínu
Okrem denaturácie sa proteíny vyznačujú ďalšou chemickou vlastnosťou – hydrolýzou. To je tiež deštrukcia natívnej konformácie, ale nie primárnej štruktúry, ale úplne jednotlivých aminokyselín. Dôležitou súčasťou trávenia je hydrolýza bielkovín. Typy hydrolýzy polypeptidov sú nasledovné.
- Chemický. Na základe pôsobenia kyselín alebo zásad.
- Biologické alebo enzymatické.
Podstata procesu však zostáva nezmenená a nezávisí od toho, aké typy hydrolýzy bielkovín prebiehajú. V dôsledku toho vznikajú aminokyseliny, ktoré sú transportované do všetkých buniek, orgánov a tkanív. Ich ďalšia transformácia spočíva v účasti syntézy nových polypeptidov, už tých, ktoré sú pre konkrétny organizmus nevyhnutné.
V priemysle sa proces hydrolýzy proteínových molekúl používa práve na získanie správnych aminokyselín.
Funkcie bielkovín v tele
Rôzne typy bielkovín, sacharidov a tukov sú životne dôležité zložky pre normálne fungovanie každej bunky. A to znamená celý organizmus ako celok. Preto je ich úloha z veľkej časti spôsobená vysokým stupňom významu a všadeprítomnosti v rámci živých bytostí. Je možné rozlíšiť niekoľko hlavných funkcií molekúl polypeptidov.
- Katalytický. Vykonávajú ho enzýmy, ktoré majú proteínovú štruktúru. Porozprávame sa o nich neskôr.
- Štrukturálne. Druhy bielkovín a ichfunkcie v organizme ovplyvňujú predovšetkým stavbu samotnej bunky, jej tvar. Okrem toho polypeptidy, ktoré plnia túto úlohu, tvoria vlasy, nechty, lastúry mäkkýšov a vtáčie perie. Sú tiež určitou armatúrou v tele bunky. Z týchto typov bielkovín sa skladá aj chrupavka. Príklady: tubulín, keratín, aktín a iné.
- Regulačné. Táto funkcia sa prejavuje účasťou polypeptidov na procesoch ako: transkripcia, translácia, bunkový cyklus, zostrih, čítanie mRNA a iné. Vo všetkých zohrávajú dôležitú úlohu ako dopravný dispečer.
- Signál. Túto funkciu vykonávajú proteíny umiestnené na bunkovej membráne. Prenášajú rôzne signály z jednej jednotky do druhej, čo vedie ku komunikácii medzi tkanivami. Príklady: cytokíny, inzulín, rastové faktory a iné.
- Doprava. Niektoré typy bielkovín a ich funkcie, ktoré vykonávajú, sú jednoducho životne dôležité. To sa deje napríklad pri bielkovine hemoglobín. Prenáša kyslík z bunky do bunky v krvi. Pre človeka je nenahraditeľný.
- Náhradné alebo záložné. Takéto polypeptidy sa hromadia v rastlinách a vo vajciach zvierat ako zdroj dodatočnej výživy a energie. Príkladom sú globulíny.
- Motív. Veľmi dôležitá funkcia najmä pre najjednoduchšie organizmy a baktérie. Koniec koncov, sú schopní sa pohybovať iba pomocou bičíkov alebo rias. A tieto organely svojou povahou nie sú nič iné ako bielkoviny. Príklady takýchto polypeptidov sú nasledovné: myozín, aktín, kinezín a iné.
Je zrejmé, že funkcie bielkovín v ľudskom tele a inéživé bytosti sú veľmi početné a dôležité. To opäť potvrdzuje, že život na našej planéte nie je možný bez zlúčenín, o ktorých uvažujeme.
Ochranná funkcia bielkovín
Polypeptidy dokážu chrániť pred rôznymi vplyvmi: chemickými, fyzikálnymi, biologickými. Napríklad, ak je telo v nebezpečenstve vo forme vírusu alebo baktérie mimozemskej povahy, potom s nimi vstupujú do boja imunoglobulíny (protilátky), ktoré plnia ochrannú úlohu.
Ak hovoríme o fyzických účinkoch, tak veľkú úlohu tu zohrávajú fibrín a fibrinogén, ktoré sa podieľajú na zrážaní krvi.
Potravinové bielkoviny
Typy bielkovín v strave sú nasledovné:
- kompletné - tie, ktoré obsahujú všetky aminokyseliny potrebné pre telo;
- incomplete – tie, v ktorých je neúplné zloženie aminokyselín.
Oboje sú však pre ľudské telo dôležité. Najmä prvá skupina. Každý človek, najmä v období intenzívneho vývoja (detstvo a dospievanie) a puberty, si musí v sebe udržiavať stálu hladinu bielkovín. Koniec koncov, už sme zvážili funkcie, ktoré tieto úžasné molekuly vykonávajú, a vieme, že prakticky ani jeden proces, ani jedna biochemická reakcia v nás sa nezaobíde bez účasti polypeptidov.
Preto musíte každý deň konzumovať denný príjem bielkovín, ktoré sú obsiahnuté v nasledujúcich produktoch:
- egg;
- mlieko;
- tvaroh;
- mäso a ryby;
- fazuľa;
- sója;
- fazuľa;
- arašidy;
- pšenica;
- ovos;
- šošovica a iné.
Ak skonzumujete 0,6 g polypeptidu na kg hmotnosti za deň, potom človeku tieto zlúčeniny nikdy nebudú chýbať. Ak telo dlhší čas nedostáva potrebné bielkoviny, dochádza k ochoreniu, ktoré má názov hladovanie po aminokyselinách. To vedie k závažným metabolickým poruchám a v dôsledku toho k mnohým ďalším ochoreniam.
Proteíny v klietke
V najmenšej štruktúrnej jednotke všetkých živých vecí – bunkách – sa nachádzajú aj bielkoviny. Okrem toho tam vykonávajú takmer všetky vyššie uvedené funkcie. Najprv sa vytvorí cytoskelet bunky pozostávajúci z mikrotubulov, mikrofilamentov. Slúži na udržanie tvaru, ako aj na transport vnútri medzi organelami. Rôzne ióny a zlúčeniny sa pohybujú pozdĺž proteínových molekúl, napríklad pozdĺž kanálov alebo koľajníc.
Úloha proteínov ponorených do membrány a umiestnených na jej povrchu je tiež dôležitá. Tu vykonávajú receptorové aj signálne funkcie, podieľajú sa na konštrukcii samotnej membrány. Stoja na stráži, čo znamená, že hrajú ochrannú úlohu. Aké typy proteínov v bunke možno priradiť k tejto skupine? Existuje veľa príkladov, tu je niekoľko.
- Aktín a myozín.
- Elastin.
- Keratín.
- Kolagén.
- Tubulín.
- Hemoglobín.
- Inzulín.
- Transcobalamín.
- Prevod.
- Albumín.
Je ich niekoľko stoviekrôzne typy proteínov, ktoré sa neustále pohybujú v každej bunke.
Typy bielkovín v tele
Samozrejme, sú veľmi rozmanité. Ak sa pokúsite nejako rozdeliť všetky existujúce proteíny do skupín, môžete získať niečo ako táto klasifikácia.
- Guľové proteíny. Sú to tie, ktoré sú reprezentované terciárnou štruktúrou, to znamená husto zabalenou globulou. Príklady takýchto štruktúr sú: imunoglobulíny, významný podiel enzýmov, veľa hormónov.
- Fibrilárne proteíny. Sú to prísne usporiadané závity so správnou priestorovou symetriou. Do tejto skupiny patria proteíny s primárnou a sekundárnou štruktúrou. Napríklad keratín, kolagén, tropomyozín, fibrinogén.
Vo všeobecnosti možno za základ klasifikácie bielkovín v tele brať mnohé vlastnosti. Zatiaľ tu nie je nikto.
Enzýmy
Biologické katalyzátory proteínovej povahy, ktoré výrazne urýchľujú všetky prebiehajúce biochemické procesy. Normálny metabolizmus je jednoducho nemožný bez týchto zlúčenín. Všetky procesy syntézy a rozpadu, zostavovania molekúl a ich replikácie, translácie a transkripcie a iné sa uskutočňujú pod vplyvom špecifického typu enzýmu. Príklady týchto molekúl sú:
- oxidoreduktáza;
- transferázy;
- catalase;
- hydrolázy;
- izomeráza;
- lyázy a iné.
Dnes sa enzýmy používajú v každodennom živote. Takže pri výrobe praniaV práškoch sa často používajú takzvané enzýmy – ide o biologické katalyzátory. Zlepšujú kvalitu prania pri dodržaní určeného teplotného režimu. Ľahko sa viaže na častice nečistôt a odstraňuje ich z povrchu látok.
Vzhľadom na ich bielkovinovú povahu však enzýmy neznášajú príliš horúcu vodu alebo blízkosť zásaditých alebo kyslých liekov. V tomto prípade skutočne dôjde k procesu denaturácie.
