Oravad- tohutu molekulmassiga looduslikud polüpeptiidid. Nad on osa kõigist elusorganismidest ja täidavad erinevaid bioloogilisi funktsioone.

Valgu struktuur.

Valkudel on 4 struktuuritasandit:

• valgu esmane struktuur- aminohapete lineaarne järjestus polüpeptiidahelas, volditud ruumis:

• valgu sekundaarne struktuur- polüpeptiidahela konformatsioon, sest väänlemine ruumis vaheliste vesiniksidemete tõttu NH ja NII rühmad. On 2 installimeetodit: α -spiraal ja β - struktuur.

• valgu tertsiaarne struktuur on keerise kolmemõõtmeline kujutis α - spiraal või β -struktuurid ruumis:

Selle struktuuri moodustavad tsüsteiinijääkide vahelised disulfiidsildad -S-S-. Sellise struktuuri moodustumisel osalevad vastupidiselt laetud ioonid.

• kvaternaarne valgu struktuur moodustub erinevate polüpeptiidahelate interaktsioonist:

Valkude süntees.

Süntees põhineb tahkefaasi meetodil, mille käigus esimene aminohape fikseeritakse polümeerkandjale ja sellele õmmeldakse järjestikku uued aminohapped. Seejärel eraldatakse polümeer polüpeptiidahelast.

Valgu füüsikalised omadused.

Valgu füüsikalised omadused on määratud struktuuriga, mistõttu valgud jagunevad kerajas(vees lahustuv) ja fibrillaarne(vees lahustumatu).

Valkude keemilised omadused.

1. Valkude denatureerimine(sekundaarse ja tertsiaarse struktuuri hävitamine koos primaarse säilimisega). Denatureerimise näiteks on munavalgete kalgendamine munade keetmisel.

2. Valkude hüdrolüüs- primaarstruktuuri pöördumatu hävitamine happelises või leeliselises lahuses koos aminohapete moodustumisega. Nii saate määrata valkude kvantitatiivse koostise.

3. Kvalitatiivsed reaktsioonid:

Biureti reaktsioon- peptiidsideme ja vase (II) soolade vastastikmõju leeliselises lahuses. Reaktsiooni lõpus muutub lahus lillaks.

ksantoproteiini reaktsioon- lämmastikhappega reageerimisel ilmneb kollane värvus.

Valkude bioloogiline tähtsus.

1. Valgud on ehitusmaterjal, millest ehitatakse üles lihased, luud ja koed.

2. Valgud – retseptorid. Nad edastavad ja võtavad vastu signaale naaberrakkudest keskkonnast.

3. Valgud mängivad olulist rolli organismi immuunsüsteemis.

4. Valgud täidavad transpordifunktsioone ja kannavad molekule või ioone sünteesi või akumuleerumiskohta. (Hemoglobiin kannab hapnikku kudedesse.)

5. Valgud – katalüsaatorid – ensüümid. Need on väga võimsad selektiivkatalüsaatorid, mis kiirendavad reaktsioone miljoneid kordi.

On mitmeid aminohappeid, mida keha ei saa sünteesida - asendamatu, neid saadakse ainult toiduga: tisiin, fenüülalaniin, metiniin, valiin, leutsiin, trüptofaan, isoleutsiin, treoniin.

Nagu teate, on valgud meie planeedi elu tekke aluseks. Kuid just peptiidimolekulidest koosnev koatservaadi tilk sai elusolendite sünni aluseks. See on väljaspool kahtlust, sest mis tahes biomassi esindaja sisemise koostise analüüs näitab, et neid aineid leidub kõiges: taimedes, loomades, mikroorganismides, seentes, viirustes. Pealegi on nad oma olemuselt väga mitmekesised ja makromolekulaarsed.

Neil struktuuridel on neli nime, mis kõik on sünonüümid:

• valgud;
• valgud;
• polüpeptiidid;
• peptiidid.

valgu molekulid

Nende arv on tõesti ettearvamatu. Sel juhul võib kõik valgumolekulid jagada kahte suurde rühma:

• lihtne – koosnevad ainult peptiidsidemetega ühendatud aminohappejärjestustest;
• kompleks - valgu struktuuri ja struktuuri iseloomustavad täiendavad protolüütilised (proteetilised) rühmad, mida nimetatakse ka kofaktoriteks.

Lisaks on keerukatel molekulidel ka oma klassifikatsioon.

Komplekssete peptiidide gradatsioon

1. Glükoproteiinid on valkude ja süsivesikute tihedalt seotud ühendid. Mukopolüsahhariidide proteesrühmad on kootud molekuli struktuuri.
2. Lipoproteiinid on valgu ja lipiidide kompleksühend.
3. Metalloproteiinid - metalliioonid (raud, mangaan, vask jt) toimivad proteesrühmana.
4. Nukleoproteiinid - valgu ja nukleiinhapete (DNA, RNA) seos.
5. Fosfoproteiinid - valgu ja ortofosforhappe jäägi konformatsioon.
6. Kromoproteiinid on väga sarnased metalloproteiinidega, kuid proteesirühma kuuluv element on terve värviline kompleks (punane - hemoglobiin, roheline - klorofüll jne).

Igal vaadeldaval rühmal on erinev valkude struktuur ja omadused. Funktsioonid, mida nad täidavad, erinevad ka sõltuvalt molekuli tüübist.

Valkude keemiline struktuur

Sellest vaatenurgast on valgud pikk, massiivne aminohappejääkide ahel, mis on omavahel ühendatud spetsiifiliste sidemetega, mida nimetatakse peptiidsidemeteks. Hapete külgstruktuuridest lahkuvad oksad - radikaalid. Selle molekuli struktuuri avastas E. Fischer 21. sajandi alguses.

Hiljem hakati lähemalt uurima valke, valkude ehitust ja funktsioone. Sai selgeks, et peptiidi struktuuri moodustavad vaid 20 aminohapet, kuid neid saab kombineerida mitmel viisil. Sellest ka polüpeptiidide struktuuride mitmekesisus. Lisaks on valgud elu- ja funktsioonide täitmisel võimelised läbima mitmeid keemilisi muutusi. Selle tulemusena muudavad nad struktuuri ja ilmub täiesti uut tüüpi ühendus.

Peptiidsideme lõhkumiseks ehk valgu, ahelate struktuuri lõhkumiseks tuleb valida väga karmid tingimused (kõrgete temperatuuride, hapete või leeliste, katalüsaatori toime). See on tingitud molekuli, nimelt peptiidirühma suurest tugevusest.

Valgu struktuuri tuvastamine laboris toimub biureedi reaktsiooni abil - kokkupuude värskelt sadestunud polüpeptiidiga (II). Peptiidrühma ja vase iooni kompleks annab eredalt violetse värvuse.

Seal on neli peamist struktuurilist organisatsiooni, millest igaühel on oma valkude struktuurilised omadused.

Organisatsiooni tasemed: esmane struktuur

Nagu eespool mainitud, on peptiid aminohappejääkide järjestus koos või ilma, koensüümid. Nii et esmane nimi on selline molekuli struktuur, mis on loomulik, loomulik, on tõeliselt peptiidsidemetega ühendatud aminohapped ja ei midagi enamat. See tähendab, et lineaarse struktuuriga polüpeptiid. Samas on sellise plaani valkude struktuursed iseärasused see, et selline hapete kombinatsioon on valgumolekuli funktsioonide täitmisel määrav. Nende tunnuste olemasolu tõttu on võimalik mitte ainult peptiidi tuvastada, vaid ka ennustada täiesti uue, veel avastamata omadusi ja rolli. Loodusliku primaarse struktuuriga peptiidid on näiteks insuliin, pepsiin, kümotrüpsiin jt.

Sekundaarne konformatsioon

Selle kategooria valkude struktuur ja omadused muutuvad mõnevõrra. Selline struktuur võib tekkida algselt loodusest või siis, kui esmane struktuur puutub kokku tugeva hüdrolüüsi, temperatuuri või muude tingimustega.

Sellel konformatsioonil on kolm sorti:

1. Siledad, tavalised stereoregulaarsed poolid, mis on ehitatud aminohappejääkidest, mis keerduvad ümber ühenduse peatelje. Neid hoiavad koos ainult need, mis tekivad ühe peptiidirühma hapniku ja teise peptiidrühma vesiniku vahel. Veelgi enam, struktuuri peetakse õigeks, kuna pöördeid korratakse ühtlaselt iga 4 lüli järel. Selline struktuur võib olla kas vasaku- või paremakäeline. Kuid enamikus tuntud valkudes domineerib paremale pöörav isomeer. Selliseid konformatsioone nimetatakse alfastruktuurideks.
2. Järgmist tüüpi valkude koostis ja struktuur erineb eelmisest selle poolest, et vesiniksidemed ei moodustu mitte molekuli ühe küljega külgnevate jääkide vahel, vaid oluliselt kaugemal ja piisavalt suurel kaugusel. Sel põhjusel on kogu struktuur mitme lainelise serpentiinse polüpeptiidahela kujul. Valgul peab olema üks omadus. Aminohapete struktuur okstel peaks olema võimalikult lühike, nagu näiteks glütsiin või alaniin. Seda tüüpi sekundaarset konformatsiooni nimetatakse beetalehtedeks, kuna need suudavad ühise struktuuri moodustamisel näiliselt kokku kleepuda.
3. Bioloogias nimetatakse kolmandat tüüpi valgu struktuuri kui keerulisi, hajutatud, korrastamata fragmente, millel puudub stereoregulaarsus ja mis on võimelised välistingimuste mõjul struktuuri muutma.

Näiteid oma olemuselt sekundaarse struktuuriga valkude kohta pole tuvastatud.

Kolmanda taseme haridus

See on üsna keeruline konformatsioon, mida nimetatakse "gloobuliks". Mis on selline valk? Selle struktuur põhineb sekundaarstruktuuril, kuid lisanduvad uut tüüpi interaktsioonid rühmade aatomite vahel ja kogu molekul näib kõverduvat, keskendudes seega asjaolule, et hüdrofiilsed rühmad on suunatud gloobuli sisse ja hüdrofoobsed on väljapoole.

See seletab valgumolekuli laengut vee kolloidsetes lahustes. Milliseid interaktsioone siin esineb?

1. Vesiniksidemed - jäävad muutumatuks samade osade vahel, mis sekundaarstruktuuris.
2. interaktsioonid – tekivad siis, kui polüpeptiid lahustatakse vees.
3. Iooniline külgetõmme – moodustub erinevalt laetud aminohappejääkide (radikaalide) rühmade vahel.
4. Kovalentsed interaktsioonid - on võimelised moodustuma konkreetsete happesaitide - tsüsteiini molekulide või õigemini nende sabade vahel.

Seega võib tertsiaarse struktuuriga valkude koostist ja struktuuri kirjeldada kui polüpeptiidahelaid, mis on volditud gloobuliteks, mis säilitavad ja stabiliseerivad oma konformatsiooni tänu erinevat tüüpi keemilistele interaktsioonidele. Selliste peptiidide näited: fosfoglütseraadi kenaas, tRNA, alfa-keratiin, siidfibroiin ja teised.

Kvaternaarne struktuur

See on üks keerulisemaid valke moodustavaid gloobuleid. Seda tüüpi valkude struktuur ja funktsioonid on väga mitmekülgsed ja spetsiifilised.

Mis on selline konformatsioon? Need on mitmed (mõnel juhul kümned) suured ja väikesed polüpeptiidahelad, mis moodustuvad üksteisest sõltumatult. Kuid samade interaktsioonide tõttu, mida me käsitlesime tertsiaarse struktuuri puhul, keerduvad ja põimuvad kõik need peptiidid üksteisega. Sel viisil saadakse komplekssed konformatsioonigloobulid, mis võivad sisaldada metalliaatomeid, lipiidirühmi ja süsivesikute rühmi. Selliste valkude näideteks on DNA polümeraas, tubakaviiruse ümbris, hemoglobiin ja teised.

Kõigil meie poolt käsitletud peptiidstruktuuridel on laboris oma identifitseerimismeetodid, mis põhinevad tänapäevastel kromatograafia, tsentrifuugimise, elektron- ja optilise mikroskoopia ning kõrgtehnoloogia kasutusvõimalustel.

Teostatud funktsioonid

Valkude struktuur ja funktsioon on üksteisega tihedalt seotud. See tähendab, et iga peptiid mängib teatud rolli, ainulaadset ja spetsiifilist. On ka neid, kes suudavad ühes elusrakus teha mitu märkimisväärset operatsiooni korraga. Valgumolekulide põhifunktsioone elusolendite organismides on aga võimalik üldistatult väljendada:

1. Liikumise tagamine. Üherakulised organismid ehk organellid või teatud tüüpi rakud on võimelised liikuma, kokku tõmbuma, liikuma. Seda pakuvad valgud, mis on osa nende motoorse aparaadi struktuurist: ripsmed, lipud, tsütoplasmaatiline membraan. Kui me räägime liikumisvõimetutest rakkudest, siis valgud võivad kaasa aidata nende kokkutõmbumisele (lihasmüosiin).
2. Toitumis- või varufunktsioon. See on valgumolekulide kogunemine taimede munadesse, embrüotesse ja seemnetesse, et täiendada puuduvaid toitaineid. Lõhustades annavad peptiidid aminohappeid ja bioloogiliselt aktiivseid aineid, mis on vajalikud elusorganismide normaalseks arenguks.
3. Energiafunktsioon. Lisaks süsivesikutele võivad kehale jõudu anda ka valgud. 1 g peptiidi lagunemisel vabaneb adenosiintrifosforhappe (ATP) kujul 17,6 kJ kasulikku energiat, mis kulub elutähtsatele protsessidele.
4. Signaal ja See seisneb käimasolevate protsesside hoolikas jälgimises ja signaalide edastamises rakkudest kudedesse, neist organitesse, viimastest süsteemidesse jne. Tüüpiline näide on insuliin, mis määrab rangelt glükoosisisalduse veres.
5. retseptori funktsioon. See viiakse läbi peptiidi konformatsiooni muutmisega membraani ühel küljel ja teise otsa kaasamisega ümberstruktureerimisse. Samal ajal edastatakse signaal ja vajalik teave. Enamasti on sellised valgud ehitatud rakkude tsütoplasmaatilistesse membraanidesse ja kontrollivad rangelt kõiki neid läbivaid aineid. Samuti hoiatavad need keemiliste ja füüsikaliste muutuste eest keskkonnas.
6. Peptiidide transpordifunktsioon. Seda viivad läbi kanalivalgud ja kandevalgud. Nende roll on ilmne – vajalike molekulide transportimine kõrge kontsentratsiooniga osadest madala kontsentratsiooniga kohtadesse. Tüüpiline näide on hapniku ja süsinikdioksiidi transport läbi elundite ja kudede valgu hemoglobiini abil. Nad viivad läbi ka madala molekulmassiga ühendeid läbi sisemise rakumembraani.
7. struktuurne funktsioon. Üks tähtsamaid neist, mida valk täidab. Kõigi rakkude, nende organellide struktuuri tagavad täpselt peptiidid. Need, nagu raam, määravad kuju ja struktuuri. Lisaks toetavad nad seda ja vajadusel muudavad seda. Seetõttu vajavad kõik elusorganismid kasvuks ja arenguks toidus valke. Nende peptiidide hulka kuuluvad elastiin, tubuliin, kollageen, aktiin, keratiin ja teised.
8. katalüütiline funktsioon. Ensüümid teevad seda. Arvukad ja mitmekesised, kiirendavad nad kõiki kehas toimuvaid keemilisi ja biokeemilisi reaktsioone. Ilma nende osaluseta suudeti tavaline maos olev õun seedida vaid kahe päevaga, suure tõenäosusega mädaneda. Katalaasi, peroksidaasi ja teiste ensüümide toimel kestab see protsess kaks tundi. Üldiselt toimub tänu valkude sellele rollile anabolism ja katabolism, st plastiline ja

Kaitsev roll

On olemas mitut tüüpi ohte, mille eest valgud on loodud keha kaitsmiseks.

Esiteks traumaatilised reaktiivid, gaasid, molekulid, erineva toimespektriga ained. Peptiidid suudavad nendega keemiliselt suhelda, muutes need kahjutuks või lihtsalt neutraliseerides.

Teiseks on haavadest tulenev füüsiline oht – kui fibrinogeenivalk ei muutu vigastuskohas õigel ajal fibriiniks, siis veri ei hüübi, mis tähendab, et ummistust ei teki. Siis, vastupidi, vajate plasmiini peptiidi, mis on võimeline trombi lahustama ja veresoone läbilaskvuse taastama.

Kolmandaks, oht immuunsusele. Immuunkaitset moodustavate valkude struktuur ja tähtsus on äärmiselt olulised. Antikehad, immunoglobuliinid, interferoonid on kõik inimese lümfi- ja immuunsüsteemi olulised ja olulised elemendid. Iga võõrosake, kahjulik molekul, surnud rakuosa või kogu struktuur allutatakse kohesele peptiidühendi uurimisele. Seetõttu saab inimene iseseisvalt, ilma ravimite abita end igapäevaselt kaitsta nakkuste ja lihtsate viiruste eest.

Füüsilised omadused

Rakuvalgu struktuur on väga spetsiifiline ja sõltub täidetavast funktsioonist. Kuid kõigi peptiidide füüsikalised omadused on sarnased ja taanduvad järgmistele omadustele.

1. Molekuli kaal on kuni 1 000 000 daltonit.
2. Vesilahuses moodustuvad kolloidsüsteemid. Seal omandab struktuur laengu, mis võib varieeruda sõltuvalt keskkonna happesusest.
3. Kui nad puutuvad kokku karmide tingimustega (kiiritus, hape või leelis, temperatuur jne), võivad nad liikuda muudele konformatsioonitasemetele, st denatureerida. See protsess on 90% juhtudest pöördumatu. Siiski on ka vastupidine nihe – renaturatsioon.

Need on peptiidide füüsikaliste omaduste peamised omadused.

nr 1. Valgud: peptiidside, nende tuvastamine.

Valgud on lineaarsete polüamiidide makromolekulid, mis moodustuvad a-aminohapetest bioloogilistes objektides polükondensatsioonireaktsiooni tulemusena.

Oravad on makromolekulaarsed ühendid, millest koosnevad aminohapped. Valkude valmistamisel osaleb 20 aminohapet. Need ühenduvad pikkadeks ahelateks, mis moodustavad suure molekulmassiga valgu molekuli selgroo.

Valkude funktsioonid kehas

Valkude omapäraste keemiliste ja füüsikaliste omaduste kombinatsioon annab sellele konkreetsele orgaaniliste ühendite klassile elunähtustes keskset rolli.

Valkudel on järgmised bioloogilised omadused või nad täidavad elusorganismides järgmisi põhifunktsioone:

1. Valkude katalüütiline funktsioon. Kõik bioloogilised katalüsaatorid – ensüümid on valgud. Praeguseks on iseloomustatud tuhandeid ensüüme, millest paljud on isoleeritud kristalsel kujul. Peaaegu kõik ensüümid on võimsad katalüsaatorid, suurendades reaktsioonide kiirust vähemalt miljon korda. See valkude funktsioon on ainulaadne, mitte omane teistele polümeersetele molekulidele.

2. Toitumisalane (valkude varufunktsioon). Need on ennekõike areneva embrüo toitmiseks mõeldud valgud: piimakaseiin, muna ovalbumiin, taimeseemnete säilitusvalgud. Kahtlemata kasutatakse organismis aminohapete allikana mitmeid teisi valke, mis omakorda on ainevahetusprotsesse reguleerivate bioloogiliselt aktiivsete ainete eelkäijad.

3. Valkude transpordifunktsioon. Paljusid väikeseid molekule ja ioone transpordivad spetsiifilised valgud. Näiteks vere hingamisfunktsiooni, nimelt hapniku transporti, täidavad hemoglobiini molekulid, punaste vereliblede valk. Seerumi albumiinid osalevad lipiidide transpordis. Mitmed teised vadakuvalgud moodustavad komplekse rasvade, vase, raua, türoksiini, A-vitamiini ja teiste ühenditega, tagades nende kohaletoimetamise vastavatesse organitesse.

4. Valkude kaitsefunktsioon. Kaitse põhifunktsiooni täidab immunoloogiline süsteem, mis tagab spetsiifiliste kaitsvate valkude – antikehade – sünteesi vastuseks bakterite, toksiinide või viiruste (antigeenide) sisenemisele organismi. Antikehad seovad antigeene, suheldes nendega ning neutraliseerivad seeläbi nende bioloogilist toimet ja säilitavad keha normaalset seisundit. Vereplasma valgu – fibrinogeeni – hüübimine ja verehüübe teke, mis kaitseb vigastuste ajal verekaotuse eest, on veel üks näide valkude kaitsefunktsioonist.

5. Valkude kontraktiilne funktsioon. Paljud valgud osalevad lihaste kokkutõmbumises ja lõõgastumises. Peamist rolli nendes protsessides mängivad aktiin ja müosiin - lihaskoe spetsiifilised valgud. Kokkutõmbumisfunktsioon on omane ka subtsellulaarsete struktuuride valkudele, mis tagab raku elutähtsa aktiivsuse parimad protsessid,

6. Valkude struktuurne funktsioon. Selle funktsiooniga valgud on inimkehas teiste valkude seas esikohal. Struktuursed valgud, nagu kollageen, on sidekoes laialt levinud; keratiin juustes, küüntes, nahas; elastiin - veresoonte seintes jne.

7. Valkude hormonaalne (regulatiivne) funktsioon. Ainevahetust organismis reguleerivad erinevad mehhanismid. Selles regulatsioonis on oluline koht endokriinsete näärmete poolt toodetud hormoonidel. Mitmeid hormoone esindavad valgud või polüpeptiidid, näiteks hüpofüüsi, kõhunäärme jne hormoonid.

Peptiidside

Formaalselt võib valgu makromolekuli moodustumist kujutada α-aminohapete polükondensatsioonireaktsioonina.

Valgud on keemilisest aspektist vaadatuna kõrgmolekulaarsed lämmastikku sisaldavad orgaanilised ühendid (polüamiidid), mille molekulid on üles ehitatud aminohappejääkidest. Valgu monomeerid on α-aminohapped, mille ühiseks tunnuseks on karboksüülrühma -COOH ja aminorühma -NH2 olemasolu teises süsinikuaatomis (α-süsinikuaatom):

Valkude hüdrolüüsi saaduste uurimise tulemuste põhjal, mille esitas A.Ya. Danilevski ideed peptiidsidemete -CO-NH- rollist valgumolekuli konstrueerimisel, pakkus saksa teadlane E. Fischer välja 20. sajandi alguses valkude struktuuri peptiidteooria. Selle teooria kohaselt on valgud α-aminohapete lineaarsed polümeerid, mis on seotud peptiidiga side - polüpeptiidid:

Igas peptiidis on ühes terminaalses aminohappejäägis vaba α-aminorühm (N-ots) ja teises vaba α-karboksüülrühm (C-ots). Peptiidide struktuur on tavaliselt kujutatud alates N-terminaalsest aminohappest. Sel juhul on aminohappejäägid tähistatud sümbolitega. Näiteks: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - Cys. See kirje tähistab peptiidi, milles on N-terminaalne α-aminohape ­ lyatsya alaniin ja C-terminal - tsüsteiin. Sellist kirjet lugedes muutuvad kõigi hapete, välja arvatud viimaste, nimede lõpud - "üüliks": alanüül-türosüül-leutsüül-serüül-türosüül--tsüsteiin. Peptiidide ahela pikkus kehas leiduvates peptiidides ja valkudes on kahest kuni sadade ja tuhandete aminohappejääkideni.

nr 2. Lihtvalkude klassifikatsioon.

To lihtne (valgud) hõlmavad valke, mis hüdrolüüsimisel annavad ainult aminohappeid.

Proteinoidid ____Lihtsad loomse päritoluga valgud, mis ei lahustu vees, soolalahustes, lahjendatud hapetes ja leelistes. Nad täidavad peamiselt toetavaid funktsioone (näiteks kollageen, keratiin

protamiinid - positiivselt laetud tuumavalgud, molekulmassiga 10-12 kDa. Ligikaudu 80% koosneb leeliselistest aminohapetest, mis võimaldab neil ioonsidemete kaudu suhelda nukleiinhapetega. Nad osalevad geenide aktiivsuse reguleerimises. Vees hästi lahustuv;

histoonid - tuumavalgud, millel on oluline roll geenide aktiivsuse reguleerimisel. Neid leidub kõigis eukarüootsetes rakkudes ja need jagunevad 5 klassi, mis erinevad molekulmassi ja aminohapete poolest. Histoonide molekulmass jääb vahemikku 11-22 kDa ning erinevused aminohapete koostises on seotud lüsiini ja arginiiniga, mille sisaldus varieerub vastavalt 11-29% ja 2-14%;

prolamiinid - vees lahustumatu, kuid 70% alkoholis lahustuv, keemilise struktuuri omadused - palju proliini, glutamiinhapet, lüsiini ei sisalda ,

gluteliinid - lahustub leeliselistes lahustes ,

globuliinid - valgud, mis ei lahustu vees ja ammooniumsulfaadi poolküllastunud lahuses, kuid lahustuvad soolade, leeliste ja hapete vesilahustes. Molekulmass - 90-100 kDa;

albumiinid - loomsete ja taimsete kudede valgud, lahustuvad vees ja soolalahustes. Molekulmass on 69 kDa;

skleroproteiinid - loomade tugikudede valgud

Lihtsad valgud on näiteks siidifibroiin, munaseerumi albumiin, pepsiin jne.

Number 3. Valkude eraldamise ja sadestamise (puhastamise) meetodid.

nr 4. Valgud polüelektrolüütidena. Valgu isoelektriline punkt.

Valgud on amfoteersed polüelektrolüüdid, st. omavad nii happelisi kui aluselisi omadusi. Selle põhjuseks on ioniseerumisvõimeliste aminohapperadikaalide, samuti peptiidahelate otstes vabade α-amino- ja α-karboksüülrühmade olemasolu valgumolekulides. Valgu happelised omadused annavad happelised aminohapped (asparagiin, glutamiin), aluselised aga aluselised aminohapped (lüsiin, arginiin, histidiin).

Valgu molekuli laeng sõltub aminohappe radikaalide happeliste ja aluseliste rühmade ionisatsioonist. Olenevalt negatiivsete ja positiivsete rühmade vahekorrast omandab valgumolekul tervikuna positiivse või negatiivse summaarse laengu. Valgulahuse hapestamisel anioonsete rühmade ionisatsiooniaste väheneb, katioonsete rühmade ionisatsiooniaste aga suureneb; kui leelistatakse - vastupidi. Teatud pH väärtusel muutub positiivselt ja negatiivselt laetud rühmade arv samaks ning ilmneb valgu isoelektriline olek (kogulaeng on 0). PH väärtust, mille juures valk on isoelektrilises olekus, nimetatakse isoelektriliseks punktiks ja tähistatakse sarnaselt aminohapetega pI. Enamiku valkude puhul jääb pI vahemikku 5,5-7,0, mis näitab happeliste aminohapete teatud ülekaalu valkudes. Samas leidub ka aluselisi valke, näiteks salmiin – lõhepiima põhivalk (pl=12). Lisaks on valke, millel on väga madal pI väärtus, näiteks pepsiin, maomahla ensüüm (pl=l). Isoelektrilises punktis on valgud väga ebastabiilsed ja sadestuvad kergesti, nende lahustuvus on kõige väiksem.

Kui valk ei ole isoelektrilises olekus, siis elektriväljas liiguvad selle molekulid olenevalt kogulaengu märgist ja selle väärtusega võrdelise kiirusega katoodi või anoodi suunas; see on elektroforeesi meetodi olemus. Selle meetodi abil saab eraldada erinevate pI väärtustega valke.

Kuigi valkudel on puhveromadused, on nende võime füsioloogiliste pH väärtuste juures piiratud. Erandiks on palju histidiini sisaldavad valgud, kuna ainult histidiiniradikaalil on puhveromadused pH vahemikus 6-8. Neid valke on väga vähe. Näiteks hemoglobiin, mis sisaldab ligi 8% histidiini, on võimas rakusisene puhver punastes verelibledes, hoides vere pH konstantsel tasemel.

nr 5. Valkude füüsikalis-keemilised omadused.

Valkudel on erinevad keemilised, füüsikalised ja bioloogilised omadused, mille määrab iga valgu aminohappeline koostis ja ruumiline korraldus. Valkude keemilised reaktsioonid on väga mitmekesised, need on tingitud NH 2 -, COOH rühmade ja erineva iseloomuga radikaalide olemasolust. Need on nitreerimise, atsüülimise, alküülimise, esterdamise, redoksreaktsioonid ja muud reaktsioonid. Valkudel on happe-aluse, puhvri, kolloidsed ja osmootsed omadused.

Valkude happe-aluselised omadused

Keemilised omadused. Valkude vesilahuste nõrga kuumutamisega toimub denaturatsioon. See tekitab sademe.

Valkude kuumutamisel hapetega toimub hüdrolüüs ja moodustub aminohapete segu.

Valkude füüsikalis-keemilised omadused

Valkudel on kõrge molekulmass.

Valgu molekuli laeng. Kõikidel valkudel on vähemalt üks vaba -NH ja -COOH rühm.

Valgulahused- erinevate omadustega kolloidlahused. Valgud on happelised ja aluselised. Happelised valgud sisaldavad palju glu-d ja asp-d, millel on lisaks karboksüül- ja vähem aminorühmi. Aluselistes valkudes on palju lüüsi ja arge. Iga valgu molekul vesilahuses on ümbritsetud hüdratatsioonikihiga, kuna valkudes on aminohapete tõttu palju hüdrofiilseid rühmi (-COOH, -OH, -NH 2, -SH). Vesilahustes on valgu molekulil laeng. Valgu laeng vees võib sõltuvalt pH-st muutuda.

Valgu sade. Valkudel on niisutav kest, laeng, mis takistab kleepumist. Ladestamiseks on vaja eemaldada hüdraadi kest ja laadida.

1. Niisutamine. Hüdratsiooniprotsess tähendab vee sidumist valkudega, samal ajal kui neil on hüdrofiilsed omadused: nad paisuvad, nende mass ja maht suurenevad. Valgu tursega kaasneb selle osaline lahustumine. Üksikute valkude hüdrofiilsus sõltub nende struktuurist. Kompositsioonis esinevad ja valgu makromolekuli pinnal asuvad hüdrofiilsed amiid- (–CO–NH–, peptiidside), amiini- (NH2) ja karboksüülrühmad (COOH) tõmbavad ligi veemolekule, orienteerides need rangelt molekuli pinnale. . Valguglobuleid ümbritsev hüdraat (vesi) takistab valgulahuste stabiilsust. Isoelektrilises punktis on valkudel kõige väiksem võime vett siduda, valgumolekule ümbritsev hüdratatsioonikiht hävib, mistõttu need ühinevad, moodustades suuri agregaate. Valgumolekulide agregatsioon toimub ka siis, kui need dehüdreeritakse mõne orgaanilise lahustiga, näiteks etüülalkoholiga. See viib valkude sadenemiseni. Kui söötme pH muutub, valgu makromolekul laetakse ja selle hüdratatsioonivõime muutub.

Sademete reaktsioonid jagunevad kahte tüüpi.

Valkude väljasoolamine: (NH 4)SO 4 - eemaldatakse ainult hüdratatsioonikiht, valk säilitab igat tüüpi oma struktuuri, kõik sidemed, säilitab oma loomulikud omadused. Selliseid valke saab seejärel uuesti lahustada ja kasutada.

Sadestumine koos looduslike valgu omaduste kadumisega on pöördumatu protsess. Valgust eemaldatakse hüdratatsioonikest ja laeng, rikutakse valgu erinevaid omadusi. Näiteks vase, elavhõbeda, arseeni, raua, kontsentreeritud anorgaaniliste hapete soolad - HNO 3, H 2 SO 4, HCl, orgaanilised happed, alkaloidid - tanniinid, elavhõbejodiid. Orgaaniliste lahustite lisamine vähendab hüdratatsiooniastet ja põhjustab valgu sadestumist. Sellise lahustina kasutatakse atsetooni. Valgud sadestatakse ka soolade, näiteks ammooniumsulfaadi abil. Selle meetodi põhimõte põhineb asjaolul, et soola kontsentratsiooni suurenemisega lahuses surutakse kokku valgu vastasioonidest moodustunud ioonsed atmosfäärid, mis aitab kaasa nende konvergentsile kriitilisele kaugusele, kus vani molekulidevahelised jõud avalduvad. der Waalsi külgetõmme kaalub üles vastasioonide tõrjumise Coulombi jõud. See toob kaasa valguosakeste adhesiooni ja nende sadenemise.

Keemisel hakkavad valgumolekulid juhuslikult liikuma, põrkuvad, laeng eemaldatakse ja hüdratatsioonikiht väheneb.

Valkude tuvastamiseks lahuses kasutatakse järgmist:

värvireaktsioonid;

sadestumise reaktsioonid.

Valkude eraldamise ja puhastamise meetodid.

homogeniseerimine- rakud jahvatatakse homogeenseks massiks;

valkude ekstraheerimine vee või vee-soola lahustega;

1. väljasoolamine;

   elektroforees;

   kromatograafia: adsorptsioon, lõhenemine;

   ultratsentrifuugimine.

Valkude struktuurne korraldus.

Esmane struktuur- määratud peptiidahela aminohapete järjestusega, stabiliseeritud kovalentsete peptiidsidemetega (insuliin, pepsiin, kümotrüpsiin).

sekundaarne struktuur- valgu ruumiline struktuur. See on kas spiraal või voltimine. Tekivad vesiniksidemed.

Tertsiaarne struktuur globulaarsed ja fibrillaarsed valgud. Need stabiliseerivad vesiniksidemeid, elektrostaatilisi jõude (COO-, NH3+), hüdrofoobseid jõude, sulfiidsildu, määrab esmane struktuur. Globulaarsed valgud - kõik ensüümid, hemoglobiin, müoglobiin. Fibrillaarsed valgud - kollageen, müosiin, aktiin.

Kvaternaarne struktuur- leidub ainult osades valkudes. Sellised valgud on üles ehitatud mitmest peptiidist. Igal peptiidil on oma primaarne, sekundaarne, tertsiaarne struktuur, mida nimetatakse protomeerideks. Mitmed protomeerid ühinevad üheks molekuliks. Üks protomeer ei toimi valguna, vaid ainult koos teiste protomeeridega.

Näide: hemoglobiin \u003d -gloobul + -gloobul - kannab O 2 agregaadis, mitte eraldi.

Valk võib renatureerida. See nõuab väga lühikest kokkupuudet ainetega.

6) Valkude tuvastamise meetodid.

Valgud on kõrgmolekulaarsed bioloogilised polümeerid, mille struktuursed (monomeersed) ühikud on -aminohapped. Valkudes olevad aminohapped on omavahel seotud peptiidsidemetega. mille moodustumine toimub karboksüülrühma tõttu, mis seisab -ühe aminohappe süsinikuaatom ja - teise aminohappe amiinrühm koos veemolekuli vabanemisega. Valkude monomeerseid ühikuid nimetatakse aminohappejääkideks.

Peptiidid, polüpeptiidid ja valgud erinevad mitte ainult koguse, koostise, vaid ka aminohappejääkide järjestuse, füüsikalis-keemiliste omaduste ja organismis täidetavate funktsioonide poolest. Valkude molekulmass varieerub vahemikus 6 tuhat kuni 1 miljon või rohkem. Valkude keemilised ja füüsikalised omadused tulenevad nende aminohappejääke moodustavate radikaalide keemilisest olemusest ja füüsikalis-keemilistest omadustest. Valkude tuvastamise ja kvantifitseerimise meetodid bioloogilistes objektides ja toiduainetes, samuti nende eraldamine kudedest ja bioloogilistest vedelikest põhinevad nende ühendite füüsikalistel ja keemilistel omadustel.

Valgud teatud kemikaalidega suhtlemisel anda värvilisi ühendeid. Nende ühendite moodustumine toimub aminohapperadikaalide, nende spetsiifiliste rühmade või peptiidsidemete osalusel. Värvireaktsioonid võimaldavad teil määrata valgu olemasolu bioloogilises objektis või lahendus ja tõestada olemasolu teatud aminohapped valgu molekulis. Värvusreaktsioonide põhjal on välja töötatud mõned meetodid valkude ja aminohapete kvantitatiivseks määramiseks.

Kaaluge universaalset biureedi ja ninhüdriini reaktsioonid, kuna kõik valgud annavad neile. Ksantoproteiini reaktsioon, Fohli reaktsioon ja teised on spetsiifilised, kuna need on tingitud teatud aminohapete radikaalrühmadest valgu molekulis.

Värvireaktsioonid võimaldavad teil tuvastada valgu olemasolu uuritavas materjalis ja teatud aminohapete olemasolu selle molekulides.

Biureti reaktsioon. Reaktsioon on tingitud valkude, peptiidide, polüpeptiidide esinemisest peptiidsidemed, mis leeliselises keskkonnas moodustavad koos vase(II) ioonid värvitud kompleksühendid lilla (punase või sinise varjundiga).. Värvus on tingitud vähemalt kahe rühma olemasolust molekulis -CO-NH- omavahel vahetult ühendatud või süsiniku- või lämmastikuaatomi osalusel.

Vase (II) ioonid on ühendatud kahe ioonse sidemega =C─O ˉ rühmadega ja nelja koordinatsioonisidemega lämmastikuaatomitega (=N−).

Värvi intensiivsus sõltub valgu kogusest lahuses. See võimaldab seda reaktsiooni kasutada valgu kvantitatiivseks määramiseks. Värviliste lahuste värvus sõltub polüpeptiidahela pikkusest. Valgud annavad sinakasvioletse värvuse; nende hüdrolüüsi saadused (polü- ja oligopeptiidid) on punast või roosat värvi. Biureedi reaktsiooni ei anna mitte ainult valgud, peptiidid ja polüpeptiidid, vaid ka biureet (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2), oksamiid (NH 2 -CO-CO-NH 2), histidiin.

Leeliselises keskkonnas moodustunud peptiidrühmadega vase (II) kompleksühendil on järgmine struktuur:

Ninhüdriini reaktsioon. Selles reaktsioonis annavad valkude, polüpeptiidide, peptiidide ja vabade α-aminohapete lahused ninhüdriiniga kuumutamisel sinise, sinakasvioletse või roosakasvioletse värvuse. Selle reaktsiooni värvus tekib α-aminorühma tõttu.

-aminohapped reageerivad väga kergesti ninhüdriiniga. Koos nendega moodustavad Ruemani sinililla ka valgud, peptiidid, primaarsed amiinid, ammoniaak ja mõned muud ühendid. Sekundaarsed amiinid, nagu proliin ja hüdroksüproliin, annavad kollase värvuse.

Ninhüdriini reaktsiooni kasutatakse laialdaselt aminohapete tuvastamiseks ja kvantifitseerimiseks.

ksantoproteiini reaktsioon. See reaktsioon näitab aromaatsete aminohappejääkide esinemist valkudes - türosiin, fenüülalaniin, trüptofaan. See põhineb nende aminohapete radikaalide benseenitsükli nitreerimisel kollase värvusega nitroühendite moodustumisega (kreeka "Xanthos" - kollane). Kasutades näitena türosiini, saab seda reaktsiooni kirjeldada järgmiste võrrandite kujul.

Aluselises keskkonnas moodustavad aminohapete nitroderivaadid kinoidse struktuuriga sooli, mis on värvunud oranžiks. Ksantoproteiini reaktsiooni annavad benseen ja selle homoloogid, fenool ja teised aromaatsed ühendid.

Reaktsioonid aminohapetele, mis sisaldavad tioolrühma redutseeritud või oksüdeeritud olekus (tsüsteiin, tsüstiin).

Fohli reaktsioon. Leelisega keetmisel eraldub väävel kergesti tsüsteiinist vesiniksulfiidi kujul, mis leeliselises keskkonnas moodustab naatriumsulfiidi:

Sellega seoses jagunevad tiooli sisaldavate aminohapete määramise reaktsioonid lahuses kaheks etapiks:

Väävli üleminek orgaanilisest olekust anorgaanilisse

Väävli tuvastamine lahuses

Naatriumsulfiidi tuvastamiseks kasutatakse pliiatsetaati, mis naatriumhüdroksiidiga suhtlemisel muutub plumbiidiks:

Pb(CH 3 COO) 2 + 2 NaOH Pb(ONa) 2 + 2CH 3 COOH

Väävliioonide ja plii interaktsiooni tulemusena moodustub must või pruun pliisulfiid:

Na 2 S + Pb(Peal) 2 + 2 H 2 O PbS (must sade) + 4NaOH

Väävlit sisaldavate aminohapete määramiseks lisatakse uuritavale lahusele võrdne kogus naatriumhüdroksiidi ja mõni tilk pliatsetaadi lahust. Intensiivsel keetmisel 3-5 minutit muutub vedelik mustaks.

Tsüstiini olemasolu saab määrata selle reaktsiooni abil, kuna tsüstiin redutseeritakse kergesti tsüsteiiniks.

Milloni reaktsioon:

See on reaktsioon aminohappe türosiinile.

Türosiini molekulide vabad fenoolsed hüdroksüülrühmad annavad sooladega interakteerudes türosiini nitroderivaadi elavhõbedasoola ühendeid, värvuvad roosakaspunaseks:

Pauli reaktsioon histidiini ja türosiini suhtes . Pauli reaktsioon võimaldab tuvastada valguses aminohappeid histidiini ja türosiini, mis moodustavad diasobenseensulfoonhappega kirsipunase kompleksühendeid. Diasotiseerimise reaktsioonis tekib diasobenseensulfoonhape, kui sulfaniilhape reageerib naatriumnitritiga happelises keskkonnas:

Uuritavale lahusele lisatakse võrdne kogus sulfaniilhappe happelist lahust (valmistatud vesinikkloriidhappega) ja kahekordne kogus naatriumnitriti lahust, segatakse hoolikalt ja kohe lisatakse sooda (naatriumkarbonaat). Pärast segamist muutub segu kirsipunaseks, eeldusel, et uuritavas lahuses on histidiini või türosiini.

Adamkevich-Hopkins-Kohl (Schulz-Raspail) reaktsioon trüptofaanile (reaktsioon indoolirühmale). Trüptofaan reageerib happelises keskkonnas aldehüüdidega, moodustades värvilisi kondensatsiooniprodukte. Reaktsioon kulgeb trüptofaani indoolitsükli interaktsiooni tõttu aldehüüdiga. On teada, et formaldehüüd moodustub glüoksüülhappest väävelhappe juuresolekul:

R
Trüptofaani sisaldavad lahused glüoksüül- ja väävelhappe juuresolekul annavad punakasvioletse värvuse.

Glüoksüülhapet leidub jää-äädikhappes alati väikestes kogustes. Seetõttu võib reaktsiooni läbi viia äädikhappega. Samal ajal lisatakse uuritavale lahusele võrdne kogus jää- (kontsentreeritud) äädikhapet ja kuumutatakse ettevaatlikult, kuni sade lahustub.Pärast jahutamist lisatakse lahusele kogus kontsentreeritud väävelhapet, mis võrdub lisatud glüoksüülhappe mahuga. segage hoolikalt mööda seina (et vältida vedelike segunemist). 5-10 minuti pärast täheldatakse kahe kihi piirpinnal punakasvioletse rõnga moodustumist. Kui kihte segada, muutub roa sisu ühtlaselt lillaks.

To

trüptofaani kondensatsioon formaldehüüdiga:

Kondensatsiooniprodukt oksüdeeritakse bis-2-trüptofanüülkarbinooliks, mis mineraalhapete juuresolekul moodustab sinakasvioletsed soolad:

7) Valkude klassifikatsioon. Aminohapete koostise uurimise meetodid.

Valkude ranget nomenklatuuri ja klassifikatsiooni pole ikka veel olemas. Valkude nimetused antakse juhuslikult, kõige sagedamini võttes arvesse valgu eraldamise allikat või selle lahustuvust teatud lahustites, molekuli kuju jne.

Valke klassifitseeritakse koostise, osakeste kuju, lahustuvuse, aminohappelise koostise, päritolu jne järgi.

1. Koosseis Valgud jagunevad kahte suurde rühma: liht- ja kompleksvalgud.

Lihtsad (valgud) hõlmavad valke, mis annavad hüdrolüüsil ainult aminohappeid (proteinoidid, protamiinid, histoonid, prolamiinid, gluteliinid, globuliinid, albumiinid). Lihtsad valgud on näiteks siidifibroiin, munaseerumi albumiin, pepsiin jne.

Komplekssed (valgud) hõlmavad valke, mis koosnevad lihtsast valgust ja täiendavast mittevalgulise olemusega (proteetilisest) rühmast. Komplekssete valkude rühm on jagatud mitmeks alarühmaks, sõltuvalt mittevalgukomponendi olemusest:

Metalloproteiinid, mis sisaldavad oma koostises metalle (Fe, Cu, Mg jne), mis on otseselt seotud polüpeptiidahelaga;

Fosfoproteiinid - sisaldavad fosforhappe jääke, mis on estersidemetega seotud valgu molekuliga seriini, treoniini hüdroksüülrühmade kohas;

Glükoproteiinid – nende proteesrühmad on süsivesikud;

Kromoproteiinid - koosnevad lihtsast valgust ja sellega seotud värvilisest mittevalgulisest ühendist, kõik kromoproteiinid on bioloogiliselt väga aktiivsed; proteesrühmadena võivad need sisaldada porfüriini, isoalloksasiini ja karoteeni derivaate;

Lipoproteiinid - proteesrühma lipiidid - triglütseriidid (rasvad) ja fosfatiidid;

Nukleoproteiinid on valgud, mis koosnevad ühest valgust ja sellega seotud nukleiinhappest. Need valgud mängivad keha elus kolossaalset rolli ja neid käsitletakse allpool. Need on osa mis tahes rakust, mõned nukleoproteiinid eksisteerivad looduses spetsiaalsete patogeense aktiivsusega osakeste (viirused) kujul.

2. Osakeste kuju- valgud jagunevad fibrillaarseteks (niiditaolisteks) ja kerakujulisteks (sfäärilisteks) (vt lk 30).

3. Lahustuvuse ja aminohappe koostise omaduste järgi eristatakse järgmisi lihtsate valkude rühmi:

Proteinoidid - tugikudede (luud, kõhred, sidemed, kõõlused, juuksed, küüned, nahk jne) valgud. Need on peamiselt suure molekulmassiga (> 150 000 Da) fibrillaarsed valgud, mis ei lahustu tavalistes lahustites: vees, soolas ja vee-alkoholi segudes. Need lahustuvad ainult spetsiifilistes lahustites;

Protamiinid (kõige lihtsamad valgud) - valgud, mis lahustuvad vees ja sisaldavad 80-90% arginiini ja piiratud hulgal (6-8) muid aminohappeid, on erinevate kalade piimas. Suure arginiinisisalduse tõttu on neil põhiomadused, nende molekulmass on suhteliselt väike ja ligikaudu 4000-12000 Da. Nad on nukleoproteiinide koostises valgukomponent;

Histoonid lahustuvad hästi vees ja hapete lahjendatud lahustes (0,1 N), eristuvad suure aminohapete: arginiini, lüsiini ja histidiini (vähemalt 30%) sisaldusega ning seetõttu on neil aluselised omadused. Neid valke leidub märkimisväärses koguses rakkude tuumades nukleoproteiinide osana ja neil on oluline roll nukleiinhapete metabolismi reguleerimisel. Histoonide molekulmass on väike ja võrdne 11000-24000 Da;

Globuliinid on vees ja soolalahustes lahustumatud valgud, mille soolasisaldus on üle 7%. Globuliinid sadestuvad täielikult 50% lahuse küllastumisel ammooniumsulfaadiga. Neid valke iseloomustab kõrge glütsiini sisaldus (3,5%), nende molekulmass > 100 000 Da. Globuliinid on nõrgalt happelised või neutraalsed valgud (p1=6-7,3);

Albumiinid on valgud, mis lahustuvad hästi vees ja tugevates soolalahustes ning soolade kontsentratsioon (NH 4) 2 S0 4 ei tohiks ületada 50% küllastumisest. Kõrgematel kontsentratsioonidel albumiinid soolatakse välja. Võrreldes globuliinidega sisaldavad need valgud kolm korda vähem glütsiini ja nende molekulmass on 40 000-70 000 Da. Albumiinidel on liigne negatiivne laeng ja happelised omadused (pl=4,7) tänu suurele glutamiinhappe sisaldusele;

Prolamiinid on rühm taimseid valke, mida leidub teravilja gluteenis. Need lahustuvad ainult 60-80% etüülalkoholi vesilahuses. Prolamiinidele on iseloomulik aminohappeline koostis: nad sisaldavad palju (20-50%) glutamiinhapet ja proliini (10-15%), mistõttu nad on ka oma nime saanud. Nende molekulmass on üle 100 000 Da;

Gluteliinid – taimsed valgud ei lahustu vees, soolalahustes ja etanoolis, kuid lahustuvad lahjendatud (0,1 N) leeliste ja hapete lahustes. Aminohappelise koostise ja molekulmassi poolest on need sarnased prolamiinidega, kuid sisaldavad rohkem arginiini ja vähem proliini.

Aminohapete koostise uurimise meetodid

Valgud lõhustatakse seedemahlas leiduvate ensüümide toimel aminohapeteks. Tehti kaks olulist järeldust: 1) valgud sisaldavad aminohappeid; 2) valkude keemilise, eelkõige aminohappelise koostise uurimiseks saab kasutada hüdrolüüsi meetodeid.

Valkude aminohappelise koostise uurimiseks kasutatakse happelise (HCl), aluselise [Ba(OH) 2 ] ja harvemini ensümaatilise hüdrolüüsi kombinatsiooni või üht neist. On kindlaks tehtud, et puhta valgu, mis ei sisalda lisandeid, hüdrolüüsi käigus vabaneb 20 erinevat α-aminohapet. Kõik muud loomade, taimede ja mikroorganismide kudedes avastatud aminohapped (üle 300) eksisteerivad looduses vabas olekus või lühikeste peptiidide või kompleksidena teiste orgaaniliste ainetega.

Valkude primaarstruktuuri määramise esimene samm on antud üksiku valgu aminohappelise koostise kvalitatiivne ja kvantitatiivne hindamine. Tuleb meeles pidada, et uuringu jaoks peab teil olema teatud kogus puhast valku, ilma muude valkude või peptiidide lisanditeta.

Valkude happeline hüdrolüüs

Aminohappe koostise määramiseks on vaja hävitada kõik valgu peptiidsidemed. Analüüsitud valk hüdrolüüsitakse 6 mol/l HC1-s temperatuuril umbes 110 °C 24 tundi.Selle töötluse tulemusena hävivad valgu peptiidsidemed ning hüdrolüsaadis on ainult vabad aminohapped. Lisaks hüdrolüüsitakse glutamiin ja asparagiin glutamiin- ja asparagiinhapeteks (st. radikaalis olev amiidside katkeb ja aminorühm eraldatakse nendest).

Aminohapete eraldamine ioonvahetuskromatograafia abil

Valkude happelisel hüdrolüüsil saadud aminohapete segu eraldatakse kolonnis katioonvahetusvaiguga. Selline sünteetiline vaik sisaldab sellega tugevalt seotud negatiivselt laetud rühmi (näiteks sulfoonhappe jääke -SO 3 -), mille külge on kinnitatud Na + ioonid (joon. 1-4).

Aminohapete segu viiakse katioonivahetajasse happelises keskkonnas (pH 3,0), kus aminohapeteks on peamiselt katioonid, s.t. kannavad positiivset laengut. Positiivselt laetud aminohapped kinnituvad negatiivselt laetud vaiguosakestele. Mida suurem on aminohappe kogulaeng, seda tugevam on selle side vaiguga. Seega seostuvad katioonivahetiga kõige tugevamalt aminohapped lüsiin, arginiin ja histidiin, kõige nõrgemini asparagiin- ja glutamiinhape.

Aminohapete vabastamine kolonnist toimub nende elueerimisel (elueerimisel) kasvava ioontugevuse (st NaCl kontsentratsiooni suurenemisega) ja pH-ga puhverlahusega. PH tõusuga kaotavad aminohapped prootoni, mille tulemusena väheneb nende positiivne laeng ja seega ka sideme tugevus negatiivselt laetud vaiguosakestega.

Iga aminohape väljub kolonnist kindla pH ja ioontugevuse juures. Kolonni alumisest otsast väikeste portsjonitena lahuse (eluaadi) kogumisel võib saada üksikuid aminohappeid sisaldavad fraktsioonid.

(Lisateavet "hüdrolüüsi" kohta leiate küsimusest nr 10)

8) Keemilised sidemed valgu struktuuris.

9) Valkude hierarhia ja struktuurse korralduse kontseptsioon. (vaata küsimust nr 12)

10) Valkude hüdrolüüs. Reaktsioonikeemia (astmed, katalüsaatorid, reaktiivid, reaktsioonitingimused) – hüdrolüüsi täielik kirjeldus.

11) Valkude keemilised muundumised.

Denatureerimine ja renatureerimine

Kui valgulahuseid kuumutatakse 60-80% või valkudes mittekovalentseid sidemeid hävitavate reagentide toimel, hävib valgu molekuli tertsiaarne (kvaternaarne) ja sekundaarne struktuur, tekib see juhusliku juhusliku spiraali kujul. suuremal või vähemal määral. Seda protsessi nimetatakse denatureerimiseks. Denatureerivate reagentidena võib kasutada happeid, leeliseid, alkohole, fenoole, uureat, guanidiinkloriidi jne. Nende toime olemus seisneb selles, et nad moodustavad vesiniksidemeid peptiidi karkassi = NH ja = CO - rühmadega ning happerühmadega aminohappe radikaalid, asendades valgus omaenda molekulisiseseid vesiniksidemeid, mille tulemusena muutuvad sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid. Denatureerimisel valgu lahustuvus väheneb, see "koaguleerub" (näiteks kanamuna keetmisel), valgu bioloogiline aktiivsus kaob. Sellest lähtuvalt näiteks karboolhappe (fenooli) vesilahuse kasutamine antiseptikuna. Teatud tingimustel toimub denatureeritud valgulahuse aeglasel jahutamisel renaturatsioon – algse (natiivse) konformatsiooni taastamine. See kinnitab tõsiasja, et peptiidahela voltimise olemuse määrab esmane struktuur.

Üksiku valgumolekuli denaturatsiooniprotsessi, mis viib selle "jäiga" kolmemõõtmelise struktuuri lagunemiseni, nimetatakse mõnikord molekuli sulamiseks. Peaaegu igasugune märgatav muutus välistingimustes, nagu kuumutamine või oluline pH muutus, põhjustab valgu kvaternaarsete, tertsiaarsete ja sekundaarsete struktuuride järjekindlat rikkumist. Tavaliselt põhjustab denaturatsiooni temperatuuri tõus, tugevate hapete ja leeliste, raskmetallide soolade, teatud lahustite (alkohol), kiirguse jne toime.

Denatureerimine viib sageli valgumolekulide kolloidlahuses valguosakeste agregatsiooni suuremateks osakesteks. Visuaalselt näeb see välja näiteks "valgu" moodustumisena munade praadimisel.

Renaturatsioon on denaturatsiooni vastupidine protsess, mille käigus valgud naasevad oma loomulikku struktuuri. Tuleb märkida, et mitte kõik valgud ei ole võimelised renatureerima; enamikus valkudes on denaturatsioon pöördumatu. Kui valkude denaturatsiooni käigus seostuvad füüsikalis-keemilised muutused polüpeptiidahela üleminekuga tihedalt pakitud (korrastatud) olekust korrastamata olekusse, siis renaturatsiooni käigus avaldub valkude iseorganiseerumisvõime, mille tee on Eelnevalt määratud polüpeptiidahela aminohapete järjestusega, st selle primaarse struktuuriga, mis on määratud päriliku teabega. Elusrakkudes on see teave tõenäoliselt määrav korrastamata polüpeptiidahela transformeerimiseks selle biosünteesi ajal või pärast seda ribosoomil natiivse valgu molekuli struktuuriks. Kui kaheahelalisi DNA molekule kuumutatakse temperatuurini umbes 100 ° C, katkevad alustevahelised vesiniksidemed ja komplementaarsed ahelad lahknevad - DNA denatureerub. Kuid aeglasel jahutamisel võivad komplementaarsed ahelad uuesti ühineda tavaliseks topeltheeliksiks. Seda DNA renatureerumisvõimet kasutatakse kunstlike DNA hübriidmolekulide tootmiseks.

Looduslikud valgukehad on varustatud kindla, rangelt määratletud ruumilise konfiguratsiooniga ning neil on füsioloogilistel temperatuuridel ja pH väärtustel mitmeid iseloomulikke füüsikalis-keemilisi ja bioloogilisi omadusi. Erinevate füüsikaliste ja keemiliste tegurite mõjul valgud koaguleeruvad ja sadestuvad, kaotades oma loomulikud omadused. Seega tuleks denaturatsiooni mõista kui natiivse valgu molekuli ainulaadse struktuuri üldplaani rikkumist, peamiselt selle tertsiaarset struktuuri, mis viib sellele iseloomulike omaduste (lahustuvus, elektroforeetiline liikuvus, bioloogiline aktiivsus jne) kadumiseni. Enamik valke denatureerub, kui nende lahuseid kuumutatakse üle 50–60 °C.

Denaturatsiooni välised ilmingud vähenevad lahustuvuse vähenemiseni, eriti isoelektrilises punktis, valgulahuste viskoossuse suurenemiseni, vabade funktsionaalsete SH-rühmade arvu suurenemiseni ja röntgenikiirguse hajumise olemuse muutumiseni. . Denaturatsiooni kõige iseloomulikum märk on valgu bioloogilise (katalüütilise, antigeense või hormonaalse) aktiivsuse järsk vähenemine või täielik kadumine. 8M uurea või mõne muu aine poolt põhjustatud valkude denaturatsiooni käigus hävivad peamiselt mittekovalentsed sidemed (eriti hüdrofoobsed interaktsioonid ja vesiniksidemed). Disulfiidsidemed katkevad redutseeriva aine merkaptoetanooli juuresolekul, samas kui polüpeptiidahela enda karkassi peptiidsidemed ei muutu. Nendes tingimustes rulluvad lahti looduslike valgumolekulide gloobulid ning moodustuvad juhuslikud ja korrastamata struktuurid (joonis 1).

Valgu molekuli denatureerimine (skeem).

a - algseisund; b - molekulaarstruktuuri pöörduva rikkumise algus; c - polüpeptiidahela pöördumatu kasutuselevõtt.

Ribonukleaasi denatureerimine ja renatureerimine (Anfinseni järgi).

a - kasutuselevõtt (uurea + merkaptoetanool); b - ümbervoltimine.

1. Valkude hüdrolüüs: H+

[− NH2─CH─ CO─NH─CH─CO − ]n +2nH2O → n NH2 − CH − COOH + n NH2 ─ CH ─ COOH

│ │ ‌‌│ │

Aminohape 1 aminohape 2

2. Valkude sadestamine:

a) pöörduv

Valk lahuses ↔ valgu sade. Tekib soolade Na+, K+ lahuste toimel

b) pöördumatu (denatureerimine)

Väliste tegurite (temperatuur; mehaaniline toime - surve, hõõrumine, raputamine, ultraheli; keemiliste ainete - happed, leelised jne) mõjul denatureerimisel toimub muutus valgu sekundaarses, tertsiaarses ja kvaternaarses struktuuris. makromolekul, st selle loomulik ruumiline struktuur. Valgu esmane struktuur ja sellest tulenevalt keemiline koostis ei muutu.

Denatureerimisel muutuvad valkude füüsikalised omadused: lahustuvus väheneb, bioloogiline aktiivsus kaob. Samal ajal suureneb mõnede keemiliste rühmade aktiivsus, soodustatakse proteolüütiliste ensüümide toimet valkudele ja sellest tulenevalt on see kergemini hüdrolüüsitav.

Näiteks albumiin - munavalge - sadestub temperatuuril 60-70 ° lahusest (koaguleerub), kaotades võime vees lahustuda.

Valkude denaturatsiooniprotsessi skeem (valgumolekulide tertsiaar- ja sekundaarstruktuuride hävitamine)

3. Valkude põletamine

Valgud põlevad, moodustades lämmastikku, süsinikdioksiidi, vett ja mõningaid muid aineid. Põlemisega kaasneb põlenud sulgedele iseloomulik lõhn.

4. Värvilised (kvalitatiivsed) reaktsioonid valkudele:

a) ksantoproteiini reaktsioon (benseenitsüklit sisaldavate aminohappejääkide jaoks):

Valk + HNO3 (konts.) → kollane värvus

b) biureedi reaktsioon (peptiidsidemete korral):

Valk + CuSO4 (küllastunud) + NaOH (konts.) → erkolilla värvus

c) tsüsteiinireaktsioon (väävlit sisaldavate aminohappejääkide puhul):

Valk + NaOH + Pb(CH3COO)2 → Värvimine mustaks

Valgud on kogu elu aluseks Maal ja täidavad organismides erinevaid funktsioone.

Valkude väljasoolamine

Väljasoolamine on valkude eraldamise protsess vesilahustest leelis- ja leelismuldmetallide kontsentreeritud soolade neutraalsete lahustega. Kui valgulahusele lisada kõrge kontsentratsiooniga sooli, toimub valguosakeste dehüdratsioon ja laengu eemaldamine, samal ajal kui valgud sadestuvad. Valgu sadenemise määr sõltub sadestava lahuse ioontugevusest, valgu molekuli osakeste suurusest, selle laengu suurusest ja hüdrofiilsusest. Erinevad valgud sadestuvad erinevatel soolakontsentratsioonidel. Seetõttu on soolade kontsentratsiooni järkjärgulise suurendamise teel saadud setetes üksikud valgud erinevates fraktsioonides. Valkude väljasoolamine on pöörduv protsess ja pärast soola eemaldamist taastab valk oma loomulikud omadused. Seetõttu kasutatakse väljasoolamist kliinilises praktikas vereseerumi valkude eraldamisel, samuti erinevate valkude eraldamisel ja puhastamisel.

Lisatud anioonid ja katioonid hävitavad valkude hüdraatunud valgukestat, mis on üks valgulahuste stabiilsusfaktoreid. Kõige sagedamini kasutatakse Na ja ammooniumsulfaatide lahuseid. Paljud valgud erinevad hüdratatsioonikihi suuruse ja laengu suuruse poolest. Igal valgul on oma väljasoolamistsoon. Pärast väljasoolava aine eemaldamist säilitab valk oma bioloogilise aktiivsuse ja füüsikalis-keemilised omadused. Kliinilises praktikas kasutatakse väljasoolamise meetodit globuliinide (50% ammooniumsulfaadi (NH4)2SO4 lisamisel moodustub sade) ja albumiinide (100% ammooniumsulfaadi (NH4)2SO4 lisamisega moodustub sade) eraldamiseks.

Väljasoolamist mõjutavad:

1) soola olemus ja kontsentratsioon;

2) pH keskkonnad;

3) temperatuur.

Peamist rolli mängivad ioonide valentsid.

12) Valgu primaarse, sekundaarse, tertsiaarse struktuuri korralduse tunnused.

Praeguseks on eksperimentaalselt tõestatud valgu molekuli struktuurse organiseerituse nelja taseme olemasolu: primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur.

Artikli sisu

VALGUD (artikkel 1)– igas elusorganismis esinevate bioloogiliste polümeeride klass. Valkude osalusel toimuvad peamised organismi elutegevust tagavad protsessid: hingamine, seedimine, lihaste kokkutõmbumine, närviimpulsside ülekanne. Elusolendite luukoe, nahk, juuksed, sarve moodustised koosnevad valkudest. Enamiku imetajate puhul toimub organismi kasv ja areng tänu toidukomponendina valke sisaldavatele toodetele. Valkude roll kehas ja vastavalt ka nende struktuur on väga mitmekesine.

Valkude koostis.

Kõik valgud on polümeerid, mille ahelad on kokku pandud aminohapete fragmentidest. Aminohapped on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad oma koostises (vastavalt nimetusele) NH 2 aminorühma ja orgaanilist hapet, s.o. karboksüül-, COOH-rühm. Kogu olemasolevate aminohapete hulgast (teoreetiliselt on võimalike aminohapete arv piiramatu) osalevad valkude moodustamises ainult need, millel on ainult üks süsinikuaatom aminorühma ja karboksüülrühma vahel. Üldiselt võib valkude moodustumisel osalevaid aminohappeid esitada järgmise valemiga: H 2 N–CH(R)–COOH. Süsinikuaatomiga seotud R-rühm (amino- ja karboksüülrühmade vaheline rühm) määrab erinevuse valke moodustavate aminohapete vahel. See rühm võib koosneda ainult süsiniku- ja vesinikuaatomitest, kuid sagedamini sisaldab lisaks C-le ja H-le ka mitmesuguseid funktsionaalseid (edasi muundumisvõimelisi) rühmi, näiteks HO-, H2N- jne. valik, kui R = H.

Elusolendite organismid sisaldavad rohkem kui 100 erinevat aminohapet, kuid mitte kõiki ei kasutata valkude ehitamisel, vaid ainult 20, nn "fundamentaalne". Tabelis. 1 on näidatud nende nimed (enamik nimesid on ajalooliselt välja kujunenud), struktuurivalem, samuti laialt levinud lühend. Kõik struktuurivalemid on tabelis paigutatud nii, et aminohappe põhifragment on paremal.

Tabel 1. VALKUDE LOOMISES OSALEVAD AMINOHAPPED

Nimi	Struktuur	Määramine
GLÜTSINE		GLI
ALANIIN		ALA
VALIN		VÕLL
LEUTSIIN		LEI
ISOLEUTSIIN		ILE
SERIIN		SER
TREONIIN		TRE
TÜSTEIIN		SRÜ
METIONIIN		KOHTUSIME
LÜSIIN		LIZ
ARGINIIN		ARG
SPARAGIHAPPE		ACH
SPARAGIN		ACH
GLUTAAMIINHAPE		GLU
GLUTAMIIN		GLN
fenüülalaniin		föön
TÜROSIIN		TIR
trüptofaan		KOLM
HISTIDINE		GIS
PROLIIN		PRO
Rahvusvahelises praktikas aktsepteeritakse loetletud aminohapete lühendatud tähistamist, kasutades ladina kolmetähelisi või ühetähelisi lühendeid, näiteks glütsiin - Gly või G, alaniin - Ala või A.

Nende kahekümne aminohappe hulgast (tabel 1) sisaldab ainult proliin COOH-karboksüülrühma kõrval NH-rühma (NH2 asemel), kuna see on osa tsüklilisest fragmendist.

Kaheksat hallil taustal tabelisse paigutatud aminohapet (valiin, leutsiin, isoleutsiin, treoniin, metioniin, lüsiin, fenüülalaniin ja trüptofaan) nimetatakse asendamatuteks, kuna organism peab neid normaalseks kasvuks ja arenguks pidevalt koos valgutoiduga saama.

Valgu molekul moodustub aminohapete järjestikuse ühendamise tulemusena, samas kui ühe happe karboksüülrühm interakteerub naabermolekuli aminorühmaga, mille tulemusena moodustub –CO–NH– peptiidside ja vesi. molekul vabaneb. Joonisel fig. 1 näitab alaniini, valiini ja glütsiini jadaühendust.

Riis. üks AMINOHAPETE SERIALÜHENDUS valgu molekuli moodustumise ajal. Polümeeriahela põhisuunaks valiti tee terminaalsest aminorühmast H2N kuni terminaalse karboksüülrühmani COOH.

Valgu molekuli struktuuri kompaktseks kirjeldamiseks kasutatakse polümeeri ahela moodustamisel osalevate aminohapete lühendeid (tabel 1, kolmas veerg). Joonisel fig 1 näidatud molekuli fragment. 1 on kirjutatud järgmiselt: H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.

Valgu molekulid sisaldavad 50 kuni 1500 aminohappejääki (lühemaid ahelaid nimetatakse polüpeptiidideks). Valgu individuaalsuse määrab polümeeri ahela moodustavate aminohapete kogum ja, mis pole vähem oluline, nende vaheldumise järjekord ahelas. Näiteks insuliini molekul koosneb 51 aminohappejäägist (see on üks lühima ahelaga valke) ja koosneb kahest omavahel ühendatud paralleelsest ebavõrdse pikkusega ahelast. Aminohappefragmentide järjestus on näidatud joonisel fig. 2.

Riis. 2 INSULIINI Molekul, mis on ehitatud 51 aminohappejäägist, on samade aminohapete fragmendid tähistatud vastava taustavärviga. Ahelas sisalduvad tsüsteiini aminohappejäägid (lühendatud tähis CIS) moodustavad disulfiidsildu -S-S-, mis seovad kaks polümeeri molekuli või moodustavad hüppajad ühes ahelas.

Aminohappe tsüsteiini molekulid (tabel 1) sisaldavad reaktiivseid sulfhüdriidrühmi -SH, mis interakteeruvad üksteisega, moodustades disulfiidsildu -S-S-. Tsüsteiini roll valkude maailmas on eriline, selle osalusel tekivad polümeersete valgumolekulide vahel ristsidemed.

Aminohapete kombineerimine polümeeriahelaks toimub elusorganismis nukleiinhapete kontrolli all, just nemad tagavad range kokkupanekujärjekorra ja reguleerivad polümeeri molekuli fikseeritud pikkust ().

Valkude struktuur.

Valgu molekuli koostist, mis on esitatud vahelduvate aminohappejääkide kujul (joonis 2), nimetatakse valgu primaarseks struktuuriks. Polümeeriahelas olevate iminorühmade HN ja karbonüülrühmade CO vahel tekivad vesiniksidemed (), mille tulemusena omandab valgumolekul teatud ruumilise kuju, mida nimetatakse sekundaarstruktuuriks. Valkudes on kõige levinumad kahte tüüpi sekundaarsed struktuurid.

Esimene võimalus, mida nimetatakse α-heeliksiks, rakendatakse vesiniksidemete abil ühes polümeeri molekulis. Molekuli geomeetrilised parameetrid, mis on määratud sideme pikkuste ja sidenurkadega, on sellised, et vesiniksidemete moodustumine on võimalik H-N ja C=O rühmade jaoks, mille vahel on kaks peptiidi fragmenti H-N-C=O (joonis 3). .

Polüpeptiidahela koostis, mis on näidatud joonisel fig. 3 on lühendatult kirjutatud järgmiselt:

H 2 N-ALA VAL-ALA-LEY-ALA-ALA-ALA-ALA-VAL-ALA-ALA-ALA-COOH.

Vesiniksidemete kokkutõmbumise tulemusena omandab molekul spiraali kuju - nn α-heeliksi, seda on kujutatud kõvera spiraalse lindina, mis läbib polümeeri ahelat moodustavaid aatomeid (joonis 4).

Riis. neli VALGU MOLEKULI 3D MUDELα-heeliksi kujul. Vesiniksidemed on näidatud roheliste punktiirjoontena. Spiraali silindriline kuju on nähtav teatud pöördenurga all (vesinikuaatomeid joonisel ei ole näidatud). Üksikute aatomite värvus on antud vastavalt rahvusvahelistele reeglitele, mis soovitavad süsinikuaatomite jaoks musta, lämmastiku jaoks sinist, hapniku jaoks punast ja väävli jaoks kollast värvi (valge värv on soovitatav vesinikuaatomitele, mida joonisel ei ole näidatud, antud juhul kogu struktuur on kujutatud tumedal taustal).

Teine sekundaarstruktuuri variant, mida nimetatakse β-struktuuriks, moodustub samuti vesiniksidemete osalusel, erinevus seisneb selles, et kahe või enama paralleelselt paikneva polümeeri ahela H-N ja C=O rühmad interakteeruvad. Kuna polüpeptiidahelal on suund (joonis 1), on variandid võimalikud, kui ahelate suund on sama (paralleelne β-struktuur, joonis 5) või need on vastupidised (antiparalleelne β-struktuur, joonis 6). .

β-struktuuri moodustamisel võivad osaleda erineva koostisega polümeerahelad, samas kui polümeeri ahelat raamivad orgaanilised rühmad (Ph, CH 2 OH jne) mängivad enamasti teisejärgulist rolli, H-N ja C omavahelist paigutust. =O rühmad on määravad. Kuna H-N ja C=O rühmad on suunatud polümeeri ahela suhtes erinevatesse suundadesse (joonisel üles ja alla), muutub võimalikuks kolme või enama ahela samaaegne interaktsioon.

Esimese polüpeptiidahela koostis joonisel fig. 5:

H 2 N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH

Teise ja kolmanda ahela koostis:

H 2 N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH

Polüpeptiidahelate koostis, mis on näidatud joonisel fig. 6, sama mis joonisel fig. 5, erinevus seisneb selles, et teisel ahel on vastupidine (võrreldes joonisega 5) suund.

Ühe molekuli sees on võimalik moodustada β-struktuur, kui ahela fragment mingis osas osutub 180° pööratuks, sel juhul on ühe molekuli kaks haru vastupidise suunaga, mille tulemusena antiparalleel Moodustub β-struktuur (joon. 7).

Joonisel fig. 7 tasasel kujutisel, näidatud joonisel fig. 8 kolmemõõtmelise mudeli kujul. β-struktuuri lõiked tähistatakse tavaliselt lihtsustatult lameda lainelise paelaga, mis läbib polümeeri ahelat moodustavaid aatomeid.

Paljude valkude struktuuris vahelduvad α-heeliksi ja linditaoliste β-struktuuride lõigud, samuti üksikud polüpeptiidahelad. Nende omavahelist paigutust ja vaheldumist polümeeriahelas nimetatakse valgu tertsiaarseks struktuuriks.

Allpool on näidatud meetodid valkude struktuuri kujutamiseks, kasutades näitena taimset valku krambiini. Valkude struktuurivalemid, mis sisaldavad sageli kuni sadu aminohappe fragmente, on keerulised, tülikad ja raskesti arusaadavad, seetõttu kasutatakse mõnikord lihtsustatud struktuurivalemeid – ilma keemiliste elementide sümboliteta (joonis 9, variant A), kuid samas. ajal, mil nad säilitavad valentsjoonte värvi vastavalt rahvusvahelistele reeglitele (joonis 4). Sel juhul on valem esitatud mitte tasapinnalisena, vaid ruumilisena, mis vastab molekuli tegelikule struktuurile. See meetod võimaldab näiteks eristada disulfiidsildu (sarnaselt insuliini omadega, joonis 2), fenüülrühmi ahela külgraamis jne. Molekulide kujutis kolmemõõtmeliste mudelite kujul (varrastega ühendatud pallid) on mõnevõrra selgem (joonis 9, valik B). Mõlemad meetodid ei võimalda aga tertsiaarset struktuuri näidata, mistõttu tegi Ameerika biofüüsik Jane Richardson ettepaneku kujutada α-struktuure spiraalselt keerdunud paeltena (vt joonis 4), β-struktuure lamedate laineliste paeltena (joonis 8) ja ühendavatena. need üksikud ahelad - õhukeste kimpude kujul on igal struktuuritüübil oma värv. Seda valgu tertsiaarse struktuuri kujutamise meetodit kasutatakse nüüd laialdaselt (joonis 9, variant B). Mõnikord näidatakse suurema teabesisu huvides koos tertsiaarset struktuuri ja lihtsustatud struktuurivalemit (joonis 9, variant D). Samuti on Richardsoni pakutud meetodi modifikatsioone: α-heeliksid on kujutatud silindritena ja β-struktuurid on lamedate noolte kujul, mis näitavad ahela suunda (joonis 9, valik E). Vähem levinud on meetod, mille puhul kujutatakse kogu molekuli kimbuna, kus ebavõrdsed struktuurid eristuvad erinevate värvidega ja disulfiidsillad on kujutatud kollaste sildadena (joonis 9, variant E).

Tajumiseks on kõige mugavam variant B, kui tertsiaarse struktuuri kujutamisel ei ole näidatud valgu struktuuriomadusi (aminohappefragmendid, nende vaheldumise järjekord, vesiniksidemed), samas kui eeldatakse, et kõik valgud sisaldavad “detaile” võetud kahekümnest aminohappest koosnevast standardkomplektist (tabel 1). Tertsiaarse struktuuri kujutamisel on põhiülesanne näidata sekundaarstruktuuride ruumilist paigutust ja vaheldumist.

Riis. 9 CRUMBIN VALGU STRUKTUURI KUJUTISED ERINEVAD VERSIONID.
A on struktuurivalem ruumikujutises.
B - struktuur kolmemõõtmelise mudeli kujul.
B on molekuli tertsiaarne struktuur.
G - valikute A ja B kombinatsioon.
E - tertsiaarse struktuuri lihtsustatud pilt.
E - tertsiaarne struktuur disulfiidsildadega.

Tajumiseks on kõige mugavam kolmemõõtmeline tertsiaarne struktuur (variant B), mis on vabastatud struktuurivalemi üksikasjadest.

Tertsiaarse struktuuriga valgumolekul omandab reeglina teatud konfiguratsiooni, mille moodustavad polaarsed (elektrostaatilised) interaktsioonid ja vesiniksidemed. Selle tulemusena muutub molekul kompaktse spiraali kujul - globulaarsed valgud (gloobulid, lat. pall) või filamentsed - fibrillaarsed valgud (fibra, lat. kiudaineid).

Kerakujulise struktuuri näide on valgualbumiin, kanamuna valk kuulub albumiinide klassi. Albumiini polümeerne ahel koosneb peamiselt alaniinist, asparagiinhappest, glütsiinist ja tsüsteiinist, vaheldumisi teatud järjekorras. Tertsiaarne struktuur sisaldab üksikute ahelatega ühendatud α-heeliseid (joonis 10).

Riis. kümme ALBUMIINI GLOBULAARNE STRUKTUUR

Fibrillaarse struktuuri näide on fibroiini valk. Need sisaldavad suurel hulgal glütsiini, alaniini ja seriini jääke (iga teine ​​aminohappejääk on glütsiin); sulfhüdriidrühmi sisaldavad tsüsteiinijäägid puuduvad. Fibroiin, loodusliku siidi ja ämblikuvõrkude põhikomponent, sisaldab üksikute ahelatega ühendatud β-struktuure (joonis 11).

Riis. üksteist FIBRILLAARNE VALGFIBROIN

Teatud tüüpi tertsiaarse struktuuri moodustamise võimalus on omane valgu primaarstruktuurile, s.o. eelnevalt määratud aminohappejääkide vaheldumise järjekorras. Teatud selliste jääkide komplektidest tekivad valdavalt α-heeliksid (sellisi komplekte on päris palju), teine ​​komplekt toob kaasa β-struktuuride ilmnemise, üksikuid ahelaid iseloomustab nende koostis.

Mõned valgumolekulid, säilitades samal ajal tertsiaarse struktuuri, on võimelised ühinema suurteks supramolekulaarseteks agregaatideks, samal ajal kui neid hoiavad koos polaarsed interaktsioonid, aga ka vesiniksidemed. Selliseid moodustisi nimetatakse valgu kvaternaarseks struktuuriks. Näiteks valk ferritiin, mis koosneb peamiselt leutsiinist, glutamiinhappest, asparagiinhappest ja histidiinist (ferritsiin sisaldab erinevas koguses kõiki 20 aminohappejääki), moodustab neljast paralleelselt asetsevast α-heeliksist koosneva tertsiaarse struktuuri. Molekulide ühendamisel üheks ansambliks (joonis 12) moodustub kvaternaarne struktuur, mis võib sisaldada kuni 24 ferritiini molekuli.

Joon.12 GLOBULAARSE VALGUFERRITIINI KVTERNAARSE STRUKTUURI TEKKIMINE

Teine näide supramolekulaarsetest moodustistest on kollageeni struktuur. See on fibrillaarne valk, mille ahelad on üles ehitatud peamiselt glütsiinist, mis vaheldub proliini ja lüsiiniga. Struktuur sisaldab üksikuid ahelaid, kolmekordseid α-heeliseid, mis vahelduvad paralleelsetesse kimpudesse laotud linditaoliste β-struktuuridega (joonis 13).

Joonis 13 KOLLAGEENFIBRILLAARVALGU ÜLEMINE STRUKTUUR

Valkude keemilised omadused.

Orgaaniliste lahustite toimel hävivad mõnede bakterite jääkproduktid (piimhappekäärimine) või temperatuuri tõusuga sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid, kahjustamata selle primaarset struktuuri, mille tulemusena kaotab valk lahustuvuse ja bioloogilise aktiivsuse. protsessi nimetatakse denaturatsiooniks, st looduslike omaduste kadumiseks, näiteks hapupiima, keedetud kanamuna kalgendatud valgu kalgendamiseks. Kõrgendatud temperatuuril denatureerivad elusorganismide (eriti mikroorganismide) valgud kiiresti. Sellised valgud ei ole võimelised osalema bioloogilistes protsessides, mille tagajärjel surevad mikroorganismid, nii et keedetud (või pastöriseeritud) piima saab kauem säilitada.

Peptiidsidemed H-N-C=O, mis moodustavad valgumolekuli polümeeri ahela, hüdrolüüsitakse hapete või leeliste juuresolekul ja polümeeri ahel katkeb, mis lõpuks võib viia algsete aminohapete tekkeni. α-heeliteks või β-struktuurides sisalduvad peptiidsidemed on vastupidavamad hüdrolüüsile ja erinevatele keemilistele rünnakutele (võrreldes samade sidemetega üksikutes ahelates). Valgu molekuli delikaatsem lahtiühendamine selle koostisse kuuluvateks aminohapeteks toimub veevabas keskkonnas hüdrasiini H 2 N–NH 2 abil, samas kui kõik aminohappefragmendid, välja arvatud viimane, moodustavad nn karboksüülhappe hüdrasiidid, mis sisaldavad fragment C (O)–HN–NH 2 (joon. 14).

Riis. neliteist. POLÜPEPTIIDI LÕHENDAMINE

Selline analüüs võib anda teavet valgu aminohappelise koostise kohta, kuid olulisem on teada nende järjestust valgu molekulis. Üks selleks laialdaselt kasutatav meetod on fenüülisotiotsüanaadi (FITC) toime polüpeptiidahelale, mis leeliselises keskkonnas kinnitub polüpeptiidi külge (aminorühma sisaldavast otsast) ja kui keskkonna reaktsioon muutub. happeliseks, eraldub ta ahelast, võttes endaga kaasa ühe aminohappe fragmendi (joon. 15).

Riis. viisteist JÄRJESTUSLIK POLÜPEPTID Lõhustamine

Selliseks analüüsiks on välja töötatud palju spetsiaalseid meetodeid, sealhulgas selliseid, mis hakkavad valgu molekuli selle koostisosadeks "lahti lammutama", alustades karboksüüli otsast.

Ristlikud disulfiidsillad S-S (moodustuvad tsüsteiinijääkide interaktsioonil, joonised 2 ja 9) lõhustatakse, muutes need erinevate redutseerivate ainete toimel HS-rühmadeks. Oksüdeerivate ainete (hapnik või vesinikperoksiid) toime viib taas disulfiidsildade moodustumiseni (joonis 16).

Riis. 16. Disulfiidsildade lõhustamine

Täiendavate ristsidemete loomiseks valkudes kasutatakse amino- ja karboksüülrühmade reaktiivsust. Erinevate interaktsioonide jaoks on paremini kättesaadavad aminorühmad, mis asuvad ahela külgraamis - lüsiini, asparagiini, lüsiini, proliini fragmendid (tabel 1). Selliste aminorühmade koostoimel formaldehüüdiga toimub kondenseerumine ja tekivad ristsillad –NH–CH2–NH– (joonis 17).

Riis. 17 TÄIENDAVATE TRANVERSAALSILDADE LOOMINE VALGU MOLEKULIDE VAHEL.

Valgu terminaalsed karboksüülrühmad on võimelised reageerima mõne polüvalentse metalli kompleksühenditega (sagedamini kasutatakse kroomiühendeid), tekivad ka ristsidemed. Mõlemat protsessi kasutatakse naha parkimisel.

Valkude roll organismis.

Valkude roll organismis on mitmekesine.

Ensüümid(käärimine lat. - kääritamine), nende teine ​​nimi on ensüümid (en kreeka zumh. - pärmis) - need on katalüütilise aktiivsusega valgud, mis on võimelised suurendama biokeemiliste protsesside kiirust tuhandeid kordi. Ensüümide toimel lagunevad toidu koostisosad: valgud, rasvad ja süsivesikud lihtsamateks ühenditeks, millest seejärel sünteesitakse uued makromolekulid, mis on teatud tüüpi organismile vajalikud. Ensüümid osalevad ka paljudes biokeemilistes sünteesiprotsessides, näiteks valkude sünteesis (mõned valgud aitavad sünteesida teisi).

Ensüümid pole mitte ainult ülitõhusad katalüsaatorid, vaid ka selektiivsed (suunavad reaktsiooni rangelt antud suunas). Nende juuresolekul kulgeb reaktsioon peaaegu 100% saagisega, ilma kõrvalsaaduste tekketa ja samal ajal on voolutingimused leebed: normaalne atmosfäärirõhk ja elusorganismi temperatuur. Võrdluseks, ammoniaagi süntees vesinikust ja lämmastikust aktiveeritud raudkatalüsaatori juuresolekul toimub temperatuuril 400–500 °C ja rõhul 30 MPa, ammoniaagi saagis on 15–25% tsükli kohta. Ensüüme peetakse ületamatuteks katalüsaatoriteks.

Ensüümide intensiivne uurimine algas 19. sajandi keskel, praeguseks on uuritud üle 2000 erineva ensüümi, see on kõige mitmekesisem valkude klass.

Ensüümide nimetused on järgmised: reagendi nimetus, millega ensüüm interakteerub, või katalüüsitud reaktsiooni nimetus lisatakse lõpuga -aza, näiteks arginaas lagundab arginiini (tabel 1), dekarboksülaas katalüüsib dekarboksüülimist, st. CO 2 eemaldamine karboksüülrühmast:

– COOH → – CH + CO 2

Sageli on ensüümi rolli täpsemaks näitamiseks selle nimes märgitud nii reaktsiooni objekt kui ka liik, näiteks alkoholdehüdrogenaas on ensüüm, mis dehüdreerib alkohole.

Mõne üsna kaua aega tagasi avastatud ensüümi puhul on säilinud ajalooline nimetus (ilma -aza lõputa), näiteks pepsiin (pepsis, kreeka keel. seedimine) ja trüpsiin (trüpsis kreeka keel. veeldamine), need ensüümid lagundavad valke.

Süstematiseerimiseks liidetakse ensüümid suurteks klassideks, klassifitseerimisel lähtutakse reaktsiooni tüübist, klassid nimetatakse üldpõhimõtte järgi - reaktsiooni nimetus ja lõpp - asa. Mõned neist klassidest on loetletud allpool.

Oksüdoreduktaas on ensüümid, mis katalüüsivad redoksreaktsioone. Sellesse klassi kuuluvad dehüdrogenaasid teostavad prootoniülekannet, näiteks alkoholdehüdrogenaas (ADH) oksüdeerib alkoholid aldehüüdideks, järgnevat aldehüüdide oksüdatsiooni karboksüülhapeteks katalüüsivad aldehüüddehüdrogenaasid (ALDH). Mõlemad protsessid toimuvad organismis etanooli töötlemisel äädikhappeks (joon. 18).

Riis. kaheksateist ETANOOLI KAHEETAPILINE OKSIDEERIMINEäädikhappele

Narkootilise toimega ei ole mitte etanool, vaid vaheprodukt atseetaldehüüd, mida madalam on ALDH ensüümi aktiivsus, seda aeglasemalt möödub teine ​​etapp - atseetaldehüüdi oksüdatsioon äädikhappeks ning seda pikem ja tugevam on allaneelamisel tekkiv joovastav toime. etanoolist. Analüüs näitas, et enam kui 80% kollase rassi esindajatest on suhteliselt madala ALDH aktiivsusega ja seetõttu märgatavalt raskem alkoholitaluvus. Selle ALDH kaasasündinud vähenenud aktiivsuse põhjuseks on see, et osa glutamiinhappe jääkidest "nõrgestatud" ALDH molekulis on asendatud lüsiini fragmentidega (tabel 1).

Transferaasid- ensüümid, mis katalüüsivad funktsionaalrühmade ülekannet, näiteks transiminaas katalüüsib aminorühma ülekannet.

Hüdrolaasid on ensüümid, mis katalüüsivad hüdrolüüsi. Eelnevalt mainitud trüpsiin ja pepsiin hüdrolüüsivad peptiidsidemeid ning lipaasid lõhustavad estersideme rasvades:

–RC(O)OR 1 + H 2 O → –RC(O)OH + HOR 1

Liase- ensüümid, mis katalüüsivad mittehüdrolüütilisel teel toimuvaid reaktsioone, selliste reaktsioonide tulemusena katkevad C-C, C-O, C-N sidemed ja tekivad uued sidemed. Sellesse klassi kuulub ensüüm dekarboksülaas

Isomeraasid- ensüümid, mis katalüüsivad isomerisatsiooni, näiteks malehappe muundumist fumaarhappeks (joonis 19), see on näide cis-trans-isomerisatsioonist ().

Riis. 19. MALEINHAPPE ISOMERISEERIMINE fumaarhappeks ensüümi juuresolekul.

Ensüümide töös järgitakse üldpõhimõtet, mille kohaselt on ensüümi ja kiirendatud reaktsiooni reagendi vahel alati struktuurne vastavus. Ensüümide õpetuse ühe rajaja kujundliku väljendi kohaselt läheneb reagent ensüümile nagu luku võti. Sellega seoses katalüüsib iga ensüüm teatud keemilist reaktsiooni või sama tüüpi reaktsioonide rühma. Mõnikord võib ensüüm toimida ühele ühendile, näiteks ureaasile (uron kreeka keel. - uriin) katalüüsib ainult uurea hüdrolüüsi:

(H 2 N) 2 C \u003d O + H 2 O \u003d CO 2 + 2NH 3

Suurimat selektiivsust näitavad ensüümid, mis eristavad optiliselt aktiivseid antipoode – vasaku- ja paremakäelisi isomeere. L-arginaas toimib ainult vasakule pööravale arginiinile ja ei mõjuta paremale pööravat isomeeri. L-laktaatdehüdrogenaas mõjutab ainult piimhappe vasakule pööravaid estreid, nn laktaate (lactis lat. piim), samas kui D-laktaatdehüdrogenaas lagundab ainult D-laktaate.

Enamik ensüüme ei toimi mitte ühele, vaid rühmale seotud ühendeid, näiteks trüpsiin "eelistab" lõhustada lüsiini ja arginiini poolt moodustatud peptiidsidemeid (tabel 1).

Mõnede ensüümide, näiteks hüdrolaaside, katalüütilised omadused on määratud ainult valgu molekuli enda struktuuriga, teine ​​ensüümide klass - oksidoreduktaasid (näiteks alkoholdehüdrogenaas) võivad olla aktiivsed ainult mittevalguliste molekulide juuresolekul, mis on seotud need - vitamiinid, mis aktiveerivad Mg, Ca, Zn, Mn ja nukleiinhapete fragmente (joon. 20).

Riis. kakskümmend ALKOHOLDDEHÜDROGENAASI MOLEKUL

Transpordivalgud seovad ja transpordivad erinevaid molekule või ioone läbi rakumembraanide (nii raku sees kui ka väljaspool), samuti ühest organist teise.

Näiteks hemoglobiin seob hapnikku, kui veri läbib kopse ja toimetab selle erinevatesse keha kudedesse, kus hapnik vabaneb ja seejärel kasutatakse seda toidukomponentide oksüdeerimiseks. See protsess toimib energiaallikana (mõnikord kasutatakse terminit toidu "põletamine"). keha kasutatakse).

Lisaks valguosale sisaldab hemoglobiin raua kompleksühendit tsüklilise porfüriini molekuliga (porphyros kreeka keel. - lilla), mis määrab vere punase värvuse. Just see kompleks (joonis 21, vasakul) täidab hapnikukandja rolli. Hemoglobiinis paikneb raudporfüriini kompleks valgu molekuli sees ja seda säilitavad polaarsed interaktsioonid, samuti koordinatsioonisideme histidiini lämmastikuga (tabel 1), mis on valgu osa. O2 molekul, mida kannab hemoglobiin, kinnitub koordinatsioonisideme kaudu rauaaatomi külge küljelt, mis on vastasküljelt sellele, millega on seotud histidiin (joonis 21, paremal).

Riis. 21 RAUAKOMPLEKSI STRUKTUUR

Paremal on näidatud kompleksi struktuur kolmemõõtmelise mudeli kujul. Kompleksi hoiab valgumolekulis koordinatsiooniside (katkendlik sinine joon) Fe-aatomi ja N-aatomi vahel histidiinis, mis on valgu osa. O 2 molekul, mida kannab hemoglobiin, on koordineeritud (punane punktiirjoon) tasapinnalise kompleksi vastasriigist pärit Fe aatomiga.

Hemoglobiin on üks enim uuritud valke, see koosneb üksikute ahelatega ühendatud a-heeliksitest ja sisaldab nelja rauakompleksi. Seega on hemoglobiin nagu mahukas pakett nelja hapnikumolekuli korraga ülekandmiseks. Hemoglobiini vorm vastab globulaarsetele valkudele (joon. 22).

Riis. 22 HEMOGLOBIINI GLOBULAARNE VORM

Hemoglobiini peamine "eelis" seisneb selles, et hapniku lisamine ja sellele järgnev eraldumine erinevatesse kudedesse ja organitesse ülekandmisel toimub kiiresti. Süsinikmonooksiid CO (süsinikmonooksiid) seondub hemoglobiinis sisalduva Fe-ga veelgi kiiremini, kuid erinevalt O 2 -st moodustab kompleksi, mida on raske lõhustada. Selle tulemusena ei suuda selline hemoglobiin siduda O 2, mis põhjustab (suure koguse süsinikmonooksiidi sissehingamisel) keha surmani lämbumise tõttu.

Hemoglobiini teine ​​funktsioon on väljahingatava CO 2 ülekandmine, kuid mitte rauaaatom, vaid valgu N-rühma H 2 osaleb süsinikdioksiidi ajutise sidumise protsessis.

Valkude "jõudlus" sõltub nende struktuurist, näiteks hemoglobiini polüpeptiidahelas ainsa glutamiinhappe aminohappejäägi asendamine valiinijäägiga (harva täheldatav kaasasündinud anomaalia) põhjustab haigust, mida nimetatakse sirprakuliseks aneemiaks.

Samuti on olemas transportvalgud, mis suudavad siduda rasvu, glükoosi, aminohappeid ja kanda neid nii rakkude sees kui ka väljaspool.

Spetsiaalset tüüpi transpordivalgud ei kanna aineid ise, vaid toimivad "transpordiregulaatorina", juhtides teatud aineid läbi membraani (raku välisseina). Selliseid valke nimetatakse sageli membraanivalkudeks. Need on õõnsa silindri kujuga ja membraani seina sisse põimituna tagavad mõnede polaarsete molekulide või ioonide liikumise rakku. Membraanivalgu näide on poriin (joonis 23).

Riis. 23 PORIINIVALK

Toidu- ja säilitusvalgud, nagu nimigi viitab, toimivad sisemise toitumise allikana, sagedamini taimede ja loomade embrüotele, aga ka noorte organismide arengu varases staadiumis. Toiduvalkude hulka kuuluvad albumiin (joonis 10) – munavalge põhikomponent, aga ka kaseiin – peamine piimavalk. Ensüümi pepsiini toimel kalgendub kaseiin maos, mis tagab selle säilimise seedetraktis ja tõhusa imendumise. Kaseiin sisaldab fragmente kõigist organismile vajalikest aminohapetest.

Ferritiin (joonis 12), mis sisaldub loomade kudedes, on talletatud raua ioonid.

Müoglobiin on ka säilitusvalk, mis oma koostiselt ja struktuurilt sarnaneb hemoglobiiniga. Müoglobiin on koondunud peamiselt lihastesse, selle peamine roll on hapniku säilitamine, mida hemoglobiin talle annab. See küllastub kiiresti hapnikuga (palju kiiremini kui hemoglobiin) ja kandub seejärel järk-järgult erinevatesse kudedesse.

Struktuurvalgud täidavad kaitsefunktsiooni (nahk) ehk toetavad – hoiavad keha koos ja annavad jõudu (kõhred ja kõõlused). Nende põhikomponendiks on fibrillaarne valk kollageen (joon. 11), loomamaailma levinuim valk imetajate organismis, see moodustab ligi 30% valkude kogumassist. Kollageenil on kõrge tõmbetugevus (naha tugevus on teada), kuid naha kollageeni vähese ristsidemete sisalduse tõttu ei sobi loomanahad toores vormis erinevate toodete valmistamiseks. Naha turse vähendamiseks vees, kokkutõmbumisel kuivatamisel, samuti tugevuse suurendamiseks kastetud olekus ja elastsuse suurendamiseks kollageenis tekivad täiendavad ristsidemed (joon. 15a), see on nn. naha päevitusprotsess.

Elusorganismides organismi kasvu- ja arenguprotsessis tekkinud kollageenimolekule ei uuendata ega asendata äsja sünteesitud molekulidega. Keha vananedes suureneb kollageeni ristsidemete arv, mis viib selle elastsuse vähenemiseni ja kuna uuenemist ei toimu, ilmnevad vanusega seotud muutused - kõhre ja kõõluste hapruse suurenemine, kollageenide ilmnemine. kortsud nahal.

Liigese sidemed sisaldavad elastiini, struktuurset valku, mis venib kergesti kahes mõõtmes. Suurima elastsusega on resiliini valk, mis mõnel putukatel paikneb tiibade liigendkinnituskohtades.

Sarvemoodustised - juuksed, küüned, suled, koosnevad peamiselt keratiinivalgust (joon. 24). Selle peamiseks erinevuseks on märgatav tsüsteiinijääkide sisaldus, mis moodustavad disulfiidsildu, mis annab juustele kõrge elastsuse (võime taastada oma algne kuju pärast deformatsiooni), samuti villastele kangastele.

Riis. 24. FIBRILLARSE VALGUKERATIINI Fragment

Keratiinobjekti kuju pöördumatuks muutmiseks peate esmalt disulfiidsillad redutseeriva aine abil hävitama, andma sellele uue kuju ja seejärel uuesti looma disulfiidsillad oksüdeeriva aine abil (joonis 1). . 16), nii tehakse näiteks juuste püsikujätmist.

Keratiini tsüsteiinijääkide sisalduse suurenemisega ja vastavalt disulfiidsildade arvu suurenemisega kaob võime deformeeruda, kuid samal ajal ilmneb kõrge tugevus (kuni 18% tsüsteiini fragmentidest sisalduvad kabiloomade ja kilpkonnakarpide sarvedes). Imetajatel on kuni 30 erinevat tüüpi keratiini.

Keratiiniga seotud fibrillaarne valk fibroiin, mida eritavad siidiusside röövikud kookonirullimise ajal, aga ka ämblikud võrgukudumise ajal, sisaldab ainult β-struktuure, mis on ühendatud üksikute ahelatega (joonis 11). Erinevalt keratiinist ei ole fibroiinil põiki disulfiidsildu, sellel on väga tugev tõmbetugevus (mõnede linaproovide ristlõikeühiku tugevus on suurem kui teraskaablitel). Ristsidemete puudumise tõttu on fibroiin mitteelastne (teada on, et villased kangad on peaaegu kustumatud, siidkangad kortsuvad kergesti).

reguleerivad valgud.

Reguleerivad valgud, mida sagedamini nimetatakse, osalevad erinevates füsioloogilistes protsessides. Näiteks hormooninsuliin (joonis 25) koosneb kahest α-ahelast, mis on omavahel ühendatud disulfiidsildadega. Insuliin reguleerib ainevahetusprotsesse, mis hõlmavad glükoosi, selle puudumine põhjustab diabeedi.

Riis. 25 VALGINSULIIN

Aju hüpofüüs sünteesib hormooni, mis reguleerib organismi kasvu. Seal on reguleerivad valgud, mis kontrollivad erinevate ensüümide biosünteesi organismis.

Kokkutõmbuvad ja motoorsed valgud annavad kehale kokkutõmbumise, kuju muutmise ja liikumise võime, eelkõige räägime lihastest. 40% kõigi lihastes sisalduvate valkude massist on müosiin (mys, myos, kreeka keel. - lihased). Selle molekul sisaldab nii fibrillaarset kui ka kerakujulist osa (joonis 26)

Riis. 26 MÜOSIIINI Molekul

Sellised molekulid ühinevad suurteks agregaatideks, mis sisaldavad 300–400 molekuli.

Kaltsiumiioonide kontsentratsiooni muutumisel lihaskiude ümbritsevas ruumis toimub molekulide konformatsioonis pöörduv muutus - ahela kuju muutus, mis on tingitud üksikute fragmentide pöörlemisest valentssidemete ümber. See toob kaasa lihaste kokkutõmbumise ja lõdvestumise, signaal kaltsiumioonide kontsentratsiooni muutmiseks tuleb lihaskiudude närvilõpmetest. Lihase tehiskontraktsiooni võib põhjustada elektriimpulsside toime, mis toob kaasa järsu muutuse kaltsiumiioonide kontsentratsioonis, see on aluseks südamelihase stimuleerimisele südame töö taastamiseks.

Kaitsevalgud võimaldavad kaitsta keha ründavate bakterite, viiruste sissetungi ja võõrvalkude tungimise eest (võõrkehade üldnimetus on antigeenid). Kaitsevalkude rolli täidavad immunoglobuliinid (nende teine ​​nimi on antikehad), nad tunnevad ära organismi tunginud antigeenid ja seonduvad nendega kindlalt. Imetajate, sealhulgas inimeste kehas on immunoglobuliine viis klassi: M, G, A, D ja E, nende struktuur, nagu nimigi ütleb, on kerakujuline, lisaks on nad kõik sarnaselt üles ehitatud. Antikehade molekulaarne struktuur on näidatud allpool, kasutades näitena klassi G immunoglobuliini (joonis 27). Molekul sisaldab nelja polüpeptiidahelat, mis on omavahel ühendatud kolme S-S disulfiidsillaga (joonisel 27 on need näidatud paksenenud valentssidemete ja suurte S sümbolitega), lisaks sisaldab iga polümeeri ahel ahelasiseseid disulfiidsildu. Kaks suurt polümeeriahelat (sinisega esile tõstetud) sisaldavad 400–600 aminohappejääki. Ülejäänud kaks ahelat (rohelisega esile tõstetud) on peaaegu poole pikemad ja sisaldavad ligikaudu 220 aminohappejääki. Kõik neli ketti asetsevad nii, et terminali H 2 N-rühmad on suunatud ühes suunas.

Riis. 27 IMMUNOGLOBULIINI STRUKTUURI SKEEMAATILINE JOON

Pärast keha kokkupuudet võõrvalguga (antigeeniga) hakkavad immuunsüsteemi rakud tootma immunoglobuliine (antikehi), mis kogunevad vereseerumis. Esimesel etapil teevad põhitöö ära klemm H 2 N sisaldavad ketilõigud (joonis 27 on vastavad lõigud tähistatud helesinise ja helerohelisega). Need on antigeeni püüdmise kohad. Immunoglobuliinide sünteesi käigus moodustuvad need kohad nii, et nende struktuur ja konfiguratsioon vastavad võimalikult suurel määral läheneva antigeeni struktuurile (nagu luku võti, nagu ensüümid, aga ülesanded sel juhul on erinev). Seega luuakse iga antigeeni jaoks immuunvastusena rangelt individuaalne antikeha. Mitte ükski teadaolev valk ei suuda lisaks immunoglobuliinidele oma struktuuri nii “plastiliselt” muuta, sõltuvalt välistest teguritest. Ensüümid lahendavad reagendile struktuurse vastavuse probleemi erineval viisil - erinevate ensüümide hiiglasliku komplekti abil kõigil võimalikel juhtudel ja immunoglobuliinid ehitavad iga kord uuesti "töövahendi". Veelgi enam, immunoglobuliini liigendpiirkond (joonis 27) annab kahele püüdmispiirkonnale teatud sõltumatu liikuvuse, mille tulemusena suudab immunoglobuliini molekul kohe "leia" kaks kõige mugavamat piirkonda antigeenis püüdmiseks, et neid kindlalt fikseerida. see meenutab vähilaadse olendi tegevust.

Järgmisena lülitatakse sisse organismi immuunsüsteemi järjestikuste reaktsioonide ahel, ühendatakse teiste klasside immunoglobuliinid, mille tulemusena võõrvalk deaktiveeritakse ning seejärel antigeen (võõrmikroorganism või toksiin) hävitatakse ja eemaldatakse.

Pärast kokkupuudet antigeeniga saavutatakse immunoglobuliini maksimaalne kontsentratsioon (olenevalt antigeeni olemusest ja organismi enda individuaalsetest omadustest) mõne tunni (mõnikord mitme päeva) jooksul. Keha säilitab sellise kontakti mälu ja uuesti sama antigeeniga rünnates kogunevad immunoglobuliinid vereseerumis palju kiiremini ja suuremas koguses – tekib omandatud immuunsus.

Ülaltoodud valkude klassifikatsioon on mõneti meelevaldne, näiteks kaitsvate valkude hulgas mainitud trombiinivalk on sisuliselt ensüüm, mis katalüüsib peptiidsidemete hüdrolüüsi ehk kuulub proteaaside klassi.

Kaitsevalke nimetatakse sageli maomürgi valkudeks ja mõnede taimede toksilisteks valkudeks, kuna nende ülesanne on kaitsta keha kahjustuste eest.

On valke, mille funktsioonid on nii ainulaadsed, et neid on raske klassifitseerida. Näiteks Aafrika taimes leiduv proteiin monelliin on väga magusa maitsega ja seda on uuritud kui mittetoksilist ainet, mida saab kasutada suhkru asemel rasvumise ennetamiseks. Mõnede Antarktika kalade vereplasmas on külmumisvastaste omadustega valke, mis hoiavad nende kalade verd külmumast.

Valkude kunstlik süntees.

Aminohapete kondenseerumine, mis viib polüpeptiidahelani, on hästi uuritud protsess. Võimalik on näiteks läbi viia mis tahes ühe aminohappe või hapete segu kondenseerimine ja saada vastavalt polümeer, mis sisaldab samu ühikuid või erinevaid ühikuid, vaheldumisi juhuslikus järjekorras. Sellised polümeerid sarnanevad vähe looduslike polüpeptiididega ja neil puudub bioloogiline aktiivsus. Peamine ülesanne on aminohapete ühendamine rangelt määratletud, eelnevalt planeeritud järjekorras, et reprodutseerida aminohappejääkide järjestust looduslikes valkudes. Ameerika teadlane Robert Merrifield pakkus välja originaalse meetodi, mis võimaldas sellist probleemi lahendada. Meetodi olemus seisneb selles, et esimene aminohape kinnitatakse lahustumatule polümeergeelile, mis sisaldab reaktiivseid rühmi, mis võivad ühineda aminohappe –COOH – rühmadega. Sellise polümeerse substraadina võeti sellesse sisestatud klorometüülrühmadega ristseotud polüstüreen. Et reaktsiooniks võetud aminohape ei reageeriks iseendaga ja et see ei ühineks H 2 N-rühmaga substraadiga, blokeeritakse selle happe aminorühm mahuka asendajaga [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -rühm. Pärast aminohappe kinnitumist polümeersele kandjale eemaldatakse blokeeriv rühm ja reaktsioonisegusse viiakse teine ​​aminohape, milles H2N rühm on samuti eelnevalt blokeeritud. Sellises süsteemis on võimalik ainult esimese aminohappe H 2 N-rühma ja teise happe rühma –COOH interaktsioon, mis viiakse läbi katalüsaatorite (fosfooniumisoolade) juuresolekul. Seejärel korratakse kogu skeemi, lisades kolmanda aminohappe (joonis 28).

Riis. 28. POLÜPEPTIIDKETTIDE SÜNTEESI SKEEM

Viimases etapis eraldatakse saadud polüpeptiidahelad polüstüreeni kandjast. Nüüd on kogu protsess automatiseeritud, on olemas automaatsed peptiidisüntesaatorid, mis töötavad kirjeldatud skeemi järgi. Selle meetodiga on sünteesitud palju meditsiinis ja põllumajanduses kasutatavaid peptiide. Samuti oli võimalik saada selektiivse ja tõhustatud toimega looduslike peptiidide täiustatud analooge. Mõned väikesed valgud on sünteesitud, näiteks hormooninsuliin ja mõned ensüümid.

Valkude sünteesiks on ka meetodeid, mis kordavad looduslikke protsesse: sünteesitakse nukleiinhapete fragmendid, mis on konfigureeritud tootma teatud valke, seejärel sisestatakse need fragmendid elusorganismi (näiteks bakterisse), misjärel keha hakkab tootma. toodavad soovitud valku. Nii saadakse nüüd märkimisväärses koguses raskesti ligipääsetavaid valke ja peptiide ning nende analooge.

Valgud kui toiduallikad.

Valgud lagundatakse elusorganismis pidevalt oma algseteks aminohapeteks (ensüümide asendamatul osalusel), osad aminohapped lähevad üle teisteks, seejärel sünteesitakse uuesti valgud (ka ensüümide osalusel), s.o. keha uueneb pidevalt. Osa valke (naha kollageen, juuksed) ei uuene, organism kaotab neid pidevalt ja sünteesib hoopis uusi. Valgud kui toiduallikad täidavad kahte põhifunktsiooni: varustavad organismi ehitusmaterjaliga uute valgumolekulide sünteesiks ja lisaks varustavad keha energiaga (kalorite allikad).

Lihasööjad imetajad (ka inimesed) saavad vajalikke valke taimsest ja loomsest toidust. Ükski toidust saadav valk ei integreeru muutumatul kujul organismi. Seedetraktis lagundatakse kõik imendunud valgud aminohapeteks ja neist ehitatakse juba konkreetsele organismile vajalikud valgud, ülejäänud 12 saab aga sünteesida kehas 8 asendamatust happest (tabel 1), kui neid ei ole. piisavas koguses koos toiduga, kuid asendamatuid happeid tuleb toiduga kindlasti varustada. Tsüsteiini väävliaatomeid saab organism asendamatu aminohappe metioniiniga. Osa valkudest laguneb, vabastades elutegevuseks vajalikku energiat ning neis sisalduv lämmastik väljub organismist koos uriiniga. Tavaliselt kaotab inimorganism 25–30 g valku päevas, seega peab valgurikast toitu olema alati õiges koguses. Minimaalne päevane valguvajadus on meestel 37 g ja naistel 29 g, kuid soovitatav kogus on peaaegu kaks korda suurem. Toidu hindamisel on oluline arvestada valkude kvaliteeti. Asendamatute aminohapete puudumisel või vähesel sisaldusel peetakse valku madala väärtusega valkudeks, mistõttu tuleks selliseid valke tarbida suuremas koguses. Niisiis sisaldavad kaunviljade valgud vähe metioniini ning nisu ja maisi valgud on madala lüsiinisisaldusega (mõlemad aminohapped on asendamatud). Loomsed valgud (v.a kollageenid) klassifitseeritakse täisväärtuslikuks toiduks. Kõikide asendamatute hapete täiskomplekt sisaldab piimakaseiini, aga ka kodujuustu ja sellest valmistatud juustu, seega taimetoitlane, kui see on väga range, s.t. “piimavaba”, nõuab suuremat kaunviljade, pähklite ja seente tarbimist, et varustada keha õiges koguses asendamatute aminohapetega.

Sünteetilisi aminohappeid ja valke kasutatakse ka toiduainetena, lisades neid söödale, mis sisaldavad vähesel määral asendamatuid aminohappeid. On baktereid, mis suudavad õlisüsivesinikke töödelda ja assimileerida, sel juhul tuleb valkude täielikuks sünteesiks neid toita lämmastikku sisaldavate ühenditega (ammoniaak või nitraadid). Sel viisil saadud valku kasutatakse kariloomade ja kodulindude söödaks. Loomasöödale lisatakse sageli ensüümide komplekti süsivesikuid, mis katalüüsivad raskesti lagunevate süsivesikute toidukomponentide hüdrolüüsi (teraviljade rakuseinad), mille tulemusena imendub taimne toit paremini.

Mihhail Levitski

VALGUD (artikkel 2)

(valgud), komplekssete lämmastikku sisaldavate ühendite klass, elusaine kõige iseloomulikumad ja olulisemad (koos nukleiinhapetega) komponendid. Valgud täidavad palju ja erinevaid funktsioone. Enamik valke on ensüümid, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Paljud füsioloogilisi protsesse reguleerivad hormoonid on samuti valgud. Struktuursed valgud nagu kollageen ja keratiin on luukoe, juuste ja küünte peamised komponendid. Lihaste kontraktiilsed valgud on võimelised oma pikkust muutma, kasutades keemilist energiat mehaanilise töö tegemiseks. Valgud on antikehad, mis seovad ja neutraliseerivad mürgiseid aineid. Mõned välismõjudele (valgus, lõhn) reageerivad valgud toimivad ärritust tajuvate meeleorganite retseptoritena. Paljud raku sees ja rakumembraanil asuvad valgud täidavad reguleerivaid funktsioone.

19. sajandi esimesel poolel paljud keemikud ja nende hulgas eelkõige J. von Liebig jõudsid järk-järgult järeldusele, et valgud on lämmastikuühendite eriklass. Nimetuse "valgud" (kreeka keelest protos - esimene) pakkus 1840. aastal välja Hollandi keemik G. Mulder.

FÜÜSIKALISED OMADUSED

Valgud on tahkes olekus valged, kuid lahuses värvitud, välja arvatud juhul, kui need kannavad mõnda kromofoori (värvilist) rühma, näiteks hemoglobiini. Erinevate valkude lahustuvus vees on väga erinev. See varieerub ka sõltuvalt pH-st ja soolade kontsentratsioonist lahuses, nii et saab valida tingimused, mille korral üks valk sadestub selektiivselt teiste valkude juuresolekul. Seda "väljasoolamise" meetodit kasutatakse laialdaselt valkude eraldamiseks ja puhastamiseks. Puhastatud valk sadestub sageli lahusest välja kristallidena.

Võrreldes teiste ühenditega on valkude molekulmass väga suur - mitmest tuhandest mitme miljoni daltonini. Seetõttu sadestuvad ultratsentrifuugimise ajal valgud ja pealegi erineva kiirusega. Positiivse ja negatiivse laenguga rühmade esinemise tõttu valgumolekulides liiguvad need elektriväljas erineva kiirusega. See on elektroforeesi alus, meetod, mida kasutatakse üksikute valkude eraldamiseks keerukatest segudest. Valkude puhastamine toimub ka kromatograafia abil.

KEEMILISED OMADUSED

Struktuur.

Valgud on polümeerid, st. korduvatest monomeerüksustest või subühikutest ahelatena üles ehitatud molekulid, mille rolli mängivad alfa-aminohapped. Aminohapete üldvalem

kus R on vesinikuaatom või mõni orgaaniline rühm.

Valgu molekul (polüpeptiidahel) võib koosneda ainult suhteliselt väikesest arvust aminohapetest või mitmest tuhandest monomeerühikust. Aminohapete ühendamine ahelas on võimalik, kuna igaühel neist on kaks erinevat keemilist rühma: aluseliste omadustega aminorühm NH2 ja happeline karboksüülrühm COOH. Mõlemad rühmad on seotud süsinikuaatomiga. Ühe aminohappe karboksüülrühm võib moodustada amiid- (peptiid-) sideme teise aminohappe aminorühmaga:

Pärast seda, kui kaks aminohapet on sel viisil ühendatud, saab ahelat pikendada, lisades teisele aminohappele kolmanda jne. Nagu ülaltoodud võrrandist näha, vabaneb peptiidsideme moodustumisel veemolekul. Hapete, leeliste või proteolüütiliste ensüümide juuresolekul kulgeb reaktsioon vastupidises suunas: polüpeptiidahel lõhustatakse vee lisamisega aminohapeteks. Seda reaktsiooni nimetatakse hüdrolüüsiks. Hüdrolüüs kulgeb spontaanselt ja aminohapete ühendamiseks polüpeptiidahelaks on vaja energiat.

Karboksüülrühm ja amiidrühm (või sellega sarnane imiidrühm - proliini aminohappe puhul) esinevad kõigis aminohapetes, samas kui aminohapete vahelised erinevused on määratud selle rühma olemusega ehk "küljega". ahel", mida tähistatakse ülal tähega R. Külgahela rolli võivad mängida üks vesinikuaatom, nagu aminohape glütsiin, ja mõni mahukas rühmitus, nagu histidiin ja trüptofaan. Mõned külgahelad on keemiliselt inertsed, teised aga väga reaktiivsed.

Sünteesida saab palju tuhandeid erinevaid aminohappeid ja looduses esineb palju erinevaid aminohappeid, kuid valgusünteesiks kasutatakse ainult 20 tüüpi aminohappeid: alaniin, arginiin, asparagiin, asparagiinhape, valiin, histidiin, glütsiin, glutamiin, glutamiin hape, isoleutsiin, leutsiin, lüsiin, metioniin, proliin, seriin, türosiin, treoniin, trüptofaan, fenüülalaniin ja tsüsteiin (valkudes võib tsüsteiin esineda dimeerina - tsüstiin). Tõsi, mõnedes valkudes on lisaks regulaarselt esinevale kahekümnele ka teisi aminohappeid, kuid need tekivad mõne kahekümne loetletud modifitseerimise tulemusena pärast selle lisamist valgu hulka.

optiline aktiivsus.

Kõigil aminohapetel, välja arvatud glütsiin, on α-süsiniku aatomiga seotud neli erinevat rühma. Geomeetriliselt saab nelja erinevat rühma kinnitada kahel viisil ja vastavalt sellele on kaks võimalikku konfiguratsiooni ehk kaks isomeeri, mis on omavahel objektina seotud selle peegelpildiga, s.t. nagu vasak käsi paremale. Ühte konfiguratsiooni nimetatakse vasaku- ehk vasakukäeliseks (L) ja teist paremakäeliseks ehk paremakäeliseks (D), kuna need kaks sellist isomeeri erinevad polariseeritud valguse tasandi pöörlemissuuna poolest. Valkudes esinevad ainult L-aminohapped (erandiks on glütsiin; seda saab esitada ainult ühel kujul, kuna selle neljast rühmast kaks on samad) ja neil kõigil on optiline aktiivsus (kuna seal on ainult üks isomeer). D-aminohapped on looduses haruldased; neid leidub mõnedes antibiootikumides ja bakterite rakuseinas.

Aminohapete järjestus.

Aminohapped polüpeptiidahelas ei paikne juhuslikult, vaid kindlas kindlas järjekorras ning just see järjestus määrab valgu funktsioonid ja omadused. Varieerides 20 tüüpi aminohapete järjestust, saate tohutul hulgal erinevaid valke, nagu ka tähestiku tähtedest palju erinevaid tekste.

Varem kestis valgu aminohappejärjestuse määramine sageli mitu aastat. Otsene määramine on endiselt üsna töömahukas ülesanne, kuigi on loodud seadmed, mis võimaldavad seda automaatselt teostada. Tavaliselt on lihtsam määrata vastava geeni nukleotiidjärjestus ja tuletada sellest valgu aminohappejärjestus. Tänaseks on paljude sadade valkude aminohappejärjestused juba kindlaks määratud. Dekodeeritud valkude funktsioonid on tavaliselt teada ja see aitab ette kujutada sarnaste valkude võimalikke funktsioone, mis tekivad näiteks pahaloomulistes kasvajates.

Komplekssed valgud.

Ainult aminohapetest koosnevaid valke nimetatakse lihtsateks. Sageli on aga polüpeptiidahela külge kinnitatud metalliaatom või mõni keemiline ühend, mis ei ole aminohape. Selliseid valke nimetatakse kompleksseteks. Näiteks hemoglobiin: see sisaldab raudporfüriini, mis annab sellele punase värvuse ja võimaldab tal toimida hapnikukandjana.

Enamike keerukate valkude nimetused sisaldavad viidet seotud rühmade olemusele: glükoproteiinides on suhkrud, lipoproteiinides rasvad. Kui ensüümi katalüütiline aktiivsus sõltub seotud rühmast, siis nimetatakse seda proteesrühmaks. Sageli mängib mõni vitamiin proteesirühma rolli või on selle osa. Näiteks A-vitamiin, mis on kinnitunud ühe võrkkesta valgu külge, määrab selle valgustundlikkuse.

Tertsiaarne struktuur.

Oluline pole mitte niivõrd valgu aminohappejärjestus (esmasstruktuur), vaid viis, kuidas see ruumis paikneb. Kogu polüpeptiidahela pikkuses moodustavad vesinikioonid korrapäraseid vesiniksidemeid, mis annavad sellele spiraali või kihi kuju (sekundaarne struktuur). Selliste spiraalide ja kihtide kombinatsioonist tekib järgmise järjestuse kompaktne vorm - valgu tertsiaarne struktuur. Ahela monomeerseid lülisid hoidvate sidemete ümber on võimalik pöördeid läbi väikeste nurkade. Seetõttu on puhtalt geomeetrilisest vaatenurgast mis tahes polüpeptiidahela võimalike konfiguratsioonide arv lõpmatult suur. Tegelikkuses eksisteerib iga valk tavaliselt ainult ühes konfiguratsioonis, mille määrab tema aminohappejärjestus. See struktuur ei ole jäik, tundub, et see "hingab" - see võngub teatud keskmise konfiguratsiooni ümber. Kett on volditud konfiguratsiooni, milles vaba energia (töövõime) on minimaalne, nii nagu vabastatud vedru surutakse kokku ainult vaba energia miinimumile vastavasse olekusse. Sageli on üks ahela osa teisega jäigalt seotud kahe tsüsteiinijäägi vaheliste disulfiidsidemetega (–S–S–). Osaliselt seetõttu on tsüsteiinil aminohapete hulgas eriti oluline roll.

Valkude struktuuri keerukus on nii suur, et valgu tertsiaarset struktuuri pole veel võimalik välja arvutada, isegi kui selle aminohappejärjestus on teada. Kui aga on võimalik saada valgukristalle, saab selle tertsiaarset struktuuri määrata röntgendifraktsiooniga.

Struktuursetes, kokkutõmbumisvalkudes ja mõnedes teistes valkudes on ahelad piklikud ja mitmed kõrvuti asetsevad kergelt volditud ahelad moodustavad fibrillid; fibrillid omakorda volditakse suuremateks moodustisteks – kiududeks. Enamik lahuses olevaid valke on aga kerakujulised: ahelad on kerinud kerasse, nagu lõng keras. Selle konfiguratsiooniga vaba energia on minimaalne, kuna hüdrofoobsed ("vett tõrjuvad") aminohapped on peidus kera sees ja hüdrofiilsed ("vett tõmbavad") aminohapped on selle pinnal.

Paljud valgud on mitme polüpeptiidahela kompleksid. Seda struktuuri nimetatakse valgu kvaternaarseks struktuuriks. Näiteks hemoglobiini molekul koosneb neljast alaühikust, millest igaüks on globulaarne valk.

Struktuurvalgud moodustavad oma lineaarse konfiguratsiooni tõttu kiude, mille tõmbetugevus on väga kõrge, samas kui globulaarne konfiguratsioon võimaldab valkudel astuda spetsiifilistesse interaktsioonidesse teiste ühenditega. Gloobuli pinnale ilmub kettide õige paigaldamise korral teatud vorm õõnsus, milles asuvad reaktiivsed keemilised rühmad. Kui see valk on ensüüm, siis sellisesse õõnsusse siseneb mingi aine teine, tavaliselt väiksem molekul, samamoodi nagu võti lukku; sel juhul muutub õõnsuses paiknevate keemiliste rühmade mõjul molekuli elektronpilve konfiguratsioon ja see sunnib seda teatud viisil reageerima. Sel viisil katalüüsib ensüüm reaktsiooni. Antikehamolekulidel on ka õõnsused, milles seonduvad mitmesugused võõrained ja muutuvad seeläbi kahjutuks. Mudel "võti ja lukk", mis selgitab valkude vastasmõju teiste ühenditega, võimaldab mõista ensüümide ja antikehade spetsiifilisust, s.o. nende võime reageerida ainult teatud ühenditega.

Valgud erinevat tüüpi organismides.

Sarnase konfiguratsiooniga on ka valgud, mis täidavad erinevatel taime- ja loomaliikidel sama funktsiooni ja kannavad seetõttu sama nime. Kuid need erinevad mõnevõrra oma aminohappejärjestuse poolest. Kuna liigid lahknevad ühisest esivanemast, asendatakse mõned aminohapped teatud positsioonides mutatsioonidega teistega. Pärilikke haigusi põhjustavad kahjulikud mutatsioonid heidetakse loodusliku valiku abil kõrvale, kuid kasulikud või vähemalt neutraalsed võivad säilida. Mida lähemal on kaks bioloogilist liiki teineteisele, seda vähem on nende valkudes erinevusi.

Mõned valgud muutuvad suhteliselt kiiresti, teised on üsna konservatiivsed. Viimaste hulka kuulub näiteks tsütokroom c, hingamisteede ensüüm, mida leidub enamikus elusorganismides. Inimestel ja šimpansitel on selle aminohappejärjestused identsed, samas kui nisu tsütokroom c-s osutus ainult 38% aminohapetest erinevateks. Isegi kui võrrelda inimesi ja baktereid, on tsütokroomide sarnasused (siin puudutavad erinevused 65% aminohapetest) siiski näha, kuigi bakterite ja inimeste ühine esivanem elas Maal umbes kaks miljardit aastat tagasi. Tänapäeval kasutatakse aminohapete järjestuste võrdlemist sageli filogeneetilise (genealoogilise) puu koostamiseks, mis peegeldab erinevate organismide vahelisi evolutsioonilisi suhteid.

Denatureerimine.

Sünteesitud valgu molekul, voltimine, omandab oma konfiguratsiooni. Seda konfiguratsiooni saab aga hävitada kuumutamisel, pH muutmisel, orgaaniliste lahustite toimel ja isegi lihtsalt lahuse segamisel, kuni selle pinnale ilmuvad mullid. Sel viisil muudetud valku nimetatakse denatureeritud; see kaotab oma bioloogilise aktiivsuse ja muutub tavaliselt lahustumatuks. Tuntud näited denatureeritud valkudest on keedetud munad või vahukoor. Väikesed valgud, mis sisaldavad vaid umbes sada aminohapet, on võimelised renatureerima, s.t. hankige uuesti algne konfiguratsioon. Kuid enamik valke muundatakse lihtsalt sassis polüpeptiidahelate massiks ega taasta oma eelmist konfiguratsiooni.

Üks peamisi raskusi aktiivsete valkude eraldamisel on nende äärmine tundlikkus denaturatsiooni suhtes. See valkude omadus leiab kasulikku rakendust toiduainete säilitamisel: kõrge temperatuur denatureerib pöördumatult mikroorganismide ensüüme ja mikroorganismid surevad.

VALGU SÜNTEES

Valkude sünteesiks peab elusorganismis olema ensüümide süsteem, mis on võimeline siduma ühe aminohappe teisega. Vaja on ka infoallikat, mis määraks, millised aminohapped tuleks ühendada. Kuna kehas on tuhandeid valke ja igaüks neist koosneb keskmiselt mitmesajast aminohappest, peab vajalik teave olema tõeliselt tohutu. Seda hoitakse (sarnaselt sellele, kuidas kirjet salvestatakse magnetlindile) geene moodustavates nukleiinhappemolekulides.

Ensüümide aktiveerimine.

Aminohapetest sünteesitud polüpeptiidahel ei ole alati lõplikul kujul valk. Paljud ensüümid sünteesitakse esmalt mitteaktiivsete lähteainetena ja need muutuvad aktiivseks alles pärast seda, kui teine ​​ensüüm eemaldab ahela ühest otsast mõne aminohappe. Mõned seedeensüümid, näiteks trüpsiin, sünteesitakse sellel inaktiivsel kujul; need ensüümid aktiveeruvad seedetraktis ahela terminaalse fragmendi eemaldamise tulemusena. Hormooninsuliin, mille molekul aktiivsel kujul koosneb kahest lühikesest ahelast, sünteesitakse ühe ahela kujul, nn. proinsuliin. Seejärel eemaldatakse selle ahela keskmine osa ja ülejäänud fragmendid seostuvad üksteisega, moodustades aktiivse hormooni molekuli. Komplekssed valgud tekivad alles pärast teatud keemilise rühma kinnitumist valgu külge ja see kinnitumine nõuab sageli ka ensüümi.

Metaboolne vereringe.

Pärast looma toitmist süsiniku, lämmastiku või vesiniku radioaktiivsete isotoopidega märgistatud aminohapetega liidetakse märgis kiiresti tema valkudesse. Kui märgistatud aminohapped lakkavad kehasse sisenemast, hakkab märgise hulk valkudes vähenema. Need katsed näitavad, et saadud valke ei säilitata kehas kuni eluea lõpuni. Kõik need, välja arvatud mõned erandid, on dünaamilises olekus, lagunedes pidevalt aminohapeteks ja seejärel uuesti sünteesitud.

Mõned valgud lagunevad, kui rakud surevad ja hävivad. See juhtub kogu aeg, näiteks soolestiku sisepinda vooderdavate punaste vereliblede ja epiteelirakkudega. Lisaks toimub elusrakkudes ka valkude lagunemine ja taassüntees. Kummalisel kombel teatakse valkude lagunemisest vähem kui nende sünteesist. Selge on aga see, et lagundamisel osalevad proteolüütilised ensüümid, sarnased nendele, mis lagundavad valgud seedetraktis aminohapeteks.

Erinevate valkude poolväärtusaeg on erinev – mitmest tunnist mitme kuuni. Ainus erand on kollageeni molekulid. Kui need on moodustatud, jäävad need stabiilseks ja neid ei uuendata ega asendata. Aja jooksul aga muutuvad mõned nende omadused, eelkõige elastsus, ning kuna need ei uuene, on sellest tingitud teatud vanusega seotud muutused, näiteks kortsude teke nahale.

sünteetilised valgud.

Keemikud on juba ammu õppinud aminohappeid polümeriseerima, kuid aminohappeid kombineeritakse juhuslikult, nii et sellise polümerisatsiooni saadused on looduslike omadega vähe sarnased. Tõsi, aminohappeid on võimalik teatud järjekorras kombineerida, mis võimaldab saada mõningaid bioloogiliselt aktiivseid valke, eriti insuliini. Protsess on üsna keeruline ja nii on võimalik saada ainult neid valke, mille molekulid sisaldavad sadakond aminohapet. Selle asemel on eelistatav sünteesida või isoleerida soovitud aminohappejärjestusele vastava geeni nukleotiidjärjestus ja seejärel sisestada see geen bakterisse, mis toodab replikatsiooni teel suures koguses soovitud produkti. Sellel meetodil on aga ka omad miinused.

VALGUD JA TOITUMINE

Kui organismis olevad valgud lagundatakse aminohapeteks, saab neid aminohappeid valgusünteesiks uuesti kasutada. Samal ajal lagunevad aminohapped ise, nii et neid ei kasutata täielikult ära. Samuti on selge, et kasvu, raseduse ja haavade paranemise ajal peab valkude süntees ületama lagunemise. Keha kaotab pidevalt mõningaid valke; need on juuste, küünte ja naha pinnakihi valgud. Seetõttu peab iga organism valkude sünteesiks saama aminohappeid toidust.

Aminohapete allikad.

Rohelised taimed sünteesivad kõik 20 valkudes leiduvat aminohapet CO2-st, veest ja ammoniaagist või nitraatidest. Paljud bakterid on võimelised sünteesima aminohappeid ka suhkru (või mõne samaväärse) ja fikseeritud lämmastiku juuresolekul, kuid lõpuks tarnivad suhkrut rohelised taimed. Loomadel on aminohapete sünteesimise võime piiratud; nad saavad aminohappeid rohelisi taimi või muid loomi süües. Seedetraktis lagundatakse imendunud valgud aminohapeteks, viimased imenduvad ning neist ehitatakse üles antud organismile iseloomulikud valgud. Ükski imendunud valk ei ole sellisena kehastruktuuridesse lülitatud. Ainus erand on see, et paljudel imetajatel võivad osa ema antikehadest läbi platsenta siseneda loote vereringesse ja emapiima kaudu (eriti mäletsejalistel) kanduda vastsündinule kohe pärast sündi.

Vajadus valkude järele.

Selge on see, et elu säilitamiseks peab organism toidust saama teatud koguse valku. Selle vajaduse suurus sõltub aga mitmest tegurist. Organism vajab toitu nii energia (kalorite) allikana kui ka materjalina oma struktuuride ülesehitamiseks. Esiteks on vajadus energia järele. See tähendab, et kui toidus on vähe süsivesikuid ja rasvu, kasutatakse toiduvalke mitte nende enda valkude sünteesiks, vaid kaloriallikana. Pikaajalise paastumise korral kulutatakse energiavajaduse rahuldamiseks isegi teie enda valgud. Kui toidus on piisavalt süsivesikuid, võib valgu tarbimist vähendada.

lämmastiku tasakaal.

Keskmiselt u. 16% valgu kogumassist moodustab lämmastik. Valke moodustavate aminohapete lagundamisel eritub neis sisalduv lämmastik organismist uriiniga ja (vähemal määral) väljaheitega erinevate lämmastikuühendite kujul. Seetõttu on valgulise toitumise kvaliteedi hindamiseks mugav kasutada sellist indikaatorit nagu lämmastiku tasakaal, s.t. kehasse viidud lämmastiku koguse ja ööpäevas väljutatava lämmastiku koguse vahe (grammides). Täiskasvanu normaalse toitumise korral on need kogused võrdsed. Kasvavas organismis on väljutatava lämmastiku hulk väiksem kui sissetuleva, s.o. saldo on positiivne. Valgu puudumisega toidus on tasakaal negatiivne. Kui toidus on piisavalt kaloreid, aga valgud puuduvad selles täielikult, säästab organism valke. Samal ajal aeglustub valkude ainevahetus ja aminohapete taaskasutamine valgusünteesis toimub võimalikult tõhusalt. Kaod on aga vältimatud ning lämmastikuühendid erituvad endiselt uriiniga ja osaliselt ka väljaheitega. Valgunälja ajal kehast päevas eritunud lämmastiku kogus võib olla igapäevase valgupuuduse mõõt. Loomulik on eeldada, et selle defitsiidiga võrdväärse valgukoguse lisamisega dieeti on võimalik taastada lämmastiku tasakaal. Siiski ei ole. Sellise valgukoguse saamisel hakkab organism aminohappeid vähem tõhusalt kasutama, mistõttu on lämmastiku tasakaalu taastamiseks vaja lisavalku.

Kui valgu kogus toidus ületab lämmastiku tasakaalu säilitamiseks vajaliku, siis ei näi sellest kahju olevat. Üleliigseid aminohappeid kasutatakse lihtsalt energiaallikana. Eriti ilmekaks näiteks on eskimod, kes tarbivad vähe süsivesikuid ja umbes kümme korda rohkem valku, kui on vaja lämmastiku tasakaalu säilitamiseks. Enamasti pole aga valgu kasutamine energiaallikana kasulik, kuna antud kogusest süsivesikutest saad palju rohkem kaloreid kui samast kogusest valkudest. Vaestes riikides saab elanikkond vajalikke kaloreid süsivesikutest ja tarbib minimaalses koguses valku.

Kui organism saab vajaliku hulga kaloreid valguvabade toiduainete näol, siis minimaalne lämmastikutasakaalu hoidev valgukogus on ca. 30 g päevas. Ligikaudu sama palju valku sisaldab neli saiaviilu või 0,5 liitrit piima. Tavaliselt peetakse optimaalseks veidi suuremat kogust; soovitatav 50-70 g.

Asendamatud aminohapped.

Seni on valku käsitletud tervikuna. Samal ajal peavad valkude sünteesi toimumiseks kehas olema kõik vajalikud aminohapped. Mõnda aminohapet on looma keha ise võimeline sünteesima. Neid nimetatakse asendatavateks, kuna neid ei pea toidus olema - on oluline, et üldiselt oleks lämmastikuallikana piisav valgu tarbimine; siis, kui asendamatuid aminohappeid napib, suudab organism neid sünteesida nende arvelt, mida leidub liigselt. Ülejäänud "asendamatuid" aminohappeid ei saa sünteesida ja need tuleb sisse võtta koos toiduga. Inimestele hädavajalikud on valiin, leutsiin, isoleutsiin, treoniin, metioniin, fenüülalaniin, trüptofaan, histidiin, lüsiin ja arginiin. (Kuigi arginiini saab organismis sünteesida, peetakse seda asendamatuks aminohappeks, sest vastsündinud ja kasvavad lapsed toodavad seda ebapiisavas koguses. Seevastu küpses eas inimese jaoks on osa nendest aminohapetest toidust saadud. võib muutuda valikuliseks.)

See asendamatute aminohapete loend on teistel selgroogsetel ja isegi putukatel ligikaudu sama. Valkude toiteväärtus määratakse tavaliselt kasvavatele rottidele söötmise ja loomade kaalutõusu jälgimise teel.

Valkude toiteväärtus.

Valgu toiteväärtuse määrab asendamatu aminohape, millest on kõige rohkem puudus. Illustreerime seda näitega. Meie keha valgud sisaldavad keskmiselt u. 2% trüptofaani (massi järgi). Oletame, et dieet sisaldab 10 g valku, mis sisaldab 1% trüptofaani ja selles on piisavalt muid asendamatuid aminohappeid. Meie puhul võrdub 10 g seda defektset valku sisuliselt 5 g täieliku valguga; ülejäänud 5 g saab olla ainult energiaallikas. Arvestage, et kuna aminohappeid organismis praktiliselt ei säilitata ja valkude sünteesi toimumiseks peavad kõik aminohapped olema üheaegselt olemas, saab asendamatute aminohapete tarbimise mõju tuvastada ainult siis, kui kõik aminohapped sisenevad kehasse. keha samal ajal.

Enamiku loomsete valkude keskmine koostis on lähedane inimorganismi valkude keskmisele koostisele, seega on ebatõenäoline, et meil tekiks aminohapete vaegus, kui meie toidus on rikkalikult toiduaineid nagu liha, munad, piim ja juust. Siiski on valke, nagu želatiin (kollageeni denaturatsiooni produkt), mis sisaldavad väga vähe asendamatuid aminohappeid. Taimsed valgud, kuigi nad on selles mõttes paremad kui želatiin, on ka asendamatute aminohapete poolest vaesed; eriti vähe neis lüsiini ja trüptofaani. Puhtalt taimetoit ei ole aga sugugi ebatervislik, välja arvatud juhul, kui tarbitakse veidi suuremas koguses taimseid valke, millest piisab organismile asendamatute aminohapetega varustamiseks. Enamik valke leidub taimedes seemnetes, eriti nisu ja erinevate kaunviljade seemnetes. Valgurikkad on ka noored võrsed, näiteks spargel.

Sünteetilised valgud toidus.

Lisades mittetäielikele valkudele, näiteks maisivalkudele, väikeses koguses sünteetilisi asendamatuid aminohappeid või nende poolest rikkaid valke, saab oluliselt tõsta viimaste toiteväärtust, s.t. suurendades seeläbi tarbitava valgu kogust. Teine võimalus on kasvatada baktereid või pärme naftasüsivesinikel, lisades lämmastikuallikana nitraate või ammoniaaki. Sel viisil saadud mikroobne valk võib olla kodulindude või kariloomade söödaks või inimestele otse tarbitav. Kolmas, laialdaselt kasutatav meetod kasutab mäletsejaliste füsioloogiat. Mäletsejalistel mao alglõigus nn. Vatsas on bakterite ja algloomade erivormid, mis muudavad defektsed taimsed valgud terviklikumateks mikroobseteks valkudeks ning need omakorda pärast seedimist ja imendumist loomseteks valkudeks. Karbamiidi, odavat sünteetilist lämmastikku sisaldavat ühendit, võib lisada loomasöödale. Vatsas elavad mikroorganismid kasutavad uurea lämmastikku, et muuta süsivesikud (mida on söödas palju rohkem) valkudeks. Umbes kolmandik kogu loomasöödas leiduvast lämmastikust võib tulla karbamiidi kujul, mis sisuliselt tähendab teatud määral keemilist valgusünteesi.

Valgud ehk valgud on komplekssed kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid, mis koosnevad aminohapetest. Need on loomsete ja taimsete organismide kõigi rakkude ja kudede peamine, kõige olulisem osa, ilma milleta ei saa elutähtsaid füsioloogilisi protsesse läbi viia. Valgud ei ole koostiselt ja omadustelt ühesugused erinevates loom- ja taimeorganismides ning sama organismi erinevates rakkudes ja kudedes. Erineva molekulaarse koostisega valgud lahustuvad soola vesilahustes ja lahustes erinevalt, nad ei lahustu orgaanilistes lahustites. Valgu molekulis happeliste ja aluseliste rühmade olemasolu tõttu on sellel neutraalne reaktsioon.

Valgud moodustavad mistahes keemiliste ainetega arvukalt ühendeid, mis määrab nende erilise tähtsuse organismis toimuvates keemilistes reaktsioonides ning on kõigi eluilmingute aluseks ja selle kaitsmisel kahjulike mõjude eest. Valgud moodustavad ensüümide, antikehade, hemoglobiini, müoglobiini, paljude hormoonide aluse ja moodustavad vitamiinidega kompleksseid komplekse.

Sisenedes ühenditeks rasvade ja süsivesikutega, võivad valgud muutuda organismis nende lagunemisel rasvadeks ja süsivesikuteks. Looma kehas sünteesitakse neid ainult aminohapetest ja nende kompleksidest - polüpeptiididest ning neid ei saa moodustada anorgaanilistest ühenditest, rasvadest ja süsivesikutest. Väljaspool keha sünteesitakse palju madala molekulmassiga bioloogiliselt aktiivseid valguaineid, mis on sarnased organismis leiduvatele, näiteks mõned hormoonid.

Üldteave valkude ja nende klassifikatsiooni kohta

Valgud on olulisemad bioorgaanilised ühendid, millel on koos nukleiinhapetega elusaines eriline roll - ilma nende ühenditeta on elu võimatu, kuna elu on F. Engelsi sõnul valgukehade eriline olemasolu jne.

"Valgud on looduslikud biopolümeerid, mis on looduslike alfa-aminohapete polükondensatsioonireaktsiooni saadused."

Looduslikud alfa-aminohapped 18-23, nende kombinatsioon moodustab lõpmatu arvu erinevaid valgu molekule, pakkudes erinevaid organisme. Isegi selle liigi organismide üksikutele isenditele on iseloomulikud oma valgud ja paljudes organismides leidub mitmeid valke.

Valke iseloomustab järgmine elementaarne koostis: neid moodustavad süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik, väävel ja mõned muud keemilised elemendid. Valgumolekulide peamine omadus on lämmastiku kohustuslik olemasolu neis (lisaks C, H, O aatomitele).

Valgumolekulides realiseerub "peptiidside", see tähendab side karbonüülrühma C-aatomi ja aminorühma lämmastikuaatomi vahel, mis määrab valgu molekulide mõned omadused. Valgumolekuli külgahelad sisaldavad suurel hulgal radikaale ja funktsionaalseid rühmi, mis "muudavad" valgumolekuli polüfunktsionaalseks, mis on võimeline omama märkimisväärseid erinevaid füüsikalis-keemilisi ja biokeemilisi omadusi.

Valgumolekulide suure mitmekesisuse ning nende koostise ja omaduste keerukuse tõttu on valkudel mitu erinevat klassifikatsiooni, mis põhinevad erinevatel omadustel. Vaatleme mõnda neist.

I. Koostise järgi eristatakse kahte valkude rühma:

1. Valgud (lihtvalgud; nende molekuli moodustab ainult valk, nt munaalbumiin).

2. Valgud on kompleksvalgud, mille molekulid koosnevad valgulistest ja mittevalgulistest komponentidest.

Valgud jagunevad mitmeks rühmaks, millest olulisemad on:

1) glükoproteiinid (valgu ja süsivesikute kompleksne kombinatsioon);

2) lipoproteiinid (valgumolekulide ja rasvade (lipiidide) kompleks);

3) nukleoproteiinid (valgumolekulide ja nukleiinhappemolekulide kompleks).

II. Molekuli kuju järgi on kaks valkude rühma:

1. Globulaarsed valgud - valgu molekul on sfäärilise kujuga (kerakujuline), näiteks munaalbumiini molekulid; sellised valgud on kas vees lahustuvad või on võimelised moodustama kolloidseid lahuseid.

2. Fibrillaarsed valgud - nende ainete molekulid on filamentide (fibrillide) kujul, näiteks lihase müosiin, siidfibroiin. Fibrillaarsed valgud on vees lahustumatud, moodustavad struktuure, mis teostavad kontraktiilseid, mehaanilisi, kujundavaid ja kaitsefunktsioone, samuti keha võimet ruumis liikuda.

III. Erinevates lahustites lahustuvuse järgi jagunevad valgud mitmeks rühmaks, millest olulisemad on järgmised:

1. Vees lahustuv.

2. Rasvlahustuv.

On ka teisi valkude klassifikatsioone.

Looduslike alfa-aminohapete lühikirjeldus

Looduslikud alfa-aminohapped on teatud tüüpi aminohapped. Aminohape on polüfunktsionaalne orgaaniline aine, mis sisaldab oma koostises vähemalt kahte funktsionaalset rühma - aminorühma (-NH 2) ja karboksüülrühma (karboksüülrühm, viimane on õigem) (-COOH).

Alfa-aminohapped on aminohapped, milles amino- ja karboksüülrühmad asuvad samal süsinikuaatomil. Nende üldvalem on NH2CH(R)COOH. Allpool on toodud mõnede looduslike alfa-aminohapete valemid; need on kirjutatud polükondensatsioonireaktsiooni võrrandite kirjutamiseks sobivas vormis ja neid kasutatakse siis, kui teatud polüpeptiidide saamiseks on vaja kirjutada reaktsioonivõrrandid (skeemid):

1) glütsiin (aminoäädikhape) - MH 2 CH 2 COOH;

2) alaniin - NH2CH (CH3)COOH;

3) fenüülalaniin - NH2CH (CH2C6H5)COOH;

4) seriin - NH2CH (CH2OH)COOH;

5) asparagiinhape - NH 2 CH (CH 2 COOH) COOH;

6) tsüsteiin - NH 2 CH (CH 2 SH) COOH jne.

Mõned looduslikud alfa-aminohapped sisaldavad kahte aminorühma (näiteks lüsiin), kahte karboksüülrühma (näiteks asparagiin- ja glutamiinhapet), hüdroksiidrühmi (OH) (näiteks türosiin) ja võivad olla tsüklilised (näiteks proliin).

Vastavalt looduslike alfa-aminohapete mõju olemusele ainevahetusele jagatakse need vahetatavateks ja asendamatuteks. Asendamatud aminohapped tuleb sisse võtta koos toiduga.

Valgumolekulide struktuuri lühikirjeldus

Valke iseloomustab lisaks keerukale koostisele ka valgumolekulide keeruline struktuur. Valgumolekulide struktuure on nelja tüüpi.

1. Primaarstruktuuri iseloomustab polüpeptiidahela alfa-aminohappejääkide paigutuse järjekord. Näiteks tetrapeptiid (polüpeptiid, mis moodustub nelja aminohappe molekuli polükondensatsioonil) ala-fen-türoseriin on alaniini, fenüülalaniini, türosiini ja seriini jääkide järjestus, mis on omavahel seotud peptiidsidemega.

2. Valgu molekuli sekundaarne struktuur on polüpeptiidahela ruumiline paigutus. See võib olla erinev, kuid kõige levinum on alfaheeliks, mida iseloomustab spiraali teatud "samm", suurus ja spiraali üksikute keerdude vaheline kaugus.

Valgu molekuli sekundaarstruktuuri stabiilsuse tagab erinevate keemiliste sidemete tekkimine heeliksi üksikute pöörete vahel. Nende hulgas on kõige olulisem roll vesiniksidemel (rakendatud rühmade - NH 2 või \u003d NH - aatomi tuuma tõmbamisega hapniku- või lämmastikuaatomite elektronkihti), ioonside (rakendatud elektristaatilise interaktsiooni tõttu). ioonid -COO - ja - NH + 3 või \u003d NH + 2) ja muud tüüpi side.

3. Valgumolekulide tertsiaarset struktuuri iseloomustab alfa-heeliksi või muu struktuuri ruumiline paigutus. Selliste konstruktsioonide stabiilsus määratakse samade ühenduste tüüpidega kui sekundaarkonstruktsioon. Tertsiaarse struktuuri rakendamise tulemusena tekib valgu molekuli “subühik”, mis on tüüpiline väga keerulistele molekulidele ja suhteliselt lihtsatele molekulidele on tertsiaarne struktuur lõplik.

4. Valgumolekuli kvaternaarne struktuur on valgumolekulide alaühikute ruumiline paigutus. See on iseloomulik keerulistele valkudele, näiteks hemoglobiinile.

Arvestades valgusmolekulide struktuuri küsimust, on vaja eristada elava valgu struktuuri - natiivset struktuuri ja surnud valgu struktuuri. Elusaine valk (natiivne valk) erineb valgust, mis on kokku puutunud seisundiga, mille korral see võib kaotada elusvalgu omadused. Madalast lööki nimetatakse denaturatsiooniks, mille käigus saab elusvalgu omadused tulevikus taastada. Üks denatureerimise tüüp on pöörduv koagulatsioon. Pöördumatu hüübimise korral muudetakse natiivne valk "surnud valguks".

Valgu füüsikaliste, füüsikalis-keemiliste ja keemiliste omaduste lühikirjeldus

Valgumolekulide omadused on nende bioloogiliste ja ökoloogiliste omaduste realiseerimiseks väga olulised. Niisiis klassifitseeritakse valgud vastavalt agregatsiooni olekule tahketeks aineteks, mis võivad olla vees või muudes lahustites lahustuvad või lahustumatud. Valkude bioökoloogilises rollis määravad suuresti füüsikalised omadused. Seega määrab valgumolekulide võime moodustada kolloidsüsteeme nende ehitus-, katalüütilised ja muud funktsioonid. Valkude lahustumatus vees ja teistes lahustites, nende fibrillaalsus määrab kaitse- ja vormimisfunktsioonid jne.

Valkude füüsikalis-keemilised omadused hõlmavad nende võimet denatureerida ja koaguleeruda. Koagulatsioon avaldub kolloidsüsteemides, mis on igasuguse elusaine aluseks. Koagulatsiooni käigus muutuvad osakesed kokkukleepumise tõttu suuremaks. Koagulatsioon võib olla varjatud (seda saab jälgida ainult mikroskoobi all) ja selgesõnaline - selle tunnuseks on valgu sadestumine. Koagulatsioon on pöördumatu, kui kolloidsüsteemi struktuur ei taastu pärast hüübimisfaktori toime lõppemist, ja pöörduv, kui kolloidsüsteem taastub pärast hüübimisfaktori eemaldamist.

Pöörduva koagulatsiooni näide on munaalbumiini valgu sadestumine soolalahuste toimel, samas kui valgu sade lahustub lahuse lahjendamisel või sademe ülekandmisel destilleeritud vette.

Pöördumatu hüübimise näide on albumiini valgu kolloidse struktuuri hävimine, kui seda kuumutatakse vee keemistemperatuurini. (Täieliku) surma korral muutub elusaine kogu süsteemi pöördumatu koagulatsiooni tõttu surnud aineks.

Valkude keemilised omadused on väga mitmekesised nii suure hulga funktsionaalrühmade olemasolu tõttu valgumolekulides kui ka peptiid- ja muude sidemete olemasolu tõttu valgumolekulides. Ökoloogilisest ja bioloogilisest seisukohast on ülimalt oluline valgumolekulide hüdrolüüsivõime (sel juhul saadakse lõpuks selle molekuli moodustamisel osalenud looduslike alfa-aminohapete segu, see segu võib sisaldada muid ained, kui valk oli valk), oksüdatsioonini (selle saadused võivad olla süsinikdioksiid, vesi, lämmastikuühendid, nt uurea, fosforiühendid jne).

Valgud põlevad koos "põletatud sarve" või "põletatud sulgede" lõhna eraldumisega, mida on vaja teada keskkonnakatsete läbiviimisel. Tuntakse erinevaid värvusreaktsioone valgule (biureet, ksantoproteiin jt), neist lähemalt keemia käigus.

Valkude ökoloogiliste ja bioloogiliste funktsioonide lühikirjeldus

On vaja eristada valkude ökoloogilist ja bioloogilist rolli rakkudes ja organismis tervikuna.

Valkude ökoloogiline ja bioloogiline roll rakkudes

Tänu sellele, et valgud (koos nukleiinhapetega) on elu ained, on nende funktsioonid rakkudes väga mitmekesised.

1. Valgumolekulide kõige olulisem funktsioon on struktuurne funktsioon, mis seisneb selles, et valk on kõigi rakku moodustavate struktuuride kõige olulisem komponent, milles ta on osa erinevate keemiliste ühendite kompleksist.

2. Valk on kõige olulisem reagent tohutul hulgal elusaine normaalset funktsioneerimist tagavate biokeemiliste reaktsioonide käigus, seetõttu iseloomustab teda reaktiivfunktsioon.

3. Elusaines on reaktsioonid võimalikud ainult bioloogiliste katalüsaatorite - ensüümide juuresolekul ning biokeemiliste uuringute tulemusel kindlaks tehtud on need valgulise iseloomuga, seetõttu täidavad valgud ka katalüütilist funktsiooni.

4. Vajadusel organismides oksüdeeritakse ja samal ajal vabanevad valgud, mille tõttu sünteesitakse ATP, s.o. valgud täidavad ka energeetilist funktsiooni, kuid kuna need ained on organismidele eriti väärtuslikud (keerulise koostise tõttu), realiseerivad valkude energiafunktsiooni organismid vaid kriitilistel tingimustel.

5. Valgud võivad täita ka säilitamisfunktsiooni, kuna need on teatud tüüpi ainete ja energia "konservid" organismidele (eriti taimedele), mis tagavad nende esialgse arengu (loomadel - emakasisene, taimede jaoks - embrüote arenemine enne nende arengut). noore organismi välimus - seemik).

Mitmed valgufunktsioonid on iseloomulikud nii rakkudele kui ka organismile tervikuna, seetõttu käsitletakse neid allpool.

Valkude ökoloogiline ja bioloogiline roll organismides (üldiselt)

1. Valgud moodustavad rakkudes ja organismides (koos teiste ainetega) erilisi struktuure, mis on võimelised tajuma keskkonnast signaale ärrituste kujul, mille tõttu tekib “erutusseisund”, millele keha reageerib teatud kindlaga. reaktsioon, st. valkudele nii rakus kui ka organismis tervikuna on iseloomulik tajumisfunktsioon.

2. Valkudele on iseloomulik ka juhtiv funktsioon (nii rakkudes kui ka organismis tervikuna), mis seisneb selles, et raku (organismi) teatud struktuurides tekkinud ergastus kandub edasi vastavasse keskusesse ( rakk või organism), mille käigus tekib organismi või raku teatud reaktsioon (vastus) sissetulevale signaalile.

3. Paljud organismid on võimelised ruumis liikuma, mis on võimalik tänu raku- või organismistruktuuride kokkutõmbumisvõimele ja see on võimalik, kuna fibrillaarse struktuuri valkudel on kontraktiilne funktsioon.

4. Heterotroofsete organismide jaoks on valgud nii eraldi kui ka segus teiste ainetega toiduained, st neid iseloomustab troofiline funktsioon.

Valkude transformatsioonide lühikirjeldus heterotroofsetes organismides inimese näitel

Toidu koostises olevad valgud sisenevad suuõõnde, kus neid niisutatakse süljega, purustatakse hammastega ja muudetakse homogeenseks massiks (põhjaliku närimisega) ning neelu ja söögitoru kaudu sisenevad makku (enne viimasesse sisenemist ei juhtu midagi valkude kui ühenditega).

Maos on toiduboolus küllastunud maomahlaga, mis on maonäärmete saladus. Maomahl on vesine süsteem, mis sisaldab vesinikkloriidi ja ensüüme, millest olulisim (valkude jaoks) on pepsiin. Pepsiin happelises keskkonnas põhjustab valkude hüdrolüüsi protsessi peptoonideks. Seejärel siseneb toidupuder peensoole esimesse sektsiooni - kaksteistsõrmiksoole, kuhu avaneb pankrease juha, mis eritab leeliselise keskkonnaga pankrease mahla ja ensüümide kompleksi, millest trüpsiin kiirendab valkude hüdrolüüsi protsessi ja juhib seda lõpuni, st kuni ilmumiseni looduslike alfa-aminohapete segud (need on lahustuvad ja imenduvad verre soolestiku villidega).

See aminohapete segu siseneb interstitsiaalsesse vedelikku ja sealt edasi keharakkudesse, kus nad (aminohapped) sooritavad mitmesuguseid transformatsioone. Üks osa neist ühenditest kasutatakse otseselt antud organismile iseloomulike valkude sünteesiks, teine ​​osa läbib transaminatsiooni ehk deaminatsiooni, andes organismile uusi ühendeid, kolmas osa oksüdeerub ja on organismile vajaliku energiaallikaks. oma elutähtsate funktsioonide elluviimiseks.

Tuleb märkida mõningaid valkude intratsellulaarsete transformatsioonide tunnuseid. Kui organism on heterotroofne ja ainurakne, siis toidus olevad valgud sisenevad rakkudesse tsütoplasmasse või spetsiaalsetesse seedevakuoolidesse, kus nad ensüümide toimel läbivad hüdrolüüsi ja seejärel kulgeb kõik nii, nagu on kirjeldatud rakkudes olevate aminohapete puhul. Rakkude struktuure uuendatakse pidevalt, nii et "vana" valk asendatakse "uuega", samas kui esimene hüdrolüüsitakse, et saada aminohapete segu.

Autotroofsetel organismidel on valkude muundamisel oma omadused. Primaarsed valgud (meristeemrakkudes) sünteesitakse aminohapetest, mis sünteesitakse primaarsete süsivesikute (need tekkisid fotosünteesi käigus) ja anorgaaniliste lämmastikku sisaldavate ainete (nitraadid või ammooniumisoolad) muundamise saadustest. Autotroofsete organismide pikaealiste rakkude valgustruktuuride asendamine ei erine heterotroofsete organismide omast.

Lämmastiku tasakaal

Aminohapetest koosnevad valgud on põhilised ühendid, mis on eluprotsessidele omased. Seetõttu on äärmiselt oluline arvestada valkude ja nende lõhustumisproduktide ainevahetusega.

Higi koostises on väga vähe lämmastikku, mistõttu tavaliselt lämmastikusisalduse higianalüüsi ei tehta. Toiduga tarnitud lämmastiku kogus ning uriinis ja väljaheites sisalduva lämmastiku kogus korrutatakse 6,25-ga (16%) ja esimene lahutatakse esimesest väärtusest. Selle tulemusena määratakse lämmastiku hulk, mis siseneb kehasse ja mida see omastab.

Kui toiduga kehasse siseneva lämmastiku hulk võrdub lämmastiku kogusega uriinis ja väljaheites, s.o deaminatsiooni käigus tekkinud lämmastiku hulk, siis tekib lämmastiku tasakaal. Lämmastiku tasakaal on reeglina iseloomulik täiskasvanud tervele organismile.

Kui kehasse siseneva lämmastiku hulk on suurem kui eralduva lämmastiku hulk, siis tekib positiivne lämmastiku tasakaal, st organismi sattunud valgu hulk on suurem kui lagunenud valgu hulk. Positiivne lämmastiku tasakaal on omane kasvavale tervele organismile.

Kui toidust valgu omastamine suureneb, suureneb ka uriiniga erituva lämmastiku hulk.

Ja lõpuks, kui kehasse siseneva lämmastiku kogus on väiksem kui eralduva lämmastiku kogus, tekib negatiivne lämmastiku bilanss, mille korral valgu lagunemine ületab selle sünteesi ja keha osaks olev valk hävib. . See juhtub valgunäljaga ja siis, kui organismile vajalikke aminohappeid ei tule. Negatiivne lämmastikubilanss leiti ka pärast suurte ioniseeriva kiirguse annuste mõju, mis põhjustavad valkude suurenenud lagunemist elundites ja kudedes.

Valgu optimumi probleem

Kulumisteguriks nimetatakse minimaalset toiduvalkude kogust, mis on vajalik keha lagunenud valkude täiendamiseks või kehavalkude lagunemise kogust ainult süsivesikute toitumisega. Täiskasvanu puhul on selle koefitsiendi väikseim väärtus umbes 30 g valku päevas. Sellest summast aga ei piisa.

Rasvad ja süsivesikud mõjutavad valkude tarbimist üle plastmassi jaoks vajaliku miinimumi, kuna need vabastavad energiat, mis oli vajalik valkude lagundamiseks üle miinimumi. Normaalse toitumisega süsivesikud vähendavad valkude lagunemist 3-3,5 korda rohkem kui täieliku nälgimise korral.

Piisavas koguses süsivesikuid ja rasvu sisaldava segatoiduga ja 70 kg kaaluva täiskasvanud inimese valgunorm päevas on 105 g.

Valgu optimumiks on määratud organismi kasvu ja elutegevuse täielikult tagav valgu kogus, mis on 100-125 g valku päevas kerge tööga inimesel, kuni 165 g raske töö puhul ja 220 g valku päevas. -230 g väga raske töö jaoks.

Valgu kogus päevas peaks moodustama vähemalt 17% kogu toidu massist ja 14% energiast.

Täielikud ja mittetäielikud valgud

Toiduga kehasse sisenevad valgud jagunevad bioloogiliselt täielikeks ja bioloogiliselt madalamateks.

Bioloogiliselt terviklikud valgud on need valgud, mis sisaldavad piisavas koguses kõiki loomorganismi valgusünteesiks vajalikke aminohappeid. Organismi kasvuks vajalike täisväärtuslike valkude koostis sisaldab järgmisi asendamatuid aminohappeid: lüsiin, trüptofaan, treoniin, leutsiin, isoleutsiin, histidiin, arginiin, valiin, metioniin, fenüülalaniin. Nendest aminohapetest võivad tekkida teised aminohapped, hormoonid jne. Fenüülalaniinist tekib türosiin, türosiinist muunduvad hormoonid türoksiin ja adrenaliin ning histidiinist histamiin. Metioniin osaleb kilpnäärmehormoonide moodustumisel ja on vajalik koliini, tsüsteiini ja glutatiooni moodustamiseks. See on vajalik redoksprotsesside, lämmastiku metabolismi, rasvade imendumise, normaalse ajutegevuse jaoks. Lüsiin osaleb vereloomes, soodustab keha kasvu. Trüptofaan on vajalik ka kasvuks, osaleb serotoniini, PP-vitamiini moodustumisel ja kudede sünteesis. Lüsiin, tsüstiin ja valiin ergutavad südametegevust. Madal tsüstiini sisaldus toidus pidurdab juuste kasvu, tõstab veresuhkrut.

Bioloogiliselt kehvemad valgud on need valgud, millel puudub kasvõi üks aminohape, mida loomorganismid ei suuda sünteesida.

Valkude bioloogilist väärtust mõõdetakse valgu kogusega organismis, mis moodustub 100 g toiduvalgust.

Lihas, munades ja piimas sisalduvad loomse päritoluga valgud on kõige täielikumad (70-95%). Madalama bioloogilise väärtusega on taimset päritolu valgud, näiteks rukkileiva valgud, mais (60%), kartul, pärm (67%).

Loomset päritolu valk - želatiin, mis ei sisalda trüptofaani ja türosiini, on defektne. Nisus ja odras on vähe lüsiini, maisis on vähe lüsiini ja trüptofaani.

Mõned aminohapped asendavad üksteist, näiteks fenüülalaniin asendab türosiini.

Kaks mittetäielikku valku, millel puuduvad erinevad aminohapped, võivad koos moodustada täisväärtusliku valgudieedi.

Maksa roll valkude sünteesis

Maks sünteesib vereplasmas sisalduvaid valke: albumiine, globuliine (välja arvatud gammaglobuliinid), fibrinogeeni, nukleiinhappeid ja arvukalt ensüüme, millest osa sünteesitakse ainult maksas, näiteks uurea moodustumisel osalevad ensüümid.

Organismis sünteesitavad valgud on osa elunditest, kudedest ja rakkudest, ensüümidest ja hormoonidest (valkude plastiline väärtus), kuid organism ei talleta neid erinevate valguühendite kujul. Seetõttu deamineeritakse ensüümide osalusel see osa valkudest, millel pole plastilist tähendust – see laguneb energia vabanemisega erinevateks lämmastikproduktideks. Maksavalkude poolväärtusaeg on 10 päeva.

Valgu toitumine erinevates tingimustes

Jagamata valku ei saa organism omastada, välja arvatud seedekanali kaudu. Väljaspool seedekanalit (parenteraalselt) sisestatud valk põhjustab keha kaitsva reaktsiooni.

Lõhenenud valgu aminohapped ja nende ühendid - polüpeptiidid - viiakse organismi rakkudesse, milles ensüümide mõjul toimub valkude süntees pidevalt kogu elu jooksul. Toiduvalgud on peamiselt plastilise väärtusega.

Organismi kasvuperioodil – lapsepõlves ja noorukieas – on valkude süntees eriti kõrge. Vananedes valkude süntees väheneb. Järelikult toimub kasvuprotsessis valke moodustavate kemikaalide peetus või viivitus kehas.

Ainevahetuse uurimine isotoopide abil näitas, et mõnes elundis laguneb 2-3 päeva jooksul ligikaudu pool kõigist valkudest ja sama palju valke sünteesitakse organismis uuesti (resüntees). Igas, igas organismis sünteesitakse spetsiifilisi valke, mis erinevad teiste kudede ja teiste organismide valkudest.

Nagu rasvad ja süsivesikud, lagundatakse aminohapped, mida keha ehitamiseks ei kasutata, energia vabastamiseks.

Ka aminohapped, mis tekivad surevate, lagunevate keharakkude valkudest, läbivad energia vabanemisega transformatsioone.

Normaalsetes tingimustes on täiskasvanule vajalik valgu kogus päevas 1,5-2,0 g 1 kg kehakaalu kohta, pikaajalise külma tingimustes 3,0-3,5 g, väga raske füüsilise töö korral 3,0-3,5 G.

Valkude hulga suurenemine üle 3,0-3,5 g 1 kg kehakaalu kohta häirib närvisüsteemi, maksa ja neerude tegevust.

Lipiidid, nende klassifikatsioon ja füsioloogiline roll

Lipiidid on ained, mis ei lahustu vees ja lahustuvad orgaanilistes ühendites (alkohol, kloroform jne). Lipiidide hulka kuuluvad neutraalsed rasvad, rasvataolised ained (lipoidid) ja mõned vitamiinid (A, D, E, K). Lipiididel on plastiline tähtsus ja need on osa kõigist rakkudest ja suguhormoonidest.

Eriti palju lipiide närvisüsteemi ja neerupealiste rakkudes. Märkimisväärse osa neist kasutab organism energiamaterjalina.