Oravad- tohutu molekulmassiga looduslikud polüpeptiidid. Nad on osa kõigist elusorganismidest ja täidavad erinevaid bioloogilisi funktsioone.
Valgu struktuur.
Valkudel on 4 struktuuritaset:
- 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 tahke faasi 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:
Biureetne reaktsioon- peptiidsideme ja vase (II) soolade vastastikmõju leeliselises lahuses. Reaktsiooni lõppedes 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.
Oravad
- biopolümeerid, mille monomeerideks on peptiidsidemetega seotud α-aminohapped.
Eraldage aminohapped hüdrofoobne ja hüdrofiilsed, mis omakorda jagunevad happelisteks, aluselisteks ja neutraalseteks. A-aminohapete eripäraks on nende võime üksteisega suhelda, moodustades peptiide.
Eraldage:
dipeptiidid (karnosiin ja anseriin, lokaliseeritud mitokondrites; olles AO, vältides nende turset);
oligopeptiidid, mis sisaldab kuni 10 aminohappejääki. Näiteks: tripeptiid glutatioon toimib ühe peamise redutseerijana ARP-s, mis reguleerib lipiidide peroksüdatsiooni intensiivsust. Vasopressiin ja oksütotsiin- hüpofüüsi tagumise osa hormoonid, mis sisaldavad 9 aminohapet.
Olemas polüpeptiid s ja olenevalt nende omadustest määratakse need erinevasse ühendite klassi. Arstid usuvad, et kui polüpeptiidi parenteraalne manustamine põhjustab äratõukereaktsiooni (allergilise reaktsiooni), tuleb seda kaaluda valk; kui sellist nähtust ei täheldata, jääb termin samaks ( polüpeptiid). Adenohüpofüüsi hormoon ACTH, mis mõjutavad kortikosteroidide sekretsiooni neerupealiste koores, nimetatakse polüpeptiidideks (39 aminohapet) ja insuliini, mis koosneb 51 monomeerist ja on võimeline esile kutsuma immuunvastuse, on valk.
Valgu molekuli organiseerituse tasemed.
Iga polümeer kipub omaks võtma energeetiliselt soodsama konformatsiooni, mis säilib tänu täiendavate sidemete moodustumisele, mis toimub aminohapperadikaalide rühmade abil. On tavaks eristada nelja valkude struktuurse korralduse taset. Esmane struktuur- aminohapete järjestus polüpeptiidahelas, mis on peptiidiga kovalentselt seotud ( amiid) sidemed ja naaberradikaalid on nurga all 180 0 (trans-vorm). Enam kui 2 tosina erineva proteinogeense aminohappe olemasolu ja nende võime seostuda erinevates järjestustes määrab valkude mitmekesisuse looduses ja nende erinevate funktsioonide täitmise. Inimese valkude esmane struktuur määratakse geneetiliselt ja edastatakse vanematelt DNA ja RNA polünukleotiidide abil. Sõltuvalt radikaalide olemusest ja spetsiaalsete valkude abil - saatjad sünteesitud polüpeptiidahel sobib ruumi - valgu voltimine.
sekundaarne struktuur valk on spiraalse või β-volditud kihi kujul. Fibrillaarsetel valkudel (kollageen, elastiin) on beeta struktuur. Spiraalse ja amorfse (korraga) piirkondade vaheldumine võimaldab neil üksteisele läheneda ja chaperonide abil moodustada tihedamalt pakitud molekuli - tertsiaarne struktuur.
Moodustub mitmete polüpeptiidahelate kombineerimine ruumis ja funktsionaalselt makromolekulaarse moodustise loomine kvaternaarne struktuur orav. Selliseid mitselle nimetatakse oligo- või multimeerid ja nende komponendid on allüksused ( protomeerid). Kvaternaarse struktuuriga valgul on bioloogiline aktiivsus ainult siis, kui kõik selle allüksused on omavahel seotud.
Seega iseloomustab iga looduslikku valku ainulaadne struktuur, mis tagab selle füüsikalis-keemilised, bioloogilised ja füsioloogilised funktsioonid.
Füüsikalised keemilised omadused.
Valgud on suured ja suure molekulmassiga, mis jääb vahemikku 6000–1 000 000 daltonit ja rohkem, sõltuvalt aminohapete arvust ja protomeeride arvust. Nende molekulid on erineva kujuga: fibrillaarne- see säilitab sekundaarse struktuuri; kerajas- kõrgema organisatsiooni olemasolu; ja segatud. Valkude lahustuvus oleneb molekuli suurusest ja kujust, aminohappe radikaalide olemusest. Globulaarsed valgud on vees hästi lahustuvad, fibrillaarsed valgud aga kas vähesel määral või lahustumatud.
Valgulahuste omadused: on madala osmootse, kuid kõrge onkootilise rõhuga; kõrge viskoossus; halb hajutamisvõime; sageli hägune; opalestseeruv ( Tyndalli fenomen), – seda kõike kasutatakse natiivsete valkude eraldamisel, puhastamisel ja uurimisel. Bioloogilise segu komponentide eraldamine põhineb nende sadenemisel. Pöörduvaid sademeid nimetatakse väljasoolamine areneb leelismetallisoolade, ammooniumisoolade, lahjendatud leeliste ja hapete toimel. Seda kasutatakse puhaste fraktsioonide saamiseks, mis säilitavad oma loomuliku struktuuri ja omadused.
Valgumolekuli ionisatsiooniastme ja stabiilsuse lahuses määrab söötme pH. Nimetatakse lahuse pH väärtust, mille juures osakeste laeng kipub olema null isoelektriline punkt . Sellised molekulid on võimelised liikuma elektriväljas; liikumise kiirus on otseselt võrdeline laengu suurusega ja pöördvõrdeline kera massiga, mis on seerumi valkude eraldamise elektroforeesi aluseks.
Pöördumatu ladestumine - denatureerimine. Kui reaktiiv tungib sügavale mitselli sisse ja hävitab täiendavad sidemed, avaneb kompaktselt pakitud niit lahti. Vabanenud rühmade tõttu lähenevad molekulid kleepuvad kokku ja sadestuvad või hõljuvad ning kaotavad oma bioloogilised omadused. Denatureerivad tegurid: füüsiline(temperatuur üle 40 0 0, erinevat tüüpi kiirgus: röntgen, α-, β-, γ, UFL); keemiline(kontsentreeritud happed, leelised, raskmetallide soolad, uurea, alkaloidid, mõned ravimid, mürgid). Denatureerimist kasutatakse aseptikas ja antisepsis, samuti biokeemilistes uuringutes.
Valkudel on erinevad omadused (tabel 1.1).
Tabel 1.1
Valkude bioloogilised omadused
| Spetsiifilisus | Selle määrab iga valgu ainulaadne aminohappeline koostis, mis on geneetiliselt määratud ja tagab organismi kohanemise muutuvate keskkonnatingimustega, kuid teisalt nõuab selle asjaoluga arvestamist vereülekandel, elundite siirdamisel. ja koed. |
| Ligandsus | aminohapete radikaalide võime moodustada sidemeid erineva iseloomuga ainetega ( ligandid): süsivesikud, lipiidid, nukleotiidid, mineraalsed ühendid. Kui ühendus on tugev, siis see kompleks, nn kompleksne valk, täidab talle ettenähtud funktsioone. |
| koostöövalmidus | iseloomulik kvaternaarse struktuuriga valkudele. Hemoglobiin koosneb 4 protomeerist, millest igaüks on ühendatud heemiga, mis suudab seonduda hapnikuga. Kuid esimese allüksuse heem teeb seda aeglaselt ja iga järgnev kergemini. |
| Polüfunktsionaalsus | ühe valgu omadus täita mitmesuguseid funktsioone. Müosiin, kontraktiilne lihasvalk, omab ka katalüütilist aktiivsust, vajadusel hüdrolüüsib ATP-d. Eelnimetatud hemoglobiin on võimeline töötama ka ensüümina – katalaasina. |
| täiendavus | Kõik valgud mahuvad ruumi nii, et moodustuvad alad, täiendavad muud ühendid, mis tagab erinevate funktsioonide täitmise (ensüümi-substraadi komplekside moodustumine, hormoon-retseptor, antigeen-antikeha. |
Valkude klassifikatsioon
Eraldada lihtsad valgud , mis koosneb ainult aminohapetest ja keeruline , kaasa arvatud proteeside rühm. Lihtvalgud jagunevad kerakujuline ja fibrillaarne, ja olenevalt ka aminohapete koostisest aluseline, happeline, neutraalne. globulaarsed aluselised valgud protamiinid ja histoonid. Neil on madal molekulmass, arginiini ja lüsiini olemasolu tõttu on neil väljendunud aluselisus, "-" laengu tõttu interakteeruvad nad kergesti nukleiinhapete polüanioonidega. Histoonid, seondudes DNA-ga, aitavad kompaktselt tuuma mahtuda ja reguleerivad valgusünteesi. See fraktsioon on heterogeenne ja moodustab üksteisega suheldes nukleosoomid mille ümber on keerdunud DNA ahelad.
Happelised globulaarsed valgud on albumiinid ja globuliinid sisaldub rakuvälistes vedelikes (vereplasma, tserebrospinaalvedelik, lümf, piim) ning on erineva massi ja suuruse poolest. Albumiinide molekulmass on 40-70 tuhat D, erinevalt globuliinidest (üle 100 tuhande D). Esimesed hõlmavad glutamiinhapet, mis loob suure "-" laengu ja hüdraatunud kesta, mis võimaldab nende lahuse kõrge stabiilsuse. Globuliinid on vähem happelised valgud, seetõttu on need kergesti väljasoolatavad ja heterogeensed, jagatakse elektroforeesi abil fraktsioonideks. Võimeline seonduma erinevate ühenditega (hormoonid, vitamiinid, mürgid, ravimid, ioonid), tagades nende transpordi. Nende abiga stabiliseeritakse homöostaasi olulised parameetrid: pH ja onkootiline rõhk. Eralda ka immunoglobuliinid(IgA, IgM, IgD, IgE, IgG), mis toimivad antikehadena, samuti valkude hüübimisfaktorid.
Kliinik kasutab nn valgu suhe (BC) tähistab albumiini kontsentratsiooni ja globuliini kontsentratsiooni suhet:
Selle väärtused kõikuvad sõltuvalt patoloogilistest protsessidest.
fibrillaarsed valgud jagunevad kahte rühma: lahustuv ( aktiin, müosiin, fibrinogeen) ja lahustumatu vees ja vee-soola lahustes (tugivalgud kollageen, elastiin, retikuliin ja katta - keratiin koed).
Komplekssete valkude klassifikatsioon põhineb proteeside rühma struktuurilistel omadustel. Metalloproteiin — ferritiin, mis on rikas raudkatioonide poolest ja paikneb mononukleaarse fagotsüütide süsteemi rakkudes (hepatotsüüdid, splenotsüüdid, luuüdi rakud), on selle metalli depoo. Liigne raud põhjustab kudedes kogunemist - hemosideriin, mis põhjustab arengut hemosideroos. metalli glükoproteiinid - transferriin ja tseruloplasmiin vereplasmas, mis toimis vastavalt raua- ja vaseoonide transpordivormidena, ilmnes nende antioksüdantne toime. Paljude ensüümide töö sõltub metalliioonide olemasolust molekulides: ksantiindehüdrogenaasil - Mo ++, arginaasil - Mn ++ ja alkoholil DG - Zn ++.
Fosfoproteiinid - piimakaseinogeeni, munakollase vitelliin ja munavalge ovalbumiin, kalamarja ihtiuliin. Neil on oluline roll embrüo, loote ja vastsündinu arengus: nende aminohapped on vajalikud nende enda koevalkude sünteesiks ning fosfaati kasutatakse kas lülina PL-s, rakumembraanide olulistes struktuurides või makroergide olulise komponendina, energiaallikatena erinevate ühendite tekkes. Ensüümid reguleerivad oma aktiivsust fosforüülimise-defosforüülimise teel.
osa nukleoproteiinid sisaldab DNA-d ja RNA-d. Apoproteiinid on kas histoonid või protamiinid. Iga kromosoom on ühe DNA molekuli kompleks koos paljude histoonidega. Kasutades nukleosoomi on selle polünukleotiidi keerme mähis, mis vähendab selle mahtu.
Glükoproteiinid Siia kuuluvad erinevad süsivesikud (oligosahhariidid, GAG-d nagu hüaluroonhape, kondroitiin-, dermataan-, kerataan-, heparaansulfaadid). Glükoproteiinide rikas lima on kõrge viskoossusega, kaitstes õõnsate elundite seinu ärritajate eest. Membraanglükoproteiinid pakuvad rakkudevahelisi kontakte, retseptorite tööd, erütrotsüütide plasmamembraanides vastutavad nad vere rühmaspetsiifilisuse eest. Antikehad (oligosahhariidid) interakteeruvad spetsiifiliste antigeenidega. Samal põhimõttel on ka interferoonide ehk komplemendisüsteemi toimimine. Tseruloplasmiin ja transferriin, mis transpordivad vereplasmas vase- ja rauaioone, on samuti glükoproteiinid. Mõned adenohüpofüüsi hormoonid kuuluvad sellesse valkude klassi.
Lipoproteiinid proteeside rühm sisaldab erinevaid lipiide (TAG, vaba kolesterool, selle estrid, PL). Vaatamata paljude erinevate ainete olemasolule on LP mitsellide struktuuri põhimõte sarnane (joonis 1.1). Selle osakese sees on rasvatilk, mis sisaldab mittepolaarseid lipiide: TAG-i ja kolesterooli estreid. Väljaspool on tuum ümbritsetud ühekihilise membraaniga, mille moodustab valk PL (apolipoproteiin) ja HS. Mõned valgud on lahutamatud ja neid ei saa lipoproteiinist eraldada, samas kui teised on võimelised kanduma ühest kompleksist teise. Polüpeptiidi fragmendid moodustavad osakese struktuuri, interakteeruvad rakupinna retseptoritega, määrates, millised kuded seda vajavad, toimivad LP-d modifitseerivate ensüümide või nende aktivaatoritena. Ultratsentrifuugimisega eraldati järgmist tüüpi lipoproteiinid: XM, VLDL, LPPP, LDL, HDL. Iga LP tüüp moodustub erinevates kudedes ja tagab teatud lipiidide transpordi bioloogilistes vedelikes. Nende valkude molekulid on veres hästi lahustuvad, tk. on väikese suurusega ja nende pinnal on negatiivne laeng. Osa LP-st suudab kergesti difundeeruda läbi arterite intima, toites seda. Külomikronid toimivad eksogeensete lipiidide kandjatena, liikudes esmalt läbi lümfi ja seejärel läbi vereringe. Edenedes kaotavad HM-id oma lipiidid, andes need rakkudele. VLDL on maksas sünteesitavate lipiidide, peamiselt TAG, peamiste transpordivormidena ning toimub endogeense kolesterooli kohaletoimetamine hepatotsüütidest elunditesse ja kudedesse. LDL. Kui nad loovutavad lipiide sihtrakkudele, suureneb nende tihedus (muundatud LPPP). Kolesterooli metabolismi kataboolne faas viiakse läbi HDL, mis kannavad selle kudedest maksa, kust see eritub sapiga organismist seedetrakti kaudu.
Kell kromoproteiinid proteesirühm võib olla aine, millel on värv. Alamklass − hemoproteiinid, toimib valguvaba osana kalliskivi. Hemoglobiin erütrotsüüdid tagab gaasivahetuse, on kvaternaarse struktuuriga, koosneb 4 erinevast polüpeptiidahelast embrüos, lootel, lapsel (IV jaotis. 1. peatükk). Erinevalt Hb-st. müoglobiin sellel on üks heem- ja üks polüpeptiidahel, mis on volditud gloobuliks. Müoglobiini afiinsus hapniku suhtes on kõrgem kui hemoglobiinil, mistõttu on see võimeline vastu võtma gaasi, ladestuma ja andma vajadusel mitokondritele. Heemi sisaldavad valgud on katalaas, peroksidaas, mis on ARZ ensüümid; tsütokroomid- ETC komponendid, mis vastutavad peamise bioenergeetilise protsessi eest rakkudes. Dehüdrogenaaside hulgas leidub kudede hingamises osalejaid flavoproteiinid- kromoproteiinid, millel on flavonoidide olemasolu tõttu kollane (flavos - kollane) värvus - FMN ja FAD komponendid. Rhodopsiin- kompleksvalk, mille proteesrühm on A-vitamiini aktiivne vorm, retinool kollakasoranž. Visuaalne lilla - võrkkesta varraste peamine valgustundlik aine, annab valguse tajumise videvikus.
Valkude funktsioonid
| Struktuurne
(plast) |
Valgud moodustavad raku- ja organoidmembraanide aluse ning moodustavad ka koe (sidekoes kollageen). |
| katalüütiline | Kõik ensüümid on valgud – biokatalüsaatorid. |
| Reguleerivad | Paljud hüpofüüsi eesmise ja kõrvalkilpnäärme eritatavad hormoonid on valgulise iseloomuga. |
| Transport | Vereplasmas albumiinid pakkuda IVH, bilirubiini ülekandmist. Transferriin vastutab rauakatioonide tarnimise eest. |
| Hingamisteede | Mitsellid hemoglobiini, lokaliseeritud erütrotsüütides, on võimelised seonduma erinevate gaasidega, eelkõige hapniku, süsinikdioksiidiga, osaledes vahetult gaasivahetuses. |
| Kokkutõmbuv | Müotsüütide spetsiifilised valgud ( aktiin ja müosiin) osalevad kontraktsioonis ja lõõgastumises. Tsütoskeleti valk avaldab mitoosi ajal kromosoomide segregatsiooni ajal sarnast toimet. tubuliin. |
| Kaitsev | Valgu hüübimisfaktorid kaitsevad keha ebapiisava verekaotuse eest. Immuunvalgud (γ-globuliinid, interferoon, komplementsüsteemi valgud) võitlevad kehasse sisenevate võõrainetega - antigeenid. |
| Homöostaatiline | Ekstratsellulaarsed ja intratsellulaarsed valgud suudavad säilitada püsiva pH taseme ( puhversüsteemid) ja söötme onkootiline rõhk. |
| Retseptor | Välispiirkondades paiknevad raku- ja organoidmembraanide glükoproteiinid tajuvad erinevaid regulatoorseid signaale. |
| visuaalne | Võrkkesta visuaalseid signaale võtab vastu valk - rodopsiin. |
| Toitev | Plasma albumiinid ja globuliinid toimivad aminohapete varudena. |
| Kromosoomi valgud ( histoonid, protamiinid) osalevad geneetilise informatsiooni ekspressiooni ja represseerimise tasakaalu loomises. | |
| Energia | Nälgimise või patoloogiliste protsesside ajal, kui süsivesikute kasutamine energeetilisel eesmärgil on häiritud (diabeedi korral), intensiivistub kudede proteolüüs, mille saadusteks on aminohapped ( ketogeenne), lagunevad, toimivad energiaallikana. |
Valkude struktuur
Oravad- α-aminohapete jääkidest koosnevad kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid.
AT valgu koostis hõlmab süsinikku, vesinikku, lämmastikku, hapnikku, väävlit. Mõned valgud moodustavad komplekse teiste fosforit, rauda, tsinki ja vaske sisaldavate molekulidega.
Valkudel on suur molekulmass: munaalbumiin - 36 000, hemoglobiin - 152 000, müosiin - 500 000. Võrdluseks: alkoholi molekulmass on 46, äädikhappe - 60, benseeni - 78.
Valkude aminohappeline koostisOravad- mitteperioodilised polümeerid, mille monomeerid on α-aminohapped. Tavaliselt nimetatakse valgu monomeerideks 20 tüüpi α-aminohappeid, kuigi rakkudest ja kudedest on leitud üle 170 neist.
Sõltuvalt sellest, kas aminohappeid saab inimeste ja teiste loomade kehas sünteesida, on olemas: asendamatud aminohapped- saab sünteesida; asendamatud aminohapped- ei saa sünteesida. Asendamatud aminohapped tuleb sisse võtta koos toiduga. Taimed sünteesivad igasuguseid aminohappeid.
Sõltuvalt aminohapete koostisest, valgud on: täielikud- sisaldab kogu aminohapete komplekti; defektne- nende koostises ei ole aminohappeid. Kui valgud koosnevad ainult aminohapetest, nimetatakse neid lihtne. Kui valgud sisaldavad lisaks aminohapetele ka mitteaminohappelist komponenti (proteesirühma), nimetatakse neid nn. keeruline. Proteesirühma võivad esindada metallid (metalloproteiinid), süsivesikud (glükoproteiinid), lipiidid (lipoproteiinid), nukleiinhapped (nukleoproteiinid).
Valgu omadused
Aminohapete koostis, valgumolekuli struktuur määrab selle omadused. Valgud ühendavad aminohapete radikaalide poolt määratud aluselised ja happelised omadused: mida rohkem happelisi aminohappeid on valgus, seda rohkem väljenduvad selle happelised omadused. Võime anda ja kinnitada H + määrata valkude puhveromadused; üks võimsamaid puhvreid on erütrotsüütides leiduv hemoglobiin, mis hoiab vere pH konstantsel tasemel. On lahustuvad valgud (fibrinogeen), on lahustumatud valgud, mis täidavad mehaanilisi funktsioone (fibroiin, keratiin, kollageen). On keemiliselt aktiivseid valke (ensüüme), on keemiliselt mitteaktiivseid, vastupidavaid erinevatele keskkonnatingimustele ja äärmiselt ebastabiilseid.
Välised tegurid (kuumutamine, ultraviolettkiirgus, raskmetallid ja nende soolad, pH muutused, kiirgus, dehüdratsioon) võivad põhjustada valgu molekuli struktuurse korralduse rikkumist. Antud valgu molekulile omase kolmemõõtmelise konformatsiooni kaotamise protsessi nimetatakse denatureerimine. Denaturatsiooni põhjuseks on teatud valgu struktuuri stabiliseerivate sidemete katkemine. Esialgu katkevad kõige nõrgemad sidemed ja kui tingimused muutuvad karmimaks, siis veelgi tugevamaks. Seetõttu kaovad esmalt kvaternaar, seejärel tertsiaar- ja sekundaarstruktuurid. Ruumilise konfiguratsiooni muutus toob kaasa valgu omaduste muutumise ja selle tulemusena muudab valgu bioloogiliste funktsioonide täitmise võimatuks. Kui denaturatsiooniga ei kaasne primaarstruktuuri hävimine, siis võib see nii olla pööratav, sel juhul toimub valgule iseloomuliku konformatsiooni iseparanemine. Selline denatureerimine allutatakse näiteks membraani retseptorvalkudele. Valgu struktuuri taastamise protsessi pärast denatureerimist nimetatakse renaturatsioon. Kui valgu ruumilise konfiguratsiooni taastamine on võimatu, nimetatakse denaturatsiooni pöördumatu.
Valkude funktsioonidKatalüütiline: Valkude üks olulisemaid funktsioone. Varustatud valkudega – ensüümidega, mis kiirendavad rakkudes toimuvaid biokeemilisi reaktsioone. Näiteks ribuloosbifosfaatkarboksülaas katalüüsib CO2 fikseerimist fotosünteesi käigus.
Isoelektriline punkt
Amfoteersus – valkude happe-aluselised omadused.
Kvaternaarne struktuur
Paljud valgud koosnevad mitmest subühikust (protomeerist), millel võib olla sama või erinev aminohappeline koostis. Sel juhul on valgud kvaternaarne struktuur. Valgud sisaldavad tavaliselt paarisarv subühikuid: kaks, neli, kuus. Interaktsioon toimub ioonsete, vesiniksidemete ja van der Waalsi jõudude tõttu. Täiskasvanud inimese hemoglobiini HbA koosneb neljast identsest subühikust ( a 2 β 2).
Kvaternaarne struktuur pakub palju bioloogilisi eeliseid:
a) toimub geneetilise materjali ökonoomsus., väheneb struktuurgeeni ja mRNA pikkus, milles on salvestatud teave valgu esmase struktuuri kohta.
b) on võimalik läbi viia allüksuste väljavahetamist, mis võimaldab tegevust muuta
ensüüm seoses muutuvate tingimustega (kohasastumise läbiviimiseks). Hemoglobiin
vastsündinu koosneb valkudest ( a 2 γ 2) . kuid esimestel kuudel muutub koosseis täiskasvanu omaks (ja 2 β 2) .
8.4. Valkude füüsikalis-keemilised omadused
Valgud, nagu aminohapped, on amfoteersed ühendid ja neil on puhveromadused.
Valgud võib jagada neutraalsed, happelised ja aluselised.
Neutraalsed valgud sisaldavad võrdsel arvul ionisatsioonile kalduvaid rühmi: happelisi ja aluselisi. Selliste valkude isoelektriline punkt on keskkonnas, mis on lähedal neutraalsele, kui pH< pI , то белок становится положительно заряженным катионом, pH >pI, siis muutub valk negatiivselt laetud aniooniks.
NH 3 - valk - COOH<-->+ NH 3 - valk - COO -<-->NH 2 – valk – COO –
pH< pI vesilahus pH > pI
Happelised valgud sisaldama ebavõrdne arv ionisatsioonile kalduvaid rühmi: karboksüülrühmi on rohkem kui aminorühmi. Vesilahuses omandavad nad negatiivse laengu ja lahus muutub happeliseks. Happe (H +) lisamisel siseneb valk esmalt isoelektrilisse punkti ja seejärel muutub happe liiases katiooniks. Aluselises keskkonnas on selline valk negatiivselt laetud (aminorühma laeng kaob).
happeline valk
NH 3 - valk - COO - + H + + NH 3 - valk - COO - + H + + NH 3 - valk - COOH
| <--> | <--> |
COO – COOH COOH
Vesilahuse pH = p I pH< pi
Valk üle happe
positiivselt laetud
Happeline valk leeliselises keskkonnas on negatiivselt laetud
NH 3 - valk - COO - OH - NH 2 - valk - COO -
| <--> |
COO - COO -
pH > pI
Põhivalgud sisaldama ebavõrdne arv ionisatsioonile kalduvaid rühmi: aminorühmi on rohkem kui karboksüülrühmi. Vesilahuses omandavad nad positiivse laengu ja lahus muutub aluseliseks. Leelise (OH-) lisamisel siseneb valk esmalt isoelektrilisse punkti ja seejärel muutub leelise liiases aniooniks. Happelises keskkonnas on selline valk positiivselt laetud (karboksüülrühma laeng kaob)
Valgu molekuli kuju. Valgumolekulide natiivse konformatsiooni uuringud on näidanud, et enamikul juhtudel on need osakesed enam-vähem asümmeetrilise kujuga. Sõltuvalt asümmeetria astmest, st valgu molekuli pika (b) ja lühikese (a) telje vahelisest suhtest, eristatakse kerakujulisi (sfäärilisi) ja fibrillaarseid (filamentseid) valke.
Globulaarsed on valgumolekulid, milles polüpeptiidahelate voltimine on viinud sfäärilise struktuuri moodustumiseni. Nende hulgas on rangelt sfäärilisi, elliptilisi ja vardakujulisi. Need erinevad asümmeetria astme poolest. Näiteks munaalbumiinil on b/a = 3, nisu gliadiinil 11 ja maisi zeiinil 20. Looduses on paljud valgud kerakujulised.
Fibrillaarsed valgud moodustavad pikki, väga asümmeetrilisi filamente. Paljudel neist on struktuurne või mehaaniline funktsioon. Need on kollageen (b / a - 200), keratiinid, fibroiin.
Iga rühma valkudel on oma iseloomulikud omadused. Paljud globulaarsed valgud lahustuvad vees ja lahjendatud soolalahustes. Lahustuvaid fibrillaarseid valke iseloomustavad väga viskoossed lahused. Globulaarsetel valkudel on reeglina hea bioloogiline väärtus – need imenduvad seedimise käigus, paljud fibrillaarsed valgud aga mitte.
Kerakujuliste ja fibrillaarsete valkude vahel pole selget piiri. Paljud valgud asuvad vahepealsel positsioonil ja ühendavad nii kerakujuliste kui ka fibrillaarsete valkude tunnused. Selliste valkude hulka kuuluvad näiteks lihaste müosiin (b/a = 75) ja vere fibrinogeen (b/a = 18). Müosiinil on vardakujuline kuju, mis sarnaneb fibrillaarsete valkude kujuga, kuid nagu globulaarsed valgud, lahustub see soolalahustes. Müosiini ja fibrinogeeni lahused on viskoossed. Need valgud imenduvad seedimise käigus. Samal ajal ei imendu aktiin, kerakujuline lihasvalk.
Valkude denatureerimine. Valgumolekulide natiivne konformatsioon ei ole jäik, see on pigem labiilne (lat. "labilis" – libisev) ja võib olla mitmete mõjude all tõsiselt häiritud. Valgu natiivse konformatsiooni rikkumist, millega kaasneb selle loomulike omaduste muutumine ilma peptiidsidemeid purustamata, nimetatakse valgu denatureerimiseks (ladina keeles "denaturare" - looduslike omaduste äravõtmine).
Valkude denaturatsiooni võivad põhjustada mitmesugused põhjused, mis põhjustavad nõrkade interaktsioonide katkemist, samuti nende loomulikku struktuuri stabiliseerivate disulfiidsidemete katkemist.
Enamiku valkude kuumutamine temperatuurini üle 50°C, samuti ultraviolett- ja muud tüüpi suure energiaga kiiritamine suurendab polüpeptiidahela aatomite vibratsiooni, mis põhjustab nendes erinevate sidemete katkemist. Isegi mehaaniline raputamine võib põhjustada valkude denaturatsiooni.
Valkude denaturatsioon toimub ka keemilise rünnaku tõttu. Tugevad happed või leelised mõjutavad happeliste ja aluseliste rühmade ionisatsiooni, põhjustades ioonsete ja mõnede vesiniksidemete katkemist valgu molekulides. Karbamiid (H 2 N-CO-NH 2) ja orgaanilised lahustid - alkoholid, fenoolid jne - lõhuvad vesiniksidemete süsteemi ja nõrgendavad hüdrofoobseid interaktsioone valgu molekulides (uurea - vee struktuuri rikkumise tõttu, orgaanilised lahustid). - kontaktide loomise tõttu mittepolaarsete aminohapperadikaalidega). Merkaptoetanool hävitab valkudes olevad disulfiidsidemed. Raskmetallide ioonid häirivad nõrka interaktsiooni.
Denatureerimisel toimub valgu omaduste muutus ja ennekõike selle lahustuvuse vähenemine. Näiteks keetes valgud koaguleeruvad ja lahustest sadestuvad trombidena (nagu kanamuna keetmisel). Valkude sadestumine lahustest toimub ka valgu sadestajate mõjul, mida kasutatakse trikloroäädikhappena, Barnsteini reagendina (naatriumhüdroksiidi segu vasksulfaadiga), tanniinilahusena jne.
Denatureerimise käigus väheneb valgu veeimamisvõime, s.t paisumisvõime; võivad ilmneda uued keemilised rühmad, näiteks: kokkupuutel kaptoetanooliga - SH-rühmad. Denatureerimise tulemusena kaotab valk oma bioloogilise aktiivsuse.
Kuigi denaturatsioon ei mõjuta valgu primaarset struktuuri, on muutused pöördumatud. Kuid näiteks karbamiidi järkjärgulise eemaldamisega dialüüsi teel denatureeritud valgu lahusest toimub selle renaturatsioon: taastatakse valgu loomulik struktuur ja koos sellega ühel või teisel määral ka selle looduslikud omadused. Sellist denaturatsiooni nimetatakse pöörduvaks.
Organismide vananemise käigus toimub valkude pöördumatu denaturatsioon. Seetõttu kaotavad näiteks taimeseemned isegi optimaalsete säilitustingimuste korral järk-järgult oma idanemisvõimet.
Valkude denatureerimine toimub leiva küpsetamisel, pasta, köögiviljade kuivatamisel, keetmisel jne. Selle tulemusena suureneb nende valkude bioloogiline väärtus, kuna denatureeritud (osaliselt hävinud) valgud imenduvad seedimise käigus kergemini.
Valgu isoelektriline punkt. Valgud sisaldavad erinevaid aluselisi ja happelisi rühmi, millel on ioniseerimisvõime. Tugevalt happelises keskkonnas protoneeritakse aktiivselt põhirühmad (aminorühmad jne) ning valgumolekulid omandavad positiivse summaarse laengu ning tugevalt aluselises keskkonnas dissotsieeruvad kergesti karboksüülrühmad ja valgumolekulid omandavad negatiivse summaarse laengu.
Valkude positiivse laengu allikateks on lüsiini, arginiini ja histidiini jääkide kõrvalradikaalid ning N-otsa aminohappejäägi a-aminorühm. Negatiivse laengu allikateks on asparagiin- ja glutamiinhappejääkide kõrvalradikaalid ning C-otsa aminohappejäägi α-karboksüülrühm.
Söötme teatud pH väärtusel on valgu molekuli pinnal positiivsed ja negatiivsed laengud võrdsed, st selle kogu elektrilaeng osutub nulliks. Seda lahuse pH väärtust, mille juures valgumolekul on elektriliselt neutraalne, nimetatakse valgu isoelektriliseks punktiks (pi).
Isoelektrilised punktid on valkude iseloomulikud konstandid. Need määratakse nende aminohappelise koostise ja struktuuri järgi: happeliste ja aluseliste aminohappejääkide arv ja paigutus polüpeptiidahelates. Valkude isoelektrilised punktid, milles domineerivad happelised aminohappejäägid, asuvad pH piirkonnas.<7, а белков, в которых преобладают остатки основных аминокислот - в области рН>7. Enamiku valkude isoelektrilised punktid on kergelt happelises keskkonnas.
Isoelektrilises olekus on valgulahustel minimaalne viskoossus. See on tingitud valgu molekuli kuju muutumisest. Isoelektrilises punktis tõmbuvad vastaslaenguga rühmad üksteise poole ja valgud keerduvad pallideks. Kui pH nihkub isoelektrilisest punktist, tõrjuvad sarnase laenguga rühmad üksteist ja valgumolekulid rulluvad lahti. Voldimata olekus annavad valgumolekulid lahustele suurema viskoossuse kui pallideks rullitud.
Isoelektrilises punktis on valgud minimaalse lahustuvusega ja võivad kergesti sadestuda.
Valkude sadenemist isoelektrilises punktis siiski ei toimu. Seda takistavad struktureeritud veemolekulid, mis säilitavad olulise osa hüdrofoobsetest aminohapete radikaalidest valgugloobulite pinnal.
Valke saab sadestada kasutades orgaanilisi lahusteid (alkohol, atsetoon), mis rikuvad hüdrofoobsete kontaktide süsteemi valgumolekulides, samuti kõrge soolakontsentratsiooniga (väljasoolamine), mis vähendab valgugloobulite hüdratatsiooni. Viimasel juhul läheb osa veest soola lahustama ja lakkab osalemast valgu lahustamises. Selline lahus muutub lahusti puudumise tõttu üleküllastutuks, mis toob kaasa osa selle sadestumist sademesse. Valgu molekulid hakkavad kokku kleepuma ja, moodustades järjest suuremaid osakesi, sadestuvad järk-järgult lahusest välja.
Valgu optilised omadused. Valkude lahustel on optiline aktiivsus, st võime pöörata valguse polarisatsioonitasapinda. See valkude omadus on tingitud asümmeetriliste elementide olemasolust nende molekulides - asümmeetrilised süsinikuaatomid ja parempoolne a-heeliks.
Valgu denatureerimisel muutuvad selle optilised omadused, mis on seotud a-heeliksi hävimisega. Täielikult denatureeritud valkude optilised omadused sõltuvad ainult asümmeetriliste süsinikuaatomite olemasolust neis.
Valgu optiliste omaduste avaldumise erinevuse järgi enne ja pärast denatureerimist saab määrata selle spiraliseerumise astme.
Kvalitatiivsed reaktsioonid valkudele. Valke iseloomustavad värvusreaktsioonid, mis tulenevad neis teatud keemiliste rühmade olemasolust. Neid reaktsioone kasutatakse sageli valkude tuvastamiseks.
Kui valgulahusele lisatakse vasksulfaati ja leelist, ilmub lilla värv, mis on seotud vase ioonide komplekside moodustumisega valgu peptiidrühmadega. Kuna see reaktsioon annab biureedi (H 2 N-CO-NH-CO-NH 2), nimetatakse seda biureediks. Seda kasutatakse sageli valgu kvantitatiivseks määramiseks koos I. Kjeldahli meetodiga, kuna saadud värvi intensiivsus on võrdeline valgu kontsentratsiooniga lahuses.
Kui valgulahuseid kuumutatakse kontsentreeritud lämmastikhappega, ilmub aromaatsete aminohapete nitroderivaatide moodustumise tõttu kollane värv. Seda reaktsiooni nimetatakse ksantoproteiin(Kreeka "xanthos" - kollane).
Paljud valgulahused reageerivad kuumutamisel elavhõbeda nitraadilahusega, mis moodustab karmiinpunased kompleksühendid fenoolide ja nende derivaatidega. See on Milloni kvalitatiivne test türosiini jaoks.
Enamiku valgulahuste kuumutamisel pliatsetaadiga leeliselises keskkonnas sadestub must pliisulfiidi sade. Seda reaktsiooni kasutatakse väävlit sisaldavate aminohapete tuvastamiseks ja seda nimetatakse Fohli reaktsiooniks.
