Az Oparin-Haldane elmélet szerint az élet bolygónkon egy koacervált cseppből keletkezett. Ez is fehérje molekula volt. Vagyis az a következtetés következik, hogy ezek a kémiai vegyületek képezik minden ma létező élet alapját. De mik is azok a fehérjeszerkezetek? Milyen szerepet töltenek be a mai testben és az emberek életében? Milyen típusú fehérjék léteznek? Próbáljuk meg kitalálni.
Fehérjék: általános fogalom
A kémiai szerkezet szempontjából a kérdéses anyag molekulája peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavak sorozata.
Minden aminosavnak két funkciós csoportja van:
- karbonsav -COOH;
- aminocsoport -NH2.
Közöttük jön létre a kötés a különböző molekulákban. Így a peptidkötés -CO-NH formájú. Egy fehérjemolekula több száz vagy több ezer ilyen csoportot tartalmazhat, ez az adott anyagtól függ. A fehérjék fajtái nagyon változatosak. Vannak köztük olyanok is, amelyek a szervezet számára esszenciális aminosavakat tartalmaznak, ami azt jelenti, hogy táplálékkal kell bevenni őket. Vannak olyan fajták, amelyek fontos funkciókat látnak el a sejtmembránban illa citoplazmája. Biológiai katalizátorokat is izolálnak - enzimeket, amelyek szintén fehérjemolekulák. Széles körben használják az emberi életben, és nem csak az élőlények biokémiai folyamataiban vesznek részt.
A vizsgált vegyületek molekulatömege több tíztől millióig terjedhet. Végül is egy nagy polipeptidláncban a monomer egységek száma korlátlan, és az adott anyag típusától függ. A fehérje tiszta formájában, natív felépítésében a nyers csirketojás vizsgálatakor látható. Világossárga, átlátszó, sűrű kolloid massza, amelyben a sárgája található - ez a kívánt anyag. Ugyanez mondható el az alacsony zsírtartalmú túróról is, Ez a termék természetes formájában is szinte tiszta fehérje.
Azonban nem minden vizsgált vegyületnek ugyanaz a térszerkezete. Összességében a molekulának négy szervezetét különböztetjük meg. A fehérjeszerkezetek típusai meghatározzák tulajdonságait és jelzik a szerkezet összetettségét. Az is ismert, hogy a térben jobban összefonódott molekulák kiterjedt feldolgozáson mennek keresztül emberekben és állatokban.
A fehérjeszerkezetek típusai
Összesen négy van belőlük. Fontolja meg, hogy melyek mindegyike.
- Elsődleges. A peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavak szokásos lineáris szekvenciáját képviseli. Nincsenek térbeli fordulatok, nincs spiralizáció. A polipeptidben található linkek száma elérheti a több ezret is. A fehérjék típusai ahasonló szerkezetű - glicilalanin, inzulin, hisztonok, elasztin és mások.
- Másodlagos. Két polipeptid láncból áll, amelyek spirál alakban vannak csavarodva, és egymás felé orientálódnak formált fordulatokkal. Ilyenkor hidrogénkötések képződnek közöttük, összetartva őket. Így jön létre egyetlen fehérjemolekula. Az ilyen típusú fehérjék a következők: lizozim, pepszin és mások.
- Tercier konformáció. Ez egy sűrűn csomagolt és kompaktan tekercselt másodlagos szerkezet. Itt a hidrogénkötéseken kívül más típusú kölcsönhatások is megjelennek - ez a van der Waals kölcsönhatás és az elektrosztatikus vonzás, a hidrofil-hidrofób kontaktus erői. Példák a szerkezetekre: albumin, fibroin, selyemprotein és mások.
- Negyedidőszak. A legbonyolultabb szerkezet, amely több polipeptid láncból áll, melyeket spirálba csavarnak, golyóvá tekergetnek és gömbölyűvé egyesítik. Az olyan példák, mint az inzulin, a ferritin, a hemoglobin, a kollagén, pontosan ezt a fehérjekonformációt illusztrálják.
Ha a molekulák összes megadott szerkezetét részletesen megvizsgáljuk kémiai szempontból, akkor az elemzés sokáig tart. Valójában minél magasabb a konfiguráció, annál összetettebb és bonyolultabb a szerkezete, annál többféle kölcsönhatás figyelhető meg a molekulában.
Fehérjemolekulák denaturációja
A polipeptidek egyik legfontosabb kémiai tulajdonsága, hogy bizonyos körülmények vagy vegyi anyagok hatására képesek lebomlani. Így,például a fehérjedenaturáció különféle típusai széles körben elterjedtek. Mi ez a folyamat? Ez a fehérje natív szerkezetének megsemmisítéséből áll. Vagyis ha kezdetben a molekulának harmadlagos szerkezete volt, akkor speciális szerek hatására összeomlik. Az aminosavak sorrendje azonban változatlan marad a molekulában. A denaturált fehérjék gyorsan elveszítik fizikai és kémiai tulajdonságaikat.
Milyen reagensek vezethetnek a konformáció pusztulási folyamatához? Több is van belőlük.
- Hőmérséklet. Hevítéskor a molekula kvaterner, harmadlagos, másodlagos szerkezete fokozatos tönkremegy. Vizuálisan ez megfigyelhető például egy közönséges csirke tojás sütésekor. A kapott "fehérje" a nyers termékben lévő albumin polipeptid elsődleges szerkezete.
- Sugárzás.
- Hatás erős vegyi anyagokkal: savak, lúgok, nehézfémek sói, oldószerek (például alkoholok, éterek, benzol és mások).
Ezt a folyamatot néha molekuláris olvadásnak is nevezik. A fehérjedenaturáció típusai attól az ágenstől függenek, amelynek hatása alatt ez bekövetkezett. Sőt, bizonyos esetekben fordított folyamat megy végbe. Ez a renaturáció. Nem minden fehérje képes visszaállítani a szerkezetét, de jelentős részük képes erre. Tehát Ausztráliából és Amerikából származó kémikusok elvégezték a főtt csirke tojás renaturálását bizonyos reagensek és centrifugálási módszer segítségével.
Ez a folyamat fontos az élő szervezetek számára a polipeptidek szintézisébenriboszóma láncok és rRNS a sejtekben.
Egy fehérjemolekula hidrolízise
A denaturáció mellett a fehérjéket egy másik kémiai tulajdonság is jellemzi - a hidrolízis. Ez egyben a natív konformáció tönkretétele is, de nem az elsődleges szerkezetre, hanem teljesen az egyes aminosavakra. Az emésztés fontos része a fehérjehidrolízis. A polipeptidek hidrolízisének típusai a következők.
- Vegyi. Savak vagy lúgok hatása alapján.
- Biológiai vagy enzimatikus.
A folyamat lényege azonban változatlan marad, és nem függ attól, hogy milyen típusú fehérjehidrolízis megy végbe. Ennek eredményeként aminosavak képződnek, amelyek minden sejtbe, szervbe és szövetbe eljutnak. További átalakulásuk az új polipeptidek szintézisében való részvételből áll, amelyek már egy adott szervezet számára szükségesek.
Az iparban a fehérjemolekulák hidrolízisének folyamatát csak a megfelelő aminosavak kinyerésére használják.
A fehérjék funkciói a szervezetben
A különböző típusú fehérjék, szénhidrátok, zsírok létfontosságúak bármely sejt normális működéséhez. Ez pedig az egész szervezet egészét jelenti. Ezért szerepük nagyrészt az élőlényeken belüli jelentőségük és mindenütt jelenlétüknek köszönhető. A polipeptid molekuláknak számos fő funkciója különböztethető meg.
- Katalizátor. Olyan enzimek végzik, amelyek fehérjeszerkezettel rendelkeznek. Később beszélünk róluk.
- Strukturális. A fehérjék fajtái és azoka szervezetben zajló funkciók elsősorban magának a sejtnek a szerkezetére, alakjára hatnak. Ezenkívül az ezt a szerepet betöltő polipeptidek hajat, körmöket, puhatestűhéjakat és madártollakat alkotnak. Ők is egy bizonyos armatúrát képeznek a sejt testében. A porc is ilyen típusú fehérjékből áll. Példák: tubulin, keratin, aktin és mások.
- Szabályozási. Ez a funkció a polipeptidek részvételében nyilvánul meg olyan folyamatokban, mint: transzkripció, transzláció, sejtciklus, splicing, mRNS-olvasás és mások. Mindegyikben fontos forgalomirányító szerepet töltenek be.
- Jel. Ezt a funkciót a sejtmembránon elhelyezkedő fehérjék látják el. Különböző jeleket továbbítanak egyik egységről a másikra, és ez kommunikációhoz vezet a szövetek között. Példák: citokinek, inzulin, növekedési faktorok és mások.
- Közlekedés. Bizonyos típusú fehérjék és az általuk ellátott funkcióik egyszerűen létfontosságúak. Ez történik például a hemoglobin fehérjével. A vérben sejtről sejtre szállítja az oxigént. Egy személy számára ő pótolhatatlan.
- Tartalék vagy tartalék. Az ilyen polipeptidek felhalmozódnak a növényekben és az állati tojásokban, mint kiegészítő táplálék- és energiaforrás. Példa erre a globulinok.
- Motívum. Nagyon fontos funkció, különösen a legegyszerűbb szervezetek és baktériumok számára. Végül is csak a flagellák vagy csillók segítségével tudnak mozogni. És ezek az organellumok természetüknél fogva nem mások, mint fehérjék. Ilyen polipeptidek például a következők: miozin, aktin, kinezin és mások.
Nyilvánvaló, hogy a fehérjék funkciói az emberi szervezetben és másaz élőlények nagyon sokak és fontosak. Ez ismét megerősíti, hogy az élet bolygónkon lehetetlen az általunk vizsgált vegyületek nélkül.
A fehérjék védő funkciója
A polipeptidek különféle hatások ellen védhetnek: kémiai, fizikai, biológiai. Például, ha a szervezet egy idegen természetű vírus vagy baktérium formájában veszélyben van, akkor immunglobulinok (antitestek) szállnak harcba velük, és védő szerepet töltenek be.
Ha fizikai hatásokról beszélünk, akkor itt nagy szerepe van a fibrinnek és a fibrinogénnek, amelyek részt vesznek a véralvadásban.
Élelmiszerfehérjék
Az étrendi fehérjetípusok a következők:
- teljes - azok, amelyek a szervezet számára szükséges összes aminosavat tartalmazzák;
- hiányos - azok, amelyekben hiányos az aminosav-összetétel.
Azonban mindkettő fontos az emberi szervezet számára. Főleg az első csoport. Minden embernek, különösen az intenzív fejlődés (gyermek- és serdülőkor) és a pubertás időszakában, állandó fehérjeszintet kell fenntartania magában. Hiszen már átgondoltuk, milyen funkciókat látnak el ezek a csodálatos molekulák, és tudjuk, hogy gyakorlatilag egyetlen folyamat, egyetlen biokémiai reakció sem megy bennünk polipeptidek részvétele nélkül.
Ezért minden nap el kell fogyasztania a napi fehérjebevitelt, amelyet a következő termékek tartalmaznak:
- tojás;
- tej;
- túró;
- hús és hal;
- bab;
- szója;
- bab;
- mogyoró;
- búza;
- zab;
- lencse és mások.
Ha naponta 0,6 g polipeptidet fogyasztasz testtömeg-kilogrammonként, akkor ezek a vegyületek soha nem fognak hiányozni az emberből. Ha a szervezet hosszú ideig nem kapja meg a szükséges fehérjéket, akkor olyan betegség lép fel, amelynek neve aminosav-éhezés. Ez súlyos anyagcserezavarokhoz, és ennek következtében sok más betegséghez vezet.
Fehérjék a ketrecben
Az élőlények legkisebb szerkezeti egységében - a sejtekben - fehérjék is vannak. Sőt, a fenti funkciók szinte mindegyikét ellátják ott. Először is kialakul a sejt citoszkeletonja, amely mikrotubulusokból, mikrofilamentumokból áll. Az alak megtartására, valamint az organellumok közötti belső szállításra szolgál. Különféle ionok és vegyületek mozognak a fehérjemolekulák mentén, például csatornák vagy sínek mentén.
A membránba merülő és annak felületén elhelyezkedő fehérjék szerepe is fontos. Itt receptor- és jelfunkciókat is ellátnak, részt vesznek magának a membránnak a felépítésében. Őrséget állnak, ami azt jelenti, hogy védő szerepet töltenek be. Milyen típusú fehérjék tulajdoníthatók a sejtben ebbe a csoportba? Sok példa van, íme néhány.
- Aktin és miozin.
- Elasztin.
- Keratin.
- Kollagén.
- Tubulin.
- Hemoglobin.
- Inzulin.
- Transcobalamin.
- Transferrin.
- Albumin.
Több száz vankülönféle típusú fehérjék, amelyek folyamatosan mozognak az egyes sejtekben.
A fehérjék típusai a szervezetben
Természetesen óriási a választék. Ha megpróbálja valahogyan az összes létező fehérjét csoportokra osztani, valami ehhez hasonló osztályozást kaphat.
- Globuláris fehérjék. Ezek azok, amelyeket egy harmadlagos szerkezet, vagyis egy sűrűn tömött gömböcske képvisel. Példák az ilyen szerkezetekre: immunglobulinok, enzimek jelentős része, sok hormon.
- Fibrilláris fehérjék. Szigorúan rendezett szálak, megfelelő térbeli szimmetriával. Ebbe a csoportba tartoznak az elsődleges és másodlagos szerkezetű fehérjék. Például keratin, kollagén, tropomiozin, fibrinogén.
Általában sok jellemzőt lehet alapul venni a fehérjék besorolásához a szervezetben. Még nincs senki.
Enzimek
Fehérje természetű biológiai katalizátorok, amelyek jelentősen felgyorsítják az összes folyamatban lévő biokémiai folyamatot. A normál anyagcsere egyszerűen lehetetlen ezen vegyületek nélkül. Minden szintézis és bomlási folyamat, molekulák összeállítása és replikációja, transzlációja és transzkripciója és egyebek egy adott típusú enzim hatására zajlanak. Példák ezekre a molekulákra:
- oxidoreduktáz;
- transzferák;
- kataláz;
- hidrolázok;
- izomeráz;
- lyases és mások.
Ma az enzimeket a mindennapi életben használják. Tehát a mosás gyártásábanA porok gyakran úgynevezett enzimeket használnak – ezek biológiai katalizátorok. Javítják a mosás minőségét, miközben betartják a megadott hőmérsékleti rendszert. Könnyen megköti a szennyeződés részecskéit, és eltávolítja azokat a szövet felületéről.
Az enzimek azonban fehérjetermészetükből adódóan nem tűrik a túl forró vizet, illetve a lúgos vagy savas gyógyszerek közelségét. Valójában ebben az esetben megtörténik a denaturációs folyamat.
