Σύμφωνα με τη θεωρία Oparin-Haldane, η ζωή στον πλανήτη μας προήλθε από ένα σταγονίδιο σταγονιδίων. Ήταν επίσης ένα μόριο πρωτεΐνης. Δηλαδή, προκύπτει το συμπέρασμα ότι αυτές οι χημικές ενώσεις είναι η βάση όλης της ζωής που υπάρχει σήμερα. Τι είναι όμως οι πρωτεϊνικές δομές; Τι ρόλο παίζουν στο σώμα και στη ζωή των ανθρώπων σήμερα; Τι είδη πρωτεϊνών υπάρχουν; Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.
Πρωτεΐνες: μια γενική ιδέα
Από την άποψη της χημικής δομής, το μόριο της εν λόγω ουσίας είναι μια αλληλουχία αμινοξέων που διασυνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς.
Κάθε αμινοξύ έχει δύο λειτουργικές ομάδες:
- καρβοξυλικό -COOH;
- αμινο ομάδα -NH2.
Είναι μεταξύ τους που σχηματίζεται ένας δεσμός σε διαφορετικά μόρια. Έτσι, ο πεπτιδικός δεσμός έχει τη μορφή -CO-NH. Ένα μόριο πρωτεΐνης μπορεί να περιέχει εκατοντάδες ή χιλιάδες τέτοιες ομάδες, θα εξαρτηθεί από τη συγκεκριμένη ουσία. Τα είδη των πρωτεϊνών είναι πολύ διαφορετικά. Μεταξύ αυτών υπάρχουν εκείνα που περιέχουν απαραίτητα για τον οργανισμό αμινοξέα, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να καταναλώνονται με την τροφή. Υπάρχουν ποικιλίες που επιτελούν σημαντικές λειτουργίες στην κυτταρική μεμβράνη καιτο κυτταρόπλασμά του. Απομονώνονται επίσης βιολογικοί καταλύτες - ένζυμα, που είναι επίσης μόρια πρωτεΐνης. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανθρώπινη ζωή και όχι μόνο συμμετέχουν στις βιοχημικές διαδικασίες των ζωντανών όντων.
Το μοριακό βάρος των υπό εξέταση ενώσεων μπορεί να κυμαίνεται από αρκετές δεκάδες έως εκατομμύρια. Εξάλλου, ο αριθμός των μονάδων μονομερούς σε μια μεγάλη πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι απεριόριστος και εξαρτάται από τον τύπο μιας συγκεκριμένης ουσίας. Η πρωτεΐνη στην καθαρή της μορφή, στη φυσική της διαμόρφωση, μπορεί να φανεί όταν εξετάζουμε ένα ωμό αυγό κοτόπουλου. Μια ανοιχτό κίτρινη, διαφανής, πυκνή κολλοειδής μάζα, μέσα στην οποία βρίσκεται ο κρόκος - αυτή είναι η επιθυμητή ουσία. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για το τυρί cottage με χαμηλά λιπαρά. Αυτό το προϊόν είναι επίσης σχεδόν καθαρή πρωτεΐνη στη φυσική του μορφή.
Ωστόσο, δεν έχουν όλες οι υπό εξέταση ενώσεις την ίδια χωρική δομή. Συνολικά διακρίνονται τέσσερις οργανώσεις του μορίου. Οι τύποι πρωτεϊνικών δομών καθορίζουν τις ιδιότητές της και υποδεικνύουν την πολυπλοκότητα της δομής. Είναι επίσης γνωστό ότι τα πιο μπερδεμένα στο χώρο μόρια υφίστανται εκτεταμένη επεξεργασία σε ανθρώπους και ζώα.
Τύποι πρωτεϊνικών δομών
Υπάρχουν τέσσερις συνολικά. Σκεφτείτε τι είναι το καθένα από αυτά.
- Πρωτοβάθμια. Αντιπροσωπεύει τη συνήθη γραμμική αλληλουχία αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς. Δεν υπάρχουν χωρικές ανατροπές, καμία σπείρα. Ο αριθμός των συνδέσμων που περιλαμβάνονται στο πολυπεπτίδιο μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες. Τύποι πρωτεϊνών μεπαρόμοια δομή - γλυκυλαλανίνη, ινσουλίνη, ιστόνες, ελαστίνη και άλλα.
- Δευτεροβάθμια. Αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες που είναι στριμμένες με τη μορφή σπείρας και προσανατολίζονται η μία προς την άλλη με σχηματισμένες στροφές. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ τους, συγκρατώντας τους ενωμένους. Έτσι σχηματίζεται ένα ενιαίο μόριο πρωτεΐνης. Οι τύποι πρωτεϊνών αυτού του τύπου είναι οι εξής: λυσοζύμη, πεψίνη και άλλες.
- Τριτοβάθμια διαμόρφωση. Είναι μια πυκνά συσκευασμένη και συμπαγή κουλουριασμένη δευτερεύουσα δομή. Εδώ, εμφανίζονται άλλοι τύποι αλληλεπίδρασης, εκτός από τους δεσμούς υδρογόνου - αυτή είναι η αλληλεπίδραση van der Waals και οι δυνάμεις ηλεκτροστατικής έλξης, υδρόφιλη-υδρόφοβη επαφή. Παραδείγματα δομών είναι η αλβουμίνη, το ινώδες, η πρωτεΐνη μεταξιού και άλλες.
- Τεταρτογενές. Η πιο περίπλοκη δομή, η οποία είναι πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες στριμμένες σε μια σπείρα, τυλιγμένες σε μια μπάλα και ενωμένες όλες μαζί σε ένα σφαιρίδιο. Παραδείγματα όπως η ινσουλίνη, η φερριτίνη, η αιμοσφαιρίνη, το κολλαγόνο απεικονίζουν ακριβώς μια τέτοια πρωτεϊνική διαμόρφωση.
Αν εξετάσουμε όλες τις δεδομένες δομές των μορίων λεπτομερώς από χημική άποψη, τότε η ανάλυση θα διαρκέσει πολύ. Πράγματι, στην πραγματικότητα, όσο υψηλότερη είναι η διαμόρφωση, τόσο πιο περίπλοκη και περίπλοκη η δομή του, τόσο περισσότεροι τύποι αλληλεπιδράσεων παρατηρούνται στο μόριο.
Μετουσίωση μορίων πρωτεΐνης
Μία από τις πιο σημαντικές χημικές ιδιότητες των πολυπεπτιδίων είναι η ικανότητά τους να διασπώνται υπό την επίδραση ορισμένων συνθηκών ή χημικών παραγόντων. Ετσι,για παράδειγμα, διάφοροι τύποι μετουσίωσης πρωτεΐνης είναι ευρέως διαδεδομένοι. Τι είναι αυτή η διαδικασία; Συνίσταται στην καταστροφή της φυσικής δομής της πρωτεΐνης. Δηλαδή, αν αρχικά το μόριο είχε τριτοταγή δομή, τότε μετά την δράση ειδικών παραγόντων θα καταρρεύσει. Ωστόσο, η αλληλουχία των υπολειμμάτων αμινοξέων παραμένει αμετάβλητη στο μόριο. Οι μετουσιωμένες πρωτεΐνες χάνουν γρήγορα τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες.
Ποια αντιδραστήρια μπορούν να οδηγήσουν στη διαδικασία καταστροφής της διαμόρφωσης; Υπάρχουν πολλά από αυτά.
- Θερμοκρασία. Όταν θερμαίνεται, υπάρχει μια σταδιακή καταστροφή της τεταρτοταγούς, τριτοταγούς, δευτερογενούς δομής του μορίου. Οπτικά, αυτό μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, όταν τηγανίζετε ένα συνηθισμένο αυγό κοτόπουλου. Η προκύπτουσα "πρωτεΐνη" είναι η κύρια δομή του πολυπεπτιδίου λευκωματίνης που βρισκόταν στο ακατέργαστο προϊόν.
- Ακτινοβολία.
- Δράση με ισχυρούς χημικούς παράγοντες: οξέα, αλκάλια, άλατα βαρέων μετάλλων, διαλύτες (για παράδειγμα, αλκοόλες, αιθέρες, βενζόλιο και άλλα).
Αυτή η διαδικασία μερικές φορές ονομάζεται επίσης μοριακή τήξη. Οι τύποι της πρωτεϊνικής μετουσίωσης εξαρτώνται από τον παράγοντα υπό τη δράση του οποίου συνέβη. Επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις, λαμβάνει χώρα η αντίστροφη διαδικασία. Αυτό είναι αναγέννηση. Δεν είναι όλες οι πρωτεΐνες ικανές να αποκαταστήσουν τη δομή τους, αλλά ένα σημαντικό μέρος τους μπορεί να το κάνει αυτό. Έτσι, χημικοί από την Αυστραλία και την Αμερική πραγματοποίησαν την επαναφορά ενός βρασμένου αυγού κοτόπουλου χρησιμοποιώντας ορισμένα αντιδραστήρια και μια μέθοδο φυγοκέντρησης.
Αυτή η διαδικασία είναι σημαντική για τους ζωντανούς οργανισμούς στη σύνθεση πολυπεπτιδίουαλυσίδες ριβοσωμάτων και rRNA στα κύτταρα.
Υδρόλυση ενός μορίου πρωτεΐνης
Μαζί με τη μετουσίωση, οι πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από μια άλλη χημική ιδιότητα - την υδρόλυση. Αυτή είναι επίσης η καταστροφή της φυσικής διαμόρφωσης, αλλά όχι στην πρωτογενή δομή, αλλά πλήρως σε μεμονωμένα αμινοξέα. Ένα σημαντικό μέρος της πέψης είναι η υδρόλυση πρωτεϊνών. Οι τύποι υδρόλυσης πολυπεπτιδίων είναι οι ακόλουθοι.
- Χημικό. Με βάση τη δράση οξέων ή αλκαλίων.
- Βιολογικό ή ενζυματικό.
Ωστόσο, η ουσία της διαδικασίας παραμένει αμετάβλητη και δεν εξαρτάται από τους τύπους υδρόλυσης πρωτεΐνης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται αμινοξέα, τα οποία μεταφέρονται σε όλα τα κύτταρα, τα όργανα και τους ιστούς. Ο περαιτέρω μετασχηματισμός τους συνίσταται στη συμμετοχή στη σύνθεση νέων πολυπεπτιδίων, ήδη εκείνων που είναι απαραίτητα για έναν συγκεκριμένο οργανισμό.
Στη βιομηχανία, η διαδικασία υδρόλυσης των μορίων πρωτεΐνης χρησιμοποιείται μόνο για να ληφθούν τα σωστά αμινοξέα.
Λειτουργίες πρωτεϊνών στο σώμα
Διαφορετικοί τύποι πρωτεϊνών, υδατανθράκων, λιπών είναι ζωτικά συστατικά για τη φυσιολογική λειτουργία κάθε κυττάρου. Και αυτό σημαίνει ολόκληρο τον οργανισμό ως σύνολο. Επομένως, ο ρόλος τους οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στον υψηλό βαθμό σημασίας και πανταχού παρουσίας στα έμβια όντα. Μπορούν να διακριθούν αρκετές κύριες λειτουργίες των μορίων πολυπεπτιδίου.
- Καταλυτικό. Διεξάγεται από ένζυμα που έχουν δομή πρωτεΐνης. Θα μιλήσουμε για αυτά αργότερα.
- Δομική. Τύποι πρωτεϊνών και τουςοι λειτουργίες στο σώμα επηρεάζουν πρωτίστως τη δομή του ίδιου του κυττάρου, το σχήμα του. Επιπλέον, τα πολυπεπτίδια που εκτελούν αυτόν τον ρόλο σχηματίζουν τρίχες, νύχια, κελύφη μαλακίων και φτερά πουλιών. Είναι επίσης ένας ορισμένος οπλισμός στο σώμα του κυττάρου. Ο χόνδρος αποτελείται επίσης από αυτούς τους τύπους πρωτεϊνών. Παραδείγματα: τουμπουλίνη, κερατίνη, ακτίνη και άλλα.
- Ρυθμιστικό. Αυτή η λειτουργία εκδηλώνεται με τη συμμετοχή πολυπεπτιδίων σε διαδικασίες όπως: μεταγραφή, μετάφραση, κυτταρικός κύκλος, μάτισμα, ανάγνωση mRNA και άλλες. Σε όλα αυτά παίζουν σημαντικό ρόλο ως ελεγκτής κυκλοφορίας.
- Σήμα. Αυτή η λειτουργία εκτελείται από πρωτεΐνες που βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη. Μεταδίδουν διαφορετικά σήματα από τη μια μονάδα στην άλλη και αυτό οδηγεί σε επικοινωνία μεταξύ των ιστών. Παραδείγματα: κυτοκίνες, ινσουλίνη, αυξητικοί παράγοντες και άλλοι.
- Μεταφορές. Ορισμένοι τύποι πρωτεϊνών και οι λειτουργίες τους που εκτελούν είναι απλώς ζωτικής σημασίας. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, με την πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη. Μεταφέρει οξυγόνο από κύτταρο σε κύτταρο στο αίμα. Για έναν άνθρωπο είναι αναντικατάστατος.
- Ανταλλακτικό ή εφεδρικό. Τέτοια πολυπεπτίδια συσσωρεύονται σε φυτικά και ζωικά αυγά ως πηγή πρόσθετης διατροφής και ενέργειας. Ένα παράδειγμα είναι οι γλοβουλίνες.
- Κίνητρο. Μια πολύ σημαντική λειτουργία, ειδικά για τους πιο απλούς οργανισμούς και βακτήρια. Μετά από όλα, μπορούν να κινηθούν μόνο με τη βοήθεια μαστιγίων ή βλεφαρίδων. Και αυτά τα οργανίδια, από τη φύση τους, δεν είναι τίποτα άλλο από πρωτεΐνες. Παραδείγματα τέτοιων πολυπεπτιδίων είναι τα εξής: μυοσίνη, ακτίνη, κινεσίνη και άλλα.
Είναι προφανές ότι οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στον ανθρώπινο οργανισμό και άλλατα έμβια όντα είναι πολυάριθμα και σημαντικά. Αυτό επιβεβαιώνει για άλλη μια φορά ότι η ζωή στον πλανήτη μας είναι αδύνατη χωρίς τις ενώσεις που εξετάζουμε.
Προστατευτική λειτουργία πρωτεϊνών
Τα πολυπεπτίδια μπορούν να προστατεύσουν από διάφορες επιδράσεις: χημικές, φυσικές, βιολογικές. Για παράδειγμα, εάν ο οργανισμός κινδυνεύει με τη μορφή ενός ιού ή βακτηρίων ξένης φύσης, τότε οι ανοσοσφαιρίνες (αντισώματα) μπαίνουν σε μάχη μαζί τους, επιτελώντας προστατευτικό ρόλο.
Αν μιλάμε για φυσικές επιδράσεις, τότε το ινώδες και το ινωδογόνο, που εμπλέκονται στην πήξη του αίματος, παίζουν μεγάλο ρόλο εδώ.
Πρωτεΐνες τροφίμων
Οι διαιτητικές πρωτεΐνες είναι οι εξής:
- πλήρες - αυτά που περιέχουν όλα τα αμινοξέα που είναι απαραίτητα για τον οργανισμό;
- ελλιπής - εκείνα στα οποία υπάρχει ατελής σύνθεση αμινοξέων.
Ωστόσο, και τα δύο είναι σημαντικά για το ανθρώπινο σώμα. Ειδικά η πρώτη ομάδα. Κάθε άτομο, ειδικά σε περιόδους εντατικής ανάπτυξης (παιδική και εφηβεία) και εφηβείας, πρέπει να διατηρεί ένα σταθερό επίπεδο πρωτεϊνών στον εαυτό του. Εξάλλου, έχουμε ήδη εξετάσει τις λειτουργίες που επιτελούν αυτά τα καταπληκτικά μόρια και γνωρίζουμε ότι πρακτικά καμία διαδικασία, ούτε μια βιοχημική αντίδραση μέσα μας δεν μπορεί να κάνει χωρίς τη συμμετοχή πολυπεπτιδίων.
Γι' αυτό πρέπει να καταναλώνετε καθημερινά την ημερήσια πρόσληψη πρωτεΐνης, η οποία περιέχεται στα ακόλουθα προϊόντα:
- αυγό;
- γάλα;
- τυρί cottage;
- κρέας και ψάρι;
- φασόλια;
- σόγια;
- φασόλια;
- φιστίκια;
- σίτο;
- βρώμη;
- φακές και άλλα.
Εάν καταναλώνετε 0,6 g πολυπεπτιδίου ανά κιλό βάρους την ημέρα, τότε σε ένα άτομο δεν θα λείπουν ποτέ αυτές οι ενώσεις. Εάν για μεγάλο χρονικό διάστημα το σώμα δεν λαμβάνει τις απαραίτητες πρωτεΐνες, τότε εμφανίζεται μια ασθένεια, η οποία έχει το όνομα της πείνας από αμινοξέα. Αυτό οδηγεί σε σοβαρές μεταβολικές διαταραχές και, ως αποτέλεσμα, πολλές άλλες παθήσεις.
Πρωτεΐνες σε ένα κλουβί
Μέσα στη μικρότερη δομική μονάδα όλων των ζωντανών όντων - τα κύτταρα - υπάρχουν επίσης πρωτεΐνες. Επιπλέον, εκτελούν σχεδόν όλες τις παραπάνω λειτουργίες εκεί. Πρώτα απ 'όλα, σχηματίζεται ο κυτταροσκελετός του κυττάρου, που αποτελείται από μικροσωληνίσκους, μικρονημάτια. Χρησιμεύει για τη διατήρηση του σχήματος, καθώς και για τη μεταφορά στο εσωτερικό μεταξύ των οργανιδίων. Διάφορα ιόντα και ενώσεις κινούνται κατά μήκος των μορίων πρωτεΐνης, όπως κατά μήκος καναλιών ή σιδηροτροχιών.
Ο ρόλος των πρωτεϊνών που βυθίζονται στη μεμβράνη και βρίσκονται στην επιφάνειά της είναι επίσης σημαντικός. Εδώ εκτελούν λειτουργίες υποδοχέα και σήματος, συμμετέχουν στην κατασκευή της ίδιας της μεμβράνης. Στέκονται φρουροί, που σημαίνει ότι παίζουν προστατευτικό ρόλο. Ποιοι τύποι πρωτεϊνών στο κύτταρο μπορούν να αποδοθούν σε αυτήν την ομάδα; Υπάρχουν πολλά παραδείγματα, εδώ είναι μερικά.
- Ακτίνη και μυοσίνη.
- Elastin.
- Κερατίνη.
- Κολλαγόνο.
- Tubulin.
- Αιμοσφαιρίνη.
- Ινσουλίνη.
- Transcobalamin.
- Transferrin.
- Άλμπουμ.
Υπάρχουν αρκετές εκατοντάδεςδιάφοροι τύποι πρωτεϊνών που κινούνται συνεχώς μέσα σε κάθε κύτταρο.
Τύποι πρωτεϊνών στο σώμα
Φυσικά, έχουν τεράστια ποικιλία. Εάν προσπαθήσετε να διαιρέσετε με κάποιο τρόπο όλες τις υπάρχουσες πρωτεΐνες σε ομάδες, μπορείτε να πάρετε κάτι σαν αυτή την ταξινόμηση.
- Σφαιρικές πρωτεΐνες. Αυτά είναι εκείνα που αντιπροσωπεύονται από μια τριτογενή δομή, δηλαδή ένα πυκνά συσκευασμένο σφαιρίδιο. Παραδείγματα τέτοιων δομών είναι τα ακόλουθα: ανοσοσφαιρίνες, σημαντικό ποσοστό ενζύμων, πολλές ορμόνες.
- Ινώδεις πρωτεΐνες. Είναι αυστηρά διατεταγμένα νήματα με τη σωστή χωρική συμμετρία. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει πρωτεΐνες με πρωτογενή και δευτερογενή δομή. Για παράδειγμα, κερατίνη, κολλαγόνο, τροπομυοσίνη, ινωδογόνο.
Γενικά, πολλά χαρακτηριστικά μπορούν να ληφθούν ως βάση για την ταξινόμηση των πρωτεϊνών στο σώμα. Δεν υπάρχει ακόμη κανείς.
Ένζυμα
Βιολογικοί καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης, που επιταχύνουν σημαντικά όλες τις συνεχιζόμενες βιοχημικές διεργασίες. Ο φυσιολογικός μεταβολισμός είναι απλώς αδύνατος χωρίς αυτές τις ενώσεις. Όλες οι διαδικασίες σύνθεσης και αποσύνθεσης, συναρμολόγησης μορίων και αντιγραφής τους, μετάφρασης και μεταγραφής τους και άλλες πραγματοποιούνται υπό την επίδραση ενός συγκεκριμένου τύπου ενζύμου. Παραδείγματα αυτών των μορίων είναι:
- οξειδορεξαγωγάση;
- transferases;
- καταλάση;
- υδρολάσες;
- ισομεράση;
- λυάσες και άλλες.
Σήμερα, τα ένζυμα χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή. Έτσι, στην παραγωγή πλυσίματοςΟι σκόνες χρησιμοποιούν συχνά τα λεγόμενα ένζυμα - αυτοί είναι βιολογικοί καταλύτες. Βελτιώνουν την ποιότητα του πλυσίματος ενώ τηρούν το καθορισμένο καθεστώς θερμοκρασίας. Συνδέεται εύκολα με τα σωματίδια βρωμιάς και τα αφαιρεί από την επιφάνεια των υφασμάτων.
Ωστόσο, λόγω της πρωτεϊνικής τους φύσης, τα ένζυμα δεν ανέχονται το πολύ ζεστό νερό ή την εγγύτητα με αλκαλικά ή όξινα φάρμακα. Πράγματι, σε αυτή την περίπτωση, θα συμβεί η διαδικασία της μετουσίωσης.
