§ 9. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات

البروتينات عبارة عن جزيئات كبيرة جدًا ، في الحجم يمكن أن تكون أدنى من الممثلين الفرديين للأحماض النووية والسكريات المتعددة. يعرض الجدول 4 الخصائص الجزيئية لبعض البروتينات.

الجدول 4

الخصائص الجزيئية لبعض البروتينات

	الوزن الجزيئي النسبي	عدد الدوائر	عدد بقايا الأحماض الأمينية
ريبونوكلياز
الميوغلوبين
كيموتربسين
الهيموغلوبين
نازعة هيدروجين الجلوتامات

يمكن أن تحتوي جزيئات البروتين على عدد مختلف جدًا من بقايا الأحماض الأمينية - من 50 إلى عدة آلاف ؛ تختلف الكتل الجزيئية النسبية للبروتينات أيضًا اختلافًا كبيرًا - من عدة آلاف (إنسولين ، ريبونوكلياز) إلى مليون (نازعة هيدروجين الجلوتامات) أو أكثر. يمكن أن يتراوح عدد سلاسل البولي ببتيد في البروتينات من واحد إلى عدة عشرات أو حتى آلاف. وهكذا ، يحتوي بروتين فيروس موزاييك التبغ على 2120 من البروتومرات.

بمعرفة الوزن الجزيئي النسبي للبروتين ، يمكن للمرء تقدير عدد بقايا الأحماض الأمينية المتضمنة في تركيبته تقريبًا. متوسط ​​الوزن الجزيئي النسبي للأحماض الأمينية التي تشكل سلسلة البولي ببتيد هو 128. عندما تتشكل رابطة الببتيد ، ينفصل جزيء الماء ، وبالتالي ، فإن متوسط ​​الكتلة النسبية لبقايا الأحماض الأمينية سيكون 128-18 = 110. باستخدام هذه البيانات ، يمكننا حساب أن البروتين الذي يبلغ وزنه الجزيئي النسبي 100000 سيتألف من حوالي 909 من بقايا الأحماض الأمينية.

الخواص الكهربائية لجزيئات البروتين

يتم تحديد الخواص الكهربائية للبروتينات من خلال وجود بقايا أحماض أمينية موجبة وسالبة الشحنة على سطحها. يحدد وجود مجموعات البروتين المشحونة الشحنة الكلية لجزيء البروتين. إذا كانت الأحماض الأمينية سالبة الشحنة هي السائدة في البروتينات ، فإن جزيءها في محلول محايد سيكون له شحنة سالبة ، إذا كانت الأحماض الأمينية موجبة الشحنة هي السائدة ، فسيكون للجزيء شحنة موجبة. تعتمد الشحنة الكلية لجزيء البروتين أيضًا على حموضة الوسط. مع زيادة تركيز أيونات الهيدروجين (زيادة الحموضة) ، يتم قمع تفكك مجموعات الكربوكسيل:

وفي الوقت نفسه ، يزداد عدد المجموعات الأمينية البروتونية ؛

وهكذا ، مع زيادة حموضة الوسط ، ينخفض ​​عدد المجموعات سالبة الشحنة على سطح جزيء البروتين ويزداد عدد المجموعات الموجبة الشحنة. لوحظت صورة مختلفة تمامًا مع انخفاض في تركيز أيونات الهيدروجين وزيادة تركيز أيونات الهيدروكسيد. يزداد عدد مجموعات الكربوكسيل المنفصلة

وعدد المجموعات الأمينية البروتونية يتناقص

لذلك ، من خلال تغيير حموضة الوسط ، يمكن أيضًا تغيير شحنة جزيء البروتين. مع زيادة حموضة الوسط في جزيء البروتين ، يتناقص عدد المجموعات سالبة الشحنة ويزداد عدد المجموعات المشحونة إيجابياً ، يفقد الجزيء السالب تدريجياً ويكتسب شحنة موجبة. مع انخفاض حموضة المحلول ، يتم ملاحظة الصورة المعاكسة. من الواضح أنه عند بعض قيم الأس الهيدروجيني ، سيكون الجزيء محايدًا كهربائيًا ؛ سيكون عدد المجموعات موجبة الشحنة مساويًا لعدد المجموعات سالبة الشحنة ، وستكون الشحنة الكلية للجزيء صفرًا (الشكل 14).

تسمى قيمة الأس الهيدروجيني التي تكون عندها الشحنة الإجمالية للبروتين صفرًا بالنقطة المتساوية الكهربية ويتم الإشارة إليهابي.

أرز. 14. في حالة النقطة الكهربية ، تكون الشحنة الكلية لجزيء البروتين صفراً

تقع النقطة المتساوية الكهربية لمعظم البروتينات في نطاق الأس الهيدروجيني من 4.5 إلى 6.5. ومع ذلك ، هناك استثناءات. فيما يلي النقاط المتساوية الكهربية لبعض البروتينات:

عند قيم الأس الهيدروجيني أسفل النقطة الكهربية ، يحمل البروتين شحنة موجبة كلية ، وفوقها ، شحنة سالبة كلية.

عند النقطة الكهربية ، تكون قابلية ذوبان البروتين في حدها الأدنى ، نظرًا لأن جزيئاته في هذه الحالة محايدة كهربائيًا ولا توجد قوى تنافر متبادلة بينها ، لذلك يمكن أن "تلتصق ببعضها البعض" بسبب الروابط الهيدروجينية والأيونية ، والتفاعلات الكارهة للماء ، قوات دير فال. عند اختلاف قيم الأس الهيدروجيني عن pI ، تحمل جزيئات البروتين الشحنة نفسها - سواء كانت موجبة أو سالبة. نتيجة لذلك ، سوف توجد قوى التنافر الإلكتروستاتيكي بين الجزيئات ، مما يمنعها من "الالتصاق ببعضها البعض" ، وستكون قابلية الذوبان أعلى.

ذوبان البروتين

البروتينات قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان في الماء. تعتمد قابلية ذوبان البروتينات على هيكلها ، وقيمة الأس الهيدروجيني ، وتكوين الملح للمحلول ، ودرجة الحرارة وعوامل أخرى وتحددها طبيعة تلك المجموعات الموجودة على سطح جزيء البروتين. تشمل البروتينات غير القابلة للذوبان الكيراتين (الشعر ، الأظافر ، الريش) ، الكولاجين (الأوتار) ، الفيبروين (الغسول ، نسيج العنكبوت). العديد من البروتينات الأخرى قابلة للذوبان في الماء. يتم تحديد قابلية الذوبان من خلال وجود مجموعات مشحونة وقطبية على سطحها (-COO - ، -NH 3 + ، -OH ، إلخ). تجذب تجمعات البروتينات المشحونة والقطبية جزيئات الماء ، وتتشكل قشرة ترطيب حولها (الشكل 15) ، يحدد وجودها قابليتها للذوبان في الماء.

أرز. 15. تكوين غلاف ترطيب حول جزيء بروتين.

تتأثر قابلية ذوبان البروتين بوجود أملاح متعادلة (Na 2 SO 4 ، (NH 4) 2 SO 4 ، إلخ) في المحلول. في التركيزات المنخفضة من الملح ، تزداد قابلية ذوبان البروتين (الشكل 16) ، لأنه في ظل هذه الظروف تزداد درجة تفكك المجموعات القطبية ويتم حماية المجموعات المشحونة من جزيئات البروتين ، مما يقلل من تفاعل البروتين والبروتين ، مما يساهم في تكوين الركام وترسيب البروتين. في التركيزات العالية من الملح ، تنخفض قابلية ذوبان البروتين (الشكل 16) بسبب تدمير قشرة الماء ، مما يؤدي إلى تراكم جزيئات البروتين.

أرز. 16. اعتماد ذوبان البروتين على تركيز الملح

هناك بروتينات تذوب فقط في المحاليل الملحية ولا تذوب في الماء النقي ، تسمى هذه البروتينات الجلوبيولين. هناك بروتينات أخرى زلالعلى عكس الجلوبيولين ، فهي شديدة الذوبان في الماء النقي.
تعتمد قابلية ذوبان البروتينات أيضًا على درجة الحموضة في المحاليل. كما لاحظنا بالفعل ، فإن البروتينات لديها حد أدنى من الذوبان عند النقطة الكهربية ، وهو ما يفسره غياب التنافر الكهروستاتيكي بين جزيئات البروتين.
في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تشكل البروتينات مواد هلامية. أثناء تكوين مادة هلامية ، تشكل جزيئات البروتين شبكة كثيفة ، يمتلئ الجزء الداخلي منها بمذيب. تشكل المواد الهلامية ، على سبيل المثال ، الجيلاتين (يستخدم هذا البروتين في صناعة الهلام) وبروتينات الحليب في تحضير الزبادي.
تؤثر درجة الحرارة أيضًا على قابلية ذوبان البروتين. تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة ، تترسب العديد من البروتينات بسبب تمزق بنيتها ، ولكن سيتم مناقشة هذا بمزيد من التفصيل في القسم التالي.

تمسخ البروتين

دعونا ننظر في ظاهرة معروفة. عندما يسخن بياض البيض ، يصبح عكرًا تدريجيًا ، ثم تتشكل جلطة صلبة. بياض البيض المتخثر - زلال البيض - بعد التبريد غير قابل للذوبان ، بينما قبل التسخين يكون بياض البيض شديد الذوبان في الماء. تحدث نفس الظاهرة عندما يتم تسخين جميع البروتينات الكروية تقريبًا. التغييرات التي تحدث أثناء التسخين تسمى تمسخ. تسمى البروتينات في حالتها الطبيعية محليالبروتينات ، وبعد تمسخ - مشوه.
أثناء التمسخ ، يكون التشكل الأصلي للبروتينات مضطربًا نتيجة لانكسار الروابط الضعيفة (تفاعلات أيونية ، هيدروجين ، كارهة للماء). نتيجة لهذه العملية ، يمكن تدمير الهياكل الرباعية والثالثية والثانوية للبروتين. تم الحفاظ على الهيكل الأساسي (الشكل 17).

أرز. 17. تمسخ البروتين

أثناء التمسخ ، تظهر جذور الأحماض الأمينية الكارهة للماء ، الموجودة في البروتينات الأصلية في عمق الجزيء ، على السطح ، ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء ظروف للتجمع. تجمعات جزيئات البروتين تترسب. ويرافق التمسخ بفقدان الوظيفة البيولوجية للبروتين.

يمكن أن يحدث تمسخ البروتين ليس فقط بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن أيضًا بسبب عوامل أخرى. يمكن أن تتسبب الأحماض والقلويات في تمسخ البروتين: نتيجة لعملها ، يتم إعادة شحن المجموعات الأيونية ، مما يؤدي إلى تكسير الروابط الأيونية والهيدروجينية. تدمر اليوريا الروابط الهيدروجينية ، مما يؤدي إلى فقدان البروتينات لبنيتها الأصلية. عوامل التحوير هي مذيبات عضوية وأيونات معادن ثقيلة: المذيبات العضوية تدمر الروابط الكارهة للماء ، وتشكل أيونات المعادن الثقيلة معقدات غير قابلة للذوبان مع البروتينات.

إلى جانب التمسخ ، هناك أيضًا عملية عكسية - إعادة التشبع.مع إزالة عامل تغيير الطبيعة ، من الممكن استعادة الهيكل الأصلي الأصلي. على سبيل المثال ، عندما يتم تبريد المحلول ببطء إلى درجة حرارة الغرفة ، تتم استعادة البنية الأصلية والوظيفة البيولوجية للتربسين.

يمكن أيضًا تغيير طبيعة البروتينات في الخلية أثناء عمليات الحياة الطبيعية. من الواضح تمامًا أن فقدان البنية الأصلية ووظيفة البروتينات هو حدث غير مرغوب فيه للغاية. في هذا الصدد ، يجب ذكر البروتينات الخاصة - المرافقون. هذه البروتينات قادرة على التعرف على البروتينات المشوهة جزئيًا ، ومن خلال الارتباط بها ، استعادة شكلها الأصلي. تتعرف Chaperones أيضًا على البروتينات البعيدة عن تغيير الطبيعة ونقلها إلى الجسيمات الحالة حيث تتحلل. تلعب Chaperones أيضًا دورًا مهمًا في تكوين الهياكل الثلاثية والرباعية أثناء تخليق البروتين.

من المثير للاهتمام معرفة! حاليًا ، غالبًا ما يتم ذكر مرض مثل مرض جنون البقر. هذا المرض سببه البريونات. يمكن أن تسبب أيضًا أمراضًا تنكسية عصبية أخرى في الحيوانات والبشر. البريونات عوامل معدية بروتينية. عندما يدخل البريون خلية ، فإنه يتسبب في تغيير شكل نظيره الخلوي ، والذي يصبح هو نفسه بريونًا. هذه هي الطريقة التي يحدث بها المرض. يختلف بروتين البريون عن البروتين الخلوي في بنيته الثانوية. شكل البريون للبروتين هو بشكل أساسيب- هيكل مطوي ، وخلوي -أ- حلزوني.

مدرسة دونيتسك الثانوية من الأول إلى الثالث مستويات رقم 21

"السناجب. الحصول على البروتينات عن طريق تفاعل التكثيف المتعدد للأحماض الأمينية. الهياكل الأولية والثانوية والثالثية للبروتينات. الخواص الكيميائية للبروتينات: الاحتراق ، والتمسخ ، والتحلل المائي ، والتفاعلات اللونية. الوظائف البيوكيميائية للبروتينات ".

أعدت

مدرس كيمياء

مدرس - منهجي

دونيتسك ، 2016

"الحياة طريقة لوجود أجسام بروتينية"

موضوع الدرس.السناجب. الحصول على البروتينات عن طريق تفاعل التكثيف المتعدد للأحماض الأمينية. الهياكل الأولية والثانوية والثالثية للبروتينات. الخواص الكيميائية للبروتينات: الاحتراق ، والتمسخ ، والتحلل المائي ، والتفاعلات اللونية. الوظائف البيوكيميائية للبروتينات.

أهداف الدرس.لتعريف الطلاب بالبروتينات باعتبارها أعلى درجة من تطور المواد في الطبيعة التي أدت إلى ظهور الحياة ؛ تظهر هيكلها وخصائصها ومجموعة متنوعة من الوظائف البيولوجية ؛ لتوسيع مفهوم تفاعل التكاثف المتعدد باستخدام مثال الحصول على البروتينات ، لإعلام تلاميذ المدارس بنظافة الطعام ، وحول الحفاظ على صحتهم. تنمية التفكير المنطقي لدى الطلاب.

الكواشف والمعدات.جدول "الهياكل الأولية والثانوية والثالثية للبروتينات". الكواشف: HNO3 ، NaOH ، CuSO4 ، بروتين الدجاج ، خيوط الصوف ، الأواني الزجاجية الكيميائية.

طريقة الدرس.المعلومات والتنمية.

نوع الدرس.درس في إتقان المعارف والمهارات الجديدة.

خلال الفصول

أنا. تنظيم الوقت.

ثانيًا. مراجعة الواجبات المنزلية وتحديث وتصحيح المعارف الأساسية.

استطلاع بليتز

1. اشرح مصطلح "الأحماض الأمينية".

2. قم بتسمية المجموعات الوظيفية التي تتكون منها الأحماض الأمينية.

3. تسمية الأحماض الأمينية وتماثلها.

4. لماذا تظهر خصائص الأحماض الأمينية مذبذبة؟ اكتب معادلات التفاعلات الكيميائية.

5. بسبب ما هي خصائص الأحماض الأمينية تشكل عديد الببتيدات. اكتب رد فعل التكثيف المتعدد للأحماض الأمينية.

ثالثا. رسالة الموضوع ، أهداف الدرس ، الدافع للأنشطة التربوية.

رابعا. الإدراك والوعي الأولي للمواد الجديدة.

معلم.

كتب ف. إنجلز في كتابه "أنتي دوهرينغ": "أينما نلتقي بالحياة ، نجد أنها مرتبطة بنوع من الجسم البروتيني". يؤدي نقص البروتين في الطعام إلى ضعف عام للجسم عند الأطفال - إلى تباطؤ في النمو العقلي والبدني. اليوم ، أكثر من نصف البشر لا يتلقون الكمية المطلوبة من البروتين من الطعام. يحتاج الشخص إلى 115 جرامًا من البروتين يوميًا ، ولا يتم تخزين البروتين في احتياطي ، على عكس الكربوهيدرات والدهون ، لذلك تحتاج إلى مراقبة نظامك الغذائي. نحن على دراية بالكيراتين - البروتين الذي يصنع الشعر والأظافر والريش والجلد - إنه يؤدي وظيفة بناء ؛ على دراية بالبروتين البيبسين - يوجد في عصير المعدة وقادر على تدمير البروتينات الأخرى أثناء الهضم ؛ يشارك بروتين الثرومبين في تخثر الدم ؛ هرمون البنكرياس - الأنسولين - ينظم استقلاب الجلوكوز ؛ ينقل الهيموغلوبين O2 إلى جميع خلايا وأنسجة الجسم ، إلخ.

من أين يأتي هذا التنوع اللامتناهي من جزيئات البروتين ، وتنوع وظائفها ودورها الخاص في عمليات الحياة؟ للإجابة على هذا السؤال ، دعونا ننتقل إلى تكوين وهيكل البروتينات.

هل البروتينات مكونة من ذرات؟

للإجابة على هذا السؤال ، دعونا نجري عملية إحماء. تخمين الألغاز وشرح معنى الإجابات.

1. إنه في كل مكان وفي كل مكان:

في الحجر ، في الهواء ، في الماء.

إنه في ندى الصباح

والأزرق في السماء.

(أكسجين)

2. أنا أخف عنصر ،

في الطبيعة ليست خطوة بدوني.

ومع الأكسجين أنا الآن

3. في الهواء هو الغاز الرئيسي.

يحيط بنا في كل مكان.

الحياة النباتية تتلاشى

بدونها ، بدون سماد.

يعيش في خلايانا

4. ذهب أطفال المدارس في نزهة على الأقدام

(هذا هو نهج المشكلة الكيميائية).

في الليل ، أشعل القمر النار ،

تم غناء الأغاني عن النار الساطعة.

تخلص من مشاعرك:

ما العناصر التي احترقت في النار؟

(الكربون والهيدروجين)

نعم ، هذا صحيح ، هذه هي العناصر الكيميائية الرئيسية التي يتكون منها البروتين.

يمكن قول هذه العناصر الأربعة بكلمات شيلر ، "أربعة عناصر ، تندمج معًا ، تعطي الحياة وتبني العالم".

البروتينات عبارة عن بوليمرات طبيعية تتكون من بقايا حمض أميني ألفا مرتبطة بروابط ببتيدية.

تشتمل تركيبة البروتينات على 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة ، ومن هنا تنوع البروتينات في مجموعاتها المختلفة. يوجد ما يصل إلى 100000 بروتين في جسم الإنسان.

مرجع التاريخ.

تم اقتراح الفرضية الأولى حول بنية جزيء البروتين في السبعينيات. القرن ال 19 كانت هذه نظرية أوريد لبنية البروتين.

في عام 1903 أعرب العلماء الألمان عن نظرية الببتيد ، التي أعطت مفتاح لغز بنية البروتين. اقترح فيشر أن البروتينات عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية مرتبطة بروابط الببتيد.

تم التعبير عن فكرة أن البروتينات عبارة عن تكوينات بوليمرية منذ 70-88 عامًا. القرن ال 19 والعلماء الروس. تم تأكيد هذه النظرية في الأعمال الحديثة.

حتى أول معرفة بالبروتينات يعطي فكرة عن التركيب شديد التعقيد لجزيئاتها. يتم الحصول على البروتينات من خلال تفاعل التكثيف المتعدد للأحماض الأمينية:

https://pandia.ru/text/80/390/images/image007_47.gif "width =" 16 "height =" 18 "> H - N - CH2 - C + H - N - CH2 - C →

https://pandia.ru/text/80/390/images/image012_41.gif "الارتفاع =" 20 ">

NH2 - CH - C - N - CH - C - N - CH - C - ... + nH2O →

⸗ O ⸗ O ⸗ O

→ NH2 - CH - C + NH2 - CH - C + NH2 - CH - C + ...

أوه أوه أوه

4. يوضح المعلم التجربة: حرق خيط صوفي. هناك رائحة الريش المحروق - هذه هي الطريقة التي يمكنك بها تمييز الصوف عن الأقمشة من الأنواع الأخرى.

خامسا - تعميم وتنظيم المعرفة.

1. قم بعمل ملخص أساسي للبروتينات.

أساس الحياة ← البروتينات ← عديد الببتيدات

(C ، H ، O ، N) ↓ ↓ ↓ \ هياكل البروتين

وظائف اللون الكيميائي

ما هي خصائص تفاعلات البروتين

2. اكتب معادلات التفاعل لتشكيل ثنائي الببتيد من الجلايسين والفالين.

السادس. تلخيص الدرس ، واجب منزلي.

تعلم §38 ص. 178 - 184. إكمال مهام الاختبار ص. 183.

رقم 1. البروتينات: الرابطة الببتيدية ، واكتشافها.

البروتينات هي جزيئات كبيرة من البولي أميدات الخطية التي تتكون من الأحماض الأمينية نتيجة لتفاعل متعدد التكثيف في الكائنات البيولوجية.

السناجب هي مركبات جزيئية كبيرة مبنية من أحماض أمينية. 20 من الأحماض الأمينية تشارك في صنع البروتينات. ترتبط معًا في سلاسل طويلة تشكل العمود الفقري لجزيء بروتيني كبير الوزن الجزيئي.

وظائف البروتينات في الجسم

يوفر الجمع بين الخصائص الكيميائية والفيزيائية الغريبة للبروتينات لهذه الفئة المعينة من المركبات العضوية دورًا مركزيًا في ظواهر الحياة.

البروتينات لها الخصائص البيولوجية التالية ، أو تؤدي الوظائف الرئيسية التالية في الكائنات الحية:

1. الوظيفة التحفيزية للبروتينات. جميع المحفزات البيولوجية - الإنزيمات عبارة عن بروتينات. حتى الآن ، تم تمييز آلاف الإنزيمات ، وكثير منها معزول في شكل بلوري. جميع الإنزيمات تقريبًا عبارة عن محفزات قوية ، مما يزيد من معدلات التفاعلات بما لا يقل عن مليون مرة. هذه الوظيفة للبروتينات فريدة وليست مميزة للجزيئات البوليمرية الأخرى.

2. التغذية (وظيفة احتياطي للبروتينات). هذه هي ، أولاً وقبل كل شيء ، البروتينات المخصصة لتغذية الجنين النامي: كازين الحليب ، والبيض البيضاوي ، وبروتينات تخزين بذور النباتات. لا شك أن عددًا من البروتينات الأخرى تُستخدم في الجسم كمصدر للأحماض الأمينية ، والتي بدورها هي سلائف للمواد النشطة بيولوجيًا التي تنظم عملية التمثيل الغذائي.

3. وظيفة نقل البروتينات. يتم نقل العديد من الجزيئات والأيونات الصغيرة بواسطة بروتينات معينة. على سبيل المثال ، الوظيفة التنفسية للدم ، أي نقل الأكسجين ، يتم إجراؤها بواسطة جزيئات الهيموجلوبين ، وهو بروتين في خلايا الدم الحمراء. تشارك الألبومين المصل في نقل الدهون. يتكون عدد من بروتينات مصل اللبن الأخرى من مجمعات تحتوي على الدهون والنحاس والحديد وهرمون الغدة الدرقية وفيتامين أ ومركبات أخرى ، مما يضمن توصيلها إلى الأعضاء المناسبة.

4. وظيفة الحماية من البروتينات. يتم تنفيذ الوظيفة الرئيسية للحماية بواسطة الجهاز المناعي ، الذي يوفر تخليق بروتينات واقية محددة - أجسام مضادة - استجابة لدخول البكتيريا أو السموم أو الفيروسات (المستضدات) إلى الجسم. ترتبط الأجسام المضادة بالمستضدات وتتفاعل معها وبالتالي تحيد تأثيرها البيولوجي وتحافظ على الحالة الطبيعية للجسم. يعد تخثر بروتين بلازما الدم - الفيبرينوجين - وتكوين جلطة دموية تحمي من فقدان الدم أثناء الإصابات مثالًا آخر على الوظيفة الوقائية للبروتينات.

5. وظيفة مقلص من البروتينات. تشارك العديد من البروتينات في تقلص العضلات واسترخائها. الدور الرئيسي في هذه العمليات يلعبه البروتينات الخاصة بالأكتين والميوسين في الأنسجة العضلية. وظيفة الانقباض متأصلة أيضًا في بروتينات الهياكل الخلوية ، والتي توفر أفضل العمليات للنشاط الحيوي للخلية ،

6. الوظيفة الهيكلية للبروتينات. تحتل البروتينات التي تؤدي هذه الوظيفة المرتبة الأولى بين البروتينات الأخرى في جسم الإنسان. يتم توزيع البروتينات الهيكلية مثل الكولاجين على نطاق واسع في النسيج الضام. الكيراتين في الشعر والأظافر والجلد. الإيلاستين - في جدران الأوعية الدموية ، إلخ.

7. الوظيفة الهرمونية (التنظيمية) للبروتينات. يتم تنظيم التمثيل الغذائي في الجسم من خلال آليات مختلفة. في هذه اللائحة ، تحتل الهرمونات التي تنتجها الغدد الصماء مكانًا مهمًا. يتم تمثيل عدد من الهرمونات بالبروتينات أو عديد الببتيدات ، على سبيل المثال ، هرمونات الغدة النخامية والبنكرياس ، إلخ.

السندات الببتيد

بشكل رسمي ، يمكن تمثيل تكوين جزيء البروتين كتفاعل متعدد التكثيف للأحماض الأمينية ألفا.

من وجهة نظر كيميائية ، البروتينات عبارة عن مركبات عضوية عالية الجزيئية تحتوي على النيتروجين (بولي أميد) ، والتي تتكون جزيئاتها من بقايا الأحماض الأمينية. مونومرات البروتين هي أحماض أمينية ألفا ، ومن السمات الشائعة لها وجود مجموعة الكربوكسيل -COOH ومجموعة أمينية -NH 2 في ذرة الكربون الثانية (ذرة الكربون ألفا):

بناءً على نتائج دراسة منتجات التحلل المائي للبروتين والمقدمة من A.Ya. أفكار Danilevsky حول دور روابط الببتيد -CO-NH- في بناء جزيء البروتين ، اقترح العالم الألماني إي.فيشر في بداية القرن العشرين نظرية الببتيد لبنية البروتينات. وفقًا لهذه النظرية ، فإن البروتينات عبارة عن بوليمرات خطية للأحماض الأمينية ألفا مرتبطة بببتيد السندات - عديد الببتيدات:

في كل ببتيد ، يحتوي أحد بقايا الأحماض الأمينية الطرفية على مجموعة α-amino (N-terminus) والآخر يحتوي على مجموعة α-carboxyl مجانية (C-terminus). عادة ما يتم تصوير بنية الببتيدات بدءًا من الحمض الأميني N-terminal. في هذه الحالة ، يتم الإشارة إلى بقايا الأحماض الأمينية بالرموز. على سبيل المثال: Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - السيستئين. يشير هذا الإدخال إلى الببتيد الذي يكون فيه الحمض الأميني N- طرفي ­ lyatsya alanine ، و C- المحطة - سيستين. عند قراءة مثل هذا السجل ، فإن نهايات أسماء جميع الأحماض ، باستثناء الأخيرة ، تتغير إلى - "yl": alanyl-tyrosyl-leucyl-seryl-tyrosyl - cysteine. يتراوح طول سلسلة الببتيد في الببتيدات والبروتينات الموجودة في الجسم من مائتين إلى مئات وآلاف من بقايا الأحماض الأمينية.

رقم 2. تصنيف البروتينات البسيطة.

إلى بسيط (البروتينات) تشمل البروتينات التي ، عند تحللها ، تعطي الأحماض الأمينية فقط.

البروتينات ____ بروتينات بسيطة من أصل حيواني ، غير قابلة للذوبان في الماء ، محاليل ملحية ، أحماض مخففة وقلويات. يؤدون وظائف داعمة بشكل أساسي (على سبيل المثال ، الكولاجين والكيراتين

البروتامين - بروتينات نووية موجبة الشحنة بوزن جزيئي 10-12 كيلو دالتون. يتكون ما يقرب من 80٪ من الأحماض الأمينية القلوية ، مما يتيح لها التفاعل مع الأحماض النووية من خلال الروابط الأيونية. يشاركون في تنظيم نشاط الجينات. جيد للذوبان في الماء.

هيستون - البروتينات النووية التي تلعب دورًا مهمًا في تنظيم نشاط الجينات. توجد في جميع الخلايا حقيقية النواة ، وتنقسم إلى 5 فئات ، تختلف في الوزن الجزيئي والأحماض الأمينية. يتراوح الوزن الجزيئي للهيستونات من 11 إلى 22 كيلو دالتون ، وتتعلق الاختلافات في تركيبة الأحماض الأمينية بالليسين والأرجينين ، ويتراوح محتواهما من 11 إلى 29٪ ومن 2 إلى 14٪ على التوالي ؛

البرولامين - غير قابل للذوبان في الماء ، ولكنه قابل للذوبان في 70٪ كحول ، خصائص التركيب الكيميائي - الكثير من البرولين ، وحمض الجلوتاميك ، وليس ليسين ,

الجلوتلين - قابل للذوبان في المحاليل القلوية ,

الجلوبيولين - بروتينات غير قابلة للذوبان في الماء وفي محلول شبه مشبع من كبريتات الأمونيوم ، ولكنها قابلة للذوبان في المحاليل المائية من الأملاح والقلويات والأحماض. الوزن الجزيئي - 90-100 كيلو دالتون ؛

زلال - بروتينات الأنسجة الحيوانية والنباتية ، القابلة للذوبان في الماء والمحاليل المالحة. الوزن الجزيئي 69 كيلو دالتون.

البروتينات الصلبة - بروتينات الأنسجة الداعمة للحيوانات

أمثلة على البروتينات البسيطة هي الحرير الفبروين ، الزلال في مصل البيض ، البيبسين ، إلخ.

رقم 3. طرق عزل وترسيب (تنقية) البروتينات.

رقم 4. البروتينات على شكل بولي إلكتروليتات. النقطة الكهروضوئية للبروتين.

البروتينات عبارة عن بولي إلكتروليت مذبذب ، أي تظهر كل من الخصائص الحمضية والقاعدية. ويرجع ذلك إلى وجود جزيئات البروتين في جزيئات الأحماض الأمينية القادرة على التأين ، بالإضافة إلى مجموعات α-amino و α-carboxyl الحرة في نهايات سلاسل الببتيد. يتم إعطاء الخصائص الحمضية للبروتين عن طريق الأحماض الأمينية الحمضية (الأسبارتيك ، الجلوتاميك) ، والخصائص القلوية - عن طريق الأحماض الأمينية الأساسية (ليسين ، أرجينين ، هيستيدين).

تعتمد شحنة جزيء البروتين على تأين المجموعات الحمضية والأساسية لجذور الأحماض الأمينية. اعتمادًا على نسبة المجموعات السلبية والإيجابية ، يكتسب جزيء البروتين ككل شحنة موجبة أو سالبة. عندما يتم تحمض محلول بروتيني ، تنخفض درجة تأين المجموعات الأنيونية ، بينما تزداد درجة تأين المجموعات الكاتيونية ؛ عندما تكون قلوية - العكس بالعكس. عند قيمة pH معينة ، يصبح عدد المجموعات الموجبة والسالبة الشحنة كما هو ، وتظهر الحالة الكهربية المتساوية للبروتين (الشحنة الإجمالية تساوي 0). تسمى قيمة الأس الهيدروجيني التي يكون عندها البروتين في الحالة الكهربائية المتساوية النقطة الكهربية ويشار إليها بـ pI ، على غرار الأحماض الأمينية. بالنسبة لمعظم البروتينات ، يقع pI في نطاق 5.5-7.0 ، مما يشير إلى غلبة معينة للأحماض الأمينية الحمضية في البروتينات. ومع ذلك ، هناك أيضًا بروتينات قلوية ، على سبيل المثال ، السالمين - البروتين الرئيسي من سمك السلمون السائب (pl = 12). بالإضافة إلى ذلك ، هناك بروتينات لها قيمة pI منخفضة جدًا ، على سبيل المثال ، البيبسين ، وهو إنزيم من عصير المعدة (pl = l). عند النقطة الكهروضوئية ، تكون البروتينات غير مستقرة للغاية وتتسارع بسهولة ، ولها أقل قابلية للذوبان.

إذا لم يكن البروتين في حالة كهربي متساوية ، فإن جزيئاته في المجال الكهربائي ستتحرك نحو الكاثود أو الأنود ، اعتمادًا على علامة الشحنة الكلية وبسرعة تتناسب مع قيمتها ؛ هذا هو جوهر طريقة الرحلان الكهربائي. يمكن لهذه الطريقة فصل البروتينات بقيم pI مختلفة.

على الرغم من أن البروتينات لها خصائص عازلة ، إلا أن قدرتها على قيم الأس الهيدروجيني الفسيولوجية محدودة. الاستثناء هو البروتينات التي تحتوي على الكثير من الهيستيدين ، حيث أن جذر الهيستيدين فقط له خصائص عازلة في نطاق الأس الهيدروجيني من 6 إلى 8. يوجد عدد قليل جدًا من هذه البروتينات. على سبيل المثال ، الهيموجلوبين ، الذي يحتوي على ما يقرب من 8٪ هيستيدين ، هو عازل قوي داخل الخلايا في خلايا الدم الحمراء ، ويحافظ على درجة الحموضة في الدم عند مستوى ثابت.

رقم 5. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات.

البروتينات لها خصائص كيميائية وفيزيائية وبيولوجية مختلفة ، والتي يتم تحديدها من خلال تكوين الأحماض الأمينية والتنظيم المكاني لكل بروتين. التفاعلات الكيميائية للبروتينات متنوعة للغاية ، فهي ناتجة عن وجود NH 2 - ومجموعات COOH والجذور ذات الطبيعة المختلفة. هذه هي تفاعلات النترات ، الأسيلة ، الألكلة ، الأسترة ، الأكسدة والاختزال وغيرها. البروتينات لها خصائص حمضية قاعدية وعازلة وغروانية وتناضحية.

الخصائص الحمضية القاعدية للبروتينات

الخواص الكيميائية. مع التسخين الضعيف للمحاليل المائية للبروتينات ، يحدث تمسخ. هذا يخلق راسب.

عندما يتم تسخين البروتينات بالأحماض ، يحدث التحلل المائي ، ويتكون خليط من الأحماض الأمينية.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات

البروتينات لها وزن جزيئي مرتفع.

شحنة جزيء البروتين. تحتوي جميع البروتينات على مجموعة خالية واحدة على الأقل من -NH و -COOH.

حلول البروتين- محاليل غروانية بخصائص مختلفة. البروتينات حمضية وقاعدية. تحتوي البروتينات الحمضية على الكثير من glu و asp ، والتي تحتوي على كربوكسيل إضافي ومجموعات أمينية أقل. هناك العديد من lys و args في البروتينات القلوية. يُحاط كل جزيء بروتين في محلول مائي بقشرة مائية ، نظرًا لأن البروتينات تحتوي على العديد من المجموعات المحبة للماء (-COOH ، -OH ، -NH 2 ، -SH) بسبب الأحماض الأمينية. في المحاليل المائية ، يكون لجزيء البروتين شحنة. يمكن أن تتغير شحنة البروتين في الماء تبعًا لدرجة الحموضة.

ترسيب البروتين.تحتوي البروتينات على غلاف ترطيب ، وهي شحنة تمنع الالتصاق. للترسيب ، من الضروري إزالة قشرة الهيدرات وشحنها.

1. الترطيب. تعني عملية الترطيب ارتباط الماء بالبروتينات ، بينما تظهر خصائص محبة للماء: فهي تنتفخ ، وتزداد كتلتها وحجمها. يترافق تورم البروتين مع انحلاله الجزئي. تعتمد المحبة المائية للبروتينات الفردية على بنيتها. تجذب مجموعات الأميد المحبة للماء (–CO – NH- ، رابطة الببتيد) ، والأمين (NH2) والكربوكسيل (COOH) الموجودة في التركيبة والموجودة على سطح جزيء البروتين الكبير جزيئات الماء ، وتوجهها بدقة إلى سطح الجزيء . يحيط غلاف الهيدرات (الماء) بكريات البروتين ، ويمنع استقرار المحاليل البروتينية. عند النقطة الكهروضوئية ، يكون للبروتينات أقل قدرة على ربط الماء ، ويتم تدمير غلاف الترطيب حول جزيئات البروتين ، لذلك تتحد لتشكل مجاميع كبيرة. يحدث تجمع جزيئات البروتين أيضًا عند تجفيفها ببعض المذيبات العضوية ، مثل الكحول الإيثيلي. هذا يؤدي إلى ترسيب البروتينات. عندما يتغير الرقم الهيدروجيني للوسط ، يصبح جزيء البروتين مشحونًا ، وتتغير قدرته على الترطيب.

تنقسم تفاعلات الهطول إلى نوعين.

تمليح البروتينات: (NH 4) SO 4 - تتم إزالة قشرة الماء فقط ، ويحتفظ البروتين بجميع أنواع هيكله ، وجميع الروابط ، ويحتفظ بخصائصه الأصلية. يمكن بعد ذلك إعادة إذابة هذه البروتينات واستخدامها.

يعتبر الترسيب مع فقدان خصائص البروتين الأصلي عملية لا رجعة فيها. تتم إزالة قشرة الماء والشحنة من البروتين ، وتنتهك الخصائص المختلفة في البروتين. على سبيل المثال ، أملاح النحاس والزئبق والزرنيخ والحديد والأحماض غير العضوية المركزة - HNO 3 ، H 2 SO 4 ، HCl ، والأحماض العضوية ، والقلويدات - التانينات ، يوديد الزئبق. تؤدي إضافة المذيبات العضوية إلى خفض درجة الماء وتؤدي إلى ترسيب البروتين. يستخدم الأسيتون كمذيب. يتم ترسيب البروتينات أيضًا بمساعدة الأملاح ، على سبيل المثال ، كبريتات الأمونيوم. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على حقيقة أنه مع زيادة تركيز الملح في المحلول ، يتم ضغط الغلاف الجوي الأيوني الذي يتكون من البروتينات المضادة ، مما يساهم في تقاربها إلى مسافة حرجة ، حيث تكون القوى بين جزيئات الشاحنة تفوق جاذبية دير فال على قوى التنافر ضد كولوم. هذا يؤدي إلى التصاق جزيئات البروتين وترسيبها.

عند الغليان ، تبدأ جزيئات البروتين في التحرك بشكل عشوائي ، وتصطدم ، وتزال الشحنة ، وتقل قشرة الماء.

للكشف عن البروتينات في المحلول ، يتم استخدام ما يلي:

تفاعلات اللون

ردود الفعل هطول الأمطار.

طرق عزل وتنقية البروتينات.

التجانس- يتم طحن الخلايا إلى كتلة متجانسة ؛

استخراج البروتينات بالماء أو محاليل ملح الماء ؛

1. يملح؛

   الكهربائي؛

   كروماتوغرافيا:الامتزاز والانقسام.

   تنبذ فائق.

التنظيم الهيكلي للبروتينات.

الهيكل الأساسي- يتم تحديده من خلال تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة الببتيد ، المستقرة بواسطة روابط الببتيد التساهمية (الأنسولين ، البيبسين ، الكيموتريبسين).

الهيكل الثانوي- التركيب المكاني للبروتين. هذا إما لولب أو قابل للطي. يتم إنشاء روابط هيدروجينية.

الهيكل الثالثالبروتينات الكروية والليفية. تعمل على استقرار الروابط الهيدروجينية ، ويتم تحديد القوى الكهروستاتيكية (COO- ، NH3 +) ، القوى الكارهة للماء ، جسور الكبريتيد ، من خلال الهيكل الأساسي. البروتينات الكروية - جميع الإنزيمات والهيموجلوبين والميوجلوبين. البروتينات الليفية - الكولاجين ، الميوسين ، الأكتين.

هيكل رباعي- توجد فقط في بعض البروتينات. يتم بناء هذه البروتينات من عدة ببتيدات. كل ببتيد له هيكله الأولي والثانوي والثالثي الخاص به ، والذي يسمى البروتومرات. تتحد العديد من البروتومرات معًا لتشكيل جزيء واحد. لا يعمل أحد البروتومرات كبروتين ، ولكن فقط مع البروتومرات الأخرى.

مثال:الهيموغلوبين \ u003d -كرة + -كرة - يحمل O 2 في المجموع ، وليس بشكل منفصل.

يمكن إعادة تكوين البروتين.هذا يتطلب تعرضًا قصيرًا جدًا للعوامل.

6) طرق الكشف عن البروتينات.

البروتينات عبارة عن بوليمرات بيولوجية جزيئية عالية ، والوحدات الهيكلية (الأحادية) منها عبارة عن أحماض أمينية بيتا. ترتبط الأحماض الأمينية في البروتينات ببعضها البعض عن طريق روابط الببتيد. يحدث تكوينها بسبب وقوف مجموعة الكربوكسيل عند - ذرة كربون لحمض أميني واحد - مجموعة أمين من حمض أميني آخر مع إطلاق جزيء ماء.تسمى الوحدات الأحادية للبروتينات ببقايا الأحماض الأمينية.

تختلف الببتيدات والببتيدات والبروتينات ليس فقط في الكمية والتركيب ، ولكن أيضًا في تسلسل بقايا الأحماض الأمينية ، والخصائص الفيزيائية والكيميائية والوظائف التي يتم إجراؤها في الجسم. يتراوح الوزن الجزيئي للبروتينات من 6 آلاف إلى مليون أو أكثر. تعود الخواص الكيميائية والفيزيائية للبروتينات إلى الطبيعة الكيميائية والخصائص الفيزيائية والكيميائية للجذور التي تشكل بقايا الأحماض الأمينية. تعتمد طرق الكشف عن البروتينات في الكائنات البيولوجية والمواد الغذائية وتحديد كميتها ، وكذلك عزلها عن الأنسجة والسوائل البيولوجية ، على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهذه المركبات.

البروتينات عند التفاعل مع مواد كيميائية معينة تعطي مركبات ملونة. يحدث تكوين هذه المركبات بمشاركة جذور الأحماض الأمينية أو مجموعاتها المحددة أو روابط الببتيد. تسمح لك ردود الفعل اللونية بالتعيين وجود بروتين في جسم بيولوجيأو الحل وإثبات الوجود بعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين. على أساس تفاعلات اللون ، تم تطوير بعض الطرق للتقدير الكمي للبروتينات والأحماض الأمينية.

ضع في اعتبارك عالمية تفاعلات بيوريت ونينهيدرين، لأن جميع البروتينات تعطيهم. تفاعل Xantoprotein ، تفاعل Fohlوالبعض الآخر محدد ، لأنه يرجع إلى المجموعات المتطرفة لبعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

تسمح لك تفاعلات الألوان بإثبات وجود بروتين في المادة قيد الدراسة ووجود بعض الأحماض الأمينية في جزيئاتها.

تفاعل بيوريت. يرجع التفاعل إلى وجود البروتينات والببتيدات والببتيدات السندات الببتيد، والتي في شكل وسط قلوي مع أيونات النحاس (II)مركبات معقدة ملونة في اللون الأرجواني (مع مسحة حمراء أو زرقاء). يرجع اللون إلى وجود مجموعتين على الأقل في الجزيء -CO-NH-متصلة ببعضها البعض مباشرة أو بمشاركة ذرة كربون أو نيتروجين.

ترتبط أيونات النحاس (II) برابطة أيونية مع مجموعات = C─O وأربعة روابط تنسيق مع ذرات النيتروجين (= N−).

تعتمد كثافة اللون على كمية البروتين في المحلول. هذا يجعل من الممكن استخدام هذا التفاعل لتحديد كمية البروتين. يعتمد لون المحاليل الملونة على طول سلسلة البولي ببتيد.تعطي البروتينات اللون الأزرق البنفسجي. تكون منتجات التحلل المائي (poly- and oligopeptides) حمراء أو وردية اللون. لا يتم إعطاء تفاعل البيوريت فقط عن طريق البروتينات والببتيدات وعديد الببتيدات ، ولكن أيضًا عن طريق البيوريت (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2) ، أوكساميد (NH 2 -CO-CO-NH 2) ، الهيستيدين.

يحتوي المركب المعقد من النحاس (II) مع مجموعات الببتيد المتكونة في وسط قلوي على الهيكل التالي:

تفاعل نينهيدرين. في هذا التفاعل ، تعطي محاليل البروتين والببتيدات والببتيدات والأحماض الأمينية الحرة ، عند تسخينها باستخدام النينهيدرين ، لونًا أزرق أو أزرق بنفسجي أو وردي بنفسجي. يتطور اللون في هذا التفاعل بسبب مجموعة α-amino.

تتفاعل الأحماض الأمينية بيتا بسهولة شديدة مع النينهيدرين. إلى جانبهم ، يتكون Rueman's blue-Violet أيضًا من البروتينات والببتيدات والأمينات الأولية والأمونيا وبعض المركبات الأخرى. الأمينات الثانوية ، مثل البرولين والهيدروكسي برولين ، تعطي لونًا أصفر.

يستخدم تفاعل النينهيدرين على نطاق واسع لاكتشاف وقياس الأحماض الأمينية.

تفاعل البروتين xantoprotein.يشير هذا التفاعل إلى وجود بقايا الأحماض الأمينية العطرية في البروتينات - التيروزين ، فينيل ألانين ، التربتوفان. يعتمد على نترات حلقة البنزين لجذور هذه الأحماض الأمينية مع تكوين مركبات نيترو صفراء اللون (اليونانية "زانثوس" - أصفر). باستخدام التيروزين كمثال ، يمكن وصف هذا التفاعل في شكل المعادلات التالية.

في بيئة قلوية ، تشكل مشتقات النيترو للأحماض الأمينية أملاح بنية الكينويد ، برتقالية اللون. يتم إعطاء تفاعل البروتين xantoprotein بواسطة البنزين ومثيلاته ، الفينول والمركبات العطرية الأخرى.

ردود الفعل على الأحماض الأمينية التي تحتوي على مجموعة ثيول في حالة مخفضة أو مؤكسدة (سيستين ، سيستين).

رد فعل فول. عند الغليان بالقلويات ، ينفصل الكبريت بسهولة عن السيستين على شكل كبريتيد الهيدروجين ، والذي يشكل كبريتيد الصوديوم في وسط قلوي:

في هذا الصدد ، تنقسم تفاعلات تحديد الأحماض الأمينية المحتوية على الثيول في المحلول إلى مرحلتين:

انتقال الكبريت من الحالة العضوية إلى الحالة غير العضوية

الكشف عن الكبريت في المحلول

للكشف عن كبريتيد الصوديوم ، يتم استخدام أسيتات الرصاص ، والتي ، عند التفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم ، تتحول إلى بلومبيت:

الرصاص (CH 3 سجع) 2 + 2 ناو Pb (ONa) 2 + 2CH 3 COOH

نتيجة لتفاعل أيونات الكبريت والرصاص ، يتكون كبريتيد الرصاص الأسود أو البني:

نا 2 س + الرصاص(على) 2 + 2 ح 2 ا PbS (راسب أسود) + 4هيدروكسيد الصوديوم

لتحديد الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت ، يتم إضافة كمية متساوية من هيدروكسيد الصوديوم وبضع قطرات من محلول أسيتات الرصاص إلى محلول الاختبار. مع الغليان المكثف لمدة 3-5 دقائق ، يتحول السائل إلى اللون الأسود.

يمكن تحديد وجود السيستين باستخدام هذا التفاعل ، حيث يتم تقليل السيستين بسهولة إلى السيستين.

تفاعل ميلون:

هذا رد فعل للحمض الأميني التيروزين.

هيدروكسيل الفينول الحر لجزيئات التيروزين ، عند التفاعل مع الأملاح ، تعطي مركبات من ملح الزئبق لمشتق نيترو من التيروزين ، أحمر وردي ملون:

رد فعل باولي للحامض الهيستيدين والتيروزين . يجعل تفاعل باولي من الممكن اكتشاف الأحماض الأمينية هيستيدين والتيروزين في البروتين ، والتي تشكل مركبات معقدة بلون الكرز الأحمر مع حمض ديازوبينزين سلفونيك. يتشكل حمض ديازوبنزين سلفونيك في تفاعل ديازوتيزيشن عندما يتفاعل حمض السلفانيليك مع نتريت الصوديوم في وسط حمضي:

يتم إضافة حجم متساوٍ من محلول حمضي لحمض السلفانيليك (محضر باستخدام حمض الهيدروكلوريك) وحجم مزدوج من محلول نتريت الصوديوم إلى محلول الاختبار ، ويخلط جيدًا ويُضاف على الفور الصودا (كربونات الصوديوم). بعد التقليب ، يتحول الخليط إلى اللون الأحمر الكرزي ، بشرط وجود الهيستيدين أو التيروزين في محلول الاختبار.

تفاعل Adamkevich-Hopkins-Kohl (Schulz-Raspail) تجاه التربتوفان (رد فعل لمجموعة الإندول). يتفاعل التربتوفان في بيئة حمضية مع الألدهيدات ، مكونًا نواتج تكثيف ملونة. يستمر التفاعل بسبب تفاعل حلقة الإندول من التربتوفان مع الألدهيد. من المعروف أن الفورمالديهايد يتكون من حمض الجليوكسيليك في وجود حامض الكبريتيك:

ص
المحاليل التي تحتوي على التربتوفان في وجود أحماض الجليوكسيليك والكبريتيك تعطي لونًا أحمر بنفسجيًا.

يوجد حمض الجليوكسيليك دائمًا بكميات صغيرة في حمض الأسيتيك الجليدي. لذلك ، يمكن إجراء التفاعل باستخدام حمض الأسيتيك. في الوقت نفسه ، يضاف حجم متساوٍ من حمض الأسيتيك الجليدي (المركز) إلى محلول الاختبار ويتم تسخينه برفق حتى يذوب الراسب. وبعد التبريد ، يضاف حجم من حمض الكبريتيك المركز يساوي الحجم المضاف لحمض الجليوكسيليك إلى يخلط بعناية على طول الجدار (لتجنب خلط السوائل). بعد 5-10 دقائق ، لوحظ تشكيل حلقة حمراء بنفسجية في الواجهة بين الطبقتين. إذا قمت بخلط الطبقات ، ستتحول محتويات الطبق إلى اللون الأرجواني بالتساوي.

إلى

تكثيف التربتوفان بالفورمالديهايد:

يتأكسد منتج التكثيف إلى bis-2-tryptophanylcarbinol ، والذي في وجود الأحماض المعدنية يشكل أملاح زرقاء بنفسجية:

7) تصنيف البروتينات. طرق دراسة تكوين الأحماض الأمينية.

لا تزال التسمية والتصنيف الصارم للبروتينات غير موجود. يتم إعطاء أسماء البروتينات بشكل عشوائي ، وغالبًا ما يتم مراعاة مصدر عزل البروتين أو مراعاة قابليته للذوبان في بعض المذيبات ، وشكل الجزيء ، وما إلى ذلك.

تصنف البروتينات حسب التركيب ، وشكل الجسيمات ، والذوبان ، وتكوين الأحماض الأمينية ، والأصل ، وما إلى ذلك.

1. تكوينتنقسم البروتينات إلى مجموعتين كبيرتين: بروتينات بسيطة ومعقدة.

تشمل (البروتينات) البسيطة البروتينات التي تعطي الأحماض الأمينية فقط عند التحلل المائي (البروتينات ، البروتامين ، الهيستونات ، البرولامين ، الجلوتلين ، الجلوبيولين ، الألبومين). أمثلة على البروتينات البسيطة هي الحرير الفبروين ، الزلال في مصل البيض ، البيبسين ، إلخ.

تشتمل المركب (البروتينات) على بروتينات تتكون من بروتين بسيط ومجموعة إضافية (اصطناعية) ذات طبيعة غير بروتينية. تنقسم مجموعة البروتينات المعقدة إلى عدة مجموعات فرعية حسب طبيعة المكون غير البروتيني:

البروتينات المعدنية التي تحتوي على معادن تكوينها (الحديد ، النحاس ، المغنيسيوم ، إلخ) المرتبطة مباشرة بسلسلة البولي ببتيد ؛

البروتينات الفوسفورية - تحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك ، والتي ترتبط بجزيء البروتين بواسطة روابط استر في موقع مجموعات الهيدروكسيل من سيرين ، ثريونين ؛

البروتينات السكرية - مجموعاتها الاصطناعية هي الكربوهيدرات ؛

البروتينات الصبغية - تتكون من بروتين بسيط ومركب ملون غير بروتيني مرتبط به ، وجميع البروتينات الصبغية نشطة للغاية من الناحية البيولوجية ؛ كمجموعات صناعية ، قد تحتوي على مشتقات البورفيرين ، أيزوالوكسازين ، والكاروتين ؛

البروتينات الدهنية - دهون المجموعة الاصطناعية - الدهون الثلاثية (الدهون) والفوسفاتيدات ؛

البروتينات النووية هي بروتينات تتكون من بروتين واحد وحمض نووي مرتبط به. تلعب هذه البروتينات دورًا هائلاً في حياة الجسم وستتم مناقشتها أدناه. هم جزء من أي خلية ، توجد بعض البروتينات النووية في الطبيعة على شكل جزيئات خاصة ذات نشاط ممرض (فيروسات).

2. شكل الجسيمات- تنقسم البروتينات إلى ليفية (تشبه الخيط) وكروية (كروية) (انظر الصفحة 30).

3. عن طريق الذوبان وخصائص تكوين الأحماض الأمينيةتتميز المجموعات التالية من البروتينات البسيطة:

البروتينات - بروتينات الأنسجة الداعمة (العظام ، الغضاريف ، الأربطة ، الأوتار ، الشعر ، الأظافر ، الجلد ، إلخ). هذه هي بشكل أساسي بروتينات ليفية ذات وزن جزيئي كبير (> 150000 دا) ، غير قابلة للذوبان في المذيبات الشائعة: الماء والملح ومخاليط الماء والكحول. تذوب فقط في مذيبات محددة ؛

البروتامين (أبسط البروتينات) - بروتينات قابلة للذوبان في الماء وتحتوي على 80-90٪ أرجينين ومجموعة محدودة (6-8) من الأحماض الأمينية الأخرى ، موجودة في حليب الأسماك المختلفة. نظرًا لارتفاع نسبة الأرجينين ، فإن لها خصائص أساسية ، ووزنها الجزيئي صغير نسبيًا ويساوي تقريبًا 4000-12000 دا. هم مكون بروتيني في تكوين البروتينات النووية.

الهيستونات قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء ومحاليل الأحماض المخففة (0.1 نيوتن) ، وتحتوي على نسبة عالية من الأحماض الأمينية: أرجينين ، ولايسين ، وهستيدين (30٪ على الأقل) وبالتالي لها خصائص أساسية. توجد هذه البروتينات بكميات كبيرة في نوى الخلايا كجزء من البروتينات النووية وتلعب دورًا مهمًا في تنظيم استقلاب الحمض النووي. الوزن الجزيئي للهيستونات صغير ويساوي 11000-24000 دا ؛

الجلوبيولين عبارة عن بروتينات غير قابلة للذوبان في الماء والمحاليل الملحية بتركيز ملح أكثر من 7٪. تترسب الجلوبيولين بالكامل عند تشبع المحلول بكبريتات الأمونيوم بنسبة 50٪. تتميز هذه البروتينات بمحتوى عالٍ من الجلايسين (3.5٪) ، ووزنها الجزيئي> 100،000 دا. الجلوبيولين عبارة عن بروتينات حمضية ضعيفة أو محايدة (p1 = 6-7.3) ؛

الألبومينات هي بروتينات عالية الذوبان في الماء ومحاليل ملحية قوية ، ويجب ألا يتجاوز تركيز الملح (NH4) 2 S04 50٪ من التشبع. بتركيزات أعلى ، يتم تمليح الألبومين. بالمقارنة مع الجلوبيولين ، تحتوي هذه البروتينات على ثلاث مرات أقل من الجلايسين ولها وزن جزيئي يتراوح بين 40،000-70،000 Da. يحتوي الألبومينات على شحنة سالبة زائدة وخصائص حمضية (pl = 4.7) بسبب المحتوى العالي لحمض الجلوتاميك ؛

البرولامين عبارة عن مجموعة من البروتينات النباتية الموجودة في غلوتين الحبوب. وهي قابلة للذوبان فقط في 60-80٪ محلول مائي من الكحول الإيثيلي. تحتوي البرولامين على تركيبة مميزة من الأحماض الأمينية: فهي تحتوي على الكثير (20-50٪) من حمض الغلوتاميك والبرولين (10-15٪) ، ولهذا السبب حصلوا على اسمهم. وزنها الجزيئي يزيد عن 100000 دا ؛

الجلوتلينات - البروتينات النباتية غير قابلة للذوبان في الماء ومحاليل الملح والإيثانول ، ولكنها قابلة للذوبان في المحاليل المخففة (0.1 نيوتن) من القلويات والأحماض. من حيث تكوين الأحماض الأمينية والوزن الجزيئي ، فهي تشبه البرولامين ، ولكنها تحتوي على المزيد من الأرجينين وأقل من البرولين.

طرق دراسة تكوين الأحماض الأمينية

يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية بواسطة الإنزيمات الموجودة في العصارات الهضمية. تم التوصل إلى استنتاجين مهمين: 1) تحتوي البروتينات على أحماض أمينية. 2) يمكن استخدام طرق التحلل المائي لدراسة المادة الكيميائية ، ولا سيما الأحماض الأمينية ، وتكوين البروتينات.

لدراسة تكوين الأحماض الأمينية للبروتينات ، يتم استخدام مزيج من حمض (HCl) ، قلوي [Ba (OH) 2] ، ونادرًا ما يتم استخدام التحلل المائي الأنزيمي ، أو أحدهما. لقد ثبت أنه أثناء التحلل المائي لبروتين نقي لا يحتوي على شوائب ، يتم إطلاق 20 نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية ألفا. جميع الأحماض الأمينية الأخرى المكتشفة في أنسجة الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة (أكثر من 300) موجودة في الطبيعة في حالة حرة أو في شكل ببتيدات قصيرة أو معقدات مع مواد عضوية أخرى.

الخطوة الأولى في تحديد الهيكل الأساسي للبروتينات هي التقييم النوعي والكمي لتركيب الأحماض الأمينية لبروتين فردي معين. يجب أن نتذكر أنه للدراسة يجب أن يكون لديك كمية معينة من البروتين النقي ، دون شوائب من البروتينات أو الببتيدات الأخرى.

التحلل الحمضي للبروتين

لتحديد تركيبة الأحماض الأمينية ، من الضروري تدمير جميع روابط الببتيد في البروتين. يتم تحلل البروتين الذي تم تحليله في 6 مول / لتر HC1 عند درجة حرارة حوالي 110 درجة مئوية لمدة 24 ساعة ونتيجة لهذا العلاج ، يتم تدمير روابط الببتيد في البروتين ، ولا توجد سوى الأحماض الأمينية الحرة في التحلل المائي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحلل الجلوتامين والأسباراجين إلى أحماض الجلوتاميك والأسبارتيك (أي ، رابطة الأميد في الجذر تنكسر وتنقسم المجموعة الأمينية منها).

فصل الأحماض الأمينية باستخدام كروماتوجرافيا التبادل الأيوني

يتم فصل خليط الأحماض الأمينية الناتج عن التحلل المائي الحمضي للبروتينات في عمود براتنج التبادل الكاتيوني. يحتوي هذا الراتينج الاصطناعي على مجموعات سالبة الشحنة (على سبيل المثال ، بقايا حمض السلفونيك - SO 3 -) المرتبطة به بشدة ، والتي ترتبط بها أيونات الصوديوم (الشكل 1-4).

يتم إدخال مزيج من الأحماض الأمينية في مبادل الكاتيون في بيئة حمضية (درجة الحموضة 3.0) ، حيث تكون الأحماض الأمينية عبارة عن كاتيونات بشكل أساسي ، i. تحمل شحنة موجبة. ترتبط الأحماض الأمينية موجبة الشحنة بجزيئات الراتنج سالبة الشحنة. كلما زادت الشحنة الكلية للحمض الأميني ، زادت قوة ارتباطه بالراتنج. وهكذا ، فإن الأحماض الأمينية ليسين ، أرجينين ، وهيستيدين ترتبط بقوة بمبادل الكاتيون ، بينما ترتبط الأحماض الأسبارتيك والغلوتاميك بشكل أضعف.

يتم إطلاق الأحماض الأمينية من العمود عن طريق التصفية (التصفية) بمحلول منظم مع زيادة القوة الأيونية (أي مع زيادة تركيز كلوريد الصوديوم) ودرجة الحموضة. مع زيادة الرقم الهيدروجيني ، تفقد الأحماض الأمينية بروتونًا ، ونتيجة لذلك ، تقل شحنتها الموجبة ، وبالتالي قوة الرابطة مع جزيئات الراتنج سالبة الشحنة.

يخرج كل حمض أميني من العمود عند درجة حموضة معينة وقوة أيونية. من خلال جمع المحلول (الشطف) من الطرف السفلي للعمود في شكل أجزاء صغيرة ، يمكن الحصول على الكسور التي تحتوي على أحماض أمينية فردية.

(لمزيد من التفاصيل حول "التحلل المائي" انظر السؤال رقم 10)

8) الروابط الكيميائية في بنية البروتين.

9) مفهوم التسلسل الهرمي والتنظيم البنيوي للبروتينات. (انظر السؤال رقم 12)

10) التحلل المائي للبروتين. كيمياء التفاعل (الخطوة ، المحفزات ، الكواشف ، ظروف التفاعل) - وصف كامل للتحلل المائي.

11) التحولات الكيميائية للبروتينات.

التمسخ وإعادة التشبع

عندما يتم تسخين محاليل البروتين إلى 60-80٪ أو تحت تأثير الكواشف التي تدمر الروابط غير التساهمية في البروتينات ، يتم تدمير البنية الثلاثية (الرباعية) والثانوية لجزيء البروتين ، يأخذ شكل ملف عشوائي إلى بدرجة أكبر أو أقل. هذه العملية تسمى تمسخ. يمكن استخدام الأحماض والقلويات والكحولات والفينولات واليوريا وكلوريد الجوانيدين وما إلى ذلك ككواشف مبطلة للطبيعة. يتمثل جوهر عملها في أنها تشكل روابط هيدروجينية مع = NH و = CO - مجموعات من العمود الفقري للببتيد ومع مجموعات حمضية من جذور الأحماض الأمينية ، لتحل محل روابط الهيدروجين الجزيئية الخاصة بها في البروتين ، ونتيجة لذلك تتغير الهياكل الثانوية والثالثية. أثناء التمسخ ، تقل قابلية ذوبان البروتين ، و "يتخثر" (على سبيل المثال ، عند سلق بيضة دجاج) ، ويفقد النشاط البيولوجي للبروتين. بناءً على ذلك ، على سبيل المثال ، استخدام محلول مائي لحمض الكربوليك (الفينول) كمطهر. في ظل ظروف معينة ، مع التبريد البطيء لمحلول البروتين المشوه ، يحدث إعادة التشبع - استعادة التشكل الأصلي (الأصلي). هذا يؤكد حقيقة أن طبيعة طي سلسلة الببتيد يتم تحديدها من خلال الهيكل الأساسي.

تسمى أحيانًا عملية تمسخ جزيء البروتين الفردي ، مما يؤدي إلى تفكك هيكله ثلاثي الأبعاد "الصلب" ، ذوبان الجزيء. تقريبًا أي تغيير ملحوظ في الظروف الخارجية ، مثل التسخين أو تغيير كبير في درجة الحموضة ، يؤدي إلى انتهاك ثابت للبنى الرباعية والثالثية والثانوية للبروتين. عادةً ما يحدث التمسخ بسبب زيادة درجة الحرارة ، وعمل الأحماض والقلويات القوية ، وأملاح المعادن الثقيلة ، وبعض المذيبات (الكحول) ، والإشعاع ، إلخ.

غالبًا ما يؤدي التمسخ إلى عملية تجميع جزيئات البروتين في جزيئات أكبر في محلول غرواني من جزيئات البروتين. بصريًا ، يبدو هذا ، على سبيل المثال ، على أنه تكوين "بروتين" عند قلي البيض.

إعادة التشبع هي عملية عكسية للتمسخ ، حيث تعود البروتينات إلى بنيتها الطبيعية. وتجدر الإشارة إلى أنه ليست كل البروتينات قادرة على إعادة التكوين ؛ في معظم البروتينات ، يكون التمسخ أمرًا لا رجعة فيه. إذا ارتبطت التغيرات الفيزيائية والكيميائية أثناء تمسخ البروتين بانتقال سلسلة البولي ببتيد من حالة معبأة بكثافة (مرتبة) إلى حالة مضطربة ، ثم أثناء إعادة التشبع ، تتجلى قدرة البروتينات على التنظيم الذاتي ، ويكون مسارها هو محددة مسبقًا من خلال تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد ، أي هيكلها الأساسي الذي تحدده المعلومات الوراثية. في الخلايا الحية ، من المحتمل أن تكون هذه المعلومات حاسمة في تحويل سلسلة البولي ببتيد المضطربة أثناء أو بعد تخليقها الحيوي على الريبوسوم إلى بنية جزيء بروتين أصلي. عندما يتم تسخين جزيئات الحمض النووي المزدوج الشريطة إلى درجة حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية ، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين القواعد ، وتتباعد الخيوط التكميلية - تغيير طبيعة الحمض النووي. ومع ذلك ، عند التبريد البطيء ، يمكن للخيوط التكميلية إعادة الاتصال في حلزون مزدوج منتظم. تُستخدم قدرة الحمض النووي على التجديد لإنتاج جزيئات هجينة من الحمض النووي.

تتمتع أجسام البروتين الطبيعي بتكوين مكاني محدد ومحدّد بدقة ولها عدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المميزة في درجات الحرارة الفسيولوجية وقيم الأس الهيدروجيني. تحت تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية المختلفة ، تخضع البروتينات للتخثر والترسب ، وتفقد خصائصها الأصلية. وبالتالي ، يجب فهم التمسخ على أنه انتهاك للخطة العامة للهيكل الفريد لجزيء البروتين الأصلي ، وبشكل أساسي هيكله الثلاثي ، مما يؤدي إلى فقدان خصائصه المميزة (قابلية الذوبان ، والتنقل الكهربي ، والنشاط البيولوجي ، وما إلى ذلك). تفسد معظم البروتينات عندما يتم تسخين محاليلها فوق 50-60 درجة مئوية.

يتم تقليل المظاهر الخارجية للتمسخ إلى فقدان القابلية للذوبان ، خاصة عند النقطة الكهربية ، وزيادة لزوجة محاليل البروتين ، وزيادة عدد مجموعات SH الوظيفية المجانية ، وتغير في طبيعة تشتت الأشعة السينية . إن أكثر العلامات المميزة للتمسخ هو النقص الحاد أو الفقد الكامل للبروتين في نشاطه البيولوجي (محفز ، مستضدي أو هرموني). أثناء تمسخ البروتين الناتج عن 8 أمتار من اليوريا أو عامل آخر ، يتم تدمير الروابط غير التساهمية في الغالب (على وجه الخصوص ، التفاعلات الكارهة للماء والروابط الهيدروجينية). تتكسر روابط ثاني كبريتيد في وجود عامل الاختزال مركابتوإيثانول ، بينما لا تتأثر روابط الببتيد في العمود الفقري لسلسلة البولي ببتيد نفسها. في ظل هذه الظروف ، تتكشف كريات جزيئات البروتين الأصلية وتتشكل هياكل عشوائية وغير منتظمة (الشكل).

تمسخ جزيء البروتين (مخطط).

أ - الحالة الأولية ؛ ب - بداية انتهاك عكسي للبنية الجزيئية ؛ ج - نشر لا رجعة فيه لسلسلة البولي ببتيد.

تمسخ وإعادة تشبع الريبونوكلياز (حسب Anfinsen).

أ - النشر (اليوريا + مركابتوإيثانول) ؛ ب - إعادة الطي.

1. التحلل المائي للبروتين: H +

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

│ │ ‌‌│ │

حمض أميني 1 حمض أميني 2

2. ترسيب البروتينات:

أ) قابل للعكس

بروتين في محلول ↔ راسب بروتين. يحدث تحت تأثير محاليل الأملاح Na + ، K +

ب) لا رجعة فيه (تمسخ)

أثناء التمسخ تحت تأثير العوامل الخارجية (درجة الحرارة ؛ العمل الميكانيكي - الضغط ، الاحتكاك ، الاهتزاز ، الموجات فوق الصوتية ؛ تأثير العوامل الكيميائية - الأحماض ، القلويات ، إلخ) ، يحدث تغيير في الهياكل الثانوية والثالثية والرباعية للبروتين الجزيء الكبير ، أي هيكله المكاني الأصلي. لا يتغير التركيب الأساسي ، وبالتالي التركيب الكيميائي للبروتين.

أثناء التمسخ ، تتغير الخصائص الفيزيائية للبروتينات: تقل قابلية الذوبان ، ويفقد النشاط البيولوجي. في الوقت نفسه ، يزداد نشاط بعض المجموعات الكيميائية ، ويتم تسهيل تأثير الإنزيمات المحللة للبروتينات ، وبالتالي ، يتم تحللها بسهولة أكبر.

على سبيل المثال ، يترسب الألبومين - بياض البيض - عند درجة حرارة 60-70 درجة من محلول (يتخثر) ، ويفقد القدرة على الذوبان في الماء.

مخطط عملية تمسخ البروتين (تدمير الهياكل الثانوية والثانوية لجزيئات البروتين)

3. حرق البروتينات

تحترق البروتينات بتكوين النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والماء وبعض المواد الأخرى. يصاحب الحرق رائحة مميزة للريش المحترق.

4. ردود الفعل اللونية (النوعية) للبروتينات:

أ) تفاعل البروتين xantoprotein (لبقايا الأحماض الأمينية التي تحتوي على حلقات بنزين):

بروتين + HNO3 (تركيز) → لون أصفر

ب) تفاعل بيوريت (للروابط الببتيدية):

بروتين + CuSO4 (سات) + هيدروكسيد الصوديوم (تركيز) → لون أرجواني ساطع

ج) تفاعل السيستين (لبقايا الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت):

بروتين + هيدروكسيد الصوديوم + الرصاص (CH3COO) 2 → تلطيخ أسود

البروتينات هي أساس كل أشكال الحياة على الأرض وتؤدي وظائف مختلفة في الكائنات الحية.

تمليح البروتينات

التمليح هو عملية عزل البروتينات من المحاليل المائية باستخدام محاليل متعادلة من الأملاح المركزة للمعادن القلوية والقلوية الترابية. عند إضافة تركيزات عالية من الأملاح إلى محلول البروتين ، يحدث جفاف جزيئات البروتين وإزالة الشحنة ، بينما تترسب البروتينات. تعتمد درجة ترسيب البروتين على القوة الأيونية لمحلول الترسيب ، وحجم جزيئات جزيء البروتين ، وحجم شحنتها ، والماء. تترسب البروتينات المختلفة بتركيزات مختلفة من الملح. لذلك ، في الرواسب التي تم الحصول عليها عن طريق زيادة تركيز الأملاح تدريجيًا ، تكون البروتينات الفردية في أجزاء مختلفة. إن تمليح البروتينات عملية قابلة للعكس ، وبعد إزالة الملح ، يستعيد البروتين خصائصه الطبيعية. لذلك ، يتم استخدام التمليح في الممارسة السريرية في فصل بروتينات مصل الدم ، وكذلك في عزل وتنقية البروتينات المختلفة.

تعمل الأنيونات والكاتيونات المضافة على تدمير غلاف البروتين المائي للبروتينات ، وهو أحد عوامل استقرار محاليل البروتين. في معظم الأحيان ، يتم استخدام محاليل Na وكبريتات الأمونيوم. تختلف العديد من البروتينات في حجم قشرة الماء وحجم الشحنة. كل بروتين له منطقة تمليح خاصة به. بعد إزالة عامل التمليح ، يحتفظ البروتين بنشاطه البيولوجي وخصائصه الفيزيائية والكيميائية. في الممارسة السريرية ، يتم استخدام طريقة التمليح لفصل الجلوبيولين (مع إضافة 50٪ كبريتات الأمونيوم (NH4) 2SO4 أ المترسب) والألبومين (مع إضافة 100٪ كبريتات الأمونيوم (NH4) 2SO4 أ المترسب).

يتأثر التمليح بما يلي:

1) طبيعة وتركيز الملح ؛

2) بيئات الأس الهيدروجيني ؛

3) درجة الحرارة.

الدور الرئيسي الذي تلعبه الأيونات التكافؤ.

12) ميزات تنظيم البنية الأولية والثانوية والثالثية للبروتين.

في الوقت الحاضر ، تم إثبات وجود أربعة مستويات من التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين تجريبيًا: البنية الأولية والثانوية والثالثية والرباعية.

يحدد تكوين الأحماض الأمينية والتنظيم المكاني لكل بروتين خصائصه الفيزيائية والكيميائية. البروتينات لها خصائص حمضية قاعدية وعازلة وغروانية وتناضحية.

البروتينات كجزيئات كبيرة مذبذبة

البروتينات عبارة عن بولي إلكتروليت مذبذب ، أي تتحد ، مثل الأحماض الأمينية ، والخصائص الحمضية والأساسية. ومع ذلك ، فإن طبيعة المجموعات التي تعطي خصائص مذبذبة للبروتينات بعيدة كل البعد عن نفس طبيعة الأحماض الأمينية. تعود الخصائص الحمضية القاعدية للأحماض الأمينية في المقام الأول إلى وجود مجموعات α-amino و α-carboxyl (زوج حمض القاعدة). في جزيئات البروتين ، تشارك هذه المجموعات في تكوين روابط الببتيد ، ويتم إعطاء البروتينات المذبذبة من قبل مجموعات القاعدة الحمضية من الجذور الجانبية للأحماض الأمينية التي تشكل البروتين. بالطبع ، يوجد في كل جزيء بروتين أصلي (سلسلة بولي ببتيد) على الأقل مجموعة α-amino و α-carboxyl (إذا كان للبروتين بنية ثلاثية فقط). في البروتين ذي البنية الرباعية ، يكون عدد المجموعات الطرفية -NH 2 و -COOH مساويًا لعدد الوحدات الفرعية أو البروتومرات. ومع ذلك ، لا يمكن لمثل هذا العدد الصغير من هذه المجموعات أن يفسر الطبيعة المذبذبة لجزيئات البروتين الكبيرة. نظرًا لأن معظم المجموعات القطبية تقع على سطح البروتينات الكروية ، فإنها تحدد خصائص القاعدة الحمضية وشحنة جزيء البروتين. يتم إعطاء الخصائص الحمضية للبروتين عن طريق الأحماض الأمينية الحمضية (الأسبارتيك ، الجلوتاميك والأمينوسيتريك) ، ويتم إعطاء الخصائص القلوية بواسطة الأحماض الأمينية الأساسية (ليسين ، أرجينين ، هيستيدين). كلما زادت الأحماض الأمينية الحمضية التي يحتوي عليها البروتين ، كلما كانت خصائصه الحمضية أكثر وضوحًا ، وكلما تم تضمين المزيد من الأحماض الأمينية الأساسية في البروتين ، كلما ظهرت خصائصه الأساسية أقوى. التفكك الضعيف لمجموعة SH من السيستين والمجموعة الفينولية من التيروزين (يمكن اعتبارها أحماض ضعيفة) ليس له أي تأثير تقريبًا على مذبذبة البروتينات.

خصائص العازلة. على الرغم من أن البروتينات لها خصائص عازلة ، إلا أن قدرتها على قيم الأس الهيدروجيني الفسيولوجية محدودة. الاستثناء هو البروتينات التي تحتوي على الكثير من الهيستيدين ، حيث أن المجموعة الجانبية فقط من الهيستيدين لها خصائص عازلة في نطاق الأس الهيدروجيني القريب من الفسيولوجية. يوجد عدد قليل جدًا من هذه البروتينات. الهيموغلوبين هو البروتين الوحيد الذي يحتوي على ما يصل إلى 8٪ هيستيدين ، وهو عازل قوي داخل الخلايا في كريات الدم الحمراء ، ويحافظ على درجة حموضة الدم عند مستوى ثابت.

تعتمد شحنة جزيء البروتين على محتوى الأحماض الأمينية الحمضية والأساسية فيه ، أو بالأحرى ، على تأين المجموعات الحمضية والأساسية للجذر الجانبي لهذه الأحماض الأمينية. يؤدي تفكك مجموعات COOH من الأحماض الأمينية الحمضية إلى ظهور شحنة سالبة على سطح البروتين ، وتحمل الجذور الجانبية للأحماض الأمينية القلوية شحنة موجبة (بسبب إضافة H + إلى المجموعات الرئيسية). في جزيء البروتين الأصلي ، يتم توزيع الشحنات بشكل غير متماثل اعتمادًا على الترتيب المكاني لسلسلة البولي ببتيد. إذا كانت الأحماض الأمينية الحمضية هي السائدة على الأحماض الأساسية في البروتين ، فعندئذٍ يكون جزيء البروتين بشكل عام كهربيًا ، أي أنه بوليانيون ، والعكس صحيح ، إذا كانت الأحماض الأمينية الأساسية هي السائدة ، فإنها تكون موجبة الشحنة ، أي أنها تتصرف مثل بوليكيشن.

تعتمد الشحنة الكلية لجزيء البروتين ، بالطبع ، على الرقم الهيدروجيني للوسط: في الوسط الحمضي يكون موجبًا ، وفي الوسط القلوي يكون سالبًا. تسمى قيمة الأس الهيدروجيني التي يكون فيها البروتين صافي شحنة صفر نقطة تساوي الكهرباء للبروتين. في هذه المرحلة ، لا يتحرك البروتين في المجال الكهربائي. يتم تحديد النقطة المتساوية الكهربية لكل بروتين من خلال نسبة المجموعات الحمضية والأساسية من الجذور الجانبية للأحماض الأمينية: كلما زادت نسبة الأحماض الأمينية الحمضية / الأساسية في البروتين ، انخفضت نقطة تساوي الكهرباء. تحتوي البروتينات الحمضية على درجة حموضة 1< 7, у нейтральных рН 1 около 7, а у основных рН 1 >7. عند قيم الأس الهيدروجيني أقل من نقطة تساوي الكهرباء ، يحمل البروتين شحنة موجبة ، وما فوق - شحنة سالبة. يقع متوسط ​​نقطة تساوي الكهرباء لجميع البروتينات السيتوبلازمية في حدود 5.5. لذلك ، عند درجة الحموضة الفسيولوجية (حوالي 7.0 - 7.4) ، يكون للبروتينات الخلوية شحنة سالبة إجمالية. تتم موازنة الشحنات السالبة الزائدة من البروتينات داخل الخلية ، كما ذكرنا سابقًا ، بواسطة الكاتيونات غير العضوية.

تعد معرفة النقطة الكهربية مهمة جدًا لفهم استقرار البروتينات في المحاليل ، نظرًا لأن البروتينات هي الأقل استقرارًا في الحالة الكهربية المتساوية. يمكن أن تلتصق جزيئات البروتين غير المشحونة ببعضها البعض وتتراكم.

الخصائص الغروية والتناضحية للبروتينات

سلوك البروتينات في المحاليل له بعض الخصائص. تكون المحاليل الغروانية العادية مستقرة فقط في وجود عامل استقرار يمنع الغرويات من الاستقرار في واجهة المذيب المذاب.

المحاليل المائية للبروتينات مستقرة ومتوازنة ؛ فهي لا تترسب (لا تتخثر) بمرور الوقت ولا تتطلب وجود مثبتات. حلول البروتين متجانسة ويمكن تصنيفها في جوهرها على أنها حلول حقيقية. ومع ذلك ، فإن الوزن الجزيئي العالي للبروتينات يعطي حلولها العديد من خصائص الأنظمة الغروانية:

• الخصائص البصرية المميزة (بريق المحاليل وقدرتها على تشتيت أشعة الضوء المرئي) [تبين] .

  الخصائص البصرية للبروتينات. محاليل البروتينات ، وخاصة المركزة منها ، لها بريق مميز. عندما يضيء محلول البروتين بشكل جانبي ، تصبح أشعة الضوء فيه مرئية وتشكل مخروطًا أو شريطًا مضيئًا - تأثير تيندال (في محاليل البروتين المخففة للغاية ، لا يكون البريق مرئيًا ويكون مخروط تيندال المضيء غائبًا تقريبًا). يتم تفسير تأثير تشتت الضوء من خلال حيود أشعة الضوء بواسطة جزيئات البروتين في المحلول. يُعتقد أنه في بروتوبلازم الخلية ، يكون البروتين في شكل محلول غرواني - محلول غرواني. تُستخدم قدرة البروتينات والجزيئات البيولوجية الأخرى (الأحماض النووية ، السكريات المتعددة ، إلخ) على تشتيت الضوء في الدراسة المجهرية للهياكل الخلوية: في المجال المظلم للميكروسكوب ، تكون الجسيمات الغروية مرئية على شكل بقع ضوئية في السيتوبلازم.

  تُستخدم قدرة تشتت الضوء للبروتينات والمواد الجزيئية الأخرى لتحديدها الكمي عن طريق قياس الكلى ، مقارنة شدة تشتت الضوء بواسطة الجسيمات المعلقة للاختبار والمحلول القياسي.

• معدل انتشار منخفض [تبين] .

  معدل انتشار منخفض. الانتشار هو الحركة التلقائية للجزيئات الذائبة بسبب تدرج التركيز (من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض). تتمتع البروتينات بمعدل انتشار محدود مقارنة بالجزيئات والأيونات العادية ، التي تتحرك أسرع من البروتينات بمئات إلى آلاف المرات. يعتمد معدل انتشار البروتينات على شكل جزيئاتها أكثر من اعتمادها على وزنها الجزيئي. البروتينات الكروية في المحاليل المائية أكثر قدرة على الحركة من البروتينات الليفية.

  يعد انتشار البروتينات أمرًا ضروريًا للعمل الطبيعي للخلية. يمكن أن يؤدي تركيب البروتينات في أي جزء من الخلية (حيث توجد الريبوسومات) ، في غياب الانتشار ، إلى تراكم البروتينات في موقع تكوينها. يحدث التوزيع داخل الخلايا للبروتينات عن طريق الانتشار. نظرًا لأن معدل انتشار البروتين منخفض ، فإنه يحد من معدل العمليات التي تعتمد على وظيفة البروتين المنتشر في المنطقة المقابلة من الخلية.

• عدم القدرة على اختراق الأغشية شبه النفاذة [تبين] .

  الخصائص الاسموزية للبروتينات. لا يمكن للبروتينات ، بسبب وزنها الجزيئي العالي ، أن تنتشر من خلال غشاء شبه نافذ ، في حين أن المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض تمر بسهولة عبر هذه الأغشية. تُستخدم خاصية البروتينات هذه في الممارسة العملية لتنقية محاليلها من الشوائب منخفضة الجزيئات. هذه العملية تسمى غسيل الكلى.

  يؤدي عدم قدرة البروتينات على الانتشار عبر الأغشية شبه المنفذة إلى ظاهرة التناضح ، أي حركة جزيئات الماء عبر غشاء شبه نافذ إلى محلول بروتيني. إذا تم فصل محلول البروتين عن الماء بواسطة غشاء السيلوفان ، فعندما تسعى جاهدة لتحقيق التوازن ، تنتشر جزيئات الماء في محلول البروتين. ومع ذلك ، فإن حركة الماء في الفضاء حيث يوجد البروتين تزيد من الضغط الهيدروستاتيكي فيه (ضغط عمود الماء) ، مما يمنع المزيد من انتشار جزيئات الماء إلى البروتين.

  يسمى الضغط أو القوة التي يجب تطبيقها لإيقاف التدفق التناضحي للماء الضغط الاسموزي. يتناسب الضغط التناضحي في محاليل البروتين المخففة للغاية مع التركيز المولي للبروتين ودرجة الحرارة المطلقة.

  كما أن الأغشية البيولوجية غير منفذة للبروتين ، لذا فإن الضغط التناضحي الناتج عن البروتين يعتمد على تركيزه داخل وخارج الخلية. يسمى الضغط الأسموزي الناتج عن البروتين أيضًا بالضغط الورمي.

• حلول اللزوجة العالية [تبين] .

  محاليل بروتينية عالية اللزوجة. تعتبر اللزوجة العالية نموذجية ليس فقط لمحاليل البروتين ، ولكن بشكل عام لمحاليل المركبات الجزيئية. مع زيادة تركيز البروتين ، تزداد لزوجة المحلول ، حيث تزداد قوى الالتصاق بين جزيئات البروتين. تعتمد اللزوجة على شكل الجزيئات. دائمًا ما تكون محاليل البروتينات الليفية أكثر لزوجة من محاليل البروتينات الكروية. تتأثر لزوجة المحاليل بشدة بدرجة الحرارة ووجود الإلكتروليتات. مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض لزوجة محاليل البروتين. إضافات بعض الأملاح ، مثل الكالسيوم ، تزيد من اللزوجة عن طريق تعزيز التصاق الجزيئات بمساعدة جسور الكالسيوم. في بعض الأحيان تزداد لزوجة محلول البروتين بشكل كبير لدرجة أنه يفقد السيولة وينتقل إلى حالة شبيهة بالهلام.

• القدرة على التبلور [تبين] .

  قدرة البروتينات على تكوين المواد الهلامية. يمكن أن يؤدي التفاعل بين جزيئات البروتين الكبيرة في المحلول إلى تكوين شبكات هيكلية ، داخلها جزيئات الماء المحاصرة. تسمى هذه الأنظمة المهيكلة بالهلام أو الهلام. يُعتقد أن بروتين بروتوبلازم الخلية يمكن أن ينتقل إلى حالة شبيهة بالهلام. مثال نموذجي - جسم قنديل البحر مثل الهلام الحي ، محتوى الماء فيه يصل إلى 90٪.

  تستمر عملية التبلور بسهولة أكبر في محاليل البروتينات الليفية ؛ يعزز شكلها على شكل قضيب اتصالًا أفضل بنهايات الجزيئات الكبيرة. هذا معروف جيدًا من الممارسة اليومية. يتم تحضير الهلام الغذائي من منتجات (العظام والغضاريف واللحوم) التي تحتوي على كميات كبيرة من البروتينات الليفية.

  في عملية حياة الجسم ، فإن حالة الهياكل البروتينية الشبيهة بالهلام لها أهمية فسيولوجية كبيرة. تتمتع بروتينات الكولاجين للعظام والأوتار والغضاريف والجلد ، وما إلى ذلك ، بقوة عالية وصلابة ومرونة ، لأنها في حالة شبيهة بالهلام. يقلل ترسب الأملاح المعدنية أثناء الشيخوخة من تماسكها ومرونتها. في شكل يشبه الهلام أو الجيلاتين ، يوجد الأكتوميوسين في خلايا العضلات ، التي تؤدي وظيفة مقلصة.

  في الخلية الحية ، تحدث عمليات تشبه انتقال سول-جل. إن بروتوبلازم الخلية عبارة عن سائل لزج شبيه بالحيوية ، حيث توجد جزر من الهياكل الشبيهة بالهلام.

ترطيب البروتينات والعوامل المؤثرة في قابليتها للذوبان

البروتينات هي مواد محبة للماء. إذا قمت بإذابة بروتين جاف في الماء ، فإنه في البداية ، مثل أي مركب جزيئي عالي المحبة للماء ، يتضخم ، ثم تبدأ جزيئات البروتين بالمرور تدريجيًا إلى المحلول. أثناء الانتفاخ ، تخترق جزيئات الماء البروتين وترتبط بمجموعاته القطبية. يتم فك التعبئة الكثيفة لسلاسل البولي ببتيد. يمكن اعتبار البروتين المتورم بمثابة محلول خلفي ، أي محلول من جزيئات الماء في مادة ذات وزن جزيئي مرتفع - بروتين. يؤدي الامتصاص الإضافي للماء إلى فصل جزيئات البروتين عن الكتلة الكلية والانحلال. لكن التورم لا يؤدي دائمًا إلى الانحلال ؛ تظل بعض البروتينات ، مثل الكولاجين ، منتفخة بعد امتصاص كميات كبيرة من الماء.

يرتبط الذوبان بترطيب البروتينات ، أي ارتباط جزيئات الماء بالبروتينات. يرتبط الماء الرطب بقوة بجزيء البروتين الضخم بحيث يصعب فصله. لا يشير هذا إلى امتصاص بسيط ، ولكن يشير إلى الارتباط الكهروستاتيكي لجزيئات الماء مع مجموعات قطبية من الجذور الجانبية للأحماض الأمينية الحمضية التي تحمل شحنة سالبة والأحماض الأمينية الأساسية التي تحمل شحنة موجبة.

ومع ذلك ، يرتبط جزء من ماء الإماهة بمجموعات الببتيد ، التي تشكل روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. على سبيل المثال ، تتضخم عديد الببتيدات ذات المجموعات الجانبية غير القطبية أيضًا ، أي ربط الماء. وبالتالي ، فإن كمية كبيرة من الماء تربط الكولاجين ، على الرغم من أن هذا البروتين يحتوي في الغالب على أحماض أمينية غير قطبية. الماء ، من خلال الارتباط بمجموعات الببتيد ، يدفع سلاسل البولي ببتيد المطولة بعيدًا. ومع ذلك ، لا تسمح الروابط المتداخلة (الجسور) لجزيئات البروتين بالانفصال عن بعضها البعض والدخول في محلول. عندما يتم تسخين المواد الخام التي تحتوي على الكولاجين ، تنكسر الجسور المتداخلة في ألياف الكولاجين وتنتقل سلاسل البولي ببتيد الصادرة إلى المحلول. يسمى هذا الجزء من الكولاجين القابل للذوبان المتحلل جزئيًا بالجيلاتين. يشبه الجيلاتين في التركيب الكيميائي للكولاجين ، حيث ينتفخ بسهولة ويذوب في الماء ، مكونًا سوائل لزجة. الخاصية المميزة للجيلاتين هي القدرة على الهلام. تستخدم المحاليل المائية للجيلاتين على نطاق واسع في الممارسة الطبية كعامل بديل للبلازما وعامل مرقئ ، والقدرة على الهلام - في تصنيع الكبسولات في الممارسة الصيدلانية.

العوامل المؤثرة على ذوبان البروتينات. تختلف قابلية ذوبان البروتينات المختلفة بشكل كبير. يتم تحديده من خلال تكوين الأحماض الأمينية (تعطي الأحماض الأمينية القطبية قابلية ذوبان أكبر من تلك غير القطبية) ، وخصائص التنظيم (البروتينات الكروية عادة ما تكون قابلة للذوبان بشكل أفضل من البروتينات الليفية) ، وخصائص المذيبات. على سبيل المثال ، تذوب البروتينات النباتية - البرولامين - في 60-80٪ كحول ، وألبومينات - في الماء وفي محاليل ملح ضعيفة ، والكولاجين والكيراتين غير قابل للذوبان في معظم المذيبات.

تكون محاليل البروتين مستقرة بسبب شحن جزيء البروتين وقشرة الترطيب. كل جزيء كبير من بروتين فردي له شحنة كلية من نفس العلامة ، مما يمنعهم من الالتصاق ببعضهم البعض في المحلول والترسيب. أي شيء يساهم في الحفاظ على الشحنة وقشرة الترطيب يسهل ذوبان البروتين واستقراره في المحلول. هناك علاقة وثيقة بين شحنة البروتين (أو عدد الأحماض الأمينية القطبية الموجودة فيه) والترطيب: فكلما زاد عدد الأحماض الأمينية القطبية في البروتين ، زاد ارتباط الماء (لكل 1 جرام من البروتين). يصل قشرة الترطيب للبروتين في بعض الأحيان إلى حجم كبير ، ويمكن أن يصل الماء المائي إلى 1/5 من كتلته.

صحيح أن بعض البروتينات تكون أكثر ترطيبًا وأقل قابلية للذوبان. على سبيل المثال ، الكولاجين يربط الماء أكثر من العديد من البروتينات الكروية عالية الذوبان ، لكنه لا يذوب. يتم إعاقة قابلية الذوبان من خلال الميزات الهيكلية - الروابط المتقاطعة بين سلاسل البولي ببتيد. تشكل مجموعات البروتين المشحونة في بعض الأحيان العديد من الروابط الأيونية (الملح) داخل جزيء البروتين أو بين جزيئات البروتين ، مما يمنع تكوين الروابط بين جزيئات الماء ومجموعات البروتين المشحونة. لوحظت ظاهرة متناقضة: هناك العديد من المجموعات الأنيونية أو الموجبة في البروتين ، وقابلية ذوبانها في الماء منخفضة. تسبب جسور الملح بين الجزيئات جزيئات البروتين في الالتصاق معًا والترسب.

ما هي العوامل البيئية التي تؤثر على ذوبان البروتينات واستقرارها في المحاليل؟

• تأثير الأملاح المحايدة [تبين] .

  تزيد الأملاح المحايدة بتركيزات صغيرة من قابلية الذوبان حتى للبروتينات غير القابلة للذوبان في الماء النقي (على سبيل المثال ، euglobulins). هذا يرجع إلى حقيقة أن أيونات الملح ، التي تتفاعل مع مجموعات مشحونة من جزيئات البروتين ، تدمر جسور الملح بين جزيئات البروتين. زيادة تركيز الأملاح (زيادة القوة الأيونية للمحلول) لها تأثير معاكس (انظر أدناه - التمليح).

• تأثير متوسط ​​درجة الحموضة [تبين] .

  يؤثر الرقم الهيدروجيني للوسط على شحنة البروتين وبالتالي قابليته للذوبان. يكون البروتين الأقل استقرارًا في الحالة الكهربية ، أي عندما تكون شحنته الإجمالية صفرًا. تسمح إزالة الشحنة لجزيئات البروتين بالاقتراب بسهولة من بعضها البعض ، والالتصاق ببعضها البعض والترسب. هذا يعني أن قابلية ذوبان البروتين واستقراره سيكونان في حده الأدنى عند درجة الحموضة المقابلة للنقطة الكهربية للبروتين.

• تأثير درجة الحرارة [تبين] .

  لا توجد علاقة صارمة بين درجة الحرارة وطبيعة ذوبان البروتين. تذوب بعض البروتينات (الجلوبيولين ، البيبسين ، فسفوريلاز العضلات) في المحاليل المائية أو المالحة بشكل أفضل مع زيادة درجة الحرارة ؛ البعض الآخر (ألدولاز العضلات ، الهيموجلوبين ، إلخ) أسوأ.

• تأثير البروتين المشحون بشكل مختلف [تبين] .

  إذا تمت إضافة بروتين هو polycation (بروتين أساسي) إلى محلول من البروتين الذي هو بوليانيون (بروتين حمضي) ، فإنها تشكل تكتلات. في هذه الحالة ، يفقد الاستقرار بسبب تحييد الشحنات وترسب البروتينات. تُستخدم هذه الميزة أحيانًا لعزل البروتين المطلوب من خليط البروتينات.

يملح

تُستخدم محاليل الأملاح المحايدة على نطاق واسع ليس فقط لزيادة قابلية ذوبان البروتين ، على سبيل المثال ، عند عزله عن المواد البيولوجية ، ولكن أيضًا للترسيب الانتقائي للبروتينات المختلفة ، أي تجزئتها. تسمى عملية ترسيب البروتينات بواسطة المحاليل الملحية المحايدة بالتمليح. من السمات المميزة للبروتينات التي يتم الحصول عليها عن طريق التمليح أنها تحتفظ بخصائصها البيولوجية الأصلية بعد إزالة الملح.

آلية التمليح هي أن الأنيونات والكاتيونات المضافة للمحلول الملحي تزيل قشرة الترطيب للبروتينات ، والتي تعد أحد عوامل ثباتها. من المحتمل أن يتم تحييد شحنات البروتين بواسطة أيونات الملح في وقت واحد ، مما يساهم أيضًا في ترسيب البروتينات.

تتجلى القدرة على التخلص من الملح في أنيون الملح. وفقًا لقوة حركة التمليح ، يتم ترتيب الأنيونات والكاتيونات في الصفوف التالية:

• SO 4 2-> C 6 H 5 O 7 3-> CH 3 COO -> Cl -> NO 3 -> Br -> I -> CNS -
• Li +> Na +> K +> Pb +> Cs +

هذه السلسلة تسمى ليوتروبيك.

للكبريتات تأثير قوي في التمليح في هذه السلسلة. في الممارسة العملية ، غالبًا ما يستخدم الصوديوم وكبريتات الأمونيوم لتمليح البروتينات. بالإضافة إلى الأملاح ، يتم ترسيب البروتينات بعوامل إزالة المياه العضوية (الإيثانول ، الأسيتون ، الميثانول ، إلخ). في الواقع ، هذا هو نفس التمليح.

يستخدم التمليح على نطاق واسع لفصل البروتينات وتنقيتها ، لأن العديد من البروتينات تختلف في حجم قشرة الماء وحجم شحناتها. لكل منها منطقة تمليح خاصة بها ، أي تركيز الملح الذي يسمح بالجفاف وترسيب البروتين. بعد إزالة عامل التمليح ، يحتفظ البروتين بجميع خصائصه ووظائفه الطبيعية.

التمسخ (التمسخ) وإعادة التشبع (إعادة التنشيط)

تحت تأثير المواد المختلفة التي تنتهك أعلى مستويات تنظيم جزيء البروتين (ثانوي ، ثالث ، رباعي) مع الحفاظ على الهيكل الأساسي ، يفقد البروتين خصائصه الفيزيائية والكيميائية الأصلية ، والأهم من ذلك ، الخصائص البيولوجية. هذه الظاهرة تسمى تمسخ (تمسخ). إنها مميزة فقط للجزيئات التي لها تنظيم مكاني معقد. الببتيدات الاصطناعية والطبيعية ليست قادرة على التمسخ.

أثناء التمسخ ، يتم كسر الروابط التي تثبت الهياكل الرباعية والثالثية وحتى الثانوية. تتكشف سلسلة البولي ببتيد وتكون في محلول إما في شكل غير مطوي أو في شكل ملف عشوائي. في هذه الحالة ، يتم فقد قشرة الماء وترسب البروتين. ومع ذلك ، يختلف البروتين المحوَّل الصفات المترسبة عن نفس البروتين المترسب عن طريق التمليح ، لأنه في الحالة الأولى يفقد خصائصه الأصلية ، بينما يحتفظ به في الحالة الثانية. يشير هذا إلى أن آلية عمل المواد التي تسبب تمسخًا وتمليحًا مختلفة. أثناء التمليح ، يتم الحفاظ على التركيب الأصلي للبروتين ، وأثناء تمسخه ، يتم تدميره.

تنقسم عوامل التحوير إلى

• بدني [تبين] .

  تشمل العوامل الفيزيائية: درجة الحرارة والضغط والتأثير الميكانيكي والإشعاع فوق الصوتي والإشعاع المؤين.

  يعتبر التمسخ الحراري للبروتينات أكثر العمليات دراسة. كانت تعتبر واحدة من السمات المميزة للبروتينات. من المعروف منذ فترة طويلة أنه عند تسخينه ، يتخثر البروتين (يتخثر) ويترسب. معظم البروتينات قابلة للحرارة ، ولكن من المعروف أن البروتينات شديدة المقاومة للحرارة. على سبيل المثال ، التربسين ، كيموتريبسين ، الليزوزيم ، بعض بروتينات الغشاء البيولوجي. بروتينات البكتيريا التي تعيش في الينابيع الحارة تقاوم درجات الحرارة بشكل خاص. من الواضح ، في البروتينات القابلة للحرارة ، أن الحركة الحرارية لسلاسل البولي ببتيد الناتجة عن التسخين ليست كافية لكسر الروابط الداخلية لجزيئات البروتين. عند النقطة الكهروضوئية ، يتم تغيير طبيعة البروتينات بسهولة عن طريق الحرارة. تستخدم هذه التقنية في العمل العملي. من ناحية أخرى ، فإن بعض البروتينات تتلف في درجات الحرارة المنخفضة.

• المواد الكيميائية [تبين] .

  تشمل العوامل الكيميائية التي تسبب التمسخ: الأحماض والقلويات والمذيبات العضوية (الكحول والأسيتون) والمنظفات (المنظفات) وبعض الأميدات (اليوريا وأملاح الجوانيدين وما إلى ذلك) والقلويدات والمعادن الثقيلة (أملاح الزئبق والنحاس والباريوم والزنك والكادميوم وما إلى ذلك). تعتمد آلية تغيير طبيعة المواد الكيميائية على خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

  تستخدم الأحماض والقلويات على نطاق واسع كمرسبات للبروتين. تفسد العديد من البروتينات عند قيم الأس الهيدروجيني القصوى التي تقل عن 2 أو أعلى من 10-11. لكن بعض البروتينات تقاوم الأحماض والقلويات. على سبيل المثال ، الهستونات والبروتامين لا يتغير لونهما حتى عند درجة الحموضة 2 أو الرقم الهيدروجيني 10. كما أن المحاليل القوية من الإيثانول والأسيتون لها تأثير في تغيير طبيعة البروتينات ، على الرغم من استخدام هذه المذيبات العضوية لبعض البروتينات كعوامل تمليح.

  تستخدم المعادن الثقيلة والقلويدات منذ فترة طويلة كمرسبات ؛ أنها تشكل روابط قوية مع المجموعات القطبية من البروتينات وبالتالي كسر نظام الروابط الهيدروجينية والأيونية.

  يجب إيلاء اهتمام خاص لليوريا وأملاح الغوانيدين ، التي تتنافس بتركيزات عالية (لليوريا 8 مول / لتر ، لغوانيدين هيدروكلوريد 2 مول / لتر) مع مجموعات الببتيد لتشكيل روابط هيدروجينية. نتيجة لذلك ، يحدث التفكك إلى وحدات فرعية في البروتينات ذات البنية الرباعية ، ثم تتكشف سلاسل البولي ببتيد. إن خاصية اليوريا هذه مدهشة للغاية لدرجة أنها تستخدم على نطاق واسع لإثبات وجود بنية البروتين الرباعية وأهمية تنظيمها الهيكلي في تنفيذ الوظيفة الفسيولوجية.

خصائص البروتينات المشوهة . الأكثر شيوعًا للبروتينات المشوهة هي الميزات التالية.

• زيادة في عدد المجموعات التفاعلية أو الوظيفية مقارنة بجزيء البروتين الأصلي (المجموعات الوظيفية هي مجموعات من الجذور الجانبية للأحماض الأمينية: COOH ، NH 2 ، SH ، OH). توجد بعض هذه المجموعات عادة داخل جزيء البروتين ولا يتم اكتشافها بواسطة كواشف خاصة. يكشف كشف سلسلة البولي ببتيد أثناء التمسخ عن هذه المجموعات الإضافية أو المخفية.
• انخفاض قابلية الذوبان وترسيب البروتين (المرتبط بفقدان قشرة الماء ، وتكشف جزيء البروتين مع "التعرض" للجذور الكارهة للماء وتحييد شحنات المجموعات القطبية).
• تغيير في تكوين جزيء البروتين.
• فقدان النشاط البيولوجي الناجم عن انتهاك التنظيم الهيكلي الأصلي للجزيء.
• الانقسام الأسهل بواسطة الإنزيمات المحللة للبروتين مقارنة بالبروتين الأصلي ، فإن انتقال البنية الأصلية المدمجة إلى شكل فضفاض غير مطوي يسهل وصول الإنزيمات إلى روابط الببتيد للبروتين ، التي تدمرها.

الجودة الأخيرة للبروتين المشوه معروفة على نطاق واسع. تساهم المعالجة الحرارية أو غيرها من المنتجات التي تحتوي على البروتينات (اللحوم بشكل أساسي) في تحسين هضمها بمساعدة الإنزيمات المحللة للبروتين في الجهاز الهضمي. في معدة الإنسان والحيوان ، يتم إنتاج عامل تغيير طبيعة طبيعي - حمض الهيدروكلوريك ، والذي ، عن طريق تغيير طبيعة البروتينات ، يساعد على تكسيرها بواسطة الإنزيمات. ومع ذلك ، فإن وجود حمض الهيدروكلوريك والإنزيمات المحللة للبروتين لا يسمح باستخدام الأدوية البروتينية عن طريق الفم ، لأنها تتحول إلى طبيعتها وتنقسم على الفور ، مما يفقد نشاطها البيولوجي.

نلاحظ أيضًا أن المواد التي تؤدي إلى تغيير طبيعة البروتينات المترسبة تُستخدم في ممارسة الكيمياء الحيوية لأغراض أخرى غير التمليح. يتم استخدام التمليح كتقنية لعزل بروتين معين أو مجموعة من البروتينات ، ويستخدم التمسخ لتحرير خليط من أي مواد من البروتين. عن طريق إزالة البروتين ، يمكن الحصول على محلول خالي من البروتين أو يمكن القضاء على تأثير هذا البروتين.

لطالما كان يعتقد أن التمسخ لا رجوع فيه. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، فإن إزالة عامل تغيير الطبيعة (أجريت مثل هذه التجارب باستخدام اليوريا) يعيد النشاط البيولوجي للبروتين. تسمى عملية استعادة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للبروتين المشوه إعادة التأهيل أو إعادة التنشيط. إذا أعاد البروتين المشوه (بعد إزالة المواد المحوِّلة للطبيعة) تنظيم نفسه في الهيكل الأصلي ، فعندئذٍ يتم استعادة نشاطه البيولوجي.

صفحة 4

إجمالي الصفحات: 7

شكل جزيء البروتين. أظهرت الدراسات التي أجريت على التشكل الأصلي لجزيئات البروتين أن هذه الجسيمات في معظم الحالات لها شكل غير متماثل إلى حد ما. اعتمادًا على درجة عدم التناسق ، أي النسبة بين المحاور الطويلة (ب) والقصيرة (أ) لجزيء البروتين والبروتينات الكروية (الكروية) والبروتينات الليفية (الخيطية).

الكروية هي جزيئات بروتينية أدى فيها طي سلاسل البولي ببتيد إلى تكوين بنية كروية. من بينها هناك كروية ، بيضاوية الشكل وقضيب الشكل. تختلف في درجة عدم التناسق. على سبيل المثال ، يحتوي ألبومين البيض على b / a = 3 ، ويحتوي القمح gliadin على 11 ، ويحتوي زين الذرة على 20. العديد من البروتينات في الطبيعة كروية.

تشكل البروتينات الليفية شعيرات طويلة وغير متماثلة للغاية. كثير منهم لديهم وظيفة هيكلية أو ميكانيكية. هذه هي الكولاجين (ب / أ - 200) ، كيراتين ، فيبروين.

بروتينات كل مجموعة لها خصائصها المميزة. العديد من البروتينات الكروية قابلة للذوبان في الماء وتخفيف المحاليل الملحية. تتميز البروتينات الليفية القابلة للذوبان بمحلول لزج للغاية. البروتينات الكروية ، كقاعدة عامة ، لها قيمة بيولوجية جيدة - يتم امتصاصها أثناء الهضم ، في حين أن العديد من البروتينات الليفية ليست كذلك.

لا توجد حدود واضحة بين البروتينات الكروية والليفية. يحتل عدد من البروتينات موقعًا وسيطًا ويجمع بين ميزات كل من البروتينات الكروية والليفية. تشمل هذه البروتينات ، على سبيل المثال ، ميوسين العضلات (ب / أ = 75) وفبرينوجين الدم (ب / أ = 18). الميوسين له شكل يشبه القضيب ، مشابه لشكل البروتينات الليفية ، ومع ذلك ، مثل البروتينات الكروية ، فهو قابل للذوبان في المحاليل الملحية. محاليل الميوسين والفيبرينوجين لزجة. يتم امتصاص هذه البروتينات أثناء الهضم. في الوقت نفسه ، لا يتم امتصاص الأكتين ، وهو بروتين عضلي كروي.

تمسخ البروتين. التشكل الأصلي لجزيئات البروتين ليس جامدًا ، بل هو متقلب إلى حد ما (خطوط الطول "labilis" - انزلاق) ويمكن أن يتعرض للاضطراب الشديد تحت عدد من التأثيرات. يسمى انتهاك التكوين الأصلي للبروتين ، مصحوبًا بتغيير في خصائصه الأصلية دون كسر روابط الببتيد ، تمسخًا (لاتيني "denaturare" - لحرمان الخصائص الطبيعية) من البروتين.

يمكن أن يحدث تمسخ البروتينات لأسباب مختلفة تؤدي إلى تعطيل التفاعلات الضعيفة ، وكذلك إلى كسر روابط ثاني كبريتيد التي تثبت بنيتها الأصلية.

يؤدي تسخين معظم البروتينات إلى درجات حرارة أعلى من 50 درجة مئوية ، وكذلك الأشعة فوق البنفسجية وأنواع أخرى من الإشعاع عالي الطاقة ، إلى زيادة اهتزازات ذرات سلسلة البولي ببتيد ، مما يؤدي إلى تمزق الروابط المختلفة فيها. حتى الاهتزاز الميكانيكي يمكن أن يسبب تمسخ البروتين.

يحدث تمسخ البروتين أيضًا بسبب هجوم كيميائي. تؤثر الأحماض أو القلويات القوية على تأين المجموعات الحمضية والقاعدية ، مما يتسبب في اختلال الروابط الأيونية وبعض الروابط الهيدروجينية في جزيئات البروتين. اليوريا (H 2 N-CO-NH 2) والمذيبات العضوية - الكحولات والفينولات وما إلى ذلك - تكسر نظام الروابط الهيدروجينية وتضعف التفاعلات الكارهة للماء في جزيئات البروتين (اليوريا - بسبب انتهاك بنية الماء والمذيبات العضوية - بسبب إقامة اتصالات مع جذور الأحماض الأمينية غير القطبية). Mercaptoethanol يدمر روابط ثاني كبريتيد في البروتينات. تعطل أيونات المعادن الثقيلة التفاعلات الضعيفة.

أثناء التمسخ ، يحدث تغيير في خصائص البروتين ، وقبل كل شيء ، انخفاض في قابليته للذوبان. على سبيل المثال ، عند الغليان ، تتخثر البروتينات وتتسرب من المحاليل على شكل جلطات (كما هو الحال عند غليان بيضة دجاج). يحدث ترسيب البروتينات من المحاليل أيضًا تحت تأثير مرسبات البروتين ، والتي تُستخدم كحمض ثلاثي كلورو أسيتيك ، وكاشف بارنشتاين (خليط من هيدروكسيد الصوديوم مع كبريتات النحاس) ، ومحلول التانين ، إلخ.

أثناء التمسخ ، تقل قدرة البروتين على امتصاص الماء ، أي قدرته على الانتفاخ ؛ قد تظهر مجموعات كيميائية جديدة ، على سبيل المثال: عند التعرض لمقاييس الكابت إيثانول - مجموعات SH. نتيجة للتمسخ ، يفقد البروتين نشاطه البيولوجي.

على الرغم من أن الهيكل الأساسي للبروتين لا يتأثر بتمسخ الطبيعة ، فإن التغييرات لا رجعة فيها. ومع ذلك ، على سبيل المثال ، مع الإزالة التدريجية لليوريا عن طريق الغسيل الكلوي من محلول بروتين مشوه ، يحدث إعادة تكوينها: يتم استعادة البنية الأصلية للبروتين ، ومعها ، بدرجة أو بأخرى ، خصائصه الأصلية. يسمى هذا التمسخ قابل للانعكاس.

يحدث تمسخ البروتينات بشكل لا رجعة فيه أثناء شيخوخة الكائنات الحية. لذلك ، على سبيل المثال ، فإن بذور النباتات ، حتى في ظل ظروف التخزين المثلى ، تفقد قدرتها على الإنبات تدريجيًا.

يحدث تمسخ البروتين عند خبز الخبز ، وتجفيف المعكرونة ، والخضروات ، وأثناء الطهي ، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك ، تزداد القيمة البيولوجية لهذه البروتينات ، حيث يتم امتصاص البروتينات المحوَّلة (التالفة جزئيًا) بسهولة أكبر أثناء الهضم.

النقطة الكهروضوئية للبروتين. تحتوي البروتينات على مجموعات أساسية وحمضية مختلفة لديها القدرة على التأين. في وسط شديد الحموضة ، يتم بروتونات المجموعات الرئيسية (المجموعات الأمينية ، وما إلى ذلك) بشكل نشط ، وتكتسب جزيئات البروتين شحنة موجبة إجمالية ، وفي وسط قلوي قوي ، تنفصل مجموعات الكربوكسيل بسهولة ، وتكتسب جزيئات البروتين شحنة سالبة كلية.

مصادر الشحنة الموجبة في البروتينات هي الجذور الجانبية لبقايا الليسين والأرجينين والهيستيدين ، ومجموعة الأمينية من بقايا الأحماض الأمينية N- الطرفية. مصادر الشحنة السالبة هي الجذور الجانبية لبقايا حمض الأسبارتيك والجلوتاميك ، ومجموعة α-carboxyl لبقايا الأحماض الأمينية C- الطرفية.

عند قيمة pH معينة للوسيط ، هناك مساواة في الشحنات الموجبة والسالبة على سطح جزيء البروتين ، أي أن إجمالي شحنته الكهربائية يساوي صفرًا. تسمى قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول ، حيث يكون جزيء البروتين محايدًا كهربائيًا ، نقطة تساوي الكهرباء للبروتين (pi).

النقاط الكهروضوئية هي ثوابت مميزة للبروتينات. يتم تحديدها من خلال تكوين الأحماض الأمينية وهيكلها: عدد وترتيب بقايا الأحماض الأمينية الحمضية والأساسية في سلاسل البولي ببتيد. تقع النقاط المتساوية الكهربية للبروتينات ، التي تسود فيها بقايا الأحماض الأمينية الحمضية ، في منطقة الأس الهيدروجيني.<7, а белков, в которых преобладают остатки основных аминокислот - в области рН>7. النقاط المتساوية الكهربية لمعظم البروتينات في بيئة حمضية قليلاً.

في الحالة الكهروضوئية ، يكون لمحاليل البروتين حد أدنى من اللزوجة. هذا بسبب تغيير في شكل جزيء البروتين. عند النقطة الكهروضوئية ، تنجذب المجموعات المشحونة بشكل معاكس إلى بعضها البعض ، وتلتف البروتينات إلى كرات. عندما ينتقل الأس الهيدروجيني من النقطة المتساوية الكهربية ، تتنافر المجموعات المتشابهة الشحنة ، وتتكشف جزيئات البروتين. في الحالة غير المطوية ، تعطي جزيئات البروتين المحاليل لزوجة أعلى من اللزوجة الملتفة إلى كرات.

عند النقطة الكهربية ، يكون للبروتينات أقل قابلية للذوبان ويمكن أن تترسب بسهولة.

ومع ذلك ، فإن ترسيب البروتينات عند النقطة الكهربية لا يحدث حتى الآن. يتم منع ذلك عن طريق جزيئات الماء المهيكلة التي تحتفظ بجزء كبير من جذور الأحماض الأمينية الكارهة للماء على سطح كريات البروتين.

يمكن ترسيب البروتينات باستخدام مذيبات عضوية (كحول ، أسيتون) ، والتي تعطل نظام الاتصالات الكارهة للماء في جزيئات البروتين ، بالإضافة إلى تركيزات عالية من الملح (تمليح) ، مما يقلل من ترطيب كريات البروتين. في الحالة الأخيرة ، يذهب جزء من الماء لإذابة الملح ويتوقف عن المشاركة في إذابة البروتين. مثل هذا الحل ، بسبب نقص المذيب ، يصبح مفرط التشبع ، مما يستلزم ترسيب جزء منه في الراسب. تبدأ جزيئات البروتين في الالتصاق ببعضها البعض ، وتشكيل جزيئات أكبر من أي وقت مضى ، تترسب تدريجياً خارج المحلول.

الخصائص البصرية للبروتين. محاليل البروتينات لها نشاط بصري ، أي القدرة على تدوير مستوى استقطاب الضوء. ترجع خاصية البروتينات هذه إلى وجود عناصر غير متماثلة في جزيئاتها - ذرات الكربون غير المتماثلة واللولب الأيمن.

عندما يتم تغيير طبيعة البروتين ، تتغير خصائصه البصرية ، وهو ما يرتبط بتدمير الحلزون. تعتمد الخصائص الضوئية للبروتينات المشوهة بالكامل فقط على وجود ذرات كربون غير متماثلة فيها.

من خلال الاختلاف في مظهر الخواص البصرية للبروتين قبل وبعد التمسخ ، يمكن للمرء تحديد درجة تصاعده.

ردود الفعل النوعية على البروتينات. تتميز البروتينات بتفاعلات الألوان بسبب وجود مجموعات كيميائية معينة فيها. غالبًا ما تستخدم هذه التفاعلات للكشف عن البروتينات.

عند إضافة كبريتات النحاس والقلويات إلى محلول البروتين ، يظهر لون أرجواني مرتبط بتكوين معقدات من أيونات النحاس مع مجموعات الببتيد من البروتين. نظرًا لأن هذا التفاعل يعطي البيوريت (H 2 N-CO-NH-CO-NH 2) ، يطلق عليه biuret. غالبًا ما يستخدم في التحديد الكمي للبروتين ، جنبًا إلى جنب مع طريقة I. Kjeldahl ، نظرًا لأن كثافة اللون الناتج تتناسب مع تركيز البروتين في المحلول.

عندما يتم تسخين محاليل البروتين بحمض النيتريك المركز ، يظهر لون أصفر بسبب تكوين مشتقات النيترو للأحماض الأمينية العطرية. يسمى هذا التفاعل xantoprotein(اليونانية "زانثوس" - أصفر).

تتفاعل العديد من محاليل البروتين ، عند تسخينها ، مع محلول نترات الزئبق ، الذي يشكل مركبات قرمزية معقدة مع الفينولات ومشتقاتها. هذا هو اختبار Millon النوعي للتيروزين.

نتيجة لتسخين معظم محاليل البروتين بأسيتات الرصاص في وسط قلوي ، تترسب ترسبات كبريتيد الرصاص سوداء اللون. يستخدم هذا التفاعل للكشف عن الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت ويسمى تفاعل Fohl.