§ 9. คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโปรตีน

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่มาก ขนาดอาจด้อยกว่าตัวแทนของกรดนิวคลีอิกและโพลีแซคคาไรด์แต่ละชนิดเท่านั้น ตารางที่ 4 แสดงลักษณะโมเลกุลของโปรตีนบางชนิด

ตารางที่ 4

ลักษณะโมเลกุลของโปรตีนบางชนิด

	น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์	จำนวนวงจร	จำนวนกรดอะมิโนตกค้าง
ไรโบนิวคลีเอส
ไมโอโกลบิน
ไคโมทริปซิน
เฮโมโกลบิน
กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส

โมเลกุลของโปรตีนสามารถมีจำนวนกรดอะมิโนที่แตกต่างกันมาก - ตั้งแต่ 50 ถึงหลายพัน มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของโปรตีนยังแตกต่างกันอย่างมาก - จากหลายพัน (อินซูลิน, ไรโบนิวคลีเอส) ถึงหนึ่งล้าน (กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส) หรือมากกว่านั้น จำนวนสายโพลีเปปไทด์ในโปรตีนมีตั้งแต่หนึ่งถึงหลายหมื่นหรือหลายพัน ดังนั้นโปรตีนของไวรัสโมเสคยาสูบจึงมีโปรโตเมอร์ 2120 ตัว

เมื่อทราบน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของโปรตีน เราสามารถประมาณจำนวนกรดอะมิโนที่ตกค้างอยู่ในองค์ประกอบของโปรตีนได้โดยประมาณ น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์เฉลี่ยของกรดอะมิโนที่สร้างสายพอลิเปปไทด์คือ 128 เมื่อสร้างพันธะเพปไทด์ โมเลกุลของน้ำจะถูกแยกออก ดังนั้น มวลสัมพัทธ์เฉลี่ยของกรดอะมิโนที่เหลือจะเท่ากับ 128 - 18 = 110 เมื่อใช้ข้อมูลเหล่านี้ เราสามารถคำนวณได้ว่าโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ 100,000 จะประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 909 ตัว

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของโมเลกุลโปรตีน

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของโปรตีนถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของกรดอะมิโนที่มีประจุบวกและประจุลบบนพื้นผิวของมัน การปรากฏตัวของกลุ่มโปรตีนที่มีประจุจะเป็นตัวกำหนดประจุรวมของโมเลกุลโปรตีน ถ้ากรดอะมิโนที่มีประจุลบครอบงำโปรตีน โมเลกุลของมันในสารละลายที่เป็นกลางจะมีประจุลบ ถ้ากรดอะมิโนที่มีประจุบวกครอบงำ โมเลกุลนั้นจะมีประจุบวก ประจุรวมของโมเลกุลโปรตีนยังขึ้นอยู่กับความเป็นกรด (pH) ของตัวกลางด้วย เมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเพิ่มขึ้น (การเพิ่มขึ้นของความเป็นกรด) การแยกตัวของกลุ่มคาร์บอกซิลจะถูกระงับ:

และในเวลาเดียวกัน จำนวนของกลุ่มอะมิโนที่โปรตอนจะเพิ่มขึ้น

ดังนั้น เมื่อความเป็นกรดในตัวกลางเพิ่มขึ้น จำนวนกลุ่มที่มีประจุลบบนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีนจึงลดลง และจำนวนของกลุ่มที่มีประจุบวกจะเพิ่มขึ้น สังเกตภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนลดลงและความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนเพิ่มขึ้น จำนวนหมู่คาร์บอกซิลที่แยกตัวออกจะเพิ่มขึ้น

และจำนวนหมู่อะมิโนที่ถูกโปรตอนจะลดลง

ดังนั้น โดยการเปลี่ยนความเป็นกรดของตัวกลาง ประจุของโมเลกุลโปรตีนก็จะเปลี่ยนไปด้วย ด้วยการเพิ่มความเป็นกรดของตัวกลางในโมเลกุลโปรตีน จำนวนกลุ่มที่มีประจุลบจะลดลงและจำนวนของกลุ่มที่มีประจุบวกเพิ่มขึ้น โมเลกุลจะค่อยๆ สูญเสียประจุลบและรับประจุบวก เมื่อความเป็นกรดของสารละลายลดลงทำให้เห็นภาพตรงกันข้าม เห็นได้ชัดว่าที่ค่า pH ค่าหนึ่ง โมเลกุลจะเป็นกลางทางไฟฟ้า จำนวนกลุ่มที่มีประจุบวกจะเท่ากับจำนวนของกลุ่มที่มีประจุลบ และประจุรวมของโมเลกุลจะเป็นศูนย์ (รูปที่ 14)

ค่า pH ที่ประจุรวมของโปรตีนเป็นศูนย์เรียกว่าจุดไอโซอิเล็กทริกและแสดงแทนปี่.

ข้าว. 14. ในสถานะของจุดไอโซอิเล็กทริก ประจุรวมของโมเลกุลโปรตีนจะเป็นศูนย์

จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีนส่วนใหญ่อยู่ในช่วง pH 4.5 ถึง 6.5 อย่างไรก็ตามมีข้อยกเว้น ด้านล่างนี้คือจุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีนบางชนิด:

ที่ค่า pH ต่ำกว่าจุดไอโซอิเล็กทริก โปรตีนจะมีประจุบวกทั้งหมด และเหนือค่านั้นจะมีประจุลบทั้งหมด

ที่จุดไอโซอิเล็กตริก ความสามารถในการละลายของโปรตีนมีน้อยมาก เนื่องจากโมเลกุลในสถานะนี้มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่มีแรงผลักซึ่งกันและกัน ดังนั้นพวกมันจึงสามารถ "เกาะติดกัน" ได้เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนและไอออนิก อันตรกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ แวน กองกำลังเดอร์วาลส์ ที่ค่า pH แตกต่างจาก pI โมเลกุลของโปรตีนจะมีประจุเท่ากัน - อาจเป็นบวกหรือลบ ด้วยเหตุนี้ แรงผลักไฟฟ้าสถิตจะมีอยู่ระหว่างโมเลกุล ป้องกันไม่ให้ "เกาะติดกัน" ความสามารถในการละลายจะสูงขึ้น

ความสามารถในการละลายของโปรตีน

โปรตีนละลายน้ำได้และไม่ละลายน้ำ ความสามารถในการละลายของโปรตีนขึ้นอยู่กับโครงสร้าง ค่า pH องค์ประกอบของเกลือของสารละลาย อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ และกำหนดโดยธรรมชาติของกลุ่มที่อยู่บนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีน โปรตีนที่ไม่ละลายน้ำ ได้แก่ เคราติน (ผม เล็บ ขนนก) คอลลาเจน (เส้นเอ็น) ไฟโบรอิน (น้ำด่าง ใยแมงมุม) โปรตีนอื่น ๆ หลายชนิดสามารถละลายน้ำได้ ความสามารถในการละลายถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของกลุ่มประจุและขั้วบนพื้นผิว (-COO -, -NH 3 +, -OH เป็นต้น) การจัดกลุ่มโปรตีนที่มีประจุและขั้วของโปรตีนจะดึงดูดโมเลกุลของน้ำ และเปลือกไฮเดรชันจะเกิดขึ้นรอบๆ พวกมัน (รูปที่ 15) การมีอยู่ของโปรตีนเหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการละลายของพวกมันในน้ำ

ข้าว. 15. การก่อตัวของเปลือกไฮเดรชั่นรอบโมเลกุลโปรตีน

ความสามารถในการละลายของโปรตีนได้รับผลกระทบจากเกลือที่เป็นกลาง (Na 2 SO 4 , (NH 4) 2 SO 4 เป็นต้น) ในสารละลาย ที่ความเข้มข้นของเกลือต่ำ ความสามารถในการละลายของโปรตีนจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 16) เนื่องจากภายใต้สภาวะดังกล่าว ระดับของการแยกตัวของกลุ่มโพลาร์จะเพิ่มขึ้น และกลุ่มที่มีประจุของโมเลกุลโปรตีนจะถูกป้องกัน ซึ่งจะช่วยลดปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนและโปรตีน ซึ่งก่อให้เกิดการก่อตัวของ มวลรวมและการตกตะกอนของโปรตีน ที่ความเข้มข้นของเกลือสูง ความสามารถในการละลายของโปรตีนจะลดลง (รูปที่ 16) เนื่องจากเปลือกไฮเดรชั่นถูกทำลาย ซึ่งนำไปสู่การรวมตัวของโมเลกุลโปรตีน

ข้าว. 16. การละลายของโปรตีนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเกลือ

มีโปรตีนที่ละลายได้เฉพาะในสารละลายเกลือและไม่ละลายในน้ำบริสุทธิ์, โปรตีนดังกล่าวก็เรียก โกลบูลิน. ยังมีโปรตีนอื่นๆ อัลบูมินซึ่งแตกต่างจากโกลบูลินตรงที่สามารถละลายน้ำได้สูงในน้ำบริสุทธิ์
ความสามารถในการละลายของโปรตีนยังขึ้นอยู่กับค่า pH ของสารละลายด้วย ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว โปรตีนมีความสามารถในการละลายได้น้อยที่สุดที่จุดไอโซอิเล็กทริก ซึ่งอธิบายได้จากการไม่มีแรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลของโปรตีน
ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โปรตีนสามารถสร้างเจลได้ ในระหว่างการก่อตัวของเจล โมเลกุลของโปรตีนก่อตัวเป็นเครือข่ายหนาแน่น ซึ่งภายในนั้นเต็มไปด้วยตัวทำละลาย ในรูปแบบเจล เช่น เจลาติน (โปรตีนนี้ใช้ทำเยลลี่) และโปรตีนนมในการเตรียมโยเกิร์ต
อุณหภูมิมีผลต่อการละลายของโปรตีนด้วย ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูง โปรตีนจำนวนมากจะตกตะกอนเนื่องจากการหยุดชะงักของโครงสร้าง แต่จะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อถัดไป

การสูญเสียโปรตีน

ให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ที่รู้จักกันดี เมื่อไข่ขาวได้รับความร้อน ไข่ขาวจะค่อยๆ ขุ่นและจับตัวเป็นก้อนแข็ง ไข่ขาวที่จับตัวเป็นก้อน - ไข่อัลบูมิน - หลังจากเย็นตัวแล้วจะไม่ละลายน้ำ ในขณะที่ก่อนให้ความร้อนไข่ขาวจะละลายได้ดีในน้ำ ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อโปรตีนทรงกลมเกือบทั้งหมดได้รับความร้อน การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อนเรียกว่า การสูญเสียสภาพธรรมชาติ. โปรตีนในสภาพธรรมชาติเรียกว่า พื้นเมืองโปรตีนและหลังการเสียสภาพธรรมชาติ - เสียสภาพ.
ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ โครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนจะถูกรบกวนอันเป็นผลมาจากการทำลายพันธะที่อ่อนแอ (ปฏิกิริยาไอออนิก ไฮโดรเจน ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ) อันเป็นผลมาจากกระบวนการนี้ โครงสร้างควอเทอร์นารี ตติยภูมิ และทุติยภูมิของโปรตีนสามารถถูกทำลายได้ โครงสร้างหลักยังคงอยู่ (รูปที่ 17)

ข้าว. 17. การเสียสภาพโปรตีน

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ อนุมูลของกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำซึ่งพบในโปรตีนพื้นเมืองในระดับความลึกของโมเลกุล จะปรากฏบนพื้นผิว เป็นผลให้มีการสร้างเงื่อนไขสำหรับการรวมตัว การรวมตัวของโมเลกุลโปรตีนจะตกตะกอน การเสียสภาพธรรมชาติจะมาพร้อมกับการสูญเสียการทำงานทางชีวภาพของโปรตีน

การเสียสภาพโปรตีนไม่ได้เกิดจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นเท่านั้น แต่ยังเกิดจากปัจจัยอื่นๆ ด้วย กรดและด่างสามารถทำให้เกิดการเสียสภาพของโปรตีน: จากการกระทำดังกล่าว กลุ่มไอออโนเจนิกจะถูกชาร์จใหม่ ซึ่งนำไปสู่การแตกของพันธะไอออนิกและไฮโดรเจน ยูเรียทำลายพันธะไฮโดรเจน ซึ่งส่งผลให้โปรตีนสูญเสียโครงสร้างตามธรรมชาติ สารทำให้เสียสภาพธรรมชาติคือตัวทำละลายอินทรีย์และไอออนของโลหะหนัก: ตัวทำละลายอินทรีย์จะทำลายพันธะที่ไม่ชอบน้ำ และไอออนของโลหะหนักจะก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำกับโปรตีน

นอกเหนือจากการเสียสภาพธรรมชาติแล้ว ยังมีกระบวนการย้อนกลับอีกด้วย - การฟื้นฟูสภาพด้วยการขจัดปัจจัยการเสื่อมสภาพ จึงเป็นไปได้ที่จะฟื้นฟูโครงสร้างดั้งเดิมดั้งเดิมได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อสารละลายค่อยๆ เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง โครงสร้างดั้งเดิมและการทำงานทางชีวภาพของทริปซินจะถูกฟื้นฟู

โปรตีนสามารถถูกทำลายในเซลล์ในระหว่างกระบวนการชีวิตปกติ เห็นได้ชัดว่าการสูญเสียโครงสร้างดั้งเดิมและการทำงานของโปรตีนเป็นเหตุการณ์ที่ไม่พึงประสงค์อย่างยิ่ง ในเรื่องนี้ควรกล่าวถึงโปรตีนพิเศษ - พี่เลี้ยง. โปรตีนเหล่านี้สามารถจดจำโปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพบางส่วนได้ และโดยการจับกับโปรตีนเหล่านี้ ทำให้โครงสร้างดั้งเดิมของพวกมันกลับคืนมา Chaperones ยังจดจำโปรตีนที่อยู่ห่างไกลจากการเสื่อมสภาพและขนส่งพวกมันไปยัง lysosomes ซึ่งพวกมันจะถูกย่อยสลาย พี่เลี้ยงยังมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของโครงสร้างตติยภูมิและสี่ส่วนในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน

น่ารู้! ปัจจุบันมักมีการกล่าวถึงโรคเช่นโรควัวบ้า โรคนี้เกิดจากพรีออน นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาทในสัตว์และมนุษย์ พรีออนเป็นสารติดเชื้อที่เป็นโปรตีน เมื่อพรีออนเข้าสู่เซลล์ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของคู่เซลล์ ซึ่งตัวมันเองจะกลายเป็นพรีออน นี่คือวิธีที่โรคเกิดขึ้น โปรตีนพรีออนแตกต่างจากโปรตีนในเซลล์ในโครงสร้างทุติยภูมิ ในรูปของโปรตีนพรีออนเป็นหลักข- โครงสร้างพับและเซลลูล่าร์ -ก- เกลียว

โรงเรียนมัธยมโดเนตสค์ I - III ระดับ 21

"กระรอก การได้รับโปรตีนจากปฏิกิริยาการควบแน่นของกรดอะมิโน โครงสร้างหลัก ทุติยภูมิ และตติยภูมิของโปรตีน คุณสมบัติทางเคมีของโปรตีน: การเผาไหม้ การเสียสภาพธรรมชาติ การไฮโดรไลซิส และปฏิกิริยาสี หน้าที่ทางชีวเคมีของโปรตีน".

เตรียมไว้

ครูสอนเคมี

ครู - นักระเบียบวิธี

โดเนตสค์ 2559

“ชีวิตคือการดำรงอยู่ของร่างกายที่มีโปรตีน”

หัวข้อบทเรียนกระรอก การได้รับโปรตีนจากปฏิกิริยาการควบแน่นของกรดอะมิโน โครงสร้างหลัก ทุติยภูมิ และตติยภูมิของโปรตีน คุณสมบัติทางเคมีของโปรตีน: การเผาไหม้ การเสียสภาพธรรมชาติ การไฮโดรไลซิส และปฏิกิริยาสี หน้าที่ทางชีวเคมีของโปรตีน

เป้าหมายของบทเรียนเพื่อให้นักเรียนรู้จักโปรตีนในระดับสูงสุดของการพัฒนาสารในธรรมชาติที่นำไปสู่การเกิดขึ้นของชีวิต แสดงโครงสร้าง คุณสมบัติ และหน้าที่ทางชีววิทยาที่หลากหลาย เพื่อขยายแนวคิดของปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันโดยใช้ตัวอย่างการได้รับโปรตีน เพื่อแจ้งให้เด็กนักเรียนทราบเกี่ยวกับสุขอนามัยของอาหาร การรักษาสุขภาพของตนเอง พัฒนาความคิดเชิงตรรกะในนักเรียน

น้ำยาและอุปกรณ์.ตาราง "โครงสร้างหลัก รอง และตติยภูมิของโปรตีน". รีเอเจนต์: HNO3, NaOH, CuSO4, โปรตีนจากไก่, ด้ายขนสัตว์, เครื่องแก้วเคมี

วิธีบทเรียนข้อมูลและการพัฒนา.

ประเภทบทเรียนบทเรียนในการเรียนรู้ความรู้และทักษะใหม่ๆ

ระหว่างเรียน

ฉัน. เวลาจัดงาน.

ครั้งที่สอง ตรวจการบ้าน ปรับปรุงแก้ไขความรู้พื้นฐาน

แบบสำรวจแบบสายฟ้าแลบ

1. อธิบายคำว่า "กรดอะมิโน"

2. บอกชื่อหมู่ฟังก์ชันที่ประกอบเป็นกรดอะมิโน

3. ระบบการตั้งชื่อกรดอะมิโนและไอโซเมอร์ของกรดอะมิโน

4. ทำไมกรดอะมิโนจึงแสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริก เขียนสมการของปฏิกิริยาเคมี

5. เนื่องจากคุณสมบัติของกรดอะมิโนในรูปแบบโพลีเปปไทด์ เขียนปฏิกิริยาสำหรับการควบแน่นของกรดอะมิโน

สาม. ข้อความของหัวข้อ, วัตถุประสงค์ของบทเรียน, แรงจูงใจของกิจกรรมการศึกษา

IV. การรับรู้และการรับรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเนื้อหาใหม่

ครู.

F. Engels เขียนไว้ในหนังสือของเขาว่า การขาดโปรตีนในอาหารทำให้ร่างกายอ่อนแอลงโดยทั่วไปในเด็ก - ทำให้พัฒนาการทางร่างกายและจิตใจช้าลง ทุกวันนี้ มนุษยชาติมากกว่าครึ่งหนึ่งไม่ได้รับโปรตีนจากอาหารในปริมาณที่ต้องการ คนเราต้องการโปรตีน 115 กรัมต่อวัน โปรตีนจะไม่ถูกเก็บสำรองไว้ ซึ่งแตกต่างจากคาร์โบไฮเดรตและไขมัน ดังนั้นคุณต้องควบคุมอาหารของคุณ เราคุ้นเคยกับเคราติน - โปรตีนที่ประกอบเป็นเส้นผม เล็บ ขน ผิวหนัง - ทำหน้าที่สร้าง คุ้นเคยกับโปรตีนเปปซิน - พบได้ในน้ำย่อยและสามารถทำลายโปรตีนอื่น ๆ ในระหว่างการย่อยอาหาร โปรตีนทรอมบินเกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของเลือด ฮอร์โมนตับอ่อน - อินซูลิน - ควบคุมการเผาผลาญกลูโคส ฮีโมโกลบินขนส่ง O2 ไปยังเซลล์และเนื้อเยื่อทั้งหมดของร่างกาย เป็นต้น

โมเลกุลโปรตีนที่หลากหลายไม่รู้จบนี้มาจากไหน หน้าที่ที่หลากหลายและบทบาทพิเศษในกระบวนการชีวิต? เพื่อที่จะตอบคำถามนี้ ให้เราหันไปที่องค์ประกอบและโครงสร้างของโปรตีน

โปรตีนประกอบด้วยอะตอมหรือไม่?

เพื่อตอบคำถามนี้ เรามาอุ่นเครื่องกัน เดาปริศนาและอธิบายความหมายของคำตอบ

1. เขาอยู่ทุกที่และทุกที่:

ในหิน ในอากาศ ในน้ำ

เขาอยู่ในน้ำค้างยามเช้า

และสีฟ้าบนท้องฟ้า

(ออกซิเจน)

2. ฉันเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุด

ในธรรมชาติไม่ใช่ขั้นตอนที่ไม่มีฉัน

และด้วยออกซิเจนฉันอยู่ในขณะนี้

3. ในอากาศเป็นก๊าซหลัก

อยู่รอบตัวเราทุกที่

ชีวิตพืชกำลังร่วงโรย

ไม่มีมันโดยไม่ต้องใส่ปุ๋ย

อาศัยอยู่ในเซลล์ของเรา

4. เด็กนักเรียนไปเดินป่า

(นี่คือแนวทางการแก้ปัญหาสารเคมี).

กลางคืนมีแสงจันทร์ส่องไฟ

ร้องเพลงเกี่ยวกับไฟที่สว่างไสว

ละทิ้งความรู้สึกของคุณ:

ธาตุใดถูกไฟเผา?

(คาร์บอน ไฮโดรเจน)

ใช่ ถูกต้อง สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบทางเคมีหลักที่ประกอบกันเป็นโปรตีน

ธาตุทั้งสี่นี้อาจกล่าวได้ในคำพูดของชิลเลอร์ที่ว่า "ธาตุทั้งสี่ ผสานเข้าด้วยกัน ให้ชีวิต และสร้างโลก"

โปรตีนเป็นโพลิเมอร์ธรรมชาติที่ประกอบด้วยกรด α-อะมิโนที่ตกค้างซึ่งเชื่อมกันด้วยพันธะเปปไทด์

องค์ประกอบของโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน 20 ชนิด ดังนั้นจึงมีโปรตีนหลากหลายชนิดในส่วนผสมต่างๆ กัน ในร่างกายมนุษย์มีโปรตีนมากถึง 100,000 ชนิด

อ้างอิงประวัติศาสตร์.

สมมติฐานแรกเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนถูกเสนอในทศวรรษที่ 70 ศตวรรษที่ 19 นี่คือทฤษฎียูไรด์ของโครงสร้างโปรตีน

ในปี 1903 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันแสดงทฤษฎีเปปไทด์ซึ่งเป็นกุญแจสู่ความลึกลับของโครงสร้างของโปรตีน ฟิชเชอร์เสนอว่าโปรตีนเป็นโพลิเมอร์ของกรดอะมิโนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเปปไทด์

แนวคิดที่ว่าโปรตีนเป็นรูปแบบพอลิเมอร์นั้นแสดงออกตั้งแต่อายุ 70-88 ปี ศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ทฤษฎีนี้ได้รับการยืนยันในงานสมัยใหม่

แม้แต่ความคุ้นเคยครั้งแรกกับโปรตีนก็ยังให้แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างยิ่งของโมเลกุลของพวกมัน โปรตีนได้มาจากปฏิกิริยาการควบแน่นของกรดอะมิโน:

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" height="20">

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

⸗ O ⸗ O ⸗ O

→ NH2 – CH – C + NH2 – CH – C + NH2 – CH – C + …

โอ้โอ้โอ้

4. ครูสาธิตประสบการณ์: การเผาด้ายทำด้วยผ้าขนสัตว์ มีกลิ่นของขนนกที่ไหม้เกรียม - นี่คือวิธีที่คุณสามารถแยกความแตกต่างของผ้าขนสัตว์จากผ้าประเภทอื่น

V. ความรู้ทั่วไปและการจัดระบบความรู้

1. ทำสรุปพื้นฐานของโปรตีน

พื้นฐานของชีวิต ← โปรตีน → พอลิเพปไทด์

(C, H, O, N) ↓ ↓ ↓ \ โครงสร้างโปรตีน

ฟังก์ชั่นสีเคมี

ซึ่งคุณสมบัติของปฏิกิริยาโปรตีน

2. เขียนสมการปฏิกิริยาสำหรับการก่อตัวของไดเปปไทด์จากไกลซีนและวาลีน

วี.ไอ. สรุปบทเรียนการบ้าน

เรียนรู้§38หน้า 178 - 184. ทำแบบทดสอบให้เสร็จหน้า. 183.

หมายเลข 1 โปรตีน: พันธะเปปไทด์, การตรวจจับ

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเอไมด์เชิงเส้นที่เกิดจากกรดอะมิโนอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการควบแน่นในวัตถุทางชีวภาพ

กระรอก เป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจาก กรดอะมิโน. กรดอะมิโน 20 ชนิดมีส่วนในการสร้างโปรตีน พวกมันเชื่อมโยงกันเป็นโซ่ยาวที่สร้างกระดูกสันหลังของโมเลกุลโปรตีนน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่

หน้าที่ของโปรตีนในร่างกาย

การรวมกันของคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่แปลกประหลาดของโปรตีนทำให้สารประกอบอินทรีย์ประเภทนี้มีบทบาทสำคัญในปรากฏการณ์ของชีวิต

โปรตีนมีคุณสมบัติทางชีวภาพหรือทำหน้าที่หลักในสิ่งมีชีวิตดังต่อไปนี้

1. หน้าที่เร่งปฏิกิริยาของโปรตีน ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพทั้งหมด - เอนไซม์คือโปรตีน จนถึงปัจจุบัน เอนไซม์หลายพันชนิดมีลักษณะเฉพาะตัว หลายชนิดแยกออกมาในรูปผลึก เอนไซม์เกือบทั้งหมดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทรงพลัง เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างน้อยล้านเท่า หน้าที่นี้ของโปรตีนมีลักษณะเฉพาะ ไม่เหมือนกับโมเลกุลโพลิเมอร์อื่นๆ

2. โภชนาการ (ฟังก์ชันสำรองของโปรตีน) ประการแรกคือโปรตีนที่มีไว้สำหรับโภชนาการของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนา: เคซีนนม, โอวัลบูมินไข่, โปรตีนที่เก็บเมล็ดพืช โปรตีนอื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่งถูกใช้อย่างไม่ต้องสงสัยในร่างกายเป็นแหล่งของกรดอะมิโนซึ่งเป็นสารตั้งต้นของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ควบคุมกระบวนการเผาผลาญ

3. หน้าที่การขนส่งของโปรตีน โมเลกุลและไอออนขนาดเล็กจำนวนมากถูกขนส่งโดยโปรตีนเฉพาะ ตัวอย่างเช่น การทำงานของระบบทางเดินหายใจของเลือด เช่น การขนส่งออกซิเจน ดำเนินการโดยโมเลกุลของเฮโมโกลบิน ซึ่งเป็นโปรตีนในเซลล์เม็ดเลือดแดง เซรั่มอัลบูมินเกี่ยวข้องกับการขนส่งไขมัน เวย์โปรตีนอื่นๆ จำนวนมากก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์ด้วยไขมัน ทองแดง เหล็ก ไทร็อกซีน วิตามินเอ และสารประกอบอื่นๆ เพื่อให้มั่นใจว่าส่งไปยังอวัยวะที่เหมาะสม

4. หน้าที่ป้องกันของโปรตีน หน้าที่หลักของการป้องกันดำเนินการโดยระบบภูมิคุ้มกันซึ่งให้การสังเคราะห์โปรตีนป้องกันเฉพาะ - แอนติบอดี - เพื่อตอบสนองต่อแบคทีเรียสารพิษหรือไวรัส (แอนติเจน) เข้าสู่ร่างกาย แอนติบอดีจับแอนติเจนโต้ตอบกับพวกมันและทำให้ผลกระทบทางชีวภาพเป็นกลางและรักษาสถานะปกติของร่างกาย การแข็งตัวของโปรตีนในพลาสมาในเลือด - ไฟบริโนเจน - และการก่อตัวของลิ่มเลือดที่ป้องกันการสูญเสียเลือดระหว่างการบาดเจ็บเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของหน้าที่ป้องกันของโปรตีน

5. หน้าที่หดตัวของโปรตีน โปรตีนหลายชนิดมีส่วนร่วมในการหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อ บทบาทหลักในกระบวนการเหล่านี้เล่นโดยแอกตินและไมโอซินซึ่งเป็นโปรตีนเฉพาะของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ ฟังก์ชั่นการหดตัวยังมีอยู่ในโปรตีนของโครงสร้างเซลล์ย่อยซึ่งให้กระบวนการที่ดีที่สุดของกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์

6. หน้าที่โครงสร้างของโปรตีน โปรตีนที่มีฟังก์ชั่นนี้อยู่ในอันดับต้น ๆ ของโปรตีนอื่น ๆ ในร่างกายมนุษย์ โปรตีนโครงสร้างเช่นคอลลาเจนมีการกระจายอย่างกว้างขวางในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เคราตินในผม เล็บ ผิวหนัง; อีลาสติน-ในผนังหลอดเลือด เป็นต้น

7. การทำงานของฮอร์โมน (ควบคุม) ของโปรตีน การเผาผลาญในร่างกายถูกควบคุมโดยกลไกต่างๆ ในระเบียบนี้สถานที่สำคัญถูกครอบครองโดยฮอร์โมนที่ผลิตโดยต่อมไร้ท่อ ฮอร์โมนจำนวนหนึ่งแสดงโดยโปรตีนหรือโพลีเปปไทด์ ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนของต่อมใต้สมอง ตับอ่อน เป็นต้น

พันธะเปปไทด์

การก่อตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนสามารถแสดงเป็นปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันของกรดอะมิโนได้

จากมุมมองทางเคมี โปรตีนคือสารประกอบอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนในโมเลกุลสูง (โพลิเอไมด์) ซึ่งโมเลกุลนี้สร้างขึ้นจากกากกรดอะมิโน โมโนเมอร์ของโปรตีนคือ α-amino acid ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของการมีอยู่ของกลุ่มคาร์บอกซิล -COOH และกลุ่มอะมิโน -NH 2 ที่อะตอมของคาร์บอนตัวที่สอง (อะตอมของ α-carbon):

จากผลการศึกษาผลิตภัณฑ์โปรตีนไฮโดรไลซิสและหยิบยกโดยอ.ย่า แนวคิดของ Danilevsky เกี่ยวกับบทบาทของพันธะเปปไทด์ -CO-NH- ในการสร้างโมเลกุลโปรตีน นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน E. Fischer ได้เสนอทฤษฎีเปปไทด์เกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ตามทฤษฎีนี้ โปรตีนเป็นโพลิเมอร์เชิงเส้นของกรดอะมิโน α ที่เชื่อมโยงกันด้วยเปปไทด์ พันธบัตร - โพลีเปปไทด์:

ในแต่ละเปปไทด์ เรซิดิวของกรดอะมิโนที่ปลายหนึ่งมีหมู่ α-อะมิโนอิสระ (ปลาย N) และอีกหมู่หนึ่งมีหมู่ α-คาร์บอกซิลอิสระ (ปลาย C) โครงสร้างของเปปไทด์มักจะแสดงโดยเริ่มจากกรดอะมิโนที่ปลาย N ในกรณีนี้ สัญลักษณ์แสดงการตกค้างของกรดอะมิโน ตัวอย่างเช่น Ala-Tyr-Leu-Ser-Tyr- - ซิส รายการนี้ระบุเปปไทด์ซึ่งมีกรด α-อะมิโนที่ปลาย N อยู่ ­ lyatsya alanine และ C-terminal - ซีสเตอีน เมื่ออ่านบันทึกดังกล่าว ตอนจบของชื่อของกรดทั้งหมด ยกเว้นกรดตัวสุดท้าย จะเปลี่ยนเป็น - "อิล": alanyl-tyrosyl-leucyl-seryl-tyrosyl--cysteine ความยาวของสายโซ่เปปไทด์ในเปปไทด์และโปรตีนที่พบในร่างกายมีกรดอะมิโนตกค้างตั้งแต่สองถึงแสน

หมายเลข 2 การจำแนกประเภทของโปรตีนอย่างง่าย

ถึง เรียบง่าย (โปรตีน) ได้แก่ โปรตีนที่เมื่อถูกไฮโดรไลซ์แล้วจะให้กรดอะมิโนเท่านั้น

โปรตีนอยด์ ____โปรตีนอย่างง่ายที่ได้จากสัตว์ ไม่ละลายในน้ำ สารละลายเกลือ กรดเจือจางและด่าง ทำหน้าที่สนับสนุนเป็นหลัก (เช่น คอลลาเจน เคราติน

โปรตามีน - โปรตีนนิวเคลียร์ที่มีประจุบวกซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 10-12 kDa ประมาณ 80% ประกอบด้วยกรดอะมิโนอัลคาไลน์ ซึ่งทำให้สามารถโต้ตอบกับกรดนิวคลีอิกผ่านพันธะไอออนิกได้ พวกเขามีส่วนร่วมในการควบคุมการทำงานของยีน ละลายได้ดีในน้ำ

ฮีสโตน - โปรตีนนิวเคลียร์ที่มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการทำงานของยีน พบได้ในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด และแบ่งออกเป็น 5 คลาส โดยน้ำหนักโมเลกุลและกรดอะมิโนต่างกัน น้ำหนักโมเลกุลของฮิสโตนอยู่ในช่วง 11 ถึง 22 kDa และความแตกต่างในองค์ประกอบของกรดอะมิโนเกี่ยวข้องกับไลซีนและอาร์จินีนซึ่งมีเนื้อหาแตกต่างกันตั้งแต่ 11 ถึง 29% และ 2 ถึง 14% ตามลำดับ

โพรลามีน - ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายได้ในแอลกอฮอล์ 70% คุณสมบัติโครงสร้างทางเคมี - มีโพรลีน กรดกลูตามิก จำนวนมาก ไม่มีไลซีน ,

กลูเตลิน - ละลายได้ในสารละลายที่เป็นด่าง ,

โกลบูลิน - โปรตีนที่ไม่ละลายในน้ำและในสารละลายกึ่งอิ่มตัวของแอมโมเนียมซัลเฟต แต่ละลายได้ในสารละลายเกลือ ด่าง และกรดที่เป็นน้ำ น้ำหนักโมเลกุล - 90-100 kDa;

อัลบูมิน - โปรตีนในเนื้อเยื่อของสัตว์และพืช ละลายได้ในน้ำและน้ำเกลือ น้ำหนักโมเลกุล 69 kDa;

scleroproteins - โปรตีนของเนื้อเยื่อที่รองรับของสัตว์

ตัวอย่างของโปรตีนอย่างง่าย ได้แก่ ไฟโบรอินไหม เซรั่มอัลบูมินจากไข่ เพปซิน เป็นต้น

หมายเลข 3 วิธีการแยกและการตกตะกอน (การทำให้บริสุทธิ์) ของโปรตีน

หมายเลข 4 โปรตีนเป็นโพลีอิเล็กโทรไลต์ จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีน

โปรตีนคือแอมโฟเทอริกโพลีอิเล็กโทรไลต์ นั่นคือ แสดงคุณสมบัติทั้งที่เป็นกรดและด่าง นี่เป็นเพราะการมีอยู่ของอนุมูลกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ เช่นเดียวกับกลุ่ม α-อะมิโนและ α-คาร์บอกซิลอิสระที่ปลายสายโซ่เปปไทด์ คุณสมบัติที่เป็นกรดของโปรตีนนั้นได้รับจากกรดอะมิโนที่เป็นกรด (แอสปาร์ติก, กลูตามิก) และคุณสมบัติเป็นด่าง - โดยกรดอะมิโนพื้นฐาน (ไลซีน, อาร์จินีน, ฮิสทิดีน)

ประจุของโมเลกุลโปรตีนขึ้นอยู่กับการแตกตัวเป็นไอออนของกลุ่มอนุมูลกรดอะมิโนที่เป็นกรดและเบส ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของกลุ่มเชิงลบและบวก โมเลกุลโปรตีนโดยรวมจะได้รับประจุบวกหรือลบทั้งหมด เมื่อสารละลายโปรตีนถูกทำให้เป็นกรด ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนของกลุ่มไอออนิกจะลดลง ในขณะที่กลุ่มไอออนิกเพิ่มขึ้น เมื่อเป็นด่าง - ในทางกลับกัน ที่ค่า pH ค่าหนึ่ง จำนวนของกลุ่มที่มีประจุบวกและลบจะเท่ากัน และสถานะไอโซอิเล็กตริกของโปรตีนจะปรากฏขึ้น (ประจุรวมคือ 0) ค่า pH ที่โปรตีนอยู่ในสถานะไอโซอิเล็กทริกเรียกว่าจุดไอโซอิเล็กตริกและแสดงเป็น pI ซึ่งคล้ายกับกรดอะมิโน สำหรับโปรตีนส่วนใหญ่ pI อยู่ในช่วง 5.5-7.0 ซึ่งบ่งชี้ความเด่นของกรดอะมิโนที่เป็นกรดในโปรตีน อย่างไรก็ตาม ยังมีโปรตีนอัลคาไลน์ เช่น แซลมิน ซึ่งเป็นโปรตีนหลักจากเนื้อปลาแซลมอน (pl=12) นอกจากนี้ยังมีโปรตีนที่มีค่า pI ต่ำมาก เช่น เพปซิน ซึ่งเป็นเอนไซม์ของน้ำย่อย (pl=l) ที่จุดไอโซอิเล็กทริก โปรตีนจะไม่เสถียรมากและตกตะกอนได้ง่าย โดยมีความสามารถในการละลายได้น้อยที่สุด

ถ้าโปรตีนไม่อยู่ในสถานะไอโซอิเล็กทริก ในสนามไฟฟ้า โมเลกุลของมันจะเคลื่อนที่ไปทางแคโทดหรือแอโนด ขึ้นอยู่กับสัญญาณของประจุทั้งหมดและด้วยความเร็วที่แปรผันตามค่าของมัน นี่คือสาระสำคัญของวิธีอิเล็กโตรโฟรีซิส วิธีนี้สามารถแยกโปรตีนที่มีค่า pI ต่างกันได้

แม้ว่าโปรตีนจะมีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ แต่ความสามารถที่ค่า pH ทางสรีรวิทยามีจำกัด ข้อยกเว้นคือโปรตีนที่มีฮิสทิดีนจำนวนมาก เนื่องจากมีเพียงฮิสทิดีนแรดิคัลเท่านั้นที่มีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ในช่วง pH 6-8 มีโปรตีนเหล่านี้น้อยมาก ตัวอย่างเช่น เฮโมโกลบินซึ่งมีฮิสทิดีนเกือบ 8% เป็นบัฟเฟอร์ภายในเซลล์ที่มีประสิทธิภาพในเซลล์เม็ดเลือดแดง รักษาค่า pH ของเลือดให้อยู่ในระดับคงที่

หมายเลข 5 คุณสมบัติทางเคมีกายภาพของโปรตีน

โปรตีนมีคุณสมบัติทางเคมี กายภาพ และชีวภาพที่แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดโดยองค์ประกอบของกรดอะมิโนและการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโปรตีนแต่ละชนิด ปฏิกิริยาทางเคมีของโปรตีนมีความหลากหลายมากเนื่องจากมีกลุ่ม NH 2 -, COOH และอนุมูลในธรรมชาติต่างๆ เหล่านี้คือปฏิกิริยาของไนเตรต อะซิเลชัน อัลคิเลชัน เอสเทอริฟิเคชัน รีดอกซ์ และอื่นๆ โปรตีนมีคุณสมบัติเป็นกรดเบส บัฟเฟอร์ คอลลอยด์และออสโมติก

คุณสมบัติของกรดเบสของโปรตีน

คุณสมบัติทางเคมี. ด้วยความร้อนที่อ่อนแอของสารละลายโปรตีนที่เป็นน้ำทำให้เกิดการเสียสภาพธรรมชาติ สิ่งนี้ทำให้เกิดการเร่งรัด

เมื่อโปรตีนได้รับความร้อนด้วยกรด จะเกิดการไฮโดรไลซิส และส่วนผสมของกรดอะมิโนจะเกิดขึ้น

คุณสมบัติทางเคมีกายภาพของโปรตีน

โปรตีนมีน้ำหนักโมเลกุลสูง

ประจุของโมเลกุลโปรตีน โปรตีนทั้งหมดมีกลุ่ม -NH และ -COOH อิสระอย่างน้อยหนึ่งกลุ่ม

โซลูชั่นโปรตีน- สารละลายคอลลอยด์ที่มีคุณสมบัติต่างกัน โปรตีนเป็นกรดและเป็นเบส โปรตีนที่เป็นกรดประกอบด้วยกลูและแอสพีจำนวนมาก ซึ่งมีคาร์บอกซิลเพิ่มเติมและหมู่อะมิโนน้อยกว่า มี lys และ args มากมายในโปรตีนอัลคาไลน์ แต่ละโมเลกุลของโปรตีนในสารละลายที่เป็นน้ำล้อมรอบด้วยเปลือกไฮเดรชั่น เนื่องจากโปรตีนมีหมู่ที่ชอบน้ำหลายหมู่ (-COOH, -OH, -NH 2, -SH) เนื่องจากกรดอะมิโน ในสารละลายที่เป็นน้ำ โมเลกุลของโปรตีนจะมีประจุ ประจุของโปรตีนในน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับค่า pH

การตกตะกอนของโปรตีนโปรตีนมีเปลือกไฮเดรชั่นซึ่งเป็นประจุที่ป้องกันการเกาะติด สำหรับการทับถม จำเป็นต้องถอดเปลือกไฮเดรตออกและชาร์จ

1. การให้ความชุ่มชื้น กระบวนการให้ความชุ่มชื้นหมายถึงการจับตัวของน้ำกับโปรตีน ในขณะที่พวกมันแสดงคุณสมบัติที่ชอบน้ำ: มันพองตัว มวลและปริมาตรของพวกมันเพิ่มขึ้น การบวมของโปรตีนจะมาพร้อมกับการละลายบางส่วน ความชอบน้ำของโปรตีนแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับโครงสร้าง หมู่เอไมด์ที่ชอบน้ำ (–CO–NH–, พันธะเปปไทด์), หมู่เอมีน (NH2) และหมู่คาร์บอกซิล (COOH) ที่มีอยู่ในองค์ประกอบและตั้งอยู่บนพื้นผิวของโมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนจะดึงดูดโมเลกุลของน้ำ โดยปรับทิศทางของพวกมันไปที่พื้นผิวของโมเลกุลอย่างเคร่งครัด . เปลือกไฮเดรต (น้ำ) ที่ล้อมรอบก้อนโปรตีนจะป้องกันความเสถียรของสารละลายโปรตีน ที่จุดไอโซอิเล็กทริก โปรตีนมีความสามารถในการจับกับน้ำได้น้อยที่สุด เปลือกไฮเดรชันที่อยู่รอบๆ โมเลกุลโปรตีนจะถูกทำลาย ดังนั้นพวกมันจึงรวมกันเป็นมวลรวมขนาดใหญ่ การรวมตัวของโมเลกุลโปรตีนยังเกิดขึ้นเมื่อถูกทำให้แห้งด้วยตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด เช่น เอทิลแอลกอฮอล์ สิ่งนี้นำไปสู่การตกตะกอนของโปรตีน เมื่อค่า pH ของตัวกลางเปลี่ยนไป โมเลกุลใหญ่ของโปรตีนจะถูกประจุไฟฟ้า และความสามารถในการให้ความชุ่มชื้นของมันจะเปลี่ยนไป

ปฏิกิริยาการตกตะกอนแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

การแยกโปรตีนออกจากเกลือ: (NH 4)SO 4 - เฉพาะเปลือกไฮเดรชั่นเท่านั้นที่จะถูกกำจัดออก โปรตีนยังคงรักษาโครงสร้างทุกประเภท พันธะทั้งหมด และคงไว้ซึ่งคุณสมบัติดั้งเดิมของมัน โปรตีนดังกล่าวสามารถละลายและนำไปใช้ใหม่ได้

การตกตะกอนโดยสูญเสียคุณสมบัติของโปรตีนพื้นเมืองเป็นกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ เปลือกไฮเดรชั่นและประจุจะถูกลบออกจากโปรตีน คุณสมบัติต่าง ๆ ในโปรตีนถูกละเมิด ตัวอย่างเช่น เกลือของทองแดง ปรอท สารหนู เหล็ก กรดอนินทรีย์เข้มข้น - HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl กรดอินทรีย์ อัลคาลอยด์ - แทนนิน ไอโอไดด์ปรอท การเติมตัวทำละลายอินทรีย์จะลดระดับความชุ่มชื้นและทำให้โปรตีนตกตะกอน อะซิโตนใช้เป็นตัวทำละลายดังกล่าว โปรตีนยังถูกทำให้ตกตะกอนด้วยความช่วยเหลือของเกลือ เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต หลักการของวิธีนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อความเข้มข้นของเกลือเพิ่มขึ้นในสารละลายบรรยากาศไอออนิกที่เกิดขึ้นจากโปรตีนจะถูกบีบอัดซึ่งก่อให้เกิดการบรรจบกันในระยะวิกฤตซึ่งแรงระหว่างโมเลกุลของแวน แรงดึงดูดของ der Waals มีมากกว่าแรงดึงดูดของคูลอมบ์ที่ผลักกัน สิ่งนี้นำไปสู่การยึดเกาะของอนุภาคโปรตีนและการตกตะกอน

เมื่อเดือด โมเลกุลของโปรตีนจะเริ่มเคลื่อนที่แบบสุ่ม ชนกัน ประจุจะถูกลบออก และเปลือกไฮเดรชั่นจะลดลง

ในการตรวจจับโปรตีนในสารละลาย จะใช้สิ่งต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาสี

ปฏิกิริยาการตกตะกอน

วิธีการแยกและทำให้โปรตีนบริสุทธิ์

การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน- เซลล์ถูกบดให้เป็นเนื้อเดียวกัน

การสกัดโปรตีนด้วยน้ำหรือสารละลายเกลือน้ำ

1. เกลือออก;

   อิเล็กโตรโฟรีซิส;

   โครมาโตกราฟี:การดูดซับ การแยก;

   การหมุนเหวี่ยงแบบอุลตร้า

การจัดโครงสร้างของโปรตีน

โครงสร้างหลัก- กำหนดโดยลำดับของกรดอะมิโนในสายโซ่เปปไทด์ ซึ่งเสถียรโดยพันธะโควาเลนต์เปปไทด์ (อินซูลิน เพปซิน ไคโมทริปซิน)

โครงสร้างรอง- โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน นี่คือเกลียวหรือพับ มีการสร้างพันธะไฮโดรเจน

โครงสร้างตติยภูมิโปรตีนทรงกลมและไฟบริลลา พวกมันทำให้พันธะไฮโดรเจนเสถียร, แรงไฟฟ้าสถิต (COO-, NH3+), แรงที่ไม่ชอบน้ำ, สะพานซัลไฟด์ ถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก โปรตีนทรงกลม - เอนไซม์ทั้งหมด, เฮโมโกลบิน, ไมโอโกลบิน โปรตีนไฟบริลลา - คอลลาเจน ไมโอซิน แอกติน

โครงสร้างสี่ส่วน- พบในโปรตีนบางชนิดเท่านั้น โปรตีนดังกล่าวสร้างขึ้นจากเปปไทด์หลายชนิด เปปไทด์แต่ละชนิดมีโครงสร้างหลัก ทุติยภูมิ และตติยภูมิที่เรียกว่า โปรโตเมอร์ โปรโตเมอร์หลายตัวรวมกันเป็นโมเลกุลเดียว โปรโตเมอร์หนึ่งตัวไม่ทำหน้าที่เป็นโปรตีน แต่จะทำงานร่วมกับโปรโตเมอร์ตัวอื่นเท่านั้น

ตัวอย่าง:เฮโมโกลบิน \u003d -globule + -globule - รวม O 2 เข้าด้วยกันไม่ใช่แยกจากกัน

โปรตีนสามารถคืนสภาพได้สิ่งนี้ต้องการการเปิดรับตัวแทนที่สั้นมาก

6) วิธีการตรวจหาโปรตีน

โปรตีนเป็นโพลิเมอร์ชีวภาพโมเลกุลสูง หน่วยโครงสร้าง (โมโนเมอริก) ซึ่งก็คือ -อะมิโนแอซิด กรดอะมิโนในโปรตีนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะเพปไทด์ การก่อตัวของที่เกิดขึ้นเนื่องจากกลุ่มคาร์บอกซิลยืนอยู่ที่ - คาร์บอนอะตอมของกรดอะมิโนหนึ่งตัวและ - กลุ่มเอมีนของกรดอะมิโนอีกชนิดหนึ่งที่มีการปลดปล่อยโมเลกุลของน้ำหน่วยโมโนเมอร์ของโปรตีนเรียกว่าเรซิดิวของกรดอะมิโน

เปปไทด์ โพลีเปปไทด์ และโปรตีนแตกต่างกันไม่เพียง แต่ในปริมาณ องค์ประกอบ แต่ยังรวมถึงลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้าง คุณสมบัติทางเคมีกายภาพ และการทำงานในร่างกาย น้ำหนักโมเลกุลของโปรตีนแตกต่างกันไปตั้งแต่ 6,000 ถึง 1 ล้านหรือมากกว่านั้น คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของโปรตีนเกิดจากลักษณะทางเคมีและคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของอนุมูลที่เป็นส่วนประกอบของกรดอะมิโนที่ตกค้าง วิธีการตรวจหาและการหาปริมาณโปรตีนในวัตถุชีวภาพและอาหาร ตลอดจนการแยกโปรตีนออกจากเนื้อเยื่อและของเหลวทางชีวภาพ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารประกอบเหล่านี้

โปรตีนเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสารเคมีบางชนิด ให้สารสี. การก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของอนุมูลของกรดอะมิโน กลุ่มเฉพาะหรือพันธะเปปไทด์ ปฏิกิริยาสีช่วยให้คุณสามารถตั้งค่าได้ การมีโปรตีนในวัตถุชีวภาพหรือวิธีแก้ปัญหาและพิสูจน์การมีอยู่ กรดอะมิโนบางชนิดในโมเลกุลของโปรตีน. บนพื้นฐานของปฏิกิริยาสี ได้มีการพัฒนาวิธีการบางอย่างสำหรับการกำหนดปริมาณโปรตีนและกรดอะมิโน

พิจารณาสากล ปฏิกิริยาของไบยูเรตและนินไฮดรินเนื่องจากโปรตีนทั้งหมดให้ ปฏิกิริยา Xantoprotein ปฏิกิริยา Fohlและอื่น ๆ มีความเฉพาะเจาะจงเนื่องจากเกิดจากกลุ่มอนุมูลอิสระของกรดอะมิโนบางชนิดในโมเลกุลโปรตีน

ปฏิกิริยาของสีช่วยให้คุณสร้างโปรตีนในวัสดุที่กำลังศึกษาและกรดอะมิโนบางชนิดในโมเลกุลของมัน

ปฏิกิริยาของไบยูเรต. ปฏิกิริยาเกิดจากการมีอยู่ในโปรตีน เปปไทด์ โพลีเปปไทด์ พันธะเปปไทด์ซึ่งอยู่ในรูปตัวกลางที่เป็นด่างด้วย ไอออนทองแดง (II)สารประกอบเชิงซ้อนที่มีสี สีม่วง (มีสีแดงหรือสีน้ำเงิน). สีเกิดจากการมีอยู่อย่างน้อยสองกลุ่มในโมเลกุล -CO-NH-เชื่อมต่อกันโดยตรงหรือมีส่วนร่วมของอะตอมคาร์บอนหรือไนโตรเจน

ไอออนทองแดง (II) เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไอออนิกสองพันธะที่มีหมู่ =C─O ˉ และพันธะโคออร์ดิเนชันสี่พันธะกับอะตอมไนโตรเจน (=N−)

ความเข้มของสีขึ้นอยู่กับปริมาณโปรตีนในสารละลาย ทำให้สามารถใช้ปฏิกิริยานี้ในการหาปริมาณโปรตีนได้ สีของสารละลายสีขึ้นอยู่กับความยาวของสายพอลิเปปไทด์โปรตีนให้สีน้ำเงินม่วง ผลิตภัณฑ์จากการไฮโดรไลซิส (โพลีและโอลิโกเปปไทด์) มีสีแดงหรือชมพู ปฏิกิริยาของไบยูเรตไม่เพียงแต่ได้จากโปรตีน เปปไทด์ และโพลีเปปไทด์เท่านั้น แต่ยังได้รับจากไบยูเรต (NH 2 -CO-NH-CO-NH 2), ออกซาไมด์ (NH 2 -CO-CO-NH 2), ฮิสทิดีน

สารประกอบเชิงซ้อนของทองแดง (II) กับกลุ่มเปปไทด์ที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นด่างมีโครงสร้างดังต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาของนินไฮดริน. ในปฏิกิริยานี้ สารละลายของโปรตีน โพลีเปปไทด์ เปปไทด์ และกรดอะมิโนอิสระ α เมื่อให้ความร้อนกับนินไฮดริน จะให้สีฟ้า น้ำเงินอมม่วง หรือชมพูอมม่วง สีในปฏิกิริยานี้พัฒนาขึ้นเนื่องจากหมู่ α-อะมิโน

-กรดอะมิโนทำปฏิกิริยากับนินไฮดรินได้ง่ายมาก นอกจากนี้ สีฟ้าอมม่วงของ Rueman ยังเกิดจากโปรตีน เปปไทด์ เอมีนปฐมภูมิ แอมโมเนีย และสารประกอบอื่นๆ เอมีนทุติยภูมิ เช่น โพรลีนและไฮดรอกซีโพรลีน ให้สีเหลือง

ปฏิกิริยานินไฮดรินถูกใช้อย่างแพร่หลายในการตรวจจับและหาปริมาณกรดอะมิโน

ปฏิกิริยาแซนโทโปรตีนปฏิกิริยานี้บ่งชี้ว่ามีกรดอะมิโนอะโรมาติกตกค้างในโปรตีน - ไทโรซีน, ฟีนิลอะลานีน, ทริปโตเฟน มันขึ้นอยู่กับไนเตรตของวงแหวนเบนซีนของอนุมูลของกรดอะมิโนเหล่านี้ด้วยการก่อตัวของสารประกอบไนโตรสีเหลือง (กรีก "Xanthos" - สีเหลือง) เมื่อใช้ไทโรซีนเป็นตัวอย่าง ปฏิกิริยานี้สามารถอธิบายได้ในรูปแบบของสมการต่อไปนี้

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง อนุพันธ์ของไนโตรของกรดอะมิโนจะก่อตัวเป็นเกลือของโครงสร้างควินอยด์ซึ่งมีสีส้ม ปฏิกิริยาแซนโทโปรตีนเกิดจากเบนซีนและสารคล้ายคลึง ฟีนอล และสารประกอบอะโรมาติกอื่นๆ

ปฏิกิริยาต่อกรดอะมิโนที่มีหมู่ไทออลในสถานะรีดิวซ์หรือออกซิไดซ์ (ซิสเทอีน, ซีสทีน)

ปฏิกิริยาของโฟล เมื่อต้มกับอัลคาไล กำมะถันจะถูกแยกออกจากซีสเตอีนได้ง่ายในรูปของไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งในรูปของโซเดียมซัลไฟด์ในตัวกลางที่เป็นด่าง:

ในเรื่องนี้ ปฏิกิริยาสำหรับหากรดอะมิโนที่มีไทออลในสารละลายแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน:

การเปลี่ยนสถานะของกำมะถันจากสารอินทรีย์เป็นอนินทรีย์

การตรวจหากำมะถันในสารละลาย

ในการตรวจจับโซเดียมซัลไฟด์จะใช้ตะกั่วอะซิเตตซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับโซเดียมไฮดรอกไซด์จะเปลี่ยนเป็นพลัมไบท์:

พีบี(ช 3 ซีโอโอ) 2 + 2NaOH พีบี(ONa) 2 +2CH 3 คู

อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของซัลเฟอร์ไอออนและตะกั่วทำให้เกิดซัลไฟด์สีดำหรือสีน้ำตาล:

นา 2 ส + ป(บน) 2 + 2 ชม 2 อ พีบีเอส (ตะกอนสีดำ) + 4นาโอ

ในการตรวจสอบกรดอะมิโนที่มีกำมะถัน ให้เติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ในปริมาตรที่เท่ากันและสารละลายตะกั่วอะซิเตตสองสามหยดลงในสารละลายทดสอบ เมื่อเดือดอย่างเข้มข้นเป็นเวลา 3-5 นาที ของเหลวจะเปลี่ยนเป็นสีดำ

การปรากฏตัวของซิสทีนสามารถระบุได้โดยใช้ปฏิกิริยานี้ เนื่องจากซีสทีนถูกรีดิวซ์เป็นซีสเตอีนได้ง่าย

ปฏิกิริยาล้าน:

นี่เป็นปฏิกิริยาต่อกรดอะมิโนไทโรซีน

ฟีนอลิกไฮดรอกซิลอิสระของโมเลกุลไทโรซีน เมื่อทำปฏิกิริยากับเกลือ จะให้สารประกอบของเกลือปรอทของอนุพันธ์ของไนโตรของไทโรซีน ซึ่งมีสีแดงอมชมพู:

ปฏิกิริยาของ Pauli สำหรับฮิสทิดีนและไทโรซีน . ปฏิกิริยาเพาลีทำให้สามารถตรวจจับกรดอะมิโนฮิสทิดีนและไทโรซีนในโปรตีนได้ ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนสีแดงเชอร์รี่กับกรดไดโซเบนซีนซัลโฟนิก กรด Diazobenzenesulfonic เกิดขึ้นในปฏิกิริยาของ diazotization เมื่อกรดซัลฟานิลิกทำปฏิกิริยากับโซเดียมไนไตรท์ในตัวกลางที่เป็นกรด:

สารละลายที่เป็นกรดของกรดซัลฟานิลิกในปริมาตรที่เท่ากัน (เตรียมโดยใช้กรดไฮโดรคลอริก) และสารละลายโซเดียมไนไตรต์ในปริมาตรที่เท่ากันจะถูกเติมลงในสารละลายทดสอบ ผสมให้เข้ากันและเติมโซดา (โซเดียมคาร์บอเนต) ทันที หลังจากการกวน ส่วนผสมจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเชอรี่ โดยมีเงื่อนไขว่ามีฮิสทิดีนหรือไทโรซีนอยู่ในสารละลายทดสอบ

ปฏิกิริยา Adamkevich-Hopkins-Kohl (Schulz-Raspail) ต่อทริปโตเฟน (ปฏิกิริยาต่อกลุ่มอินโดล) ทริปโตเฟนทำปฏิกิริยาในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดกับอัลดีไฮด์ เกิดเป็นสีควบแน่น ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานร่วมกันของวงแหวนอินโดลของทริปโตเฟนกับอัลดีไฮด์ เป็นที่ทราบกันดีว่าฟอร์มาลดีไฮด์เกิดจากกรดไกลออกซีลิกเมื่อมีกรดซัลฟิวริก:

ร
สารละลายที่มีทริปโตเฟนเมื่อมีกรดไกลออกซีลิกและกรดซัลฟิวริกจะให้สีแดงอมม่วง

กรด Glyoxylic มีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเสมอในกรดแอซิติกน้ำแข็ง ดังนั้นปฏิกิริยาสามารถทำได้โดยใช้กรดอะซิติก ในเวลาเดียวกัน กรดอะซิติกที่เป็นน้ำแข็ง (เข้มข้น) ในปริมาตรที่เท่ากันจะถูกเติมลงในสารละลายทดสอบและให้ความร้อนเบา ๆ จนกระทั่งตะกอนละลาย หลังจากเย็นลง ปริมาตรของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่เท่ากับปริมาตรของกรดไกลออกซีลิกจะถูกเพิ่มลงใน ผสมอย่างระมัดระวังตามผนัง (เพื่อหลีกเลี่ยงการผสมของเหลว) หลังจากผ่านไป 5-10 นาที จะสังเกตเห็นการก่อตัวของวงแหวนสีม่วงแดงที่ส่วนต่อประสานระหว่างสองชั้น หากคุณผสมเลเยอร์ต่างๆ เนื้อหาของจานจะเปลี่ยนเป็นสีม่วงเท่าๆ กัน

ถึง

การควบแน่นของทริปโตเฟนด้วยฟอร์มาลดีไฮด์:

ผลิตภัณฑ์ควบแน่นถูกออกซิไดซ์เป็น bis-2-tryptophanylcarbinol ซึ่งมีกรดแร่อยู่ในรูปแบบเกลือสีน้ำเงินม่วง:

7) การจำแนกประเภทของโปรตีน วิธีการศึกษาองค์ประกอบของกรดอะมิโน

ระบบการตั้งชื่อและการจำแนกโปรตีนที่เข้มงวดยังไม่มีอยู่จริง ชื่อของโปรตีนจะได้รับการสุ่ม โดยส่วนใหญ่มักจะคำนึงถึงแหล่งที่มาของการแยกโปรตีนหรือคำนึงถึงความสามารถในการละลายในตัวทำละลายบางชนิด รูปร่างของโมเลกุล เป็นต้น

โปรตีนถูกจำแนกตามองค์ประกอบ รูปร่างของอนุภาค ความสามารถในการละลาย องค์ประกอบของกรดอะมิโน แหล่งกำเนิด ฯลฯ

1. องค์ประกอบโปรตีนแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ๆ คือ โปรตีนอย่างง่ายและซับซ้อน

ซิมเพิล (โปรตีน) รวมถึงโปรตีนที่ให้เฉพาะกรดอะมิโนเมื่อไฮโดรไลซิส (โปรตีนนอยด์ โปรทามีน ฮิสโตน โพรลามิน กลูเตลิน โกลบูลิน อัลบูมิน) ตัวอย่างของโปรตีนอย่างง่าย ได้แก่ ไฟโบรอินไหม เซรั่มอัลบูมินจากไข่ เพปซิน เป็นต้น

คอมเพล็กซ์ (โปรตีน) รวมถึงโปรตีนที่ประกอบด้วยโปรตีนธรรมดาและกลุ่มเพิ่มเติม (เทียม) ที่ไม่ใช่โปรตีน กลุ่มของโปรตีนเชิงซ้อนแบ่งออกเป็นหลายกลุ่มย่อยขึ้นอยู่กับลักษณะของส่วนประกอบที่ไม่ใช่โปรตีน:

Metalloproteins ที่มีโลหะเป็นองค์ประกอบ (Fe, Cu, Mg, ฯลฯ ) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับสายโซ่โพลีเปปไทด์

ฟอสโฟโปรตีน - มีกรดฟอสฟอริกตกค้างซึ่งติดอยู่กับโมเลกุลโปรตีนด้วยพันธะเอสเทอร์ที่บริเวณกลุ่มไฮดรอกซิลของซีรีน, ธรีโอนีน

Glycoproteins - กลุ่มอวัยวะเทียมคือคาร์โบไฮเดรต

โครโมโปรตีน - ประกอบด้วยโปรตีนธรรมดาและสารประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนที่มีสีที่เกี่ยวข้อง โครโมโปรตีนทั้งหมดมีความว่องไวทางชีวภาพมาก ในฐานะที่เป็นกลุ่มอวัยวะเทียม พวกเขาอาจมีอนุพันธ์ของพอร์ไฟริน ไอโซอัลลอกซาซีน และแคโรทีน

ไลโปโปรตีน - ไขมันกลุ่มเทียม - ไตรกลีเซอไรด์ (ไขมัน) และฟอสฟาไทด์

นิวคลีโอโปรตีนคือโปรตีนที่ประกอบด้วยโปรตีนเดี่ยวและกรดนิวคลีอิกที่เชื่อมโยงกัน โปรตีนเหล่านี้มีบทบาทอย่างมากในชีวิตของร่างกายและจะกล่าวถึงด้านล่าง พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ใด ๆ นิวคลีโอโปรตีนบางชนิดมีอยู่ตามธรรมชาติในรูปของอนุภาคพิเศษที่มีฤทธิ์ก่อโรค (ไวรัส)

2. รูปร่างของอนุภาค- โปรตีนแบ่งออกเป็นไฟบริลลา (คล้ายเกลียว) และทรงกลม (ทรงกลม) (ดูหน้า 30)

3. โดยความสามารถในการละลายและลักษณะขององค์ประกอบของกรดอะมิโนกลุ่มโปรตีนอย่างง่ายต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

โปรตีนอยด์ - โปรตีนของเนื้อเยื่อที่รองรับ (กระดูก, กระดูกอ่อน, เอ็น, เส้นเอ็น, ผม, เล็บ, ผิวหนัง, ฯลฯ ) เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโปรตีนไฟบริลลาที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่ (> 150,000 Da) ซึ่งไม่ละลายในตัวทำละลายทั่วไป ได้แก่ น้ำ เกลือ และน้ำผสมแอลกอฮอล์ พวกเขาละลายในตัวทำละลายเฉพาะเท่านั้น

Protamines (โปรตีนที่ง่ายที่สุด) - โปรตีนที่ละลายได้ในน้ำและมีอาร์จินีน 80-90% และกรดอะมิโนอื่น ๆ จำนวน จำกัด (6-8) ชุดมีอยู่ในนมของปลาหลายชนิด เนื่องจากมีปริมาณอาร์จินีนสูง จึงมีคุณสมบัติพื้นฐาน น้ำหนักโมเลกุลจึงค่อนข้างเล็กและมีค่าประมาณ 4,000-12,000 Da พวกมันเป็นส่วนประกอบของโปรตีนในองค์ประกอบของนิวคลีโอโปรตีน

ฮิสโตนสามารถละลายได้สูงในน้ำและสารละลายกรดเจือจาง (0.1 N) มีกรดอะมิโนสูง ได้แก่ อาร์จินีน ไลซีน และฮิสทิดีน (อย่างน้อย 30%) ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติพื้นฐาน โปรตีนเหล่านี้พบในปริมาณที่มีนัยสำคัญในนิวเคลียสของเซลล์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอโปรตีนและมีบทบาทสำคัญในการควบคุมเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก น้ำหนักโมเลกุลของฮิสโตนมีขนาดเล็กและเท่ากับ 11,000-24,000 Da;

โกลบูลินเป็นโปรตีนที่ไม่ละลายในน้ำและน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นของเกลือมากกว่า 7% โกลบูลินจะตกตะกอนอย่างสมบูรณ์ที่ความอิ่มตัว 50% ของสารละลายด้วยแอมโมเนียมซัลเฟต โปรตีนเหล่านี้มีลักษณะเป็นไกลซีนในปริมาณสูง (3.5%) น้ำหนักโมเลกุล > 100,000 Da โกลบูลินเป็นโปรตีนที่เป็นกรดหรือเป็นกลางอย่างอ่อน (p1=6-7.3);

อัลบูมินเป็นโปรตีนที่ละลายได้สูงในน้ำและสารละลายน้ำเกลือเข้มข้น และความเข้มข้นของเกลือ (NH 4) 2 S0 4 ไม่ควรเกิน 50% ของความอิ่มตัว ที่ความเข้มข้นสูงขึ้น อัลบูมินจะถูกขับเกลือออก เมื่อเทียบกับโกลบูลิน โปรตีนเหล่านี้มีไกลซีนน้อยกว่าถึง 3 เท่า และมีน้ำหนักโมเลกุล 40,000-70,000 Da อัลบูมินมีประจุลบและคุณสมบัติเป็นกรดมากเกินไป (pl=4.7) เนื่องจากมีกรดกลูตามิกสูง

Prolamins เป็นกลุ่มของโปรตีนจากพืชที่พบในกลูเตนของธัญพืช ละลายได้ในสารละลายเอทิลแอลกอฮอล์ 60-80% เท่านั้น Prolamins มีองค์ประกอบของกรดอะมิโนที่มีลักษณะเฉพาะ: ประกอบด้วยกรดกลูตามิกและโพรลีนจำนวนมาก (20-50%) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้พวกเขาได้รับชื่อ น้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 100,000 Da;

กลูเตลิน - โปรตีนจากพืชไม่ละลายในน้ำ สารละลายเกลือ และเอทานอล แต่ละลายได้ในสารละลายด่างและกรดเจือจาง (0.1 N) ในแง่ขององค์ประกอบของกรดอะมิโนและน้ำหนักโมเลกุล พวกมันคล้ายกับโพรลามีน แต่มีอาร์จินีนมากกว่าและโพรลีนน้อยกว่า

วิธีการศึกษาองค์ประกอบของกรดอะมิโน

โปรตีนถูกย่อยสลายเป็นกรดอะมิโนโดยเอนไซม์ในน้ำย่อย ได้ข้อสรุปที่สำคัญสองประการ: 1) โปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโน; 2) วิธีการไฮโดรไลซิสสามารถใช้เพื่อศึกษาสารเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดอะมิโน องค์ประกอบของโปรตีน

เพื่อศึกษาองค์ประกอบกรดอะมิโนของโปรตีน จะใช้ส่วนผสมของกรด (HCl) อัลคาไลน์ [Ba(OH) 2 ] และที่หายากกว่านั้นคือ การไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์หรือหนึ่งในนั้น เป็นที่ทราบกันดีว่าในระหว่างการไฮโดรไลซิสของโปรตีนบริสุทธิ์ที่ไม่มีสิ่งเจือปน กรดอะมิโน 20 ชนิดจะถูกปล่อยออกมา กรดอะมิโนอื่นๆ ทั้งหมดที่ค้นพบในเนื้อเยื่อของสัตว์ พืช และจุลินทรีย์ (มากกว่า 300 ชนิด) มีอยู่ตามธรรมชาติในสถานะอิสระหรือในรูปของเปปไทด์สั้นๆ หรือสารเชิงซ้อนที่มีสารอินทรีย์อื่นๆ

ขั้นตอนแรกในการกำหนดโครงสร้างหลักของโปรตีนคือการประเมินองค์ประกอบกรดอะมิโนของโปรตีนแต่ละชนิดในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ ต้องจำไว้ว่าสำหรับการศึกษาคุณต้องมีโปรตีนบริสุทธิ์จำนวนหนึ่งโดยไม่มีโปรตีนหรือเปปไทด์อื่นเจือปน

กรดไฮโดรไลซิสของโปรตีน

ในการพิจารณาองค์ประกอบของกรดอะมิโนจำเป็นต้องทำลายพันธะเปปไทด์ทั้งหมดในโปรตีน โปรตีนที่วิเคราะห์จะถูกไฮโดรไลซ์ใน HC1 6 โมล/ลิตร ที่อุณหภูมิประมาณ 110 °C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ผลจากการบำบัดนี้ทำให้พันธะเปปไทด์ในโปรตีนถูกทำลายและมีเพียงกรดอะมิโนอิสระเท่านั้นที่มีอยู่ในไฮโดรไลเสต นอกจากนี้ กลูตามีนและแอสพาราจีนยังถูกไฮโดรไลซ์เป็นกรดกลูตามิกและแอสปาร์ติก (กล่าวคือ พันธะเอไมด์ในอนุมูลจะถูกทำลายและกลุ่มอะมิโนจะถูกแยกออกจากกัน)

การแยกกรดอะมิโนโดยใช้โครมาโตกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน

ส่วนผสมของกรดอะมิโนที่ได้จากการย่อยด้วยกรดของโปรตีนจะถูกแยกออกจากกันในคอลัมน์ด้วยเรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวก เรซินสังเคราะห์ดังกล่าวประกอบด้วยกลุ่มที่มีประจุลบ (เช่น สารตกค้างของกรดซัลโฟนิก -SO 3 -) ที่เกี่ยวข้องอย่างมากซึ่งมีไอออน Na + ติดอยู่ (รูปที่ 1-4)

ส่วนผสมของกรดอะมิโนถูกนำเข้าไปในเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (pH 3.0) ซึ่งกรดอะมิโนส่วนใหญ่เป็นไอออนบวก มีประจุบวก กรดอะมิโนที่มีประจุบวกจะจับกับอนุภาคเรซินที่มีประจุลบ ยิ่งประจุรวมของกรดอะมิโนมากเท่าใด พันธะกับเรซินก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้นเท่านั้น ดังนั้น กรดอะมิโนไลซีน อาร์จินีน และฮิสทิดีนจับกับตัวแลกเปลี่ยนประจุบวกได้แรงที่สุด ในขณะที่กรดแอสปาร์ติกและกลูตามิกจับได้อ่อนที่สุด

การปลดปล่อยกรดอะมิโนออกจากคอลัมน์ทำได้โดยการชะ (ชะ) พวกมันด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีความแข็งแรงของไอออนิกเพิ่มขึ้น (เช่น ด้วยความเข้มข้นของ NaCl ที่เพิ่มขึ้น) และ pH เมื่อค่า pH เพิ่มขึ้น กรดอะมิโนจะสูญเสียโปรตอน ส่งผลให้ประจุบวกลดลง ดังนั้นแรงยึดเหนี่ยวกับอนุภาคเรซินที่มีประจุลบจึงลดลง

กรดอะมิโนแต่ละตัวออกจากคอลัมน์ที่ค่า pH และความแรงของไอออนิกที่เฉพาะเจาะจง โดยการรวบรวมสารละลาย (eluate) จากปลายล่างของคอลัมน์ในรูปของส่วนเล็ก ๆ จะได้เศษส่วนที่มีกรดอะมิโนแต่ละตัว

(สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ "การย่อยสลาย" โปรดดูคำถามที่ #10)

8) พันธะเคมีในโครงสร้างโปรตีน

9) แนวคิดเกี่ยวกับลำดับชั้นและการจัดโครงสร้างของโปรตีน (ดูคำถาม #12)

10) การย่อยสลายโปรตีน เคมีปฏิกิริยา (สเต็ปปิ้ง ตัวเร่งปฏิกิริยา รีเอเจนต์ สภาวะการเกิดปฏิกิริยา) - คำอธิบายที่สมบูรณ์ของการไฮโดรไลซิส

11) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของโปรตีน

การเสียสภาพธรรมชาติและการคืนสภาพธรรมชาติ

เมื่อสารละลายโปรตีนได้รับความร้อนถึง 60-80% หรือภายใต้การกระทำของรีเอเจนต์ที่ทำลายพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ในโปรตีน โครงสร้างตติยภูมิ (ควอเทอร์นารี) และทุติยภูมิของโมเลกุลโปรตีนจะถูกทำลาย มันจะอยู่ในรูปของขดลวดแบบสุ่ม ขอบเขตที่มากหรือน้อย กระบวนการนี้เรียกว่าการสูญเสียสภาพธรรมชาติ กรด, ด่าง, แอลกอฮอล์, ฟีนอล, ยูเรีย, กัวนิดีนคลอไรด์ ฯลฯ สามารถใช้เป็น denaturing reagents ได้ สาระสำคัญของการกระทำคือสร้างพันธะไฮโดรเจนกับ =NH และ =CO - กลุ่มของเพปไทด์แกนหลักและกับกลุ่มที่เป็นกรดของ อนุมูลของกรดอะมิโนแทนที่พันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลในโปรตีนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิ ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ ความสามารถในการละลายของโปรตีนจะลดลง โปรตีนจะ "จับตัวเป็นก้อน" (เช่น เมื่อต้มไข่ไก่) และกิจกรรมทางชีวภาพของโปรตีนจะสูญเสียไป จากสิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น การใช้สารละลายที่เป็นน้ำของกรดคาร์โบลิก (ฟีนอล) เป็นน้ำยาฆ่าเชื้อ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เมื่อสารละลายของโปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพเย็นลงอย่างช้าๆ นี่เป็นการยืนยันความจริงที่ว่าธรรมชาติของการพับของสายโซ่เปปไทด์นั้นถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก

กระบวนการเสียสภาพธรรมชาติของโมเลกุลโปรตีนแต่ละตัว ซึ่งนำไปสู่การสลายตัวของโครงสร้างสามมิติที่ "แข็ง" บางครั้งเรียกว่าการหลอมละลายของโมเลกุล การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้เกือบทั้งหมดในสภาวะภายนอก เช่น ความร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงค่า pH อย่างมีนัยสำคัญ นำไปสู่การละเมิดโครงสร้างควอเทอร์นารี ตติยภูมิ และทุติยภูมิของโปรตีนอย่างสม่ำเสมอ โดยปกติแล้ว การเสียสภาพธรรมชาติเกิดจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การกระทำของกรดแก่และด่างแก่ เกลือของโลหะหนัก ตัวทำละลายบางชนิด (แอลกอฮอล์) การแผ่รังสี เป็นต้น

การเสียสภาพธรรมชาติมักนำไปสู่กระบวนการรวมตัวของอนุภาคโปรตีนให้มีขนาดใหญ่ขึ้นในสารละลายคอลลอยด์ของโมเลกุลโปรตีน มองเห็นได้เช่นการก่อตัวของ "โปรตีน" เมื่อทอดไข่

การคืนสภาพธรรมชาติเป็นกระบวนการย้อนกลับของการเสียสภาพธรรมชาติ ซึ่งโปรตีนจะกลับคืนสู่โครงสร้างตามธรรมชาติ ควรสังเกตว่าโปรตีนบางชนิดไม่สามารถเปลี่ยนสภาพได้ ในโปรตีนส่วนใหญ่ การเสียสภาพธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้ ถ้าระหว่างการเสียสภาพโปรตีน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสายโซ่พอลิเพปไทด์จากสถานะอัดแน่น (สั่ง) ไปสู่สภาวะที่ไม่เป็นระเบียบ จากนั้นในระหว่างการเปลี่ยนสภาพธรรมชาติ ความสามารถของโปรตีนในการจัดระเบียบตัวเองจะแสดงออกมา เส้นทางคือ กำหนดล่วงหน้าโดยลำดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเปปไทด์ นั่นคือ โครงสร้างหลักที่กำหนดโดยข้อมูลทางพันธุกรรม ในเซลล์ที่มีชีวิต ข้อมูลนี้อาจเป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับการเปลี่ยนแปลงของสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่ไม่เป็นระเบียบในระหว่างหรือหลังการสังเคราะห์ทางชีวภาพบนไรโบโซมเป็นโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนตามธรรมชาติ เมื่อโมเลกุล DNA ที่มีเกลียวสองเส้นได้รับความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 100 ° C พันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสจะแตกออก และสายเสริมจะแยกออกจากกัน - DNA จะถูกทำลาย อย่างไรก็ตาม เมื่อเย็นตัวช้า เส้นเสริมสามารถเชื่อมต่อกันใหม่เป็นเกลียวคู่ปกติได้ ความสามารถของ DNA ในการปรับสภาพธรรมชาตินี้ใช้ในการผลิตโมเลกุลไฮบริดของ DNA เทียม

ร่างกายของโปรตีนธรรมชาติมีการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ที่กำหนดอย่างเคร่งครัดและมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและชีวภาพหลายประการที่อุณหภูมิทางสรีรวิทยาและค่า pH ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางกายภาพและเคมีต่างๆ โปรตีนจะจับตัวเป็นก้อนและตกตะกอน ทำให้สูญเสียคุณสมบัติตามธรรมชาติ ดังนั้น การเสียสภาพธรรมชาติควรเข้าใจว่าเป็นการละเมิดแผนทั่วไปของโครงสร้างเฉพาะของโมเลกุลโปรตีนตามธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างระดับตติยภูมิของมัน ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติเฉพาะของมัน (การละลาย การเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า การออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ฯลฯ) โปรตีนส่วนใหญ่จะสลายตัวเมื่อสารละลายได้รับความร้อนสูงกว่า 50–60°C

อาการภายนอกของการเสียสภาพธรรมชาติจะลดลงจนถึงการสูญเสียความสามารถในการละลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดไอโซอิเล็กทริก การเพิ่มความหนืดของสารละลายโปรตีน การเพิ่มจำนวนของกลุ่ม SH ที่ทำงานได้อิสระ และการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของการกระเจิงของรังสีเอกซ์ . สัญญาณที่มีลักษณะเฉพาะที่สุดของการเสียสภาพธรรมชาติคือการลดลงอย่างรวดเร็วหรือการสูญเสียโปรตีนของกิจกรรมทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา แอนติเจน หรือฮอร์โมน) ในระหว่างการเสียสภาพโปรตีนที่เกิดจากยูเรีย 8M หรือสารอื่น พันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ส่วนใหญ่ (โดยเฉพาะปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำและพันธะไฮโดรเจน) จะถูกทำลาย พันธะไดซัลไฟด์ถูกทำลายต่อหน้าสารรีดิวซ์เมอร์แคปโตเอทานอล ในขณะที่พันธะเปปไทด์ของกระดูกสันหลังของสายพอลิเพปไทด์เองจะไม่ได้รับผลกระทบ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ก้อนของโมเลกุลโปรตีนพื้นเมืองจะคลี่ออกและโครงสร้างแบบสุ่มและไม่เป็นระเบียบจะก่อตัวขึ้น (รูปที่)

การเสียสภาพธรรมชาติของโมเลกุลโปรตีน (แบบแผน)

เอ - สถานะเริ่มต้น; b - การเริ่มต้นการละเมิดโครงสร้างโมเลกุลแบบย้อนกลับได้ c - การใช้งานกลับไม่ได้ของสายโซ่โพลีเปปไทด์

การเสียสภาพธรรมชาติและการคืนสภาพของไรโบนิวคลีเอส (อ้างอิงจาก Anfinsen)

a - การใช้งาน (ยูเรีย + เมอร์แคปโตเอทานอล); b - พับ

1. โปรตีนไฮโดรไลซิส: H+

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

│ │ ‌‌│ │

กรดอะมิโน1 กรดอะมิโน2

2. การตกตะกอนของโปรตีน:

ก) ย้อนกลับได้

โปรตีนในสารละลาย ↔ โปรตีนตกตะกอน เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของสารละลายเกลือ Na+, K+

b) กลับไม่ได้ (เสียสภาพธรรมชาติ)

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอก (อุณหภูมิ; การกระทำทางกล - ความดัน, การถู, การสั่น, อัลตราซาวนด์; การกระทำของสารเคมี - กรด, ด่าง, ฯลฯ ) การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างทุติยภูมิ, ตติยภูมิและสี่ของโปรตีน โมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โครงสร้างเชิงพื้นที่ตามธรรมชาติของมัน โครงสร้างหลัก และดังนั้น องค์ประกอบทางเคมีของโปรตีนจึงไม่เปลี่ยนแปลง

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ คุณสมบัติทางกายภาพของโปรตีนจะเปลี่ยนไป: ความสามารถในการละลายลดลง ฤทธิ์ทางชีวภาพจะหายไป ในเวลาเดียวกัน กิจกรรมของสารเคมีบางกลุ่มเพิ่มขึ้น ผลของเอนไซม์โปรตีโอไลติกต่อโปรตีนได้รับการอำนวยความสะดวก และเป็นผลให้ไฮโดรไลซ์ง่ายขึ้น

ตัวอย่างเช่นอัลบูมิน - ไข่ขาว - ที่อุณหภูมิ 60-70 °จะตกตะกอนจากสารละลาย (จับตัวเป็นก้อน) สูญเสียความสามารถในการละลายในน้ำ

แผนผังของกระบวนการเปลี่ยนสภาพโปรตีน (การทำลายโครงสร้างระดับตติยภูมิและทุติยภูมิของโมเลกุลโปรตีน)

3. การเผาผลาญโปรตีน

โปรตีนเผาไหม้พร้อมกับสร้างไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และสารอื่นๆ บางชนิด การเผาไหม้มาพร้อมกับกลิ่นเฉพาะของขนนกที่ถูกไฟไหม้

4. ปฏิกิริยาของสี (เชิงคุณภาพ) ต่อโปรตีน:

a) ปฏิกิริยา xantoprotein (สำหรับกรดอะมิโนตกค้างที่มีวงแหวนเบนซีน):

โปรตีน + HNO3 (รวม) → สีเหลือง

b) ปฏิกิริยาไบยูเรต (สำหรับพันธะเปปไทด์):

โปรตีน + CuSO4 (sat) + NaOH (conc) → สีม่วงสดใส

c) ปฏิกิริยาซิสเทอีน (สำหรับกรดอะมิโนที่ตกค้างซึ่งมีกำมะถัน):

โปรตีน + NaOH + Pb(CH3COO)2 → การย้อมสีดำ

โปรตีนเป็นพื้นฐานของทุกชีวิตบนโลกและทำหน้าที่ต่างๆ ในสิ่งมีชีวิต

เกลือโปรตีนออก

การขจัดเกลือเป็นกระบวนการแยกโปรตีนออกจากสารละลายที่เป็นน้ำด้วยสารละลายที่เป็นกลางของเกลือเข้มข้นของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท เมื่อเติมเกลือที่มีความเข้มข้นสูงลงในสารละลายโปรตีน การคายน้ำของอนุภาคโปรตีนและการกำจัดประจุจะเกิดขึ้นในขณะที่โปรตีนตกตะกอน ระดับของการตกตะกอนของโปรตีนขึ้นอยู่กับความแรงของไอออนิกของสารละลายที่ตกตะกอน ขนาดของอนุภาคของโมเลกุลโปรตีน ขนาดของประจุ และความชอบน้ำ โปรตีนต่างชนิดกันตกตะกอนที่ความเข้มข้นของเกลือต่างกัน ดังนั้นในตะกอนที่ได้จากการเพิ่มความเข้มข้นของเกลือทีละน้อย โปรตีนแต่ละชนิดจึงอยู่ในเศษส่วนที่แตกต่างกัน การขับเกลือออกจากโปรตีนเป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ และหลังจากขจัดเกลือออกแล้ว โปรตีนจะมีคุณสมบัติตามธรรมชาติกลับคืนมา ดังนั้นการเอาเกลือออกจึงถูกนำมาใช้ในการปฏิบัติทางคลินิกในการแยกโปรตีนในซีรั่มในเลือด เช่นเดียวกับในการแยกและทำให้บริสุทธิ์ของโปรตีนต่างๆ

ประจุลบและไอออนบวกที่เติมเข้าไปจะทำลายเปลือกโปรตีนไฮเดรตของโปรตีน ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยความเสถียรของสารละลายโปรตีน ส่วนใหญ่มักใช้สารละลายของ Na และแอมโมเนียมซัลเฟต โปรตีนหลายชนิดมีขนาดของเปลือกไฮเดรชั่นและขนาดของประจุแตกต่างกัน โปรตีนแต่ละชนิดมีโซนเค็มของตัวเอง หลังจากกำจัดสารกำจัดเกลือออกแล้ว โปรตีนจะยังคงมีฤทธิ์ทางชีวภาพและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ ในทางปฏิบัติทางคลินิก วิธีการแยกเกลือออกใช้เพื่อแยกโกลบูลิน (ด้วยการเติมแอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4 50% ทำให้เกิดการตกตะกอน) และอัลบูมิน (ด้วยการเติมแอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4 100%) ทำให้เกิดการตกตะกอน)

เกลือออกได้รับอิทธิพลจาก:

1) ธรรมชาติและความเข้มข้นของเกลือ

2) สภาพแวดล้อม pH;

3) อุณหภูมิ

บทบาทหลักเล่นโดยความจุของไอออน

12) คุณสมบัติของการจัดระเบียบของโครงสร้างหลัก, ทุติยภูมิ, ตติยภูมิของโปรตีน

ในปัจจุบัน การดำรงอยู่ของการจัดระเบียบโครงสร้างสี่ระดับของโมเลกุลโปรตีนได้รับการพิสูจน์จากการทดลองแล้ว: โครงสร้างปฐมภูมิ ทุติยภูมิ ตติยภูมิ และสี่ส่วน

องค์ประกอบของกรดอะมิโนและการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโปรตีนแต่ละชนิดจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ โปรตีนมีคุณสมบัติเป็นกรดเบส บัฟเฟอร์ คอลลอยด์และออสโมติก

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ของแอมโฟเทอริก

โปรตีนคือแอมโฟเทอริกโพลีอิเล็กโทรไลต์ นั่นคือ รวมเข้าด้วยกัน เช่น กรดอะมิโน คุณสมบัติที่เป็นกรดและเบส อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติของกลุ่มที่ให้คุณสมบัติแอมโฟเทอริกแก่โปรตีนนั้นยังห่างไกลจากลักษณะเดียวกับของกรดอะมิโน คุณสมบัติของกรดเบสของกรดอะมิโนส่วนใหญ่เกิดจากการมีหมู่ α-อะมิโนและ α-คาร์บอกซิล (คู่กรด-เบส) ในโมเลกุลของโปรตีน กลุ่มเหล่านี้มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะเปปไทด์ และโปรตีนแอมโฟเทอริกได้รับจากกลุ่มกรดเบสของอนุมูลข้างเคียงของกรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีน แน่นอน ในแต่ละโมเลกุลของโปรตีนตามธรรมชาติ (สายโซ่โพลีเปปไทด์) มีกลุ่มปลาย α-อะมิโนและ α-คาร์บอกซิลอย่างน้อยหนึ่งกลุ่ม (หากโปรตีนมีโครงสร้างตติยภูมิเท่านั้น) ในโปรตีนที่มีโครงสร้างควอเทอร์นารี จำนวนหมู่สุดท้าย -NH 2 และ -COOH จะเท่ากับจำนวนหน่วยย่อยหรือโปรโตเมอร์ อย่างไรก็ตาม กลุ่มเหล่านี้จำนวนน้อยเช่นนี้ไม่สามารถอธิบายธรรมชาติของแอมโฟเทอริกของโปรตีนโมเลกุลใหญ่ได้ เนื่องจากกลุ่มที่มีขั้วส่วนใหญ่อยู่บนพื้นผิวของโปรตีนทรงกลม พวกมันจึงกำหนดคุณสมบัติของกรด-เบสและประจุของโมเลกุลโปรตีน คุณสมบัติที่เป็นกรดของโปรตีนนั้นได้รับจากกรดอะมิโนที่เป็นกรด (แอสปาร์ติก กลูตามิก และอะมิโนซิตริก) และคุณสมบัติที่เป็นด่างนั้นได้รับจากกรดอะมิโนพื้นฐาน (ไลซีน อาร์จินีน ฮิสทิดีน) ยิ่งโปรตีนมีกรดอะมิโนที่เป็นกรดมากเท่าใด คุณสมบัติของกรดก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีกรดอะมิโนพื้นฐานรวมอยู่ในโปรตีนมากเท่าใด คุณสมบัติพื้นฐานก็จะยิ่งแข็งแกร่งมากขึ้นเท่านั้น การแยกตัวที่อ่อนแอของกลุ่ม SH ของซีสเตอีนและกลุ่มฟีนอลของไทโรซีน (ถือได้ว่าเป็นกรดอ่อน) แทบไม่มีผลกระทบต่อแอมโฟเทอริซิตี้ของโปรตีน

คุณสมบัติบัฟเฟอร์. แม้ว่าโปรตีนจะมีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ แต่ความสามารถที่ค่า pH ทางสรีรวิทยามีจำกัด ข้อยกเว้นคือโปรตีนที่มีฮิสทิดีนจำนวนมาก เนื่องจากมีเพียงกลุ่มข้างเคียงของฮิสทิดีนเท่านั้นที่มีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ในช่วง pH ใกล้เคียงกับทางสรีรวิทยา มีโปรตีนเหล่านี้น้อยมาก เฮโมโกลบินแทบจะเป็นโปรตีนชนิดเดียวที่มีฮิสทิดีนสูงถึง 8% ซึ่งเป็นบัฟเฟอร์ภายในเซลล์ที่มีประสิทธิภาพในเม็ดเลือดแดง ช่วยรักษาค่า pH ของเลือดให้อยู่ในระดับคงที่

ประจุของโมเลกุลโปรตีนขึ้นอยู่กับเนื้อหาของกรดอะมิโนที่เป็นกรดและเบสในนั้น หรือค่อนข้างขึ้นอยู่กับการแตกตัวเป็นไอออนของกลุ่มที่เป็นกรดและเบสของอนุมูลข้างเคียงของกรดอะมิโนเหล่านี้ การแยกตัวของกลุ่ม COOH ของกรดอะมิโนที่เป็นกรดทำให้เกิดประจุลบปรากฏบนผิวโปรตีน และอนุมูลข้างเคียงของกรดอะมิโนอัลคาไลน์จะมีประจุบวก (เนื่องจากการเติม H + ไปยังกลุ่มหลัก) ในโมเลกุลของโปรตีนตามธรรมชาติ ประจุจะกระจายอย่างไม่สมมาตรขึ้นอยู่กับการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของสายพอลิเพปไทด์ ถ้ากรดอะมิโนที่เป็นกรดมีอิทธิพลเหนือกว่าเบสพื้นฐานในโปรตีน โดยทั่วไปแล้วโมเลกุลของโปรตีนจะเป็นอิเล็กโทรเนกาติตีฟ นั่นคือมันเป็นโพลิแอนไอออน และในทางกลับกัน ถ้ากรดอะมิโนพื้นฐานมีอิทธิพลเหนือ ก็จะมีประจุบวก นั่นคือ พฤติกรรมแบบนี้ โพลิเคชัน

แน่นอนว่าประจุรวมของโมเลกุลโปรตีนขึ้นอยู่กับค่า pH ของตัวกลาง: ในตัวกลางที่เป็นกรดจะเป็นบวกในตัวกลางที่เป็นด่างจะเป็นลบ ค่า pH ที่โปรตีนมีประจุสุทธิเป็นศูนย์เรียกว่าจุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีน ณ จุดนี้ โปรตีนไม่มีการเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีนแต่ละชนิดถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของกลุ่มที่เป็นกรดและพื้นฐานของอนุมูลด้านกรดอะมิโน: ยิ่งอัตราส่วนของกรดอะมิโนที่เป็นกรด/เบสในโปรตีนสูง จุดไอโซอิเล็กตริกของโปรตีนก็จะยิ่งต่ำลง โปรตีนที่เป็นกรดมีค่า pH เท่ากับ 1< 7, у нейтральных рН 1 около 7, а у основных рН 1 >7. ที่ค่า pH ต่ำกว่าจุดไอโซอิเล็กตริก โปรตีนจะมีประจุบวกและสูงกว่า - เป็นประจุลบ จุดไอโซอิเล็กทริกเฉลี่ยของโปรตีนไซโตพลาสซึมทั้งหมดอยู่ภายใน 5.5 ดังนั้นที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา (ประมาณ 7.0 - 7.4) โปรตีนในเซลล์จึงมีประจุลบทั้งหมด ส่วนเกินของประจุลบของโปรตีนภายในเซลล์จะสมดุลตามที่กล่าวมาแล้วโดยไอออนบวกอนินทรีย์

การทราบจุดไอโซอิเล็กทริกมีความสำคัญมากสำหรับการทำความเข้าใจความเสถียรของโปรตีนในสารละลาย เนื่องจากโปรตีนมีความเสถียรน้อยที่สุดในสถานะไอโซอิเล็กตริก อนุภาคโปรตีนที่ไม่มีประจุสามารถเกาะติดกันและตกตะกอนได้

คุณสมบัติคอลลอยด์และออสโมติกของโปรตีน

พฤติกรรมของโปรตีนในสารละลายมีลักษณะเฉพาะบางประการ สารละลายคอลลอยด์ทั่วไปจะเสถียรก็ต่อเมื่อมีสารทำให้คงตัวที่ป้องกันไม่ให้คอลลอยด์ตกตะกอนที่ส่วนต่อประสานของตัวถูกละลายกับตัวทำละลาย

สารละลายโปรตีนที่เป็นน้ำมีความเสถียรและสมดุล ไม่ตกตะกอน (ไม่จับตัวเป็นก้อน) เมื่อเวลาผ่านไปและไม่ต้องการสารเพิ่มความคงตัว สารละลายโปรตีนเป็นเนื้อเดียวกันและโดยพื้นฐานแล้วสามารถจำแนกได้ว่าเป็นสารละลายที่แท้จริง อย่างไรก็ตาม น้ำหนักโมเลกุลสูงของโปรตีนทำให้สารละลายมีคุณสมบัติของระบบคอลลอยด์หลายประการ:

• คุณสมบัติทางแสงที่มีลักษณะเฉพาะ (การสะท้อนแสงของสารละลายและความสามารถในการกระจายแสงที่มองเห็นได้) [แสดง] .

  คุณสมบัติทางแสงของโปรตีน. สารละลายของโปรตีนโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีความเข้มข้นมีลักษณะสีเหลือบ เมื่อสารละลายโปรตีนสว่างไปด้านข้าง ลำแสงในสารละลายจะมองเห็นได้และก่อตัวเป็นกรวยหรือแถบเรืองแสง - เอฟเฟ็กต์ Tyndall (ในสารละลายโปรตีนที่เจือจางสูง จะมองไม่เห็นสีเหลือบและกรวย Tyndall ที่ส่องสว่างแทบไม่มีเลย) เอฟเฟกต์การกระเจิงแสงนี้อธิบายได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีแสงโดยอนุภาคโปรตีนในสารละลาย เป็นที่เชื่อกันว่าในโปรโตพลาสซึมของเซลล์โปรตีนจะอยู่ในรูปของสารละลายคอลลอยด์ - โซล ความสามารถของโปรตีนและโมเลกุลทางชีวภาพอื่นๆ (กรดนิวคลีอิก โพลีแซคคาไรด์ ฯลฯ) ในการกระเจิงแสงถูกนำมาใช้ในการศึกษาโครงสร้างเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์: ในสนามมืดของกล้องจุลทรรศน์ อนุภาคคอลลอยด์จะมองเห็นเป็นรอยจ้ำแสงในไซโตพลาสซึม

  ความสามารถในการกระเจิงแสงของโปรตีนและสารโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ ใช้สำหรับการวัดปริมาณโดยเนฟิโลเมทรี การเปรียบเทียบความเข้มของการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคแขวนลอยของการทดสอบและโซลมาตรฐาน

• อัตราการแพร่กระจายต่ำ [แสดง] .

  อัตราการแพร่กระจายต่ำ. การแพร่คือการเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นเองของโมเลกุลของตัวถูกละลายเนื่องจากการไล่ระดับความเข้มข้น (จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ) โปรตีนมีอัตราการแพร่ที่จำกัดเมื่อเทียบกับโมเลกุลและไอออนทั่วไป ซึ่งเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโปรตีนหลายร้อยถึงหลายพันเท่า อัตราการแพร่ของโปรตีนขึ้นอยู่กับรูปร่างของโมเลกุลมากกว่าน้ำหนักโมเลกุล โปรตีนทรงกลมในสารละลายที่เป็นน้ำนั้นเคลื่อนที่ได้มากกว่าโปรตีนไฟบริลลา

  การแพร่กระจายของโปรตีนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานตามปกติของเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนในส่วนใดส่วนหนึ่งของเซลล์ (ซึ่งมีไรโบโซมอยู่) อาจนำไปสู่การสะสมของโปรตีนในบริเวณที่ก่อตัวขึ้นได้ หากไม่มีการแพร่กระจาย การกระจายตัวของโปรตีนภายในเซลล์เกิดขึ้นจากการแพร่กระจาย เนื่องจากอัตราการแพร่ของโปรตีนต่ำ จึงจำกัดอัตราของกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับการทำงานของโปรตีนที่กระจายในพื้นที่ที่สอดคล้องกันของเซลล์

• ไม่สามารถเจาะเยื่อหุ้มกึ่งผ่านได้ [แสดง] .

  คุณสมบัติออสโมติกของโปรตีน. เนื่องจากโปรตีนมีน้ำหนักโมเลกุลสูง จึงไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อกึ่งผ่านได้ ในขณะที่สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะผ่านเยื่อดังกล่าวได้ง่าย คุณสมบัติของโปรตีนนี้ใช้ในทางปฏิบัติเพื่อทำให้สารละลายบริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนที่มีโมเลกุลต่ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการล้างไต

  การที่โปรตีนไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อกึ่งผ่านได้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ออสโมซิส กล่าวคือ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำผ่านเยื่อกึ่งผ่านเข้าไปในสารละลายโปรตีน หากสารละลายโปรตีนถูกแยกออกจากน้ำด้วยเยื่อกระดาษแก้ว ดังนั้น ความพยายามเพื่อให้เกิดความสมดุล โมเลกุลของน้ำจะแพร่เข้าไปในสารละลายโปรตีน อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของน้ำเข้าไปในช่องว่างที่มีโปรตีนอยู่จะเพิ่มแรงดันไฮโดรสแตติกในนั้น (แรงดันของคอลัมน์น้ำ) ซึ่งป้องกันการแพร่กระจายของโมเลกุลของน้ำไปยังโปรตีน

  แรงดันหรือแรงที่ต้องใช้เพื่อหยุดการไหลของน้ำเรียกว่าแรงดันออสโมติก แรงดันออสโมติกในสารละลายโปรตีนที่เจือจางมากนั้นแปรผันตรงกับความเข้มข้นของโมลาร์ของโปรตีนและอุณหภูมิสัมบูรณ์

  นอกจากนี้ เยื่อชีวภาพยังให้โปรตีนผ่านไม่ได้ ดังนั้น แรงดันออสโมติกที่สร้างขึ้นโดยโปรตีนจึงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมันภายในและภายนอกเซลล์ แรงดันออสโมติกที่เกิดจากโปรตีนเรียกอีกอย่างว่าแรงดัน oncotic

• สารละลายที่มีความหนืดสูง [แสดง] .

  สารละลายโปรตีนที่มีความหนืดสูง. ความหนืดสูงเป็นเรื่องปกติไม่เพียงแต่สำหรับสารละลายโปรตีนเท่านั้น แต่โดยทั่วไปสำหรับสารละลายของสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ เมื่อความเข้มข้นของโปรตีนเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุลของโปรตีนเพิ่มขึ้น ความหนืดขึ้นอยู่กับรูปร่างของโมเลกุล สารละลายของโปรตีนไฟบริลลาจะมีความหนืดมากกว่าสารละลายของโปรตีนทรงกลมเสมอ ความหนืดของสารละลายได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิและอิเล็กโทรไลต์ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดของสารละลายโปรตีนจะลดลง การเติมเกลือบางชนิด เช่น แคลเซียม จะเพิ่มความหนืดโดยการส่งเสริมการยึดเกาะของโมเลกุลด้วยความช่วยเหลือของแคลเซียมบริดจ์ บางครั้งความหนืดของสารละลายโปรตีนจะเพิ่มขึ้นมากจนสูญเสียสภาพของเหลวและกลายเป็นเจล

• ความสามารถในการเกิดเจล [แสดง] .

  ความสามารถของโปรตีนในการสร้างเจล. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนในสารละลายสามารถนำไปสู่การก่อตัวของเครือข่ายโครงสร้าง ซึ่งภายในมีโมเลกุลของน้ำติดอยู่ ระบบโครงสร้างดังกล่าวเรียกว่าเจลหรือเยลลี่ เชื่อกันว่าโปรตีนของโปรโตพลาสซึมของเซลล์สามารถผ่านเข้าสู่สถานะคล้ายเจลได้ ตัวอย่างทั่วไป - ร่างกายของแมงกะพรุนเป็นเหมือนเยลลี่ที่มีชีวิตซึ่งมีปริมาณน้ำมากถึง 90%

  การเกิดเจลเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้นในสารละลายของโปรตีนไฟบริลลา รูปแท่งของพวกมันส่งเสริมการสัมผัสที่ปลายของโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ดีขึ้น นี่เป็นที่ทราบกันดีจากการปฏิบัติในชีวิตประจำวัน เยลลี่อาหารเตรียมจากผลิตภัณฑ์ (กระดูก กระดูกอ่อน เนื้อสัตว์) ที่มีโปรตีนไฟบริลลาร์จำนวนมาก

  ในกระบวนการชีวิตของร่างกายโครงสร้างโปรตีนที่มีลักษณะคล้ายเจลมีความสำคัญทางสรีรวิทยาอย่างมาก โปรตีนคอลลาเจนของกระดูก เส้นเอ็น กระดูกอ่อน ผิวหนัง ฯลฯ มีความแข็งแรง กระชับ และยืดหยุ่นสูง เนื่องจากอยู่ในสถานะคล้ายเจล การสะสมของเกลือแร่ระหว่างวัยทำให้ความกระชับและความยืดหยุ่นลดลง ในรูปแบบคล้ายเจลหรือเจลาติน พบแอคโตไมโอซินในเซลล์กล้ามเนื้อซึ่งทำหน้าที่หดตัว

  ในเซลล์ที่มีชีวิต จะเกิดกระบวนการที่คล้ายกับการเปลี่ยนผ่านของโซลเจล โปรโตพลาสซึมของเซลล์เป็นของเหลวหนืดคล้ายโซล ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายเจลเกาะอยู่

การให้น้ำของโปรตีนและปัจจัยที่มีผลต่อการละลาย

โปรตีนเป็นสารที่ชอบน้ำ หากคุณละลายโปรตีนแห้งในน้ำ ในตอนแรกโปรตีนจะพองตัวเช่นเดียวกับสารประกอบโมเลกุลสูงที่ชอบน้ำ จากนั้นโมเลกุลของโปรตีนจะเริ่มค่อยๆ ผ่านเข้าไปในสารละลาย ในระหว่างการบวม โมเลกุลของน้ำจะทะลุผ่านโปรตีนและจับกับกลุ่มที่มีขั้วของมัน การคลายตัวของสายโพลีเปปไทด์ที่หนาแน่น โปรตีนที่บวมสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นสารละลายย้อนกลับ เช่น สารละลายของโมเลกุลน้ำในสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง - โปรตีน การดูดซับน้ำต่อไปนำไปสู่การแยกโมเลกุลโปรตีนออกจากมวลรวมและการละลาย แต่การบวมไม่ได้นำไปสู่การสลายตัวเสมอไป โปรตีนบางชนิด เช่น คอลลาเจน ยังคงบวมอยู่หลังจากดูดซับน้ำในปริมาณมาก

การละลายมีความเกี่ยวข้องกับการให้น้ำของโปรตีน เช่น การเกาะตัวกันของโมเลกุลของน้ำกับโปรตีน น้ำที่ไฮเดรตจับตัวกับโมเลกุลใหญ่ของโปรตีนอย่างเหนียวแน่นจนแยกออกจากกันได้ยาก สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่ใช่การดูดซับแบบธรรมดา แต่เป็นการจับกันของโมเลกุลน้ำด้วยไฟฟ้าสถิตกับกลุ่มขั้วของอนุมูลข้างเคียงของกรดอะมิโนที่เป็นกรดที่มีประจุลบและกรดอะมิโนพื้นฐานที่มีประจุบวก

อย่างไรก็ตาม ส่วนหนึ่งของน้ำที่ให้ความชุ่มชื้นถูกผูกมัดด้วยกลุ่มเปปไทด์ ซึ่งสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำ ตัวอย่างเช่น โพลีเปปไทด์ที่มีกลุ่มด้านไม่มีขั้วจะพองตัวเช่นกัน นั่นคือจับกับน้ำ ดังนั้น น้ำปริมาณมากจะจับกับคอลลาเจน แม้ว่าโปรตีนนี้จะมีกรดอะมิโนที่ไม่มีขั้วเป็นส่วนใหญ่ น้ำโดยการจับกับกลุ่มเปปไทด์ ผลักโซ่พอลิเพปไทด์ที่ยาวออกจากกัน อย่างไรก็ตาม พันธะระหว่างโซ่ (สะพาน) ไม่อนุญาตให้โมเลกุลโปรตีนแตกออกจากกันและเข้าสู่สารละลาย เมื่อวัตถุดิบที่มีคอลลาเจนถูกทำให้ร้อน สะพานเชื่อมต่อในเส้นใยคอลลาเจนจะแตกและสายโพลีเปปไทด์ที่ปล่อยออกมาจะผ่านเข้าสู่สารละลาย ส่วนของคอลลาเจนที่ละลายน้ำได้บางส่วนนี้เรียกว่าเจลาติน เจลาตินมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับคอลลาเจน พองตัวและละลายในน้ำได้ง่าย เกิดเป็นของเหลวหนืด คุณสมบัติเฉพาะของเจลาตินคือความสามารถในการเกิดเจล สารละลายเจลาตินที่เป็นน้ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ในฐานะสารทดแทนพลาสมาและสารห้ามเลือด และความสามารถในการเกิดเจล - ในการผลิตแคปซูลในการปฏิบัติงานเภสัชกรรม

ปัจจัยที่มีผลต่อการละลายของโปรตีน. ความสามารถในการละลายของโปรตีนต่าง ๆ นั้นแตกต่างกันอย่างมาก ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของกรดอะมิโน (กรดอะมิโนที่มีขั้วให้ความสามารถในการละลายมากกว่าที่ไม่มีขั้ว) ลักษณะองค์กร (โปรตีนทรงกลมมักจะละลายได้ดีกว่าเส้นใยไฟบริลลา) และคุณสมบัติของตัวทำละลาย ตัวอย่างเช่น โปรตีนจากพืช - โปรลามิน - ละลายในแอลกอฮอล์ 60-80% อัลบูมิน - ในน้ำและในสารละลายเกลืออ่อน และคอลลาเจนและเคราตินไม่ละลายในตัวทำละลายส่วนใหญ่

สารละลายโปรตีนมีความเสถียรเนื่องจากประจุของโมเลกุลโปรตีนและเปลือกไฮเดรชั่น โมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนแต่ละชนิดมีประจุรวมของเครื่องหมายเดียวกัน ซึ่งป้องกันไม่ให้เกาะติดกันในสารละลายและตกตะกอน สิ่งใดก็ตามที่มีส่วนช่วยในการอนุรักษ์ประจุและเปลือกไฮเดรชั่นจะช่วยอำนวยความสะดวกในการละลายของโปรตีนและความเสถียรในสารละลาย มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดระหว่างประจุของโปรตีน (หรือจำนวนของกรดอะมิโนที่มีขั้วในโปรตีนนั้น) และความชุ่มชื้น: ยิ่งมีกรดอะมิโนที่มีขั้วในโปรตีนมากเท่าใด น้ำก็ยิ่งจับตัวกันมากขึ้นเท่านั้น (ต่อโปรตีน 1 กรัม) เปลือกไฮเดรชั่นของโปรตีนบางครั้งมีขนาดใหญ่ และน้ำที่ให้ความชุ่มชื้นอาจมีมากถึง 1/5 ของมวลของมัน

จริงอยู่ที่โปรตีนบางชนิดมีน้ำมากกว่าและละลายได้น้อยกว่า ตัวอย่างเช่น คอลลาเจนจับกับน้ำได้มากกว่าโปรตีนทรงกลมที่ละลายน้ำได้สูงหลายชนิด แต่ไม่ละลายน้ำ ความสามารถในการละลายของมันถูกขัดขวางโดยคุณสมบัติทางโครงสร้าง - การเชื่อมโยงข้ามระหว่างสายโซ่โพลีเปปไทด์ บางครั้งกลุ่มโปรตีนที่มีประจุตรงข้ามจะสร้างพันธะไอออนิก (เกลือ) จำนวนมากภายในโมเลกุลโปรตีนหรือระหว่างโมเลกุลโปรตีน ซึ่งป้องกันการก่อตัวของพันธะระหว่างโมเลกุลของน้ำกับกลุ่มโปรตีนที่มีประจุ มีการสังเกตปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกัน: มีกลุ่มประจุลบหรือประจุบวกจำนวนมากในโปรตีนและความสามารถในการละลายในน้ำต่ำ สะพานเกลือระหว่างโมเลกุลทำให้โมเลกุลของโปรตีนติดกันและตกตะกอน

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมใดบ้างที่ส่งผลต่อความสามารถในการละลายของโปรตีนและความเสถียรในสารละลาย

• อิทธิพลของเกลือที่เป็นกลาง [แสดง] .

  เกลือที่เป็นกลางในระดับความเข้มข้นเล็กน้อยจะเพิ่มความสามารถในการละลายของโปรตีนที่ไม่ละลายในน้ำบริสุทธิ์ (เช่น ยูโกลบูลิน) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าไอออนของเกลือซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับกลุ่มโมเลกุลโปรตีนที่มีประจุตรงข้ามทำลายสะพานเกลือระหว่างโมเลกุลโปรตีน การเพิ่มความเข้มข้นของเกลือ (การเพิ่มความแข็งแรงของไอออนิกของสารละลาย) มีผลตรงกันข้าม (ดูด้านล่าง - เกลือออก)

• อิทธิพลของค่า pH ปานกลาง [แสดง] .

  ค่า pH ของตัวกลางมีผลต่อประจุของโปรตีนและส่งผลต่อความสามารถในการละลาย โปรตีนที่เสถียรน้อยที่สุดอยู่ในสถานะไอโซอิเล็กทริก เช่น เมื่อประจุรวมเป็นศูนย์ การถอดประจุออกทำให้โมเลกุลของโปรตีนเข้าใกล้กัน เกาะกัน และตกตะกอนได้ง่าย ซึ่งหมายความว่าความสามารถในการละลายและความเสถียรของโปรตีนจะน้อยที่สุดที่ค่า pH ที่สอดคล้องกับจุดไอโซอิเล็กตริกของโปรตีน

• ผลกระทบของอุณหภูมิ [แสดง] .

  ไม่มีความสัมพันธ์ที่เข้มงวดระหว่างอุณหภูมิและธรรมชาติของการละลายของโปรตีน โปรตีนบางชนิด (globulins, pepsin, muscle phosphorylase) ในสารละลายที่เป็นน้ำหรือน้ำเกลือจะละลายได้ดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อื่น ๆ (อัลโดเลสของกล้ามเนื้อ, ฮีโมโกลบิน, ฯลฯ ) แย่ลง

• อิทธิพลของโปรตีนที่มีประจุต่างกัน [แสดง] .

  ถ้าโปรตีนที่เป็นโพลิไอออน (โปรตีนพื้นฐาน) ถูกเติมลงในสารละลายของโปรตีนที่เป็นโพลิแอนไอออน (โปรตีนที่เป็นกรด) ก็จะก่อตัวเป็นมวลรวม ในกรณีนี้ความเสถียรเนื่องจากการทำให้ประจุเป็นกลางจะสูญเสียไปและโปรตีนจะตกตะกอน บางครั้งคุณลักษณะนี้ใช้เพื่อแยกโปรตีนที่ต้องการออกจากส่วนผสมของโปรตีน

เกลือออก

สารละลายของเกลือที่เป็นกลางถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ไม่เพียงแต่เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของโปรตีน เช่น เมื่อแยกมันออกจากสารชีวภาพ แต่ยังรวมถึงการตกตะกอนแบบเลือกของโปรตีนต่างๆ เช่น การแยกส่วน กระบวนการตกตะกอนของโปรตีนโดยสารละลายน้ำเกลือที่เป็นกลางเรียกว่าการเอาเกลือออก ลักษณะเฉพาะของโปรตีนที่ได้จากการกำจัดเกลือคือพวกมันยังคงรักษาคุณสมบัติทางชีวภาพดั้งเดิมของมันไว้หลังจากกำจัดเกลือ

กลไกของการขับเกลือออกคือแอนไอออนและแคตไอออนที่เพิ่มเข้ามาของสารละลายน้ำเกลือจะกำจัดเปลือกไฮเดรชันของโปรตีน ซึ่งเป็นปัจจัยหนึ่งของความเสถียร อาจเป็นไปได้ว่าการทำให้เป็นกลางของประจุโปรตีนโดยไอออนของเกลือจะเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน ซึ่งก่อให้เกิดการตกตะกอนของโปรตีนด้วย

ความสามารถในการกำจัดเกลือออกนั้นเด่นชัดที่สุดในประจุลบของเกลือ ไอออนและไอออนบวกจะถูกจัดเรียงตามความแรงของปฏิกิริยาเกลือออกในแถวต่อไปนี้:

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

ซีรีส์เหล่านี้เรียกว่า ไลโอโทรปิก

ซัลเฟตมีผลในการขับเกลือออกมากในซีรีส์นี้ ในทางปฏิบัติ โซเดียมและแอมโมเนียมซัลเฟตมักถูกใช้เพื่อกำจัดโปรตีนออก นอกจากเกลือแล้ว โปรตีนยังถูกทำให้ตกตะกอนด้วยสารกำจัดน้ำอินทรีย์ (เอทานอล อะซีโตน เมทานอล ฯลฯ) ในความเป็นจริงนี้เหมือนกันเกลือออก

การใช้เกลือออกนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในการแยกและทำให้โปรตีนบริสุทธิ์ เนื่องจากโปรตีนหลายชนิดมีขนาดของเปลือกไฮเดรชั่นและขนาดของประจุต่างกัน แต่ละคนมีโซนออกเกลือของตัวเอง เช่น ความเข้มข้นของเกลือที่ช่วยให้โปรตีนขาดน้ำและตกตะกอน หลังจากขจัดสารกำจัดเกลือออกแล้ว โปรตีนจะคงคุณสมบัติและหน้าที่ตามธรรมชาติทั้งหมดไว้

การเสียสภาพธรรมชาติ (การเสียสภาพ) และการเสียสภาพธรรมชาติ (การเสียสภาพธรรมชาติ)

ภายใต้การกระทำของสารต่าง ๆ ที่ละเมิดการจัดระเบียบระดับสูงสุดของโมเลกุลโปรตีน (ทุติยภูมิ, ตติยภูมิ, สี่ภาค) ในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างหลักไว้ โปรตีนจะสูญเสียคุณสมบัติทางเคมีกายภาพตามธรรมชาติและที่สำคัญที่สุดคือคุณสมบัติทางชีวภาพ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเสียสภาพธรรมชาติ (denativation) เป็นลักษณะเฉพาะสำหรับโมเลกุลที่มีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อนเท่านั้น เปปไทด์สังเคราะห์และจากธรรมชาติไม่สามารถทำให้เสียสภาพธรรมชาติได้

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ พันธะที่ทำให้โครงสร้างควอเทอร์นารี เทอร์เชียรี หรือแม้แต่ทุติยภูมิเสถียรจะถูกทำลาย สายโซ่โพลีเปปไทด์คลี่ออกและอยู่ในสารละลายทั้งในรูปแบบที่คลี่ออกหรือในรูปของขดลวดแบบสุ่ม ในกรณีนี้ เปลือกไฮเดรชันจะสูญเสียไปและโปรตีนจะตกตะกอน อย่างไรก็ตาม โปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพที่ตกตะกอนนั้นแตกต่างจากโปรตีนชนิดเดียวกันที่ตกตะกอนโดยการเอาเกลือออก เนื่องจากในกรณีแรกมันจะสูญเสียคุณสมบัติดั้งเดิมของมัน ในขณะที่ส่วนที่สองจะยังคงอยู่ แสดงว่ากลไกการออกฤทธิ์ของสารที่ทำให้เกิดการเสียสภาพธรรมชาติและเกลือออกนั้นแตกต่างกัน ในระหว่างการกำจัดเกลือ โครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนจะถูกรักษาไว้ และในระหว่างการทำให้เสียสภาพธรรมชาติ มันจะถูกทำลาย

ปัจจัยที่ทำให้เสียสภาพธรรมชาติแบ่งออกเป็น

• ทางกายภาพ [แสดง] .

  ปัจจัยทางกายภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน ผลกระทบเชิงกล รังสีอัลตราโซนิกและไอออไนซ์

  การเสียสภาพธรรมชาติด้วยความร้อนของโปรตีนเป็นกระบวนการที่มีการศึกษามากที่สุด ถือว่าเป็นหนึ่งในคุณลักษณะเฉพาะของโปรตีน เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าเมื่อถูกความร้อน โปรตีนจะจับตัวเป็นก้อน (จับตัวเป็นก้อน) และตกตะกอน โปรตีนส่วนใหญ่เป็นเทอร์โมลาไบล์ แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าโปรตีนมีความทนทานต่อความร้อนสูง ตัวอย่างเช่น ทริปซิน ไคโมทริปซิน ไลโซไซม์ โปรตีนจากเยื่อชีวภาพบางชนิด โปรตีนของแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในบ่อน้ำพุร้อนมีความทนทานต่ออุณหภูมิเป็นพิเศษ เห็นได้ชัดว่าในโปรตีนที่ทนความร้อนได้ การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของสายพอลิเปปไทด์ที่เกิดจากความร้อนนั้นไม่เพียงพอที่จะทำลายพันธะภายในของโมเลกุลโปรตีน ที่จุดไอโซอิเล็กทริก โปรตีนจะถูกทำให้เสียสภาพได้ง่ายกว่าด้วยความร้อน เทคนิคนี้ใช้ในการทำงานจริง ในทางกลับกัน โปรตีนบางชนิดจะสลายตัวที่อุณหภูมิต่ำ

• เคมี [แสดง] .

  ปัจจัยทางเคมีที่ทำให้เกิดการเสียสภาพธรรมชาติ ได้แก่ กรดและด่าง ตัวทำละลายอินทรีย์ (แอลกอฮอล์ อะซิโตน) สารซักฟอก (ผงซักฟอก) เอไมด์บางชนิด (ยูเรีย เกลือกัวนิดีน ฯลฯ) อัลคาลอยด์ โลหะหนัก (เกลือของปรอท ทองแดง แบเรียม สังกะสี แคดเมียม ฯลฯ) กลไกของการกระทำที่ทำให้เสียสภาพของสารเคมีขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ

  กรดและด่างถูกใช้อย่างกว้างขวางในการตกตะกอนโปรตีน โปรตีนหลายชนิดจะเสื่อมสภาพเมื่อมีค่า pH ต่ำกว่า 2 หรือสูงกว่า 10-11 แต่โปรตีนบางชนิดสามารถทนต่อกรดและด่างได้ ตัวอย่างเช่น ฮิสโตนและโพรทามีนไม่ทำลายธรรมชาติแม้ที่ค่า pH 2 หรือ pH 10 สารละลายเข้มข้นของเอทานอลและอะซีโตนยังส่งผลต่อโปรตีนในการทำลายธรรมชาติ แม้ว่าสำหรับโปรตีนบางชนิด ตัวทำละลายอินทรีย์เหล่านี้ถูกใช้เป็นตัวกำจัดเกลือ

  โลหะหนัก อัลคาลอยด์ถูกใช้เป็นสารตกตะกอนมานานแล้ว พวกมันสร้างพันธะที่แข็งแกร่งกับกลุ่มโปรตีนที่มีขั้วและทำให้ระบบของไฮโดรเจนและพันธะไอออนิกแตก

  ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับเกลือยูเรียและกัวนิดีน ซึ่งมีความเข้มข้นสูง (สำหรับยูเรีย 8 โมล/ลิตร สำหรับกัวนิดีนไฮโดรคลอไรด์ 2 โมล/ลิตร) แข่งขันกับกลุ่มเปปไทด์ในการสร้างพันธะไฮโดรเจน เป็นผลให้การแยกตัวออกเป็นหน่วยย่อยเกิดขึ้นในโปรตีนที่มีโครงสร้างสี่ส่วน จากนั้นจึงเกิดการคลี่ของสายพอลิเปปไทด์ คุณสมบัติของยูเรียนี้โดดเด่นมากจนใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของโครงสร้างโปรตีนควอเทอร์นารีและความสำคัญของการจัดโครงสร้างในการดำเนินการตามหน้าที่ทางสรีรวิทยา

คุณสมบัติของโปรตีนที่ถูกดัดแปร . ลักษณะทั่วไปที่สุดสำหรับโปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพคือคุณสมบัติดังต่อไปนี้

• การเพิ่มจำนวนของหมู่ปฏิกิริยาหรือหมู่ฟังก์ชันเมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลโปรตีนตามธรรมชาติ (หมู่ฟังก์ชันคือกลุ่มของอนุมูลข้างเคียงของกรดอะมิโน: COOH, NH 2, SH, OH) กลุ่มเหล่านี้บางกลุ่มมักจะอยู่ภายในโมเลกุลโปรตีนและตรวจไม่พบโดยรีเอเจนต์พิเศษ การเปิดเผยของสายพอลิเพปไทด์ระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติเผยให้เห็นกลุ่มเพิ่มเติมหรือกลุ่มที่ซ่อนอยู่เหล่านี้
• ความสามารถในการละลายและการตกตะกอนของโปรตีนลดลง (เกี่ยวข้องกับการสูญเสียเปลือกไฮเดรชั่น การคลี่ของโมเลกุลโปรตีนด้วย "การสัมผัส" ของอนุมูลอิสระที่ไม่ชอบน้ำ และการทำให้ประจุของกลุ่มขั้วเป็นกลาง)
• เปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีน
• การสูญเสียกิจกรรมทางชีวภาพที่เกิดจากการละเมิดการจัดโครงสร้างดั้งเดิมของโมเลกุล
• การแตกแยกที่ง่ายกว่าโดยเอนไซม์ย่อยโปรตีนเมื่อเปรียบเทียบกับโปรตีนตามธรรมชาติ การเปลี่ยนโครงสร้างดั้งเดิมที่มีขนาดกะทัดรัดให้อยู่ในรูปแบบหลวมที่กางออกช่วยให้เอนไซม์เข้าถึงพันธะเปปไทด์ของโปรตีนได้ง่ายขึ้น ซึ่งพวกมันจะทำลาย

คุณภาพของโปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพอย่างหลังนี้เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง ความร้อนหรือการประมวลผลอื่น ๆ ของผลิตภัณฑ์ที่มีโปรตีน (ส่วนใหญ่เป็นเนื้อสัตว์) ช่วยให้การย่อยอาหารดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ย่อยโปรตีนในทางเดินอาหาร ในกระเพาะอาหารของมนุษย์และสัตว์ มีการผลิตสารที่ทำให้เสียสภาพตามธรรมชาติ นั่นคือ กรดไฮโดรคลอริก ซึ่งโดยการทำให้โปรตีนสลายตัว ช่วยให้เอนไซม์ย่อยสลายได้ อย่างไรก็ตาม การมีกรดไฮโดรคลอริกและเอนไซม์โปรตีโอไลติกไม่อนุญาตให้ใช้ยาโปรตีนทางปาก เนื่องจากพวกมันถูกทำให้เสียสภาพธรรมชาติและแตกออกทันที ทำให้สูญเสียฤทธิ์ทางชีวภาพ

นอกจากนี้เรายังทราบด้วยว่าสารที่ทำให้เสียสภาพธรรมชาติที่ตกตะกอนโปรตีนถูกนำมาใช้ในการปฏิบัติทางชีวเคมีเพื่อวัตถุประสงค์อื่นนอกเหนือจากการทำให้เกลือออก การใช้เกลือเป็นเทคนิคหนึ่งใช้เพื่อแยกโปรตีนหรือกลุ่มของโปรตีนบางชนิดออก และการทำให้เสียสภาพธรรมชาติใช้เพื่อแยกส่วนผสมของสารใดๆ ออกจากโปรตีน โดยการเอาโปรตีนออก จะได้สารละลายที่ปราศจากโปรตีนหรือสามารถกำจัดผลกระทบของโปรตีนนี้ได้

เชื่อกันมานานแล้วว่าการสูญเสียสภาพธรรมชาตินั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การกำจัดสารทำให้เสียสภาพธรรมชาติ (การทดลองดังกล่าวทำขึ้นโดยใช้ยูเรีย) จะช่วยฟื้นฟูกิจกรรมทางชีวภาพของโปรตีน กระบวนการฟื้นฟูคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและชีวภาพของโปรตีนที่ถูกทำให้เสียธรรมชาติเรียกว่าการคืนสภาพธรรมชาติหรือการคืนสภาพธรรมชาติ ถ้าโปรตีนที่ถูกทำให้เสียธรรมชาติ (หลังจากกำจัดสารที่ทำให้เกิดการเสียสภาพออกไป) จัดระเบียบตัวเองใหม่เป็นโครงสร้างเดิม ฤทธิ์ทางชีวภาพของมันจะถูกฟื้นฟู

หน้าหนังสือ 4

หน้าทั้งหมด: 7

รูปร่างของโมเลกุลโปรตีน. การศึกษาโครงสร้างดั้งเดิมของโมเลกุลโปรตีนแสดงให้เห็นว่าอนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่มีรูปร่างไม่สมมาตรไม่มากก็น้อย ขึ้นอยู่กับระดับของความไม่สมดุล กล่าวคือ อัตราส่วนระหว่างแกนยาว (b) และสั้น (a) ของโมเลกุลโปรตีน โปรตีนทรงกลม (ทรงกลม) และไฟบริลลาร์ (เส้นใย) มีความแตกต่างกัน

ลูกโลกเป็นโมเลกุลโปรตีนซึ่งการพับของสายพอลิเปปไทด์ทำให้เกิดโครงสร้างทรงกลม ในหมู่พวกเขามีรูปทรงกลมรูปไข่และรูปแท่งอย่างเคร่งครัด พวกเขาแตกต่างกันในระดับความไม่สมดุล ตัวอย่างเช่น อัลบูมินในไข่มี b/a = 3 ข้าวสาลีไกลาดินมี 11 และซีอินข้าวโพดมี 20 โปรตีนหลายชนิดในธรรมชาติมีลักษณะเป็นทรงกลม

โปรตีน Fibrillar สร้างเส้นใยยาวที่ไม่สมมาตรสูง หลายคนมีฟังก์ชั่นโครงสร้างหรือกลไก เหล่านี้คือคอลลาเจน (b / a - 200), เคราติน, ไฟโบรอิน

โปรตีนของแต่ละกลุ่มมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเอง โปรตีนทรงกลมจำนวนมากสามารถละลายได้ในน้ำและสารละลายน้ำเกลือเจือจาง โปรตีนไฟบริลลาร์ที่ละลายน้ำได้มีลักษณะเป็นสารละลายที่มีความหนืดมาก ตามกฎแล้วโปรตีนทรงกลมมีคุณค่าทางชีวภาพที่ดี - พวกมันถูกดูดซึมระหว่างการย่อยอาหารในขณะที่โปรตีนไฟบริลาร์จำนวนมากไม่ได้

ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างโปรตีนทรงกลมและไฟบริลลา โปรตีนจำนวนหนึ่งครอบครองตำแหน่งกลางและรวมคุณสมบัติของทั้งทรงกลมและไฟบริลลาร์ โปรตีนดังกล่าวรวมถึง myosin ในกล้ามเนื้อ (b/a = 75) และไฟบริโนเจนในเลือด (b/a = 18) Myosin มีรูปร่างคล้ายแท่ง คล้ายกับรูปร่างของโปรตีนไฟบริลลา อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับโปรตีนทรงกลม มันสามารถละลายได้ในน้ำเกลือ สารละลายของไมโอซินและไฟบริโนเจนมีความหนืด โปรตีนเหล่านี้จะถูกดูดซึมระหว่างการย่อยอาหาร ในขณะเดียวกัน แอกติน ซึ่งเป็นโปรตีนของกล้ามเนื้อทรงกลมจะไม่ถูกดูดซึม

การสูญเสียโปรตีน. โครงสร้างดั้งเดิมของโมเลกุลโปรตีนนั้นไม่เข้มงวด มันค่อนข้างไม่มีค่า (lat. "labilis" - เลื่อน) และสามารถถูกรบกวนอย่างรุนแรงภายใต้อิทธิพลหลายประการ การละเมิดโครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติดั้งเดิมโดยไม่ทำลายพันธะเปปไทด์เรียกว่าการเสียสภาพธรรมชาติ (ละติน "denaturare" - เพื่อลิดรอนคุณสมบัติตามธรรมชาติ) ของโปรตีน

การเสียสภาพธรรมชาติของโปรตีนอาจเกิดจากสาเหตุหลายประการที่นำไปสู่การหยุดชะงักของอันตรกิริยาที่อ่อนแอ เช่นเดียวกับการแตกของพันธะไดซัลไฟด์ที่ทำให้โครงสร้างตามธรรมชาติของมันเสถียร

การให้ความร้อนแก่โปรตีนส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิสูงกว่า 50°C เช่นเดียวกับการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตและการฉายรังสีพลังงานสูงประเภทอื่นๆ จะเพิ่มการสั่นสะเทือนของอะตอมของสายพอลิเพปไทด์ ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักของพันธะต่างๆ ในพวกมัน แม้แต่การเขย่าเชิงกลก็สามารถทำให้โปรตีนเสียสภาพได้

การเสียสภาพโปรตีนยังเกิดขึ้นเนื่องจากการโจมตีด้วยสารเคมี กรดแก่หรือด่างแก่ส่งผลต่อการแตกตัวเป็นไอออนของหมู่ที่เป็นกรดและเบส ทำให้เกิดการแตกตัวของพันธะไอออนิกและพันธะไฮโดรเจนบางส่วนในโมเลกุลของโปรตีน ยูเรีย (H 2 N-CO-NH 2) และตัวทำละลายอินทรีย์ - แอลกอฮอล์ ฟีนอล ฯลฯ - ทำลายระบบของพันธะไฮโดรเจนและทำให้ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำลดลงในโมเลกุลโปรตีน (ยูเรีย - เนื่องจากการละเมิดโครงสร้างของน้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ - เนื่องจากการสร้างการสัมผัสกับอนุมูลของกรดอะมิโนที่ไม่มีขั้ว) Mercaptoethanol ทำลายพันธะไดซัลไฟด์ในโปรตีน ไอออนของโลหะหนักรบกวนปฏิกิริยาที่อ่อนแอ

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโปรตีนจะเกิดขึ้นและประการแรกคือความสามารถในการละลายลดลง ตัวอย่างเช่น เมื่อต้ม โปรตีนจะจับตัวเป็นก้อนและตกตะกอนจากสารละลายในรูปของก้อน (เช่น เมื่อต้มไข่ไก่) การตกตะกอนของโปรตีนจากสารละลายยังเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสารตกตะกอนโปรตีน ซึ่งใช้เป็นกรดไตรคลอโรอะซีติก รีเอเจนต์ของบาร์นสไตน์ (ส่วนผสมของโซเดียมไฮดรอกไซด์กับคอปเปอร์ซัลเฟต) สารละลายแทนนิน เป็นต้น

ในระหว่างการเสียสภาพธรรมชาติ ความสามารถในการดูดซับน้ำของโปรตีนจะลดลง เช่น ความสามารถในการพองตัว กลุ่มสารเคมีใหม่อาจปรากฏขึ้น เช่น: เมื่อสัมผัสกับมาตรการของแคปโตเอทานอล - กลุ่ม SH อันเป็นผลมาจากการเสียสภาพธรรมชาติ โปรตีนจะสูญเสียกิจกรรมทางชีวภาพ

แม้ว่าโครงสร้างหลักของโปรตีนจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเสียสภาพธรรมชาติ แต่การเปลี่ยนแปลงนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างเช่น การกำจัดยูเรียอย่างค่อยเป็นค่อยไปโดยการล้างไตจากสารละลายของโปรตีนที่เสียสภาพธรรมชาติ การคืนสภาพธรรมชาติจะเกิดขึ้น: โครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนได้รับการฟื้นฟู และพร้อมกับคุณสมบัติดั้งเดิมของมันในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง การสูญเสียสภาพดังกล่าวเรียกว่าย้อนกลับได้

การสูญเสียโปรตีนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นในช่วงอายุของสิ่งมีชีวิต ดังนั้น ตัวอย่างเช่น เมล็ดพืชแม้จะอยู่ภายใต้สภาวะการเก็บรักษาที่เหมาะสม ก็ค่อยๆ สูญเสียความสามารถในการงอก

การสูญเสียสภาพโปรตีนเกิดขึ้นเมื่ออบขนมปัง พาสต้าแห้ง ผัก ระหว่างการปรุงอาหาร ฯลฯ ผลที่ตามมาคือคุณค่าทางชีวภาพของโปรตีนเหล่านี้เพิ่มขึ้น เนื่องจากโปรตีนที่ถูกเปลี่ยนสภาพ (ถูกทำลายบางส่วน) จะถูกดูดซึมได้ง่ายกว่าในระหว่างการย่อยอาหาร

จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีน. โปรตีนประกอบด้วยกลุ่มพื้นฐานและเป็นกรดต่างๆ ที่มีความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออน ในตัวกลางที่เป็นกรดสูง หมู่หลัก (หมู่อะมิโน ฯลฯ) จะถูกโปรตอนอย่างแข็งขัน และโมเลกุลของโปรตีนจะได้รับประจุบวกทั้งหมด และในตัวกลางที่เป็นด่างสูง หมู่คาร์บอกซิลจะแยกตัวออกได้ง่าย และโมเลกุลของโปรตีนจะได้รับประจุลบทั้งหมด

แหล่งที่มาของประจุบวกในโปรตีนคืออนุมูลข้างเคียงของสารตกค้างของไลซีน อาร์จินีน และฮิสทิดีน และหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนที่ปลาย N แหล่งที่มาของประจุลบคืออนุมูลข้างเคียงของกรดแอสปาร์ติกและกรดกลูตามิก และหมู่ α-คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนที่ปลาย C

ที่ค่า pH หนึ่งของตัวกลาง มีความเท่าเทียมกันของประจุบวกและลบบนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีน นั่นคือ ประจุไฟฟ้าทั้งหมดกลายเป็นศูนย์ ค่า pH ของสารละลายนี้ ซึ่งโมเลกุลของโปรตีนเป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่า จุดไอโซอิเล็กตริกของโปรตีน (pi)

จุดไอโซอิเล็กทริกเป็นค่าคงที่เฉพาะของโปรตีน พวกมันถูกกำหนดโดยองค์ประกอบและโครงสร้างของกรดอะมิโน: จำนวนและการจัดเรียงตัวของกรดอะมิโนที่เป็นกรดและเบสตกค้างในสายโพลีเปปไทด์ จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีนซึ่งมีกรดอะมิโนแอซิดตกค้างอยู่ในบริเวณ pH<7, а белков, в которых преобладают остатки основных аминокислот - в области рН>7. จุดไอโซอิเล็กทริกของโปรตีนส่วนใหญ่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย

ในสถานะไอโซอิเล็กทริก สารละลายโปรตีนจะมีความหนืดน้อยที่สุด นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโมเลกุลโปรตีน ที่จุดไอโซอิเล็กทริก กลุ่มที่มีประจุตรงข้ามกันจะถูกดึงดูดเข้าหากัน และโปรตีนจะบิดเป็นก้อนกลม เมื่อค่า pH เปลี่ยนจากจุดไอโซอิเล็กตริก กลุ่มที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากันจะผลักกัน และโมเลกุลของโปรตีนจะคลายตัวออก ในสภาวะที่กางออก โมเลกุลของโปรตีนจะให้สารละลายที่มีความหนืดสูงกว่าการรีดเป็นก้อนกลม

ที่จุดไอโซอิเล็กทริก โปรตีนมีความสามารถในการละลายได้น้อยที่สุดและสามารถตกตะกอนได้ง่าย

อย่างไรก็ตาม การตกตะกอนของโปรตีนที่จุดไอโซอิเล็กตริกยังคงไม่เกิดขึ้น สิ่งนี้ถูกป้องกันโดยโมเลกุลของน้ำที่มีโครงสร้างซึ่งเก็บส่วนสำคัญของอนุมูลกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำไว้บนพื้นผิวของก้อนโปรตีน

โปรตีนสามารถตกตะกอนได้โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ (แอลกอฮอล์ อะซีโตน) ซึ่งรบกวนระบบการสัมผัสที่ไม่ชอบน้ำในโมเลกุลโปรตีน เช่นเดียวกับความเข้มข้นของเกลือสูง (การขับเกลือออก) ซึ่งลดความชุ่มชื้นของเม็ดโปรตีน ในกรณีหลัง ส่วนหนึ่งของน้ำจะละลายเกลือและหยุดมีส่วนร่วมในการละลายของโปรตีน วิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวเนื่องจากการขาดตัวทำละลายจะกลายเป็นความอิ่มตัวซึ่งทำให้เกิดการตกตะกอนของส่วนหนึ่งของการตกตะกอน โมเลกุลของโปรตีนเริ่มเกาะติดกันและก่อตัวเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ค่อยๆ ตกตะกอนออกจากสารละลาย

คุณสมบัติทางแสงของโปรตีน. สารละลายของโปรตีนมีกิจกรรมทางแสง เช่น ความสามารถในการหมุนระนาบโพลาไรเซชันของแสง คุณสมบัติของโปรตีนนี้เกิดจากการมีองค์ประกอบที่ไม่สมมาตรในโมเลกุล - อะตอมของคาร์บอนที่ไม่สมมาตรและเกลียวขวา

เมื่อโปรตีนถูกทำให้เสียสภาพธรรมชาติ คุณสมบัติทางแสงของมันจะเปลี่ยนไป ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำลายของ a-helix คุณสมบัติทางแสงของโปรตีนที่ถูกทำให้เสียสภาพสมบูรณ์นั้นขึ้นอยู่กับการมีอะตอมของคาร์บอนที่ไม่สมมาตรอยู่ในนั้นเท่านั้น

ด้วยความแตกต่างในการแสดงคุณสมบัติทางแสงของโปรตีนก่อนและหลังการเสียสภาพธรรมชาติ เราสามารถกำหนดระดับของการหมุนวนของมันได้

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อโปรตีน. โปรตีนมีลักษณะเป็นปฏิกิริยาสีเนื่องจากมีกลุ่มสารเคมีบางชนิดอยู่ในนั้น ปฏิกิริยาเหล่านี้มักใช้เพื่อตรวจจับโปรตีน

เมื่อเติมคอปเปอร์ซัลเฟตและอัลคาไลลงในสารละลายโปรตีน สีของไลแลคจะปรากฏขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนของไอออนทองแดงกับกลุ่มเปปไทด์ของโปรตีน เนื่องจากปฏิกิริยานี้ให้ไบยูเรต (H 2 N-CO-NH-CO-NH 2) จึงเรียกว่าไบยูเรต มักใช้สำหรับการวัดเชิงปริมาณของโปรตีน ร่วมกับวิธี I. Kjeldahl เนื่องจากความเข้มของสีที่ได้จะแปรผันตามความเข้มข้นของโปรตีนในสารละลาย

เมื่อสารละลายโปรตีนถูกทำให้ร้อนด้วยกรดไนตริกเข้มข้น สีเหลืองจะปรากฏขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของอนุพันธ์ของไนโตรของกรดอะมิโนอะโรมาติก ปฏิกิริยานี้เรียกว่า แซนโทโปรตีน(กรีก "xanthos" - สีเหลือง)

เมื่อให้ความร้อนสารละลายโปรตีนหลายชนิดจะทำปฏิกิริยากับสารละลายไนเตรตของปรอท ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนสีแดงเข้มกับฟีนอลและอนุพันธ์ของพวกมัน นี่คือการทดสอบมิลลอนเชิงคุณภาพสำหรับไทโรซีน

ผลจากการให้ความร้อนแก่สารละลายโปรตีนส่วนใหญ่ด้วยตะกั่วอะซิเตตในตัวกลางที่เป็นด่าง ทำให้เกิดการตกตะกอนของตะกั่วซัลไฟด์สีดำ ปฏิกิริยานี้ใช้เพื่อตรวจจับกรดอะมิโนที่มีกำมะถันและเรียกว่าปฏิกิริยาโฟห์ล