Care substanțe nu sunt proteine complexe. Ce este denaturarea proteinelor? Proteine: începând cu teorie
Proteinele sau substanțele proteice se numesc polimeri naturali cu molecule înalte (greutatea moleculară variază de la 5-10 mii la 1 milion sau mai mult), ale căror molecule sunt construite din reziduuri de aminoacizi.
Proteinele sunt una dintre cele mai importante clase de compuși bioorganici, fără de care procesul de viață, adică metabolismul, este imposibil.
Problema originii vieții este în multe privințe comparabilă cu problema lui Pe de o parte, știm că universul conține toate elementele din care sunt făcute viețuitoarele: hidrogenul și oxigenul formează apa, care este cel mai fundamental corp, apoi carbonul, pe care îl găsim în toate moleculele organice și azotul găsit în proteine și în final în compoziția sulfului, fosforului și a elementelor minerale precum calciul, sodiul și potasiul. elemente identice sunt asamblate în molecule.Sunt imense și extrem de complexe, dar dispunerea lor este ordonată cât mai simplu și logic pentru a îndeplini toate funcțiile transferate vieții.
În organismele animalelor și plantelor, proteinele îndeplinesc o mare varietate de funcții:
catalitic;
Constructie;
Energie;
Schimb valutar;
De protecţie.
Proteinele alcătuiesc cea mai mare parte a protoplasmei celulelor. Ele joacă un rol decisiv în procesele de metabolism și reproducere celulară. Proteinele stau la baza tesuturilor de sustinere, tegumentare si musculare (oase, cartilaj, tendoane, piele).
Aceasta este o problemă complexă, care implică un număr mare de discipline științifice, dar atât incitantă, cât și incitantă pentru oamenii care au mijloacele potrivite pentru a rezolva această problemă. Viața este guvernată de procese biochimice foarte specifice inventate de natură. Se bazează pe molecule pe care omul nu a reușit încă să le sintetizeze. Caracteristicile sale sunt rezumate de Stanley Miller, care a fost unul dintre primii, după Oparin și Haldane, care a dezvoltat un scenariu realist pentru apariția vieții în univers. un organism care este capabil să se reproducă singur și supus unor mutații care pot fi transmise de la o generație la alta.
Proteinele sunt, de asemenea, mulți dintre cei mai importanți compuși fiziologic activi: enzime, hormoni, pigmenți, antibiotice, toxine.
În esență, toate activitățile corpului (dezvoltare, mișcare, dezintegrare și multe altele) sunt asociate cu substanțe proteice.
Clasificarea proteinelor.
În prezent, există mai multe clasificări ale proteinelor:
Originea vieții se contopește cu originea creării acestui organism, care trebuie să se poată reproduce și să sufere transformări pentru a se adapta la presiunea selectivă. mediu inconjurator. Diagrama adoptată în această prezentare va urma direcțiile principale ale acestui scenariu. În primul rând, ne întrebăm dacă compuși chimici, prezent în organismele vii, într-o formă simplă în anumite regiuni ale universului. Atunci ne vor interesa cometele și obiectele ușor de analizat: meteoriți, pentru că ne putem gândi că aceste obiecte pot oferi informații prețioase despre primele momente ale formării sistemului solar. poate fi evoluția atmosferei și hidrosferei planetelor de interes deosebit pentru Pământ, Marte și Titan.
După gradul de dificultate;
Prin solubilitate în solvenți individuali;
Forma moleculelor.
În funcție de gradul de complexitate, proteinele sunt împărțite în:
Proteine simple(proteine);
Proteine complexe (proteide).
Proteinele sunt compuși care conțin doar reziduuri de aminoacizi.
Proteinele sunt compuși formați din părți proteice și non-proteice. Când sunt hidrolizate, dau aminoacizi și substanțe de natură neproteică (de exemplu, acid fosforic, carbohidrați etc.).
Mediu interstelar, comete, meteoriți
Vor fi descrise principalele etape ale evoluției lumii vii. Radioastronomia constă în detectarea și studierea radiațiilor electromagnetice emise de stele în partea din spectru care corespunde lungimilor de undă ale undelor radio. Această disciplină a astronomiei, s-a dezvoltat după cel de-al Doilea Război Mondial, grație progreselor înregistrate în domeniul receptoarelor radio: antene, telescoape și detectoare. Radiația detectată la lungimi de undă mai mari de câteva zecimi de milimetru, adică în afara domeniului infraroșu. Schimbul de energie în timpul acestor tranziții corespunde modificărilor stării de rotație a moleculelor care emit radiații.
Substanțele care au natură non-proteică, dar fac parte din substanțele proteice, se numesc grup protetic.
În funcție de compoziția părții neproteice (grupul protetic), proteinele sunt împărțite în grupuri:
1. nucleoproteine – compuși care sunt hidrolizați într-o proteină simplă și acizi nucleici. Ele fac parte din protoplasmă nucleele celulare, virusuri. Acizii nucleici sunt printre cei mai importanți biopolimeri, care joacă un rol uriaș în ereditate.
În docul radio au fost identificate multe surse: quasari, pulsari, galaxii radio. Până acum, radiotelescoapele nu au făcut posibilă obținerea de imagini simț vizibil, dar astăzi situația se schimbă odată cu dezvoltarea interferometrelor în casa radio. La nivel spectroscopic, studiul liniilor cuprinse în spectrul de emisie radio al obiectelor este foarte eficient pentru identificarea compuşilor. În mediul interstelar au fost identificate numeroase molecule organice și anorganice în norii interstelari. În tabel, notăm prezența hidrogenului și a apei, ceea ce nu este surprinzător, deoarece hidrogenul este cel mai abundent element din univers. ca și carbonul, este sintetizat în reacții termonucleare care au loc în inima stelelor.
2. fosfoproteine - compuși care sunt hidrolizați într-o proteină simplă și acid fosforic. Ele joacă un rol important în alimentația unui organism tânăr. Exemplu: - cazeina - proteine din lapte.
3. glicoproteine - compuși care sunt hidrolizați într-o proteină simplă și carbohidrat. Conținut în diferite secreții mucoase ale animalelor.
4. lipoproteine - compuși care sunt hidrolizați într-o proteină simplă și lipide. Ele participă la formarea proteinelor din gluten. ÎN în număr mare conținute în boabe, protoplasmă și membrane celulare.
Moleculele organice descoperite sunt foarte numeroase. S-a remarcat prezența acidului cianhidric, formaldehidei și metanolului în mediul interstelar. Toate aceste molecule interacționează sub acțiunea proceselor chimice care au loc la temperaturi scăzute în mediul interstelar și în prezența unui câmp de radiații asociat cu prezența stelelor. Moleculele se formează prin ciocniri între compuși mai simpli.Se descompun sub influența radiațiilor ultraviolete sau în ciocniri cu alte molecule. S-a constatat că sunt formate din aceleași componente ca și în sistemul solar: hidrogen, oxigen, carbon, azot, sulf.
5. cromoproteine - compuși care sunt hidrolizați într-o proteină simplă și o materie colorantă. De exemplu, hemoglobina din sânge se descompune în proteina globină și într-o bază complexă de azot care conține fier.
Există și alte grupuri de proteine complexe.
Prin solubilitate în solvenți individuali, proteinele sunt împărțite în:
Solubil în apă;
Aceste elemente se formează în interiorul stelelor, datorită fuziunii termonucleare. Ele se risipesc în spațiul interstelar la sfârșitul vieții unei stele în timpul exploziilor sale. Particulele de praf care alcătuiesc cealaltă componentă a materialului interstelar sunt norii, care pot fi opaci, formați din silicați, dar și materie organică.
Treptat, astronomii pot rezolva diverse probleme legate de evoluția universului. În primul rând, acest mediu apropiat, pe care îl cunoaștem bine, a suferit aceeași evoluție ca și mediul interstelar, a cărui compoziție a fost dată mai sus? Elementele de răspuns ne sunt date de comete. Influențat de ultraj mica schimbare distanțe ale unei stele vecine, unele dintre ele sunt introduse în sistemul solar, viteza lor crește rapid de-a lungul traiectoriei lor parabolice sau eliptice și afectează una sau mai multe revoluții în jurul Soarelui.
Solubil în soluții saline slabe;
Solubil în soluții de alcool;
Solubil în alcalii etc.
Proteinele conform acestei clasificări sunt împărțite în:
1.albumine - proteinele sunt foarte solubile în apă. Au o greutate moleculară relativ mică. Ele fac parte din proteinele ouălor, sângelui, laptelui. Un reprezentant tipic al albuminelor este albușul de ou.
Evident, ele pot fi prinse de câmpul gravitațional al Soarelui dacă trec prea aproape de această stea. Mulțumită analiza spectroscopicăîn diferite zone accesibile ale spectrului electromagnetic au fost identificate multe molecule: apă, hidrogen, hidroxil, acid cianhidric, metanol, hidrogen sulfurat.
Toate boabele de praf conțin silicați într-o măsură mai mare sau mai mică. Acest spectrometru de masă nu a putut identifica moleculele deoarece a dat abundența compusului prin masa sa atomică: 12 pentru izotopul de carbon 12, 14 pentru izotopul de azot 14 și așa mai departe. în plus, majoritatea moleculelor au fost distruse de impactul asupra țintei. Un alt experiment a arătat că o parte din gazul emis de comete este produs nu de nucleu, ci de praful care este ejectat din nucleu. De asemenea, s-a demonstrat că o parte din acest gaz este compus din formaldehidă și molecule organice.
2. globuline - proteine insolubile in apa, dar solubile in diluat solutii apoase săruri. Acestea sunt proteine foarte comune - alcătuiesc majoritatea semințelor de leguminoase și semințe oleaginoase, fac parte din sânge, lapte, fibre musculare. Lactoglobulina din lapte este un reprezentant al globulinelor de origine animală.
Vom atinge acum o serie de observații izbitoare: există multe asemănări între materia interstelară și cea din care sunt făcute cometele. Două componente, gaz și praf, prezența apei sau a gheții, molecule organice. . Aceste puncte se referă direct la caracteristicile asociate cu prezența vieții pe Pământ, ceea ce implică în mod necesar prezența materialelor care conțin elemente ușoare de carbon, hidrogen, oxigen și hidrogen.
Determinarea compoziției materiei în mediul interstelar și cometar are neapărat limite, deoarece este imposibil să prelevez probe in situ pentru a le returna pe Pământ și a le analiza în laborator, ca în cazul Lunii sau, în viitor, din Marte. Cu toate acestea, avem obiecte care pot oferi o mulțime de informații despre compoziția mediului extraterestre: sunt meteoriți, folosim termenul de „extraterestru” pentru că de multe ori este dificil de indicat originea acestor corpuri. cădea pe Pământ după ce a călătorit la sistem solar, a cărui cale este necunoscută.
3. prolamine - proteine insolubile în apă, dar solubile în soluție de etanol (60-80%). Acestea sunt proteinele caracteristice semințelor de cereale, de exemplu: gliadină - grâu și secară, zeină - porumb, avenin - ovăz, hordeină - orz.
4. gluteline - proteine insolubile în apă, dar solubile în soluții alcaline. Ele fac parte din proteinele vegetale. Dintre acestea, ar trebui să se distingă orizenina din semințele de orez și glutenina din proteinele glutinoase din grâu.
Unul dintre cei mai studiati meteoriți din anul trecut este meteoritul Murchison descoperit în Australia. În acest meteorit s-au găsit două tipuri de molecule organice remarcabile: hidrocarburi aromatice policiclice și aminoacizi. Descoperirea aminoacizilor a ridicat în mod evident unele îndoieli cu privire la fiabilitatea acestui rezultat, deoarece este ușor să introduci impurități în analiza chimică. Acest argument critic acum pare să fi fost abandonat din două motive.
Meteoritul nu conține aminoacizii care se găsesc cel mai des în proteinele obișnuite: serină, treonină, tirozină, fenilamină, histidină, lizină, acid aspartic, dar conține un exces de aminoacizi de o anumită natură. diferite: alanină, acid glutamic, acid aspartic. În plus, capacitatea de rotație a acestor aminoacizi „meteoriți” este foarte diferită de capacitatea de rotație a acelorași aminoacizi găsiți în proteine. Aici ajungem la miezul problemei, deoarece aminoacizii tocmai menționați aparțin unei familii de 20 de aminoacizi care sunt parte integrantă dintre toate proteinele, dar proteinele sunt necesare pentru existența vieții.
Pe lângă grupele de mai sus, proteinele includ și:
Protamine (incluse în sperma și caviarul de pește);
Histone (parte a multor proteine complexe);
Scleroproteine (acest grup include proteine ale țesuturilor de susținere și tegumentare ale corpului: oase, piele, ligamente, coarne, unghii, păr).
În funcție de forma moleculelor, proteinele sunt împărțite în:
fibrilare sau filiforme;
Putem concluziona că constituenții, componentele pe care le preferăm, care sunt necesare pentru „crearea vieții”, sunt destul de prezenți în Univers. Aceste elemente au fost dezvoltate în mai multe etape: mai întâi prin formarea atomilor în interiorul stelelor, apoi printr-un set de procese chimice în materia interstelară. Unii oameni de știință au sugerat că o parte din apa și materia găsite pe Pământ este un organism adus de comete.
Condiții necesare pentru apariția vieții
Există un pas uriaș și dificil între o descriere adevărată a materiei care alcătuiește Universul, care în ansamblu este foarte parțială și forme de viață complexe pe care le cunoaștem astăzi, dar astronomul nu a ezitat. De aceea comprimă numerele folosite pentru a măsura distanțe și timpi. Îi este foarte ușor: trebuie doar să ia o scară logaritmică folosind puteri.
Globulare sau sferice.
În așa-numitele proteine fibrilare, lanțurile moleculare individuale sunt mai întinse.
În proteinele globulare, împachetarea lanțurilor moleculare este mai compactă.
Cele mai multe dintre proteinele organismelor vii sub formă de molecule aparțin celui de-al doilea grup.
1. De ce proteinele sunt considerate polimeri?
Este foarte important ca organismul viu să lucreze pentru a-i furniza trei tipuri de alimente, pe care le vom numi „nutrienți”. Nutrienti carbohidrati si lipidici care satisfac nevoile energetice ale organismului, nutrienti proteici pe care organismul le va folosi pentru a-si crea propriul material. Aminoacizii joacă un rol esențial în dezvoltarea și reînnoirea materiei vii și s-a demonstrat că cei 8 aminoacizi enumerați în Tabelul 2 sunt minimul necesar supraviețuirii umane. Conțin aminoacizi din care vor fi făcute proteine. . Acești 8 aminoacizi fac parte din cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele.
Răspuns. Proteinele sunt polimeri, adică molecule construite ca lanțuri din unități monomerice repetate, sau subunități, constând din aminoacizi legați într-o anumită secvență printr-o legătură peptidică. Ele sunt componentele de bază și necesare ale tuturor organismelor.
Există proteine simple (proteine) și proteine complexe (proteine). Proteinele sunt proteine ale căror molecule conțin doar componente proteice. Odată cu hidroliza lor completă, se formează aminoacizi.
Aminoacizii permit materiei vii să „funcționeze”, dar sunt implicați și în procesul de reproducere și reînnoire a acestui material. Acid fosforic, zahăr: deoxiriboză, patru baze organice azotate: purină: adenină, guanină, x pirimidină: timină, citozină. Proporțiile sunt dimensiunile „metrului” cusăturii, care are 1 cm lățime și 50 km lungime. Barele de scară sunt formate din baze azotate: adenină-timină, întotdeauna asociată, și uraniu-citozină, de asemenea întotdeauna asociată.
Valorile scalei constau din deoxiriboză și acid fosforic. Legăturile dintre moleculele barelor scalei sunt legături slabe de hidrogen, dar legăturile dintre moleculele care alcătuiesc aceste cantități sunt legături covalente, mult mai puternice decât legăturile de hidrogen.
Proteinele sunt numite proteine complexe, ale căror molecule diferă semnificativ de moleculele proteice prin faptul că, pe lângă componenta proteică în sine, conțin o componentă cu greutate moleculară mică de natură non-proteică.
2. Ce funcții ale proteinelor cunoașteți?
Răspuns. Proteinele îndeplinesc următoarele funcții: de construcție, energetică, catalitică, de protecție, de transport, contractilă, de semnalizare și altele.
Întrebări după § 11
1. Ce substanțe se numesc proteine?
Răspuns. Proteinele, sau proteinele, sunt polimeri biologici ai căror monomeri sunt aminoacizi. Toți aminoacizii au o grupare amino (-NH2) și o grupare carboxil (-COOH) și diferă în structura și proprietățile radicalilor. Aminoacizii sunt legați între ei prin legături peptidice, astfel încât proteinele sunt numite și polipeptide.
Răspuns. Moleculele de proteine pot lua diverse forme spațiale - conformații, care reprezintă patru niveluri ale organizării lor. Secvența liniară a aminoacizilor din compoziția lanțului polipeptidic reprezintă structura primară a proteinei. Este unică pentru orice proteină și determină forma, proprietățile și funcțiile acesteia.
3. Cum se formează structurile proteice secundare, terțiare și cuaternare?
Răspuns. Structura secundară a unei proteine este formată prin formarea de legături de hidrogen între grupările -CO- și -NH-. În acest caz, lanțul polipeptidic este răsucit într-o spirală. Helixul poate dobândi configurația unui globule, deoarece între radicalii de aminoacizi din helix apar diferite legături. Globul este structura terțiară a unei proteine. Dacă mai multe globule sunt combinate într-un singur complex complex, atunci apare o structură cuaternară. De exemplu, hemoglobina din sângele uman este formată din patru globule.
4. Ce este denaturarea proteinelor?
Răspuns. Încălcarea structurii naturale a proteinei se numește denaturare. Sub influența unui număr de factori (chimici, radioactivi, temperatură etc.), structurile cuaternare, terțiare și secundare ale proteinei pot fi distruse. Dacă acțiunea factorului încetează, proteina își poate restabili structura. Dacă acțiunea factorului crește, structura primară a proteinei, lanțul polipeptidic, este și ea distrusă. Acesta este deja un proces ireversibil - proteina nu poate restabili structura
5. Pe ce bază se împart proteinele în simple și complexe?
Răspuns. Proteinele simple sunt compuse exclusiv din aminoacizi. Proteinele complexe pot conține altele materie organică: carbohidrați (atunci se numesc glicoproteine), grăsimi (lipoproteine), acizi nucleici (nucleoproteine).
6. Ce funcții ale proteinelor cunoașteți?
Răspuns. Funcția de construcție (plastic). Proteinele sunt o componentă structurală a membranelor biologice și a organelelor celulare și fac, de asemenea, parte din structurile de susținere ale corpului, părului, unghiilor, vaselor de sânge. functie enzimatica. Proteinele servesc ca enzime, adică catalizatori biologici care accelerează rata bio reacții chimice de zeci și sute de milioane de ori. Un exemplu este amilaza, care descompune amidonul în monozaharide. Funcția contractilă (motorie). Este realizat de proteine speciale contractile care asigură mișcarea celulelor și a structurilor intracelulare. Datorită lor, cromozomii se mișcă în timpul diviziunii celulare, iar flagelii și cilii pun în mișcare celulele protozoarelor. Proprietățile contractile ale proteinelor actină și miozină stau la baza funcției musculare. functia de transport. Proteinele sunt implicate în transportul moleculelor și ionilor în organism (hemoglobina transportă oxigenul de la plămâni la organe și țesuturi, albumina serică este implicată în transportul acizilor grași). functie de protectie. Constă în protejarea organismului de deteriorarea și invazia proteinelor și bacteriilor străine. Proteinele anticorpilor produse de limfocite creează apărarea organismului împotriva infecțiilor străine, trombina și fibrina sunt implicate în formarea unui cheag de sânge, ajutând astfel organismul să evite pierderile mari de sânge. Funcția de reglementare. Este realizat de proteinele hormonale. Ele sunt implicate în reglarea activității celulelor și a tuturor proceselor vitale ale organismului. Astfel, insulina reglează glicemia și o menține la un anumit nivel. Funcția semnal. Proteinele încorporate în membrana celulară sunt capabile să își schimbe structura ca răspuns la iritație. Astfel, semnalele sunt transmise din mediul extern în celulă. Funcția energetică. Este extrem de rar în proteine. Cu descompunerea completă a 1 g de proteine, pot fi eliberate 17,6 kJ de energie. Cu toate acestea, proteinele sunt un compus foarte valoros pentru organism. Prin urmare, scindarea proteinelor are loc de obicei la aminoacizi, din care sunt construite noi lanțuri polipeptidice. Hormonii proteici reglează activitatea celulei și toate procesele vitale ale corpului. Deci, în corpul uman, somatotropina este implicată în reglarea creșterii corpului, insulina menține un nivel constant de glucoză în sânge.
7. Ce rol joacă proteinele hormonale?
Răspuns. Funcția de reglare este inerentă proteinelor hormonale (regulatori). Ele reglează diferite procese fiziologice. De exemplu, cel mai cunoscut hormon este insulina, care reglează nivelul de glucoză din sânge. Cu o lipsă de insulină în organism, apare o boală cunoscută sub numele de diabet zaharat.
8. Care este funcția proteinelor enzimatice?
Răspuns. Enzimele sunt catalizatori biologici, adică acceleratori ai reacțiilor chimice de sute de milioane de ori. Enzimele au specificitate strictă în ceea ce privește substanța care reacționează. Fiecare reacție este catalizată de propria sa enzimă.
9. De ce proteinele sunt rar folosite ca sursă de energie?
Răspuns. Monomerii proteici de aminoacizi sunt o materie primă valoroasă pentru construirea de noi molecule de proteine. Prin urmare, scindarea completă a polipeptidelor la substante anorganice se întâmplă rar. În consecință, funcția energetică, care constă în eliberarea de energie în timpul divizării complete, este realizată de proteine destul de rar.
Albusul de ou este o proteina tipica. Aflați ce se va întâmpla cu acesta dacă este expus la apă, alcool, acetonă, acid, alcali, ulei vegetal, temperatură ridicată etc.
Răspuns. Ca urmare a acțiunii temperaturii ridicate asupra proteinei oului, se va produce denaturarea proteinei. Sub acțiunea alcoolului, acetonei, acizilor sau alcalinelor se întâmplă aproximativ același lucru: se pliază proteina. Acesta este un proces în care există o încălcare a structurii terțiare și cuaternare a proteinei din cauza ruperii legăturilor de hidrogen și ionice.
În apă și ulei vegetal, proteina își păstrează structura.
Măcinați un tubercul de cartof crud până la o pulpă. Luați trei eprubete și puneți în fiecare o cantitate mică de cartofi tăiați.
Puneți prima eprubetă în congelatorul frigiderului, a doua - pe raftul de jos al frigiderului și a treia - într-un borcan de apa calda(t = 40 °С). După 30 de minute, scoateți eprubetele și aruncați o cantitate mică de peroxid de hidrogen în fiecare. Observați ce se va întâmpla în fiecare eprubetă. Explicați-vă rezultatele
Răspuns. Acest experiment ilustrează activitatea enzimei catalaze de celule vii asupra peroxidului de hidrogen. Ca rezultat al reacției, se eliberează oxigen. Dinamica secreției veziculelor poate fi utilizată pentru a evalua activitatea enzimei.
Experiența ne-a permis să reparăm următoarele rezultate:
Activitatea catalazei depinde de temperatură:
1. Eprubetă 1: nu există bule - asta pentru că celulele de cartofi au fost distruse la temperatură scăzută.
2. Tubul 2: sunt puține bule - deoarece activitatea enzimei la temperatură scăzută este scăzută.
3. Tubul 3: multe bule, temperatura optimă, catalaza foarte activă.
Pune câteva picături de apă în prima eprubetă cu cartofi, câteva picături de acid (oțet de masă) în a doua și alcalii în a treia.
Observați ce se va întâmpla în fiecare eprubetă. Explicați-vă rezultatele. Trageți propriile concluzii.
Răspuns. La adăugarea apei nu se întâmplă nimic, la adăugarea acidului, apare o oarecare întunecare, la adăugarea de alcali, „spumare” - hidroliză alcalină.
