Zgodnie z teorią Oparina-Haldane'a życie na naszej planecie powstało z kropelki koacerwatu. Była to także cząsteczka białka. Oznacza to, że wniosek wynika, że to właśnie te związki chemiczne są podstawą wszelkiego życia, które istnieje dzisiaj. Ale czym są struktury białkowe? Jaką rolę odgrywają w dzisiejszym ciele i życiu ludzi? Jakie są rodzaje białek? Spróbujmy to rozgryźć.
Białka: ogólna koncepcja
Z punktu widzenia budowy chemicznej cząsteczka omawianej substancji jest sekwencją aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi.
Każdy aminokwas ma dwie grupy funkcyjne:
- karboksylowy -COOH;
- grupa aminowa -NH2.
To między nimi powstaje wiązanie w różnych cząsteczkach. Zatem wiązanie peptydowe ma postać -CO-NH. Cząsteczka białka może zawierać setki lub tysiące takich grup, będzie to zależeć od konkretnej substancji. Rodzaje białek są bardzo zróżnicowane. Wśród nich są takie, które zawierają niezbędne dla organizmu aminokwasy, co oznacza, że muszą być spożywane z pożywieniem. Istnieją odmiany, które pełnią ważne funkcje w błonie komórkowej ijego cytoplazma. Wyizolowane są również katalizatory biologiczne – enzymy, będące jednocześnie cząsteczkami białek. Są szeroko stosowane w życiu człowieka, a nie tylko uczestniczą w procesach biochemicznych istot żywych.
Ciężar cząsteczkowy rozważanych związków może wynosić od kilkudziesięciu do milionów. W końcu liczba jednostek monomeru w dużym łańcuchu polipeptydowym jest nieograniczona i zależy od rodzaju konkretnej substancji. Białko w czystej postaci, w jego natywnej konformacji, można zobaczyć podczas badania surowego jaja kurzego. Jasnożółta, przezroczysta, gęsta masa koloidalna, wewnątrz której znajduje się żółtko - to pożądana substancja. To samo można powiedzieć o niskotłuszczowym twarogu. Ten produkt to również prawie czyste białko w swojej naturalnej postaci.
Jednak nie wszystkie rozważane związki mają taką samą strukturę przestrzenną. W sumie wyróżnia się cztery organizacje cząsteczki. Rodzaje struktur białkowych determinują jego właściwości i wskazują na złożoność struktury. Wiadomo również, że bardziej splątane przestrzennie molekuły podlegają intensywnemu przetwarzaniu u ludzi i zwierząt.
Rodzaje struktur białkowych
W sumie jest ich czterech. Zastanów się, czym jest każdy z nich.
- Podstawowy. Reprezentuje zwykłą liniową sekwencję aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Nie ma zwrotów przestrzennych, nie ma spiralizacji. Liczba linków zawartych w polipeptydzie może sięgać kilku tysięcy. Rodzaje białek zpodobna struktura – glicyloalanina, insulina, histony, elastyna i inne.
- Dodatkowe. Składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych, które są skręcone w formie spirali i zorientowane ku sobie uformowanymi zwojami. W tym przypadku między nimi tworzą się wiązania wodorowe, utrzymując je razem. W ten sposób powstaje pojedyncza cząsteczka białka. Rodzaje białek tego typu to: lizozym, pepsyna i inne.
- Konformacja trzeciorzędowa. Jest to gęsto upakowana i zwarta zwinięta struktura wtórna. Tutaj, oprócz wiązań wodorowych, pojawiają się inne rodzaje oddziaływań - jest to oddziaływanie van der Waalsa i siły przyciągania elektrostatycznego, kontakt hydrofilowo-hydrofobowy. Przykładami struktur są albumina, fibroina, białko jedwabiu i inne.
- Czwartorzęd. Najbardziej złożona struktura, czyli kilka łańcuchów polipeptydowych skręconych w spiralę, zwiniętych w kulkę i połączonych razem w kulkę. Przykłady takie jak insulina, ferrytyna, hemoglobina, kolagen ilustrują właśnie taką konformację białka.
Jeśli rozważymy szczegółowo wszystkie podane struktury cząsteczek z chemicznego punktu widzenia, analiza zajmie dużo czasu. Rzeczywiście, im wyższa konfiguracja, tym bardziej złożona i skomplikowana jest jej struktura, tym więcej rodzajów oddziaływań obserwuje się w cząsteczce.
Denaturacja cząsteczek białka
Jedną z najważniejszych właściwości chemicznych polipeptydów jest ich zdolność do rozkładu pod wpływem określonych warunków lub środków chemicznych. Więc,na przykład szeroko rozpowszechnione są różne rodzaje denaturacji białek. Co to za proces? Polega na zniszczeniu natywnej struktury białka. Oznacza to, że jeśli początkowo cząsteczka miała strukturę trzeciorzędową, to po działaniu środków specjalnych zapadnie się. Jednak sekwencja reszt aminokwasowych pozostaje niezmieniona w cząsteczce. Zdenaturowane białka szybko tracą swoje właściwości fizyczne i chemiczne.
Jakie odczynniki mogą prowadzić do procesu niszczenia konformacji? Jest ich kilka.
- Temperatura. Po podgrzaniu następuje stopniowe niszczenie czwartorzędowej, trzeciorzędowej, drugorzędowej struktury cząsteczki. Wizualnie można to zaobserwować na przykład podczas smażenia zwykłego jajka kurzego. Powstałe „białko” jest podstawową strukturą polipeptydu albuminy, który był w surowym produkcie.
- Promieniowanie.
- Działanie z silnymi środkami chemicznymi: kwasy, zasady, sole metali ciężkich, rozpuszczalniki (np. alkohole, etery, benzen i inne).
Ten proces jest czasami nazywany również topnieniem molekularnym. Rodzaje denaturacji białek zależą od czynnika, pod działaniem którego doszło. Co więcej, w niektórych przypadkach zachodzi proces odwrotny. To jest renaturacja. Nie wszystkie białka są w stanie przywrócić swoją strukturę, ale znaczna część z nich potrafi to zrobić. Tak więc chemicy z Australii i Ameryki przeprowadzili renaturację gotowanego jaja kurzego przy użyciu niektórych odczynników i metody wirowania.
Ten proces jest ważny dla żywych organizmów w syntezie polipeptydułańcuchy rybosomów i rRNA w komórkach.
Hydroliza cząsteczki białka
Wraz z denaturacją białka charakteryzują się inną właściwością chemiczną – hydrolizą. Jest to również zniszczenie konformacji natywnej, ale nie struktury pierwszorzędowej, ale całkowicie poszczególnych aminokwasów. Ważną częścią trawienia jest hydroliza białek. Rodzaje hydrolizy polipeptydów są następujące.
- Chemiczne. Oparty na działaniu kwasów lub zasad.
- Biologiczne lub enzymatyczne.
Jednak istota procesu pozostaje niezmieniona i nie zależy od rodzaju hydrolizy białek. W efekcie powstają aminokwasy, które są transportowane do wszystkich komórek, narządów i tkanek. Ich dalsza transformacja polega na udziale w syntezie nowych polipeptydów, już tych niezbędnych dla danego organizmu.
W przemyśle proces hydrolizy cząsteczek białka jest wykorzystywany tylko w celu uzyskania odpowiednich aminokwasów.
Funkcje białek w organizmie
Różne rodzaje białek, węglowodanów, tłuszczów są niezbędnymi składnikami do normalnego funkcjonowania każdej komórki. A to oznacza cały organizm jako całość. Dlatego ich rola w dużej mierze wynika z wysokiego stopnia znaczenia i wszechobecności wśród żywych istot. Można wyróżnić kilka głównych funkcji cząsteczek polipeptydu.
- Katalizator. Jest wykonywany przez enzymy o strukturze białkowej. Porozmawiamy o nich później.
- Strukturalne. Rodzaje białek i ichfunkcje w ciele wpływają przede wszystkim na strukturę samej komórki, jej kształt. Ponadto polipeptydy pełniące tę rolę tworzą włosy, paznokcie, muszle mięczaków i ptasie pióra. Są również pewną zbroją w ciele komórki. Chrząstka również składa się z tego typu białek. Przykłady: tubulina, keratyna, aktyna i inne.
- Regulacyjne. Funkcja ta przejawia się udziałem polipeptydów w takich procesach jak: transkrypcja, translacja, cykl komórkowy, splicing, odczyt mRNA i inne. We wszystkich pełnią ważną rolę kontrolera ruchu.
- Sygnał. Funkcję tę pełnią białka znajdujące się na błonie komórkowej. Przekazują różne sygnały z jednej jednostki do drugiej, co prowadzi do komunikacji między tkankami. Przykłady: cytokiny, insulina, czynniki wzrostu i inne.
- Transport. Niektóre rodzaje białek i pełnione przez nie funkcje są po prostu niezbędne. Dzieje się tak na przykład z hemoglobiną białkową. Transportuje tlen z komórki do komórki we krwi. Dla człowieka jest niezastąpiony.
- Zapasowe lub zapasowe. Takie polipeptydy gromadzą się w jajach roślinnych i zwierzęcych jako źródło dodatkowego pożywienia i energii. Przykładem są globuliny.
- Motyw. Bardzo ważna funkcja, szczególnie dla najprostszych organizmów i bakterii. W końcu są w stanie poruszać się tylko za pomocą wici lub rzęsek. A te organelle z natury są niczym więcej jak białkami. Przykładami takich polipeptydów są: miozyna, aktyna, kinezyna i inne.
Oczywiste jest, że funkcje białek w organizmie człowieka i innychżywe istoty są bardzo liczne i ważne. To po raz kolejny potwierdza, że życie na naszej planecie jest niemożliwe bez związków, które rozważamy.
Ochronna funkcja białek
Polipeptydy mogą chronić przed różnymi wpływami: chemicznymi, fizycznymi, biologicznymi. Na przykład, jeśli organizmowi grozi niebezpieczeństwo w postaci wirusa lub bakterii obcej natury, wówczas immunoglobuliny (przeciwciała) wchodzą z nimi w walkę, pełniąc rolę ochronną.
Jeśli mówimy o efektach fizycznych, to fibryna i fibrynogen, które są zaangażowane w krzepnięcie krwi, odgrywają tutaj dużą rolę.
Białka spożywcze
Typy białek w diecie są następujące:
- kompletne - te, które zawierają wszystkie niezbędne dla organizmu aminokwasy;
- niekompletne - te, w których występuje niekompletny skład aminokwasowy.
Jednak oba są ważne dla ludzkiego ciała. Zwłaszcza pierwsza grupa. Każdy człowiek, zwłaszcza w okresach intensywnego rozwoju (dzieciństwo i okres dojrzewania) oraz dojrzewania, musi utrzymywać w sobie stały poziom białka. W końcu rozważyliśmy już funkcje, jakie pełnią te niesamowite cząsteczki i wiemy, że praktycznie żaden proces, żadna reakcja biochemiczna w nas nie może się obejść bez udziału polipeptydów.
Dlatego musisz codziennie spożywać dzienne spożycie białka, które zawarte jest w następujących produktach:
- jajko;
- mleko;
- twarożek;
- mięso i ryby;
- fasola;
- soja;
- fasola;
- orzeszki ziemne;
- pszenica;
- owies;
- soczewica i inne.
Jeżeli spożyjesz 0,6 g polipeptydu na kilogram wagi dziennie, nigdy nie zabraknie tych związków. Jeśli przez długi czas organizm nie otrzymuje niezbędnych białek, pojawia się choroba, która ma nazwę głodu aminokwasowego. Prowadzi to do poważnych zaburzeń metabolicznych, a w efekcie wielu innych dolegliwości.
Białka w klatce
Wewnątrz najmniejszej jednostki strukturalnej wszystkich żywych istot - komórek - znajdują się również białka. Ponadto pełnią tam prawie wszystkie powyższe funkcje. Przede wszystkim powstaje cytoszkielet komórki, składający się z mikrotubul, mikrofilamentów. Służy do utrzymania kształtu, a także do transportu wewnątrz między organellami. Różne jony i związki przemieszczają się wzdłuż cząsteczek białka, jak wzdłuż kanałów lub szyn.
Ważna jest również rola białek zanurzonych w błonie i znajdujących się na jej powierzchni. Tutaj pełnią funkcje zarówno receptorowe, jak i sygnałowe, biorą udział w budowie samej błony. Stoją na straży, co oznacza, że pełnią rolę ochronną. Jakie rodzaje białek w komórce można przypisać tej grupie? Jest wiele przykładów, oto kilka.
- Aktyna i miozyna.
- Elastyna.
- Keratyna.
- Kolagen.
- Tubulin.
- Hemoglobina.
- Insulina.
- Transkobalamina.
- Przenoszenie.
- Albumin.
Istnieje kilkasetróżne rodzaje białek, które nieustannie poruszają się w każdej komórce.
Rodzaje białek w organizmie
Oczywiście, ogromna różnorodność. Jeśli spróbujesz jakoś podzielić wszystkie istniejące białka na grupy, możesz uzyskać coś takiego jak ta klasyfikacja.
- Białka kuliste. Są to te, które są reprezentowane przez strukturę trzeciorzędową, czyli gęsto upakowaną kulkę. Przykładami takich struktur są: immunoglobuliny, znaczna część enzymów, wiele hormonów.
- Białka fibrylarne. Są to ściśle uporządkowane wątki o prawidłowej symetrii przestrzennej. Do tej grupy należą białka o strukturze pierwotnej i wtórnej. Na przykład keratyna, kolagen, tropomiozyna, fibrynogen.
Ogólnie rzecz biorąc, wiele cech może stanowić podstawę do klasyfikacji białek w organizmie. Jeszcze nikogo nie ma.
Enzymy
Biologiczne katalizatory o charakterze białkowym, które znacząco przyspieszają wszystkie zachodzące procesy biochemiczne. Bez tych związków normalny metabolizm jest po prostu niemożliwy. Wszystkie procesy syntezy i rozpadu, montażu cząsteczek i ich replikacji, translacji i transkrypcji oraz inne zachodzą pod wpływem określonego typu enzymu. Przykładami tych cząsteczek są:
- oksydoreduktaza;
- transferazy;
- katalaza;
- hydrolazy;
- izomeraza;
- zakresy i inne.
Dziś enzymy są używane w życiu codziennym. Tak więc w produkcji praniaProszki często wykorzystują tzw. enzymy – są to katalizatory biologiczne. Poprawiają jakość prania przy zachowaniu określonego reżimu temperaturowego. Łatwo wiąże się z drobinkami brudu i usuwa je z powierzchni tkanin.
Jednakże, ze względu na ich białkowy charakter, enzymy nie tolerują zbyt gorącej wody ani bliskości leków zasadowych lub kwasowych. Rzeczywiście, w tym przypadku nastąpi proces denaturacji.
