Podle Oparin-Haldaneovy teorie život na naší planetě vznikl z kapky koacervátů. Byla to také molekula proteinu. To znamená, že z toho vyplývá závěr, že právě tyto chemické sloučeniny jsou základem veškerého života, který dnes existuje. Ale co jsou proteinové struktury? Jakou roli hrají v dnešním těle a životech lidí? Jaké druhy proteinů existují? Zkusme na to přijít.
Proteiny: obecný pojem
Z hlediska chemické struktury je molekula dané látky sekvencí aminokyselin propojených peptidovými vazbami.
Každá aminokyselina má dvě funkční skupiny:
- karboxylová -COOH;
- aminoskupina -NH2.
Právě mezi nimi vzniká vazba v různých molekulách. Peptidová vazba má tedy formu -CO-NH. Molekula proteinu může obsahovat stovky nebo tisíce takových skupin, bude to záviset na konkrétní látce. Druhy proteinů jsou velmi rozmanité. Mezi nimi jsou ty, které obsahují esenciální aminokyseliny pro tělo, což znamená, že musí být přijímány s jídlem. Existují odrůdy, které plní důležité funkce v buněčné membráně ajeho cytoplazmě. Izolují se i biologické katalyzátory – enzymy, což jsou také molekuly bílkovin. Jsou široce používány v lidském životě a nejen se účastní biochemických procesů živých bytostí.
Molekulová hmotnost uvažovaných sloučenin se může pohybovat od několika desítek do milionů. Počet monomerních jednotek ve velkém polypeptidovém řetězci je totiž neomezený a závisí na typu konkrétní látky. Protein ve své čisté formě, v jeho přirozené konformaci, lze vidět při zkoumání syrového kuřecího vejce. Světle žlutá, průhledná, hustá koloidní hmota, uvnitř které se nachází žloutek - to je požadovaná látka. Totéž lze říci o nízkotučném tvarohu. Tento produkt je také téměř čistý protein ve své přirozené formě.
Ne všechny uvažované sloučeniny však mají stejnou prostorovou strukturu. Celkem se rozlišují čtyři organizace molekuly. Typy proteinových struktur určují jeho vlastnosti a indikují složitost struktury. Je také známo, že více prostorově provázané molekuly podléhají rozsáhlému zpracování u lidí a zvířat.
Typy proteinových struktur
Celkem jsou čtyři. Zvažte, jaký je každý z nich.
- Primární. Představuje obvyklou lineární sekvenci aminokyselin spojených peptidovými vazbami. Nejsou zde žádné prostorové zvraty, žádná spirála. Počet vazeb obsažených v polypeptidu může dosáhnout několika tisíc. Typy proteinů spodobná struktura - glycylalanin, inzulín, histony, elastin a další.
- Sekundární. Skládá se ze dvou polypeptidových řetězců, které jsou stočeny ve formě spirály a orientovány k sobě vytvořenými závity. V tomto případě se mezi nimi tvoří vodíkové vazby, které je drží pohromadě. Tak vzniká jediná molekula proteinu. Typy proteinů tohoto typu jsou následující: lysozym, pepsin a další.
- Terciární konformace. Je to hustě zabalená a kompaktně stočená sekundární struktura. Zde se objevují kromě vodíkových vazeb i další typy interakcí – jde o van der Waalsovu interakci a síly elektrostatické přitažlivosti, hydrofilně-hydrofobní kontakt. Příklady struktur jsou albumin, fibroin, hedvábný protein a další.
- čtvrtohory. Nejsložitější struktura, kterou je několik polypeptidových řetězců stočených do spirály, stočených do koule a spojených dohromady do globule. Příklady jako inzulín, feritin, hemoglobin, kolagen ilustrují právě takovou konformaci proteinu.
Pokud všechny dané struktury molekul podrobně zvážíme z chemického hlediska, bude analýza trvat dlouho. Ve skutečnosti platí, že čím vyšší je konfigurace, tím složitější a komplikovanější je její struktura, tím více typů interakcí je v molekule pozorováno.
Denaturace proteinových molekul
Jednou z nejdůležitějších chemických vlastností polypeptidů je jejich schopnost rozkládat se pod vlivem určitých podmínek nebo chemických látek. Tak,rozšířené jsou například různé typy denaturace bílkovin. co je to za proces? Spočívá v destrukci přirozené struktury proteinu. To znamená, že pokud původně molekula měla terciární strukturu, pak po působení speciálních látek zkolabuje. Sekvence aminokyselinových zbytků však zůstává v molekule nezměněna. Denaturované proteiny rychle ztrácejí své fyzikální a chemické vlastnosti.
Jaká činidla mohou vést k procesu destrukce konformace? Je jich několik.
- Teplota. Při zahřívání dochází k postupné destrukci kvartérní, terciární, sekundární struktury molekuly. Vizuálně to lze pozorovat například při smažení obyčejného slepičího vejce. Výsledný „protein“je primární strukturou albuminového polypeptidu, který byl v surovém produktu.
- Záření.
- Působení silnými chemickými látkami: kyseliny, zásady, soli těžkých kovů, rozpouštědla (například alkoholy, ethery, benzen a další).
Tento proces se někdy také nazývá molekulární tavení. Typy denaturace bílkovin závisí na látce, pod jejíž činností k ní došlo. Navíc v některých případech probíhá opačný proces. Toto je renaturace. Ne všechny proteiny jsou schopny obnovit svou strukturu zpět, ale významná část z nich to dokáže. Chemici z Austrálie a Ameriky tedy provedli renaturaci vařeného slepičího vejce pomocí některých činidel a centrifugační metody.
Tento proces je důležitý pro živé organismy při syntéze polypeptiduřetězce ribozomů a rRNA v buňkách.
Hydrolýza molekuly proteinu
Kromě denaturace se proteiny vyznačují další chemickou vlastností – hydrolýzou. To je také destrukce nativní konformace, ale ne na primární strukturu, ale úplně na jednotlivé aminokyseliny. Důležitou součástí trávení je hydrolýza bílkovin. Typy hydrolýzy polypeptidů jsou následující.
- Chemický. Na základě působení kyselin nebo zásad.
- Biologické nebo enzymatické.
Podstata procesu však zůstává nezměněna a nezávisí na tom, jaké typy hydrolýzy bílkovin probíhají. V důsledku toho vznikají aminokyseliny, které jsou transportovány do všech buněk, orgánů a tkání. Jejich další transformace spočívá v účasti syntézy nových polypeptidů, již těch, které jsou pro konkrétní organismus nezbytné.
V průmyslu se proces hydrolýzy proteinových molekul používá právě k získání správných aminokyselin.
Funkce bílkovin v těle
Různé typy bílkovin, sacharidů a tuků jsou životně důležité složky pro normální fungování každé buňky. A to znamená celý organismus jako celek. Proto je jejich role z velké části způsobena vysokým stupněm významu a všudypřítomnosti v živých bytostech. Lze rozlišit několik hlavních funkcí molekul polypeptidů.
- Katalytické. Provádějí ho enzymy, které mají proteinovou strukturu. Promluvíme si o nich později.
- Strukturální. Druhy bílkovin a jejichfunkce v těle ovlivňují především stavbu samotné buňky, její tvar. Polypeptidy, které plní tuto roli, navíc tvoří vlasy, nehty, lastury měkkýšů a ptačí peří. Jsou také určitou armaturou v těle buňky. Chrupavka se také skládá z těchto typů bílkovin. Příklady: tubulin, keratin, aktin a další.
- Regulační. Tato funkce se projevuje účastí polypeptidů na takových procesech, jako jsou: transkripce, translace, buněčný cyklus, sestřih, čtení mRNA a další. Ve všech hrají důležitou roli jako dopravní dispečer.
- Signál. Tuto funkci plní proteiny umístěné na buněčné membráně. Přenášejí různé signály z jedné jednotky do druhé, a to vede ke komunikaci mezi tkáněmi. Příklady: cytokiny, inzulín, růstové faktory a další.
- Doprava. Některé typy proteinů a jejich funkce, které vykonávají, jsou prostě životně důležité. To se děje například u bílkoviny hemoglobin. Přenáší kyslík z buňky do buňky v krvi. Pro člověka je nenahraditelný.
- Náhradní nebo záložní. Takové polypeptidy se hromadí v rostlinách a vejcích zvířat jako zdroj dodatečné výživy a energie. Příkladem jsou globuliny.
- Motiv. Velmi důležitá funkce zejména pro nejjednodušší organismy a bakterie. Koneckonců, jsou schopni se pohybovat pouze pomocí bičíků nebo řasinek. A tyto organely ze své podstaty nejsou nic jiného než proteiny. Příklady takových polypeptidů jsou následující: myosin, aktin, kinesin a další.
Je zřejmé, že funkce bílkovin v lidském těle a dalšíživé bytosti jsou velmi početné a důležité. To opět potvrzuje, že život na naší planetě není možný bez sloučenin, o kterých uvažujeme.
Ochranná funkce bílkovin
Polypeptidy mohou chránit před různými vlivy: chemickými, fyzikálními, biologickými. Pokud je například tělo v nebezpečí v podobě viru nebo bakterií mimozemské povahy, pak s nimi vstoupí do boje imunoglobuliny (protilátky), které plní ochrannou roli.
Pokud mluvíme o fyzických účincích, pak zde velkou roli hrají fibrin a fibrinogen, které se podílejí na srážení krve.
Potravinářské bílkoviny
Typy bílkovin ve stravě jsou následující:
- kompletní - ty, které obsahují všechny aminokyseliny nezbytné pro tělo;
- incomplete – ty, ve kterých je neúplné složení aminokyselin.
Obojí je však pro lidské tělo důležité. Zejména první skupina. Každý člověk, zvláště v období intenzivního vývoje (dětství a dospívání) a puberty, si v sobě musí udržovat stálou hladinu bílkovin. Koneckonců, už jsme uvažovali o funkcích, které tyto úžasné molekuly vykonávají, a víme, že prakticky žádný proces, jediná biochemická reakce v nás se neobejde bez účasti polypeptidů.
Proto musíte každý den konzumovat denní příjem bílkovin, které jsou obsaženy v následujících produktech:
- egg;
- mléko;
- tvaroh;
- maso a ryby;
- fazole;
- sója;
- fazole;
- arašídy;
- pšenice;
- oves;
- čočka a další.
Pokud přijmete 0,6 g polypeptidu na kg hmotnosti za den, pak člověku tyto sloučeniny nikdy nebudou chybět. Pokud tělo delší dobu nedostává potřebné bílkoviny, dochází k onemocnění, které má název hladovění aminokyselin. To vede k těžkým metabolickým poruchám a v důsledku toho k mnoha dalším onemocněním.
Proteiny v kleci
Uvnitř nejmenší stavební jednotky všech živých věcí – buněk – jsou také bílkoviny. Navíc tam plní téměř všechny výše uvedené funkce. Nejprve se vytvoří cytoskelet buňky, který se skládá z mikrotubulů, mikrofilament. Slouží k udržení tvaru a také k transportu uvnitř mezi organelami. Různé ionty a sloučeniny se pohybují podél proteinových molekul, jako jsou kanály nebo kolejnice.
Úloha proteinů ponořených do membrány a umístěných na jejím povrchu je také důležitá. Zde plní jak receptorové, tak signální funkce, podílejí se na stavbě samotné membrány. Stojí na stráži, což znamená, že hrají ochrannou roli. Jaké typy bílkovin v buňce lze přiřadit k této skupině? Existuje mnoho příkladů, zde je několik.
- Aktin a myosin.
- Elastin.
- Keratin.
- Kolagen.
- Tubulin.
- Hemoglobin.
- Inzulin.
- Transcobalamin.
- Transferin.
- Albumin.
Je jich několik stovekrůzné typy proteinů, které se neustále pohybují v každé buňce.
Typy bílkovin v těle
Je jich samozřejmě obrovská rozmanitost. Pokud se pokusíte nějak rozdělit všechny existující proteiny do skupin, můžete získat něco jako tato klasifikace.
- Globulární proteiny. Jsou to ty, které jsou reprezentovány terciární strukturou, tedy hustě zabalenou globulí. Příklady takových struktur jsou následující: imunoglobuliny, významný podíl enzymů, mnoho hormonů.
- Fibrilární proteiny. Jsou to přísně uspořádané závity se správnou prostorovou symetrií. Do této skupiny patří proteiny s primární a sekundární strukturou. Například keratin, kolagen, tropomyosin, fibrinogen.
Obecně lze za základ pro klasifikaci bílkovin v těle vzít mnoho vlastností. Zatím tu nikdo není.
Enzymy
Biologické katalyzátory proteinové povahy, které výrazně urychlují všechny probíhající biochemické procesy. Normální metabolismus je bez těchto sloučenin prostě nemožný. Všechny procesy syntézy a rozpadu, skládání molekul a jejich replikace, translace a transkripce a další probíhají pod vlivem specifického typu enzymu. Příklady těchto molekul jsou:
- oxidoreduktáza;
- transferases;
- catalase;
- hydrolázy;
- izomeráza;
- lyázy a další.
Dnes se enzymy používají v každodenním životě. Tedy při výrobě praníV prášcích se často používají tzv. enzymy – to jsou biologické katalyzátory. Zlepšují kvalitu praní při dodržení stanoveného teplotního režimu. Snadno se váže na částice nečistot a odstraňuje je z povrchu tkanin.
Vzhledem k jejich proteinové povaze však enzymy nesnášejí příliš horkou vodu nebo blízkost alkalických nebo kyselých léků. V tomto případě skutečně dojde k procesu denaturace.
