طبق نظریه Oparin-Haldane، حیات در سیاره ما از یک قطره coacervate سرچشمه می گیرد. همچنین یک مولکول پروتئین بود. یعنی نتیجه این است که این ترکیبات شیمیایی هستند که اساس همه حیاتی هستند که امروزه وجود دارد. اما ساختار پروتئین چیست؟ امروزه چه نقشی در بدن و زندگی مردم دارند؟ چه نوع پروتئین هایی وجود دارد؟ بیایید سعی کنیم آن را بفهمیم.
پروتئین ها: یک مفهوم کلی
از نقطه نظر ساختار شیمیایی، مولکول ماده مورد نظر دنباله ای از اسیدهای آمینه است که توسط پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده اند.
هر آمینو اسید دو گروه عملکردی دارد:
- کربوکسیلیک -COOH;
- گروه آمینو -NH2.
بین آنهاست که پیوندی در مولکولهای مختلف ایجاد می شود. بنابراین، پیوند پپتیدی به شکل -CO-NH است. یک مولکول پروتئین ممکن است شامل صدها یا هزاران گروه از این قبیل باشد، این به ماده خاص بستگی دارد. انواع پروتئین ها بسیار متنوع است. در میان آنها مواردی وجود دارد که حاوی اسیدهای آمینه ضروری برای بدن هستند، به این معنی که آنها باید با غذا مصرف شوند. انواعی وجود دارد که عملکردهای مهمی را در غشای سلولی انجام می دهند وسیتوپلاسم آن کاتالیزورهای بیولوژیکی نیز جدا می شوند - آنزیم ها، که مولکول های پروتئینی نیز هستند. آنها به طور گسترده در زندگی انسان استفاده می شوند و نه تنها در فرآیندهای بیوشیمیایی موجودات زنده شرکت می کنند.
وزن مولکولی ترکیبات مورد بررسی می تواند از چند ده تا میلیون متغیر باشد. به هر حال، تعداد واحدهای مونومر در یک زنجیره پلی پپتیدی بزرگ نامحدود است و به نوع یک ماده خاص بستگی دارد. هنگام بررسی تخم مرغ خام، پروتئین به شکل خالص، به شکل بومی آن قابل مشاهده است. یک توده کلوئیدی متراکم، زرد روشن، شفاف، که در داخل آن زرده قرار دارد - این ماده مورد نظر است. همین امر را می توان در مورد پنیر خامه ای کم چرب نیز گفت، این محصول نیز به شکل طبیعی تقریباً پروتئین خالص است.
با این حال، همه ترکیبات مورد بررسی ساختار فضایی یکسانی ندارند. در کل، چهار سازمان مولکول متمایز می شوند. انواع ساختارهای پروتئینی خواص آن را مشخص می کند و پیچیدگی ساختار را نشان می دهد. همچنین مشخص است که مولکولهای درهم‌تنیده‌تر فضایی تحت پردازش گسترده‌ای در انسان و حیوانات قرار می‌گیرند.
انواع ساختارهای پروتئین
در مجموع چهار مورد از آنها وجود دارد. در نظر بگیرید که هر یک از آنها چیست.
- ابتدایی. نشان دهنده توالی خطی معمول اسیدهای آمینه است که با پیوندهای پپتیدی متصل می شوند. هیچ پیچ و تاب فضایی، هیچ مارپیچی وجود ندارد. تعداد پیوندهای موجود در پلی پپتید می تواند به چندین هزار برسد. انواع پروتئین باساختار مشابه - گلیسیل آلانین، انسولین، هیستون ها، الاستین و دیگران.
- ثانویه. از دو زنجیره پلی پپتیدی تشکیل شده است که به صورت مارپیچی پیچ خورده و با چرخش های تشکیل شده به سمت یکدیگر جهت می گیرند. در این حالت پیوندهای هیدروژنی بین آنها تشکیل می شود و آنها را در کنار هم نگه می دارد. اینگونه است که یک مولکول پروتئین واحد تشکیل می شود. انواع پروتئین های این نوع عبارتند از: لیزوزیم، پپسین و غیره.
- ترکیب سوم. این یک ساختار ثانویه فشرده و فشرده است. در اینجا، علاوه بر پیوندهای هیدروژنی، انواع دیگری از برهمکنش ظاهر می شود - این برهمکنش واندروالس و نیروهای جاذبه الکترواستاتیک، تماس آبدوست-آب گریز است. نمونه‌هایی از ساختارها عبارتند از آلبومین، فیبروئین، پروتئین ابریشم و غیره.
- کواترنر. پیچیده ترین ساختار، که چندین زنجیره پلی پپتیدی است که به صورت مارپیچی پیچ خورده، به شکل یک توپ در آمده و همه با هم به شکل یک کروی متحد شده اند. مثال‌هایی مانند انسولین، فریتین، هموگلوبین، کلاژن دقیقاً چنین ترکیب پروتئینی را نشان می‌دهند.
اگر تمام ساختارهای داده شده مولکول ها را از نقطه نظر شیمیایی با جزئیات در نظر بگیریم، آنگاه آنالیز زمان زیادی می برد. در واقع، در واقع، هر چه پیکربندی بالاتر باشد، ساختار آن پیچیده تر و پیچیده تر باشد، انواع بیشتری از برهمکنش ها در مولکول مشاهده می شود.
دناتوره کردن مولکول های پروتئین
یکی از مهمترین خواص شیمیایی پلی پپتیدها توانایی تجزیه آنها تحت تأثیر شرایط خاص یا عوامل شیمیایی است. بنابراین،به عنوان مثال، انواع مختلفی از دناتوره سازی پروتئین گسترده است. این فرآیند چیست؟ این شامل تخریب ساختار بومی پروتئین است. یعنی اگر در ابتدا مولکول دارای ساختار ثالثی بود، پس از عمل عوامل خاص متلاشی می شود. با این حال، توالی باقی مانده های اسید آمینه بدون تغییر در مولکول باقی می ماند. پروتئین های دناتوره شده به سرعت خواص فیزیکی و شیمیایی خود را از دست می دهند.
چه معرف هایی می توانند منجر به فرآیند تخریب ترکیب شوند؟ چندین مورد از آنها وجود دارد.
- دما. هنگام گرم شدن، تخریب تدریجی ساختار چهارتایی، سوم و ثانویه مولکول وجود دارد. از نظر بصری، این را می توان مشاهده کرد، به عنوان مثال، هنگام سرخ کردن یک تخم مرغ معمولی. "پروتئین" به دست آمده ساختار اولیه پلی پپتید آلبومین است که در محصول خام وجود داشت.
- تابش.
- عملکرد با عوامل شیمیایی قوی: اسیدها، قلیاها، نمک های فلزات سنگین، حلال ها (به عنوان مثال، الکل ها، اترها، بنزن و غیره).
این فرآیند گاهی اوقات ذوب مولکولی نیز نامیده می شود. انواع دناتوره شدن پروتئین بستگی به عاملی دارد که تحت تأثیر آن اتفاق افتاده است. علاوه بر این، در برخی موارد، روند معکوس اتفاق می افتد. این بازسازی است. همه پروتئین ها قادر به بازگرداندن ساختار خود نیستند، اما بخش قابل توجهی از آنها می توانند این کار را انجام دهند. بنابراین، شیمیدان‌هایی از استرالیا و آمریکا با استفاده از معرف‌ها و روش سانتریفیوژ، دوباره یک تخم مرغ آب‌پز را مجدداً بازسازی کردند.
این فرآیند برای موجودات زنده در سنتز پلی پپتید مهم استزنجیره‌های ریبوزوم و rRNA در سلول‌ها.
هیدرولیز یک مولکول پروتئین
همراه با دناتوره شدن، پروتئین ها با خاصیت شیمیایی دیگری مشخص می شوند - هیدرولیز. این نیز تخریب ساختار بومی است، اما نه به ساختار اولیه، بلکه به طور کامل برای اسیدهای آمینه فردی. بخش مهمی از هضم، هیدرولیز پروتئین است. انواع هیدرولیز پلی پپتیدها به شرح زیر است.
- شیمیایی. بر اساس عملکرد اسیدها یا قلیاها.
- بیولوژیکی یا آنزیمی.
با این حال، ماهیت فرآیند بدون تغییر باقی می ماند و به انواع هیدرولیز پروتئین بستگی ندارد. در نتیجه اسیدهای آمینه تشکیل می شوند که به تمام سلول ها، اندام ها و بافت ها منتقل می شوند. دگرگونی بیشتر آنها شامل مشارکت در سنتز پلی پپتیدهای جدید است، آنهایی که برای یک ارگانیسم خاص ضروری هستند.
در صنعت، از فرآیند هیدرولیز مولکول های پروتئین فقط برای به دست آوردن اسیدهای آمینه مناسب استفاده می شود.
عملکرد پروتئین ها در بدن
انواع مختلف پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها اجزای حیاتی برای عملکرد طبیعی هر سلول هستند. و این به معنای کل ارگانیسم به عنوان یک کل است. بنابراین، نقش آنها تا حد زیادی به دلیل درجه بالای اهمیت و فراگیر بودن در موجودات زنده است. چندین عملکرد اصلی مولکول های پلی پپتیدی قابل تشخیص است.
- کاتالیزور. توسط آنزیم هایی انجام می شود که ساختار پروتئینی دارند. بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.
- سازه ای. انواع پروتئین ها و آنهاعملکردهای بدن در درجه اول بر ساختار خود سلول، شکل آن تأثیر می گذارد. علاوه بر این، پلی پپتیدهایی که این نقش را انجام می دهند، مو، ناخن، پوسته نرم تنان و پر پرندگان را تشکیل می دهند. آنها همچنین آرمیچر خاصی در بدنه سلول هستند. غضروف نیز از این نوع پروتئین ها ساخته شده است. به عنوان مثال: توبولین، کراتین، اکتین و دیگران.
- تنظیمی. این عملکرد در مشارکت پلی پپتیدها در فرآیندهایی مانند: رونویسی، ترجمه، چرخه سلولی، اتصال، خواندن mRNA و غیره آشکار می شود. در همه آنها نقش مهمی به عنوان کنترل کننده ترافیک دارند.
- سیگنال. این عملکرد توسط پروتئین های واقع در غشای سلول انجام می شود. آنها سیگنال های مختلفی را از یک واحد به واحد دیگر منتقل می کنند و این منجر به ارتباط بین بافت ها می شود. مثال‌ها: سیتوکین‌ها، انسولین، فاکتورهای رشد و دیگران.
- حمل و نقل. برخی از انواع پروتئین ها و عملکرد آنها که انجام می دهند بسیار حیاتی هستند. این اتفاق می افتد، برای مثال، با پروتئین هموگلوبین. اکسیژن را از سلولی به سلول دیگر در خون منتقل می کند. برای یک فرد، او غیرقابل جایگزین است.
- ذخیره یا پشتیبان. چنین پلی پپتیدهایی در گیاهان و تخم های حیوانات به عنوان منبع تغذیه و انرژی اضافی تجمع می یابند. یک مثال گلوبولین است.
- انگیزه. یک عملکرد بسیار مهم، به ویژه برای ساده ترین موجودات و باکتری ها. از این گذشته ، آنها فقط با کمک تاژک یا مژک قادر به حرکت هستند. و این اندامک ها، طبیعتاً پروتئینی بیش نیستند. نمونه هایی از این پلی پپتیدها به شرح زیر است: میوزین، اکتین، کینزین و دیگران.
بدیهی است که عملکرد پروتئین ها در بدن انسان و غیرهموجودات زنده بسیار زیاد و مهم هستند. این یک بار دیگر تأیید می کند که زندگی در سیاره ما بدون ترکیباتی که در نظر داریم غیرممکن است.
عملکرد محافظتی پروتئین ها
پلی پپتیدها می توانند در برابر تأثیرات مختلف محافظت کنند: شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی. به عنوان مثال، اگر بدن به شکل یک ویروس یا باکتری با طبیعت بیگانه در خطر باشد، ایمونوگلوبولین ها (آنتی بادی ها) وارد نبرد با آنها می شوند و نقش محافظتی را ایفا می کنند.
اگر در مورد اثرات فیزیکی صحبت کنیم، فیبرین و فیبرینوژن که در لخته شدن خون نقش دارند، در اینجا نقش مهمی دارند.
پروتئین های غذایی
انواع پروتئین رژیمی به شرح زیر است:
- کامل - آنهایی که حاوی تمام اسیدهای آمینه لازم برای بدن هستند؛
- ناقص - آنهایی که در آنها ترکیب اسید آمینه ناقص وجود دارد.
با این حال، هر دو برای بدن انسان مهم هستند. مخصوصا گروه اول. هر فرد، به ویژه در دوره های رشد شدید (کودکی و نوجوانی) و بلوغ، باید سطح ثابتی از پروتئین را در خود حفظ کند. از این گذشته، ما قبلاً عملکردهایی را که این مولکولهای شگفت‌انگیز انجام می‌دهند در نظر گرفته‌ایم، و می‌دانیم که عملاً هیچ فرآیند واحد، هیچ واکنش بیوشیمیایی در ما نمی‌تواند بدون مشارکت پلی پپتیدها انجام دهد.
به همین دلیل است که شما باید هر روز پروتئین مصرفی روزانه را مصرف کنید که در محصولات زیر موجود است:
- تخم مرغ;
- شیر;
- پنیر دلمه;
- گوشت و ماهی؛
- لوبیا;
- سویا;
- لوبیا;
- بادام زمینی;
- گندم;
- جو دوسر;
- عدس و دیگران.
اگر روزانه 0.6 گرم از یک پلی پپتید به ازای هر کیلوگرم وزن مصرف کنید، در این صورت فرد هرگز فاقد این ترکیبات نخواهد بود. اگر بدن برای مدت طولانی پروتئین های لازم را دریافت نکند، بیماری رخ می دهد که نام آن گرسنگی اسید آمینه است. این منجر به اختلالات متابولیک شدید و در نتیجه بسیاری از بیماری‌های دیگر می‌شود.
پروتئین در قفس
در داخل کوچکترین واحد ساختاری همه موجودات زنده - سلول ها - پروتئین ها نیز وجود دارد. علاوه بر این، آنها تقریباً تمام عملکردهای فوق را در آنجا انجام می دهند. اول از همه، اسکلت سلولی تشکیل می شود که از میکروتوبول ها، ریز رشته ها تشکیل شده است. این برای حفظ شکل، و همچنین برای حمل و نقل در داخل بین اندامک ها عمل می کند. یون‌ها و ترکیبات مختلف در امتداد مولکولهای پروتئین حرکت می‌کنند، مانند کانال‌ها یا ریل‌ها.
نقش پروتئین های غوطه ور در غشاء و قرار گرفتن در سطح آن نیز مهم است. در اینجا آنها عملکردهای گیرنده و سیگنال را انجام می دهند و در ساخت خود غشاء شرکت می کنند. آنها نگهبان می ایستند، به این معنی که نقش محافظتی ایفا می کنند. چه نوع پروتئین هایی در سلول را می توان به این گروه نسبت داد؟ مثال های زیادی وجود دارد، در اینجا چند مورد وجود دارد.
- اکتین و میوزین.
- الاستین.
- کراتین.
- کلاژن.
- توبولین.
- هموگلوبین.
- انسولین.
- Transcobalamin.
- Transferrin.
- آلبومین.
چند صد وجود داردانواع مختلفی از پروتئین ها که به طور مداوم در هر سلول در حال حرکت هستند.
انواع پروتئین در بدن
آنها، البته، تنوع بسیار زیادی دارند. اگر سعی کنید همه پروتئین‌های موجود را به گروه‌هایی تقسیم کنید، می‌توانید چیزی شبیه به این طبقه‌بندی دریافت کنید.
- پروتئین های گلوبولار. اینها آنهایی هستند که با یک ساختار سوم، یعنی یک کروی پر متراکم نشان داده می شوند. نمونه‌هایی از این ساختارها عبارتند از: ایمونوگلوبولین‌ها، بخش قابل توجهی از آنزیم‌ها، بسیاری از هورمون‌ها.
- پروتئین های فیبریلار. آنها رشته هایی کاملاً مرتب با تقارن فضایی صحیح هستند. این گروه شامل پروتئین هایی با ساختار اولیه و ثانویه است. به عنوان مثال، کراتین، کلاژن، تروپومیوزین، فیبرینوژن.
به طور کلی، بسیاری از ویژگی ها را می توان به عنوان پایه ای برای طبقه بندی پروتئین ها در بدن در نظر گرفت. هنوز کسی نیست.
آنزیم
کاتالیزورهای بیولوژیکی با طبیعت پروتئینی که به طور قابل توجهی تمام فرآیندهای بیوشیمیایی جاری را تسریع می کنند. متابولیسم طبیعی بدون این ترکیبات به سادگی غیرممکن است. تمام فرآیندهای سنتز و فروپاشی، مونتاژ مولکول ها و تکثیر آنها، ترجمه و رونویسی و غیره تحت تأثیر یک نوع خاصی از آنزیم انجام می شود. نمونه هایی از این مولکول ها عبارتند از:
- oxidoreductase;
- transferases;
- کاتالاز;
- هیدرولازها;
- ایزومراز؛
- lyases و دیگران.
امروزه آنزیم ها در زندگی روزمره استفاده می شوند. بنابراین، در تولید شستشوپودرها اغلب از به اصطلاح آنزیم ها استفاده می کنند - اینها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند. آنها کیفیت شستشو را با رعایت رژیم دمای مشخص شده بهبود می بخشند. به راحتی به ذرات کثیفی چسبیده و آنها را از سطح پارچه پاک می کند.
اما، به دلیل ماهیت پروتئینی، آنزیم ها آب خیلی داغ یا نزدیکی به داروهای قلیایی یا اسیدی را تحمل نمی کنند. در واقع، در این مورد، فرآیند دناتوره شدن رخ خواهد داد.
