חלבון: מבנה ותפקוד. תכונות חלבונים

כידוע, חלבונים - בסיס של מוצא החיים על כדור הארץ שלנו. על פי התיאוריה של Oparin-הולדיין היה טיפה coacervate, המורכב ממולקולות של פפטידים, זה הפך להיות בסיס מוצאם של היצורים החיים. זהו ללא ספק כי הניתוח של המבנה הפנימי של כל חבר ביומסה מראה כי חומרים אלה יש הכל: צמחים, בעלי חיים, מיקרואורגניזמים, פטריות, וירוסים. והם מגוונים מאוד בטבע מולקולארית.

שמות של ארבעה מבנים אלה, הם שם נרדף:

• חלבונים;
• חלבונים;
• פוליפפטידים;
• פפטידים.

מולקולות חלבון

מספרם ניתן לחישוב באמת. במקרה זה, כל מולקולות החלבון ניתן לחלק לשתי קבוצות עיקריות:

• פשוט - מורכב רק רצפי החומצות האמיניות מצטרפים אג"ח הפפטיד;
• מורכבות - מבנה ומבנה של חלבון מתאפיינים protolytic נוספים קבוצות (תותבת), הנקרא גם קו-פקטורים.

במקרה זה, המולקולות המורכבות גם סיווג שלהם.

פפטידים הדרגתיים מורכבים

1. גליקופרוטאינים - קשורים באופן הדוק תרכובות חלבון ופחמימות. המבנה של המולקולה ארוגה mucopolysaccharides קבוצות תותבות.
2. ליפופרוטאינים - תרכובת מורכבת של חלבון ושומן.
3. מטאלופרוטאין - כקבוצה תותבת הם יונים של מתכות (ברזל, מנגן, נחושת, ועוד).
4. נוקלאופרוטאינים - חלבון משוב וחומצות גרעין (DNA, RNA).
5. קונפורמציה של החלבון ואת משקע - Fosfoproteidy של חומצה זרחתית.
6. Chromoproteids - דומה מאוד מטאלופרוטאין, אבל אלמנט זה הוא חלק מקבוצת התותבת הוא מתחם צבעוני (אדום - המוגלובין, ירוק - כלורופיל, וכן הלאה).

כל קבוצה דנה מבנה ותכונות של חלבונים שונים. הפונקציות שהם מבצעים, והם ישתנו בהתאם לסוג המולקולה.

המבנה הכימי של חלבונים

מחלבוני המבט הזה - שרשרת ארוכה, מסיבית של שאריות חומצת אמינו מחוברת אג"ח ספציפי הנקרא פפטיד. מהצד מבני חומצות יוצאות סניף - רדיקלים. מבנה זה של המולקולה התגלה על ידי א 'פישר בתחילת המאה XXI.

מאוחר יותר, חלבונים, מבנה ותפקוד של חלבונים נחקרו בפירוט רב יותר. התברר כי חומצות אמינו המהוות את מבנה הפפטיד, סך של 20, אבל הם כן ניתן לשלב בדרכים שונות. מכאן המגוון של מבנים פוליפפטיד. בנוסף, בתהליך של חיים ואת לביצוע תפקידיה חלבונים מסוגלים לעבור סדרה של טרנספורמציות כימיות. כתוצאה מכך, הם משנים את המבנה, ויש די סוג של חיבור חדש.

כדי לשבור את הקשר פפטיד, כלומר, לשבש את מבנה החלבון של שרשראות חייב להיבחר תנאים מחמירים מאוד (טמפרטורות גבוהות, זרז חומצה או אלקליין). זאת בשל החוזק הגבוה של קשרים קוולנטיים בתוך המולקולה, כלומר, בקבוצת פפטיד.

איתור של מבנה החלבון במעבדה מתבצע באמצעות תגובת biuret - השפעה על פוליפפטיד זרזה טריה הידרוקסיד, נחושת (II). הקומפלקס של יוני קבוצה ונחושים פפטיד מספק צבע סגול בהיר.

ישנם ארבעה ארגון מבני בסיסי, שלכל אחד מהם יש מאפיינים משלה של המבנה של חלבונים.

רמות ארגון: המבנה הראשוני

כפי שצוין לעיל, הפפטיד - רצף של שאריות חומצת אמינו עם תכלילים, שיתוף אנזימים, או בלעדיהם. אז קוראים לזה המבנה הראשוני של המולקולה, וזה טבעי, כמובן, הוא חומצות אמינו נכון מצטרפים אג"ח הפפטיד, ולא שום דבר אחר. כלומר, המבנה הליניארי פוליפפטיד. במבנה מיוחד זה של חלבונים מסוג זה - בכך השילוב הזה של חומצות חיוני לביצוע פונקציות של מולקולת החלבון. בזכות תכונות אלה ניתן לא רק לזהות פפטיד אלא גם לחזות את המאפיינים ואת תפקיד חדש לגמרי, שטרם התגלה. דוגמאות של פפטידים בעלי מבנה ראשוני טבעי, - אינסולין, פפסין, chymotrypsin, ואחרים.

קונפורמציה משני

מבנה ותכונות של חלבונים בקטגוריה זו להשתנות במקצת. יכול להיווצר מבנה כזה בתחילה על הטבע או כאשר נתון הידרוליזה העיקרי, הטמפרטורה נוקשה או תנאים אחרים.

יש קונפורמציה זה שלושה סוגים:

1. סלילי חלקות, רגיל, stereoregular בנוי שאריות חומצת אמינו שזורות סביב ציר הקשר הליבה. רק החזיק יחד על ידי קשרי מימן המתרחשים בין קבוצת החמצן של פפטיד אחד ואת המימן האחר. שבה המבנה נכון בשל העובדה כי הפניות חוזרות ונשנות באופן שווה בכל רמה 4. מבנה כזה יכול להיות גם איטר pravozakruchennoy. אבל חלבונים הידועים ביותר dextrorotatory השולט איזומר. קונפורמציה כזו נקראת-מבנים אלפא.
2. הרכב והמבנה של החלבון מהסוג הבא שונה מהקודמת בכך קשרי המימן לא נוצרים בין הצד שעמד לצידו בצד אחד של שאר המולקולה ובין הוסרו באופן משמעותי, שבו ממרחק גדול מספיק. מסיבה זו, המבנה כולו הופך יותר גלית, שרשראות פוליפפטיד נחש מפותל. יש תכונה אחת כי צריך להיות חלבון. המבנה של חומצות אמינו הסניפים צריך להיות קצר כמו זה של גליצין או אלאנין, למשל. סוג זה של קונפורמציה משתי נקרא בטא גיליונות יכל להישאר ביחד אם ההיווצרות של המבנה הכללי.
3. השתייכות מבנה חלבון הסוג השלישי כמו הביולוגיה מציינת raznorazbrosannye המורכב, שברים מסודרים שאין stereoregularity ומסוגל לשנות את המבנה תחת שפעת תנאים חיצוניים.

דוגמאות של חלבונים בעלי מבנה משני מטבעו, הוא לא חשף.

על תיכוני

זהו קונפורמציה מורכבת למדי, בעל השם "כדורי". מהו חלבון? המבנה זה מבוסס על המבנה מהשני, אך הוסיף סוגים חדשים של אינטראקציות בין האטומים של קבוצות, לבין המולקולה השלמה קפלי כמו, מודרכת כך, העובדה כי קבוצות הידרופיליות הופנו אל כדוריות הידרופובי - החוצה.

זה מסביר את הממונה על מולקולת החלבון בפתרונות קולואידים במים. מה הם סוגי אינטראקציות הם שם?

1. קשרי מימן - נותרו ללא שינוי בין אותם החלקים כמו במבנה המשנית.
2. הידרופובי (הידרופילי) אינטראקציה - להתעורר כאשר מומס פוליפפטיד מים.
3. אטרקציה יונית - raznozaryazhennymi נוצר בין שאריות חומצת אמינו קבוצות (קיצוניות).
4. אינטראקציות קוולנטיים - יכול להיווצר בין אתרים ספציפיים חומצי - מולקולות ציסטאין, או ליתר דיוק, זנבותיהם.

לפיכך, הרכב ומבנה של חלבונים בעלי מבנה שלישוני יכול להיות מתואר מגולגל לתוך רשתות פוליפפטיד כדוריות, שמירה וייצוב הקונפורמציה שלו עקב סוגים שונים של אינטראקציות כימיות. דוגמאות של פפטידים כאלה: fosfoglitseratkenaza, tRNA, אלפא-קרטין, משי fibroin, ואחרים.

מבנה הרביעון

זוהי אחת התקופות הקשות ביותר של הכדוריות, המהווים חלבונים. המבנה והתפקוד של חלבונים של תכנית כזו הוא מאוד תכליתי וספציפי.

מהו קונפורמציה זו? זה כמה (לפעמים עשרות) של רשתות פוליפפטיד גדולות וקטנות, אשר נוצרות בנפרד זה מזה. אבל אז, בשל אותה האינטראקציות כי שקלנו את המבנה שליישונים של פפטידים אלה שזורים ושזורים זה בזה. לפיכך מתקבל כדוריות קונפורמציה מורכבת שעשויים להכיל אטומי מתכת, וקבוצות שומנים, פחמימות. דוגמאות של חלבונים כגון: DNA פולימרז, חלבון המעטפת טבק וירוס, המוגלובין, ואחרים.

כל המבנים פפטיד דנו יש שיטות משלהם של זיהוי במעבדה, המבוססים על אפשרויות נוכחיות של באמצעות כרומטוגרפיה, צנטריפוגה, אלקטרונים מיקרוסקופיה אופטי טכנולוגיות מחשב גבוהות.

פונקציות

המבנה והתפקוד של חלבונים הוא קשור קשר הדוק אחד עם השני. כלומר, כל פפטיד ממלא תפקיד ייחודי וספציפי. ישנם גם אלה שמסוגלים לבצע בתא חי, מספר עסקאות משמעותיות. אבל זה ניתן לסכם לבטא את הפונקציות הבסיסיות של מולקולות חלבון בגופם של יצורים חיים:

1. מתן תנועה. אורגניזמים או אברונים תאיים, או סוגים מסוימים של תאים בעלי כושר תנועה, קיצוצים, תנועות. חלבון זה מסופק, המהווים חלק המבנה שלהם של מנגנון המנוע: ריסים, שוטונים, קרום ציטופלסמית. אם אנחנו מדברים על חוסר יכולת העקירה של התאים, החלבונים עשויים לתרום להפחתה שלהם (שרירי שרירן).
2. פונקציה תזונתית או גיבוי. זה הצטברות של מולקולות חלבון ביציות, עובר וזרעי צמח עבור חומרים המזינים חסר מילוי הנוספים. עם מחשוף של פפטידים לייצר חומצות אמינו וחומרים פעילים ביולוגית, אשר נחוצים לצורך התפתחות תקינה של אורגניזמים חיים.
3. פונקציית האנרגיה. מלבד פחמימות מאלץ את הגוף יכול לייצר חלבונים. בשנות הדעיכה של 1 גרם של הפפטיד שוחרר 17.6 אנרגיה שימושית kJ בצורת אדנוזין אדנוזין (ATP), אשר בילה על תהליכים חיוניים.
4. אות ולתפקד רגולטוריים. הוא מורכב בביצוע ניטור זהיר של תהליכים מתמשכים והעברת אותות מתא לרקמה, מהם לרשויות, מן המאוחר אל המערכת וכן הלאה. דוגמא טיפוסית היא אינסולין, אשר רושם בקפידה את המספר של גלוקוז בדם.
5. פונקצית קולטן. זה מושג על ידי שינוי קונפורמציה של הפפטיד עם צד אחד של הממברנה ומרתקת בקצה השני של ארגון מחדש. כאשר זה קורה ואת אות השידור ואת המידע הנדרש. מרבית החלבונים האלו מוטבעי הקרום ציטופלסמית של תאים ולבצע בקרה קפדנית לאורך כל therethrough עובר חומר. כמו כן ליידע אותך על שינויים כימיים ופיזיים בסביבה.
6. פונקצית תחבורה של פפטידים. זה מתבצע הזנות חלבונים וחלבונים טרנספורטר. התפקיד שלהם הוא ברור - הובלת מולקולות רצויות באתרים עם ריכוז נמוך של חלקים הגבוהים. דוגמה טיפוסית היא הובלה של חמצן ופחמן דו חמצני מן האיברים והרקמות של המוגלובין חלבון. הם גם השיגו את המסירה של תרכובות עם משקל מולקולרי נמוך דרך הממברנה אל תוך התא.
7. פונקצית מבנה. אחד המרכיבים החשובים ביותר של אלה שמבצע חלבון. המבנה של תאי אברונים שלהם מסופק פפטידים. הם דומים למסגרת להגדיר צורה ומבנה. בנוסף, הם גם תומכים בה, ולשנות במידת הצורך. לכן, עבור הצמיחה וההתפתחות של כל חלבוני אורגניזמים חיוניים המתגוררים הדיאטה. פפטידים אלו כוללים ואלסטין, טובולין, קולגן, תקטין, קרטין אחר.
8. הפונקציה קטליטי. שלה בביצוע אנזימים. רבים ומגוונים, הם להאיץ את כל התגובות הכימיות ו ביוכימיים בגוף. ללא השתתפותם, תפוח רגיל בבטן יוכל לעכל רק במשך יומיים, סביר להניח לכופף באותו זמן. תחת הפעולה של catalase, peroxidase ואנזימים אחרים, תהליך זה מתרחש תוך שעות. באופן כללי, זה בזכות התפקיד הזה, חלבון אנאבוליזם ואת הפירוק מתבצע, הוא כי, פלסטיק במטבוליזם אנרגיה.

את תפקיד המגן

ישנם מספר סוגים של איומים, שממנו החלבונים נועדו להגן על הגוף.

ראשית, התקפה כימית ריאגנטים טראומטי, גזים, מולקולות, חומרי ספקטרום שונה של פעולה. הפפטידים הם מסוגלים לעסוק איתם תגובה כימית, המיר לצורה מזיקה או פשוט מנטרל.

שנית, האיום הפיזי מהפצע - אם החלבון פיברינוגן בזמן לא הופך הפיברין באתר של פציעה, הדם אינו להקריש, ולכן סתימה תתרחש. ואז, להפך, היא צריכה קריש נשאב מסוגל פפטיד פלסמין ולשחזר patency של כלי השיט.

שלישית, האיום של חסינות. מבנה וערך של החלבונים היוצרים את ההגנה החיסונית, הם חשובים מאוד. נוגדנים, אימונוגלובולינים, אינטרפרונים - כולם מרכיבים חשובים ומשמעותיים של הלימפה והמערכת החיסונית. כל חלקיקים זרים, מולקולה זדונית, תאים מתים או חלק מהמבנה כולו נתון בחקירה מיידית על ידי תרכובת פפטיד. לכן אדם יכול לבד, ללא סיוע של תרופות מדי יום כדי להגן על עצמם מפני זיהום וירוסים פשוט.

תכונות פיסיקליות

המבנה של תאי החלבון הוא מאוד ספציפי ותלוי הפונקציה. אבל את התכונות הפיסיקליות של פפטידים הם דומים ניתן לצמצם את המאפיינים הבאים.

1. מולקולות משקל - כדי 1000000 הדולטונים.
2. בתמיסה מימית מהווה את מערכת קולואידים. יש רוכשת מבנה לחייב מסוגל להשתנות בהתאם החומציות של המדיום.
3. כאשר נחשפים בתנאים קשים (קרינה, חומצה או אלקלי, טמפרטורה, וכו ') מסוגלים לעבור תצורות ברמות אחרות, לפגל למשל. התהליך ב 90% ממקרים בלתי הפיכים. עם זאת, יש שינוי הפוך - renaturation.

מאפיינים בסיסיים זה של המאפיינים הפיזיים של פפטידים.