катерици- естествени полипептиди с огромно молекулно тегло. Те са част от всички живи организми и изпълняват различни биологични функции.
Структура на протеина.
Протеините имат 4 нива на структура:
- първична структура на протеина- линейна последователност от аминокиселини в полипептидна верига, нагъната в пространството:
- вторична структура на протеина- конформация на полипептидната верига, т.к усукване в пространството поради водородни връзки между Н.Х.И COв групи. Има 2 метода на инсталиране: α - спирала и β - структура.
- протеинова третична структурае триизмерно представяне на завихряне α -спирала или β -структури в пространството:
Тази структура се образува от -S-S- дисулфидни мостове между цистеинови остатъци. Противоположно заредените йони участват в образуването на такава структура.
- кватернерна структура на протеинасе образува поради взаимодействието между различни полипептидни вериги:
Синтез на протеини.
Синтезът се основава на твърдофазов метод, при който първата аминокиселина се фиксира върху полимерен носител и към нея последователно се добавят нови аминокиселини. След това полимерът се отделя от полипептидната верига.
Физични свойства на протеина.
Физическите свойства на протеина се определят от неговата структура, така че протеините се разделят на кълбовиден(разтворим във вода) и фибриларен(неразтворим във вода).
Химични свойства на протеините.
1. Денатурация на протеини(разрушаване на вторичната и третичната структура при запазване на първичната). Пример за денатурация е коагулацията на яйчен белтък, когато яйцата се варят.
2. Протеинова хидролиза- необратимо разрушаване на първичната структура в кисел или алкален разтвор с образуване на аминокиселини. По този начин можете да установите количествения състав на протеините.
3. Качествени реакции:
Биуретова реакция- взаимодействие на пептидната връзка и медни (II) соли в алкален разтвор. В края на реакцията разтворът става лилав.
Ксантопротеинова реакция- при реакция с азотна киселина се наблюдава жълт цвят.
Биологично значение на протеина.
1. Протеините са строителен материал, от него са изградени мускулите, костите и тъканите.
2. Белтъци – рецептори. Те предават и възприемат сигнали, идващи от съседни клетки от околната среда.
3. Катерици играят важна роля V имунна систематяло.
4. Протеините изпълняват транспортни функции и транспортират молекули или йони до мястото на синтез или натрупване. (Хемоглобинът пренася кислород до тъканите.)
5. Белтъци - катализатори - ензими. Това са много мощни селективни катализатори, които ускоряват реакциите милиони пъти.
Има редица аминокиселини, които не могат да бъдат синтезирани в тялото - незаменим, те се набавят само от храната: тизин, фенилаланин, метинин, валин, левцин, триптофан, изолевцин, треонин.
Ензимната хидролиза на протеините се извършва под действието на протеолитични ензими (протеази). Те се класифицират на ендо- и екзопептидази. Ензимите нямат строга субстратна специфичност и действат върху всички денатурирани и много естествени протеини, като разцепват пептидните връзки -CO-NH- в тях.
Ендопептидази (протеинази) - хидролизират протеините директно чрез вътрешни пептидни връзки. В резултат на това се образуват голям брой полипептиди и малко свободни аминокиселини.
Оптимални условия за действие на киселинните протеинази: pH 4,5-5,0, температура 45-50 °C.
Екзопептидазите (пептидазите) действат предимно върху полипептиди и пептиди, като разкъсват пептидната връзка в края. Основните продукти на хидролизата са аминокиселините. Тази групаЕнзимите се делят на амино-, карбокси- и дипептидази.
Аминопептидазите катализират хидролизата на пептидната връзка, съседна на свободната аминогрупа.
H2N - CH - C - - NH - CH - C....
Карбоксипептидазите хидролизират пептидната връзка, съседна на свободната карбоксилна група.
CO -NH- C - H
Дипептидадите катализират хидролитичното разцепване на дипептидите до свободни аминокиселини. Дипептидазите разцепват само тези пептидни връзки, в съседство с които има едновременно свободни карбоксилни и аминови групи.
дипептидаза
NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH
Глицин-глицин гликокол
Оптимални работни условия: pH 7-8, температура 40-50 oC. Изключение прави карбоксипептидазата, която проявява максимална активност при температура 50 °C и pH 5,2.
Хидролизата на протеинови вещества в консервната промишленост е необходима при производството на избистрени сокове.
Предимства на ензимния метод за получаване на протеинови хидролизати
Когато се произвежда по биологичен път активни веществаОт протеиносъдържащите суровини най-важна е дълбоката им обработка, която включва разграждането на протеиновите молекули до съставни мономери. Перспективна в това отношение е хидролизата на протеинови суровини с цел получаване на протеинови хидролизати - продукти, съдържащи ценни биологично активни съединения: полипептиди и свободни аминокиселини. Всички естествени протеини с пълен аминокиселинен състав, чийто източници са кръвта и нейните съставни компоненти, могат да се използват като суровина за производството на протеинови хидролизати; тъкани и органи на животни и растения; отпадъци от млечната и хранително-вкусовата промишленост; ветеринарни конфискации; храни и хранителни продукти с ниска хранителна стойност, получени чрез преработка различни видовеживотни, птици, риби; производствени отпадъци от месопреработвателни предприятия и фабрики за лепило и др. При получаване на протеинови хидролизати за медицински и ветеринарни цели се използват предимно протеини от животински произход: кръв, мускулна тъканИ вътрешни органи, протеинови обвивки, както и суроватъчни протеини.
Проблемът с хидролизата на протеини и неговото практическо приложение привличат вниманието на изследователите от дълго време. Въз основа на хидролизата на протеините се получава различни лекарства, широко използвани в практиката: като кръвозаместители и за парентерално хранене в медицината; за компенсиране на протеиновия дефицит, повишаване на устойчивостта и подобряване на развитието на млади животни във ветеринарната медицина; като източник на аминокиселини и пептиди за бактериални и културни среди в биотехнологиите; в хранително-вкусовата промишленост, парфюмерията. Качество и свойства на протеиновите хидролизати, предназначени за различни приложения, се определят от суровината, метода на хидролиза и последваща обработка на получения продукт.
Варирането на методите за получаване на протеинови хидролизати дава възможност за получаване на продукти с желани свойства. В зависимост от съдържанието на аминокиселини и наличието на полипептиди в диапазона на съответното молекулно тегло, областта на най-много ефективно използванехидролизати. Протеиновите хидролизати, получени за различни цели, са предмет на различни изисквания, в зависимост преди всичко от състава на хидролизата. По този начин в медицината е желателно да се използват хидролизати, съдържащи 15...20% свободни аминокиселини; във ветеринарната практика, за повишаване на естествената резистентност на млади животни, съдържанието на пептиди в хидролизатите е преобладаващо (70...80%); За хранителни цели важни са органолептичните свойства на получените продукти. Но основното изискване при използване на протеинови хидролизати в различни области е балансиран аминокиселинен състав.
Протеинова хидролиза може да се извърши по три начина: чрез действието на основи, киселини и протеолитични ензими. Алкалната хидролиза на протеините произвежда остатъци от лантионин и лизиноаланин, които са токсични за хората и животните. Тази хидролиза разрушава аргинин, лизин и цистин, така че практически не се използва за получаване на хидролизати. Киселинната хидролиза на протеин е широко използван метод. Най-често протеинът се хидролизира със сяра или солна киселина. В зависимост от концентрацията на използваната киселина и температурата на хидролиза, времето на процеса може да варира от 3 до 24 часа. Хидролизата със сярна киселина се извършва за 3...5 часа при температура 100...130 °С и налягане 2...3 атмосфери; солна - за 5...24 часа при точката на кипене на разтвора под ниско налягане.
При киселинна хидролиза се постига по-голяма дълбочина на разграждане на протеина и се елиминира възможността за бактериално замърсяване на хидролизата. Това е особено важно в медицината, където хидролизатите се използват предимно парентерално и е необходимо да се изключи анафилактогенност, пирогенност и др. нежелани последствия. IN медицинска практикаКиселинните хидролизати са широко използвани: аминокровин, хидролизин L-103, ЦОЛИПК, инфузамин, гемос и др.
Недостатъкът на киселинната хидролиза е пълното разрушаване на триптофан, частично разрушаване на хидроксиаминокиселини (серин и треонин), дезаминиране на амидните връзки на аспарагин и глутамин с образуването на амониев азот, разрушаване на витамини, както и образуването на хумин вещества, чието разделяне е трудно. Освен това при неутрализиране на киселинни хидролизати се образува голямо количество соли: хлориди или сулфати. Последните са особено токсични за организма. Поради това киселинните хидролизати изискват последващо пречистване, за което в производството обикновено се използва йонообменна хроматография.
За да избегнат разрушаването на лабилни аминокиселини в процеса на получаване на киселинни хидролизати, някои изследователи са използвали леки режими на хидролиза в атмосфера на инертен газ и също така са добавили антиоксиданти, тиоалкохоли или индолови производни към реакционната смес. Киселинната и алкалната хидролиза, освен посочените, имат и значителни ограничения, свързани с реактивността на околната среда, което води до бърза корозия на оборудването и налага спазването на строги изисквания за безопасност на операторите. По този начин технологията на киселинна хидролиза е доста трудоемка и изисква използването на сложно оборудване (йонообменни колони, ултрамембрани и др.) И допълнителни етапи на пречистване на получените лекарства.
Проведени са изследвания върху разработването на електрохимична ензимна технология за производство на хидролизати. Използването на тази технология позволява да се елиминира използването на киселини и основи от процеса, тъй като pH на средата се осигурява в резултат на електролиза на обработваната среда, съдържаща малко количество сол. Това от своя страна ви позволява да автоматизирате процеса и да осигурите по-прецизен и оперативен контрол на параметрите на процеса.
Както е известно, в организма протеинът е под влияние на храносмилателни ензимисе разгражда на пептиди и аминокиселини. Подобно разцепване може да се извърши извън тялото. За да направите това, тъканта на панкреаса, лигавицата на стомаха или червата, чисти ензими (пепсин, трипсин, химотрипсин) или ензимни препаратимикробен синтез. Този метод на разграждане на протеините се нарича ензимен, а полученият хидролизат се нарича ензимен хидролизат. Ензимният метод на хидролиза е по-предпочитан в сравнение с химични методи, тъй като се извършва в "меки" условия (при температура 35...50°C и атмосферно налягане). Предимството на ензимната хидролиза е фактът, че по време на нейното изпълнение аминокиселините практически не се разрушават и не влизат в допълнителни реакции (рацемизация и други). В този случай се образува сложна смес от продукти на разграждане на протеини с различно молекулно тегло, чието съотношение зависи от свойствата на използвания ензим, използваните суровини и условията на процеса. Получените хидролизати съдържат 10...15% общ азот и 3,0...6,0% аминен азот. Технологията за изпълнението му е сравнително проста.
По този начин, в сравнение с химичните технологии, ензимният метод за производство на хидролизати има значителни предимства, основните от които са: достъпност и лекота на изпълнение, ниска консумация на енергия и екологична безопасност.
Хидролиза (хидролиза) на протеини- Това е процес на разпадане на вериги от протеинови молекули на части.
Получените фрагменти се наричат и имат редица полезни свойства. Основното е много по-бързото усвояване в сравнение с оригиналната молекула. Идеалната протеинова хидролиза е разграждането на протеиновата молекула на съставните аминокиселини. Те формират основата на аминокиселинните комплекси – най ефективни лекарстваот гледна точка на предлагането мускулни клеткистроителен материал. Въпреки това, не винаги има смисъл да се извършва пълен цикъл на хидролиза. За да се подобри скоростта на усвояване и да се увеличат протеините, е достатъчно да се извърши частична хидролиза на протеина. В резултат на това оригиналната молекула се разпада на вериги от няколко аминокиселини, които се наричат ди- и три-пептиди.
Процес на хидролиза на протеини
В края на 19 век учените открили, че протеините се състоят от по-малки частици, наречени аминокиселини. И оттогава започва изследването както на аминокиселините, така и на методите за изолирането им от протеиновата структура. В който аминокиселините не са произволно свързани, а са разположени в специфична ДНК последователност. За човешкото тяло тази последователност няма значение. Тялото се нуждае само от аминокиселини, чиято задача е да „извличат“ храносмилателната система. По време на храносмилателния процес тялото разгражда протеините до отделни аминокиселини, които влизат в кръвта. Въпреки това, в зависимост от стотици фактори, ефективността на храносмилането е далеч от 100%. Въз основа на процента вещества, абсорбирани по време на процеса на храносмилане, се оценява хранителната стойност на даден продукт. Хидролизата може значително да увеличи хранителната стойност на протеините.Не се противопоставя на такива процеси на производство на протеини като. Хидролизата е процесът на вторична обработка на вече изолиран по един или друг начин протеин.
Суровината за хидролиза е вече частично преработено мляко. По правило се използва най-евтиният млечен протеин. Имайки предвид по-нататъшната обработка и крайния резултат, няма смисъл да се вземат по-скъпи съставки като суроватъчен протеин или изолат. За медицински цели животинската кръв може да се използва и при хидролиза, но не е приложима в спортната индустрия. Основните методи за хидролиза на млечните протеини са киселинна хидролизаИ ензимна хидролиза.
Киселинна хидролиза
Същността на този процес е обработката на суровини с определени киселини. Протеинът се третира със солна киселина и се нагрява до приблизително 105-110 °C. В това състояние се държи 24 часа. В резултат на това молекулярните връзки се разрушават и протеините се разпадат на отделни аминокиселини. Киселинната хидролиза е най-простата и евтина за изпълнение. Той обаче представя изключително високи изискванияспазване на технологията и, най-важното, на качеството и точността на дозите на реагентите. Използването на грешни киселини или неправилни дози заедно с молекулярни връзки може да унищожи самите аминокиселини. В резултат на това крайният продукт ще има непълен аминокиселинен спектър. А остатъците от соли и киселини едва ли ще имат положителен ефект върху храносмилането.
Ензимна (ензимна) хидролиза
Ензимната хидролиза на протеините е донякъде подобна естествен процесхраносмилане. Изходният материал (обикновено -) се смесва с ензими, които извършват "храносмилането" на протеина и осигуряват разграждането му на аминокиселини. И именно този метод се използва най-често в спортната индустрия. Ензимната (ензимна) хидролиза на протеини е по-малко взискателна по отношение на технологията. Излишните ензими се отстраняват по-лесно и не причиняват толкова вреда, колкото киселините.
В първия етап на ензимната хидролиза суровината се подлага на лека топлинна обработка. В резултат на това протеинът частично денатурира (унищожава). След това получената фракция се смесва с ензими, които завършват процеса на хидролиза.
Използването на протеинова хидролиза в спортното хранене
Протеинова хидролиза е истинска находка и спасение за индустрията. Благодарение на него можете не само да получите чисти аминокиселинни комплекси, но и значително да увеличите ефективността на конвенционалните протеини и гейнъри. Много дори специално третират определени лекарства с ензими. В резултат на тази частична хидролиза на протеина, неговата степен на усвояване се увеличава. Освен това решава много проблеми с индивидуалната непоносимост към компонентите на млечния протеин. В някои продукти дори можете да намерите споменаване на наличието на храносмилателни ензими в тях. В някои протеини това са обикновени храносмилателни ензими, които започват да работят само в стомаха. А при някои това са остатъците от процеса на ензимна хидролиза. Във всеки случай такива протеини се усвояват много по-бързо и по-добре.
На теория приемът на хидролизиран протеин може да се замени с прием на обикновен протеин в комбинация с храносмилателни ензими (като фестал, мезим форте и др.). Ще излезе значително по-евтино. Отделното приемане на млечен протеин и ензими обаче не е толкова ефективно. Никога няма да можете да определите правилната дозировкаензими. Излишъкът им едва ли ще бъде полезен за тялото ви. Недостатък: протеиновата хидролиза ще бъде само частична.
Ползите и вредите от протеиновата хидролиза
Протеинова хидролиза се използва в следните случаи:
- За ускоряване на усвояването на протеина
- Да се намали алергични реакции
- За получаване на аминокиселини в чист вид
Особено внимание заслужават проблемите с алергичните реакции. Хранителни алергииТова не е необичайно в наши дни; непоносимостта към храните или техните отделни компоненти се появява доста редовно. Пример за това е непоносимостта към лактоза. Хранителната алергия е реакция към специфични протеини, намиращи се в храните.Когато се хидролизират, тези протеини се разграждат до пептиди. Които са само фрагменти от протеини и вече не предизвикват алергични реакции. Особено заслужава да се отбележи, че хранителната стойностПолучените смеси по никакъв начин не отстъпват по хранителна стойност на изходните суровини.
Сред недостатъците на хидролизата си струва да се отбележи разрушаването полезни бактерии. Въпреки факта, че много компании твърдят, че има бифидобактерии, човек трябва да бъде обективен - хидролизата ги унищожава. А бифидобактериите могат да присъстват само при въвеждане отвън. Ако обаче говорим за спортно хранене, то на първо място тук все пак е хранителната стойност на получената смес.
катерици- високо молекулно тегло органични съединения, състоящ се от аминокиселинни остатъци, свързани в дълга верига чрез пептидна връзка.
Съставът на протеините в живите организми включва само 20 вида аминокиселини, всички от които са алфа-аминокиселини, а аминокиселинният състав на протеините и редът на тяхното свързване помежду си се определят от индивидуалния генетичен код на живия организъм.
Една от характеристиките на протеините е способността им спонтанно да образуват пространствени структури, характерни само за този конкретен протеин.
Поради спецификата на тяхната структура, протеините могат да имат различни свойства. Например протеини с глобуларна кватернерна структура, по-специално протеин кокоше яйце, се разтварят във вода до образуване на колоидни разтвори. Протеините с фибриларна кватернерна структура не се разтварят във вода. Фибриларните протеини, по-специално, образуват нокти, коса и хрущял.
Химични свойства на протеините
Хидролиза
Всички протеини са способни да претърпят реакции на хидролиза. В случай на пълна хидролиза на протеини се образува смес от α-аминокиселини:
Протеин + nH 2 O => смес от α-аминокиселини
Денатурация
Разрушаването на вторичната, третичната и кватернерната структура на протеина без разрушаване на неговата първична структура се нарича денатурация. Денатурацията на протеина може да настъпи под въздействието на разтвори на натриеви, калиеви или амониеви соли - такава денатурация е обратима:
Денатурацията възниква под въздействието на радиация (например нагряване) или обработка на протеина със соли тежки металие необратимо:
Например необратима денатурация на протеина се наблюдава при термична обработка на яйца по време на тяхното приготвяне. В резултат на денатурацията на яйчния белтък, способността му да се разтваря във вода, образува колоиден разтворизчезва.
Качествени реакции към протеини
Биуретова реакция
Ако 10% разтвор на натриев хидроксид се добави към разтвор, съдържащ протеин, и след това малко количество 1% разтвор на меден сулфат, ще се появи виолетов цвят.
протеинов разтвор + NaOH (10% разтвор) + CuSO 4 = лилав цвят
Ксантопротеинова реакция
Протеиновите разтвори пожълтяват при кипене с концентрирана азотна киселина:
протеинов разтвор + HNO 3 (конц.) => жълт цвят
Биологични функции на протеините
| каталитичен | ускоряват различни химични реакции в живите организми | ензими |
| структурен | клетъчен строителен материал | колаген, протеини на клетъчната мембрана |
| защитен | защита на организма от инфекции | имуноглобулини, интерферон |
| регулаторен | регулират метаболитните процеси | хормони |
| транспорт | прехвърляне на жизненоважни вещества от една част на тялото в друга | хемоглобинът пренася кислород |
| енергия | захранва тялото с енергия | 1 грам протеин може да осигури на тялото 17,6 J енергия |
| мотор (мотор) | всякакви двигателни функции на тялото | миозин (мускулен протеин) |
Подобно на други химични реакции, протеиновата хидролиза е придружена от обмен на електрони между определени атоми на реагиращите молекули. Без катализатор този обмен става толкова бавно, че не може да бъде измерен. Процесът може да се ускори чрез добавяне на киселини или основи; Първите дават Н-йони при дисоциация, вторите - ОН-йони. Киселините и основите играят ролята на истински катализатори: те не се изразходват по време на реакцията.
Когато протеинът се вари с концентрирана киселина, той напълно се разпада на свободни аминокиселини. Ако такова разпадане се случи в жива клетка, това естествено би довело до нейната смърт. Под въздействието на протерлитичните ензими протеините също се разграждат и дори по-бързо, но без най-малката вредаза тялото. И докато H йони действат безразборно върху всички протеини и всички пептидни връзки във всеки протеин, протеолитичните ензими са специфични и разрушават само определени връзки.
Протеолитичните ензими сами по себе си са протеини. Как се различава протеолитичният ензим от субстратния протеин (субстратът е съединение, което е мишена на ензима)? Как един протеолитичен ензим проявява своята каталитична активност, без да унищожи себе си или клетката? Отговорът на тези основни въпроси би помогнал да се разбере механизмът на действие на всички ензими. Откакто M. Kunitz за първи път изолира трипсин в кристална форма преди 30 години, протеолитичните ензими служат като модели за изследване на връзката между протеиновата структура и ензимната функция.
Протеолитичните ензими на храносмилателния тракт са свързани с един от основни функции човешкото тяло- асимилация хранителни вещества. Ето защо тези ензими отдавна са обект на изследване; в това отношение може би само дрождевите ензими, участващи в алкохолната ферментация, са пред тях. Най-добре проучените храносмилателни ензими са трипсин, химотрипсин и карбоксипептидази (тези ензими се секретират от панкреаса). Именно с техния пример ще разгледаме всичко, което сега се знае за спецификата, структурата и естеството на действие на протеолитичните ензими.
Протеолитичните ензими на панкреаса се синтезират под формата на прекурсори - зимогени - и се съхраняват във вътреклетъчни тела, така наречените зимогенни гранули. Зимогените нямат ензимна активност и следователно не могат да действат разрушително върху протеиновите компоненти на тъканта, в която се образуват. влизане тънко черво, зимогените се активират от друг ензим; в същото време в структурата на техните молекули има малки, но много важни промени. Ще разгледаме по-подробно тези промени по-късно.
"Молекули и клетки", изд. Г. М. Франк
