Vjeverice- prirodni polipeptidi velike molekularne težine. Oni su dio svih živih organizama i obavljaju različite biološke funkcije.
Struktura proteina.
Proteini imaju 4 nivoa strukture:
- primarna struktura proteina- linearni niz aminokiselina u polipeptidnom lancu, presavijeni u prostoru:
- sekundarne strukture proteina- konformacija polipeptidnog lanca, jer uvijanje u prostoru zbog vodoničnih veza između N.H. I CO u grupama. Postoje 2 načina instalacije: α -spiralni i β - struktura.
- tercijarne strukture proteina je trodimenzionalni prikaz vrtloga α -spiralni ili β -strukture u prostoru:
Ovu strukturu formiraju -S-S- disulfidni mostovi između ostataka cisteina. Suprotno nabijeni ioni učestvuju u formiranju takve strukture.
- kvartarne strukture proteina nastaje zbog interakcije između različitih polipeptidnih lanaca:
Sinteza proteina.
Sinteza se zasniva na metodi čvrste faze, u kojoj se prva aminokiselina fiksira na polimerni nosač, a nove aminokiseline se uzastopno dodaju u nju. Polimer se zatim odvaja od polipeptidnog lanca.
Fizička svojstva proteina.
Fizička svojstva proteina određena su njegovom strukturom, pa se proteini dijele na globularni(rastvorljivo u vodi) i fibrilar(nerastvorljivo u vodi).
Hemijska svojstva proteina.
1. Denaturacija proteina(uništenje sekundarne i tercijarne strukture uz održavanje primarne). Primjer denaturacije je koagulacija bjelanjaka kada se jaja skuvaju.
2. Hidroliza proteina- nepovratno uništavanje primarne strukture u kiseloj ili alkalnoj otopini uz stvaranje aminokiselina. Na taj način možete utvrditi kvantitativni sastav proteina.
3. Kvalitativne reakcije:
Biuretna reakcija- interakcija peptidne veze i soli bakra (II) u alkalnom rastvoru. Na kraju reakcije, otopina postaje ljubičasta.
Ksantoproteinska reakcija- pri reakciji sa azotnom kiselinom uočava se žuta boja.
Biološki značaj proteina.
1. Proteini su građevinski materijal, od kojih se grade mišići, kosti i tkiva.
2. Proteini - receptori. Oni prenose i percipiraju signale koji dolaze iz susjednih ćelija iz okoline.
3. Vjeverice se igraju važnu ulogu V imunološki sistem tijelo.
4. Proteini obavljaju transportne funkcije i transportuju molekule ili ione do mjesta sinteze ili akumulacije. (Hemoglobin prenosi kiseonik do tkiva.)
5. Proteini - katalizatori - enzimi. Ovo su vrlo moćni selektivni katalizatori koji ubrzavaju reakcije milionima puta.
Postoji niz aminokiselina koje se ne mogu sintetizirati u tijelu - nezamjenjiv, dobijaju se samo iz hrane: tizin, fenilalanin, metinin, valin, leucin, triptofan, izoleucin, treonin.
Enzimska hidroliza proteina nastaje pod dejstvom proteolitičkih enzima (proteaza). Klasifikovane su na endo- i egzopeptidaze. Enzimi nemaju strogu supstratnu specifičnost i djeluju na sve denaturirane i mnoge prirodne proteine, cijepajući u njima peptidne veze -CO-NH-.
Endopeptidaze (proteinaze) - hidrolizuju proteine direktno kroz unutrašnje peptidne veze. Kao rezultat, formira se veliki broj polipeptida i malo slobodnih aminokiselina.
Optimalni uslovi za delovanje kiselih proteinaza: pH 4,5-5,0, temperatura 45-50 °C.
Egzopeptidaze (peptidaze) djeluju prvenstveno na polipeptide i peptide razbijanjem peptidne veze na kraju. Glavni produkti hidrolize su aminokiseline. Ova grupa enzimi se dijele na amino-, karboksi- i dipeptidaze.
Aminopeptidaze kataliziraju hidrolizu peptidne veze u blizini slobodne amino grupe.
H2N - CH - C - - NH - CH - C....
Karboksipeptidaze hidroliziraju peptidnu vezu pored slobodne karboksilne grupe.
CO -NH- C - H
Dipeptidadi kataliziraju hidrolitičko cijepanje dipeptida u slobodne aminokiseline. Dipeptidaze cijepaju samo one peptidne veze pored kojih postoje istovremeno slobodne karboksilne i aminske grupe.
dipeptidaza
NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH
Glicin-Glicin glikokol
Optimalni radni uslovi: pH 7-8, temperatura 40-50 oC. Izuzetak je karboksipeptidaza, koja pokazuje maksimalnu aktivnost na temperaturi od 50 °C i pH 5,2.
Hidroliza proteinskih supstanci u industriji konzervi neophodna je u proizvodnji bistrenih sokova.
Prednosti enzimske metode za proizvodnju proteinskih hidrolizata
Kada se proizvodi biološki aktivne supstance Od sirovina koje sadrže proteine, najvažnija je njihova dubinska prerada, koja uključuje razgradnju proteinskih molekula na sastavne monomere. U tom smislu obećavajuća je hidroliza proteinskih sirovina u svrhu proizvodnje proteinskih hidrolizata - proizvoda koji sadrže vrijedne biološki aktivne spojeve: polipeptide i slobodne aminokiseline. Bilo koji prirodni protein sa kompletnim aminokiselinskim sastavom, čiji su izvori krv i njene sastavne komponente, mogu se koristiti kao sirovine za proizvodnju proteinskih hidrolizata; tkiva i organi životinja i biljaka; otpad iz mliječne i prehrambene industrije; veterinarske konfiskacije; hrana i prehrambeni proizvodi niske nutritivne vrijednosti dobiveni preradom razne vrsteživotinje, ptice, ribe; proizvodni otpad iz pogona za preradu mesa i tvornica ljepila i dr. Prilikom dobijanja proteinskih hidrolizata u medicinske i veterinarske svrhe koriste se uglavnom proteini životinjskog porijekla: krv, mišićno tkivo I unutrašnje organe, proteinske ljuske, kao i proteini surutke.
Problem hidrolize proteina i njegova praktična primjena već duže vrijeme privlači pažnju istraživača. Na osnovu hidrolize proteina dobija se razne droge, koji se široko koristi u praksi: kao zamjena za krv i za parenteralnu ishranu u medicini; nadoknaditi nedostatak proteina, povećati otpornost i poboljšati razvoj mladih životinja u veterinarskoj medicini; kao izvor aminokiselina i peptida za bakterijske i kulturne medije u biotehnologiji; u prehrambenoj industriji, parfimeriji. Kvalitet i svojstva proteinskih hidrolizata namijenjenih za razne aplikacije, određuju se sirovinom, metodom hidrolize i naknadnom preradom dobivenog proizvoda.
Variranje metoda za dobijanje proteinskih hidrolizata omogućava dobijanje proizvoda sa željenim svojstvima. Ovisno o sadržaju aminokiselina i prisutnosti polipeptida u rasponu odgovarajuće molekulske težine, područje većine efektivna upotreba hidrolizati. Proteinski hidrolizati koji se dobijaju za različite namene podležu različitim zahtevima, prvenstveno u zavisnosti od sastava hidrolizata. Tako je u medicini poželjno koristiti hidrolizate koji sadrže 15...20% slobodnih aminokiselina; u veterinarskoj praksi, za povećanje prirodne otpornosti mladih životinja, prevladava sadržaj peptida u hidrolizatima (70...80%); Za prehrambene svrhe važna su organoleptička svojstva dobijenih proizvoda. Ali glavni zahtjev kada se koriste proteinski hidrolizati u različitim poljima je uravnotežen sastav aminokiselina.
Hidroliza proteina može se ostvariti na tri načina: djelovanjem lužina, kiselina i proteolitičkih enzima. Alkalna hidroliza proteina proizvodi ostatke lantionina i lizinoalanina, koji su toksični za ljude i životinje. Ova hidroliza uništava arginin, lizin i cistin, pa se praktično ne koristi za dobijanje hidrolizata. Kisela hidroliza proteina je široko korištena metoda. Najčešće se protein hidrolizira sumporom ili hlorovodonične kiseline. Ovisno o koncentraciji korištene kiseline i temperaturi hidrolize, vrijeme procesa može varirati od 3 do 24 sata. Hidroliza sumpornom kiselinom se izvodi 3...5 sati na temperaturi od 100...130 °C i pritisku od 2...3 atmosfere; hlorovodonična - 5...24 sata na tački ključanja rastvora pod niskim pritiskom.
Kiselom hidrolizom postiže se veća dubina razgradnje proteina i eliminiše se mogućnost bakterijske kontaminacije hidrolizata. Ovo je posebno važno u medicini, gdje se hidrolizati koriste uglavnom parenteralno i potrebno je isključiti anafilaktogenost, pirogenost i dr. neželjene posledice. IN medicinska praksa Kiseli hidrolizati se široko koriste: aminokrovin, hidrolizin L-103, TsOLIPK, infusamin, gemos i drugi.
Nedostatak kisele hidrolize je potpuno uništavanje triptofana, djelomično uništavanje hidroksiaminokiselina (serina i treonina), deaminacija amidnih veza asparagina i glutamina sa stvaranjem amonijačnog dušika, uništavanje vitamina, kao i stvaranje humusa. tvari čije je odvajanje teško. Osim toga, pri neutralizaciji kiselih hidrolizata nastaje velika količina soli: kloridi ili sulfati. Potonji su posebno toksični za tijelo. Stoga kiseli hidrolizati zahtijevaju naknadno prečišćavanje, za šta se obično koristi ionsko-izmjenjivačka hromatografija u proizvodnji.
Da bi se izbjeglo uništavanje labilnih aminokiselina u procesu dobivanja kiselih hidrolizata, neki istraživači su koristili blage režime hidrolize u atmosferi inertnog plina i dodavali antioksidanse, tioalkohole ili derivate indola u reakcijsku smjesu. Kisela i alkalna hidroliza, pored navedenih, takođe imaju značajna ograničenja povezana sa reaktivnošću okoline, što dovodi do brze korozije opreme i zahteva poštovanje strogih bezbednosnih zahteva za operatere. Dakle, tehnologija kisele hidrolize je prilično radno intenzivna i zahtijeva korištenje složene opreme (kolone za ionsku izmjenu, ultramembrane, itd.) i dodatne faze pročišćavanja dobivenih lijekova.
Provedena su istraživanja na razvoju elektrohemijske enzimske tehnologije za proizvodnju hidrolizata. Upotreba ove tehnologije omogućava eliminaciju upotrebe kiselina i lužina iz procesa, jer se pH medija osigurava kao rezultat elektrolize obrađenog medija koji sadrži malu količinu soli. To vam zauzvrat omogućava automatizaciju procesa i pružanje preciznije i operativnije kontrole parametara procesa.
Kao što je poznato, u organizmu je protein pod uticajem digestivni enzimi razlaže se na peptide i aminokiseline. Slično cijepanje se može izvesti izvan tijela. Da biste to učinili, potrebno je tkivo gušterače, sluznica želuca ili crijeva, čisti enzimi (pepsin, tripsin, kimotripsin) ili enzimski preparati mikrobna sinteza. Ova metoda razgradnje proteina naziva se enzimska, a nastali hidrolizat se naziva enzimski hidrolizat. Enzimska metoda hidrolize je poželjnija u odnosu na hemijske metode, budući da se izvodi u „blagim“ uslovima (na temperaturi od 35...50°C i atmosferski pritisak). Prednost enzimske hidrolize je činjenica da se tokom njenog sprovođenja aminokiseline praktički ne uništavaju i ne ulaze u dodatne reakcije (racemizacija i druge). U ovom slučaju nastaje složena mješavina proizvoda razgradnje proteina različite molekularne težine, čiji odnos ovisi o svojstvima upotrijebljenog enzima, korištenim sirovinama i uvjetima procesa. Dobijeni hidrolizati sadrže 10...15% ukupnog dušika i 3,0...6,0% aminskog dušika. Tehnologija za njegovo izvođenje je relativno jednostavna.
Dakle, u odnosu na hemijske tehnologije, enzimska metoda za proizvodnju hidrolizata ima značajne prednosti, a glavne su: pristupačnost i lakoća implementacije, niska potrošnja energije i ekološka sigurnost.
Hidroliza (hidroliza) proteina- Ovo je proces razbijanja lanaca proteinskih molekula na dijelove.
Rezultirajući fragmenti se pozivaju i imaju broj korisna svojstva. Glavni je mnogo brža apsorpcija u odnosu na originalni molekul. Idealna hidroliza proteina je razgradnja proteinske molekule na sastavne aminokiseline. Oni čine osnovu kompleksa aminokiselina - najviše efikasni lekovi sa stanovišta snabdevanja mišićne ćelije građevinski materijal. Međutim, nema uvijek smisla provoditi cijeli ciklus hidrolize. Da bi se poboljšala brzina apsorpcije i povećala količina proteina, dovoljno je izvršiti djelomičnu hidrolizu proteina. Kao rezultat toga, originalni molekul se raspada na lance nekoliko aminokiselina, koji se nazivaju di- i tri-peptidi.
Proces hidrolize proteina
Krajem 19. vijeka naučnici su otkrili da se proteini sastoje od manjih čestica zvanih aminokiseline. I od tada je počelo proučavanje i aminokiselina i metoda njihovog izolovanja iz strukture proteina. U kojima aminokiseline nisu nasumično povezane, već se nalaze u specifičnoj sekvenci DNK. Za ljudsko tijelo ovaj redoslijed nije bitan. Organizmu su potrebne samo aminokiseline, čiji je zadatak da "izvuče" probavni sustav. Tokom procesa probave, tijelo razgrađuje proteine u pojedinačne aminokiseline, koje ulaze u krv. Međutim, u zavisnosti od stotina faktora, efikasnost probave je daleko od 100%. Na osnovu procenta supstanci apsorbovanih tokom procesa varenja, procenjuje se nutritivna vrednost određenog proizvoda. Hidroliza može značajno povećati nutritivnu vrijednost proteina. Nije suprotan takvim procesima proizvodnje proteina kao što su. Hidroliza je proces sekundarne obrade proteina koji je već izolovan na ovaj ili onaj način.
Sirovina za hidrolizu je već delimično prerađeno mleko. U pravilu se koriste najjeftiniji mliječni proteini. S obzirom na dalju preradu i krajnji rezultat, nema smisla uzimati skuplje sastojke poput whey proteina ili izolata. U medicinske svrhe, životinjska krv se može koristiti i u hidrolizi, ali nije primjenjiva u sportskoj industriji. Glavne metode za hidrolizu mliječnih proteina su kisela hidroliza I enzimska hidroliza.
Kisela hidroliza
Suština ovog procesa je prerada sirovina određenim kiselinama. Protein se tretira hlorovodoničnom kiselinom i zagrijava na približno 105-110 °C. U ovom stanju se drži 24 sata. Kao rezultat toga, molekularne veze se razbijaju i proteini se razlažu na pojedinačne aminokiseline. Kisela hidroliza je najjednostavnija i najjeftinija za implementaciju. Međutim, on predstavlja izuzetno visoki zahtjevi pridržavanje tehnologije i, što je najvažnije, kvaliteta i tačnosti doziranja reagensa. Korištenje pogrešnih kiselina ili netačnih doza zajedno s molekularnim vezama može uništiti same aminokiseline. Kao rezultat toga, konačni proizvod će imati nepotpun spektar aminokiselina. Malo je vjerovatno da će ostaci soli i kiselina imati pozitivan učinak na probavu.
Enzimska (enzimska) hidroliza
Enzimska hidroliza proteina je donekle slična prirodni proces varenje. Početni materijal (obično -) pomiješan je s enzimima koji provode "probavu" proteina i osiguravaju njegovu razgradnju u aminokiseline. A upravo se ova metoda najčešće koristi u sportskoj industriji. Enzimska (enzimska) hidroliza proteina je tehnološko manje zahtjevna. Višak enzima se lakše uklanja i ne uzrokuje toliko štete kao kiseline.
U prvoj fazi enzimske hidrolize, sirovina se podvrgava laganoj termičkoj obradi. Kao rezultat toga, protein djelimično denaturira (uništava). Zatim se nastala frakcija pomiješa s enzimima koji dovršavaju proces hidrolize.
Upotreba hidrolize proteina u sportskoj prehrani
Hidroliza proteina je pravo otkriće i spas za industriju. Zahvaljujući njemu, ne samo da možete dobiti čiste komplekse aminokiselina, već i značajno povećati efikasnost konvencionalnih proteina i gejnera. Mnogi čak posebno tretiraju određene lijekove enzimima. Kao rezultat ove djelomične hidrolize proteina, njegova apsorpcija se povećava. Takođe rešava mnoge probleme sa individualnom netolerancijom na komponente mlečnih proteina. Na nekim proizvodima se čak spominje prisustvo probavnih enzima u njima. U nekim proteinima to su obični probavni enzimi koji počinju djelovati tek u želucu. A kod nekih su to ostaci procesa enzimske hidrolize. U svakom slučaju, takvi proteini se apsorbiraju mnogo brže i bolje.
U teoriji, uzimanje hidroliziranog proteina može se zamijeniti uzimanjem jednostavnih proteina u kombinaciji s probavnim enzimima (kao što su festal, mezim forte, itd.). Biće znatno jeftinije. Međutim, uzimanje mlečnih proteina i enzima odvojeno nije tako efikasno. Nikada nećete moći precizno odrediti pravu dozu enzimi. Malo je vjerovatno da će njihov višak biti koristan za vaše tijelo. Nedostatak: hidroliza proteina će biti samo djelomična.
Prednosti i štete hidrolize proteina
Hidroliza proteina se koristi u sljedećim slučajevima:
- Za ubrzanje apsorpcije proteina
- Za smanjenje alergijske reakcije
- Za dobijanje aminokiselina u njihovom čistom obliku
Posebno vrijedna pažnje su pitanja alergijskih reakcija. Alergije na hranu Danas nije neuobičajeno; intolerancija na hranu ili njene pojedinačne komponente javlja se prilično redovno. Primjer je netolerancija na laktozu. Alergija na hranu je reakcija na specifične proteine koji se nalaze u hrani. Kada se hidroliziraju, ovi proteini se razlažu na peptide. Koje su samo fragmenti proteina i više ne izazivaju alergijske reakcije. To je posebno vrijedno napomenuti nutritivnu vrijednost Dobivene mješavine ni na koji način nisu inferiorne u odnosu na nutritivnu vrijednost izvornih sirovina.
Među nedostacima hidrolize vrijedi istaknuti uništenje korisnih bakterija. Unatoč činjenici da mnoge kompanije tvrde da postoje bifidobakterije, treba biti objektivan - hidroliza ih uništava. A bifidobakterije mogu biti prisutne samo kada se unose izvana. Međutim, ako govorimo o sportsku ishranu, onda je na prvom mjestu i dalje nutritivna vrijednost dobivene smjese.
Vjeverice- visoka molekularna težina organska jedinjenja, koji se sastoji od aminokiselinskih ostataka povezanih u dugi lanac peptidnom vezom.
Sastav proteina u živim organizmima uključuje samo 20 vrsta aminokiselina, od kojih su sve alfa aminokiseline, a aminokiselinski sastav proteina i njihov redoslijed međusobnog povezivanja određuju se individualnim genetskim kodom živog organizma.
Jedna od karakteristika proteina je njihova sposobnost da spontano formiraju prostorne strukture karakteristične samo za ovaj protein.
Zbog specifičnosti svoje strukture, proteini mogu imati različita svojstva. Na primjer, proteini koji imaju globularnu kvartarnu strukturu, posebno protein kokošje jaje, rastvoriti u vodi da nastane koloidni rastvor. Proteini sa fibrilarnom kvaternarnom strukturom ne otapaju se u vodi. Fibrilarni proteini, posebno, formiraju nokte, kosu i hrskavicu.
Hemijska svojstva proteina
Hidroliza
Svi proteini su sposobni da se podvrgnu reakcijama hidrolize. U slučaju potpune hidrolize proteina nastaje mješavina α-aminokiselina:
Protein + nH 2 O => mješavina α-amino kiselina
Denaturacija
Uništavanje sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina bez uništavanja njegove primarne strukture naziva se denaturacija. Denaturacija proteina može nastati pod uticajem rastvora natrijuma, kalijuma ili amonijumovih soli - takva denaturacija je reverzibilna:
Do denaturacije dolazi pod utjecajem zračenja (na primjer, zagrijavanje) ili tretmana proteina solima teški metali je nepovratan:
Na primjer, uočena je ireverzibilna denaturacija proteina tokom termičke obrade jaja tokom njihove pripreme. Kao rezultat denaturacije bjelanjka, dolazi do njegove sposobnosti da se otapa u vodi koloidni rastvor nestaje.
Kvalitativne reakcije na proteine
Biuretna reakcija
Ako se otopini koja sadrži protein doda 10% otopina natrijevog hidroksida, a zatim mala količina 1% otopine bakar sulfata, pojavit će se ljubičasta boja.
rastvor proteina + NaOH (10% rastvor) + CuSO 4 = ljubičasta boja
Ksantoproteinska reakcija
Proteinske otopine postaju žute kada se kuhaju s koncentriranom dušičnom kiselinom:
rastvor proteina + HNO 3 (konc.) => žuta boja
Biološke funkcije proteina
| katalitički | ubrzavaju različite hemijske reakcije u živim organizmima | enzimi |
| strukturalni | materijal za izgradnju ćelija | kolagen, proteini ćelijske membrane |
| zaštitni | štiti organizam od infekcija | imunoglobulini, interferon |
| regulatorni | regulišu metaboličke procese | hormoni |
| transport | prijenos vitalnih supstanci iz jednog dijela tijela u drugi | hemoglobin prenosi kiseonik |
| energije | snabdjeti tijelo energijom | 1 gram proteina može obezbijediti tijelu 17,6 J energije |
| motor (motor) | bilo koje motoričke funkcije tijela | miozin (mišićni protein) |
Kao i druge kemijske reakcije, hidroliza proteina je praćena razmjenom elektrona između određenih atoma reagujućih molekula. Bez katalizatora, ova izmjena se odvija tako sporo da se ne može izmjeriti. Proces se može ubrzati dodavanjem kiselina ili baza; Prvi daju H-jone nakon disocijacije, a drugi - OH-jone. Kiseline i baze igraju ulogu pravih katalizatora: ne troše se tokom reakcije.
Kada se protein prokuva sa koncentriranom kiselinom, potpuno se razlaže na slobodne aminokiseline. Ako bi se takvo raspadanje dogodilo u živoj ćeliji, to bi prirodno dovelo do njene smrti. Pod uticajem proterlitičkih enzima, proteini se takođe razgrađuju, i to još brže, ali bez najmanju štetu za tijelo. I dok H ioni djeluju neselektivno na sve proteine i sve peptidne veze u bilo kojem proteinu, proteolitički enzimi su specifični i razbijaju samo određene veze.
Proteolitički enzimi su sami po sebi proteini. Po čemu se proteolitički enzim razlikuje od supstratnog proteina (supstrat je jedinjenje koje je meta enzima)? Kako proteolitički enzim pokazuje svoju katalitičku aktivnost bez uništavanja sebe ili ćelije? Odgovori na ova osnovna pitanja bi pomogli da se razumije mehanizam djelovanja svih enzima. Otkako je M. Kunitz prvi izolovao tripsin u kristalnom obliku prije 30 godina, proteolitički enzimi su služili kao modeli za proučavanje odnosa između strukture proteina i enzimske funkcije.
Proteolitički enzimi probavnog trakta povezani su s jednim od bitne funkcije ljudsko tijelo- asimilacija hranljive materije. Zbog toga su ovi enzimi dugo bili predmet istraživanja; u tom pogledu, možda su ispred njih samo enzimi kvasca uključeni u alkoholnu fermentaciju. Najbolje proučavani probavni enzimi su tripsin, himotripsin i karboksipeptidaze (ove enzime luči gušterača). Na njihovom primjeru razmotrit ćemo sve što se sada zna o specifičnosti, strukturi i prirodi djelovanja proteolitičkih enzima.
Proteolitički enzimi pankreasa sintetiziraju se u obliku prekursora - zimogena - i pohranjuju se u unutarćelijskim tijelima, takozvanim zimogenim granulama. Zymogeni nemaju enzimsku aktivnost i stoga ne mogu djelovati destruktivno na proteinske komponente tkiva u kojem se formiraju. Ulazak tanko crijevo, zimogene aktivira drugi enzim; u isto vrijeme, u strukturi njihovih molekula postoje male, ali vrlo važne promjene. Kasnije ćemo ići u detalje o ovim promjenama.
"Molekuli i ćelije", ur. G.M. Frank
