Veverky- přírodní polypeptidy s obrovskou molekulovou hmotností. Jsou součástí všech živých organismů a plní různé biologické funkce.
Struktura bílkovin.
Proteiny mají 4 úrovně struktury:
- primární struktura proteinu- lineární sekvence aminokyselin v polypeptidovém řetězci, složená v prostoru:
- sekundární struktura proteinu- konformace polypeptidového řetězce, protože kroucení v prostoru kvůli vodíkovým můstkům mezi N.H. A CO ve skupinách. Existují 2 způsoby instalace: α - spirála a β - struktura.
- terciární struktura proteinu je trojrozměrná reprezentace víření α -spirála popř β - struktury ve vesmíru:
Tato struktura je tvořena -S-S- disulfidovými můstky mezi cysteinovými zbytky. Na vzniku takové struktury se podílejí opačně nabité ionty.
- kvartérní struktura proteinu vzniká v důsledku interakce mezi různými polypeptidovými řetězci:
Proteosyntéza.
Syntéza je založena na metodě pevné fáze, při které je první aminokyselina fixována na polymerním nosiči a následně jsou k ní přidávány nové aminokyseliny. Polymer se pak oddělí od polypeptidového řetězce.
Fyzikální vlastnosti bílkovin.
Fyzikální vlastnosti proteinu jsou dány jeho strukturou, proto se proteiny dělí na kulovitý(rozpustný ve vodě) a fibrilární(nerozpustný ve vodě).
Chemické vlastnosti proteinů.
1. Denaturace bílkovin(destrukce sekundární a terciární struktury při zachování primární). Příkladem denaturace je srážení vaječných bílků při vaření vajec.
2. Hydrolýza bílkovin- nevratná destrukce primární struktury v kyselém nebo alkalickém roztoku za vzniku aminokyselin. Tímto způsobem můžete stanovit kvantitativní složení bílkovin.
3. Kvalitativní reakce:
Biuretová reakce- interakce peptidové vazby a měďnatých solí v alkalickém roztoku. Na konci reakce se roztok zbarví do fialova.
Xantoproteinová reakce- při reakci s kyselinou dusičnou je pozorováno žluté zbarvení.
Biologický význam bílkovin.
1. Bílkoviny jsou stavebním materiálem, staví se z nich svaly, kosti a tkáně.
2. Proteiny - receptory. Přenášejí a vnímají signály přicházející ze sousedních buněk z okolí.
3. Veverky si hrají důležitá role PROTI imunitní systém tělo.
4. Proteiny plní transportní funkce a transportují molekuly nebo ionty do místa syntézy nebo akumulace. (Hemoglobin přenáší kyslík do tkání.)
5. Proteiny - katalyzátory - enzymy. Jedná se o velmi silné selektivní katalyzátory, které urychlují reakce milionkrát.
Existuje řada aminokyselin, které si tělo nedokáže syntetizovat – nenahraditelný, získávají se pouze z potravy: tisin, fenylalanin, methinin, valin, leucin, tryptofan, isoleucin, threonin.
Enzymatická hydrolýza bílkovin probíhá působením proteolytických enzymů (proteáz). Dělí se na endo- a exopeptidázy. Enzymy nemají striktní substrátovou specifitu a působí na všechny denaturované a mnoho nativních proteinů a štěpí v nich peptidové vazby -CO-NH-.
Endopeptidázy (proteinázy) - hydrolyzují proteiny přímo prostřednictvím vnitřních peptidových vazeb. V důsledku toho se tvoří velké množství polypeptidů a málo volných aminokyselin.
Optimální podmínky pro působení kyselých proteináz: pH 4,5-5,0, teplota 45-50 °C.
Exopeptidázy (peptidázy) působí primárně na polypeptidy a peptidy tak, že na konci přeruší peptidovou vazbu. Hlavními produkty hydrolýzy jsou aminokyseliny. Tato skupina enzymy se dělí na amino-, karboxy- a dipeptidázy.
Aminopeptidázy katalyzují hydrolýzu peptidové vazby sousedící s volnou aminoskupinou.
H2N - CH - C - - NH - CH - C....
Karboxypeptidázy hydrolyzují peptidovou vazbu sousedící s volnou karboxylovou skupinou.
CO-NH-C-H
Dipeptidády katalyzují hydrolytické štěpení dipeptidů na volné aminokyseliny. Dipeptidázy štěpí pouze ty peptidové vazby, vedle kterých jsou současně volné karboxylové a aminové skupiny.
dipeptidáza
NH2CH2CONHCH2COOH + H2O 2CH2NH2COOH
Glycin-Glycinglykol
Optimální provozní podmínky: pH 7-8, teplota 40-50 oC. Výjimkou je karboxypeptidáza, která vykazuje maximální aktivitu při teplotě 50 °C a pH 5,2.
Hydrolýza bílkovinných látek v konzervárenském průmyslu je nezbytná při výrobě vyčeřených šťáv.
Výhody enzymatického způsobu výroby proteinových hydrolyzátů
Když se vyrábí biologicky účinné látky Ze surovin obsahujících bílkoviny je nejdůležitější jejich hloubkové zpracování, které zahrnuje rozklad molekul bílkovin na jednotlivé monomery. Slibná je v tomto ohledu hydrolýza proteinových surovin za účelem výroby proteinových hydrolyzátů - produktů obsahujících cenné biologicky aktivní sloučeniny: polypeptidy a volné aminokyseliny. Jako suroviny pro výrobu proteinových hydrolyzátů lze použít jakékoli přírodní proteiny s kompletním složením aminokyselin, jejichž zdrojem je krev a její složky; tkáně a orgány zvířat a rostlin; odpad z mlékárenského a potravinářského průmyslu; veterinární konfiskace; potraviny a potravinářské výrobky s nízkou nutriční hodnotou získané zpracováním různé typy zvířata, ptáci, ryby; výrobní odpady z masokombinátů a továren na výrobu lepidel apod. Při získávání bílkovinných hydrolyzátů pro lékařské a veterinární účely se používají především bílkoviny živočišného původu: krev, svalová tkáň A vnitřní orgány, proteinové skořápky, stejně jako syrovátkové proteiny.
Problém hydrolýzy bílkovin a její praktická realizace přitahuje pozornost výzkumníků již dlouhou dobu. Získává se na základě hydrolýzy bílkovin různé drogy, široce používané v praxi: jako krevní náhražky a pro parenterální výživu v lékařství; kompenzovat nedostatek bílkovin, zvýšit odolnost a zlepšit vývoj mladých zvířat ve veterinární medicíně; jako zdroj aminokyselin a peptidů pro bakteriální a kultivační média v biotechnologii; v potravinářském průmyslu, parfumerii. Kvalita a vlastnosti proteinových hydrolyzátů určených pro různé aplikace, jsou určeny vstupní surovinou, způsobem hydrolýzy a následného zpracování výsledného produktu.
Obměna metod pro získávání proteinových hydrolyzátů umožňuje získat produkty s požadovanými vlastnostmi. V závislosti na obsahu aminokyselin a přítomnosti polypeptidů v rozsahu odpovídající molekulové hmotnosti, oblast nejvíce efektivní využití hydrolyzáty. Proteinové hydrolyzáty získané pro různé účely podléhají různým požadavkům, především v závislosti na složení hydrolyzátu. V lékařství je tedy žádoucí používat hydrolyzáty obsahující 15...20 % volných aminokyselin; ve veterinární praxi pro zvýšení přirozené odolnosti mladých zvířat převažuje obsah peptidů v hydrolyzátech (70...80 %); Pro potravinářské účely jsou důležité organoleptické vlastnosti výsledných produktů. Ale hlavním požadavkem při použití proteinových hydrolyzátů v různých oblastech je vyvážené složení aminokyselin.
Hydrolýzu bílkovin lze provést třemi způsoby: působením zásad, kyselin a proteolytických enzymů. Alkalickou hydrolýzou bílkovin vznikají lanthioninové a lysinoalaninové zbytky, které jsou toxické pro lidi a zvířata. Tato hydrolýza ničí arginin, lysin a cystin, takže se prakticky nepoužívá k získávání hydrolyzátů. Kyselá hydrolýza bílkovin je široce používaná metoda. Nejčastěji se bílkovina hydrolyzuje sírou popř kyselina chlorovodíková. V závislosti na koncentraci použité kyseliny a teplotě hydrolýzy se může doba procesu měnit od 3 do 24 hodin. Hydrolýza kyselinou sírovou se provádí po dobu 3...5 hodin při teplotě 100...130 °C a tlaku 2...3 atmosfér; chlorovodíková - po dobu 5...24 hodin při bodu varu roztoku za nízkého tlaku.
Při kyselé hydrolýze se dosáhne větší hloubky rozkladu bílkovin a eliminuje se možnost bakteriální kontaminace hydrolyzátu. To je důležité zejména v medicíně, kde se hydrolyzáty používají především parenterálně a je nutné vyloučit anafylaktogenitu, pyrogenitu a další. nežádoucí důsledky. V lékařská praxe Hojně se používají kyselé hydrolyzáty: aminokrovin, hydrolysin L-103, TsOLIPK, infusamin, gemmos a další.
Nevýhodou kyselé hydrolýzy je úplná destrukce tryptofanu, částečná destrukce hydroxyaminokyselin (serinu a threoninu), deaminace amidových vazeb asparaginu a glutaminu za vzniku amoniakálního dusíku, destrukce vitamínů, jakož i tvorba huminových látek. látky, jejichž oddělení je obtížné. Při neutralizaci kyselých hydrolyzátů navíc vzniká velké množství solí: chloridů nebo síranů. Posledně jmenované jsou pro tělo zvláště toxické. Kyselé hydrolyzáty proto vyžadují následné čištění, ke kterému se při výrobě obvykle používá iontoměničová chromatografie.
Aby se předešlo destrukci labilních aminokyselin v procesu získávání kyselých hydrolyzátů, používali někteří výzkumníci režimy mírné hydrolýzy v atmosféře inertního plynu a do reakční směsi také přidávali antioxidanty, thioalkoholy nebo deriváty indolu. Kyselá a alkalická hydrolýza, kromě uvedených, má také významná omezení spojená s reaktivitou prostředí, která vede k rychlé korozi zařízení a vyžaduje dodržování přísných bezpečnostních požadavků na obsluhu. Technologie kyselé hydrolýzy je tedy značně pracná a vyžaduje použití složitého vybavení (iontoměničové kolony, ultramembrány atd.) a další stupně čištění výsledných léčiv.
Byl prováděn výzkum vývoje elektrochemické enzymatické technologie pro výrobu hydrolyzátů. Použití této technologie umožňuje vyloučit použití kyselin a zásad z procesu, protože pH média je zajištěno jako výsledek elektrolýzy zpracovávaného média obsahujícího malé množství soli. To vám zase umožňuje automatizovat proces a poskytovat přesnější a operativnější kontrolu procesních parametrů.
Jak je známo, v těle je bílkovina pod vlivem Trávicí enzymy rozkládá se na peptidy a aminokyseliny. Podobné štěpení lze provést mimo tělo. K tomu slouží tkáň slinivky břišní, sliznice žaludku nebo střev, čisté enzymy (pepsin, trypsin, chymotrypsin) popř. enzymové přípravky mikrobiální syntéza. Tento způsob štěpení bílkovin se nazývá enzymatický a vzniklý hydrolyzát se nazývá enzymatický hydrolyzát. Enzymatická metoda hydrolýzy je výhodnější ve srovnání s chemické metody, protože se provádí v „mírných“ podmínkách (při teplotě 35...50 °C a atmosférický tlak). Výhodou enzymatické hydrolýzy je skutečnost, že při její realizaci se aminokyseliny prakticky neničí a nevstupují do dalších reakcí (racemizace a další). V tomto případě vzniká složitá směs produktů rozkladu bílkovin s různou molekulovou hmotností, jejíž poměr závisí na vlastnostech použitého enzymu, použitých surovinách a podmínkách procesu. Výsledné hydrolyzáty obsahují 10...15 % celkového dusíku a 3,0...6,0 % aminového dusíku. Technologie jeho provedení je poměrně jednoduchá.
Ve srovnání s chemickými technologiemi má tedy enzymatický způsob výroby hydrolyzátů významné výhody, z nichž hlavní jsou: dostupnost a snadná implementace, nízká spotřeba energie a ekologická nezávadnost.
Hydrolýza (hydrolýza) bílkovin- Toto je proces štěpení řetězců proteinových molekul na části.
Výsledné fragmenty se nazývají a mají řadu užitečné vlastnosti. Tím hlavním je mnohem rychlejší vstřebávání oproti původní molekule. Ideální hydrolýzou proteinu je rozklad molekuly proteinu na jednotlivé aminokyseliny. Tvoří základ aminokyselinových komplexů – nejvíce účinné léky z pohledu zásobování svalové buňky stavební materiál. Ne vždy však dává smysl provádět celý hydrolytický cyklus. Pro zlepšení rychlosti vstřebávání a zvýšení bílkovin stačí provést částečnou hydrolýzu bílkoviny. Výsledkem je, že se původní molekula rozpadne na řetězce několika aminokyselin, které se nazývají di- a tripeptidy.
Proces hydrolýzy bílkovin
Na konci 19. století vědci zjistili, že bílkoviny se skládají z menších částic zvaných aminokyseliny. A právě od té doby začalo studium obou aminokyselin a metod jejich izolace z proteinové struktury. Ve kterém aminokyseliny nejsou náhodně spojeny, ale jsou umístěny ve specifické sekvenci DNA. Pro lidské tělo na tomto pořadí nezáleží. Tělo potřebuje pouze aminokyseliny, jejichž úkolem je „extrahovat“ zažívací ústrojí. Během procesu trávení tělo štěpí bílkoviny na jednotlivé aminokyseliny, které se dostávají do krve. V závislosti na stovkách faktorů však účinnost trávení zdaleka není stoprocentní. Na základě procenta látek absorbovaných během procesu trávení se posuzuje nutriční hodnota konkrétního produktu. Hydrolýza může výrazně zvýšit nutriční hodnotu bílkovin. Není proti takovým procesům produkce proteinů, jako je. Hydrolýza je proces sekundárního zpracování proteinu, který již byl tím či oním způsobem izolován.
Surovinou pro hydrolýzu je již částečně zpracované mléko. Zpravidla se používá nejlevnější mléčná bílkovina. S ohledem na další zpracování a konečný výsledek nemá smysl brát dražší přísady jako syrovátkový protein nebo izolát. Pro lékařské účely lze při hydrolýze použít i zvířecí krev, ale ve sportovním průmyslu není použitelná. Hlavní metody hydrolýzy mléčných bílkovin jsou kyselá hydrolýza A enzymatická hydrolýza.
Kyselá hydrolýza
Podstatou tohoto procesu je zpracování surovin určitými kyselinami. Na protein se působí kyselinou chlorovodíkovou a zahřívá se na přibližně 105-110 °C. V tomto stavu se udržuje 24 hodin. V důsledku toho dochází k rozpadu molekulárních vazeb a rozpadu bílkovin na jednotlivé aminokyseliny. Nejjednodušší a nejlevnější je kyselá hydrolýza. Prezentuje se však extrémně vysoké požadavky na dodržování technologie a hlavně na kvalitu a přesnost dávkování činidel. Použití nesprávných kyselin nebo nesprávných dávek spolu s molekulárními vazbami může zničit samotné aminokyseliny. Výsledkem je, že konečný produkt bude mít neúplné spektrum aminokyselin. A zbytky solí a kyselin pravděpodobně nebudou mít pozitivní vliv na trávení.
Enzymatická (enzymatická) hydrolýza
Enzymatická hydrolýza proteinů je poněkud podobná přirozený proces trávení. Výchozí materiál (obvykle -) je smíchán s enzymy, které provádějí „trávení“ bílkovin a zajišťují jejich rozklad na aminokyseliny. A právě tato metoda se ve sportovním odvětví používá nejčastěji. Technologicky méně náročná je enzymatická (enzymatická) hydrolýza bílkovin. Přebytečné enzymy se snáze odstraňují a nezpůsobují tolik škody jako kyseliny.
V první fázi enzymatické hydrolýzy je surovina podrobena lehkému tepelnému zpracování. V důsledku toho protein částečně denaturuje (ničí). Poté se výsledná frakce smíchá s enzymy, které dokončí proces hydrolýzy.
Využití hydrolýzy bílkovin ve sportovní výživě
Hydrolýza bílkovin je skutečným objevem a záchranou pro průmysl. Díky němu můžete získat nejen čisté komplexy aminokyselin, ale také výrazně zvýšit účinnost konvenčních proteinů a gainerů. Mnozí dokonce speciálně léčí některé léky pomocí enzymů. V důsledku této částečné hydrolýzy proteinu se zvyšuje rychlost jeho vstřebávání. Řeší také mnoho problémů s individuální nesnášenlivostí složek mléčné bílkoviny. Na některých produktech lze dokonce najít zmínku o přítomnosti trávicích enzymů v nich. V některých bílkovinách se jedná o běžné trávicí enzymy, které začínají pracovat až v žaludku. A v některých jsou to pozůstatky procesu enzymatické hydrolýzy. V každém případě se takové bílkoviny vstřebávají mnohem rychleji a lépe.
Teoreticky lze příjem hydrolyzovaného proteinu nahradit užíváním jednoduchého proteinu v kombinaci s trávicími enzymy (jako je festal, mezim forte atd.). Vyjde to výrazně levněji. Užívání mléčných bílkovin a enzymů odděleně však není tak účinné. Nikdy nebudete schopni určit správné dávkování enzymy. Jejich nadbytek pravděpodobně nebude prospěšný pro vaše tělo. Nevýhoda: hydrolýza bílkovin bude pouze částečná.
Výhody a poškození hydrolýzy bílkovin
Hydrolýza bílkovin se používá v následujících případech:
- Pro urychlení vstřebávání bílkovin
- Snížit alergické reakce
- K získání aminokyselin v jejich čisté formě
Za zmínku stojí zejména problémy s alergickými reakcemi. Alergie na jídlo V dnešní době to není nic neobvyklého, intolerance potravin nebo jejich jednotlivých složek se vyskytuje poměrně pravidelně. Příkladem je intolerance laktózy. Potravinová alergie je reakce na specifické bílkoviny nacházející se v potravinách. Při hydrolýze se tyto proteiny rozkládají na peptidy. Které jsou pouze fragmenty bílkovin a již nevyvolávají alergické reakce. Za zmínku stojí zejména to nutriční hodnotu Výsledné směsi nejsou v žádném případě horší než nutriční hodnota původních surovin.
Mezi nevýhody hydrolýzy stojí za zmínku destrukce prospěšné bakterie. Navzdory tomu, že mnoho společností tvrdí, že se jedná o bifidobakterie, člověk musí být objektivní – hydrolýza je ničí. A bifidobakterie mohou být přítomny pouze při zavlečení zvenčí. Pokud však mluvíme o sportovní výživa, pak je zde stále na prvním místě nutriční hodnota výsledné směsi.
Veverky- vysoká molekulová hmotnost organické sloučeniny, sestávající z aminokyselinových zbytků spojených do dlouhého řetězce peptidovou vazbou.
Složení bílkovin v živých organismech zahrnuje pouze 20 typů aminokyselin, z nichž všechny jsou alfa aminokyseliny, a aminokyselinové složení bílkovin a pořadí jejich vzájemného spojení jsou určeny individuálním genetickým kódem živého organismu.
Jedním z rysů proteinů je jejich schopnost spontánně vytvářet prostorové struktury charakteristické pouze pro tento konkrétní protein.
Vzhledem ke specifičnosti své struktury mohou mít proteiny různé vlastnosti. Například proteiny mající globulární kvartérní strukturu, zejména protein slepičí vejce, rozpustí se ve vodě za vzniku koloidních roztoků. Proteiny s fibrilární kvartérní strukturou se ve vodě nerozpouštějí. Fibrilární proteiny tvoří zejména nehty, vlasy a chrupavky.
Chemické vlastnosti proteinů
Hydrolýza
Všechny proteiny jsou schopné podstoupit hydrolytické reakce. V případě úplné hydrolýzy bílkovin vzniká směs α-aminokyselin:
Protein + nH 2 O => směs α-aminokyselin
Denaturace
Destrukce sekundární, terciární a kvartérní struktury proteinu bez zničení jeho primární struktury se nazývá denaturace. K denaturaci bílkovin může dojít pod vlivem roztoků sodných, draselných nebo amonných solí - taková denaturace je vratná:
K denaturaci dochází vlivem záření (například zahřátím) nebo působením solí na protein těžké kovy je nevratný:
Například při tepelné úpravě vajec při jejich přípravě je pozorována nevratná denaturace bílkovin. V důsledku denaturace vaječného bílku vzniká jeho schopnost rozpouštěním ve vodě koloidní roztok zmizí.
Kvalitativní reakce na bílkoviny
Biuretová reakce
Pokud se k roztoku obsahujícímu protein přidá 10% roztok hydroxidu sodného a poté malé množství 1% roztoku síranu měďnatého, objeví se fialová barva.
proteinový roztok + NaOH (10% roztok) + CuSO 4 = fialová barva
Xantoproteinová reakce
Roztoky bílkovin žloutnou, když se vaří s koncentrovanou kyselinou dusičnou:
roztok proteinu + HNO 3 (konc.) => žlutá barva
Biologické funkce bílkovin
| katalytický | urychlují různé chemické reakce v živých organismech | enzymy |
| strukturální | materiál pro stavbu buněk | kolagen, proteiny buněčné membrány |
| ochranný | chránit tělo před infekcemi | imunoglobuliny, interferon |
| regulační | regulovat metabolické procesy | hormony |
| doprava | přenos životně důležitých látek z jedné části těla do druhé | hemoglobin přenáší kyslík |
| energie | dodávat tělu energii | 1 gram bílkovin může poskytnout tělu 17,6 J energie |
| motor (motor) | jakékoli motorické funkce těla | myosin (svalový protein) |
Stejně jako jiné chemické reakce je hydrolýza bílkovin doprovázena výměnou elektronů mezi určitými atomy reagujících molekul. Bez katalyzátoru tato výměna probíhá tak pomalu, že ji nelze měřit. Proces lze urychlit přidáním kyselin nebo zásad; První dávají H-ionty po disociaci, druhé - OH-ionty. Kyseliny a zásady hrají roli skutečných katalyzátorů: během reakce se nespotřebovávají.
Když se protein vaří s koncentrovanou kyselinou, zcela se rozloží na volné aminokyseliny. Pokud by k takovému rozpadu došlo v živé buňce, přirozeně by to vedlo k její smrti. Pod vlivem proterlytických enzymů se také rozkládají bílkoviny, a to ještě rychleji, ale bez sebemenší újmu pro tělo. A zatímco H ionty působí bez rozdílu na všechny proteiny a všechny peptidové vazby v jakémkoli proteinu, proteolytické enzymy jsou specifické a ruší pouze určité vazby.
Proteolytické enzymy jsou samy o sobě proteiny. Jak se liší proteolytický enzym od substrátového proteinu (substrát je sloučenina, která je cílem enzymu)? Jak proteolytický enzym projevuje svou katalytickou aktivitu, aniž by zničil sebe nebo buňku? Zodpovězení těchto základních otázek by pomohlo pochopit mechanismus působení všech enzymů. Od doby, kdy M. Kunitz před 30 lety poprvé izoloval trypsin v krystalické formě, sloužily proteolytické enzymy jako modely pro studium vztahu mezi strukturou proteinů a enzymatickou funkcí.
Proteolytické enzymy trávicího traktu jsou spojeny s jedním z základní funkce Lidské tělo- asimilace živin. To je důvod, proč byly tyto enzymy již dlouho předmětem výzkumu; v tomto ohledu jsou před nimi snad jen kvasinkové enzymy podílející se na alkoholovém kvašení. Nejlépe prozkoumanými trávicími enzymy jsou trypsin, chymotrypsin a karboxypeptidázy (tyto enzymy jsou vylučovány slinivkou břišní). Právě s jejich příkladem budeme uvažovat o všem, co je nyní známo o specifičnosti, struktuře a povaze působení proteolytických enzymů.
Proteolytické enzymy slinivky břišní jsou syntetizovány ve formě prekurzorů - zymogenů - a jsou uloženy v intracelulárních tělíscích, tzv. zymogenních granulích. Zymogeny postrádají enzymatickou aktivitu, a proto nemohou působit destruktivně na proteinové složky tkáně, ve které se tvoří. Zadání tenké střevo, zymogeny jsou aktivovány jiným enzymem; zároveň jsou ve struktuře jejich molekul malé, ale velmi důležité změny. O těchto změnách se budeme podrobněji věnovat později.
"Molekuly a buňky", ed. G. M. Frank
