Denatüre proteinlerin özellikleri, denatürasyon türleri. Denatüre proteinlerin özellikleri, denatürasyon türleri Protein denatürasyonu, etkisi altında meydana gelir.

Proteinlerin özellikleri ve fonksiyonları

Proteinlerin yapısı ve özellikleri çeşitli fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkisi altında değişebilir: konsantre asitlerin ve alkalilerin etkisi, ağır metaller, sıcaklık değişiklikleri vb. Bazı proteinler, çeşitli faktörlerin hafif etkisi altında yapılarını kolayca değiştirir, diğerleri ise Bu tür etkilere karşı dayanıklıdır. Proteinin temel özellikleri denatürasyon, renatürasyon ve yıkımdır.

Denatürasyon

Denatürasyon peptid bağlarını (birincil yapı) korurken bir proteinin doğal yapısını bozma işlemidir. Belki geri döndürülemez işlem. Ancak ilk aşamalarda olumsuz faktörlerin etkisinin sona ermesi şartıyla, protein normal durumuna geri dönebilir, yani ters denatürasyon meydana gelir - renatürasyon.

Renatürasyon

Renatürasyon – bu, bir proteinin, olumsuz faktörlerin etkilerini ortadan kaldırdıktan sonra normal yapısını geri kazanma yeteneğidir. Canlı organizmalarda bazı fonksiyonların (motor, sinyal verme, katalitik vb.) performansı, proteinlerin kısmi ters denatürasyonuyla ilişkilidir.

Yıkım

Yıkım - Bu, proteinin birincil yapısının yok edilmesi sürecidir. Bu her zaman geri dönüşü olmayan bir süreçtir.

Proteinlerin fonksiyonları

Proteinler aşağıdaki ana işlevleri yerine getirir:

1. Yapısal (inşaat). Hücre iskeleti görevi gören zarların, mikrotübüllerin ve mikrofilamentlerin bir parçasıdırlar. Bağlar elastin proteinini, saç, tırnaklar ve tüyler keratin proteinini, kıkırdak ve tendonlar kollajen proteinini, kemikler ise osein proteinini içerir.
2. Koruyucu. Lenfositler, vücuda yabancı olan bakterileri, virüsleri ve proteinleri tanıyabilen ve etkisiz hale getirebilen özel proteinler (antikorlar) üretir. Fibrin, tromboplastin ve trombin proteinleri kanın pıhtılaşma süreçlerinde rol alır. Önemli kan kaybını önlerler. Patojenlerin saldırısına yanıt olarak bitkiler aynı zamanda bir dizi koruyucu protein de sentezler.
3. Sinyal. Bazı maddelerin hücre tarafından seçici olarak emilmesini sağlar ve korunmasına yardımcı olur. Aynı zamanda, hücre zarlarının bireysel kompleks proteinleri, belirli kimyasal bileşikleri tanıyabilir ve bunlara yanıt verebilir. Bunlara bağlanırlar veya yapılarını değiştirirler ve bu maddelerle ilgili sinyalleri zarın diğer bölümlerine veya hücrenin derinliklerine iletirler.

1. Motorlu (kasılabilir). Hücrenin hareket etme ve şekil değiştirme yeteneğini sağlar. Örneğin kasılma proteinleri aktin ve miyozin iskelet kasında ve diğer birçok hücrede işlev görür. Ökaryotik hücrelerin silia ve flagella mikrotübülleri, tübülin proteinini içerir.
2. Düzenleyici. Bunlar hayvanlarda büyümeyi, ergenliği, cinsel döngüleri, derideki değişiklikleri vb. düzenleyen protein hormonlarıdır. Bazı proteinler metabolik aktiviteyi düzenler.
3. Ulaşım. Proteinler inorganik iyonları, gazları (oksijen, karbondioksit) ve belirli organik maddeleri taşır. Taşıma proteinleri hücre zarlarında, kırmızı kan hücrelerinde vb. bulunur. Kanda belirli hormonları tanıyan, bağlayan ve bunları belirli hücrelere taşıyan taşıma proteinleri vardır. Örneğin omurgasızlarda hemosiyanin (mavi bir protein) ve omurgalılarda hemoglobin oksijen taşır.
4. Depolamak. Birçok bitki türünün tohumlarının endosperminde (tahıllarda %15-25, baklagillerde %45'e kadar), kuşların, sürüngenlerin vb. yumurtalarında depolanabilirler.
5. Besleyici. Bazı bitkilerin tohumunun embriyosu, gelişimin ilk aşamalarında rezerv olarak depolanan proteinleri tüketir.
6. Enerji. Proteinler parçalandığında enerji açığa çıkar. Proteinlerin parçalanması sırasında oluşan amino asitler ya vücudun ihtiyaç duyduğu proteinlerin biyosentezi için kullanılır ya da parçalanarak enerji açığa çıkar. 1 g proteinin tamamen parçalanmasıyla ortalama 17,2 kJ enerji açığa çıkar. Bununla birlikte, proteinler enerji kaynağı olarak çok nadiren, özellikle de karbonhidrat ve yağ rezervleri tükendiğinde kullanılır.
7. Enzimatik (katalitik). Bu işlev, vücuttaki biyokimyasal reaksiyonları hızlandıran proteinler - enzimler tarafından gerçekleştirilir.
8. Antifriz fonksiyonu. Bazı canlı organizmaların kan plazması, düşük sıcaklıklarda donmasını önleyen proteinler içerir.

Sıcak koşullarda yaşayan bazı organizmalar, +50...90 °C sıcaklıklarda bile denatüre olmayan proteinlere sahiptir.

Bazı proteinler pigmentler ve nükleik asitlerle kompleks kompleksler oluşturur.

Proteinlerin denatürasyonu fizikokimyasal ve biyolojik özelliklerinde bir değişikliğin eşlik ettiği, çeşitli dış etkilerin etkisi altında bir protein molekülünün doğal mekansal yapısının ihlalidir. Bu durumda protein molekülünün ikincil ve üçüncül yapıları bozulurken, kural olarak birincil yapı korunur.

Protein denatürasyonu, gıda ürünleri çeşitli radyasyonların, asitlerin, alkalilerin, keskin mekanik etkilerin ve diğer faktörlerin etkisi altında ısıtıldığında ve dondurulduğunda meydana gelir.

Proteinler denatüre olduğunda aşağıdaki ana değişiklikler meydana gelir:

— protein çözünürlüğü keskin bir şekilde azalır;

— biyolojik aktivite, hidrasyon kabiliyeti ve tür spesifikliği kaybolur;

- proteolitik enzimler tarafından geliştirilmiş saldırı kabiliyeti;

— proteinlerin reaktivitesi artar;

- protein moleküllerinin toplanması meydana gelir;

— Bir protein molekülünün yükü sıfırdır.

Termal denatürasyon sonucu proteinlerin biyolojik aktivite kaybı, enzimlerin inaktivasyonuna ve mikroorganizmaların ölümüne yol açar.

Proteinlerin tür spesifikliğini kaybetmesi sonucunda ürünün besin değeri azalmaz.

Polipeptit zincirleri arasındaki zayıf çapraz bağların yok edilmesi ve protein zincirleri arasındaki hidrofobik ve diğer etkileşimlerin zayıflaması ile birlikte protein moleküllerinin en yaygın termal denatürasyonunu ele alalım. Sonuç olarak protein molekülündeki polipeptit zincirlerinin yapısı değişir. Örneğin, fibriler proteinler elastikiyetlerini değiştirir; küresel proteinlerde protein kürecikleri açılır ve ardından yeni bir türde katlanır. Protein molekülünün güçlü (kovalent) bağları kopmaz. Küresel proteinler çözünürlüğü, viskoziteyi, ozmotik özellikleri ve elektroforetik hareketliliği değiştirir.

Her proteinin belirli bir denatürasyon sıcaklığı vardır ( T). Balık proteinleri için T= 30 0 C, yumurta akı T= 55 0 C, et T= 55…60 0 C, vb.

Proteinin izoelektrolitik noktasına yakın pH değerlerinde, denatürasyon daha düşük sıcaklıkta meydana gelir ve buna proteinin maksimum dehidrasyonu eşlik eder. Ortamın pH değerindeki bir değişiklik, proteinlerin termal stabilitesinin artmasına yardımcı olur.

Ortamın pH'ındaki yönlendirilmiş değişiklikler, yemeklerin kalitesini artırmak için teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, kızartmadan önce et, balık, marine etme, asit, şarap veya diğer asidik baharatlar eklenirken, pH değerleri ürün proteinlerinin izoelektrik noktasının altında olan asidik bir ortam oluşturulur. Bu koşullar altında ürünlerdeki proteinlerin dehidrasyonu azalır ve bitmiş yemek daha sulu olur.

Protein denatürasyonunun sıcaklığı, diğer, daha fazla ısıya dayanıklı proteinlerin ve sükroz gibi bazı protein olmayan maddelerin varlığında artar.

Bazı proteinlerin denatürasyonu, protein çözeltisinde (örneğin süt kazeini) gözle görülür değişiklikler olmadan gerçekleşebilir. Pişmiş gıda ürünleri, bazı enzimler de dahil olmak üzere bazı doğal, denatüre edilmemiş proteinler içerebilir.

Denatüre proteinler birbirleriyle etkileşime girebilir. Agregasyon sırasında, denatüre protein molekülleri arasındaki moleküller arası bağlar nedeniyle, hem güçlü, örneğin disülfür bağları hem de zayıf, örneğin hidrojen bağları oluşur.

Agregasyon daha büyük parçacıklar üretir. Örneğin süt kaynatıldığında denatüre laktoalbümin pulları çöker ve et ve balık et sularının yüzeyinde protein pulları ve köpük oluşur.

Proteinler daha konsantre protein çözeltilerinde denatüre olduklarında bunların toplanması, sistemdeki tüm suyu tutan bir jöle oluşumuyla sonuçlanır.

Kas proteinlerindeki ana denatürasyon değişiklikleri, toplam protein miktarının %90'ından fazlası denatüre olduğunda, 65 0 C'ye ulaştığında tamamlanır. Şu tarihte: T= 70 0 C miyoglobin ve hemoglobinin denatürasyonu başlar, buna globin ve hem arasındaki bağın zayıflaması eşlik eder, bu daha sonra ayrılır ve oksitlendiğinde renk değiştirir, bunun sonucunda etin rengi kahverengimsi gri olur.

Protein denatürasyonu, çeşitli faktörlerin etkisi altında molekülün ikincil, üçüncül ve dördüncül yapılarının bozulmasıyla ilişkili bir süreçtir.

Proses Özellikleri

Buna, çözelti içinde başlangıçta rastgele bir bobin şeklinde sunulan bir polipeptit bağının açılması eşlik eder.

Protein denatürasyon sürecine hidrasyon kabuğunun kaybı, proteinin çökelmesi ve doğal özelliklerinin kaybı eşlik eder.

Denatürasyon sürecini tetikleyen ana faktörler arasında fiziksel parametreleri vurguluyoruz: basınç, sıcaklık, mekanik etki, iyonizasyon ve ultrasonik radyasyon.

Protein denatürasyonu organik çözücülerin, mineral asitlerin, alkalilerin, ağır metal tuzlarının ve alkaloitlerin etkisi altında meydana gelir.

çeşitler

Biyolojide iki tür denatürasyon vardır:

• Tersinir protein denatürasyonu (renatürasyon), denatüre olmuş bir proteinin, tüm denatüre edici maddelerin uzaklaştırılmasından sonra orijinal yapısına geri döndürüldüğü bir işlemi içerir. Bu durumda biyolojik aktivite tam olarak geri döner.
• Geri dönüşü olmayan denatürasyon, molekülün tamamen yok edilmesini içerir; denatüre edici reaktifler çözeltiden çıkarıldıktan sonra bile fizyolojik aktivite geri dönmez.

Denatüre proteinlerin özellikleri

Protein denatürasyonu meydana geldikten sonra belirli özellikler kazanır:

1. Doğal protein molekülüyle karşılaştırıldığında moleküldeki fonksiyonel veya reaktif grupların sayısı artar.
2. Proteinlerin çözünürlüğü ve çökelmesi azalır, bu da sulu kabuğun kaybıyla kolaylaştırılır. Yapı açılır, hidrofobik radikaller ortaya çıkar ve polar parçaların yüklerinin nötralizasyonu gözlenir.
3. Protein molekülünün konfigürasyonu değişir.
4. Biyolojik aktivite kaybolur, bunun nedeni doğal yapının ihlali olacaktır.

Sonuçlar

Denatürasyondan sonra, doğal kompakt yapı gevşek, genişletilmiş bir forma dönüşür ve yıkım için gerekli enzimlerin peptid bağlarına nüfuz etmesi basitleştirilir.

Protein moleküllerinin konformasyonu, belirli bir polipeptit zincirinin farklı kısımları arasında yeterli sayıda bağın oluşmasıyla belirlenir.

Sürekli kaotik hareket halinde olan yeterli sayıda atomdan oluşan proteinler, polipeptit zincirinin bazı kısımlarının belirli hareketlerine katkıda bulunur, bu da proteinin genel yapısının bozulmasına ve fizyolojik fonksiyonlarının azalmasına neden olur.

Proteinler konformasyonel kararsızlığa, yani bazı bağların kırılması ve diğer bağların oluşması sonucu ortaya çıkan konformasyondaki küçük değişikliklere yatkınlığa sahiptir.

Bir proteinin denatürasyonu, kimyasal özelliklerinde ve diğer maddelerle etkileşime girme yeteneğinde değişikliklere yol açar. Uzaysal yapıda, başka bir molekülle doğrudan temas halinde olan alanda ve bir bütün olarak tüm konformasyonda bir değişiklik olur. Gözlemlenen konformasyonel değişikliklerin, canlı bir hücredeki proteinlerin işleyişi üzerinde etkileri vardır.

Yıkım mekanizması

Protein denatürasyon süreci, protein molekülünün en yüksek organizasyon seviyelerini stabilize eden kimyasal (hidrojen, disülfür, elektrostatik) bağların yok edilmesini içerir. Sonuç olarak proteinin uzaysal yapısı değişir. Çoğu durumda birincil yapısında herhangi bir bozulma olmaz. Bu, proteinin polipeptit zincirinin çözülmesinden sonra kendiliğinden sarılmasını ve "rastgele bir top" oluşturmasını mümkün kılar. Böyle bir durumda doğal konformasyondan önemli farklılıklar gösteren düzensiz bir duruma geçiş gözlenir.

Çözüm

Protein denatürasyon sıcaklığı 56 santigrat dereceyi aşıyor. Protein moleküllerinin geri dönüşümsüz denatürasyonunun tipik belirtileri, moleküllerin çözünürlüğünde ve hidrofilikliğinde bir azalma, optik aktivitede bir artış, protein çözeltilerinin stabilitesinde bir azalma ve viskozitede bir artıştır.

Denatürasyon parçacıkların toplanmasına neden olur ve çökebilir. Bir protein kısa bir süre için denatüre edici bir maddeye maruz bırakılırsa, doğal protein yapısının restorasyonu olasılığı yüksektir. Bu işlemler gıda işlemede, konservelemede, ayakkabı, giyim yapımında ve meyve ve sebzelerin kurutulmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Denatürasyon, veteriner hekimlikte, tıpta, kliniklerde, eczanede ve biyolojik materyalde proteinin çökeltilmesiyle ilgili biyokimyasal çalışmalar yapılırken kullanılır. Daha sonra, test çözeltisindeki protein olmayan ve düşük moleküllü maddelerin tanımlanması gerçekleştirilir ve bunun sonucunda maddelerin kantitatif içeriği belirlenebilir. Şu anda protein moleküllerini yıkımdan korumanın yollarını arıyorlar.

DENATURASYON - bu, bir proteinin doğal, doğal özelliklerinden yoksun bırakılması, buna disülfür ve zayıf bağ türleri oluştuğunda ortaya çıkan protein molekülünün dördüncül (varsa), üçüncül ve bazen ikincil yapısının tahrip edilmesi eşlik eder. Bu yapıların oluşumunda rol oynayanlar yok edilir. Birincil yapı, güçlü kovalent bağlardan oluştuğu için korunur. Birincil yapının tahribatı, yalnızca protein molekülünün bir asit veya alkali çözeltisinde uzun süre kaynatılmasıyla hidrolizi sonucu meydana gelebilir.

Protein denatürasyonuna neden olan faktörler

Protein denatürasyonuna neden olan faktörler şu şekilde ayrılabilir: fiziksel Ve kimyasal.

Fiziksel faktörler

1. Yüksek sıcaklıklar. Farklı proteinlerin ısıya karşı farklı duyarlılığı vardır. Bazı proteinler zaten 40-50 0 C'de denatürasyona uğrar. Bu tür proteinlere denir. ısıya dayanıklı. Diğer proteinler çok daha yüksek sıcaklıklarda denatüre olurlar. termostabil.

2. Ultraviyole ışınlama

3. X-ışını ve radyoaktif maruz kalma

4. Ultrason

5. Mekanik etki (örneğin titreşim).

Kimyasal faktörler

1. Konsantre asitler ve alkaliler. Örneğin trikloroasetik asit (organik), nitrik asit (inorganik).

2. Ağır metallerin tuzları (örneğin CuS04).

3. Organik çözücüler (etil alkol, aseton)

4. Bitki alkaloidleri.

5. Yüksek konsantrasyonlarda üre

5. Protein moleküllerindeki zayıf bağ türlerini kırabilen diğer maddeler.

Denatürasyon faktörlerine maruz kalma, antiseptiklerin yanı sıra ekipman ve aletleri sterilize etmek için kullanılır.

Proteinlerin renatürasyonu, şaperon proteinleri.

Bir proteinin üçüncül yapısı, birincil yapısı tarafından belirlenir. Bu, bazı proteinlerin geri dönüşümlü olarak denatüre olduğu gerçeğiyle kanıtlanmıştır; doğal konformasyonu - renatürasyonu - geri yükleme yeteneğine sahiptir. Klasik bir örnek: ribonükleaz A, bir üre çözeltisinde tamamen denatüre edilir, ancak üre çıkarıldıktan sonra bu enzimin denatüre edilmiş molekülü, orijinal yapısını ve katalitik aktivitesini geri kazanır. Bu durumda disülfit bağları bile yeniden kurulur.

Şaperonlar (İngilizce) refakatçiler) - ana işlevi proteinlerin doğru doğal üçüncül veya dördüncül yapısını ve ayrıca protein komplekslerinin oluşumunu ve ayrışmasını yeniden sağlamak olan bir protein sınıfı.

Fonksiyonlar

Pek çok şaperon, ısı şoku proteinleridir, yani ekspresyonu artan sıcaklığa veya diğer hücresel streslere yanıt olarak başlayan proteinlerdir. Isı, protein katlanmasını güçlü bir şekilde etkiler ve bazı şaperonlar, proteinin yanlış katlanmasından kaynaklanan potansiyel hasarın düzeltilmesinde rol oynar. Diğer şaperonlar, yeni oluşturulan proteinlerin ribozomdan "çıkarılırken" katlanmasında rol oynarlar. Ve yeni sentezlenen proteinlerin çoğu, şaperonların yokluğunda katlanabilse de, belirli bir azınlığın mutlaka bunların varlığına ihtiyacı vardır.

Ayrıca şaperon proteinlerinin rejeneratif fonksiyonları yüksektir. Cilt yaşlanmasının temel nedeni ile savaşırlar. Cilt hücrelerinde üretilen şaperonlar, proteinlerin stabil dördüncül yapılara normal şekilde katlanmasına katkıda bulunur. Isı şoku proteinlerine dayanarak, şaperon üretimi yaşla birlikte azaldığı için cildin eksik proteinleri almasına yardımcı olan şaperonlu yeni nesil jeller halihazırda oluşturulmaktadır.

Ökaryotlardaki mitokondri ve endoplazmik retikulum gibi diğer şaperon türleri, maddelerin zarlar boyunca taşınmasında rol oynar.

Peptit zincirinin yapısı (yapısı) düzenlidir ve her protein için benzersizdir. Özel koşullar altında, bileşik molekülün uzaysal yapısını stabilize eden çok sayıda bağ kırılır. Kopma sonucunda molekülün tamamı (veya önemli bir kısmı) rastgele bir yumak şeklini alır. Bu işleme "denatürasyon" denir. Bu değişiklik altmış dereceden seksen dereceye ısıtılarak tetiklenebilir. Bu nedenle kırılmadan kaynaklanan her molekül konformasyon açısından diğerlerinden farklı olabilir.

Proteinlerin denatürasyonu, kovalent olmayan bağları yok edebilen herhangi bir maddenin etkisi altında da meydana gelir. Bu işlem alkali veya asidik koşullarda, faz arayüzünde, belirli maddelerin (fenoller, alkoller ve diğerleri) etkisi altında gerçekleşebilir. Protein denatürasyonu, guanidin klorür veya ürenin etkisi altında da meydana gelebilir. Bu ajanlar, peptit omurgasındaki karbonil veya amino grupları ve bir dizi amino asit radikal grubu ile proteinde bulunan moleküller içinde kendilerinin yerini alan zayıf bağlar (hidrofobik, iyonik, hidrojen) oluşturur. Sonuç, ikincil ve üçüncül yapıda bir değişikliktir.

Denatüre edici maddelere karşı direnç, öncelikle protein bileşiği molekülündeki disülfit bağlarının varlığına bağlıdır. Tripsin inhibitörünün üç S-S bağı vardır. Bunlar onarılırsa, başka etkiler olmaksızın protein denatürasyonu meydana gelir. Bileşik daha sonra sisteinin SH gruplarının oksitlendiği ve disülfit bağlarının oluştuğu koşullar altına yerleştirilirse orijinal konformasyon geri yüklenir. Üstelik tek bir disülfit bağının varlığı bile uzaysal yapıdaki stabiliteyi önemli ölçüde artırır.

Protein denatürasyonuna genellikle çözünürlüğünde bir azalma eşlik eder. Bununla birlikte sıklıkla bir çökelti oluşur. “Pıhtılaşmış protein” formunda görünür. Bir çözeltideki bileşiklerin konsantrasyonu yüksek olduğunda, örneğin tavuk yumurtasının kaynatılmasında olduğu gibi, çözeltinin tamamı "pıhtılaşmaya" uğrar. Denatüre olduğunda bir protein biyolojik aktivitesini kaybeder. (Sulu fenolik çözeltinin) antiseptik madde olarak kullanımı bu prensibe dayanmaktadır.

Mekansal yapının dengesizliği ve çeşitli ajanların etkisi altında yüksek yıkım olasılığı, proteinlerin izolasyonunu ve çalışmasını önemli ölçüde zorlaştırmaktadır. Bileşiklerin endüstride ve tıpta kullanımında da bazı problemler ortaya çıkmaktadır.

Protein denatürasyonu yüksek sıcaklıklara maruz bırakılarak gerçekleştirildiyse, belirli koşullar altında yavaş soğutma ile renativasyon süreci meydana gelir - doğal (orijinal) konformasyonun restorasyonu. Bu gerçek, peptid zincirinin birincil yapıya uygun olarak katlandığını kanıtlar.

Doğal konformasyonun oluşumu (başlangıç ​​konumu) kendiliğinden bir süreçtir. Başka bir deyişle bu düzenleme molekülün içerdiği minimum serbest enerji miktarına karşılık gelir. Sonuç olarak bileşiğin uzaysal yapısının peptit zincirlerindeki amino asit dizisinde kodlandığı sonucuna varabiliriz. Bu da amino asit değişimi bakımından benzer olan tüm polipeptitlerin (örneğin miyoglobin peptit zincirleri) aynı konformasyonu alacağı anlamına gelir.

Proteinler, konformasyon açısından pratikte veya tamamen aynı olsalar bile, birincil yapılarında önemli farklılıklar gösterebilir.