وفقًا لنظرية Oparin-Haldane ، نشأت الحياة على كوكبنا من قطيرة متقاربة. كان أيضًا جزيء بروتين. وهذا يعني أن الاستنتاج يتبع أن هذه المركبات الكيميائية هي أساس كل أشكال الحياة الموجودة اليوم. لكن ما هي تراكيب البروتين؟ ما هو الدور الذي يلعبونه في الجسد وحياة الناس اليوم؟ ما هي أنواع البروتينات الموجودة؟ دعونا نحاول معرفة ذلك
البروتينات: مفهوم عام
من وجهة نظر التركيب الكيميائي ، فإن جزيء المادة المعنية هو سلسلة من الأحماض الأمينية المترابطة بواسطة روابط الببتيد.
يحتوي كل حمض أميني على مجموعتين وظيفيتين:
- كربوكسيل -COOH ؛
- مجموعة أمينية -NH2.
بينهما تتكون الرابطة في جزيئات مختلفة. وبالتالي ، فإن رابطة الببتيد لها الشكل -CO-NH. قد يحتوي جزيء البروتين على مئات أو آلاف من هذه المجموعات ، وسوف يعتمد على المادة المحددة. أنواع البروتينات متنوعة للغاية. من بينها تلك التي تحتوي على الأحماض الأمينية الأساسية للجسم ، مما يعني أنه يجب تناولها مع الطعام. هناك أصناف تؤدي وظائف مهمة في غشاء الخلية والسيتوبلازم. يتم أيضًا عزل المحفزات البيولوجية - الإنزيمات ، وهي أيضًا جزيئات بروتينية. تستخدم على نطاق واسع في حياة الإنسان ، ولا تشارك فقط في العمليات الكيميائية الحيوية للكائنات الحية.
يمكن أن يتراوح الوزن الجزيئي للمركبات قيد الدراسة من عدة عشرات إلى ملايين. بعد كل شيء ، فإن عدد وحدات المونومر في سلسلة بولي ببتيد كبيرة غير محدود ويعتمد على نوع مادة معينة. يمكن رؤية البروتين في شكله النقي ، في شكله الأصلي ، عند فحص بيضة دجاج نيئة. كتلة غروانية صفراء وشفافة وكثيفة ، يوجد بداخلها صفار - هذه هي المادة المرغوبة. يمكن قول الشيء نفسه عن الجبن قليل الدسم ، هذا المنتج أيضًا عبارة عن بروتين نقي تقريبًا في شكله الطبيعي.
ومع ذلك ، ليست كل المركبات قيد الدراسة لها نفس البنية المكانية. في المجموع ، تتميز أربع منظمات للجزيء. تحدد أنواع هياكل البروتين خصائصها وتشير إلى مدى تعقيد الهيكل. ومن المعروف أيضًا أن الجزيئات المتشابكة مكانيًا تخضع لمعالجة مكثفة في البشر والحيوانات.
أنواع هياكل البروتين
هناك أربعة منهم في المجموع. ضع في اعتبارك ما هو كل منهم.
- الابتدائية. يمثل التسلسل الخطي المعتاد للأحماض الأمينية المتصلة بواسطة روابط الببتيد. لا توجد تقلبات مكانية ، ولا تصاعد. يمكن أن يصل عدد الروابط الموجودة في عديد الببتيد إلى عدة آلاف. أنواع البروتينات التي تحتوي علىهيكل مشابه - الجلايسيل ألانين ، الأنسولين ، الهيستونات ، الإيلاستين وغيرها.
- ثانوي. وهو يتألف من سلسلتين عديد الببتيد ملتويتان على شكل حلزوني وموجهة نحو بعضهما البعض عن طريق المنعطفات المشكلة. في هذه الحالة ، تتشكل روابط هيدروجينية بينهما ، مما يجعلها متماسكة. هذه هي الطريقة التي يتكون بها جزيء بروتين واحد. أنواع البروتينات من هذا النوع هي كالتالي: ليزوزيم ، بيبسين وغيرها.
- التشكل العالي. إنه هيكل ثانوي معبأ بكثافة وملفوف بشكل مضغوط. هنا ، تظهر أنواع أخرى من التفاعل ، بالإضافة إلى الروابط الهيدروجينية - هذا هو تفاعل فان دير فالس وقوى الجذب الكهروستاتيكي ، والتلامس المحب للماء والطارد للماء. ومن أمثلة التراكيب الزلال والفبروين وبروتين الحرير وغيرها.
- الرباعية. الهيكل الأكثر تعقيدًا ، وهو العديد من سلاسل البولي ببتيد الملتوية في لولب ، وتدحرجت في كرة ومتحدة معًا في كرة. أمثلة مثل الأنسولين ، الفيريتين ، الهيموجلوبين ، الكولاجين توضح تمامًا مثل هذا التكوين البروتيني.
إذا أخذنا في الاعتبار جميع الهياكل المعطاة للجزيئات بالتفصيل من وجهة نظر كيميائية ، فسيستغرق التحليل وقتًا طويلاً. في الواقع ، في الواقع ، كلما كان التكوين أعلى ، وكلما زاد تعقيد هيكله ، زادت أنواع التفاعلات التي يتم ملاحظتها في الجزيء.
تغيير طبيعة جزيئات البروتين
واحدة من أهم الخصائص الكيميائية لعديد الببتيدات هي قدرتها على الانهيار تحت تأثير ظروف معينة أو عوامل كيميائية. لذا،على سبيل المثال ، تنتشر أنواع مختلفة من تمسخ البروتين على نطاق واسع. ما هي هذه العملية؟ وهو يتألف من تدمير البنية الأصلية للبروتين. أي أنه إذا كان للجزيء في البداية بنية ثلاثية ، فإنه بعد تأثير العوامل الخاصة سينهار. ومع ذلك ، فإن تسلسل بقايا الأحماض الأمينية يبقى دون تغيير في الجزيء. تفقد البروتينات المشوهة بسرعة خواصها الفيزيائية والكيميائية.
ما الكواشف التي يمكن أن تؤدي إلى عملية تدمير التشكل؟ هناك العديد منهم.
- درجة الحرارة. عند التسخين ، يحدث تدمير تدريجي للبنية الرباعية والثالثية والثانوية للجزيء. بصريًا ، يمكن ملاحظة ذلك ، على سبيل المثال ، عند قلي بيضة دجاج عادية. "البروتين" الناتج هو الهيكل الأساسي لعديد ببتيد الألبومين الذي كان في المنتج الخام.
- إشعاع.
- تأثير مع عوامل كيميائية قوية: الأحماض والقلويات وأملاح المعادن الثقيلة والمذيبات (على سبيل المثال ، الكحوليات والإيثرات والبنزين وغيرها).
تسمى هذه العملية أحيانًا بالذوبان الجزيئي. تعتمد أنواع تمسخ البروتين على العامل الذي حدث تحته. علاوة على ذلك ، في بعض الحالات ، تحدث العملية العكسية. هذا هو إعادة التشبع. ليست كل البروتينات قادرة على استعادة بنيتها مرة أخرى ، لكن جزءًا كبيرًا منها يمكنه القيام بذلك. لذلك ، قام الكيميائيون من أستراليا وأمريكا بإعادة تشكيل بيضة دجاج مسلوقة باستخدام بعض الكواشف وطريقة الطرد المركزي.
هذه العملية مهمة للكائنات الحية في تخليق عديد الببتيدسلاسل الريبوسومات و الرنا الريباسي في الخلايا.
التحلل المائي لجزيء البروتين
إلى جانب التمسخ ، تتميز البروتينات بخاصية كيميائية أخرى - التحلل المائي. هذا أيضًا هو تدمير التشكل الأصلي ، ولكن ليس للبنية الأولية ، ولكن بالكامل للأحماض الأمينية الفردية. جزء مهم من عملية الهضم هو التحلل المائي للبروتين. أنواع التحلل المائي من عديد الببتيدات هي كما يلي.
- كيميائي. بناء على عمل الأحماض أو القلويات.
- بيولوجية أو أنزيمية.
ومع ذلك ، يظل جوهر العملية دون تغيير ولا يعتمد على أنواع التحلل المائي للبروتين الذي يحدث. نتيجة لذلك ، يتم تكوين الأحماض الأمينية ، والتي تنتقل إلى جميع الخلايا والأعضاء والأنسجة. يتمثل تحولهم الإضافي في مشاركة تخليق عديد الببتيدات الجديدة ، بالفعل تلك الضرورية لكائن حي معين.
في الصناعة ، يتم استخدام عملية التحلل المائي لجزيئات البروتين فقط للحصول على الأحماض الأمينية الصحيحة.
وظائف البروتينات في الجسم
أنواع مختلفة من البروتينات والكربوهيدرات والدهون هي مكونات حيوية للتشغيل الطبيعي لأي خلية. وهذا يعني الكائن الحي ككل. لذلك ، يرجع دورهم إلى حد كبير إلى الدرجة العالية من الأهمية والوجود في كل مكان داخل الكائنات الحية. يمكن التمييز بين العديد من الوظائف الرئيسية لجزيئات البولي ببتيد.
- محفز. يتم تنفيذه بواسطة إنزيمات لها بنية بروتينية. سنتحدث عنها لاحقا
- الهيكلية. أنواع البروتينات ووظائف في الجسم تؤثر بشكل أساسي على بنية الخلية نفسها وشكلها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عديد الببتيدات التي تؤدي هذا الدور تشكل الشعر والأظافر وقشور الرخويات وريش الطيور. هم أيضا عضو الإنتاج في جسم الخلية. يتكون الغضروف أيضًا من هذه الأنواع من البروتينات. أمثلة: توبولين ، كيراتين ، أكتين وغيرها.
- تنظيمي. تتجلى هذه الوظيفة في مشاركة polypeptides في عمليات مثل: النسخ ، والترجمة ، ودورة الخلية ، والربط ، وقراءة mRNA ، وغيرها. في كل منهم ، يلعبون دورًا مهمًا كمراقب حركة المرور.
- إشارة. يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة بروتينات موجودة في غشاء الخلية. ينقلون إشارات مختلفة من وحدة إلى أخرى ، وهذا يؤدي إلى التواصل بين الأنسجة. أمثلة: السيتوكينات والأنسولين وعوامل النمو وغيرها.
- النقل. بعض أنواع البروتينات ووظائفها هي ببساطة حيوية. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، مع بروتين الهيموجلوبين. ينقل الأكسجين من خلية إلى أخرى في الدم. بالنسبة للإنسان لا يمكن الاستغناء عنه.
- احتياطي أو احتياطي. تتراكم هذه البولي ببتيدات في النباتات والبيض الحيواني كمصدر للتغذية والطاقة الإضافية. مثال على ذلك هو الجلوبيولين.
- الدافع. وظيفة مهمة للغاية خاصة لأبسط الكائنات الحية والبكتيريا. بعد كل شيء ، لا يمكنهم التحرك إلا بمساعدة الأسواط أو الأهداب. وهذه العضيات ، بطبيعتها ، ليست أكثر من بروتينات. أمثلة على هذه البولي ببتيدات هي كما يلي: الميوسين ، الأكتين ، كينيسين وغيرها.
من الواضح أن للبروتينات وظائف في جسم الإنسان وغيرهالكائنات الحية عديدة ومهمة. هذا يؤكد مرة أخرى أن الحياة على كوكبنا مستحيلة بدون المركبات التي نفكر فيها.
وظيفة الحماية للبروتينات
يمكن أن تحمي البولي ببتيدات من التأثيرات المختلفة: الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. على سبيل المثال ، إذا كان الجسم في خطر على شكل فيروس أو بكتيريا ذات طبيعة غريبة ، فإن الغلوبولين المناعي (الأجسام المضادة) تدخل في معركة معها ، وتقوم بدور وقائي.
إذا تحدثنا عن التأثيرات الجسدية ، فإن الفيبرين والفيبرينوجين ، اللذين يشاركان في تخثر الدم ، يلعبان دورًا كبيرًا هنا.
بروتينات غذائية
أنواع البروتينات الغذائية هي كما يلي:
- مكتمل - تلك التي تحتوي على جميع الأحماض الأمينية اللازمة للجسم ؛
- غير مكتمل - تلك التي يوجد فيها تركيبة غير مكتملة من الأحماض الأمينية.
ومع ذلك ، كلاهما مهم لجسم الإنسان. خاصة المجموعة الأولى. يجب على كل شخص ، وخاصة خلال فترات النمو المكثف (الطفولة والمراهقة) والبلوغ ، الحفاظ على مستوى ثابت من البروتينات في نفسه. بعد كل شيء ، لقد نظرنا بالفعل في الوظائف التي تؤديها هذه الجزيئات المذهلة ، ونعلم أنه لا يمكن عمليًا إجراء عملية واحدة ، ولا يمكن لأي تفاعل كيميائي حيوي واحد داخلنا الاستغناء عن مشاركة عديد الببتيدات.
لهذا السبب يجب أن تستهلك كمية البروتين اليومية التي تتناولها يوميًا ، والموجودة في المنتجات التالية:
- بيضة ؛
- حليب ؛
- جبن قريش ؛
- اللحوم والأسماك
- حبوب ؛
- فول الصويا
- حبوب ؛
- فول سوداني ؛
- قمح ؛
- شوفان
- عدس و غيرها
إذا كنت تستهلك 0.6 جرام من عديد الببتيد لكل كيلوجرام من الوزن يوميًا ، فلن ينقص الشخص أبدًا هذه المركبات. إذا لم يتلق الجسم البروتينات اللازمة لفترة طويلة ، يحدث مرض يسمى تجويع الأحماض الأمينية. وهذا يؤدي إلى اضطرابات استقلابية شديدة ونتيجة لذلك العديد من الأمراض الأخرى.
بروتينات في قفص
داخل أصغر وحدة هيكلية لجميع الكائنات الحية - الخلايا - هناك أيضًا بروتينات. علاوة على ذلك ، فإنهم يؤدون جميع الوظائف المذكورة أعلاه تقريبًا. بادئ ذي بدء ، يتكون الهيكل الخلوي للخلية ، ويتألف من الأنابيب الدقيقة ، والألياف الدقيقة. إنه يعمل على الحفاظ على الشكل ، وكذلك للنقل داخل العضيات. تتحرك الأيونات والمركبات المختلفة على طول جزيئات البروتين ، مثل القنوات أو القضبان.
دور البروتينات المغمورة في الغشاء والموجودة على سطحه مهم أيضًا. هنا يؤدون وظائف المستقبل والإشارة ، ويشاركون في بناء الغشاء نفسه. إنهم يقفون في حراسة ، مما يعني أنهم يلعبون دورًا وقائيًا. ما أنواع البروتينات في الخلية التي يمكن أن تنسب إلى هذه المجموعة؟ هناك العديد من الأمثلة ، وإليك بعضها.
- أكتين و ميوسين
- الايلاستين.
- كيراتين
- كولاجين.
- توبولين.
- الهيموجلوبين
- الأنسولين.
- ترانسكوبالامين.
- ترانسفيرين
- الزلال.
هناك عدة مئاتأنواع مختلفة من البروتينات التي تتحرك باستمرار داخل كل خلية.
أنواع البروتينات في الجسم
هم ، بالطبع ، مجموعة كبيرة ومتنوعة. إذا حاولت بطريقة ما تقسيم جميع البروتينات الموجودة إلى مجموعات ، يمكنك الحصول على شيء مثل هذا التصنيف.
- بروتينات كروية. هذه هي تلك التي يتم تمثيلها من خلال هيكل ثلاثي ، أي كرة مكتظة بكثافة. ومن أمثلة هذه الهياكل ما يلي: الغلوبولين المناعي ، ونسبة كبيرة من الإنزيمات ، والعديد من الهرمونات.
- بروتينات ليفية. يتم ترتيب الخيوط بدقة مع التناظر المكاني الصحيح. تشتمل هذه المجموعة على بروتينات ذات بنية أولية وثانوية. على سبيل المثال ، الكيراتين ، الكولاجين ، التروبوميوسين ، الفيبرينوجين.
بشكل عام ، يمكن اعتبار العديد من الميزات كأساس لتصنيف البروتينات في الجسم. لا يوجد أحد حتى الآن.
إنزيمات
المحفزات البيولوجية ذات الطبيعة البروتينية ، والتي تسرع بشكل كبير جميع العمليات الكيميائية الحيوية الجارية. التمثيل الغذائي الطبيعي مستحيل ببساطة بدون هذه المركبات. تتم جميع عمليات التوليف والاضمحلال وتجميع الجزيئات وتكرارها وترجمتها ونسخها وغيرها تحت تأثير نوع معين من الإنزيم. أمثلة على هذه الجزيئات هي:
- oxidoreductase ؛
- ترانسفير ؛
- الكاتلاز ؛
- هيدروليسات ؛
- أيزوميراز ؛
- لييات و غيرها
اليوم ، تُستخدم الإنزيمات في الحياة اليومية. لذلك ، في إنتاج الغسيلغالبًا ما تستخدم المساحيق ما يسمى بالإنزيمات - وهي محفزات بيولوجية. تعمل على تحسين جودة الغسيل مع مراعاة نظام درجة الحرارة المحدد. يلتصق بسهولة بجزيئات الأوساخ ويزيلها من على سطح الأقمشة.
ومع ذلك ، نظرًا لطبيعة البروتينات ، فإن الإنزيمات لا تتحمل الماء الساخن جدًا أو القرب من الأدوية القلوية أو الحمضية. في الواقع ، في هذه الحالة ، ستحدث عملية التمسخ.
