ستخصص مقالتنا لدراسة خصائص المواد التي تشكل أساس ظاهرة الحياة على الأرض. توجد جزيئات البروتين في أشكال غير خلوية - الفيروسات ، هي جزء من السيتوبلازم والعضيات للخلايا بدائية النواة والنووية. جنبا إلى جنب مع الأحماض النووية ، فإنها تشكل مادة الوراثة - الكروماتين وتشكل المكونات الرئيسية للنواة - الكروموسومات. الإشارة ، البناء ، التحفيز ، الحماية ، الطاقة - هذه قائمة بالوظائف البيولوجية التي تؤديها البروتينات. تتمثل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات في قدرتها على الذوبان والترسيب وإخراج الملح. بالإضافة إلى ذلك ، فهي قادرة على تغيير الصفات الطبيعية وهي ، بطبيعتها الكيميائية ، مركبات مذبذبة. دعونا نستكشف المزيد من خصائص البروتينات.
أنواع مونومرات البروتين
20 نوعًا من الأحماض الأمينية هي الوحدات الهيكلية للبروتين. بالإضافة إلى الجذر الهيدروكربوني ، فإنها تحتوي على NH2- مجموعة أمينية و COOH-مجموعة الكربوكسيل. تحدد المجموعات الوظيفية الخصائص الحمضية والأساسية لمونومرات البروتين. لذلك ، في الكيمياء العضوية ، تسمى مركبات هذه الفئة المواد المذبذبة. يمكن فصل أيونات الهيدروجين من مجموعة الكربوكسيل داخل الجزيء وربطها بمجموعات أمينية. والنتيجة ملح داخلي. في حالة وجود عدة مجموعات كربوكسيل في الجزيء ، فسيكون المركب حمضيًا ، مثل الجلوتاميك أو حمض الأسبارتيك. إذا كانت المجموعات الأمينية هي السائدة ، فإن الأحماض الأمينية أساسية (هيستيدين ، ليسين ، أرجينين). مع وجود عدد متساوٍ من المجموعات الوظيفية ، يكون لمحلول الببتيد تفاعل محايد. لقد ثبت أن وجود الأنواع الثلاثة من الأحماض الأمينية يؤثر على خصائص البروتينات. يتم تحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات: الذوبان ، ودرجة الحموضة ، وشحنة الجزيء الكبير ، من خلال نسبة الأحماض الأمينية الحمضية والأساسية.
ما هي العوامل التي تؤثر على ذوبان الببتيدات
دعنا نتعرف على جميع المعايير الضرورية التي تعتمد عليها عمليات الترطيب أو إذابة جزيئات البروتين الكبيرة. هذه هي: التكوين المكاني والوزن الجزيئي ، الذي يحدده عدد بقايا الأحماض الأمينية. كما يأخذ في الاعتبار نسبة الأجزاء القطبية وغير القطبية - الجذور الموجودة على سطح البروتين في البنية الثلاثية والشحنة الكلية لجزيء البولي ببتيد الكبير. تؤثر جميع الخصائص المذكورة أعلاه بشكل مباشر على قابلية ذوبان البروتين. دعونا نلقي نظرة فاحصة عليهم
الكريات وقدرتها على الترطيب
إذا كان الهيكل الخارجي للببتيد له شكل كروي ، فمن المعتاد التحدث عن هيكله الكروي. يتم تثبيته بواسطة الروابط الهيدروجينية والطارئة للماء ، وكذلك بواسطة قوى الجذب الكهروستاتيكي للأجزاء المشحونة عكسيا من الجزيء الكبير. على سبيل المثال ، الهيموغلوبين ، الذي يحمل جزيئات الأكسجين عبر الدم ، في شكله الرباعي يتكون من أربع شظايا من الميوغلوبين ، متحدًا بواسطة الهيم. تتفاعل بروتينات الدم مثل الألبومينات و α- و-globulins بسهولة مع مواد بلازما الدم. الأنسولين هو ببتيد كروي آخر ينظم مستويات السكر في الدم لدى الثدييات والبشر. توجد الأجزاء الكارهة للماء لمجمعات الببتيد هذه في منتصف الهيكل المضغوط ، بينما توجد الأجزاء المحبة للماء على سطحه. وهذا يوفر لهم الحفاظ على الخصائص الأصلية في الوسط السائل للجسم ويجمعهم في مجموعة من البروتينات القابلة للذوبان في الماء. الاستثناء هو البروتينات الكروية التي تشكل التركيب الفسيفسائي لأغشية الخلايا البشرية والحيوانية. إنها مرتبطة بالجليكوليبيدات وغير قابلة للذوبان في السائل بين الخلايا ، مما يضمن دورها الحاجز في الخلية.
الببتيدات الليفية
الكولاجين والإيلاستين ، اللذان يشكلان جزءًا من الأدمة ويحددان متانتها ومرونتها ، لهما بنية خيطية. إنهم قادرون على التمدد ، وتغيير تكوينهم المكاني. الفيبروين هو بروتين حريري طبيعي تنتجه يرقات دودة القز. يحتوي على ألياف هيكلية قصيرة ، تتكون من أحماض أمينية ذات كتلة صغيرة وطول جزيئي. هذه ، أولاً وقبل كل شيء ، سيرين ، ألانين ، جليكاين. لهسلاسل البولي ببتيد موجهة في الفضاء في اتجاهات رأسية وأفقية. تنتمي المادة إلى عديد الببتيدات الهيكلية ولها شكل متعدد الطبقات. على عكس البولي ببتيدات الكروية ، فإن قابلية ذوبان البروتين المكون من الألياف منخفضة للغاية ، لأن الجذور الكارهة للماء لأحماضه الأمينية تكمن على سطح الجزيء الكبير وتصد جزيئات المذيبات القطبية.
الكيراتين ومميزات بنيتها
بالنظر إلى مجموعة البروتينات الهيكلية ذات الشكل الليفي ، مثل الفيبروين والكولاجين ، من الضروري التركيز على مجموعة أخرى من الببتيدات الموزعة على نطاق واسع في الطبيعة - الكيراتين. إنها بمثابة أساس لأجزاء من جسم الإنسان والحيوان مثل الشعر والأظافر والريش والصوف والحوافر والمخالب. ما هو الكيراتين من حيث تركيبته البيوكيميائية؟ ثبت أن هناك نوعين من الببتيدات. الأول له شكل هيكل ثانوي حلزوني (α-keratin) وهو أساس الشعر. يتم تمثيل الآخر بألياف أكثر صلابة ذات طبقات - وهذا هو بيتا-كيراتين. يمكن العثور عليها في الأجزاء الصلبة من جسم الحيوانات: الحوافر ومناقير الطيور وحراشف الزواحف ومخالب الثدييات والطيور المفترسة. ما هو الكيراتين ، بناءً على حقيقة أن أحماضه الأمينية ، مثل فالين ، فينيل ألانين ، آيزولوسين ، تحتوي على عدد كبير من الجذور الكارهة للماء؟ إنه بروتين غير قابل للذوبان في الماء والمذيبات القطبية الأخرى التي تؤدي وظائف وقائية وتركيبية.
تأثير الأس الهيدروجيني للوسط على شحنة بروتين البوليمر
ذكرنا سابقًا أن المجموعات الوظيفية للبروتينمونومرات - أحماض أمينية ، تحدد خصائصها. نضيف الآن أن شحنة البوليمر تعتمد عليها أيضًا. تؤثر الجذور الأيونية - مجموعات الكربوكسيل من أحماض الجلوتاميك والأسبارتيك والمجموعات الأمينية من الأرجينين والهيستيدين - على الشحنة الكلية للبوليمر. كما أنها تتصرف بشكل مختلف في المحاليل الحمضية أو المحايدة أو القلوية. تعتمد قابلية ذوبان البروتين أيضًا على هذه العوامل. لذلك ، عند الرقم الهيدروجيني <7 ، يحتوي المحلول على تركيز زائد من بروتونات الهيدروجين ، مما يمنع تكسير الكربوكسيل ، وبالتالي تزداد الشحنة الموجبة الإجمالية على جزيء البروتين.
يزداد أيضًا تراكم الكاتيونات في البروتين في حالة وسط المحلول المحايد مع وجود فائض من مونومرات الأرجينين والهيستيدين والليسين. في بيئة قلوية ، تزداد الشحنة السالبة لجزيء متعدد الببتيد ، حيث يتم إنفاق فائض أيونات الهيدروجين على تكوين جزيئات الماء عن طريق ربط مجموعات الهيدروكسيل.
العوامل التي تحدد قابلية ذوبان البروتينات
لنتخيل موقفًا يكون فيه عدد الشحنات الموجبة والسالبة على حلزون البروتين هو نفسه. يسمى الرقم الهيدروجيني للوسط في هذه الحالة بالنقطة الكهروضوئية. تصبح الشحنة الكلية لجزيء الببتيد نفسه صفراً ، وتكون قابليته للذوبان في الماء أو مذيب قطبي آخر في حده الأدنى. تنص أحكام نظرية التفكك الإلكتروليتي على أن قابلية ذوبان مادة ما في مذيب قطبي يتكون من ثنائيات أقطاب ستكون أعلى ، وكلما كانت جزيئات المركب المذاب أكثر استقطابًا. يشرحون أيضًا العوامل التي تحدد قابلية الذوبانالبروتينات: نقطة تساوي الكهرباء واعتماد الترطيب أو إذابة الببتيد على الشحنة الكلية للجزيء الكبير. تحتوي معظم بوليمرات هذه الفئة على فائض من مجموعات -COO-ولها خصائص حمضية قليلاً. سيكون الاستثناء هو بروتينات الغشاء والببتيدات المذكورة سابقًا والتي تعد جزءًا من المادة النووية للوراثة - الكروماتين. تسمى الأخيرة هيستونات ولها خصائص أساسية واضحة بسبب وجود عدد كبير من المجموعات الأمينية في سلسلة البوليمر.
سلوك البروتينات في المجال الكهربائي
لأغراض عملية ، غالبًا ما يكون من الضروري فصل بروتينات الدم ، على سبيل المثال ، إلى كسور أو جزيئات فردية. للقيام بذلك ، يمكنك استخدام قدرة جزيئات البوليمر المشحونة على التحرك بسرعة معينة إلى الأقطاب الكهربائية في المجال الكهربائي. يتم وضع محلول يحتوي على ببتيدات ذات كتلة وشحنة مختلفة على حامل: ورق أو مادة هلامية خاصة. عن طريق تمرير النبضات الكهربائية ، على سبيل المثال ، من خلال جزء من بلازما الدم ، يتم الحصول على ما يصل إلى 18 جزءًا من البروتينات الفردية. من بينها: جميع أنواع الجلوبيولين ، وكذلك بروتين الألبومين ، وهو ليس فقط المكون الأكثر أهمية (فهو يمثل ما يصل إلى 60٪ من كتلة ببتيدات بلازما الدم) ، ولكنه يلعب أيضًا دورًا مركزيًا في عمليات التناضح. والدورة الدموية.
كيف يؤثر تركيز الملح على قابلية ذوبان البروتين
إن قدرة الببتيدات على تكوين ليس فقط المواد الهلامية والرغاوي والمستحلبات ، ولكن أيضًا المحاليل هي خاصية مهمة تعكس خصائصها الفيزيائية والكيميائية. على سبيل المثال ، درس سابقاتشكل الألبومين الموجودة في السويداء لبذور الحبوب والحليب ومصل الدم بسرعة محاليل مائية بتركيز أملاح متعادلة ، مثل كلوريد الصوديوم ، في حدود 3 إلى 10 في المائة. باستخدام مثال نفس الألبومين ، يمكن للمرء معرفة اعتماد قابلية ذوبان البروتين على تركيز الملح. تذوب جيدًا في محلول غير مشبع من كبريتات الأمونيوم ، وفي محلول مفرط التشبع تترسب بشكل عكسي ، ومع انخفاض إضافي في تركيز الملح عن طريق إضافة جزء من الماء ، تستعيد قشرة ترطيبها.
تمليح
التفاعلات الكيميائية الموصوفة أعلاه للببتيدات مع محاليل الأملاح المتكونة من الأحماض والقلويات القوية تسمى التمليح. يعتمد على آلية تفاعل المجموعات الوظيفية المشحونة من البروتين مع أيونات الملح - الكاتيونات المعدنية وأنيونات المخلفات الحمضية. وينتهي بفقدان الشحنة على جزيء الببتيد ، وانخفاض في قشرته المائية ، والتصاق جزيئات البروتين. نتيجة لذلك ، فإنها تتعجل ، والتي سنناقشها لاحقًا.
الهطول والتمسخ
يدمر الأسيتون والكحول الإيثيلي غلاف الماء المحيط بالبروتين في البنية الثلاثية. ومع ذلك ، فإن هذا لا يقترن بتحييد إجمالي الشحنة المفروضة عليها. تسمى هذه العملية هطول الأمطار ، يتم تقليل قابلية ذوبان البروتين بشكل حاد ، ولكنها لا تنتهي بتمسخ الصفات.
جزيئات الببتيد في حالتها الأصلية حساسة للغاية للعديد من المعلمات البيئية ، على سبيل المثال ، لدرجة حرارة وتركيز المركبات الكيميائية: أملاح أو أحماض أو قلويات. يؤدي تقوية عمل هذين العاملين عند النقطة الكهربية إلى التدمير الكامل للتثبيت داخل الجزيء (جسور ثاني كبريتيد ، روابط ببتيدية) ، روابط تساهمية وهيدروجينية في عديد الببتيد. بسرعة خاصة في ظل هذه الظروف ، تفسد طبيعة الببتيدات الكروية ، بينما تفقد تمامًا خصائصها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.
