Mūsų straipsnis bus skirtas medžiagų, kurios yra gyvybės Žemėje reiškinio pagrindas, savybių tyrimui. B altymų molekulės yra neląstelinėmis formomis - virusais, yra prokariotinių ir branduolinių ląstelių citoplazmos ir organelių dalis. Kartu su nukleino rūgštimis jos sudaro paveldimąją medžiagą – chromatiną ir sudaro pagrindinius branduolio komponentus – chromosomas. Signalizacijos, pastatymo, katalizinės, apsauginės, energetinės – tai sąrašas biologinių funkcijų, kurias atlieka b altymai. Fizikinės ir cheminės b altymų savybės yra jų gebėjimas ištirpti, nusodinti ir išsūdyti. Be to, jie gali denatūruotis ir pagal savo cheminę prigimtį yra amfoteriniai junginiai. Ištirkime šias b altymų savybes toliau.
B altymų monomerų tipai
20 rūšių α-amino rūgščių yra b altymų struktūriniai vienetai. Be angliavandenilio radikalo, juose yra NH2- amino grupės ir COOH-karboksilo grupė. Funkcinės grupės lemia b altymų monomerų rūgštines ir bazines savybes. Todėl organinėje chemijoje šios klasės junginiai vadinami amfoterinėmis medžiagomis. Molekulės viduje esančios karboksilo grupės vandenilio jonai gali būti atskirti ir prijungti prie amino grupių. Rezultatas yra vidinė druska. Jei molekulėje yra kelios karboksilo grupės, tada junginys bus rūgštus, pavyzdžiui, glutamo arba asparto rūgštis. Jei vyrauja amino grupės, aminorūgštys yra bazinės (histidinas, lizinas, argininas). Esant vienodam funkcinių grupių skaičiui, peptido tirpalas turi neutralią reakciją. Nustatyta, kad visų trijų tipų aminorūgščių buvimas turi įtakos b altymų savybėms. B altymų fizikinės ir cheminės savybės: tirpumas, pH, makromolekulių krūvis, nustatomos pagal rūgščių ir bazinių aminorūgščių santykį.
Kokie veiksniai turi įtakos peptidų tirpumui
Išsiaiškinkime visus būtinus kriterijus, nuo kurių priklauso b altymų makromolekulių hidratacijos ar solvatacijos procesai. Tai yra: erdvinė konfigūracija ir molekulinė masė, nustatoma pagal aminorūgščių liekanų skaičių. Taip pat atsižvelgiama į polinių ir nepolinių dalių santykį - radikalų, esančių b altymo paviršiuje tretinėje struktūroje, ir bendrą polipeptido makromolekulės krūvį. Visos minėtos savybės tiesiogiai veikia b altymo tirpumą. Pažvelkime į juos atidžiau.
Gumbuliai ir jų gebėjimas hidratuoti
Jei išorinė peptido struktūra yra sferinės formos, tuomet įprasta kalbėti apie jo rutulinę struktūrą. Jį stabilizuoja vandeniliniai ir hidrofobiniai ryšiai, taip pat priešingai įkrautų makromolekulės dalių elektrostatinės traukos jėgos. Pavyzdžiui, hemoglobinas, pernešantis deguonies molekules per kraują, ketvirtinėje formoje susideda iš keturių mioglobino fragmentų, kuriuos jungia hemas. Kraujo b altymai, tokie kaip albuminai, α- ir ϒ-globulinai, lengvai sąveikauja su kraujo plazmos medžiagomis. Insulinas yra dar vienas rutulinis peptidas, reguliuojantis gliukozės kiekį žinduolių ir žmonių kraujyje. Hidrofobinės tokių peptidų kompleksų dalys yra kompaktiškos struktūros viduryje, o hidrofilinės dalys yra jos paviršiuje. Tai suteikia jiems natūralių savybių išsaugojimą skystoje kūno terpėje ir sujungia juos į vandenyje tirpių b altymų grupę. Išimtis yra rutuliniai b altymai, kurie sudaro žmogaus ir gyvūnų ląstelių membranų mozaikinę struktūrą. Jie yra susiję su glikolipidais ir netirpsta tarpląsteliniame skystyje, o tai užtikrina jų barjerinį vaidmenį ląstelėje.
Fibriliniai peptidai
Kolagenas ir elastinas, kurie yra dermos dalis ir lemia jos tvirtumą bei elastingumą, turi siūlinę struktūrą. Jie gali išsitiesti, keisdami savo erdvinę konfigūraciją. Fibroinas yra natūralus šilko b altymas, kurį gamina šilkaverpių lervos. Jame yra trumpų struktūrinių skaidulų, sudarytų iš mažos masės ir molekulinio ilgio aminorūgščių. Tai, visų pirma, serinas, alaninas ir glicinas. Jopolipeptidinės grandinės yra orientuotos erdvėje vertikalia ir horizontalia kryptimis. Medžiaga priklauso struktūriniams polipeptidams ir turi sluoksniuotą formą. Skirtingai nuo rutulinių polipeptidų, b altymo, susidedančio iš fibrilių, tirpumas yra labai mažas, nes jo aminorūgščių hidrofobiniai radikalai yra makromolekulės paviršiuje ir atstumia polines tirpiklio daleles.
Keratinai ir jų struktūros ypatybės
Atsižvelgiant į fibrilinės formos struktūrinių b altymų, tokių kaip fibroinas ir kolagenas, grupę, reikia pasilikti prie dar vienos plačiai gamtoje paplitusių peptidų grupės – keratinų. Jie naudojami kaip pagrindas tokioms žmogaus ir gyvūno kūno dalims kaip plaukai, nagai, plunksnos, vilna, kanopos ir nagai. Kas yra keratinas pagal jo biocheminę struktūrą? Nustatyta, kad yra dviejų tipų peptidai. Pirmasis turi spiralinės antrinės struktūros formą (α-keratinas) ir yra plaukų pagrindas. Kitas yra standesnis sluoksniuotos fibrilės - tai β-keratinas. Jo galima rasti kietose gyvūnų kūno vietose: kanopose, paukščių snapuose, roplių žvynuose, plėšriųjų žinduolių ir paukščių naguose. Kas yra keratinas, remiantis tuo, kad jo aminorūgštyse, tokiose kaip valinas, fenilalaninas, izoleucinas, yra daug hidrofobinių radikalų? Tai vandenyje ir kituose poliniuose tirpikliuose netirpus b altymas, atliekantis apsaugines ir struktūrines funkcijas.
Terpės pH įtaka b altyminio polimero krūviui
Anksčiau minėjome, kad funkcinės b altymų grupėsmonomerai – aminorūgštys, nustato jų savybes. Dabar priduriame, kad nuo jų priklauso ir polimero krūvis. Joniniai radikalai – glutamo ir asparto rūgščių karboksilo grupės bei arginino ir histidino amino grupės – veikia bendrą polimero krūvį. Jie taip pat skirtingai elgiasi rūgštiniuose, neutraliuose ar šarminiuose tirpaluose. Nuo šių faktorių priklauso ir b altymo tirpumas. Taigi, esant pH <7, tirpale yra perteklinė vandenilio protonų koncentracija, kuri slopina karboksilo skaidymą, todėl padidėja bendras teigiamas b altymo molekulės krūvis.
Katijonų kaupimasis b altyme taip pat padidėja, kai tirpalo terpė yra neutrali ir kai yra arginino, histidino ir lizino monomerų perteklius. Šarminėje aplinkoje padidėja neigiamas polipeptido molekulės krūvis, nes vandenilio jonų perteklius išleidžiamas vandens molekulėms formuotis surišant hidroksilo grupes.
Veiksniai, lemiantys b altymų tirpumą
Įsivaizduokime situaciją, kai teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius ant b altymo spiralės yra vienodas. Terpės pH šiuo atveju vadinamas izoelektriniu tašku. Pačios peptidinės makromolekulės bendras krūvis tampa lygus nuliui, o jos tirpumas vandenyje ar kitame poliniame tirpiklyje bus minimalus. Elektrolitinės disociacijos teorijos nuostatos teigia, kad medžiagos tirpumas poliniame tirpiklyje, susidedančiame iš dipolių, bus tuo didesnis, tuo labiau poliarizuotos ištirpusio junginio dalelės. Jie taip pat paaiškina veiksnius, lemiančius tirpumąb altymai: jų izoelektrinis taškas ir peptido hidratacijos arba solvatacijos priklausomybė nuo bendro jo makromolekulės krūvio. Daugumoje šios klasės polimerų yra -COO- grupių perteklius ir jie turi šiek tiek rūgštinių savybių. Išimtis bus anksčiau minėti membraniniai b altymai ir peptidai, kurie yra paveldimumo branduolinės medžiagos – chromatino – dalis. Pastarieji vadinami histonais ir turi ryškių pagrindinių savybių, nes polimero grandinėje yra daug amino grupių.
B altymų elgesys elektriniame lauke
Praktiniais tikslais dažnai reikia atskirti, pavyzdžiui, kraujo b altymus į frakcijas arba atskiras makromolekules. Norėdami tai padaryti, galite naudoti įkrautų polimerų molekulių galimybę tam tikru greičiu judėti į elektrodus elektriniame lauke. Tirpalas, kuriame yra skirtingos masės ir krūvio peptidai, dedamas ant nešiklio: popieriaus arba specialaus gelio. Perduodant elektrinius impulsus, pavyzdžiui, per dalį kraujo plazmos, gaunama iki 18 atskirų b altymų frakcijų. Tarp jų: visų tipų globulinai, taip pat b altymų albuminas, kuris yra ne tik svarbiausias komponentas (sudaro iki 60% kraujo plazmos peptidų masės), bet ir atlieka pagrindinį vaidmenį osmoso procesuose. ir kraujotaka.
Kaip druskos koncentracija veikia b altymų tirpumą
Peptidų gebėjimas sudaryti ne tik gelius, putas ir emulsijas, bet ir tirpalus yra svarbi savybė, atspindinti jų fizikines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, anksčiau studijavojavų sėklų endosperme, piene ir kraujo serume esantys albuminai greitai suformuoja vandeninius tirpalus, kuriuose neutralių druskų, pavyzdžiui, natrio chlorido, koncentracija svyruoja nuo 3 iki 10 proc. Naudojant tų pačių albuminų pavyzdį, galima išsiaiškinti b altymų tirpumo priklausomybę nuo druskos koncentracijos. Jie gerai tirpsta nesočiame amonio sulfato tirpale, o persotintame tirpale nusodina grįžtamai ir toliau mažėjant druskos koncentracijai įpylus vandens, atkuria hidratacijos apvalkalą.
Išsūdymas
Aukščiau aprašytos cheminės peptidų reakcijos su stiprių rūgščių ir šarmų suformuotais druskų tirpalais vadinamos išsūdymu. Jis pagrįstas įkrautų b altymų funkcinių grupių sąveikos su druskų jonais – metalo katijonais ir rūgščių liekanų anijonais – mechanizmu. Tai baigiasi peptido molekulės įkrovos praradimu, jos vandens apvalkalo sumažėjimu ir b altymų dalelių sukibimu. Dėl to jie nusėda, tai aptarsime vėliau.
Nusodinimas ir denatūravimas
Acetonas ir etilo alkoholis sunaikina vandens apvalkalą, supantį b altymą tretinėje struktūroje. Tačiau tai nėra lydimas viso jo įkrovimo neutralizavimo. Šis procesas vadinamas nusodinimu, b altymo tirpumas smarkiai sumažėja, bet nesibaigia denatūracija.
Gimtosios peptidų molekulės yra labai jautrios daugeliui aplinkos parametrų, pavyzdžiui,cheminių junginių: druskų, rūgščių ar šarmų temperatūra ir koncentracija. Sustiprinus abiejų šių faktorių veikimą izoelektriniame taške, visiškai sunaikinami stabilizuojantys intramolekuliniai (disulfidiniai tilteliai, peptidiniai ryšiai), kovalentiniai ir vandenilio ryšiai polipeptide. Tokiomis sąlygomis ypač greitai rutuliniai peptidai denatūruojasi, visiškai prarasdami savo fizikines, chemines ir biologines savybes.
