Oparin-Haldane'i teooria kohaselt tekkis elu meie planeedil koacervaadi tilgast. See oli ka valgu molekul. See tähendab, et järeldub järeldus, et just need keemilised ühendid on kogu tänapäeval eksisteeriva elu aluseks. Aga mis on valgu struktuurid? Millist rolli mängivad nad kehas ja inimeste elus tänapäeval? Mis tüüpi valke on olemas? Proovime selle välja mõelda.
Valgud: üldkontseptsioon
Keemilise struktuuri seisukoh alt on kõnealuse aine molekuliks peptiidsidemetega omavahel seotud aminohapete jada.
Igal aminohappel on kaks funktsionaalset rühma:
- karboksüül -COOH;
- aminorühm -NH2.
Just nende vahel tekib erinevates molekulides side. Seega on peptiidside vorm -CO-NH. Valgumolekul võib sisaldada sadu või tuhandeid selliseid rühmi, see sõltub konkreetsest ainest. Valkude tüübid on väga mitmekesised. Nende hulgas on neid, mis sisaldavad organismile asendamatuid aminohappeid, mis tähendab, et need tuleb toiduga sisse võtta. On sorte, mis täidavad olulisi funktsioone rakumembraanis jaselle tsütoplasma. Eraldatakse ka bioloogilisi katalüsaatoreid – ensüüme, mis on ühtlasi valgumolekulid. Neid kasutatakse inimelus laialdaselt ja need ei osale ainult elusolendite biokeemilistes protsessides.
Vaatatavate ühendite molekulmass võib ulatuda mitmekümnest miljonini. Monomeeriühikute arv suures polüpeptiidahelas on ju piiramatu ja sõltub konkreetse aine tüübist. Toorest kanamuna uurides võib näha valku puhtal kujul, selle loomulikus konformatsioonis. Helekollane, läbipaistev, tihe kolloidne mass, mille sees asub munakollane - see on soovitud aine. Sama võib öelda ka madala rasvasisaldusega kodujuustu kohta. See toode on ka peaaegu puhas valk oma loomulikul kujul.
Kõik vaadeldavad ühendid ei ole siiski ühesuguse ruumilise struktuuriga. Kokku eristatakse molekuli nelja organisatsiooni. Valgustruktuuride tüübid määravad selle omadused ja näitavad struktuuri keerukust. Samuti on teada, et inimestel ja loomadel töödeldakse ulatuslikum alt ruumiliselt põimunud molekule.
Valgu struktuuride tüübid
Neid on kokku neli. Mõelge, mis igaüks neist on.
- Esmane. Esindab peptiidsidemetega ühendatud aminohapete tavalist lineaarset järjestust. Puuduvad ruumilised keerdkäigud, spiraalistumine. Polüpeptiidis sisalduvate linkide arv võib ulatuda mitme tuhandeni. Valkude tüübid koossarnane struktuur – glütsüülalaniin, insuliin, histoonid, elastiin ja teised.
- Teisene. See koosneb kahest polüpeptiidahelast, mis on keerdunud spiraali kujul ja orienteeritud üksteise poole. Sel juhul tekivad nende vahele vesiniksidemed, mis hoiavad neid koos. Nii moodustub üksik valgu molekul. Seda tüüpi valkude tüübid on järgmised: lüsosüüm, pepsiin ja teised.
- Tertsiaarne konformatsioon. See on tihed alt pakitud ja kompaktselt mähitud sekundaarne struktuur. Siin ilmnevad lisaks vesiniksidemetele ka muud tüüpi interaktsioonid - see on van der Waalsi interaktsioon ja elektrostaatilise külgetõmbe jõud, hüdrofiilne-hüdrofoobne kontakt. Struktuuride näideteks on albumiin, fibroiin, siidiproteiin ja teised.
- Kvaternaar. Kõige keerulisem struktuur, milleks on mitmed polüpeptiidahelad, mis on keeratud spiraaliks, rullitud palliks ja ühendatud kõik kokku kerakesteks. Näited, nagu insuliin, ferritiin, hemoglobiin, kollageen, illustreerivad just sellist valgu konformatsiooni.
Kui vaadelda kõiki antud molekulide struktuure üksikasjalikult keemilisest aspektist, siis analüüs võtab kaua aega. Tõepoolest, mida kõrgem on konfiguratsioon, seda keerulisem ja keerukam on selle struktuur, seda rohkem on molekulis täheldatud interaktsioone.
Valgumolekulide denaturatsioon
Üks polüpeptiidide olulisemaid keemilisi omadusi on nende võime laguneda teatud tingimuste või keemiliste mõjurite mõjul. Niisiis,näiteks on lai alt levinud mitmesugused valgu denaturatsiooni tüübid. Mis see protsess on? See seisneb valgu loomuliku struktuuri hävitamises. See tähendab, et kui molekulil oli algselt tertsiaarne struktuur, siis pärast spetsiaalsete ainete toimet kukub see kokku. Kuid aminohappejääkide järjestus jääb molekulis muutumatuks. Denatureeritud valgud kaotavad kiiresti oma füüsikalised ja keemilised omadused.
Millised reaktiivid võivad viia konformatsiooni hävitamiseni? Neid on mitu.
- Temperatuur. Kuumutamisel toimub molekuli kvaternaarse, tertsiaarse ja sekundaarse struktuuri järkjärguline hävimine. Visuaalselt saab seda jälgida näiteks tavalise kanamuna praadimisel. Saadud "valk" on toorproduktis sisalduva albumiini polüpeptiidi esmane struktuur.
- Kiirgus.
- Toimib tugevate keemiliste mõjuritega: happed, leelised, raskmetallide soolad, lahustid (näiteks alkoholid, eetrid, benseen ja teised).
Seda protsessi nimetatakse mõnikord ka molekulaarseks sulatamiseks. Valkude denaturatsiooni tüübid sõltuvad ainest, mille toimel see toimus. Pealegi toimub mõnel juhul vastupidine protsess. See on renaturatsioon. Kõik valgud ei suuda oma struktuuri taastada, kuid märkimisväärne osa neist suudab seda teha. Niisiis viisid Austraalia ja Ameerika keemikud läbi keedetud kanamuna renatureerimise, kasutades mõningaid reaktiive ja tsentrifuugimismeetodit.
See protsess on elusorganismide jaoks polüpeptiidide sünteesil olulineribosoomide ja rRNA ahelad rakkudes.
Valgu molekuli hüdrolüüs
Koos denaturatsiooniga iseloomustab valke veel üks keemiline omadus – hüdrolüüs. See on ka natiivse konformatsiooni hävitamine, kuid mitte primaarstruktuuri, vaid täielikult üksikute aminohapete hävitamine. Seedimise oluline osa on valkude hüdrolüüs. Polüpeptiidide hüdrolüüsi tüübid on järgmised.
- Keemiline. Põhineb hapete või leeliste toimel.
- Bioloogiline või ensümaatiline.
Protsessi olemus jääb aga muutumatuks ega sõltu sellest, millist tüüpi valkude hüdrolüüs toimub. Selle tulemusena tekivad aminohapped, mis transporditakse kõikidesse rakkudesse, organitesse ja kudedesse. Nende edasine transformatsioon seisneb uute polüpeptiidide sünteesis osalemises, juba nende, mis on konkreetse organismi jaoks vajalikud.
Tööstuses kasutatakse valgumolekulide hüdrolüüsi protsessi just selleks, et saada õigeid aminohappeid.
Valkude funktsioonid kehas
Erinevat tüüpi valgud, süsivesikud, rasvad on iga raku normaalseks funktsioneerimiseks olulised komponendid. Ja see tähendab kogu organismi tervikuna. Seetõttu on nende roll suuresti tingitud elusolendite suurest tähtsusest ja üldlevimisest. Eristada saab mitmeid polüpeptiidimolekulide põhifunktsioone.
- Katalüütiline. Seda viivad läbi valgustruktuuriga ensüümid. Räägime neist hiljem.
- Struktuurne. Valkude tüübid ja nendefunktsioonid organismis mõjutavad eelkõige raku enda ehitust, selle kuju. Lisaks moodustavad seda rolli täitvad polüpeptiidid juukseid, küüsi, molluskite kestasid ja linnusulgi. Nad on ka teatud armatuur raku kehas. Kõhre koosneb ka seda tüüpi valkudest. Näited: tubuliin, keratiin, aktiin ja teised.
- Regulatiivne. See funktsioon avaldub polüpeptiidide osalemises sellistes protsessides nagu: transkriptsioon, translatsioon, rakutsükkel, splaissimine, mRNA lugemine ja teised. Kõigis neis on neil oluline roll liikluse reguleerijana.
- Signaal. Seda funktsiooni täidavad rakumembraanil asuvad valgud. Nad edastavad erinevaid signaale ühest üksusest teise ja see viib kudedevahelise suhtluseni. Näited: tsütokiinid, insuliin, kasvufaktorid ja teised.
- Transport. Teatud tüüpi valgud ja nende funktsioonid, mida nad täidavad, on lihts alt elutähtsad. See juhtub näiteks valgu hemoglobiiniga. See transpordib hapnikku veres rakust rakku. Inimese jaoks on ta asendamatu.
- Varu või varu. Sellised polüpeptiidid kogunevad taimede ja loomade munadesse täiendava toitumis- ja energiaallikana. Näiteks globuliinid.
- Motiiv. Väga oluline funktsioon, eriti kõige lihtsamate organismide ja bakterite jaoks. Lõppude lõpuks on nad võimelised liikuma ainult lippude või ripsmete abil. Ja need organellid pole oma olemuselt midagi muud kui valgud. Selliste polüpeptiidide näited on järgmised: müosiin, aktiin, kinesiin ja teised.
On ilmne, et valkude funktsioonid inimkehas ja muudelusolendid on väga arvukad ja olulised. See kinnitab veel kord, et elu meie planeedil on võimatu ilma nende ühenditeta, mida me kaalume.
Valkude kaitsefunktsioon
Polüpeptiidid võivad kaitsta erinevate mõjude eest: keemilised, füüsikalised, bioloogilised. Näiteks kui keha on ohus viiruse või võõrloomuga bakterite näol, astuvad immunoglobuliinid (antikehad) nendega lahingusse, täites kaitsvat rolli.
Kui me räägime füüsilistest mõjudest, siis siin mängivad suurt rolli fibriin ja fibrinogeen, mis osalevad vere hüübimises.
Toiduvalgud
Toiduvalgutüübid on järgmised:
- täielikud - need, mis sisaldavad kõiki organismile vajalikke aminohappeid;
- puudulik – need, milles on puudulik aminohapete koostis.
Samas on mõlemad inimorganismile olulised. Eriti esimene rühm. Iga inimene, eriti intensiivse arengu perioodil (lapse- ja noorukieas) ja puberteedieas, peab hoidma endas püsivat valkude taset. Lõppude lõpuks oleme juba kaalunud funktsioone, mida need hämmastavad molekulid täidavad, ja teame, et praktiliselt ükski protsess ega ükski biokeemiline reaktsioon meie sees ei saa toimuda ilma polüpeptiidide osaluseta.
Sellepärast peate iga päev tarbima päevast valgukogust, mis sisaldub järgmistes toodetes:
- muna;
- piim;
- kodujuust;
- liha ja kala;
- oad;
- soja;
- oad;
- maapähklid;
- nisu;
- kaer;
- läätsed ja teised.
Kui tarbid 0,6 g polüpeptiidi 1 kg kehakaalu kohta päevas, siis inimesel ei tule neist ühenditest kunagi puudust. Kui keha ei saa pikka aega vajalikke valke, siis tekib haigus, mille nimi on aminohapete nälg. See põhjustab tõsiseid ainevahetushäireid ja selle tulemusena paljusid muid vaevusi.
Valgud puuris
Kõigi elusolendite väikseimas struktuuriüksuses – rakkudes – on ka valgud. Pealegi täidavad nad seal peaaegu kõiki ül altoodud funktsioone. Kõigepe alt moodustub raku tsütoskelett, mis koosneb mikrotuubulitest, mikrofilamentidest. See aitab säilitada kuju, samuti transportida sees organellide vahel. Erinevad ioonid ja ühendid liiguvad mööda valgumolekule, näiteks mööda kanaleid või rööpaid.
Oluline on ka membraani sukeldatud ja selle pinnal paiknevate valkude roll. Siin täidavad nad nii retseptori kui ka signaali funktsioone, osalevad membraani enda ehitamises. Nad seisavad valves, mis tähendab, et nad mängivad kaitsvat rolli. Mis tüüpi rakus olevaid valke võib selle rühma omistada? Näiteid on palju, siin on mõned.
- Aktiin ja müosiin.
- Elastin.
- Keratiin.
- Kollageen.
- Tubuliin.
- Hemoglobiin.
- Insuliin.
- Transkobalamiin.
- Transferrin.
- Albumiin.
Seal on mitusadaerinevat tüüpi valgud, mis igas rakus pidev alt ringi liiguvad.
Valkude tüübid kehas
Neid on muidugi tohutult erinevaid. Kui proovite kõik olemasolevad valgud kuidagi rühmadesse jagada, võite saada midagi sellist klassifikatsiooni.
- Globulaarsed valgud. Need on need, mida esindab tertsiaarne struktuur, st tihed alt pakitud gloobul. Selliste struktuuride näited on järgmised: immunoglobuliinid, märkimisväärne osa ensüüme, palju hormoone.
- Fibrillaarsed valgud. Need on rangelt järjestatud niidid, millel on õige ruumiline sümmeetria. Sellesse rühma kuuluvad primaarse ja sekundaarse struktuuriga valgud. Näiteks keratiin, kollageen, tropomüosiin, fibrinogeen.
Üldiselt võib valkude klassifitseerimisel organismis võtta aluseks palju tunnuseid. Veel pole kedagi.
Ensüümid
Valguloomulised bioloogilised katalüsaatorid, mis kiirendavad oluliselt kõiki käimasolevaid biokeemilisi protsesse. Normaalne ainevahetus on ilma nende ühenditeta lihts alt võimatu. Kõik sünteesi- ja lagunemisprotsessid, molekulide kokkupanek ja nende replikatsioon, translatsioon ja transkriptsioon ning muud toimuvad teatud tüüpi ensüümi mõjul. Nende molekulide näited on:
- oksidoreduktaas;
- ülekanded;
- katalaas;
- hüdrolaasid;
- isomeraas;
- lyases ja teised.
Tänapäeval kasutatakse ensüüme igapäevaelus. Niisiis, pesu valmistamiselPulbrites kasutatakse sageli nn ensüüme – need on bioloogilised katalüsaatorid. Need parandavad pesemise kvaliteeti, järgides kindlaksmääratud temperatuurirežiimi. Seondub kergesti mustuseosakestega ja eemaldab need kanga pinn alt.
Kuid ensüümid ei talu oma valgulise olemuse tõttu liiga kuuma vett ega leeliseliste või happeliste ravimite lähedust. Tõepoolest, sel juhul toimub denaturatsiooniprotsess.
