Valgud on monomeerid keerukamate molekulide moodustamiseks. bioloogiliselt olulisi aineid
Oravad
Oravad - bioloogilised polümeerid mille monomeerideks on aminohapped. Valkude funktsioonid
Plastikust. Valgud moodustavad tsütoplasma aluse ja on osa raku organellidest ja membraanidest. Kõõlused, liigeseliigesed, luustiku luud, kabjad koosnevad valkudest.
katalüütiline. Biokeemilisi reaktsioone kiirendavaid bioloogilisi katalüsaatoreid nimetatakse ensüümideks. Kõik ensüümid on globulaarsed valgud.
Mootor. Mis tahes kuju aktiivne liikumine eluslooduses (lihaste töö, ripsmete ja lipukate löömine jne) viivad läbi lühiajalised valgustruktuurid.
Transport. Hemoglobiin, punaste vereliblede valk, transpordib hapnikku kopsudest kudedesse ja organitesse. vadakuvalk albumiini transport rasvhapped. Oravad rakumembraanid teostada ainete (glükoos, aminohapped, ioonid) selektiivset ülekandmist rakkudevahelise ruumi ja tsütoplasma vahel.
Kaitsev. Keha kaitsmine sinna sattunud nakkuse eest ja homöostaasi säilitamine tagavad immuunreaktsioonid. Kõige olulisemad tegurid humoraalne immuunsus on antikehad - valgud. Samuti täidavad kaitsefunktsiooni valgud, mis hävitavad otseselt rakke (sülje lüsosüüm) või blokeerivad biosünteesi protsesse (interferoon viirusega nakatunud rakkudes).
Reguleerivad. Paljud hormoonid on valgud (insuliin, glükagoon). Nad reguleerivad läbipääsu füsioloogilised protsessid- rakkude kasv, ainevahetus.
tagavaraks. Valgud on võimelised akumuleeruma areneva organismi toitumise varumaterjalina (munaalbumiin, taimeseemnevalgud).
Energia. Valgud lõhustatakse energia saamiseks erandjuhtudel, kui organismi süsivesikute ja rasvade varud on ammendatud.
Retseptor. Paljud rakkude plasmamembraani pinnal olevad valgud suudavad ära tunda teatud struktuuriga molekule.
Aminohapped - valgu monomeerid
Valgud koosnevad kahekümnest erinevast aminohappest. Aminohapped on orgaanilised molekulid, millel on ühine struktuuriplaan: need sisaldavad karboksüülrühma ja süsinikuaatomiga seotud aminorühma. Iga aminohappe individuaalsed omadused määrab radikaal R. Olenevalt radikaali struktuurist jagatakse kõik aminohapped polaarseteks ja mittepolaarseteks.
Järjekindlalt üksteisega ühendades moodustavad aminohapped valgu molekuli. Sel juhul tekib side ühe aminohappe aminorühma ja teise karboksüülrühma vahel veemolekuli vabanemisega. Sellist sidet nimetatakse peptiidsidemeks:
Tasemed struktuurne korraldus valgud
Peptiidsidemetega omavahel seotud aminohapete järjestust nimetatakse bilki esmane struktuur a. Järgmiseks tuleb ruumilisus polüpeptiidahel, moodustatud bilk sekundaarne struktuur a.
Valgu tertsiaarne struktuur nimetatakse polüpeptiidahela kolmemõõtmeliseks pakkimiseks. Tertsiaarne struktuur on stabiliseeritud ja seda hoiavad nelja tüüpi sidemed, mis moodustuvad aminohappe radikaalide vahel:
1) disulfiidsidemed kahe tsüsteiinijäägi väävliaatomite vahel;
2) aminohapperadikaalide vesinikuaatomi osalusel tekkinud vesiniksidemed;
3) hüdrofoobsed interaktsioonid mittepolaarsete aminohapete radikaalide vahel;
4) elektrostaatilised (yonni) vastasmõjud polaarsete aminohapperadikaalide vastandlaenguga rühmade vahel.
Tertsiaarse struktuuri ruumilise kuju järgi jagunevad valgud globulaarseteks polüpeptiidahelateks, mille ahelad on volditud kompaktseteks sfäärilisteks või elliptilisteks struktuurideks (insuliin, albumiin, kõik ensüümid) ja fibrillaarseteks polüpeptiidahelateks, mille ahelad paiknevad piki ühte. telg, moodustavad pikad kiud (fibrillid) või kihid (kollageen, elastiin, müosiin, fibriin).
Mõned valgud koosnevad mitte ühest, vaid mitmest polüpeptiidahelast, mida kodeerivad erinevad geenid (hemoglobiin, paljud ensüümid süsivesikute ainevahetus). Sel juhul räägitakse valgu kvaternaarsest struktuurist ja seda moodustavaid polüpeptiidahelaid nimetatakse subühikuteks. Kvaternaarne struktuur moodustub alles pärast üksikute subühikute tertsiaarsete struktuuride moodustumise lõppemist ja see stabiliseerub hüdrofoobsete ja elektrostaatilise interaktsiooniga.
Temperatuuri, mehaanilise rõhu, keemiliste mõjurite mõjul toimub rikkumine ruumiline korraldus molekulid - kvaternaarsed, tertsiaarsed, sekundaarsed struktuurid s esmase säilitamisega; valk kaotab oma füüsikalis-keemilised ja bioloogilised omadused. Seda nähtust nimetatakse denaturatsiooniks. Kui denatureeriv aine lõpetab oma toime, omandab valk mõnel juhul esialgse ruumilise konfiguratsiooni ja taastab bioloogilise aktiivsuse. Taastumisprotsess füüsikalis-keemiliste ja bioloogilised omadused valku nimetatakse renaturatsiooniks. Kui mõju viib rikkumiseni esmane struktuur valku, siis räägi proteolüüsist.
vitamiinid
vitamiinid - orgaaniline aine, millel puudub energeetiline väärtus, kuid mis on vajalikud metaboolsete reaktsioonide läbimiseks. Vitamiinid on osa ensüümidest, mis reguleerivad biokeemilisi reaktsioone. Kui ühest või teisest vitamiinist ei piisa, tekivad ainevahetushäired; selliseid olekuid nimetatakse hüpovitaminoos s ja täieliku vitamiinipuuduse korral - avitaminoos ja. Vitamiinide tarbimise normi ületamine põhjustab ka keha funktsioonide rikkumisi ja seda nimetatakse hüpervitaminoos.Kõik vitamiinid on jagatud kahte rühma: rasvlahustuvad(A, D, E, K, F) ja vees lahustuv(muu).
A-vitamiin normaalse nägemise ja kasvu jaoks hädavajalik. Ta mängib oluline roll hooldamisel normaalne olek nahk ja limaskestad. A-vitamiini puudumisega on seotud hämaras nägemise rikkumine - öine pimedus, võimetus näha väheses valguses.
B vitamiinid(,, jne) mõjutavad valkude, rasvade, süsivesikute, aminohapete ja mõnede muude ainete ainevahetust. Nende vitamiinide puudumine põhjustab häireid närvisüsteem(beriberi haigus), limaskestad (haavandid), nahk (kuivus) jne.
Vitamiin C või C-vitamiin, aitab kaasa säilimisele terve nahk osalevad ainevahetuses sidekoe vajalik kollageenikiudude sünteesiks. C-vitamiini puudumisel toidus tekib inimesel skorbuut: igemed muutuvad nõrgaks ja veritsevad, haavad ei parane, sidekoe kiud ei moodustu.
D-vitamiin aitab kaasa kaltsiumi- ja fosforisoolade säilimisele ja nende ladestumisele luukoe. Lastel, kellel on D-vitamiini puudus toidus või pikaajaline puudumine päikesevalgus areneb rahhiit - haigus, mis põhjustab soolasisalduse vähenemise tõttu luude pehmenemist ja kõverdumist.
Millal mitte piisavaltvitamiin E kehas esinevad punaste vereliblede hävimisega seotud viljatus, lihaste atroofia ja aneemia.
vitamiin k osaleb protrombiini sünteesis maksas. Selle vitamiini puudumine põhjustab vere hüübimisprotsessi rikkumist.
Süsivesikud
Süsivesikute hulka kuuluvad mitmehüdroksüülsete alkoholide aldehüüdid ja ketoonid, samuti nende ühendite polümeerid üldine valem. Loomarakkude süsivesikute sisaldus ületab harva 5%, kuid taimerakkudes võib see ulatuda 90% -ni. Süsivesikute funktsioonid
Energia. Rakulise hingamise käigus oksüdeerunud süsivesikud vabastavad neis sisalduva energia, pakkudes olulise osa keha energiavajadusest.
Kaitsev. Viskoossed eritised (lima), mis on rikkad süsivesikute ja nende derivaatide - glükoproteiinide poolest, kaitsevad elundite (mao, soolte, bronhide) seinu mehaaniliste ja keemiliste mõjude eest.
Retseptor. Enamik raku retseptoreid on glükoproteiinid. Seostudes integraalsete membraanivalkudega, osalevad süsivesikud retseptorite osana signaalmolekulide (hormoonid, neurotransmitterid) äratundmises.
Plastikust. Süsivesikud on rakkude peamised struktuurikomponendid, mis moodustavad tugikudesid (tselluloos, kitiin).
tagavaraks. Kudedesse ladestunud süsivesikud võivad anda kehale paastu ajal energiat (tärklis, glükogeen).
Süsivesikute klassifikatsioon
Süsivesikud jagunevad monosahhariidid, oligosahhariidid ja polüsahhariid s. Monosahhariidid on lihtsad süsivesikud. Sõltuvalt molekuli karkassi moodustavate süsinikuaatomite arvust jagatakse monosahhariidid trioosiks, tetroosiks, pentoosiks, heksoosiks jne.
Oligosahhariidid- süsivesikud, milles on kaks kuni kümme ühikut monosahhariide. Polüsahhariidid- kõrgmolekulaarsed ühendid, mis sisaldavad üle kümne monosahhariidi ühiku. Need moodustavad suurema osa elusrakkudes leiduvatest süsivesikutest.
Lipiidid
Lipiidid- erineva struktuuriga orgaanilised ühendid, keemiline struktuur, funktsioonid, kuid sarnased füüsilised ja keemilised omadused: vees lahustumatu, kergesti lahustuv orgaanilistes lahustites (ester, kloroform, atsetoon). Lipiidide funktsioonid
Energia. Kui lipiidid oksüdeeritakse, vabaneb see ligikaudu kaks korda rohkem energiat kui valkude või süsivesikute oksüdeerimisel.
Struktuurne. Lipiidid on bioloogiliste membraanide peamised struktuurikomponendid.
Reguleerivad. Fosfolipiidid reguleerivad membraani voolavust, on olulised intratsellulaarsed signaalmolekulid, närvirakkude müeliinkestade komponendid; steroidid on hormoonide, vitamiinide eelkäijad, osalevad geenide aktiivsuse reguleerimises.
tagavaraks. Tänu oma kõrgele energeetilisele väärtusele on rasvad energiavaru ja endogeenne veeallikas.
Kaitsev. Lipiidid on nahaaluse koe põhikomponent, need takistavad soojuskadu ja kaitsevad mehaanilise stressi eest.
Lipiidide klassifikatsioon
Vastavalt nende keemilisele struktuurile jagunevad lipiidid lihtne ja keeruline ja.
Lihtsad lipiidid: triatsüülglütseroolid (triglütseriidid või rasvad) - glütserooli ja rasvhapete estrid; vahad - rasvhapete ja dovogolankovyh alkoholide estrid; vitamiinid A, E, K.
Komplekssed lipiidid: steroidid (kolesterool, suguhormoonid, D-vitamiin); fosfolipiidid, mis sisaldavad lisaks glütseroolile ja rasvhapetele ka fosforhappejääki ja lämmastikuühendeid (fosfatidüülseriin, fosfatidiletanolamiin, fosfatidüülkoliin jne); glikolipidi - lipiidide kompleksid süsivesikutega.
Nukleiinhapped
Nukleiinhapped- biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Iga nukleotiid koosneb n "püatikarboksüülmonosahhariidist, lämmastikalusest ja fosforhappe jäägist. Sõltuvalt monosahhariidi tüübist jaotatakse nukleiinhapped kahte rühma: 1) ribonukleiinhape (RNA), mis sisaldab riboosi;
2) desoksüribonukleiinhape (DNA), mis hõlmab desoksüriboosi.
Lämmastikku sisaldavad alused on puriini ja pürimidiini derivaadid. Puriini aluste hulka kuuluvad adeniin (A) ja guaniin (G), pürimidiini aluste hulka kuuluvad tsütosiin (C), uratsiil (U), tümiin (T). DNA koostis sisaldab adeniini, guaniini, tsütosiini, tümiini; RNA sisaldab tümiini asemel uratsiili. Nukleotiidid ühendatakse polümeeriahelateks fosfodiestersidemete moodustumisega ühe nukleotiidi fosfaatrühma ja teise nukleotiidi suhkruhüdroksiidrühma vahel.
Desoksüribonukleiinhape (DNA)
D. Watsoni ja F. Cricki pakutud DNA organisatsiooni mudeli järgi:
1) Iga DNA molekul koosneb kahest antiparalleelsest polünukleotiidahelast, mis moodustavad topeltheeliksi.
2) Iga nukleotiid asub tasapinnal, mis on risti spiraali teljega.
3) Kaks polünukleotiidahelat on ühendatud vesiniksidemed, mis tekivad erinevate ahelate lämmastikualuste vahel.
4) Lämmastikaluste interaktsioon on spetsiifiline: puriini alust saab kombineerida ainult pürimidiini alusega ja vastupidi. Seda aluste kombineerimise põhimõtet nimetatakse komplementaarsuse põhimõtteks.
5) Ühe polünukleotiidahela alusjärjestus võib oluliselt erineda, kuid nende järjestus teises ahelas on selgelt komplementaarne esimesega.
Kaks polünukleotiidahelat DNA molekulis on omavahel seotud vesiniksidemetega vastavate lämmastikualuste vahel: adeniin interakteerub tümiiniga läbi kahe vesiniksideme, tsütosiin guaniiniga läbi kolme. Sel juhul moodustub topeltheeliks, milles polünukleotiidahelad on suunatud antiparalleelselt.
Tänu DNA ainulaadsele struktuurile on see võimeline salvestama, reprodutseerima ja edastama geneetilist teavet.
Ribonukleiinhape (RNA)
RNA-d leidub kõigis elusrakkudes üheahelaliste molekulide kujul. Sõltuvalt struktuurist ja funktsioonist jaguneb RNA maatriksiks ehk informatsiooniliseks (mRNA ehk iRNA), ribosomaalseks (rRNA) ja transpordiks (tRNA). Messenger RNA sünteesitakse raku tuumas ühe DNA ahela matriitsil, see tähendab, et see on komplementaarne selle teatud fragmendiga. Seejärel transporditakse see tsütoplasmasse ja toimib ise valkude sünteesi maatriksina. Ribosomaalne RNA liidetakse ribosoomidesse ja osaleb translatsioonis. Transfer RNA vastutab spetsiifilise aminohappe ribosoomidesse viimise ja selle moodustunud polüpeptiidahelasse kaasamise eest.
Bioloogilised polümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Valgu moodustumise ajal interakteeruvad aminohapped üksteisega, moodustades peptiidsidemed mille tulemuseks on pika polüpeptiidahela moodustumine. Mõisted "valk" ja "peptiid" on üksteisele lähedased, kuid nende vahel on erinevusi. Peptiide nimetatakse tavaliselt oligopeptiidideks, st neid, mille ahel sisaldab kõige rohkem aminohappejääke (10-15), ja valke nimetatakse peptiidideks, mis sisaldavad suur number aminohappejääke (kuni mitu tuhat) ja teatud kompaktse ruumilise struktuuriga, kuna pikk polüpeptiidahel on energeetiliselt ebasoodne seisund. Valkude ruumilisel korraldusel (struktuuril) on neli taset. Kõik struktuurid moodustuvad endoplasmaatilise retikulumi kanalites. Kokkupuutel ebasoodsate keskkonnateguritega (kiiritus, kõrgem temperatuur, kemikaalid) võivad valgustruktuurid hävida - tekib denatureerimine. Kui see protsess primaarstruktuuri ei mõjuta, on see pöörduv ja kokkupuute lõpus molekul taastub spontaanselt. Esmane struktuur on asendamatu, kuna see moodustub ainult ribosoomidel, osaledes valkude biosünteesi kõige keerulisemas mehhanismis. Sõltuvalt ruumilisest struktuurist on valgud fibrillaarsed (kiudude kujul) - ehitusvalgud ja globulaarsed (palli kujul) - ensüümid, antikehad, mõned hormoonid jne. Valkude roll on väga mitmekesine. See on peamine ehitusmaterjal rakud: need on osa membraanidest, ribosoomidest, kromosoomidest, mitokondriaalsest maatriksist, plastiidi stroomast. Valgud on struktuurielement ensüümid - katalüsaatorid, mis mõjutavad rakkude metabolismi protsesse - ainete assimilatsiooni (sünteesi) ja dissimilatsiooni (jagunemist). Hormoonid - mis tahes organismide kasvu- ja arenguprotsesside regulaatorid on samuti valgud. Valgud täidavad transpordi (O 2 ja CO 2 ülekanne hemoglobiini poolt), motoorseid (kontraktiivne lihasvalgud), kaitse (antikehad), signaali (reageerib ärritusele), mehaanilisi (erinevate struktuuride tugevus) funktsioone ja võivad olla energiaallikaks. 1 g valgu lõhestamisel vabaneb 1 7,6 kJ energiat ehk sama palju kui 1 g süsivesikute lõhestamisel. Iga inimese kehas on umbes 100 tuhat erinevat valku, mis erinevad teise inimese valkudest. Seetõttu tekib elundisiirdamise ajal sobimatus ja võõrelund lükatakse tagasi. Vereülekanne ilma selle valkude eripära arvesse võtmata põhjustab erütrotsüütide aglutinatsiooni. Sarnane mehhanism viib antikehade moodustumiseni vastusena võõrale mikroobsele valgule.
Valgud on bioloogilised polümeerid, mille monomeerideks on aminohapped.
Valkude funktsioonid
Struktuurne. Valgud moodustavad tsütoplasma aluse ja on osa raku organellidest ja membraanidest. Kõõlused, liigesesidemed, luustiku luud, kabjad koosnevad valkudest.
katalüütiline. Biokeemilisi reaktsioone kiirendavaid bioloogilisi katalüsaatoreid nimetatakse ensüümideks. Kõik ensüümid on valgud. Iga ensüüm katalüüsib ühte või mitut sama tüüpi reaktsiooni, seega on ensüümi seondumine substraadiga (aine, mis läbib ensümaatilise transformatsiooni) väga spetsiifiline. Valgu molekuli seda osa, mis vastutab substraadiga seondumise eest, nimetatakse aktiivseks keskuseks ja sel juhul moodustuv kompleks on ensüüm-substraadi kompleks. Reaktsiooni käigus ei toimu ensüümis ei kvalitatiivseid ega kvantitatiivseid muutusi.
Mootor. Igasugune aktiivne liikumine eluslooduses (lihaste töö, ripsmete ja lipukate löömine, kromosoomide liikumine rakkude jagunemise ajal, tsütoplasma rakusisene liikumine) viiakse läbi kontraktiilsete valgustruktuuride kaudu.
Transport. Erütrotsüütide valk hemoglobiin transpordib hapnikku kopsudest kudedesse ja organitesse ning seerumi albumiini valk rasvhappeid. Rakumembraani valgud teostavad ainete (glükoos, aminohapped, ioonid) selektiivset transporti läbi lipiidide kaksikkihi.
Kaitsev. Keha kaitsmine nakkuste eest ja homöostaasi säilitamine tagatakse immuunvastuste abil. Humoraalse immuunsuse kõige olulisemad tegurid on antikehad – valgud, mis markeerivad võõraid biopolümeere – antigeene. kaitsefunktsioon teostavad ka valke, hävitavad otseselt rakke (sülje lüsosüüm) või blokeerivad biosünteesiprotsesse (interferoon viirusega nakatunud rakkudes).
Reguleerivad. Paljud hormoonid on valgud (insuliin, glükagoon, kasvuhormoon). Nad reguleerivad füsioloogiliste protsesside kulgu - rakkude kasvu, ainevahetuse kiirust.
Reserv. Valgud on võimelised akumuleeruma areneva organismi toitumise varumaterjalina (munaalbumiin, taimeseemnevalgud).
Energia. Valgud lagundatakse energia saamiseks erandjuhtudel, kui selle tulemusena organismis pikaajaline paastumine ammendatud süsivesikute ja rasvade varud. Energia väärtus 1 g valku on umbes 17 kJ.
Retseptor. Paljud rakkude plasmamembraani pinnal olevad valgud suudavad ära tunda teatud struktuuriga molekule. Hormoonide ja vahendajate molekulid tunnevad ära spetsiifilised retseptorid (reeglina suudab üks retseptor ära tunda ainult ühte tüüpi molekule – adrenaliiniretseptor tunneb ära ainult adrenaliini, insuliiniretseptor – ainult insuliini). Valgu retseptorid raku pinnal immuunsussüsteem võimeline ära tundma võõrantigeeni ja käivitama reaktsiooni selle hävitamiseks.
Valkude struktuur
Tavalises eukarüootses rakus on umbes 10 tuhat erinevat valku ja teadaolevate valgumolekulide koguarv on ligi 50 tuhat. Kõik need valgud koosnevad mitte rohkem kui kahekümnest aminohappetüübist. Aminohapped on orgaanilised molekulid, millel on üldine skeem hooned.
Järjekindlalt üksteisega kombineerituna moodustavad aminohapped valgu molekuli. Sel juhul tekib side ühe aminohappe aminorühma ja teise karboksüülrühma vahel veemolekuli vabanemisega. CO-NH sidet nimetatakse peptiidsidemeks.
sekundaarne struktuur. Valgu sekundaarstruktuuri on kahte tüüpi – a-heeliks ja ß-volditud kiht (ß-struktuur).
Valk a-heeliksit stabiliseeritakse vesiniksidemetega, mis moodustuvad ühe aminohappe NH-rühma vesinikuaatomi ja teise aminohappe C=O-rühma hapnikuaatomi vahel. Aminohapperadikaalid ei osale vesiniksidemete moodustamises ja on suunatud heeliksist väljapoole. Müosiinil ja tropomüosiinil on seda tüüpi sekundaarne struktuur - lihasvalgud Kokkutõmbumisprotsessides osalev keratiin on villa, küünte, noka, sulgede ja sarvede struktuurvalk.
ß-struktuuri polüpeptiidahela(te)l on siksakiline konfiguratsioon (volditud lehtstruktuur). Seda stabiliseerivad ka vesiniksidemed. ß-struktuuris üksteisega külgnevad polüpeptiidahela lõigud võivad olla kas paralleelsed (lähevad samas suunas) või antiparalleelsed (lähevad samas suunas). vastassuunas). Valgu näide, millel on ainult ß-volditud sekundaarne struktuur, on fibroiin, siidiproteiin, mida eritavad siidiussi röövikute mooruspuu näärmed kookonite moodustumisel.
Valgu molekuli stabiilsust mõjutavad paljud tegurid. Niisiis rikutakse temperatuuri, mehaanilise rõhu, keemiliste mõjurite mõjul molekuli ruumilist korraldust - kvaternaarsed, tertsiaarsed, sekundaarsed struktuurid koos primaarse säilimisega; valk kaotab oma füüsikalised, keemilised ja bioloogilised omadused. Seda nähtust nimetatakse denaturatsiooniks. Kui denatureeritud aine lõpetab oma toime, omandab valk mõnel juhul esialgse ruumilise konfiguratsiooni ja taastab bioloogilise aktiivsuse. Valgu füüsikalis-keemiliste ja bioloogiliste omaduste taastamise protsessi nimetatakse renaturatsiooniks. Kui tegurite toime viib valgu primaarse struktuuri rikkumiseni, räägivad nad proteolüüsist. Valgu proteolüüs toimub näiteks maoensüümide või lüsosoomide toimel.
