II.2.1.2. Вторичная структура белка
Вторичная структура белка образуется благодаря водородной связи между пептидами. Вторичная структура представляет собой -спираль (по часовой стрелке).
Особенности вторичной структуры белка. Конфигурация полипептидной связи образует винтовую симметрию. Образование водородной связи идет между пептидными группами каждого первого и четвертого аминокислотных остатков. Ветки в спирали регулярные. Все аминокислотные остатки -спирали равнозначны, независимо от боковых радикалов. Боковые радикалы в образовании вторичной структуры не участвуют. Высота одного витка 0,54 нм. В эту высоту укладывается 3,6 аминокислотных остатков. Кроме -структуры существует -структура – это разновидность вторичной структуры. Она характеризуется тем, что на определенных участках есть -спираль и эта спираль имеет конфигурацию со слабым изгибом. Белки на 100% не могут иметь - или -структуру, они соединяют в себе обе эти структуры.
II.2.1.3. Третичная структура белка
Третичная структура белка – определенный способ укладки полипептидной цепи в пространстве. В стабилизации третичной структуры играют важную роль боковые радикалы аминокислот. Молекулы белка из -спирали переходят в глобулу (глобулярные) или в канаты одно- и многожильные (фибриллярные). Глобулярные белки имеют эллипсовидную форму. Фибриллярные белки имеют выпуклую форму в виде веретена или палочки. Для примера третичную структуру имеют: коллаген, ретикулин, эластин.
Особенности третичной структуры белка. Конформация (или расположение) белка определяется боковыми радикалами аминокислот. При укладке полипептидная цепь белка старается принять такую форму, чтобы обладать наименьшим запасом энергии. Только правильная укладка белка в пространстве делает его активным и любые изменения ведут к нарушению его биологической деятельности. Связи можно разделить на:
а) сильно ковалентные;
б) слабые.
II.2.1.4. Четвертичная структура белка
Четвертичная структура белка построена из нескольких полипептидных цепей, имеющих вторичную и третичную структуры. Белки представляют собой объединение нескольких белковых молекул в единую молекулу белка. Например, актомиозин состоит из актина и миозина – способствует сокращению мышц; гемоглобин крови состоит из 4-х полипептидных цепей, объединенных в одну глобулу.
II.2.2. Денатурация белковых молекул
Денатурация – это нарушение нативной (природной, неизменной) структуры белковых молекул. Полностью обезвоженные белки очень плохо денатурируют. Денатурация – нарушение вторичной, третичной и четвертичной структур.
Деструкция – нарушение первичной структуры.
Факторы, вызывающие денатурацию
Нагревание (тепловая денатурация, 50 60С).
Встряхивание или взбивание (механическая денатурация).
Высокая концентрация Н+ или ОН– ионов (кислотная или щелочная денатурация).
Дегидратация (при сушке или при замораживании).
При денатурации происходит следующее:
Снижается или теряется биологическая активность белковых молекул.
Снижается или теряется способность растворяться в характерных для белков растворах.
Изменяются формы и размеры белковых молекул (об этом можно судить по коэффициентам преломления и по вязкости раствора).
Изменяется положение химически активных групп (денатурированные белки дают более интенсивные цветные реакции, чем нативные).
Сдвигается изоэлектрическая точка и для большинства белков сдвиг идет в сторону повышения рН среды. Это обусловлено тем, что изменяется соотношение кислых и основных групп на поверхности белковых молекул.
Денатурированные белки легче подвергаются воздействию протеолитических ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина), что улучшает переваривание пищи, если денатурация не находится в стадии глубокой денатурации.
Полностью обезвоженные белки очень плохо денатурируют.
Постденатурационные изменения – это изменения, наступающие после денатурации.
В результате денатурации белки теряют свою гидратную оболочку, кроме этого на поверхности белковой молекулы после денатурации увеличивается количество химически активных групп.
При дальнейшем нагревании денатурированных белковых молекул, если речь идет о тепловой денатурации, они начинают взаимодействовать друг с другом, при этом образуются макромолекулы, которые выпадают в осадок, т.е. происходит коагуляция белковых молекул.
При коагуляции белки с определенной концентрацией в растворе ведут себя по-разному.
Если имеются разбавленные растворы белков (разбавленные золи) с концентрацией 1 – 1,5%, то при нагревании таких растворов белков наступают сначала денатурационные изменения, а в результате постденатурационных изменений образуются пены (бульоны).
Если имеются более концентрированные золи с концентрацией 1,5 – 2%, то в результате постденатурации образуются гели (варка яйца).
Если имеется белок в состоянии геля, то в результате постденатурации образуется коагель (плотный гель) и выделяется вода (белки мышечной ткани).
Коагулированный белок теряет способность к набуханию. Глобулярные белки прошедшие постденатурационные изменения (коагуляцию), перевариваются хуже, чем денатурированные.