Chemija, kaip ir dauguma tiksliųjų mokslų, reikalaujančių daug dėmesio ir tvirtų žinių, niekada nebuvo mėgstama moksleivių disciplina. Bet veltui, nes su jo pagalba galite suprasti daugybę procesų, vykstančių aplink žmogų ir jo viduje. Paimkime, pavyzdžiui, hidrolizės reakciją: iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad ji svarbi tik chemijos mokslininkams, tačiau iš tikrųjų be jos joks organizmas negalėtų visiškai funkcionuoti. Sužinokime apie šio proceso ypatybes ir praktinę jo reikšmę žmonijai.
Hidrolizės reakcija: kas tai?
Ši frazė reiškia specifinę mainų skilimo tarp vandens ir jame ištirpusios medžiagos reakciją, susidarant naujiems junginiams. Hidrolizė taip pat gali būti vadinama solvolize vandenyje.
Šis cheminis terminas yra kilęs iš 2 graikų kalbos žodžių: „vanduo“ ir „skilimas“.
Hidrolizės produktai
Nagrinėjama reakcija gali įvykti, kai H 2 O sąveikauja tiek su organinėmis, tiek su neorganinėmis medžiagomis. Jo rezultatas tiesiogiai priklauso nuo to, su kuo kontaktavo vanduo, taip pat nuo to, ar buvo naudojamos papildomos katalizatoriaus medžiagos, ar pasikeitė temperatūra ir slėgis.
Pavyzdžiui, druskos hidrolizės reakcija skatina rūgščių ir šarmų susidarymą. O kalbant apie organines medžiagas, gaunami kiti produktai. Riebalų solvolizė vandenyje skatina glicerolio ir aukštesnių susidarymą riebalų rūgštys. Jei procesas vyksta su baltymais, dėl to susidaro įvairios aminorūgštys. Angliavandeniai (polisacharidai) suskaidomi į monosacharidus.
Žmogaus organizme, negalinčiam pilnai pasisavinti baltymų ir angliavandenių, hidrolizės reakcija juos „supaprastina“ iki medžiagų, kurias organizmas sugeba virškinti. Taigi solvolizė vandenyje atlieka svarbų vaidmenį normaliam kiekvieno biologinio individo funkcionavimui.
Druskos hidrolizė
Išmokus hidrolizę, verta susipažinti su jos eiga neorganinės kilmės medžiagomis, būtent druskomis.
Šio proceso ypatumai yra tai, kad šiems junginiams sąveikaujant su vandeniu, nuo jo atsiskiria silpni druskos sudėtyje esantys elektrolitų jonai ir su H 2 O susidaro naujos medžiagos. Tai gali būti rūgštis arba abu. Dėl viso to įvyksta vandens disociacijos pusiausvyros poslinkis.
Grįžtamoji ir negrįžtama hidrolizė
Aukščiau pateiktame pavyzdyje, paskutiniame, vietoj vienos galite matyti dvi rodykles ir abi nukreiptos skirtingomis kryptimis. Ką tai reiškia? Šis ženklas rodo, kad hidrolizės reakcija yra grįžtama. Praktiškai tai reiškia, kad, sąveikaudama su vandeniu, paimta medžiaga ne tik vienu metu suyra į komponentus (kurie leidžia susidaryti naujiems junginiams), bet ir vėl susidaro.
Tačiau ne kiekviena hidrolizė yra grįžtama, kitaip ji nebūtų prasminga, nes naujos medžiagos būtų nestabilios.
Yra keletas veiksnių, galinčių prisidėti prie tokios reakcijos negrįžtamumo:
- Temperatūra. Nuo to, ar ji kyla, ar krinta, priklauso, kuria kryptimi pasislenka pusiausvyra vykstančioje reakcijoje. Jei jis pakyla, vyksta poslinkis į endoterminę reakciją. Jei, priešingai, temperatūra mažėja, pranašumas yra egzoterminės reakcijos pusėje.
- Spaudimas. Tai dar vienas termodinaminis dydis, kuris aktyviai veikia joninę hidrolizę. Jei pakils, cheminė pusiausvyra pasislenka link reakcijos, kurią lydi bendro dujų kiekio sumažėjimas. Jei jis nukrenta, atvirkščiai.
- Didelė arba maža reakcijoje dalyvaujančių medžiagų koncentracija, taip pat papildomų katalizatorių buvimas.
Hidrolizės reakcijų tipai druskos tirpaluose
- Anijonas (neigiamo krūvio jonas). Silpnų ir stiprių bazių rūgščių druskų solvolizė vandenyje. Tokia reakcija dėl sąveikaujančių medžiagų savybių yra grįžtama.
Hidrolizės laipsnis
Tiriant druskų hidrolizės ypatybes, verta atkreipti dėmesį į tokį reiškinį kaip jo laipsnis. Šis žodis reiškia druskų (kurios jau pradėjo skilimo reakciją su H 2 O) santykį su bendru šios medžiagos kiekiu, esančiu tirpale.
Kuo silpnesnė hidrolizėje dalyvaujanti rūgštis ar bazė, tuo didesnis jos laipsnis. Jis matuojamas 0–100% diapazone ir nustatomas pagal toliau pateiktą formulę.
N – hidrolizuotų medžiagos molekulių skaičius, o N 0 – bendras jų kiekis tirpale.
Daugeliu atvejų vandeninės solvolizės laipsnis druskose yra mažas. Pavyzdžiui, 1% natrio acetato tirpale jo yra tik 0,01% (20 laipsnių temperatūroje).
Hidrolizė organinės kilmės medžiagose
Tiriamas procesas gali vykti ir organiniuose cheminiuose junginiuose.
Beveik visuose gyvuose organizmuose hidrolizė vyksta kaip energijos apykaitos (katabolizmo) dalis. Jo pagalba baltymai, riebalai ir angliavandeniai suskaidomi į lengvai virškinamas medžiagas. Tuo pačiu metu pats vanduo retai gali pradėti solvolizės procesą, todėl organizmai turi naudoti įvairius fermentus kaip katalizatorius.
Jei kalbama apie cheminė reakcija su organinėmis medžiagomis, kuriomis siekiama gauti naujas medžiagas laboratorijoje ar gamybinėje aplinkoje, tada į tirpalą įpilama stiprių rūgščių ar šarmų, kad jį pagreitintų ir pagerintų.
Hidrolizė trigliceriduose (triacilgliceroliuose)
Šis sunkiai ištariamas terminas reiškia riebalų rūgštis, kurias dauguma žinome kaip riebalus.
Jie yra ir gyvūninės, ir augalinės kilmės. Tačiau visi žino, kad vanduo nesugeba ištirpinti tokių medžiagų, kaip vyksta riebalų hidrolizė?
Nagrinėjama reakcija vadinama riebalų muilinimu. Tai vandeninė triacilglicerolių solvolizė, veikiant fermentams šarminėje arba rūgštinėje terpėje. Priklausomai nuo jo, išsiskiria šarminė hidrolizė ir rūgštinė hidrolizė.
Pirmuoju atveju dėl reakcijos susidaro aukštesnių riebalų rūgščių druskos (visiems geriau žinomos kaip muilai). Taigi paprastas kietas muilas gaunamas iš NaOH, o skystas – iš KOH. Taigi šarminė trigliceridų hidrolizė yra ploviklių susidarymo procesas. Reikėtų pažymėti, kad jis gali būti laisvai naudojamas tiek augalinės, tiek gyvūninės kilmės riebaluose.
Aptariama reakcija yra priežastis, kodėl muilas prastai nusiplauna kietame vandenyje ir visai neputoja sūriame vandenyje. Faktas yra tas, kad kietasis vadinamas H 2 O, kuriame yra kalcio ir magnio jonų perteklius. O muilas, patekęs į vandenį, vėl hidrolizuojamas, suyra į natrio jonus ir angliavandenilio liekanas. Dėl šių medžiagų sąveikos vandenyje susidaro netirpios druskos, kurios atrodo kaip balti dribsniai. Kad taip nenutiktų, į vandenį įpilama natrio bikarbonato NaHCO 3, geriau žinomo kaip kepimo soda. Ši medžiaga padidina tirpalo šarmingumą ir taip padeda muilui atlikti savo funkcijas. Beje, norint išvengti tokių bėdų, sintetinė plovikliai iš kitų medžiagų, pavyzdžiui, iš aukštesniųjų alkoholių esterių druskų ir sieros rūgšties. Jų molekulėse yra nuo dvylikos iki keturiolikos anglies atomų, todėl savo savybių jos nepraranda nei sūriame, nei kietame vandenyje.
Jei aplinka, kurioje vyksta reakcija, yra rūgštinė, šis procesas vadinamas rūgštine triacilglicerolių hidrolize. Šiuo atveju, veikiant tam tikrai rūgščiai, medžiagos virsta gliceroliu ir karboksirūgštimis.
Riebalų hidrolizė turi kitą galimybę – triacilglicerolių hidrinimą. Šis procesas naudojamas kai kurių tipų valymui, pavyzdžiui, pašalinant acetileno pėdsakus iš etileno arba deguonies priemaišas iš įvairių sistemų.
Angliavandenių hidrolizė
Nagrinėjamos medžiagos yra viena iš svarbiausių žmonių ir gyvūnų maisto sudedamųjų dalių. Tačiau grynos formos sacharozės, laktozės, maltozės, krakmolo ir glikogeno organizmas nepajėgia pasisavinti. Todėl, kaip ir riebalai, šie angliavandeniai hidrolizės reakcijos metu suskaidomi į virškinamus elementus.
Taip pat pramonėje aktyviai naudojama vandeninė anglies solvolizė. Iš krakmolo dėl nagrinėjamos reakcijos su H 2 O išgaunama gliukozė ir melasa, kurios yra beveik visų saldumynų dalis.
Kitas polisacharidas, aktyviai naudojamas pramonėje daugelio naudingų medžiagų ir produktų gamybai, yra celiuliozė. Iš jo išgaunamas techninis glicerinas, etilenglikolis, sorbitolis ir gerai žinomas etilo alkoholis.
Celiuliozės hidrolizė vyksta ilgai veikiant aukštai temperatūrai ir esant mineralinėms rūgštims. Galutinis šios reakcijos produktas, kaip ir krakmolo atveju, yra gliukozė. Reikėtų nepamiršti, kad celiuliozės hidrolizė yra sunkesnė nei krakmolo, nes šis polisacharidas yra atsparesnis mineralinėms rūgštims. Tačiau kadangi celiuliozė yra pagrindinis visų aukštesnių augalų ląstelių membranų komponentas, jos turinčios žaliavos yra pigesnės nei krakmolo. Tuo pačiu metu celiuliozės gliukozė daugiau naudojama techniniams poreikiams, o krakmolo hidrolizės produktas laikomas tinkamesniu mitybai.
Baltymų hidrolizė
Baltymai yra pagrindinė visų gyvų organizmų ląstelių statybinė medžiaga. Jie susideda iš daugybės aminorūgščių ir yra labai svarbus produktas normaliai organizmo veiklai. Tačiau, kadangi jie yra didelės molekulinės masės junginiai, jie gali būti blogai absorbuojami. Siekiant supaprastinti šią užduotį, jie yra hidrolizuojami.
Kaip ir kitų organinių medžiagų atveju, ši reakcija suskaido baltymus į mažos molekulinės masės produktus, kuriuos organizmas lengvai pasisavina.
Baltymai, arba baltyminės medžiagos, yra didelės molekulinės masės (molekulinė masė svyruoja nuo 5-10 tūkst. iki 1 mln. ir daugiau) natūralūs polimerai, kurių molekulės sudarytos iš aminorūgščių liekanų, sujungtų amidiniu (peptidiniu) ryšiu.
Baltymai dar vadinami baltymais (iš graikų kalbos „protos“ – pirmasis, svarbus). Aminorūgščių likučių skaičius baltymo molekulėje labai skiriasi ir kartais siekia kelis tūkstančius. Kiekvienas baltymas turi savo būdingą aminorūgščių liekanų seką.
Baltymai atlieka įvairias biologines funkcijas: katalizines (fermentai), reguliuojančias (hormonai), struktūrines (kolagenas, fibroinas), motorines (miozinas), transportines (hemoglobinas, mioglobinas), apsaugines (imunoglobulinai, interferonas), atsargines (kazeinas, albuminas, gliadinas) ir kt. Tarp baltymų yra antibiotikų ir toksinį poveikį turinčių medžiagų.
Baltymai yra biomembranų pagrindas, svarbiausia ląstelės dalis ir ląstelių komponentai. Jie atlieka pagrindinį vaidmenį ląstelės gyvenime, sudarydami tarsi materialų jos cheminės veiklos pagrindą.
Išskirtinė baltymo savybė yra struktūros savaiminis susitvarkymas, t.y. jo gebėjimas spontaniškai sukurti specifinę erdvinę struktūrą, būdingą tik tam tikram baltymui. Iš esmės visa organizmo veikla (vystymasis, judėjimas, įvairių funkcijų atlikimas ir daug daugiau) yra siejama su baltyminėmis medžiagomis (36 pav.). Neįmanoma įsivaizduoti gyvenimo be baltymų.
Baltymai yra svarbiausias žmonių ir gyvūnų maisto komponentas, jiems reikalingų aminorūgščių tiekėjas.
Struktūra
Erdvinėje baltymų struktūroje didelę reikšmę turi aminorūgščių molekulėse esančių radikalų (likučių) R- prigimtis. Nepoliniai aminorūgščių radikalai dažniausiai yra baltymo makromolekulės viduje ir sukelia hidrofobines (žr. toliau) sąveikas; poliniai radikalai, turintys jonogenines (jonus formuojančias) grupes, dažniausiai yra baltymo makromolekulės paviršiuje ir apibūdina elektrostatinę (joninę) sąveiką. Poliariniai nejoniniai radikalai (pavyzdžiui, turintys alkoholio OH grupių, amido grupių) gali būti tiek baltymo molekulės paviršiuje, tiek viduje. Jie dalyvauja formuojant vandenilio ryšius.
Baltymų molekulėse a-aminorūgštys yra tarpusavyje sujungtos peptidiniais (-CO-NH-) ryšiais:
Tokiu būdu sukonstruotos polipeptidinės grandinės arba atskiros polipeptidinės grandinės atkarpos tam tikrais atvejais gali būti papildomai sujungtos disulfidiniais (-S-S-) ryšiais arba, kaip jie dažnai vadinami, disulfidiniais tilteliais.
Svarbų vaidmenį kuriant baltymų struktūrą atlieka joninės (druskos) ir vandenilio jungtys, taip pat hidrofobinė sąveika - ypatinga rūšis kontaktai tarp hidrofobinių baltymų molekulių komponentų vandens aplinka. Visi šie ryšiai turi skirtingą stiprumą ir sudaro sudėtingą, didelę baltymų molekulę.
Nepaisant baltyminių medžiagų struktūros ir funkcijų skirtumo, jų elementinė sudėtis šiek tiek svyruoja (sausos masės %): anglis - 51-53; deguonis - 21,5-23,5; azotas - 16,8-18,4; vandenilis - 6,5-7,3; siera - 0,3-2,5. Kai kuriuose baltymuose yra nedideli kiekiai fosforo, seleno ir kitų elementų.
Aminorūgščių liekanų jungimosi seka polipeptidinėje grandinėje vadinama pirmine baltymo struktūra (37 pav.).
Baltymų molekulė gali būti sudaryta iš vienos ar daugiau polipeptidinių grandinių, kurių kiekviena turi skirtingą aminorūgščių liekanų skaičių. Atsižvelgiant į galimų jų derinių skaičių, galima teigti, kad baltymų įvairovė yra beveik neribota, tačiau ne visi jie egzistuoja gamtoje. Bendras įvairių tipų baltymų skaičius visų tipų gyvuose organizmuose yra 10 10 -10 12 . Baltymams, kurių struktūra itin sudėtinga, be pirminių, yra ir daugiau aukštus lygius struktūrinė organizacija: antrinės, tretinės, o kartais ir ketvirtinės struktūros (9 lentelė). turi antrinę struktūrą dauguma tačiau ne visada visoje polipeptidinėje grandinėje. Tam tikros antrinės struktūros polipeptidinės grandinės erdvėje gali išsidėstyti skirtingai.
Toks erdvinis išdėstymas vadinamas tretine struktūra (39 pav.)
Formuojantis tretinei struktūrai, be vandenilinių ryšių, svarbų vaidmenį atlieka joninės ir hidrofobinės sąveikos. Pagal baltymo molekulės „pakavimo“ pobūdį išskiriami rutuliniai arba sferiniai ir fibriliniai, arba gijiniai, baltymai.
Rutuliniams baltymams būdingesnė a-spiralinė struktūra, spiralės yra išlenktos, „sulenktos“. Makromolekulė turi sferinę formą. Jie ištirpsta vandenyje ir druskos tirpaluose, kad susidarytų koloidinės sistemos. Dauguma gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų baltymų yra rutuliniai baltymai. 
Fibriliniams baltymams būdingesnė gijinė struktūra. Paprastai jie netirpsta vandenyje. Fibriliniai baltymai dažniausiai atlieka struktūrą formuojančias funkcijas. Jų savybės (stiprumas, gebėjimas temptis) priklauso nuo polipeptidinių grandinių pakavimo būdo. Fibrilinių baltymų pavyzdys yra raumenų audinio baltymai (miozinas), keratinas (raginis audinys). Kai kuriais atvejais vandenilinių ryšių, elektrostatinės ir kitos sąveikos pagalba atskiri baltymų subvienetai sudaro kompleksinius ansamblius. Tokiu atveju susidaro ketvirtinė baltymų struktūra.
Tačiau reikia dar kartą pažymėti, kad pirminė struktūra vaidina išskirtinį vaidmenį organizuojant aukštesnes baltymų struktūras. 
klasifikacija
Yra keletas baltymų klasifikacijų. Jie yra pagrįsti skirtingomis savybėmis:
Sunkumo laipsnis (paprastas ir sudėtingas);
Molekulių forma (rutuliniai ir fibriliniai baltymai);
Tirpumas atskiruose tirpikliuose (tirpsta vandenyje, tirpsta praskiestuose druskos tirpaluose – albuminuose, tirpsta alkoholyje – prolaminuose, tirpsta atskiestuose šarmuose ir rūgštyse – gliutelinai);
Atlikta funkcija (pavyzdžiui, kaupia baltymus, skeletą ir kt.).
Savybės
Baltymai yra amfoteriniai elektrolitai. Esant tam tikrai terpės pH vertei (ji vadinama izoelektriniu tašku), teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius baltymo molekulėje yra vienodas. Tai viena iš pagrindinių baltymų savybių. Šiuo metu baltymai yra elektriškai neutralūs, o jų tirpumas vandenyje yra mažiausias. Baltymų gebėjimas sumažinti tirpumą, kai jų molekulės tampa elektriškai neutralios, yra panaudojamas izoliuojant juos nuo tirpalų, pavyzdžiui, baltymų produktų gavimo technologijoje.
Hidratacija
Hidratacijos procesas reiškia vandens surišimą su baltymais, tuo tarpu jie pasižymi hidrofilinėmis savybėmis: išsipučia, didėja jų masė ir tūris. Baltymų patinimą lydi jo dalinis ištirpimas. Atskirų baltymų hidrofiliškumas priklauso nuo jų struktūros. Kompozicijoje esančios hidrofilinės amido (-CO-NH-, peptidinės jungties), amino (NH2) ir karboksilo (COOH) grupės, esančios baltymo makromolekulės paviršiuje, pritraukia vandens molekules, griežtai orientuodamos jas į molekulės paviršių. . Baltymų rutuliukus supantis hidratacijos (vandens) apvalkalas apsaugo nuo agregacijos ir nusėdimo, todėl prisideda prie baltymų tirpalų stabilumo. Izoelektriniame taške baltymai turi mažiausiai gebėjimo surišti vandenį, sunaikinamas hidratacijos apvalkalas aplink baltymų molekules, todėl jie jungiasi į didelius agregatus. Baltymų molekulių agregacija taip pat vyksta, kai jos dehidratuojamos kai kuriais organiniais tirpikliais, pavyzdžiui, etilo alkoholiu. Tai veda prie baltymų nusodinimo. Pasikeitus terpės pH, baltymo makromolekulė pasikrauna, kinta jos hidratacijos pajėgumas.
Esant ribotam patinimui, koncentruoti baltymų tirpalai sudaro sudėtingas sistemas, vadinamas želė. Drebučiai nėra skysti, elastingi, turi plastiškumą, tam tikrą mechaninį stiprumą, gali išlaikyti savo formą. Rutulinius baltymus galima visiškai hidratuoti ištirpinus vandenyje (pavyzdžiui, pieno baltymus), formuojant mažos koncentracijos tirpalus. Biologijoje ir maisto pramonėje didelę reikšmę turi baltymų hidrofilinės savybės, t.y. jų gebėjimas brinkti, formuoti drebučius, stabilizuoti suspensijas, emulsijas ir putas. Labai judri želė, daugiausia sudaryta iš baltymų molekulių, yra citoplazma - pusiau skystas ląstelės turinys. Labai hidratuotas želė – žalias glitimas, išskirtas iš kvietinės tešlos, jame yra iki 65% vandens. Skirtingas glitimo baltymų hidrofiliškumas yra vienas iš požymių, apibūdinančių kviečių grūdų ir iš jų gaunamų miltų (vadinamųjų stipriųjų ir silpnųjų kviečių) kokybę. Grūdų ir miltų baltymų hidrofiliškumas vaidina svarbų vaidmenį sandėliuojant ir apdorojant grūdus, kepant. Tešla, kuri gaunama kepimo pramonėje, yra vandenyje išbrinkintas baltymas, koncentruota želė, kurioje yra krakmolo grūdelių.
Baltymų denatūravimas
Denatūruojant, veikiant išoriniams veiksniams (temperatūrai, mechaniniam poveikiui, cheminiams veiksniams ir daugeliui kitų veiksnių), pasikeičia antrinės, tretinės ir ketvirtinės baltymo makromolekulės struktūros, t. y. jos gimtoji. erdvinė struktūra. Pirminė struktūra, todėl cheminė sudėtis baltymai nesikeičia. keičiasi fizines savybes: sumažėjęs tirpumas, gebėjimas hidratuoti, biologinio aktyvumo praradimas. Pasikeičia baltymo makromolekulės forma, vyksta agregacija. Kartu didėja kai kurių cheminių grupių aktyvumas, palengvėja proteolitinių fermentų poveikis baltymams, todėl jie lengviau hidrolizuojasi.
Maisto technologijoje ypač didelę praktinę reikšmę turi terminis baltymų denatūravimas, kurio laipsnis priklauso nuo temperatūros, kaitinimo trukmės ir drėgmės. Tai reikia atsiminti kuriant maisto žaliavų, pusgaminių, o kartais ir gatavų gaminių terminio apdorojimo būdus. Terminio denatūravimo procesai atlieka ypatingą vaidmenį blanširuojant augalines žaliavas, džiovinant grūdus, kepant duoną, gaminant makaronus. Baltymų denatūraciją gali sukelti ir mechaninis veiksmas (slėgis, trynimas, kratymas, ultragarsas). Galiausiai cheminių reagentų (rūgščių, šarmų, alkoholio, acetono) veikimas lemia baltymų denatūravimą. Visi šie metodai plačiai naudojami maisto ir biotechnologijose.
Baltymų hidrolizė
Hidrolizės reakciją su aminorūgščių susidarymu bendrais bruožais galima parašyti taip: 
Degimas
4. Kokiomis reakcijomis galima atpažinti baltymus?
5. Kokį vaidmenį organizmų gyvenime atlieka baltymai?
6. Prisiminkite iš bendros biologijos kurso, kurie baltymai lemia organizmų imunines savybes.
7. Papasakokite apie AIDS ir šios baisios ligos prevenciją.
8. Kaip atpažinti gaminį iš natūralios vilnos ir dirbtinio pluošto?
9. Parašykite baltymų, kurių bendra formulė (-NH-CH-CO-) n, hidrolizės reakcijos lygtį.
l
R
Kokia šio proceso reikšmė biologijoje ir kaip jis naudojamas pramonėje?
10. Parašykite reakcijų lygtis, kuriomis galima atlikti šiuos perėjimus: etanas -> etilo alkoholis -> acto aldehidas -> acto rūgštis -> chloracto rūgštis -> aminoacto rūgštis -> polipeptidas.
>> Chemija: baltymai
Baltymai, arba baltyminės medžiagos, yra didelės molekulinės masės (molekulinė masė svyruoja nuo 5-10 tūkst. iki 1 mln. ir daugiau) natūralūs polimerai, kurių molekulės sudarytos iš aminorūgščių liekanų, sujungtų amidiniu (peptidiniu) ryšiu.
Baltymai dar vadinami baltymais (iš graikų kalbos „protos“ – pirmasis, svarbus). Aminorūgščių likučių skaičius baltymo molekulėje labai skiriasi ir kartais siekia kelis tūkstančius. Kiekvienas baltymas turi savo būdingą aminorūgščių liekanų seką.
Baltymai atlieka įvairias biologines funkcijas: katalizines (fermentai), reguliuojančias (hormonai), struktūrines (kolagenas, fibroinas), motorines (miozinas), transportines (hemoglobinas, mioglobinas), apsaugines (imunoglobulinai, interferonas), atsargines (kazeinas, albuminas, gliadinas) ir kt. Tarp baltymų yra antibiotikų ir toksinį poveikį turinčių medžiagų.
Baltymai yra biomembranų pagrindas, svarbiausia ląstelės dalis ir ląstelių komponentai. Jie atlieka pagrindinį vaidmenį ląstelės gyvenime, sudarydami tarsi materialų jos cheminės veiklos pagrindą.
Išskirtinė baltymo savybė yra struktūros savaiminis susitvarkymas, t.y. jo gebėjimas spontaniškai sukurti specifinę erdvinę struktūrą, būdingą tik tam tikram baltymui. Iš esmės visa organizmo veikla (vystymasis, judėjimas, įvairių funkcijų atlikimas ir daug daugiau) yra siejama su baltyminėmis medžiagomis (36 pav.). Neįmanoma įsivaizduoti gyvenimo be baltymų.
Baltymai yra svarbiausias žmonių ir gyvūnų maisto komponentas, jiems reikalingų aminorūgščių tiekėjas.
Struktūra
Erdvinėje baltymų struktūroje didelę reikšmę turi aminorūgščių molekulėse esančių radikalų (likučių) R- prigimtis. Nepoliniai aminorūgščių radikalai dažniausiai yra baltymo makromolekulės viduje ir sukelia hidrofobines (žr. toliau) sąveikas; poliniai radikalai, turintys jonogenines (jonus formuojančias) grupes, dažniausiai yra baltymo makromolekulės paviršiuje ir apibūdina elektrostatinę (joninę) sąveiką. Poliariniai nejoniniai radikalai (pavyzdžiui, turintys alkoholio OH grupių, amido grupių) gali būti tiek baltymo molekulės paviršiuje, tiek viduje. Jie dalyvauja formuojant vandenilio ryšius.
Baltymų molekulėse a-aminorūgštys yra tarpusavyje sujungtos peptidiniais (-CO-NH-) ryšiais:
Tokiu būdu sukonstruotos polipeptidinės grandinės arba atskiros polipeptidinės grandinės atkarpos tam tikrais atvejais gali būti papildomai sujungtos disulfidiniais (-S-S-) ryšiais arba, kaip jie dažnai vadinami, disulfidiniais tilteliais.
Svarbų vaidmenį kuriant baltymų struktūrą atlieka joniniai (druskos) ir vandenilio ryšiai, taip pat hidrofobinė sąveika – ypatingas baltymų molekulių hidrofobinių komponentų kontaktas vandeninėje terpėje. Visi šie ryšiai turi skirtingą stiprumą ir sudaro sudėtingą, didelę baltymų molekulę.
Nepaisant baltyminių medžiagų struktūros ir funkcijų skirtumo, jų elementinė sudėtis šiek tiek svyruoja (sausos masės %): anglis - 51-53; deguonis - 21,5-23,5; azotas - 16,8-18,4; vandenilis - 6,5-7,3; siera - 0,3-2,5. Kai kuriuose baltymuose yra nedideli kiekiai fosforo, seleno ir kitų elementų.
Aminorūgščių liekanų jungimosi seka polipeptidinėje grandinėje vadinama pirmine baltymo struktūra (37 pav.).
Baltymų molekulė gali būti sudaryta iš vienos ar daugiau polipeptidinių grandinių, kurių kiekviena turi skirtingą aminorūgščių liekanų skaičių. Atsižvelgiant į galimų jų derinių skaičių, galima teigti, kad baltymų įvairovė yra beveik neribota, tačiau ne visi jie egzistuoja gamtoje. Bendras įvairių tipų baltymų skaičius visų tipų gyvuose organizmuose yra 10 10 -10 12 . Baltymams, kurių struktūra itin sudėtinga, be pirminės dar išskiriami aukštesni struktūrinės organizavimo lygiai: antrinės, tretinės, kartais ketvirtinės struktūros (9 lentelė). Dauguma baltymų turi antrinę struktūrą, nors ne visada visoje polipeptidinėje grandinėje. Tam tikros antrinės struktūros polipeptidinės grandinės erdvėje gali išsidėstyti skirtingai.
Toks erdvinis išdėstymas vadinamas tretine struktūra (39 pav.)
Formuojantis tretinei struktūrai, be vandenilinių ryšių, svarbų vaidmenį atlieka joninės ir hidrofobinės sąveikos. Pagal baltymo molekulės „pakavimo“ pobūdį išskiriami rutuliniai arba sferiniai ir fibriliniai, arba gijiniai, baltymai.
Rutuliniams baltymams būdingesnė a-spiralinė struktūra, spiralės yra išlenktos, „sulenktos“. Makromolekulė turi sferinę formą. Jie ištirpsta vandenyje ir druskos tirpaluose, kad susidarytų koloidinės sistemos. Dauguma gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų baltymų yra rutuliniai baltymai. 
Fibriliniams baltymams būdingesnė gijinė struktūra. Paprastai jie netirpsta vandenyje. Fibriliniai baltymai dažniausiai atlieka struktūrą formuojančias funkcijas. Jų savybės (stiprumas, gebėjimas temptis) priklauso nuo polipeptidinių grandinių pakavimo būdo. Fibrilinių baltymų pavyzdys yra raumenų audinio baltymai (miozinas), keratinas (raginis audinys). Kai kuriais atvejais vandenilinių ryšių, elektrostatinės ir kitos sąveikos pagalba atskiri baltymų subvienetai sudaro kompleksinius ansamblius. Tokiu atveju susidaro ketvirtinė baltymų struktūra.
Tačiau reikia dar kartą pažymėti, kad pirminė struktūra vaidina išskirtinį vaidmenį organizuojant aukštesnes baltymų struktūras. 
klasifikacija
Yra keletas baltymų klasifikacijų. Jie yra pagrįsti skirtingomis savybėmis:
Sunkumo laipsnis (paprastas ir sudėtingas);
Molekulių forma (rutuliniai ir fibriliniai baltymai);
Tirpumas atskiruose tirpikliuose (tirpsta vandenyje, tirpsta praskiestuose druskos tirpaluose – albuminuose, tirpsta alkoholyje – prolaminuose, tirpsta atskiestuose šarmuose ir rūgštyse – gliutelinai);
Atlikta funkcija (pavyzdžiui, kaupia baltymus, skeletą ir kt.).
Savybės
Baltymai yra amfoteriniai elektrolitai. Esant tam tikrai terpės pH vertei (ji vadinama izoelektriniu tašku), teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius baltymo molekulėje yra vienodas. Tai viena iš pagrindinių baltymų savybių. Šiuo metu baltymai yra elektriškai neutralūs, o jų tirpumas vandenyje yra mažiausias. Baltymų gebėjimas sumažinti tirpumą, kai jų molekulės tampa elektriškai neutralios, yra panaudojamas izoliuojant juos nuo tirpalų, pavyzdžiui, baltymų produktų gavimo technologijoje.
Hidratacija
Hidratacijos procesas reiškia vandens surišimą su baltymais, tuo tarpu jie pasižymi hidrofilinėmis savybėmis: išsipučia, didėja jų masė ir tūris. Baltymų patinimą lydi jo dalinis ištirpimas. Atskirų baltymų hidrofiliškumas priklauso nuo jų struktūros. Kompozicijoje esančios hidrofilinės amido (-CO-NH-, peptidinės jungties), amino (NH2) ir karboksilo (COOH) grupės, esančios baltymo makromolekulės paviršiuje, pritraukia vandens molekules, griežtai orientuodamos jas į molekulės paviršių. . Baltymų rutuliukus supantis hidratacijos (vandens) apvalkalas apsaugo nuo agregacijos ir nusėdimo, todėl prisideda prie baltymų tirpalų stabilumo. Izoelektriniame taške baltymai turi mažiausiai gebėjimo surišti vandenį, sunaikinamas hidratacijos apvalkalas aplink baltymų molekules, todėl jie jungiasi į didelius agregatus. Baltymų molekulių agregacija taip pat vyksta, kai jos dehidratuojamos kai kuriais organiniais tirpikliais, pavyzdžiui, etilo alkoholiu. Tai veda prie baltymų nusodinimo. Pasikeitus terpės pH, baltymo makromolekulė pasikrauna, kinta jos hidratacijos pajėgumas.
Esant ribotam patinimui, koncentruoti baltymų tirpalai sudaro sudėtingas sistemas, vadinamas želė. Drebučiai nėra skysti, elastingi, turi plastiškumą, tam tikrą mechaninį stiprumą, gali išlaikyti savo formą. Rutulinius baltymus galima visiškai hidratuoti ištirpinus vandenyje (pavyzdžiui, pieno baltymus), formuojant mažos koncentracijos tirpalus. Biologijoje ir maisto pramonėje didelę reikšmę turi baltymų hidrofilinės savybės, t.y. jų gebėjimas brinkti, formuoti drebučius, stabilizuoti suspensijas, emulsijas ir putas. Labai judri želė, daugiausia sudaryta iš baltymų molekulių, yra citoplazma - pusiau skystas ląstelės turinys. Labai hidratuotas želė – žalias glitimas, išskirtas iš kvietinės tešlos, jame yra iki 65% vandens. Skirtingas glitimo baltymų hidrofiliškumas yra vienas iš požymių, apibūdinančių kviečių grūdų ir iš jų gaunamų miltų (vadinamųjų stipriųjų ir silpnųjų kviečių) kokybę. Grūdų ir miltų baltymų hidrofiliškumas vaidina svarbų vaidmenį sandėliuojant ir apdorojant grūdus, kepant. Tešla, kuri gaunama kepimo pramonėje, yra vandenyje išbrinkintas baltymas, koncentruota želė, kurioje yra krakmolo grūdelių.
Baltymų denatūravimas
Denatūruojant, veikiant išoriniams veiksniams (temperatūrai, mechaniniam poveikiui, cheminiams veiksniams ir daugeliui kitų veiksnių), pasikeičia antrinės, tretinės ir ketvirtinės baltymo makromolekulės struktūros, t. y. jos gimtoji. erdvinė struktūra. Pirminė baltymo struktūra ir atitinkamai cheminė sudėtis nesikeičia. Keičiasi fizinės savybės: mažėja tirpumas, gebėjimas hidratuotis, prarandamas biologinis aktyvumas. Pasikeičia baltymo makromolekulės forma, vyksta agregacija. Kartu didėja kai kurių cheminių grupių aktyvumas, palengvėja proteolitinių fermentų poveikis baltymams, todėl jie lengviau hidrolizuojasi.
Maisto technologijoje ypač didelę praktinę reikšmę turi terminis baltymų denatūravimas, kurio laipsnis priklauso nuo temperatūros, kaitinimo trukmės ir drėgmės. Tai reikia atsiminti kuriant maisto žaliavų, pusgaminių, o kartais ir gatavų gaminių terminio apdorojimo būdus. Terminio denatūravimo procesai atlieka ypatingą vaidmenį blanširuojant augalines žaliavas, džiovinant grūdus, kepant duoną, gaminant makaronus. Baltymų denatūraciją gali sukelti ir mechaninis veiksmas (slėgis, trynimas, kratymas, ultragarsas). Galiausiai cheminių reagentų (rūgščių, šarmų, alkoholio, acetono) veikimas lemia baltymų denatūravimą. Visi šie metodai plačiai naudojami maisto ir biotechnologijose.
Putojantis
Putojimo procesas suprantamas kaip baltymų gebėjimas sudaryti labai koncentruotas skystųjų dujų sistemas, vadinamas putomis. Putų, kuriose baltymas yra pūtimo medžiaga, stabilumas priklauso ne tik nuo jų pobūdžio ir koncentracijos, bet ir nuo temperatūros. Baltymai kaip putotojas plačiai naudojami konditerijos pramonėje (zefyras, zefyras, suflė). Putų struktūra turi duonos, o tai turi įtakos jo skonio savybėms.
Baltymų molekulės, veikiamos daugelio veiksnių, gali būti sunaikintos arba sąveikauti su kitomis medžiagomis, kad susidarytų nauji produktai. Maisto pramonei galima išskirti du labai svarbius procesus: 1) baltymų hidrolizę veikiant fermentams ir 2) baltymų amino grupių arba aminorūgščių sąveiką su redukuojančių cukrų karbonilo grupėmis. Veikiant proteazėms – fermentams, katalizuojantiems hidrolizinį baltymų skilimą, pastarieji skyla į paprastesnius produktus (poli- ir dipeptidus) ir galiausiai į aminorūgštis. Baltymų hidrolizės greitis priklauso nuo jo sudėties, molekulinės struktūros, fermentų aktyvumo ir sąlygų.
Baltymų hidrolizė
Hidrolizės reakciją su aminorūgščių susidarymu bendrais bruožais galima parašyti taip: 
Degimas
4. Kokiomis reakcijomis galima atpažinti baltymus?
5. Kokį vaidmenį organizmų gyvenime atlieka baltymai?
6. Prisiminkite iš bendros biologijos kurso, kurie baltymai lemia organizmų imunines savybes.
7. Papasakokite apie AIDS ir šios baisios ligos prevenciją.
8. Kaip atpažinti gaminį iš natūralios vilnos ir dirbtinio pluošto?
9. Parašykite baltymų, kurių bendra formulė (-NH-CH-CO-) n, hidrolizės reakcijos lygtį.
l
R
Kokia šio proceso reikšmė biologijoje ir kaip jis naudojamas pramonėje?
10. Parašykite reakcijų lygtis, kuriomis galima atlikti šiuos perėjimus: etanas -> etilo alkoholis -> acto aldehidas -> acto rūgštis -> chloracto rūgštis -> aminoacto rūgštis -> polipeptidas.
chemijos atvejai, užduotys ir sprendimai, pamokų užrašai
Voverės- natūralūs polipeptidai, turintys didžiulę molekulinę masę. Jie yra visų gyvų organizmų dalis ir atlieka įvairias biologines funkcijas.
Baltymų struktūra.
Baltymai turi 4 struktūros lygius:
- pirminė baltymo struktūra- linijinė aminorūgščių seka polipeptidinėje grandinėje, sulankstyta erdvėje:
- Baltymų antrinė struktūra- polipeptidinės grandinės konformacija, nes susisukimas erdvėje dėl vandenilinių ryšių tarp NH ir TAIP grupės. Yra 2 diegimo būdai: α -spirale ir β - struktūra.
- Baltymų tretinė struktūra yra trimatis sūkurio vaizdas α - spiralė arba β - struktūros erdvėje:
Šią struktūrą sudaro disulfidiniai tilteliai -S-S- tarp cisteino liekanų. Tokios struktūros formavime dalyvauja priešingai įkrauti jonai.
- ketvirtinė baltymų struktūra susidaro sąveikaujant skirtingoms polipeptidinėms grandinėms:
Baltymų sintezė.
Sintezė remiasi kietosios fazės metodu, kai pirmoji aminorūgštis fiksuojama ant polimero nešiklio, o prie jos paeiliui susiuvamos naujos aminorūgštys. Tada polimeras atskiriamas nuo polipeptidinės grandinės.
Fizinės baltymų savybės.
Fizines baltymo savybes lemia struktūra, todėl baltymai skirstomi į rutuliškas(tirpsta vandenyje) ir fibrilinis(netirpsta vandenyje).
Cheminės baltymų savybės.
1. Baltymų denatūravimas(antrinės ir tretinės struktūros sunaikinimas išsaugant pirminę). Denatūravimo pavyzdys yra kiaušinių baltymų sutraukimas, kai kiaušiniai verdami.
2. Baltymų hidrolizė- negrįžtamas pirminės struktūros sunaikinimas rūgštiniame arba šarminiame tirpale, susidarant amino rūgštims. Tokiu būdu galite nustatyti kiekybinę baltymų sudėtį.
3. Kokybinės reakcijos:
Biureto reakcija- peptidinės jungties ir vario (II) druskų sąveika šarminiame tirpale. Reakcijai pasibaigus tirpalas nusidažo purpurine spalva.
ksantoproteinų reakcija- reaguojant su azoto rūgštimi, pastebima geltona spalva.
Biologinė baltymų reikšmė.
1. Baltymai yra statybinė medžiaga, iš jų gaminami raumenys, kaulai ir audiniai.
2. Baltymai – receptoriai. Jie perduoda ir priima signalus iš kaimyninių ląstelių iš aplinkos.
3. Baltymai atlieka svarbų vaidmenį organizmo imuninėje sistemoje.
4. Baltymai atlieka transportavimo funkcijas ir neša molekules ar jonus į sintezės ar kaupimosi vietą. (Hemoglobinas perneša deguonį į audinius.)
5. Baltymai – katalizatoriai – fermentai. Tai labai galingi selektyvūs katalizatoriai, kurie pagreitina reakcijas milijonus kartų.
Yra daugybė aminorūgščių, kurių organizmas negali susintetinti. nepakeičiamas, jie gaunami tik su maistu: tizinas, fenilalaninas, metininas, valinas, leucinas, triptofanas, izoleucinas, treoninas.
Baltymų hidrolizė (hidrolizė). yra baltymų molekulių grandinių suskaidymo į gabalus procesas.
Gauti fragmentai vadinami ir turi seriją naudingų savybių. Svarbiausia yra daug greitesnė absorbcija, palyginti su pradine molekule. Ideali baltymų hidrolizė yra baltymo molekulės suskaidymas į ją sudarančias aminorūgštis. Jie sudaro aminorūgščių kompleksų – efektyviausių vaistų tiekimo raumenų ląstelėms – pagrindą. Statybinė medžiaga. Tačiau ne visada prasminga atlikti visą hidrolizės ciklą. Norint pagerinti asimiliacijos greitį ir padidinti baltymų kiekį, pakanka atlikti dalinę baltymų hidrolizę. Dėl to pradinė molekulė skyla į kelių aminorūgščių grandines, kurios vadinamos di- ir tripeptidais.
Baltymų hidrolizės procesas
Dar XIX amžiaus pabaigoje mokslininkai nustatė, kad baltymai susideda iš mažesnių dalelių, vadinamų aminorūgštimis. Ir būtent nuo to laiko buvo pradėtos tirti tiek aminorūgštys, tiek jų išskyrimo iš baltymų struktūros metodai. Kuriuose aminorūgštys nesusijusios atsitiktinai, o yra tam tikroje DNR sekoje. Žmogaus organizmui ši seka nevaidina. Organizmui reikia tik aminorūgščių, kurias „išgauti“ yra virškinimo sistemos užduotis. Virškinimo procese organizmas suskaido baltymus į atskiras aminorūgštis, kurios patenka į kraują. Tačiau, priklausomai nuo šimtų veiksnių, virškinimo efektyvumas toli gražu nėra 100%. Pagal virškinimo procese pasisavintų medžiagų procentą, įvertinama produkto maistinė vertė. Hidrolizė gali labai padidinti baltymų maistinę vertę. Jis neprieštarauja tokiems baltymų gavimo procesams kaip. Hidrolizė – tai vienu ar kitu būdu jau išskirto baltymo antrinio perdirbimo procesas.
Hidrolizės žaliava jau iš dalies perdirbtas pienas. Paprastai imamas pigiausias pieno baltymas. Atsižvelgiant į tolesnį apdorojimą ir galutinį rezultatą, nėra prasmės naudoti brangesnių ingredientų, tokių kaip išrūgų baltymai ar izoliatas. Medicininiais tikslais gyvūnų kraujas taip pat gali būti naudojamas hidrolizei, tačiau jis netaikomas sporto pramonėje. Pagrindiniai pieno baltymų hidrolizės metodai yra rūgštinė hidrolizė ir fermentinė hidrolizė.
Rūgštinė hidrolizė
Šio proceso esmė – žaliavos apdorojimas tam tikromis rūgštimis. Apdoroti baltymai vandenilio chlorido rūgštis ir kaitinama iki maždaug 105-110 °C. Šioje būsenoje jis laikomas vieną dieną. Dėl to nutrūksta molekuliniai ryšiai, o baltymai skyla į atskiras aminorūgštis. Rūgštinė hidrolizė yra paprasčiausia ir pigiausia įgyvendinti. Tačiau jis kelia itin aukštus reikalavimus technologijų laikymuisi, o svarbiausia – reagentų dozių kokybei ir tikslumui. Netinkamų rūgščių arba netinkamų dozių naudojimas kartu su molekuliniais ryšiais gali sunaikinti pačias aminorūgštis. Dėl to galutinis produktas turės neišsamų aminorūgščių spektrą. O druskų ir rūgščių likučiai vargu ar turės teigiamos įtakos virškinimui.
Fermentinė (fermentinė) hidrolizė
Fermentinė baltymų hidrolizė šiek tiek pakartoja natūralų virškinimo procesą. Žaliava (dažniausiai –) sumaišoma su fermentais, kurie atlieka baltymų „virškinimą“ ir užtikrina jo skaidymą iki aminorūgščių. Ir būtent šis metodas dažniausiai naudojamas sporto industrijoje. Fermentinė (fermentinė) baltymų hidrolizė yra mažiau reikalaujanti technologijų požiūriu. Fermentų perteklių lengviau pašalinti ir jie nedaro tokios žalos kaip rūgštys.
Pirmajame fermentinės hidrolizės etape žaliava yra lengvai termiškai apdorojama. Dėl to baltymas iš dalies denatūruojamas (sunaikinamas). Po to gauta frakcija sumaišoma su fermentais, kurie užbaigia hidrolizės procesą.
Baltymų hidrolizės panaudojimas sportinėje mityboje
Baltymų hidrolizė yra tikras atradimas ir išsigelbėjimas pramonei. Jo dėka galite gauti ne tik grynų aminorūgščių kompleksų, bet ir žymiai padidinti įprastų baltymų bei geinerių efektyvumą. Daugelis netgi specialiai apdoroja atskirus preparatus fermentais. Dėl šios dalinės baltymo hidrolizės asimiliacijos greitis didėja. Taip pat išspręsta daug problemų, susijusių su individualiu pieno baltymų komponentų netoleravimu. Kai kuriuose produktuose netgi galite rasti paminėjimą, kad juose yra virškinimo fermentų. Kai kuriuose baltymuose tai yra įprasti virškinimo fermentai, kurie pradeda veikti tik skrandyje. O kai kuriose – tai fermentinės hidrolizės proceso liekanos. Bet kokiu atveju tokie baltymai pasisavinami daug greičiau ir geriau.
Teoriškai hidrolizuoto baltymo suvartojimas gali būti pakeistas paprasto baltymo vartojimu kartu su virškinimo fermentai(pvz., festal, mezim forte ir kt.). Bus daug pigiau. Tačiau atskiras pieno baltymų ir fermentų vartojimas nėra toks efektyvus. Niekada negalėsite tiksliai nustatyti teisingos fermentų dozės. Jų perteklius vargu ar bus naudingas jūsų organizmui. Trūkumas yra tas, kad baltymų hidrolizė bus tik dalinė.
Baltymų hidrolizės nauda ir žala
Baltymų hidrolizė naudojama šiais atvejais:
- Norėdami pagreitinti baltymų virškinimą
- Alerginių reakcijų mažinimui
- Norint gauti grynų amino rūgščių
Ypač atkreiptinas dėmesys į alerginių reakcijų problemas. Maisto alergijos mūsų laikais nėra retenybė, produktų ar atskirų jų komponentų netoleravimas pasireiškia gana reguliariai. Pavyzdys yra laktozės netoleravimas. Maisto alergija yra reakcija į tam tikrus maisto produktuose esančius baltymus. Hidrolizės metu šie baltymai suskaidomi į peptidus. Kurie yra tik baltymų fragmentai ir nebekelia alerginių reakcijų. Ypač verta atkreipti dėmesį į tai maistinę vertę gaunami mišiniai jokiu būdu nenusileidžia žaliavos maistinei vertei.
Iš hidrolizės trūkumų verta paminėti naudingų bakterijų sunaikinimą. Nepaisant to, kad daugelis įmonių teigia esantys bifidobakterijos, reikia būti objektyviems – hidrolizė jas sunaikina. O bifidobakterijų gali būti tik tada, kai jos patenka iš išorės. Tačiau jei kalbama apie sportinė mityba, tada pirmoje vietoje čia vis tiek yra gauto šlavimo maistinė vertė.