Was ist die Essenz der Proteindenaturierung? Denaturierung von Proteinen, Arten der Denaturierung

Denaturierung ist ein komplexer Prozess, bei dem es unter dem Einfluss äußerer Faktoren (Temperatur, mechanischer Stress, Einwirkung von Säuren, Laugen, Ultraschall usw.) zu einer Veränderung der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur des Proteinmakromoleküls kommt, d. h. , die natürliche (natürliche) räumliche Struktur. Die Primärstruktur und daher chemische Zusammensetzung Proteine verändern sich nicht.

Beim Kochen wird die Proteindenaturierung am häufigsten durch Hitze verursacht. Dieser Prozess läuft bei globulären und fibrillären Proteinen unterschiedlich ab.

Bei kugelförmigen Proteinen erhöht sich beim Erhitzen die thermische Bewegung der Polypeptidketten innerhalb der Kugel Wasserstoffbrücken, die sie in einer bestimmten Position hielten, werden gebrochen und die Polypeptidkette entfaltet sich und faltet sich dann auf neue Weise. In diesem Fall bewegen sich polare (geladene) hydrophile Gruppen, die sich auf der Oberfläche des Kügelchens befinden und für dessen Ladung und Stabilität sorgen, in das Kügelchen, und an seine Oberfläche gelangen reaktive hydrophobe Gruppen (Disulfid, Sulfhydryl usw.), die kein Wasser zurückhalten können .

Mit der Denaturierung gehen Veränderungen der wichtigsten Eigenschaften des Proteins einher:

Verlust einzelner Eigenschaften (z. B. Farbveränderung von Fleisch beim Erhitzen aufgrund der Denaturierung von Myoglobin);

Verlust der biologischen Aktivität (zum Beispiel enthalten Kartoffeln, Pilze, Äpfel und eine Reihe anderer Pflanzenprodukte Enzyme, die zu einer Verdunkelung führen; bei der Denaturierung verlieren Enzymproteine ihre Aktivität);

erhöhte Angriffsfähigkeit durch Verdauungsenzyme (in der Regel werden wärmebehandelte Lebensmittel, die Proteine enthalten, vollständiger und leichter verdaut);

Verlust der Fähigkeit zur Hydratation (Auflösen, Quellen);

Verlust der Stabilität von Proteinkügelchen, der mit ihrer Aggregation (Koagulation oder Koagulation des Proteins) einhergeht.

Unter Aggregation versteht man die Wechselwirkung denaturierter Proteinmoleküle, die mit der Bildung größerer Partikel einhergeht. Äußerlich äußert sich dies je nach Konzentration und kolloidalem Zustand der Proteine in Lösung unterschiedlich. So bildet das koagulierte Protein in niedrig konzentrierten Lösungen (bis zu 1 %) Flocken (Schaum auf der Oberfläche der Brühe). In konzentrierteren Proteinlösungen (z. B. Eiweiß) bildet sich durch Denaturierung ein kontinuierliches Gel, das das gesamte im Kolloidsystem enthaltene Wasser zurückhält.

Proteine, bei denen es sich um mehr oder weniger wässrige Gele handelt (Muskelproteine von Fleisch, Geflügel, Fisch; Proteine von Getreide, Hülsenfrüchten, Mehl nach der Hydratation usw.), werden bei der Denaturierung dichter und ihre Dehydrierung erfolgt unter Trennung von Flüssigkeit in Umfeld. Ein erhitztes Proteingel weist im Vergleich zum ursprünglichen Gel aus nativen (natürlichen) Proteinen in der Regel ein geringeres Volumen, Gewicht, eine höhere mechanische Festigkeit und Elastizität auf. Die Aggregationsgeschwindigkeit von Proteinsolen hängt vom pH-Wert des Mediums ab. Proteine sind in der Nähe des isoelektrischen Punktes weniger stabil.

Um die Qualität von Gerichten und kulinarischen Produkten zu verbessern, werden häufig gezielte Veränderungen der Reaktion der Umwelt eingesetzt. Also beim Marinieren von Fleisch, Geflügel, Fisch vor dem Braten; Zugabe von Zitronensäure oder trockenem Weißwein beim Pochieren von Fisch und Hühnchen; Durch die Verwendung von Tomatenpüree beim Schmoren von Fleisch usw. entsteht ein saures Milieu mit pH-Werten, die deutlich unter dem isoelektrischen Punkt der Produktproteine liegen. Durch die geringere Austrocknung der Proteine sind die Produkte saftiger.

Fibrilläre Proteine denaturieren anders: Die Bindungen, die die Helices ihrer Polypeptidketten hielten, werden aufgebrochen und die Proteinfibrille (der Strang) verkürzt sich. Dadurch werden die Proteine des Bindegewebes von Fleisch und Fisch denaturiert. Literatur

Es gibt 2 Arten der Denaturierung:

Reversible Denaturierung – Renaturierung oder Reaktivierung – ist ein Prozess, bei dem sich ein denaturiertes Protein nach Entfernung denaturierender Substanzen wieder selbst organisiert ursprüngliche Struktur mit Wiederherstellung der biologischen Aktivität.

Bei der irreversiblen Denaturierung handelt es sich um einen Prozess, bei dem die biologische Aktivität nach Entfernung der Denaturierungsmittel nicht wiederhergestellt wird.

Denaturierung wird also durch physikalische Faktoren verursacht: Temperatur, Druck, mechanische Einflüsse, Ultraschall und ionisierende Strahlung; chemische Faktoren: Säuren, Laugen, organische Lösungsmittel, Alkaloide, Salze von Schwermetallen.

Durch das Schlagen von Eiweiß und Sahne entsteht Schaum, der aus Luftblasen besteht, die von dünnen Proteinfilmen umgeben sind, deren Bildung mit der Entfaltung von Polypeptidketten durch das Aufbrechen von Bindungen unter mechanischer Einwirkung einhergeht. Daher kommt es bei der Filmbildung zu einer teilweisen oder vollständigen Denaturierung des Proteins. Diese Art der Denaturierung wird als Denaturierung von Oberflächenproteinen bezeichnet.

Für kulinarische Prozesse spezielle Bedeutung hat eine thermische Denaturierung von Proteinen. Der Mechanismus der thermischen Denaturierung von Proteinen kann am Beispiel globulärer Proteine betrachtet werden. Das Hauptmolekül eines globulären Proteins besteht aus einer oder mehreren Polypeptidketten, die zu Falten gefaltet sind und Knäuel bilden. Diese Struktur wird durch schwache Bindungen stabilisiert, unter denen Wasserstoffbrücken eine wichtige Rolle spielen und Querbrücken zwischen parallelen Peptidketten oder deren Falten bilden.

Wenn Proteine erhitzt werden, beginnt eine verstärkte Bewegung von Polypeptidketten oder -falten, was zum Aufbrechen fragiler Bindungen zwischen ihnen führt. Das Protein entfaltet sich und nimmt eine ungewöhnliche, unnatürliche Form an, Wasserstoff- und andere Bindungen werden an für ein bestimmtes Molekül ungewöhnlichen Stellen geknüpft und die Konfiguration des Moleküls ändert sich. Dadurch kommt es zu einer Entfaltung und Umordnung der Falten, begleitet von einer Umverteilung polarer und unpolarer Gruppen, und unpolare Radikale konzentrieren sich auf der Oberfläche der Kügelchen, wodurch deren Hydrophilie verringert wird. Bei der Denaturierung werden Proteine unlöslich und verlieren mehr oder weniger ihre Quellfähigkeit.

Bei längerer Wärmebehandlung unterliegen Proteine tiefgreifenderen Veränderungen, die mit der Zerstörung ihrer Makromoleküle einhergehen. Im ersten Stadium der Veränderungen können funktionelle Gruppen von Proteinmolekülen abgespalten werden, um flüchtige Verbindungen wie Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Phosphorwasserstoff, Kohlendioxid usw. Sie reichern sich im Produkt an und sind an der Geschmacks- und Aromabildung des Endprodukts beteiligt. Bei der weiteren hydrothermischen Behandlung werden die Proteine hydrolysiert und die primäre (Peptid-)Bindung unter Bildung löslicher stickstoffhaltiger Substanzen nicht-proteinischer Natur aufgebrochen (z. B. Übergang von Kollagen zu Glutin). Die Zerstörung von Proteinen kann eine gezielte Kochtechnik sein, die die Intensivierung fördert technologischer Prozess.

Denaturierung von Proteinen- Hierbei handelt es sich um eine Verletzung der natürlichen räumlichen Struktur eines Proteinmoleküls unter dem Einfluss verschiedener äußerer Einflüsse, begleitet von einer Veränderung ihrer physikalisch-chemischen und biologische Eigenschaften. Dabei werden die Sekundär- und Tertiärstrukturen des Proteinmoleküls zerstört, während die Primärstruktur in der Regel erhalten bleibt.

Proteindenaturierung tritt auf, wenn Lebensmittel unter dem Einfluss verschiedener Strahlungen, Säuren, Laugen, starker mechanischer Einflüsse und anderer Faktoren erhitzt und eingefroren werden.

Bei der Denaturierung von Proteinen kommt es zu folgenden wesentlichen Veränderungen:

Die Proteinlöslichkeit nimmt stark ab;

Biologische Aktivität, Hydratationsfähigkeit und Artenspezifität gehen verloren;

Verbessert die Angriffsfähigkeit durch proteolytische Enzyme;

Die Reaktivität von Proteinen nimmt zu;

Es kommt zur Aggregation von Proteinmolekülen;

Die Ladung eines Proteinmoleküls ist Null.

Der Verlust der biologischen Aktivität von Proteinen durch thermische Denaturierung führt zur Inaktivierung von Enzymen und zum Absterben von Mikroorganismen.

Als Folge des Verlusts der Speziesspezifität durch Proteine der Nährwert Produkt wird nicht reduziert.

Betrachten wir die häufigste thermische Denaturierung von Proteinmolekülen, die mit der Zerstörung schwacher Vernetzungen zwischen Polypeptidketten und der Schwächung hydrophober und anderer Wechselwirkungen zwischen Proteinketten einhergeht. Dadurch ändert sich die Konformation der Polypeptidketten im Proteinmolekül. Beispielsweise verändern fibrilläre Proteine ihre Elastizität; bei globulären Proteinen entfalten sich Proteinkügelchen und falten sich anschließend zu einem neuen Typ. Die starken (kovalenten) Bindungen des Proteinmoleküls werden nicht aufgebrochen. Globuläre Proteine verändern Löslichkeit, Viskosität, osmotische Eigenschaften und elektrophoretische Mobilität.

Jedes Protein hat eine spezifische Denaturierungstemperatur (t). Für Fischproteine t = 30 0C, Eiweiß t = 55 0C, Fleisch t = 55...60 0C usw.

Bei pH-Werten nahe dem isoelektrolytischen Punkt des Proteins erfolgt die Denaturierung bei einer niedrigeren Temperatur und geht mit einer maximalen Dehydratisierung des Proteins einher. Die Verschiebung des pH-Werts der Umgebung trägt dazu bei, die thermische Stabilität von Proteinen zu erhöhen.

Gezielte Veränderungen des pH-Wertes der Umgebung werden in der Technik häufig genutzt, um die Qualität von Gerichten zu verbessern. So werden beim Schmoren von Fleisch, Fisch vor dem Braten Marinieren, Säure, Wein oder andere saure Gewürze hinzugefügt, um ein saures Milieu mit pH-Werten zu schaffen, die unter dem isoelektrischen Punkt der Produktproteine liegen. Unter diesen Bedingungen wird die Austrocknung von Proteinen in den Produkten reduziert und das fertige Gericht wird saftiger.

Die Temperatur der Proteindenaturierung steigt in Gegenwart anderer, thermostabilerer Proteine und einiger Nicht-Protein-Substanzen wie Saccharose.

Die Denaturierung einiger Proteine kann ohne sichtbare Veränderungen in der Proteinlösung erfolgen (z. B. Milchkasein). Gekochte Lebensmittel können einige native, nicht denaturierte Proteine enthalten, darunter auch einige Enzyme.

Denaturierte Proteine sind in der Lage, miteinander zu interagieren. Bei der Aggregation werden aufgrund intermolekularer Bindungen zwischen denaturierten Proteinmolekülen sowohl starke, beispielsweise Disulfidbindungen, als auch schwache, beispielsweise Wasserstoffbindungen, gebildet.

Durch Aggregation entstehen größere Partikel. Wenn beispielsweise Milch gekocht wird, fallen denaturierte Lactoalbuminflocken aus und auf der Oberfläche von Fleisch- und Fischbrühen bilden sich Proteinflocken und Schaum.

Wenn Proteine in konzentrierteren Proteinlösungen denaturieren, führt ihre Aggregation zur Bildung eines Gels, das das gesamte im System enthaltene Wasser zurückhält.

Die wichtigsten denaturierenden Veränderungen in Muskelproteinen sind bei Erreichen von 65 °C abgeschlossen, wenn mehr als 90 % der Gesamtproteinmenge denaturiert sind. Bei t = 70 0C beginnt die Denaturierung von Myoglobin und Hämoglobin, begleitet von einer Schwächung der Bindung zwischen Globin und Häm, das sich dann abspaltet und bei Oxidation seine Farbe ändert, wodurch die Farbe des Fleisches bräunlich wird. grau.

Beim Erhitzen von Fleisch kommt es zu erheblichen Denaturierungsveränderungen der Bindegewebsproteine. Das Erhitzen von Kollagen in einer feuchten Umgebung auf t = 58...62 0C führt zu seiner „Verschweißung“, bei der ein Teil der Wasserstoffbrückenbindungen, die die Polypeptidketten in einer dreidimensionalen Struktur halten, geschwächt und aufgebrochen wird. In diesem Fall biegen und verdrehen sich die Polypeptidketten und es entstehen neue zufällige Wasserstoffbrückenbindungen zwischen ihnen. Dadurch verkürzen und verdicken sich die Kollagenfasern.

Durch thermische Denaturierung wird Kollagen elastischer und feuchtigkeitsabsorbierender und seine Festigkeit nimmt deutlich ab. Auch die Reaktivität von Kollagen nimmt zu und es wird für die Wirkung von Pepsin und Trypsin zugänglicher, was seine Verdaulichkeit erhöht. Alle diese Veränderungen sind umso größer, je höher die Temperatur und je länger die Erwärmung ist.

Denaturierung- bedeutsame Änderungen natürliche Eigenschaften Stoffe, die unter dem Einfluss chemischer oder physikalischer Einflüsse stehen. Der Begriff „Denaturierung“ wird üblicherweise für Proteine verwendet (siehe). Verletzung der natürlichen einzigartigen Struktur unter dem Einfluss erhöhter Temperaturen, hoch hydrostatischer Druck, Ultraschall, ionisierende Strahlung, plötzliche pH-Wert-Verschiebungen, Zugabe einiger Chemikalien. Substanzen, die platzen kovalente Bindungen(z. B. Harnstoff, Guanidinsalze, Trifluoressigsäure oder Trichloressigsäure) wird allgemein als „Proteindenaturierung“ bezeichnet. Das native Proteinmolekül zeichnet sich durch innere Ordnung aus, die durch ein System nichtkovalenter Bindungen zwischen zahlreichen Strukturelementen unterstützt wird. Bei D. ist diese Ordnung gestört. Kovalente (chemische) Bindungen im Proteinmolekül werden durch D. nicht beeinträchtigt und die Primärstruktur des Proteins bleibt erhalten. Strukturen höherer Ordnung – sekundär oder tertiär – werden vollständig oder weitgehend gestört. Eine Veränderung des nativen Zustands von Molekülen, ähnlich der D. von Proteinen, ist auch für Nukleinsäuren bekannt (siehe).

Biologisch aktive Proteine – Enzyme, Antikörper usw. – werden während D inaktiviert. Der Grund dafür ist, dass im D.-Prozess aktive Zentren gestört werden – genau organisierte Abschnitte von Proteinmolekülen, die direkt für die entsprechende Biolfunktion verantwortlich sind. Phys.-Chem. Die mit D. einhergehenden Veränderungen sind auch mit einer Verletzung der geordneten Struktur des Proteins verbunden. So kommt es bei D. zu einer Störung der helikalen Abschnitte der Polypeptidkette (in unterschiedlichem Ausmaß), was durch entsprechende spektropolarimetrische Verschiebungen erfasst wird. Der Übergang der Polypeptidkette eines Proteins von einem dicht gepackten Zustand in einen ungeordneten und mobilen Zustand führt zu einer Änderung der Viskosität und anderer hydrodynamischer Eigenschaften ihrer Lösungen. Im D.-Zustand nimmt die Gesamtreaktivität der Chemikalie zu, wenn die Polypeptidkette beweglicher wird. Gruppen nehmen zu. Nicht titrierbare (d. h. nicht reaktive) Sulfhydrylgruppen (SH-) und einige andere Gruppen, die in vielen nativen Proteinen vorhanden sind, werden normalerweise nach D titriert. Die Wechselwirkung von Proteinen mit bestimmten Farbstoffen nimmt durch D stark zu. Aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit und Erhöhung der Reaktivität verschiedener Chemikalien. Gruppen in D. Der Grad der Wechselwirkung zwischen einzelnen Proteinmolekülen nimmt stark zu. Im denaturierten Zustand aggregieren Proteine leicht, d. h. denaturierte Proteine fallen leicht aus, falten sich oder werden latinisiert. Um das Protein nach D. in gelöstem Zustand zu halten, ist es notwendig, solubilisierende Substanzen zu verwenden – Detergenzien (siehe), Harnstoff usw.

Die Freisetzung von Proteinen geht normalerweise mit einem deutlichen Anstieg des Wärmeinhalts und der Entropie einher (siehe Thermodynamik), obwohl diese Änderungen von den Umgebungsbedingungen abhängen. Im einfachsten Fall enthält das System für D. offenbar nur zwei Proteinformen – nativ und vollständig denaturiert. Mit fortschreitender Denaturierung geht das Protein von einer Form in eine andere über, ohne dass sich merklich Zwischenformen bilden, und daher erfolgt der gesamte Denaturierungsübergang des Proteinmoleküls als ein einziger Sprung. In anderen Fällen weist die Denaturierungskinetik auf die Bildung mehrerer relativ stabiler nicht-nativer Formen des Proteins während der Reaktion hin, was mit einem komplexeren Übergangsmuster vereinbar ist. Wenn jedoch während D. ein Proteinmolekül mehrere Konformationsumwandlungen durchläuft, dann ist jede von ihnen kooperativ, das heißt, sie umfasst eine große Anzahl voneinander abhängiger Reaktionen, die in der Bildung und dem Aufbrechen nichtkovalenter Bindungen bestehen.

In der Vergangenheit galt D. als irreversibler Prozess, als Übergang eines Proteins in einen Zustand mit einem Mindestmaß an freier Energie. Mittlerweile ist bekannt, dass D. reversibel ist.

Handbuch für Chemiker 21

Tatsächlich wird der Beginn der Irreversibilität, wie sich herausstellt, durch Begleitreaktionen erzeugt – Proteinaggregation, Oxidation von SH-Gruppen unter Bildung neuer Disulfidbindungen (S-S) usw. Wenn diese Reaktionen ausreichend ausgeschlossen sind, besteht die Tendenz dazu Die Rückkehr des Proteins in seinen ursprünglichen Zustand (Renaturierung) zeigt sich unmittelbar nach dem Ende der Wirkung des Denaturierungsmittels.

Wenn D. im Wesentlichen eine physische Person ist. Übergangsordnung - Störung, dann manifestiert sich die Biol-Renaturierung deutlich, die Besonderheit von Proteinen ist die Fähigkeit zur Selbstorganisation, der Weg des Schnitts wird durch die Struktur der Polypeptidkette, also die Erbinformation, bestimmt. In einer lebenden Zelle ist diese Information wahrscheinlich entscheidend für die Umwandlung einer zufälligen Polypeptidkette während oder nach ihrer Biosynthese am Ribosom in ein natives Proteinmolekül.

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V. A. Belitser.

Denaturierung von Proteinen

Denaturierung– Hierbei handelt es sich um eine Verletzung der natürlichen räumlichen Struktur eines Proteinmoleküls unter dem Einfluss äußerer Einflüsse.

Zu solchen äußeren Einflüssen zählen unter anderem Erhitzen (thermische Denaturierung); Schütteln, Schlagen und andere plötzliche mechanische Einwirkungen (Oberflächendenaturierung); hohe Konzentration an Wasserstoff- oder Hydroxylionen (saure oder alkalische Denaturierung); intensive Austrocknung beim Trocknen und Einfrieren von Produkten usw.

Für technologische Prozesse zur Herstellung von Produkten der Gemeinschaftsverpflegung das Größte praktische Bedeutung hat eine thermische Denaturierung von Proteinen. Beim Erhitzen von Proteinen nimmt die thermische Bewegung von Atomen und Polypeptidketten in Proteinmolekülen zu, wodurch die sogenannten schwachen Vernetzungen zwischen Polypeptidketten (z. B. Wasserstoff) zerstört werden und hydrophobe und andere Wechselwirkungen zwischen Seiten entstehen Ketten werden geschwächt. Dadurch ändert sich die Konformation der Polypeptidketten im Proteinmolekül. Bei globulären Proteinen entfalten sich Proteinkügelchen, gefolgt von der Faltung in einen neuen Typ; Starke (kovalente) Bindungen des Proteinmoleküls (Peptid, Disulfid) werden bei einer solchen Umlagerung nicht aufgebrochen. Die thermische Denaturierung des fibrillären Kollagenproteins kann in Form von Schmelzen, also als Folge der Zerstörung, dargestellt werden große Zahl Vernetzungen zwischen Polypeptidketten, seine fibrilläre Struktur verschwindet und Kollagenfasern verwandeln sich in eine feste glasige Masse.

Bei der molekularen Umlagerung von Proteinen während der Denaturierung spielt Wasser eine aktive Rolle, das an der Bildung einer neuen Konformationsstruktur des denaturierten Proteins beteiligt ist. Völlig wasserfreie, in kristalliner Form isolierte Proteine sind sehr stabil und denaturieren auch bei längerem Erhitzen auf Temperaturen von 100 °C oder höher nicht. Je höher die Hydratation von Proteinen und je geringer ihre Konzentration in Lösung, desto stärker ist die denaturierende Wirkung äußerer Einflüsse.

Mit der Denaturierung gehen Veränderungen der wichtigsten Eigenschaften des Proteins einher: Verlust der biologischen Aktivität, Speziesspezifität, Fähigkeit zur Hydratation (Auflösen, Quellen); verbesserte Angriffsfähigkeit durch proteolytische Enzyme (einschließlich Verdauungsenzyme); Zunahme Reaktivität Proteine; Aggregation von Proteinmolekülen.

Der Verlust der biologischen Aktivität von Proteinen infolge ihrer thermischen Denaturierung führt zur Inaktivierung von Enzymen, die in pflanzlichen und tierischen Zellen enthalten sind, sowie zum Absterben von Mikroorganismen, die bei deren Herstellung, Transport und Lagerung in Produkte gelangen. Generell wird dieser Prozess positiv bewertet, da das fertige Produkt ohne erneute Kontamination mit Mikroorganismen relativ lange lagerfähig (gekühlt oder gefroren) ist.

Durch den Verlust der Speziesspezifität durch Proteine nimmt der Nährwert des Produkts nicht ab. In manchen Fällen wird diese Eigenschaft von Proteinen zur Steuerung des technologischen Prozesses genutzt. Beispielsweise lässt sich anhand der Farbveränderung des Fleischchromoproteins Myoglobin von Rot nach Hellbraun beurteilen, ob die meisten Fleischgerichte kulinarisch verwertbar sind.

Der Verlust der Hydratationsfähigkeit von Proteinen erklärt sich dadurch, dass bei einer Konformationsänderung von Polypeptidketten hydrophobe Gruppen auf der Oberfläche von Proteinmolekülen erscheinen und hydrophile durch die Bildung intramolekularer Bindungen blockiert werden.

Die Verbesserung der Hydrolyse von denaturiertem Protein durch proteolytische Enzyme und die Erhöhung seiner Empfindlichkeit gegenüber vielen chemischen Reagenzien erklärt sich aus der Tatsache, dass im nativen Protein die Peptidgruppen und viele funktionelle (reaktive) Gruppen durch eine äußere Hydratationshülle abgeschirmt oder lokalisiert sind innerhalb der Proteinkügelchen und somit vor äußeren Einflüssen geschützt.

Bei der Denaturierung erscheinen diese Gruppen auf der Oberfläche des Proteinmoleküls.

Anhäufung - Dies ist die Wechselwirkung denaturierter Proteinmoleküle, wodurch intermolekulare Bindungen entstehen, sowohl starke, beispielsweise Disulfidbindungen, als auch zahlreiche schwache.

Eine Folge der Aggregation von Proteinmolekülen ist die Bildung größerer Partikel. Die Folgen einer weiteren Aggregation von Proteinpartikeln variieren je nach Proteinkonzentration in der Lösung. In niedrig konzentrierten Lösungen bilden sich Proteinflocken, die ausfallen oder an der Flüssigkeitsoberfläche schwimmen (häufig unter Schaumbildung). Beispiele für diese Art der Aggregation sind die Ausfällung von denaturierten Lactoalbuminflocken (beim Kochen von Milch), die Bildung von Proteinflocken und Schaum auf der Oberfläche von Fleisch- und Fischbrühen. Die Proteinkonzentration in diesen Lösungen überschreitet nicht 1 %.

Wenn Proteine in konzentrierteren Proteinlösungen denaturieren, entsteht durch ihre Aggregation ein kontinuierliches Gelee, das das gesamte im System enthaltene Wasser zurückhält. Diese Art der Proteinaggregation wird bei der Wärmebehandlung von Fleisch, Fisch, Eiern und verschiedenen darauf basierenden Mischungen beobachtet. Die optimale Proteinkonzentration, bei der Proteinlösungen unter Erhitzungsbedingungen ein kontinuierliches Gel bilden, ist unbekannt. Berücksichtigt man, dass die Fähigkeit von Proteinen zur Gelbildung von der Konfiguration (Asymmetrie) der Moleküle abhängt, muss davon ausgegangen werden, dass die angegebenen Konzentrationsgrenzen für verschiedene Proteine unterschiedlich sind.

Proteine im Zustand mehr oder weniger wassergesättigter Gelees werden bei der thermischen Denaturierung dichter, d.h. Dehydrierung erfolgt durch die Freisetzung von Flüssigkeit in die Umgebung. Erhitztes Gelee weist im Vergleich zum ursprünglichen Gelee aus nativen Proteinen in der Regel ein geringeres Volumen, Gewicht, Plastizität sowie eine erhöhte mechanische Festigkeit und größere Elastizität auf. Diese Veränderungen sind auch eine Folge der Aggregation denaturierter Proteinmoleküle. Die rheologischen Eigenschaften solcher kompaktierter Gelees hängen von der Temperatur, dem pH-Wert des Mediums und der Erhitzungsdauer ab.

Bei der Wärmebehandlung von Fleisch, Fisch, Kochhülsenfrüchten und Backteigprodukten kommt es zur Denaturierung von Proteinen in Gelees, begleitet von deren Verdichtung und Wasserabscheidung.

Jedes Protein hat eine spezifische Denaturierungstemperatur. In Lebensmitteln und Halbfabrikaten wird üblicherweise das niedrigste Temperaturniveau festgestellt, bei dem sichtbare Denaturierungsveränderungen in den labilsten Proteinen beginnen. Bei Fischproteinen liegt diese Temperatur beispielsweise bei etwa 30 °C, bei Eiweiß bei 55 °C.

Bei pH-Werten nahe dem isoelektrischen Punkt des Proteins erfolgt die Denaturierung bei einer niedrigeren Temperatur und geht mit einer maximalen Dehydrierung des Proteins einher. Eine Verschiebung des pH-Werts des Mediums vom isoelektrischen Punkt des Proteins zur einen oder anderen Seite trägt dazu bei, seine thermische Stabilität zu erhöhen. So denaturiert aus Fischmuskelgewebe isoliertes Globulin

Was ist Proteindenaturierung?

So werden beim Pochieren von Geflügel, Fisch, Schmoren von Fleisch, beim Marinieren von Fleisch und Fisch vor dem Braten Säure, Wein oder andere saure Gewürze zugesetzt, um ein saures Milieu zu schaffen, dessen pH-Werte deutlich unter dem isoelektrischen Punkt der Produktproteine liegen. Unter diesen Bedingungen wird die Austrocknung der Proteine in den Gelees verringert und das Endprodukt ist saftiger.

In einer sauren Umgebung quillt das Kollagen von Fleisch und Fisch, seine Denaturierungstemperatur sinkt und der Übergang zu Glutin wird beschleunigt, was zu einem zarteren Endprodukt führt.

Die Temperatur der Proteindenaturierung steigt in Gegenwart anderer, thermostabilerer Proteine und einiger Nicht-Protein-Substanzen wie Saccharose. Diese Eigenschaft von Proteinen wird genutzt, wenn es während der Wärmebehandlung erforderlich wird, die Temperatur der Mischung zu erhöhen (z. B. zum Zweck der Pasteurisierung), um eine Denaturierung von Proteinen zu verhindern. Die thermische Denaturierung einiger Proteine kann ohne sichtbare Veränderungen in der Proteinlösung erfolgen, wie dies beispielsweise bei Milchkasein beobachtet wird.

Gekochte Lebensmittel können größere oder geringere Mengen an nativen, nicht denaturierten Proteinen, einschließlich einiger Enzyme, enthalten.

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MEHR SEHEN:

Labilität der räumlichen Struktur von Proteinen und deren Denaturierung. Faktoren, die eine Denaturierung verursachen.

Unter Proteinlabilität versteht man die Tendenz zu kleinen Konformationsänderungen aufgrund des Aufbrechens einiger und der Bildung anderer schwacher Bindungen. Die Konformation eines Proteins kann sich durch Änderungen der chemischen und chemischen Struktur ändern physikalische Eigenschaften Umwelt sowie während der Wechselwirkung von Protein mit anderen Molekülen. In diesem Fall ändert sich nicht nur die räumliche Struktur des Bereichs, der mit einem anderen Molekül in Kontakt steht, sondern auch die Konformation als Ganzes.

Denaturierung ist der Verlust der nativen Konformation eines Proteins mit dem Verlust einer spezifischen Proteinfunktion. Dies geschieht, wenn zahlreiche, aber schwache Bindungen in einem Proteinmolekül unter dem Einfluss verschiedener Faktoren aufgebrochen werden. JEDOCH! Bei der Denaturierung werden Peptidbindungen nicht aufgebrochen, die Primärstruktur WIRD... LEBEN...

Welche Faktoren können ein Protein denaturieren? Zahlreiche.
1. Hohe Temperatur, mehr als 50 Grad Celsius. Die thermische Bewegung nimmt zu, Bindungen werden aufgebrochen.
2. Intensives Schütteln der Lösung, wenn Kontakt mit der Luft auftritt und eine Änderung der Konformation von Molekülen auftritt.
3. Organisches Material(Ethylalkohol, Phenol usw.) sind in der Lage, mit den funktionellen Gruppen von Aminosäuren zu interagieren, was zu einer Konformationsänderung führt.
3. Säuren Und Alkalien Veränderungen im pH-Wert des Mediums führen zu einer Umverteilung der Bindungen im Protein.
4. Salze von Schwermetallen, bilden starke Bindungen mit funktionellen Gruppen und verändern Aktivität und Konformation.
5. Reinigungsmittel(Seife) – enthält einen hydrophoben Kohlenwasserstoffrest und hydrophile Funktionalität. Gruppe. Die hydrophoben Bereiche des Proteins und des Detergens finden zueinander komplexe Welt Lösung und verändern die Konformation des Proteins, setzen sich jedoch nicht ab, da sie durch die hydrophilen Bereiche des Detergens an der Oberfläche gehalten werden.

14. Chaperone sind eine Klasse von Proteinen, die andere Proteine unter zellulären Bedingungen vor Denaturierung schützen und die Bildung ihrer nativen Konformation erleichtern.

Begleitpersonen- Proteine, die in der Lage sind, sich an andere Proteine zu binden, die sich in einem instabilen Zustand befinden und zur Aggregation neigen. Sie sind in der Lage, ihre Konformation sicherzustellen und so die Proteinfaltung sicherzustellen.

Sie werden wie folgt eingeteilt – nach Molekulargewicht in 6 Hauptgruppen:
1. hochmolekular mit einem Molekulargewicht von 100 bis 110 kDa.
2.

Denaturierung von Proteinen

Sh-90, von 83 bis 90 kD.
3. Sh-70, von 66 bis 78 kD.
4. Ø-60.
5. Ø-40.
6. Chaperone mit niedrigem Molekulargewicht von 15 bis 30 kDa.

Zu den Begleitpersonen gehören:
1. Konstitutiv, ihre Zahl ist in der Zelle konstant, unabhängig von äußeren Einflüssen auf sie.
2. Induzierbar, Hitzeschockproteine, deren schnelle Synthese in fast allen Zellen beobachtet wird, die jeglichem Stress ausgesetzt sind.

Der Chaperonkomplex hat eine hohe Affinität zu Proteinen, auf deren Oberfläche sich Elemente befinden, die für ungefaltete Moleküle charakteristisch sind. Im Hohlraum des Chaperonkomplexes angekommen, bindet das Protein an hydrophobe Radikale der apikalen Abschnitte von Sh-60. In der spezifischen Umgebung dieses Hohlraums wird nach den möglichen Proteinkonformationen gesucht, bis eine einzige, energetisch günstigste Konformation gefunden wird.

15. Vielfalt der Proteine. Kugelförmige und fibrilläre Proteine, einfach und komplex. Klassifizierung von Proteinen nach ihrer biologische Funktionen und nach Familie: (Serinproteasen, Immunglobuline).

KLASSIFIZIERUNG VON PROTEINEN NACH DER FORM DER MOLEKÜLE

Dies ist eine der ältesten Klassifikationen, die Proteine in zwei Gruppen einteilt: kugelförmig Und fibrillär. Zu den globulären Proteinen zählen Proteine, deren Verhältnis von Längs- und Querachse 1:10 nicht überschreitet und häufiger 1:3 oder 1:4 beträgt, d. h. Das Proteinmolekül hat die Form einer Ellipse. Die meisten einzelnen menschlichen Proteine werden als globuläre Proteine klassifiziert. Sie haben eine kompakte Struktur und viele von ihnen sind aufgrund der Entfernung hydrophober Radikale innerhalb des Moleküls gut wasserlöslich. Anschauliche Beispiele die Struktur und Funktion der oben diskutierten globulären Proteine – Myoglobin und Hämoglobine.

Fibrillär Proteine haben eine längliche, fadenförmige Struktur, bei der das Verhältnis von Längs- und Querachse mehr als 1:10 beträgt. Zu den fibrillären Proteinen gehören Kollagene, Elastin und Keratin, die im menschlichen Körper Funktionen erfüllen strukturelle Funktion sowie Myosin, das daran beteiligt ist Muskelkontraktion und Fibrin ist ein Protein des Blutgerinnungssystems. Betrachten wir am Beispiel von Kollagen und Elastin die Strukturmerkmale dieser Proteine und den Zusammenhang zwischen ihrer Struktur und Funktion.

KLASSIFIZIERUNG VON PROTEINEN NACH CHEMISCHER STRUKTUR

Einfache Proteine

Einige Proteine enthalten nur Polypeptidketten, die aus Aminosäureresten bestehen. Sie werden „einfache Proteine“ genannt. Ein Beispiel für einfache Proteine sind die grundlegenden Chromatinproteine, Histone; Sie enthalten viele Aminosäurereste von Lysin und Arginin, deren Reste positiv geladen sind. Das oben diskutierte interzelluläre Matrixprotein Elastin wird ebenfalls zu den einfachen Proteinen gezählt.

Komplexe Proteine

Allerdings enthalten neben Polypeptidketten auch viele Proteine enthält einen Nicht-Protein-Anteil durch schwache oder kovalente Bindungen an ein Protein gebunden. Der Nicht-Protein-Anteil kann durch Metallionen, beliebige organische Moleküle mit niedrigem oder hohem Gehalt dargestellt werden Molekulargewicht. Solche Proteine werden „komplexe Proteine“ genannt. Der fest an das Protein gebundene Nicht-Protein-Teil wird als prothetische Gruppe bezeichnet..

Die prothetische Gruppe kann durch Substanzen unterschiedlicher Natur repräsentiert werden. Beispielsweise werden mit Häm verbundene Proteine Hämoproteine genannt. Die Zusammensetzung von Hämoproteinen umfasst neben den oben bereits diskutierten Hämoglobin- und Myoglobinproteinen auch Enzyme – Cytochrome, Katalase und Peroxidase. Häm, das an verschiedene Proteinstrukturen gebunden ist, erfüllt für jedes Protein charakteristische Funktionen (z. B. überträgt es in der Zusammensetzung von Hämoglobin O2 und in der Zusammensetzung von Cytochromen überträgt es Elektronen).

Proteine, die mit einem Phosphorsäurerest verbunden sind, werden Phosphoproteine genannt. Phosphorreste werden unter Beteiligung von Enzymen, sogenannten Proteinkinasen, über Esterbindungen an die Hydroxylgruppen von Serin, Threonin oder Tyrosin gebunden.

Proteine enthalten häufig Kohlenhydratreste, die Proteinen zusätzliche Spezifität verleihen und häufig die Geschwindigkeit ihrer enzymatischen Proteolyse verringern. Solche Proteine werden Glykoproteine genannt. Viele Blutproteine sowie Zelloberflächenrezeptorproteine werden als Glykoproteine klassifiziert.

Proteine, die im Komplex mit Lipiden funktionieren, werden Lipoproteine genannt, und im Komplex mit Metallen werden sie Metalloproteine genannt.

KLASSIFIZIERUNG VON PROTEINEN

NACH FUNKTION

Denaturierung und Renaturierung von Proteinen

Die Zerstörung der nativen Konformation geht mit einem Verlust der Proteinfunktion einher, d. h. führt zum Verlust seiner biologischen Aktivität. Dieser Vorgang wird Denaturierung genannt. Denaturierung tritt auf, wenn die schwachen Bindungen, die für die Bildung der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur des Proteins verantwortlich sind, aufgebrochen werden. Die meisten Proteine verlusten ihre biologische Aktivität, wenn sich die Eigenschaften der Umgebung unter dem Einfluss starker Faktoren ändern: in Gegenwart von Mineralsäuren, Basen, beim Erhitzen, unter dem Einfluss von Salzen von Schwermetallen (Ag, Pb, Hg), organischen Lösungsmitteln , Detergenzien (amphiphile Verbindungen).

Bei den meisten Proteinen geht die Denaturierung mit einem irreversiblen Verlust ihrer biologischen Aktivität einher. Es sind jedoch Beispiele für eine Renaturierung bzw. reversible Denaturierung bekannt, beispielsweise für das Enzym Ribonuklease. Ribonuklease, ein globuläres Protein, das bei Verarbeitung aus einer Polypeptidkette besteht β- Mercaptoethanol wird denaturiert und verliert enzymatische Aktivität, die Kugel löst sich auf. Wenn Denaturierungsmittel aus dem Medium entfernt werden (durch Dialyse), wird die katalytische Aktivität der Ribonuklease wiederhergestellt, d. h. es kommt zu einer Renaturierung oder Renativierung des Proteins. Dies bedeutet, dass die Ribonuklease aus vielen möglichen Bindungskombinationen spontan genau eine Option wiederherstellt, wodurch sie in eine biologisch aktive Konformation zurückgeführt wird.

Chaperonschutz von Proteinen in vivo

In der zellulären Umgebung Proteinmoleküle kann instabile Konformationen aufweisen, befindet sich in einem instabilen Zustand und ist anfällig für Aggregation und Denaturierung. Die Renaturierung von Proteinen unter zellulären Bedingungen ist schwierig. Aber im Körper gibt es spezielle Proteine, Chaperone, die in der Lage sind, den Zustand instabiler Proteine zu stabilisieren, die natürliche Konformation wiederherzustellen und Proteine vor den schädlichen Auswirkungen von Stresssituationen zu schützen.

Anweisungen zum Begleitschutz

Schutz von Proteinsyntheseprozessen und Bildung einer dreidimensionalen biologisch aktiven Konformation.

Die räumliche Struktur des Proteins (sekundär und tertiär) entsteht während des Translationsprozesses (Proteinsynthese), wenn die Polypeptidkette wächst. Allerdings ist in einer zellulären Umgebung mit einer hohen Konzentration an reaktiven Biomolekülen eine unabhängige räumliche Anordnung der Polypeptidkette schwierig.

Die Wahl der nativen Konformation des synthetisierten Proteins ist gewährleistet Chaperon-Proteine.

Im Stadium der Synthese binden Chaperone-70 (mit einem Molekulargewicht von etwa 70 kDa) mit ihren hydrophoben Aminosäureresten an die hydrophoben Bereiche der wachsenden Proteinkette und schützen sie so vor äußeren Wechselwirkungen.

Die letzte Stufe der Bildung einer dreidimensionalen räumlichen Struktur, d. h. die Faltung eines hochmolekularen Proteins, findet im Inneren eines Chaperon-Komplexes statt, der aus 14 Chaperon-Proteinmolekülen besteht – 60, wo, isoliert von anderen Molekülen der zellulären Umgebung, Das Protein findet seine einzige, stabilste Konformation vor, die biologische Aktivität aufweist.

Renaturierung, Wiederherstellung der nativen Konformation von Proteinen.

Es ist bekannt, dass in einer zellulären Umgebung die Denaturierung von Proteinmolekülen mit geringer Geschwindigkeit erfolgen kann. Die Rückkehr des aktiven Konformationszustands von Proteinen, d. h. ihre Renaturierung, in der Zelle wird durch die Tatsache erschwert, dass denaturierte Moleküle entfaltete Polypeptidketten sowie freigelegte hydrophobe und andere reaktive Stellen aufweisen, die Bindungen mit anderen Molekülen eingehen, was die Rückkehr erschwert zur richtigen räumlichen Struktur.

Chaperone-60 helfen dabei, die native Struktur eines teilweise beschädigten Proteins wiederherzustellen, das in den Hohlraum des Chaperonkomplexes gelangt, wo keine Faktoren die Reaktivierung beeinträchtigen. Nach Wiederherstellung einer thermodynamisch günstigen Konformation kehrt das Protein in das Zytosol zurück.

Schutz von Proteinen vor schädlichen Faktoren.

Dieser Schutz wird durch eine spezielle Gruppe von Chaperonen gewährleistet, die als induzierbare Chaperone bezeichnet werden, d. h. ihre Synthese ist unter normalen Bedingungen unbedeutend, aber wenn sie übermäßigen Faktoren im Körper ausgesetzt wird, nimmt sie stark zu. Diese Gruppe von Chaperonen wird klassifiziert als Hitzeschockproteine, weil sie erstmals in Zellen entdeckt wurden, nachdem sie hohen Temperaturen ausgesetzt waren. Hitzeschockproteine schützen durch den Kontakt mit den Zellen unseres Körpers diese und verhindern einen weiteren Abbau unter dem Einfluss von hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, ultravioletter Strahlung, bei einer starken Änderung des pH-Werts, der Stoffkonzentration, bei der Einwirkung von Toxinen und Schwermetallen , bei Vergiftungen mit chemischen Reagenzien, bei Hypoxie, bei Infektionen und anderen Stresssituationen.

Störungen der Proteinfaltung kann schwerwiegende klinische Folgen haben. Prionen sind Proteine, die als Matrix für die Störung der Faltung der zelleigenen PrPc-Proteine dienen. Das Ergebnis ist eine Form des PrPSc-Proteins, die einen großen Anteil an β-Struktur enthält, in der Lage ist, große Aggregate zu bilden, und resistent gegen proteolytischen Abbau ist.

Prionenerkrankungen können mit einer Infektion (Rinderwahnsinn, Scrapie, Kuru-Krankheit) oder einer Mutation (Creutzfeldt-Jakob-Krankheit) beginnen.

Proteinklassifizierung

Nach Zusammensetzung:

Eichhörnchen

Einfach komplex

Aminosäuren und Nicht-Protein-Komponente

Der Nicht-Protein-Anteil komplexer Proteine kann durch verschiedene Stoffe repräsentiert werden.

Eigenschaften denaturierter Proteine, Arten der Denaturierung

Denaturierung ist der Vorgang des Brechens höhere Stufen Organisation eines Proteinmoleküls (sekundär, tertiär, quartär) unter dem Einfluss verschiedener Faktoren.

In diesem Fall entfaltet sich die Polypeptidkette und liegt in entfalteter Form oder in Form einer Zufallsspirale in Lösung.

Bei der Denaturierung geht die Hydratationshülle verloren und das Protein fällt aus und verliert gleichzeitig seine nativen Eigenschaften.

Denaturierung wird durch physikalische Faktoren verursacht: Temperatur, Druck, mechanische Belastung, Ultraschall und ionisierende Strahlung; chemische Faktoren: Säuren, Laugen, organische Lösungsmittel, Alkaloide, Salze von Schwermetallen.

Es gibt 2 Arten der Denaturierung:

Bei der reversiblen Denaturierung – Renaturierung oder Reaktivierung – handelt es sich um einen Prozess, bei dem sich ein denaturiertes Protein nach der Entfernung denaturierender Substanzen wieder selbst in seine ursprüngliche Struktur organisiert und dabei die biologische Aktivität wiederherstellt.
Bei der irreversiblen Denaturierung handelt es sich um einen Prozess, bei dem die biologische Aktivität nach Entfernung der Denaturierungsmittel nicht wiederhergestellt wird.

Eigenschaften denaturierter Proteine.

1. Eine Erhöhung der Anzahl reaktiver oder funktioneller Gruppen im Vergleich zum nativen Proteinmolekül (dies sind die Gruppen COOH, NH2, SH, OH, Gruppen von Nebenradikalen von Aminosäuren).

2. Reduzierte Löslichkeit und Ausfällung des Proteins (verbunden mit dem Verlust der Hydratationshülle), Entfaltung des Proteinmoleküls mit „Erkennung“ hydrophober Radikale und Neutralisierung der Ladungen polarer Gruppen.

3. Änderung der Konfiguration des Proteinmoleküls.

4. Verlust der biologischen Aktivität durch Störung native Struktur.

5. Leichtere Spaltung durch proteolytische Enzyme im Vergleich zum nativen Protein – der Übergang der kompakten nativen Struktur in eine ausgedehnte lockere Form erleichtert den Zugang von Enzymen zu den Peptidbindungen des Proteins, die sie zerstören.

Enzymatische Hydrolysemethoden basieren auf der selektiven Wirkung proteolytischer Enzyme, die Peptidbindungen zwischen bestimmten Aminosäuren spalten.

Pepsin spaltet Bindungen, die durch Phenylalanin-, Tyrosin- und Glutaminsäurereste gebildet werden.

Trypsin löst die Bindungen zwischen Arginin und Lysin auf.

Chymotrypsin hydrolysiert die Bindungen von Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin.

Hydrophobe Wechselwirkungen sowie Ionen- und Wasserstoffbindungen sind schwach, da ihre Energie nur geringfügig höher ist als die Energie der thermischen Bewegung von Atomen bei Raumtemperatur (d. h. Bindungen können auch bei dieser Temperatur aufgebrochen werden).

Die Aufrechterhaltung der charakteristischen Konformation eines Proteins ist aufgrund der Entstehung vieler schwacher Bindungen zwischen verschiedenen Teilen der Polypeptidkette möglich.

Allerdings bestehen Proteine aus einer Vielzahl von Atomen in ständiger (Brownscher) Bewegung, was zu kleinen Bewegungen einzelner Abschnitte der Polypeptidkette führt, die normalerweise nicht stören allgemeine Struktur Protein und seine Funktionen. Folglich weisen Proteine eine Konformationslabilität auf – eine Tendenz zu kleinen Konformationsänderungen aufgrund des Aufbrechens einiger und der Bildung anderer schwacher Bindungen. Die Konformation eines Proteins kann sich durch Änderungen der chemischen und chemischen Struktur ändern physikalische Mittel Umwelt sowie während der Wechselwirkung von Protein mit anderen Molekülen. In diesem Fall verändert sich nicht nur die räumliche Struktur des Bereichs, der mit einem anderen Molekül in Kontakt steht, sondern auch die Konformation des Proteins als Ganzes. Konformationsänderungen spielen eine große Rolle bei der Funktion von Proteinen in einer lebenden Zelle.

Denaturierung– Hierbei handelt es sich um eine Verletzung der natürlichen räumlichen Struktur eines Proteinmoleküls unter dem Einfluss äußerer Einflüsse.

Für technologische Prozesse bei der Herstellung von Produkten der Gemeinschaftsverpflegung ist die thermische Denaturierung von Proteinen von größter praktischer Bedeutung. Beim Erhitzen von Proteinen nimmt die thermische Bewegung von Atomen und Polypeptidketten in Proteinmolekülen zu, wodurch die sogenannten schwachen Vernetzungen zwischen Polypeptidketten (z. B. Wasserstoff) zerstört werden und hydrophobe und andere Wechselwirkungen zwischen Seiten entstehen Ketten werden geschwächt. Dadurch ändert sich die Konformation der Polypeptidketten im Proteinmolekül. Bei globulären Proteinen entfalten sich Proteinkügelchen, gefolgt von der Faltung in einen neuen Typ; Starke (kovalente) Bindungen des Proteinmoleküls (Peptid, Disulfid) werden bei einer solchen Umlagerung nicht aufgebrochen. Die thermische Denaturierung des fibrillären Kollagenproteins kann in Form eines Schmelzens dargestellt werden, da durch die Zerstörung einer großen Anzahl von Vernetzungen zwischen Polypeptidketten seine fibrilläre Struktur verschwindet und Kollagenfasern zu einer festen glasigen Masse werden.

Mit der Denaturierung gehen Veränderungen der wichtigsten Eigenschaften des Proteins einher: Verlust der biologischen Aktivität, Speziesspezifität, Fähigkeit zur Hydratation (Auflösen, Quellen); verbesserte Angriffsfähigkeit durch proteolytische Enzyme (einschließlich Verdauungsenzyme); Erhöhung der Reaktivität von Proteinen; Aggregation von Proteinmolekülen.

Bei der Denaturierung erscheinen diese Gruppen auf der Oberfläche des Proteinmoleküls.

Bei der Wärmebehandlung von Fleisch, Fisch, Kochhülsenfrüchten und Backteigprodukten kommt es zur Denaturierung von Proteinen in Gelees, begleitet von deren Verdichtung und Wasserabscheidung.

Die Reaktion der Umgebung beeinflusst auch den Grad der Dehydrierung von Proteinen in Gelees während der Wärmebehandlung von Produkten. Gezielte Veränderungen der Reaktion der Umwelt werden in der Technik häufig genutzt, um die Qualität von Gerichten zu verbessern. So werden beim Pochieren von Geflügel, Fisch, Schmoren von Fleisch, beim Marinieren von Fleisch und Fisch vor dem Braten Säure, Wein oder andere saure Gewürze zugesetzt, um ein saures Milieu zu schaffen, dessen pH-Werte deutlich unter dem isoelektrischen Punkt der Produktproteine liegen. Unter diesen Bedingungen wird die Austrocknung der Proteine in den Gelees verringert und das Endprodukt ist saftiger.

In einer sauren Umgebung quillt das Kollagen von Fleisch und Fisch, seine Denaturierungstemperatur sinkt und der Übergang zu Glutin wird beschleunigt, was zu einem zarteren Endprodukt führt.

Gekochte Lebensmittel können größere oder geringere Mengen an nativen, nicht denaturierten Proteinen, einschließlich einiger Enzyme, enthalten.

Die Denaturierung von Proteinen ist ein Prozess, der mit der Zerstörung der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen des Moleküls unter dem Einfluss verschiedener Faktoren einhergeht.

Prozessmerkmale

Damit einher geht die Entfaltung einer Polypeptidbindung, die in Lösung zunächst in Form einer zufälligen Knäuelform vorliegt.

Der Prozess der Proteindenaturierung geht mit dem Verlust der Hydratationshülle, der Ausfällung des Proteins und dem Verlust seiner natürlichen Eigenschaften einher.

Unter den Hauptfaktoren, die den Denaturierungsprozess auslösen, heben wir physikalische Parameter hervor: Druck, Temperatur, mechanische Einwirkung, ionisierende Strahlung und Ultraschallstrahlung.

Die Denaturierung von Proteinen erfolgt unter dem Einfluss organischer Lösungsmittel, Mineralsäuren, Laugen, Schwermetallsalze und Alkaloide.

Arten

In der Biologie gibt es zwei Arten der Denaturierung:

Bei der reversiblen Proteindenaturierung (Renaturierung) handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein denaturiertes Protein nach Entfernung aller denaturierenden Substanzen wieder in seine ursprüngliche Struktur zurückversetzt wird. In diesem Fall kehrt die biologische Aktivität vollständig zurück.
Bei der irreversiblen Denaturierung kommt es zur vollständigen Zerstörung des Moleküls; selbst nach Entfernung der denaturierenden Reagenzien aus der Lösung kehrt die physiologische Aktivität nicht zurück.

Merkmale denaturierter Proteine

Nach der Proteindenaturierung erhält es bestimmte Eigenschaften:

Im Vergleich zum nativen Proteinmolekül nimmt die Anzahl der funktionellen oder reaktiven Gruppen im Molekül zu.
Die Löslichkeit und Ausfällung von Proteinen nimmt ab, was durch den Verlust von Proteinen begünstigt wird Wasserschale. Die Struktur entfaltet sich, hydrophobe Radikale erscheinen und es wird eine Neutralisierung der Ladungen polarer Fragmente beobachtet.
Die Konfiguration des Proteinmoleküls ändert sich.
Die biologische Aktivität geht verloren, der Grund dafür ist eine Verletzung der nativen Struktur.

Folgen

Nach der Denaturierung geht die native Kompaktstruktur in eine lockere, expandierte Form über und das Eindringen der zur Zerstörung notwendigen Enzyme in die Peptidbindungen wird erleichtert.

Die Konformation von Proteinmolekülen wird durch die Bildung einer ausreichenden Anzahl von Bindungen zwischen verschiedenen Teilen einer bestimmten Polypeptidkette bestimmt.

Proteine, die aus einer ausreichenden Anzahl von Atomen bestehen, die sich in ständiger chaotischer Bewegung befinden, tragen zu bestimmten Bewegungen von Teilen der Polypeptidkette bei, was zu einer Störung der Gesamtstruktur des Proteins und einer Verschlechterung seiner physiologischen Funktionen führt.

Proteine weisen eine Konformationslabilität auf, d. h. eine Veranlagung zu geringfügigen Konformationsänderungen, die durch das Aufbrechen einiger Bindungen und die Bildung anderer Bindungen entstehen.

Die Denaturierung eines Proteins führt zu dessen Veränderungen chemische Eigenschaften, die Fähigkeit, mit anderen Substanzen zu interagieren. Es kommt zu einer Veränderung der räumlichen Struktur und des Bereichs im direkten Kontakt mit einem anderen Molekül sowie der gesamten Konformation als Ganzes. Die beobachteten Konformationsänderungen haben Auswirkungen auf die Funktion von Proteinen in einer lebenden Zelle.

Mechanismus der Zerstörung

Der Prozess der Proteindenaturierung beinhaltet die Zerstörung chemischer (Wasserstoff-, Disulfid-, elektrostatischer) Bindungen, die die höchsten Organisationsebenen des Proteinmoleküls stabilisieren. Dadurch verändert sich die räumliche Struktur des Proteins. In vielen Situationen kommt es zu keiner Zerstörung seiner Primärstruktur. Dadurch ist es möglich, dass sich das Protein nach dem Abwickeln der Polypeptidkette spontan zusammenrollt und so eine „zufällige Kugel“ entsteht. In einer solchen Situation wird ein Übergang in einen ungeordneten Zustand beobachtet, der erhebliche Unterschiede zur nativen Konformation aufweist.

Abschluss

Die Temperatur der Proteindenaturierung übersteigt 56 Grad Celsius. Typische Anzeichen einer irreversiblen Denaturierung von Proteinmolekülen sind eine Abnahme der Löslichkeit und Hydrophilie von Molekülen, eine Zunahme der optischen Aktivität, eine Abnahme der Stabilität von Proteinlösungen und eine Zunahme der Viskosität.

Durch Denaturierung kommt es zur Aggregation von Partikeln und es kann zur Ausfällung kommen. Wenn ein Protein für kurze Zeit einem Denaturierungsmittel ausgesetzt wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die native Proteinstruktur wiederhergestellt wird. Diese Prozesse werden häufig bei der Lebensmittelverarbeitung, der Konservenherstellung, der Herstellung von Schuhen und Kleidung sowie beim Trocknen von Obst und Gemüse eingesetzt. Denaturierung wird in der Veterinärmedizin, Medizin, Kliniken, Pharmazie und bei der Durchführung biochemischer Studien im Zusammenhang mit der Ausfällung von Proteinen in biologischem Material eingesetzt. Anschließend erfolgt die Identifizierung von Nicht-Protein- und niedermolekularen Substanzen in der Testlösung, wodurch der quantitative Gehalt an Substanzen ermittelt werden kann. Derzeit suchen sie nach Möglichkeiten, Proteinmoleküle vor der Zerstörung zu schützen.

Denaturierung ist der Prozess der Störung der höchsten Organisationsebenen eines Proteinmoleküls (sekundär, tertiär, quartär) unter dem Einfluss verschiedener Faktoren.

In diesem Fall entfaltet sich die Polypeptidkette und liegt in entfalteter Form oder in Form einer Zufallsspirale in Lösung.

Bei der Denaturierung geht die Hydratationshülle verloren und das Protein fällt aus und verliert gleichzeitig seine nativen Eigenschaften.

Es gibt 2 Arten der Denaturierung:

Bei der reversiblen Denaturierung – Renaturierung oder Reaktivierung – handelt es sich um einen Prozess, bei dem sich ein denaturiertes Protein nach der Entfernung denaturierender Substanzen wieder selbst in seine ursprüngliche Struktur organisiert und dabei die biologische Aktivität wiederherstellt.
Bei der irreversiblen Denaturierung handelt es sich um einen Prozess, bei dem die biologische Aktivität nach Entfernung der Denaturierungsmittel nicht wiederhergestellt wird.

Eigenschaften denaturierter Proteine.

1. Eine Erhöhung der Anzahl reaktiver oder funktioneller Gruppen im Vergleich zum nativen Proteinmolekül (dies sind Gruppen COOH, NH 2, SH, OH, Gruppen von Nebenradikalen von Aminosäuren).

3. Änderung der Konfiguration des Proteinmoleküls.

4. Verlust der biologischen Aktivität durch Störung der natürlichen Struktur.

Enzymatische Hydrolysemethoden basieren auf der selektiven Wirkung proteolytischer Enzyme, die Peptidbindungen zwischen bestimmten Aminosäuren spalten.

Pepsin spaltet Bindungen, die durch Phenylalanin-, Tyrosin- und Glutaminsäurereste gebildet werden.

Trypsin löst die Bindungen zwischen Arginin und Lysin auf.

Chymotrypsin hydrolysiert die Bindungen von Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin.

Die Aufrechterhaltung der charakteristischen Konformation eines Proteins ist aufgrund der Entstehung vieler schwacher Bindungen zwischen verschiedenen Teilen der Polypeptidkette möglich.

Allerdings bestehen Proteine aus einer großen Anzahl von Atomen in ständiger (Brownscher) Bewegung, was zu kleinen Bewegungen einzelner Abschnitte der Polypeptidkette führt, die in der Regel die Gesamtstruktur des Proteins und seine Funktion nicht stören. Folglich weisen Proteine eine Konformationslabilität auf – eine Tendenz zu kleinen Konformationsänderungen aufgrund des Aufbrechens einiger und der Bildung anderer schwacher Bindungen. Die Konformation eines Proteins kann sich ändern, wenn sich die chemische und physikalische Umgebung ändert und wenn das Protein mit anderen Molekülen interagiert. In diesem Fall verändert sich nicht nur die räumliche Struktur des Bereichs, der mit einem anderen Molekül in Kontakt steht, sondern auch die Konformation des Proteins als Ganzes. Konformationsänderungen spielen eine große Rolle bei der Funktion von Proteinen in einer lebenden Zelle.