Биотехнология негіздері

Биурет реакциясы. Мыс тұздарымен, жеке сілтілермен  белок күлгін түске боялады. Бұл  реакция пептидті байланысы бар заттарға тән.

Ксантопротеин реакциясы. Азот қышқылымен белоктар сары түске боялады, оған аммиакпен әсер еткенде қызғылт  сары түске өтеді. Бұл реакция  кезінде ароматты амин қышқылы белоктарда болатын ароматты сақинаны нитрлеу  жүреді.

Миллон реакциясы. Азот қышқылындағы сынап нитратының ерітіндісімен белоктар қызыл түске боялады. Бұл реакция фенол тобының барлығына байланысты.

Сульфгидрилді. Натрий плюмбитімен  белокты қыздырғанда, қара түсті  қорғасын сульфиді тұнбаға түседі. Бұл реакция сульфгидрилді топтың (-SH) барлығын көрсетеді.

Нингидрин реакциясы. α –  амин қышқылдары және полипептидтер  нингидрин ерітіндісімен қыздырғанда  көк түс пайда болады. Бұл қасиетті амин қышқылдарын хроматография  әдісімен анықтағанда қолданады.

 

Белоктарды бөлу және тазалау әдістері

Белоктарды анықтағанда  түсті реакциялардан басқа тұндыру  реакциялары да қолданылады. Белоктарды тұнбаға түсіру үшін тұздарды, ауыр металдардың тұздарын және қыздыруды  пайдаланады.

Қайтымды тұндыру бейтарапты тұздардың әсерімен болады. әр түрлі  конденсациядағы тұз ерітінділерімен тұнбаға түсіріліп, белоктар тазартылып және бөлініп алынады. Ол үшін  тұз ретінде аммоний сульфатын алу қолайлы. Ерітіндідегі тұздар коцентрациясын арттыру нәтижесінде белоктарды бөліп алу әдістері қолданылады. Мысалы, аммоний сульфатының концентрациясын 50 % - ке дейін жеткізген кезде глобулиндер тұнбаға түседі, альбуминдер тек қанық (100 %) ерітіндіде ғана тұнады.

Белоктарды табиғи шикізаттан және органикалық синтез жолымен  алады. Алдымен шикізатты (микробтық, өсімдік және жануар тектес) ұсақтайды. Ол үшін коллоидты және шарлы диірмендер, гомогенизаторлар, ультрадыбыс, кварц құмымен келіде ұнтақтау әдістері қолданылады.

Белоктарды еріткіштің және бос жүрген иондардың артық мөлшерінен тазарту үшін диалаз әдісі кең  қолданылады. Диализдеуде жартылай өткізгіш мембрана ретінде коллодийден немесе целлофаннан жасалған мембраналарды пайдаланады.

 

Амин қышқылдары – белок гидролизінің негізгі  өнімдері, олардың қасиеттері

Белоктардың құрылысы мен  құрамы туралы мәліметтер олардың гидролиздену өнімдерін зерттегенде алынады. Гидролиз белоктарды қышқыл, немесе сілті ерітінділерімен қосып қыздырғанда, немесе ферменттермен әсер еткенде жүреді. Гидролиздің соңғы өнімі болып α – амин қышқылдары саналады.

Молекуласында карбоксил  және амин топтары бар қосылыстарды амин қышқылдар дейміз. Олардың құрамы жалпы формуламен өрнектеледі.

 

                                   R         CH       COOOH

                                                NH₂

 

Химиялық қасиеттері. Амин қышқылдарының құрамындағы – СООН тобының қышқылдық қасиеті бар, ал – NH тобының негіздік екені біздерге белгілі. Сондықтан осы топтар амин қышқылдарының амфотерлік қасиетін айқындайды.

Тұздар түзуі. Амин қышқылдары негіздермен де және қышқылдармен де тұз береді.

 

R    CH   COOH + NaOH         R    CH    COONa + H₂O

       

       NH₂                                            NH₂

 

R    CH     COOH + HCl             R    CH   COOH

       NH₂                                               NH₃Cl

 

     

Азотты қышқылмен әрекеттесуі.

R    CH    COOH + HONO             R    CH    COOH +N₂ + H₂O

 

       NH₂                                                  OH

 

3 Құмырсқа альдегидімен  әрекеттесуі.

                                              O

R    CH    COOH + H   C                   R    CH   COOH + H₂O

                                               H

       NH₂                                                      N = CH₂

 

 

Амин қышқылдарына декарбоксилдену, дезаминдену реакциялары тән. Қыздырғанда амин қышқылдары дипептид, қанықпаған қышқылдар, лактат түзеді.

 

Белок молекуласындағы  химиялық байланыстар

Пептидтік байланыстар. 1888 ж орыс ғалымы – биохимик А.Я. Данилевский өз тәжірибелері бойынша белок молекуласындағы амин қышқыл қалдықтарының арасында пептид байланысының болуы туралы болжам айтты. Кейінірек, ХХ ғасырдың басында неміс ғалымы Э.Фишер пептид байланысының болуын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Ол 19 амин қышқылдарының қалдығынан тұратын полипептидті синтездеп алды.

Белоктар – бұл α  – амин қышқылдарынан түзілген күрделі үлкен молекулалы табиғи қосылыстар. Казіргі түсініктер бойынша: белоктарда α – амин қышқылдары өзара пептидті (амидті байланыстар - NH – CO -) арқылы пептид тізбектеріне біріккен. Бір амин қышқылының карбоксилімен келесі амин қышқылының амин тобымен әрекеттесуі нәтижесінде пептидті байланыстар түзіледі. Мұнда екі α–амин қышқылынан бір су молекуласы бөлініп пептидтер түзіледі:

 

 

                             O                                          O

H₂N    CH₂    C              +       NH   CH    C  

                             OH       H                            OH

                                                         CH₃     

       глицин

 

                     O                

                                                              O

H₂N    CH₂   C     NH     CH     C         + H₂O

                                                          OH

                                          C₃H

 

      дипептид (глицил  – аланин)

 

Түзілген дипептид молекуласының шеттерінде әрбір амин қышқылынан функциональдык топтар – карбоксил және аминтоп қалып қояды. Сондықтан дипептид өзінің бір шетімен үшінші амин қышұылымен әрекеттесіп трипептид түзеді. Осылайша төрт аминқышқылынан тетрапептид, ал көп амин қышқылынан – полипептидтер пайда болады.

Дисульфидтік  байланыс. Белок молекуласындағы цистеин қалдықтарының сульфгидрильді топтарының тотығуынан пайда болады.

Бұл байланыс екі полипептидтік  тізбекті, немесе бір полипептидтік  тізбектің жеке учаскелерін «тігеді».

Сутектік байланыс. Сутектік байланыс карбонил (- СО -) және амин (- NH-) топтарының арасында болады.

Сутектік байланыс полипептидтік  тізбектерді және олардың жеке учаскелерін  жалғастырады.

Иондық байланыс. Электростатикалық тартылу әсерінен иондар арасында пайда болатын химиялық байланысты иондық байланыс деп атайды. Полипептидтік тізбекте – NH – және СООН топтары иондық күйде болады :

 

                           O

                  C                              H⁺N^-

                          O^-

Гидрофобты  байланыс. Гидрофобты байланыстар белок молекуласының көмірсутекбөліктері арасындағы өзара әрекеттесу күші есебінен пайда болады. Сулы ортада болатын белок бөлшектерінің көмірсутек топтары бөлшектердің ішкі аймағына қарай бағытталған, ал гидрофильды топтар (ОН, СООН) суға қарап тұрған сыртқы жағына қарай орналасады. Осының салдарынан белок молекуласының ішінде көмірсутек ядро пайда болады.

 

 

 

Белоктардың жіктелуі, сипаты

Химиялық қасиеттері бойынша белоктар екі топқа бөлінеді:

а) қарапайым белоктар – протеиндер, гидролиз кезінде тек қана амин қышқылына ыдырайды,

ә) күрделі белоктар немесе протеидтер, бұлар қарапайым  белоктардың белок емес заттармен  қосылуынан пайда болады.

Протеиндер: альбуминдер, глобулиндер, проламиндер, гистондар, протаминдер, склеропротеиндер, коллаген, кератиндер, эластин, фиброин.

Протеидтер: нуклеопротеидтер, хромопротеидтер, фосфопротеидтер, глюкопротеидтер, липопротеидтер.

 

Белоктардың биологиялық  бағалылығы

Азық белоктары биологиялық  жағынан толық бағалы және бағасыз болып екіге бөлінеді. Белоктардың биологиялық бағалылығы амин қышқылдарының құрамына байланысты. Ал, амин қышқылдары биологиялық бағалылығы жағынан «ауыспалы» және «ауыспайтын» болып бөлінеді. «Ауыспайтын» амин қышқылдары жануарлар организміне қоректік заттармен түсуі керек. «Ауыспайтын» амин қышқылдарына жататындар : валин, изолейцин, лейцин, лизин, метинин, треонин, триптофан және фенилаланин. «Ауыспайтын» амин қышқылдары құнарлы азықтың құрамында болады.

«Ауыспалы» амин қышқылдарына мыналар жатады: аланин, аспарагин және глутамин қышқылдары, серин. Олар жануарлар организмінде түзіледі. Құрамына «ауыспайтын» амин қыщқылдары кіретін белоктардың биологиялық бағалылығы біршама төмендеу болады.

«Жарым – жарты ауыспалы»  амин қышқылдарына жататындар : аргинин, глицин, тирозин, цистин және цистеин. Пролин және оксипролин имин қышқылдары мал организмінде түзіле алады.

Құрамында барлық амин қышқылдары бар казеин бағалы белоктардың эталоны  болып есептеледі. Азық мөлшерін (рацион) құрғанда, белоктардың амин қышқылдық құрамын еске алу керек.

Протеиннің азық құрамында  жетіспеу табын өндірісіне қайшы  келеді, азықтың көп шығындалуына және мал өнімінің төмендеуіне әкеліп соғады.

Азықтық белокты өндіру көбінесе азықтық дақылдарды мерзімінде жинап  алуға байланысты. Дақылдардың азықтық құнарлылығына жинау және сақтау әдістері де әсер етеді.

Белоктың қоры микробиологиялық және химиялық синтез жолымен өндіру арқылы молайтылады. Микробиологиялық әдіспен алынған белоктың биологиялық  құндылығы өсімдік тектес белоктан әлдеқайда жоғары, оның құрамында барлық керекті заттар бар.

Күйіс қайыратын  малдардың биологиялық ерекшелігіне байланысты олардың рацион құрамына 30 %- ке дейін белок емес азоттық  заттармен, ең бірінші несеп нәрімен  ауыстыру белок жетіспеуін жоюға  мүмкіндік береді.

 

 

Белоктардың сіңірілуі

Белоктар амин қышықылдары, төмен молекулалы пептидтер  және простетикалық топтың құрамды  бөлігі түрінде сіңіріледі. Олардың  сіңірілетін жері – ішектің шырышты  қабығындағы эпителий клеткаларының  ішкі қуысына бағытталған жағындағы  өте нәзік талшық іспеттес иректі өскіндер. Өнімнің негізгі массасы он екі өлі ішектің шетінде, ащы және мықынасты ішектерінің басында сіңіріледі.

Сіңірілу процесінде натрий сорушысы ерекше орын алады, себебі натрий хлориды амин қышқылдарының  сіңірілуін шапшаңдатады. Митохондрия химиялық энергиямен қамтамасыз етеді.

Тоқ ішекте белоктар сіңірілмейді. Бұнда, олардың шіруінен пайда болған өнімдері (фенол, крезол, индол, скатол) сіңіріледі.

 

Белоктардың биологиялық түзілуі және оның сатылары

Клеткадағы  белоктың түзілуі өте күрделі және көп сатылы процесс. Казіргі кезде оның өте нәзік механизмдері анықталды. Клеткадағы белоктардың түзілуі дәлме – дәл заңдылықпен генетикалық хабарға (информацияға) сәйкес жүреді.

Белок цитоплазманың  құрамындағы рибосома деген  органоидтерде түзіледі. Химиялық табиғаты жағынан рибосомалар 50 – 60 % - і РНК – дан және 35 – 50 % - і белоктардан тұратын нуклеопротеидтер болып келеді. Рибосомалар клеткада 3 тен 100 бірлікке дейін топтанған түрде болады (полисом). Олар бір – бірімен өзгеше өзіне тән жіпшелермен байланысқан. Әрбір рибосома өз бетімен бір полипептидтік тізбекті түзуге қабілетті.

Белоктардың биосинтезіне барлық 20 амин қышқылы, АТФ, ГТФ, магний ионы, әр түрлі ферменттер, РНК –  ның барлық түрлері, рибосомалар, инициация, элонгация, терминация факторлары және т.б. керек.

Клеткадағы  белоктың түзілуі бірнеше кезендер арқылы өтеді.

 

Амин қышқылдарының  ыдырау жолдары (дезаминдену, трасаминдену, декарбоксильдену)

Жоғарыда айтылып  кеткендей аминақышқылдарының үшінші белгілі организмде көптеген реакцияларға ұшырайды.

Амин қышқылдарының  тканьдерде ыдырауы олардың дезаминденуінен  басталады. Дезаминденудің төрт түрін  айырады:

1 тотыға дезаминдену – сүт қоректілер мен көптеген аэробтық микроорганизмдердегі амин қышқылдарының дезаминденуінің ең басым түрі. Дезаминдену реакцияларына оксидаза немесе дегидрогеназа арнайы ферменттері қатысады.

Сутегінің аралық акцепторлары НАД және сирек түрде ФМН болады. Тотыға аминсіздену екі кезенде  өтеді:

 

 

 

 

CH₃     CH     COOH                            CH₃     C     COOH

           NH₂    +  НАД /ФМН/                       NH    +  НАД · Н₂

    

       аланин                                                      имин қышқылы   

 

CH₃      C      COOH                

             ║

           NH               + HOH                 CH₃      C     COOH + NH₃