Como são chamadas as principais proteínas reguladoras? Proteínas reguladoras: origem

(de lat. regulo - pôr em ordem, ajustar), um grupo de proteínas envolvidas na regulação de decomp. bioquímica. processos. Um importante grupo de R. b., este artigo é dedicado à Crimeia, são proteínas que interagem com o DNA e controlam a expressão gênica (expressão gênica nos sinais e propriedades do corpo). A grande maioria desses R. faria. opera no nível transcrições(síntese de RNA mensageiro, ou mRNA, em um molde de DNA) e é responsável pela ativação ou repressão (supressão) da síntese de mRNA (respectivamente, proteínas ativadoras e proteínas repressoras).

Conhecido ca. 10 repressores. Naib. estudados entre eles estão os repressores procarióticos (bactérias, algas azul-esverdeadas), que regulam a síntese de enzimas envolvidas no metabolismo da lactose (lac-repressor) em Escherichia coli (E. coli), e o bacteriófago A repressor. Sua ação é realizada ligando-se ao específico. seções de DNA (operadores) dos genes correspondentes e bloqueando o início da transcrição do mRNA codificado por esses genes.

O repressor é geralmente um dímero de duas cadeias polipeptídicas idênticas orientadas em direções mutuamente opostas. Os repressores impedem fisicamente RNA polimerase juntar o DNA na região promotora (o local de ligação da enzima RNA polimerase dependente de DNA que catalisa a síntese de mRNA no molde de DNA) e iniciar a síntese de mRNA. Supõe-se que o repressor apenas previne o início da transcrição e não afeta o alongamento do mRNA.

O repressor pode controlar a síntese para. - l. uma proteína ou várias proteínas, cuja expressão é coordenada. Como regra, estas são enzimas que servem a um metabólico. caminho; seus genes fazem parte de um operon (um conjunto de genes interconectados e regiões reguladoras adjacentes).

Mn. os repressores podem existir tanto na forma ativa quanto na forma inativa, dependendo de estarem ou não associados a indutores ou correpressores (respectivamente, substratos, na presença dos quais especificamente aumenta ou diminui a taxa de síntese de uma determinada enzima; ver. Reguladores de enzimas); essas interações possuem natureza não covalente.

Para uma expressão gênica eficiente, é necessário não apenas que o repressor seja inativado pelo indutor, mas também que o específico seja realizado. positivo sinal de ativação, que é mediado por R. b., trabalhando "em par" com cíclico. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último está associado a R. b. (o chamado ativador de proteína CAP de genes catabólicos, ou ativador de catabolismo de proteína-BAC). Este é um dímero com um cais. m. 45 mil.Após a ligação ao AMPc, ele adquire a capacidade de anexar ao específico. regiões no DNA, aumentando acentuadamente a eficiência da transcrição dos genes do operon correspondente. Ao mesmo tempo, o CAP não afeta a taxa de crescimento da cadeia de mRNA, mas controla o estágio de iniciação da transcrição - a ligação da RNA polimerase ao promotor. Em contraste com o repressor, o CAP (em complexo com AMPc) facilita a ligação da RNA polimerase ao DNA e torna a iniciação da transcrição mais frequente. O sítio de fixação do CAP ao DNA se une diretamente ao promotor do lado oposto àquele onde o operador está localizado.

A regulação positiva (por exemplo, operon lac de E. coli) pode ser descrita por um esquema simplificado: com a diminuição da concentração de glicose (principal fonte de carbono), a concentração de AMPc aumenta, que se liga ao SAR, e o complexo resultante ao o promotor lac. Como resultado, a ligação da RNA polimerase ao promotor é estimulada e a taxa de transcrição de genes aumenta, codificando enzimas que permitem que a célula mude para o uso de outra fonte de carbono-lactose. Existem outros especiais R. b. (por exemplo, proteína C), cujo funcionamento é descrito por um esquema mais complexo; eles controlam uma faixa estreita de genes e podem atuar como repressores e ativadores.

Repressores e ativadores específicos de operon não afetam a especificidade da própria RNA polimerase. Este último nível de regulação é realizado em casos envolvendo massir. mudança no espectro de genes expressos. Assim, em E. coli, os genes que codificam proteínas de choque térmico, que são expressos em várias condições estressantes da célula, são lidos pela RNA polimerase apenas quando um R. b.-t especial. fator s 32 . Uma família inteira desses R.b. (fatores s) que alteram a especificidade do promotor da RNA polimerase foram encontrados em bacilos e outras bactérias.

Dr. variedade R.b. altera o catalisador Ilhas Sagradas de RNA polimerase (as chamadas proteínas antiterminadoras). Assim, no bacteriófago X, duas dessas proteínas são conhecidas, para modificar a RNA polimerase para que ela não obedeça aos sinais celulares de terminação (final) da transcrição (isso é necessário para a expressão ativa dos genes do fago).

O esquema geral da genética controle, incluindo o funcionamento de R. b., também é aplicável a bactérias e células eucarióticas (todos os organismos, com exceção de bactérias e algas verde-azuladas).

Eucariótico células respondem a ext. sinais (para eles, por exemplo, hormônios) em princípio, da mesma forma que as células bacterianas reagem a mudanças na concentração de nutrientes. entrar em meio Ambiente, ou seja por repressão reversível ou ativação (desrepressão) de genes individuais. Ao mesmo tempo, R.b., que simultaneamente controlam a atividade um grande número genes, pode ser usado em decomp. combinações. Genética combinacional semelhante regulação pode fornecer diferenciação. desenvolvimento de todo o organismo multicelular complexo devido à interação. número relativamente pequeno de chave R. b.

No sistema de regulação da atividade gênica em eucariotos, há uma adição. um nível ausente em bactérias, ou seja, a tradução de todos os nucleossomos (subunidades repetidas cromatina), que fazem parte da unidade de transcrição, em uma forma ativa (descondensada) naquelas células onde este gene deveria ser funcionalmente ativo. Supõe-se que um conjunto de R. b. específico esteja envolvido aqui, que não possui análogos em procariontes. Essas proteínas não só reconhecem seções de cromatina (ou DNA), mas também chamacertas mudanças estruturais em áreas adjacentes. R.b., como ativadores e repressores de bactérias, aparentemente, estão envolvidos na regulação da transcrição subsequente de genes individuais nas áreas de aktivir. cromatina.

Ampla classe R.b. eucarioto- proteínas receptoras hormônios esteróides.

Sequência de aminoácidos R.b. os chamados codificados. genes reguladores. A inativação mutacional do repressor leva à síntese descontrolada de mRNA e, consequentemente, uma certa proteína (como resultado tradução- síntese de proteínas em um molde de mRNA). Tais organismos são chamados mutantes constitutivos. A perda do ativador como resultado da mutação leva a uma diminuição persistente na síntese da proteína regulada.

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Usar literatura para o artigo "PROTEÍNAS REGULATÓRIAS": Strayer L., Biochemistry, trad. de English, Vol. 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

Página "PROTEÍNAS REGULATÓRIAS" preparado de acordo com os materiais da enciclopédia química.

Exemplos bem estudados da interação de proteínas e DNA, que não depende da sequência de nucleotídeos do DNA, é a interação com proteínas estruturais. Em uma célula, o DNA está ligado a essas proteínas para formar uma estrutura compacta chamada cromatina. Nos procariontes, a cromatina é formada pela ligação de pequenas proteínas alcalinas - histonas ao DNA, a cromatina procariótica menos ordenada contém proteínas semelhantes a histonas. As histonas formam uma estrutura proteica em forma de disco - o nucleossomo, em torno de cada um dos quais se encaixam duas voltas da hélice do DNA. Ligações inespecíficas entre histonas e DNA são formadas devido a ligações iônicas de aminoácidos alcalinos de histonas e resíduos ácidos do esqueleto açúcar-fosfato do DNA. As modificações químicas desses aminoácidos incluem metilação, fosforilação e acetilação. Essas modificações químicas alteram a força da interação entre o DNA e as histonas, afetando a disponibilidade de sequências específicas aos fatores de transcrição e alterando a taxa de transcrição. Outras proteínas na cromatina que se ligam a sequências não específicas são proteínas com alta mobilidade em géis, que se associam principalmente ao DNA dobrado. Essas proteínas são importantes para a formação de estruturas de ordem superior na cromatina. Um grupo especial de proteínas que se ligam ao DNA são aquelas que se associam ao DNA de fita simples. A proteína mais bem caracterizada desse grupo em humanos é a proteína de replicação A, sem a qual a maioria dos processos em que a dupla hélice se desenrola, incluindo replicação, recombinação e reparo, não pode ocorrer. As proteínas deste grupo estabilizam o DNA de fita simples e previnem a formação ou degradação de haste-loop por nucleases.

Ao mesmo tempo, outras proteínas reconhecem e se ligam a sequências específicas. O grupo mais estudado dessas proteínas são as várias classes de fatores de transcrição, ou seja, proteínas que regulam a transcrição. Cada uma dessas proteínas reconhece sua sequência, geralmente em um promotor, e ativa ou reprime a transcrição gênica. Isso ocorre pela associação de fatores de transcrição com a RNA polimerase, seja diretamente ou por meio de proteínas intermediárias. A polimerase primeiro se associa a proteínas e então inicia a transcrição. Em outros casos, os fatores de transcrição podem se ligar a enzimas que modificam as histonas localizadas no promotor, alterando assim a acessibilidade do DNA às polimerases.

Uma vez que sequências específicas ocorrem em muitos locais do genoma, alterações na atividade de um tipo de fator de transcrição podem alterar a atividade de milhares de genes. Consequentemente, essas proteínas são frequentemente reguladas em resposta a mudanças ambientais, desenvolvimento do organismo e diferenciação celular. A especificidade da interação dos fatores de transcrição com o DNA é fornecida por inúmeros contatos entre aminoácidos e bases de DNA, o que lhes permite "ler" a sequência de DNA. A maior parte do contato com as bases ocorre no sulco principal, onde as bases são mais acessíveis.

Enzimas que modificam o DNA

Topoisomerases e helicases

Artigos principais: Topoisomerases , Helicases

Em uma célula, o DNA está localizado em um compacto chamado. em um estado super-torcido, caso contrário ela não seria capaz de caber nele. Para que os processos vitais ocorram, o DNA deve ser destorcido, que é produzido por dois grupos de proteínas - topoisomerases e helicases.

As topoisomerases são enzimas que possuem atividades de nuclease e ligase. Essas proteínas alteram o grau de superenrolamento no DNA. Algumas dessas enzimas cortam a hélice de DNA e permitem que uma das fitas gire, reduzindo assim o nível de superenrolamento, após o qual a enzima fecha a lacuna. Outras enzimas podem cortar uma das fitas e trazer a segunda fita através da quebra e, em seguida, ligar a quebra na primeira fita. As topoisomerases são essenciais em muitos processos relacionados ao DNA, como replicação e transcrição.

As helicases são proteínas que são um dos motores moleculares. Eles usam a energia química dos trifosfatos de nucleotídeos, mais comumente ATP, para quebrar as ligações de hidrogênio entre as bases, desenrolando a dupla hélice em fitas separadas. Essas enzimas são essenciais para a maioria dos processos em que as proteínas precisam de acesso a bases de DNA.

Nucleases e ligases

Nuclease, Ligaz

Em vários processos que ocorrem na célula, por exemplo, recombinação e reparo, estão envolvidas enzimas que podem cortar e restaurar a integridade das fitas de DNA. As enzimas que cortam o DNA são chamadas de nucleases. Nucleases que hidrolisam os nucleotídeos nas extremidades da molécula de DNA são chamadas de exonucleases, enquanto as endonucleases cortam o DNA dentro da fita. As nucleases mais comumente usadas em biologia molecular e engenharia genética são enzimas de restrição que cortam o DNA em torno de sequências específicas. Por exemplo, a enzima EcoRV (enzima de restrição #5 de E. coli) reconhece a sequência de seis nucleotídeos 5"-GAT|ATC-3" e corta o DNA no local indicado pela linha vertical. Na natureza, essas enzimas protegem as bactérias da infecção por bacteriófagos cortando o DNA do fago quando este é introduzido na célula bacteriana. Neste caso, as nucleases fazem parte do sistema de restrição de modificação. As DNA ligases fazem a ligação cruzada das bases de açúcar fosfato na molécula de DNA usando a energia do ATP. As nucleases e ligases de restrição são usadas na clonagem e impressão digital.

DNA polimerase I (uma estrutura em forma de anel que consiste em várias moléculas de proteína idênticas, mostradas em cores diferentes), ligando a fita de DNA danificada

Polimerases

DNA polimerase

Há também um grupo de enzimas importantes para o metabolismo do DNA que sintetizam cadeias polinucleotídicas a partir de trifosfatos de nucleosídeos - DNA polimerase. Eles adicionam nucleotídeos ao grupo hidroxila 3" do nucleotídeo anterior na cadeia de DNA, de modo que todas as polimerases trabalham na direção 5"--> 3". No centro ativo dessas enzimas, o substrato - trifosfato de nucleosídeo - parea com uma base complementar como parte de uma cadeia polinucleotídica de fita simples - molde.

Durante a replicação do DNA, a DNA polimerase dependente de DNA sintetiza uma cópia da sequência de DNA original. A precisão é muito importante neste processo, pois erros na polimerização levarão a mutações, por isso muitas polimerases têm a capacidade de "editar" - corrigir erros. A polimerase reconhece erros na síntese pela falta de pareamento entre nucleotídeos incorretos. Após determinar a falta de emparelhamento, a atividade de exonuclease 3"-> 5" da polimerase é ativada e a base errada é removida. Na maioria dos organismos, as DNA polimerases funcionam como um grande complexo chamado replissoma, que contém várias subunidades adicionais, como helicases.

As polimerases de DNA dependentes de RNA são um tipo especializado de polimerases que copiam uma sequência de RNA no DNA. Esse tipo inclui a enzima viral transcriptase reversa, que é usada pelos retrovírus durante a infecção celular, bem como a telomerase, necessária para a replicação dos telômeros. A telomerase é uma enzima incomum porque contém seu próprio RNA mensageiro.

A transcrição é realizada pela RNA polimerase dependente de DNA, que copia a sequência de DNA de uma fita no mRNA. No início da transcrição de um gene, a RNA polimerase se liga a uma sequência no início do gene, chamada de promotor, e desenrola a hélice do DNA. Em seguida, ele copia a sequência do gene no RNA mensageiro até chegar ao DNA no final do gene - o terminador, onde ele para e se desprende do DNA. Assim como a DNA polimerase humana dependente de DNA, a RNA polimerase II, que transcreve a maioria dos genes do genoma humano, funciona como parte de um grande complexo proteico, contendo unidades regulatórias e adicionais .

O trabalho dos genes em qualquer organismo - procariótico, eucariótico, unicelular ou multicelular - é controlado e coordenado.

Diferentes genes têm diferentes atividades temporais. Alguns deles são caracterizados por atividade constante. Tais genes são responsáveis ​​pela síntese de proteínas necessárias para uma célula ou organismo ao longo da vida, por exemplo, genes cujos produtos estão envolvidos na síntese de ATP. A maioria dos genes tem atividade intermitente, funcionam apenas em determinados momentos em que há necessidade de seus produtos - proteínas. Os genes também diferem em seus níveis de atividade (baixo ou alto).

As proteínas celulares são classificadas como reguladoras e estruturais. As proteínas reguladoras são sintetizadas em genes reguladores e controlam o funcionamento de genes estruturais. Os genes estruturais codificam proteínas estruturais que desempenham funções estruturais, enzimáticas, de transporte e outras (exceto regulatórias!).

A regulação da síntese proteica é realizada em todas as etapas desse processo: transcrição, tradução e modificação pós-traducional, seja por indução ou por repressão.

A regulação da atividade gênica em organismos eucarióticos é muito mais complicada do que a regulação da expressão gênica procariótica, que é determinada pela complexidade da organização de um organismo eucariótico e especialmente multicelular. Em 1961, os cientistas franceses F. Jacob, J. Monod e A. Lvov formularam um modelo de controle genético da síntese de proteínas que catalisam a assimilação da lactose pela célula - o conceito de operon.

Um operon é um grupo de genes controlados por um único gene regulador.

Um gene regulador é um gene com baixa atividade constante; nele é sintetizada uma proteína repressora - uma proteína reguladora que pode se ligar a um operador, inativando-o.

Um operador é um ponto de partida para a leitura da informação genética; ele controla o trabalho dos genes estruturais.

Os genes estruturais do operon da lactose contêm informações sobre as enzimas envolvidas no metabolismo da lactose. Portanto, a lactose servirá como um indutor - um agente que inicia o trabalho do operon.

Um promotor é o local de ligação da RNA polimerase.

O terminador é o local de terminação da síntese de mRNA.

Na ausência de um indutor, o sistema não funciona, pois o repressor "livre" do indutor - lactose - está conectado ao operador. Neste caso, a enzima RNA polimerase não pode catalisar o processo de síntese de mRNA. Se a lactose (um indutor) for encontrada na célula, ela, interagindo com o repressor, altera sua estrutura, e o repressor libera o operador. A RNA polimerase se liga ao promotor, inicia-se a síntese de mRNA (transcrição de genes estruturais). Em seguida, as proteínas são formadas nos ribossomos de acordo com o programa do operon mRNA-lactose. Em organismos procarióticos, uma molécula de mRNA reescreve a informação de todos os genes estruturais do operon, ou seja, Um operon é uma unidade de transcrição. A transcrição continua enquanto as moléculas de lactose permanecem no citoplasma da célula. Assim que todas as moléculas são processadas pela célula, o repressor fecha o operador e a síntese de mRNA para.

Assim, a síntese de mRNA e, consequentemente, a síntese de proteínas devem ser rigorosamente reguladas, uma vez que a célula não possui recursos suficientes para a transcrição e tradução simultânea de todos os genes estruturais. Tanto os pró quanto os eucariotos sintetizam constantemente apenas os mRNAs necessários para realizar as funções celulares básicas. ).

PROTEÍNAS REGULATÓRIAS (do lat. regulo - pôr em ordem, ajustar), um grupo de proteínas. envolvidos na regulação do decomp. bioquímica. processos. Um importante grupo de proteínas reguladoras, ao qual este artigo é dedicado, são as proteínas que interagem com o DNA e controlam a expressão gênica (expressão gênica nas características e propriedades de um organismo). A grande maioria dessas proteínas reguladoras funciona no nível da transcrição (síntese de RNA mensageiro, ou mRNA, em um molde de DNA) e são responsáveis ​​pela ativação ou repressão (supressão) da síntese de mRNA (proteínas ativadoras e proteínas repressoras, respectivamente). .

Conhecido ca. 10 repressores. Naib. estudados entre eles estão os repressores procarióticos (bactérias, algas azul-esverdeadas), que regulam a síntese de enzimas envolvidas no metabolismo da lactose (lac-repressor) em Escherichia coli (E. coli), e o bacteriófago A repressor. Sua ação é realizada ligando-se ao específico. seções de DNA (operadores) dos genes correspondentes e bloqueando o início da transcrição do mRNA codificado por esses genes.

O repressor é geralmente um dímero de duas cadeias polipeptídicas idênticas orientadas em direções mutuamente opostas. Os repressores impedem fisicamente a RNA polimerase de se ligar ao DNA no sítio promotor (o sítio de ligação da enzima RNA polimerase dependente de DNA que catalisa a síntese de mRNA no molde de DNA) e de iniciar a síntese de mRNA. Supõe-se que o repressor apenas previne o início da transcrição e não afeta o alongamento do mRNA.

O repressor pode controlar a síntese para. - l. uma única proteína ou uma gama de proteínas. cuja expressão é coordenada. Como regra, estas são enzimas que servem a um metabólico. caminho; seus genes fazem parte de um operon (um conjunto de genes interconectados e regiões reguladoras adjacentes).

Mn. os repressores podem existir tanto na forma ativa quanto na forma inativa, dependendo de estarem ou não associados a indutores ou correpressores (respectivamente, substratos na presença dos quais a taxa de síntese de uma determinada enzima é especificamente aumentada ou diminuída; ver Reguladores enzimáticos); essas interações possuem natureza não covalente.

Para uma expressão gênica eficiente, é necessário não apenas que o repressor seja inativado pelo indutor, mas também que o específico seja realizado. positivo sinal de ativação, que é mediado por proteínas reguladoras trabalhando "em par" com o cíclico. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último liga-se a proteínas reguladoras específicas (a chamada proteína CAP-ativadora de genes catabólitos, ou proteínas. ativadora do catabolismo-BAC). Este é um dímero com um cais. m. 45 mil.Após a ligação ao AMPc, ele adquire a capacidade de anexar ao específico. regiões no DNA, aumentando acentuadamente a eficiência da transcrição dos genes do operon correspondente. Ao mesmo tempo, o CAP não afeta a taxa de crescimento da cadeia de mRNA, mas controla o estágio de iniciação da transcrição - a ligação da RNA polimerase ao promotor. Em contraste com o repressor, o CAP (em complexo com AMPc) facilita a ligação da RNA polimerase ao DNA e torna a iniciação da transcrição mais frequente. O sítio de fixação do CAP ao DNA se une diretamente ao promotor do lado oposto àquele onde o operador está localizado.

A regulação positiva (por exemplo, do operon lac de E. coli) pode ser descrita de forma simplificada: com a diminuição da concentração de glicose (principal fonte de carbono), a concentração de AMPc, que se liga ao CAP, aumenta e a O complexo resultante aumenta com o promotor lac. Como resultado, a ligação da RNA polimerase ao promotor é estimulada e a taxa de transcrição de genes que codificam enzimas que permitem que a célula mude para outra fonte de carbono, a lactose, aumenta. Existem outras proteínas reguladoras especiais (por exemplo, proteína C), cujo funcionamento é descrito por um esquema mais complexo; eles controlam uma faixa estreita de genes e podem atuar como repressores e ativadores.

Repressores e ativadores específicos de operon não afetam a especificidade da própria RNA polimerase. Este último nível de regulação é realizado em casos envolvendo massir. mudança no espectro de genes expressos. Assim, em E. coli, os genes que codificam proteínas de choque térmico, que são expressos em uma série de condições estressantes da célula, são lidos pela RNA polimerase apenas quando uma proteína reguladora especial, a chamada. fator s32. Uma família inteira dessas proteínas reguladoras (fatores s), que alteram a especificidade do promotor da RNA polimerase, foi encontrada em bacilos e outras bactérias.

Dr. uma variedade de proteínas reguladoras muda catalítica. propriedades da RNA polimerase (as chamadas proteínas antiterminadoras). Por exemplo, no bacteriófago X, são conhecidas duas dessas proteínas que modificam a RNA polimerase para que ela não obedeça aos sinais celulares de terminação (final) da transcrição (isso é necessário para a expressão ativa dos genes do fago).

O esquema geral da genética controle, incluindo o funcionamento de proteínas reguladoras, também é aplicável a bactérias e células eucarióticas (todos os organismos, exceto bactérias e algas verde-azuladas).

Eucariótico células respondem a ext. sinais (para eles, por exemplo, hormônios) em princípio, da mesma forma que as células bacterianas reagem a mudanças na concentração de nutrientes. substâncias no ambiente, ou seja, por repressão reversível ou ativação (desrepressão) de genes individuais. Ao mesmo tempo, proteínas reguladoras que controlam simultaneamente a atividade de um grande número de genes podem ser usadas na decomposição. combinações. Genética combinacional semelhante regulação pode fornecer diferenciação. desenvolvimento de todo o organismo multicelular complexo devido à interação. relativamente poucas proteínas reguladoras chave

No sistema de regulação da atividade gênica em eucariotos, há uma adição. um nível ausente em bactérias, ou seja, a tradução de todos os nucleossomos (subunidades de cromatina repetidas) que compõem a unidade de transcrição em uma forma ativa (descondensada) naquelas células onde esse gene deveria ser funcionalmente ativo. Supõe-se que um conjunto de proteínas reguladoras específicas que não possuem análogos em procariontes estejam envolvidos aqui. Essas proteínas não só reconhecem seções de cromatina (ou DNA), mas também causam certas mudanças estruturais nas áreas adjacentes. proteínas reguladoras como ativadores e repressores de bactérias, aparentemente, estão envolvidas na regulação da transcrição subsequente de genes individuais em áreas activir. cromatina.

Uma extensa classe de proteínas reguladoras proteínas receptoras eucarióticas de hormônios esteróides.

A sequência de aminoácidos das proteínas reguladoras é codificada pelos chamados. genes reguladores. A inativação mutacional do repressor leva à síntese descontrolada de mRNA e, consequentemente, de uma determinada proteína (como resultado da síntese de proteínas de tradução no molde de mRNA). Tais organismos são chamados mutantes constitutivos. A perda do ativador como resultado da mutação leva a uma diminuição persistente na síntese da proteína regulada.

PROTEÍNAS REGULATÓRIAS(de lat. regulo - pôr em ordem, ajustar), um grupo de proteínas envolvidas na regulação de decomp. bioquímica. processos. Um importante grupo de R. b., este artigo é dedicado à Crimeia, são proteínas que interagem com o DNA e controlam a expressão gênica (expressão gênica nos sinais e propriedades do corpo). A grande maioria desses R. faria. opera no nível transcrições(síntese de RNA mensageiro, ou mRNA, em um molde de DNA) e é responsável pela ativação ou repressão (supressão) da síntese de mRNA (respectivamente, proteínas ativadoras e proteínas repressoras).

Conhecido ca. 10 repressores. Naib. estudados entre eles estão os repressores procarióticos (bactérias, algas azul-esverdeadas), que regulam a síntese de enzimas envolvidas no metabolismo da lactose (lac-repressor) em Escherichia coli (E. coli), e o bacteriófago A repressor. Sua ação é realizada ligando-se ao específico. seções de DNA (operadores) dos genes correspondentes e bloqueando o início da transcrição do mRNA codificado por esses genes.

O repressor é geralmente um dímero de duas cadeias polipeptídicas idênticas orientadas em direções mutuamente opostas. Os repressores impedem fisicamente RNA polimerase juntar o DNA na região promotora (o local de ligação da enzima RNA polimerase dependente de DNA que catalisa a síntese de mRNA no molde de DNA) e iniciar a síntese de mRNA. Supõe-se que o repressor apenas previne o início da transcrição e não afeta o alongamento do mRNA.

O repressor pode controlar a síntese para. - l. uma proteína ou várias proteínas, cuja expressão é coordenada. Como regra, estas são enzimas que servem a um metabólico. caminho; seus genes fazem parte de um operon (um conjunto de genes interconectados e regiões reguladoras adjacentes).

Mn. os repressores podem existir tanto na forma ativa quanto na forma inativa, dependendo de estarem ou não associados a indutores ou correpressores (respectivamente, substratos, na presença dos quais especificamente aumenta ou diminui a taxa de síntese de uma determinada enzima; ver. Reguladores de enzimas); essas interações possuem natureza não covalente.

Para uma expressão gênica eficiente, é necessário não apenas que o repressor seja inativado pelo indutor, mas também que o específico seja realizado. positivo sinal de ativação, que é mediado por R. b., trabalhando "em par" com cíclico. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último está associado a R. b. (o chamado ativador de proteína CAP de genes catabólicos, ou ativador de catabolismo de proteína-BAC). Este é um dímero com um cais. m. 45 mil.Após a ligação ao AMPc, ele adquire a capacidade de anexar ao específico. regiões no DNA, aumentando acentuadamente a eficiência da transcrição dos genes do operon correspondente. Ao mesmo tempo, o CAP não afeta a taxa de crescimento da cadeia de mRNA, mas controla o estágio de iniciação da transcrição - a ligação da RNA polimerase ao promotor. Em contraste com o repressor, o CAP (em complexo com AMPc) facilita a ligação da RNA polimerase ao DNA e torna a iniciação da transcrição mais frequente. O sítio de fixação do CAP ao DNA se une diretamente ao promotor do lado oposto àquele onde o operador está localizado.

A regulação positiva (por exemplo, operon lac de E. coli) pode ser descrita por um esquema simplificado: com a diminuição da concentração de glicose (principal fonte de carbono), a concentração de AMPc aumenta, que se liga ao SAR, e o complexo resultante ao o promotor lac. Como resultado, a ligação da RNA polimerase ao promotor é estimulada e a taxa de transcrição de genes aumenta, codificando enzimas que permitem que a célula mude para o uso de outra fonte de carbono-lactose. Existem outros especiais R. b. (por exemplo, proteína C), cujo funcionamento é descrito por um esquema mais complexo; eles controlam uma faixa estreita de genes e podem atuar como repressores e ativadores.

Repressores e ativadores específicos de operon não afetam a especificidade da própria RNA polimerase. Este último nível de regulação é realizado em casos envolvendo massir. mudança no espectro de genes expressos. Assim, em E. coli, os genes que codificam proteínas de choque térmico, que são expressos em várias condições estressantes da célula, são lidos pela RNA polimerase apenas quando um R. b.-t especial. fator s 32 . Uma família inteira desses R.b. (fatores s) que alteram a especificidade do promotor da RNA polimerase foram encontrados em bacilos e outras bactérias.

Dr. variedade R.b. altera o catalisador Ilhas Sagradas de RNA polimerase (as chamadas proteínas antiterminadoras). Assim, no bacteriófago X, duas dessas proteínas são conhecidas, para modificar a RNA polimerase para que ela não obedeça aos sinais celulares de terminação (final) da transcrição (isso é necessário para a expressão ativa dos genes do fago).

O esquema geral da genética controle, incluindo o funcionamento de R. b., também é aplicável a bactérias e células eucarióticas (todos os organismos, com exceção de bactérias e algas verde-azuladas).

Eucariótico células respondem a ext. sinais (para eles, por exemplo, hormônios) em princípio, da mesma forma que as células bacterianas reagem a mudanças na concentração de nutrientes. in-in no ambiente, ou seja, por repressão reversível ou ativação (desrepressão) de genes individuais. Ao mesmo tempo, R.b., que controla simultaneamente a atividade de um grande número de genes, pode ser usado em decomp. combinações. Genética combinacional semelhante regulação pode fornecer diferenciação. desenvolvimento de todo o organismo multicelular complexo devido à interação. número relativamente pequeno de chave R. b.

No sistema de regulação da atividade gênica em eucariotos, há uma adição. um nível ausente em bactérias, ou seja, a tradução de todos os nucleossomos (subunidades repetidas cromatina), que fazem parte da unidade de transcrição, em uma forma ativa (descondensada) naquelas células onde este gene deveria ser funcionalmente ativo. Supõe-se que um conjunto de R. b. específico esteja envolvido aqui, que não possui análogos em procariontes. Essas proteínas não só reconhecem seções de cromatina (ou DNA), mas também chamacertas mudanças estruturais em áreas adjacentes. R.b., como ativadores e repressores de bactérias, aparentemente, estão envolvidos na regulação da transcrição subsequente de genes individuais nas áreas de aktivir. cromatina.

Ampla classe R.b. eucarioto- proteínas receptoras hormônios esteróides.

Sequência de aminoácidos R.b. os chamados codificados. genes reguladores. A inativação mutacional do repressor leva à síntese descontrolada de mRNA e, consequentemente, uma certa proteína (como resultado tradução- síntese de proteínas em um molde de mRNA). Tais organismos são chamados mutantes constitutivos. A perda do ativador como resultado da mutação leva a uma diminuição persistente na síntese da proteína regulada.

Aceso.: Strayer L., Biochemistry, trad. de English, Vol. 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

O conteúdo do artigo

PROTEÍNAS (Artigo 1)- uma classe de polímeros biológicos presentes em todos os organismos vivos. Com a participação das proteínas, ocorrem os principais processos que garantem a atividade vital do corpo: respiração, digestão, contração muscular, transmissão de impulsos nervosos. O tecido ósseo, a pele, o cabelo, as formações dos chifres dos seres vivos são compostos de proteínas. Para a maioria dos mamíferos, o crescimento e desenvolvimento do organismo ocorre devido a produtos contendo proteínas como componente alimentar. O papel das proteínas no corpo e, consequentemente, sua estrutura é muito diversa.

A composição das proteínas.

Todas as proteínas são polímeros, cujas cadeias são montadas a partir de fragmentos de aminoácidos. Os aminoácidos são compostos orgânicos que contêm em sua composição (de acordo com o nome) um grupo NH 2 amino e um ácido orgânico, ou seja, carboxila, grupo COOH. De toda a variedade de aminoácidos existentes (teoricamente, o número de aminoácidos possíveis é ilimitado), apenas aqueles que possuem apenas um átomo de carbono entre o grupo amino e o grupo carboxila participam da formação das proteínas. Em geral, os aminoácidos envolvidos na formação de proteínas podem ser representados pela fórmula: H 2 N–CH(R)–COOH. O grupo R ligado ao átomo de carbono (aquele entre os grupos amino e carboxila) determina a diferença entre os aminoácidos que compõem as proteínas. Este grupo pode consistir apenas em átomos de carbono e hidrogênio, mas mais frequentemente contém, além de C e H, vários grupos funcionais (capazes de outras transformações), por exemplo, HO-, H 2 N-, etc. opção quando R \u003d H.

Os organismos dos seres vivos contêm mais de 100 aminoácidos diferentes, porém, nem todos são utilizados na construção das proteínas, mas apenas 20, os chamados “fundamentais”. Na tabela. 1 mostra seus nomes (a maioria dos nomes se desenvolveu historicamente), a fórmula estrutural, bem como a abreviatura amplamente utilizada. Todas as fórmulas estruturais estão dispostas na tabela de forma que o fragmento principal do aminoácido esteja à direita.

Tabela 1. AMINOÁCIDOS ENVOLVIDOS NA CRIAÇÃO DE PROTEÍNAS

Nome	Estrutura	Designação
GLICINA		GLI
ALANINA		ALA
VALIN		HASTE
LEUCINA		LEI
ISOLEUCINA		ILE
SERIN		SER
TREONINA		TRE
CISTEÍNA		CEI
METIONINA		CONHECEU
LISINA		LIZ
ARGININA		ARG
ÁCIDO APARÁGICO		ACH
ASPARAGINA		ACH
ÁCIDO GLUTÂMICO		GLU
GLUTAMINA		GLN
fenilalanina		secador de cabelo
TIROSINA		TIR
triptofano		TRÊS
HISTIDINA		SIG
PROLINA		PRÓ
Na prática internacional, a designação abreviada dos aminoácidos listados usando abreviações latinas de três letras ou uma letra é aceita, por exemplo, glicina - Gly ou G, alanina - Ala ou A.

Dentre esses vinte aminoácidos (Tabela 1), apenas a prolina contém um grupo NH (ao invés de NH 2) próximo ao grupo carboxila COOH, pois faz parte do fragmento cíclico.

Oito aminoácidos (valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, lisina, fenilalanina e triptofano), colocados na mesa sobre um fundo cinza, são chamados de essenciais, pois o corpo deve constantemente recebê-los com alimentos proteicos para o crescimento e desenvolvimento normais.

Uma molécula de proteína é formada como resultado da conexão sequencial de aminoácidos, enquanto o grupo carboxila de um ácido interage com o grupo amino da molécula vizinha, como resultado, uma ligação peptídica –CO–NH– é formada e uma água molécula é liberada. Na fig. 1 mostra a conexão serial de alanina, valina e glicina.

Arroz. 1 CONEXÃO EM SÉRIE DE AMINOÁCIDOS durante a formação de uma molécula de proteína. O caminho do grupo amino terminal H 2 N para o grupo carboxila terminal COOH foi escolhido como a direção principal da cadeia polimérica.

Para descrever de forma compacta a estrutura de uma molécula de proteína, são utilizadas as abreviaturas para aminoácidos (Tabela 1, terceira coluna) envolvidos na formação da cadeia polimérica. O fragmento da molécula mostrada na Fig. 1 é escrito como segue: H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.

As moléculas de proteína contêm de 50 a 1500 resíduos de aminoácidos (cadeias mais curtas são chamadas de polipeptídeos). A individualidade de uma proteína é determinada pelo conjunto de aminoácidos que compõem a cadeia polimérica e, não menos importante, pela ordem de sua alternância ao longo da cadeia. Por exemplo, a molécula de insulina consiste em 51 resíduos de aminoácidos (é uma das proteínas de cadeia mais curta) e consiste em duas cadeias paralelas interconectadas de comprimento desigual. A sequência de fragmentos de aminoácidos é mostrada na fig. 2.

Arroz. 2 MOLÉCULA DE INSULINA, construído a partir de 51 resíduos de aminoácidos, os fragmentos dos mesmos aminoácidos são marcados com a cor de fundo correspondente. Os resíduos de aminoácidos de cisteína (designação abreviada CIS) contidos na cadeia formam pontes dissulfeto -S-S-, que ligam duas moléculas de polímero ou formam jumpers dentro de uma cadeia.

Moléculas do aminoácido cisteína (Tabela 1) contêm grupos sulfidretos reativos -SH, que interagem entre si, formando pontes dissulfeto -S-S-. O papel da cisteína no mundo das proteínas é especial, com sua participação, são formadas ligações cruzadas entre moléculas de proteínas poliméricas.

A combinação de aminoácidos em uma cadeia polimérica ocorre em um organismo vivo sob o controle ácidos nucleicos, eles fornecem uma ordem de montagem estrita e regulam o comprimento fixo da molécula do polímero ( cm. ÁCIDOS NUCLEICOS).

A estrutura das proteínas.

A composição da molécula de proteína, apresentada na forma de resíduos de aminoácidos alternados (Fig. 2), é chamada de estrutura primária da proteína. As ligações de hidrogênio surgem entre os grupos imino HN presentes na cadeia polimérica e os grupos carbonila CO ( cm. LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO), como resultado, a molécula de proteína adquire uma certa forma espacial, chamada de estrutura secundária. Os mais comuns são dois tipos de estrutura secundária em proteínas.

A primeira opção, chamada de α-hélice, é implementada usando ligações de hidrogênio dentro de uma molécula de polímero. Os parâmetros geométricos da molécula, determinados pelos comprimentos de ligação e ângulos de ligação, são tais que a formação de ligações de hidrogênio é possível para grupos H-N e C=O, entre os quais existem dois fragmentos peptídicos H-N-C=O (Fig. 3).

A composição da cadeia polipeptídica mostrada na fig. 3 está escrito de forma abreviada da seguinte forma:

H2N-ALA VAL-ALA-LEY-ALA-ALA-ALA-ALA-VAL-ALA-ALA-ALA-COOH.

Como resultado da ação de contração das ligações de hidrogênio, a molécula assume a forma de uma hélice - a chamada α-hélice, é representada como uma fita helicoidal curvada passando pelos átomos que formam a cadeia polimérica (Fig. 4)

Arroz. quatro MODELO 3D DE UMA MOLÉCULA DE PROTEÍNA na forma de uma α-hélice. As ligações de hidrogênio são mostradas como linhas pontilhadas verdes. A forma cilíndrica da espiral é visível em um certo ângulo de rotação (os átomos de hidrogênio não são mostrados na figura). A cor dos átomos individuais é dada de acordo com as regras internacionais, que recomendam preto para átomos de carbono, azul para nitrogênio, vermelho para oxigênio e amarelo para enxofre (a cor branca é recomendada para átomos de hidrogênio não mostrados na figura, neste caso o toda a estrutura retratada em um fundo escuro).

Outra variante da estrutura secundária, chamada de estrutura β, também é formada com a participação de ligações de hidrogênio, a diferença é que os grupos H-N e C=O de duas ou mais cadeias poliméricas localizadas em paralelo interagem. Como a cadeia polipeptídica tem uma direção (Fig. 1), variantes são possíveis quando a direção das cadeias é a mesma (estrutura β paralela, Fig. 5), ou são opostas (estrutura β antiparalela, Fig. 6) .

Cadeias poliméricas de várias composições podem participar na formação da estrutura β, enquanto os grupos orgânicos que enquadram a cadeia polimérica (Ph, CH 2 OH, etc.) na maioria dos casos desempenham um papel secundário, o arranjo mútuo do H-N e C =O grupos é decisivo. Como os grupos H-N e C=O são direcionados em direções diferentes em relação à cadeia do polímero (para cima e para baixo na figura), é possível que três ou mais cadeias interajam simultaneamente.

A composição da primeira cadeia polipeptídica na Fig. 5:

H 2 N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH

A composição da segunda e terceira cadeia:

H 2 N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH

A composição das cadeias polipeptídicas mostradas na fig. 6, o mesmo da Fig. 5, a diferença é que a segunda cadeia tem a direção oposta (em comparação com a Fig. 5).

É possível formar uma estrutura β dentro de uma molécula, quando um fragmento de cadeia em uma determinada seção gira em 180°, neste caso, dois ramos de uma molécula têm a direção oposta, como resultado, um antiparalelo A estrutura β é formada (Fig. 7).

A estrutura mostrada na fig. 7 em uma imagem plana, mostrada na fig. 8 na forma de um modelo tridimensional. As seções da estrutura β são geralmente denotadas de forma simplificada por uma fita ondulada plana que passa pelos átomos que formam a cadeia polimérica.

Na estrutura de muitas proteínas, seções da α-hélice e estruturas β semelhantes a fitas se alternam, bem como cadeias polipeptídicas únicas. Seu arranjo mútuo e alternância na cadeia polimérica é chamado de estrutura terciária da proteína.

Os métodos para representar a estrutura das proteínas são mostrados abaixo usando a proteína vegetal crambin como exemplo. As fórmulas estruturais de proteínas, muitas vezes contendo até centenas de fragmentos de aminoácidos, são complexas, complicadas e difíceis de entender, portanto, às vezes, são usadas fórmulas estruturais simplificadas - sem símbolos de elementos químicos (Fig. 9, opção A), mas ao mesmo tempo vez que mantêm a cor dos traços de valência de acordo com as regras internacionais (Fig. 4). Neste caso, a fórmula é apresentada não em um plano, mas em uma imagem espacial, que corresponde à estrutura real da molécula. Este método permite, por exemplo, distinguir entre pontes dissulfeto (semelhantes às encontradas na insulina, Fig. 2), grupos fenil na estrutura lateral da cadeia, etc. modelos (esferas conectadas por hastes) é um pouco mais clara (Fig. 9, opção B). No entanto, ambos os métodos não permitem mostrar a estrutura terciária, então a biofísica americana Jane Richardson propôs descrever as estruturas α como fitas torcidas em espiral (veja a Fig. 4), as estruturas β como fitas onduladas planas (Fig. 8) e conectando eles cadeias únicas - na forma de feixes finos, cada tipo de estrutura tem sua própria cor. Este método de representação da estrutura terciária de uma proteína é agora amplamente utilizado (Fig. 9, variante B). Às vezes, para maior conteúdo de informação, uma estrutura terciária e uma fórmula estrutural simplificada são mostradas juntas (Fig. 9, variante D). Há também modificações no método proposto por Richardson: as α-hélices são representadas como cilindros e as estruturas β estão na forma de setas planas indicando a direção da cadeia (Fig. 9, opção E). Menos comum é o método em que a molécula inteira é representada como um feixe, onde as estruturas desiguais são distinguidas por cores diferentes e as pontes dissulfeto são mostradas como pontes amarelas (Fig. 9, variante E).

A opção B é a mais conveniente para a percepção, quando, ao retratar a estrutura terciária, as características estruturais da proteína (fragmentos de aminoácidos, sua ordem de alternância, ligações de hidrogênio) não são indicadas, enquanto se assume que todas as proteínas contêm “detalhes” retirado de um conjunto padrão de vinte aminoácidos (Tabela 1). A principal tarefa na representação de uma estrutura terciária é mostrar o arranjo espacial e a alternância de estruturas secundárias.

Arroz. 9 VÁRIAS VERSÕES DE IMAGEM DA ESTRUTURA DA PROTEÍNA DE CRUMBIN.
A é uma fórmula estrutural em uma imagem espacial.
B - estrutura na forma de um modelo tridimensional.
B é a estrutura terciária da molécula.
G - uma combinação de opções A e B.
E - imagem simplificada da estrutura terciária.
E - estrutura terciária com pontes dissulfeto.

O mais conveniente para a percepção é uma estrutura terciária tridimensional (opção B), livre dos detalhes da fórmula estrutural.

Uma molécula de proteína que possui uma estrutura terciária, como regra, assume uma certa configuração, que é formada por interações polares (eletrostáticas) e ligações de hidrogênio. Como resultado, a molécula assume a forma de uma bobina compacta - proteínas globulares (glóbulos, lat. bola), ou proteínas filamentosas - fibrilares (fibra, lat. fibra).

Um exemplo de estrutura globular é a proteína albumina, a classe da albumina inclui proteínas ovo de galinha. A cadeia polimérica da albumina é formada principalmente a partir de alanina, ácido aspártico, glicina e cisteína, alternando em uma determinada ordem. A estrutura terciária contém α-hélices conectadas por cadeias simples (Fig. 10).

Arroz. dez ESTRUTURA GLOBULAR DA ALBUMINA

Um exemplo de uma estrutura fibrilar é a proteína fibroína. Eles contêm uma grande quantidade de resíduos de glicina, alanina e serina (cada segundo resíduo de aminoácido é glicina); resíduos de cisteína contendo grupos sulfidretos estão ausentes. A fibroína, o principal componente da seda natural e das teias de aranha, contém estruturas β conectadas por cadeias simples (Fig. 11).

Arroz. onze PROTEÍNA FIBRILÁRIA FIBROÍNA

A possibilidade de formar uma estrutura terciária de um certo tipo é inerente à estrutura primária da proteína, i.e. determinado antecipadamente pela ordem de alternância dos resíduos de aminoácidos. De certos conjuntos de tais resíduos, surgem predominantemente α-hélices (existem muitos desses conjuntos), outro conjunto leva ao aparecimento de estruturas β, cadeias simples são caracterizadas por sua composição.

Algumas moléculas de proteína, embora retendo uma estrutura terciária, são capazes de se combinar em grandes agregados supramoleculares, enquanto são mantidas juntas por interações polares, bem como por ligações de hidrogênio. Tais formações são chamadas de estrutura quaternária da proteína. Por exemplo, a proteína ferritina, que consiste principalmente em leucina, ácido glutâmico, ácido aspártico e histidina (a ferricina contém todos os 20 resíduos de aminoácidos em quantidades variadas) forma uma estrutura terciária de quatro α-hélices paralelas. Quando as moléculas são combinadas em um único conjunto (Fig. 12), forma-se uma estrutura quaternária, que pode incluir até 24 moléculas de ferritina.

Fig. 12 FORMAÇÃO DA ESTRUTURA QUATERNÁRIA DA PROTEÍNA GLOBULAR FERRITINA

Outro exemplo de formações supramoleculares é a estrutura do colágeno. É uma proteína fibrilar cujas cadeias são construídas principalmente de glicina alternada com prolina e lisina. A estrutura contém cadeias simples, α-hélices triplas, alternadas com estruturas β semelhantes a fitas empilhadas em feixes paralelos (Fig. 13).

Fig.13 ESTRUTURA SUPRAMOLECULAR DA PROTEÍNA FIBRILÁRIA DE COLÁGENO

Propriedades químicas das proteínas.

Sob a ação de solventes orgânicos, produtos residuais de algumas bactérias (fermentação láctica) ou com o aumento da temperatura, as estruturas secundárias e terciárias são destruídas sem danificar sua estrutura primária, como resultado, a proteína perde solubilidade e perde atividade biológica. processo é chamado de desnaturação, ou seja, a perda de propriedades naturais, por exemplo, a coagulação do leite azedo, a proteína coagulada de um ovo de galinha cozido. No temperatura elevada proteínas de organismos vivos (em particular, microorganismos) desnaturam rapidamente. Essas proteínas são incapazes de participar processos biológicos, como resultado, os microorganismos morrem, então o leite fervido (ou pasteurizado) pode durar mais tempo.

As ligações peptídicas H-N-C=O, formando a cadeia polimérica da molécula de proteína, são hidrolisadas na presença de ácidos ou álcalis, e a cadeia polimérica se quebra, o que, em última análise, pode levar aos aminoácidos originais. As ligações peptídicas incluídas em α-hélices ou estruturas β são mais resistentes à hidrólise e vários ataques químicos (em comparação com as mesmas ligações em cadeias simples). Uma desmontagem mais delicada da molécula de proteína em seus aminoácidos constituintes é realizada em meio anidro com hidrazina H 2 N–NH 2, enquanto todos os fragmentos de aminoácidos, exceto o último, formam as chamadas hidrazidas de ácido carboxílico contendo o fragmento C (O)–HN–NH2 (Fig. 14).

Arroz. quatorze. Clivagem de Polipeptídeos

Tal análise pode fornecer informações sobre a composição de aminoácidos de uma proteína, mas é mais importante conhecer sua sequência em uma molécula de proteína. Um dos métodos amplamente utilizados para este fim é a ação do fenilisotiocianato (FITC) na cadeia polipeptídica, que em meio alcalino se liga ao polipeptídeo (a partir da extremidade que contém o grupo amino), e quando a reação do meio muda para ácido, ele se desprende da cadeia, levando consigo fragmento de um aminoácido (Fig. 15).

Arroz. quinze Clivagem SEQUENCIAL DE POLIPEPTÍDEO

Muitos métodos especiais foram desenvolvidos para tal análise, incluindo aqueles que começam a “desmontar” uma molécula de proteína em seus componentes constituintes, começando pela extremidade carboxila.

As pontes dissulfeto cruzadas S-S (formadas pela interação de resíduos de cisteína, Fig. 2 e 9) são clivadas, transformando-as em grupos HS pela ação de vários agentes redutores. A ação de agentes oxidantes (oxigênio ou peróxido de hidrogênio) novamente leva à formação de pontes dissulfeto (Fig. 16).

Arroz. 16. Clivagem de pontes dissulfeto

Para criar ligações cruzadas adicionais em proteínas, use reatividade grupos amino e carboxila. Mais acessíveis para várias interações são os grupos amino que estão na estrutura lateral da cadeia - fragmentos de lisina, asparagina, lisina, prolina (Tabela 1). Quando tais grupos amino interagem com o formaldeído, ocorre o processo de condensação e surgem as pontes cruzadas –NH–CH2–NH– (Fig. 17).

Arroz. 17 CRIAÇÃO DE PONTES TRANSVERSAIS ADICIONAIS ENTRE MOLÉCULAS DE PROTEÍNA.

Os grupos carboxílicos terminais da proteína são capazes de reagir com compostos complexos de alguns metais polivalentes (os compostos de cromo são mais usados) e também ocorrem ligações cruzadas. Ambos os processos são utilizados no curtimento de couro.

O papel das proteínas no corpo.

O papel das proteínas no corpo é diverso.

Enzimas(fermentação lat. - fermentação), seu outro nome é enzimas (en zumh grego. - em levedura) - são proteínas com atividade catalítica, capazes de aumentar a velocidade dos processos bioquímicos em milhares de vezes. Sob a ação de enzimas, os componentes constituintes dos alimentos: proteínas, gorduras e carboidratos - são decompostos em mais conexões simples, a partir do qual são sintetizadas novas macromoléculas, que são necessárias para um organismo de um determinado tipo. As enzimas também participam de muitos processos bioquímicos de síntese, por exemplo, na síntese de proteínas (algumas proteínas ajudam a sintetizar outras). Cm. ENZIMAS

As enzimas não são apenas catalisadores altamente eficientes, mas também seletivos (direcionam a reação estritamente na direção dada). Na presença deles, a reação prossegue com quase 100% de rendimento sem a formação de subprodutos e, ao mesmo tempo, as condições de fluxo são amenas: pressão atmosférica e temperatura normais de um organismo vivo. Para comparação, a síntese de amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio na presença de um catalisador de ferro ativado é realizada a 400-500°C e uma pressão de 30 MPa, o rendimento de amônia é de 15 a 25% por ciclo. As enzimas são consideradas catalisadores insuperáveis.

O estudo intensivo de enzimas começou em meados do século 19; mais de 2.000 enzimas diferentes já foram estudadas; esta é a classe mais diversificada de proteínas.

Os nomes das enzimas são os seguintes: o nome do reagente com o qual a enzima interage, ou o nome da reação catalisada, é adicionado com a terminação -aza, por exemplo, a arginase decompõe a arginina (Tabela 1), a descarboxilase catalisa a descarboxilação, ou seja eliminação de CO 2 do grupo carboxila:

– COOH → – CH + CO 2

Muitas vezes, para indicar com mais precisão o papel de uma enzima, tanto o objeto quanto o tipo de reação são indicados em seu nome, por exemplo, álcool desidrogenase é uma enzima que desidrogena álcoois.

Para algumas enzimas descobertas há muito tempo, o nome histórico (sem a terminação -aza) foi preservado, por exemplo, pepsina (pepsis, grego. digestão) e tripsina (tripse grego. liquefação), essas enzimas quebram as proteínas.

Para sistematização, as enzimas são combinadas em grandes classes, a classificação é baseada no tipo de reação, as classes são nomeadas de acordo com o princípio geral - o nome da reação e o final - aza. Algumas dessas classes estão listadas abaixo.

Oxidorredutase são enzimas que catalisam reações redox. As desidrogenases incluídas nesta classe realizam a transferência de prótons, por exemplo, a álcool desidrogenase (ADH) oxida álcoois em aldeídos, a oxidação subsequente de aldeídos em ácidos carboxílicos é catalisada por aldeído desidrogenases (ALDH). Ambos os processos ocorrem no corpo durante o processamento do etanol em ácido acético (Fig. 18).

Arroz. dezoito OXIDAÇÃO DE ETANOL EM DOIS ESTÁGIOS ao ácido acético

Não é o etanol que tem um efeito narcótico, mas o produto intermediário acetaldeído, quanto menor a atividade da enzima ALDH, mais lentamente passa o segundo estágio - a oxidação do acetaldeído em ácido acético e mais longo e mais forte o efeito intoxicante da ingestão de etanol. A análise mostrou que mais de 80% dos representantes da raça amarela têm uma atividade relativamente baixa de ALDH e, portanto, uma tolerância ao álcool marcadamente mais severa. A razão para esta atividade reduzida inata de ALDH é que parte dos resíduos de ácido glutâmico na molécula ALDH “atenuada” é substituída por fragmentos de lisina (Tabela 1).

Transferases- enzimas que catalisam a transferência de grupos funcionais, por exemplo, a transiminase catalisa a transferência de um grupo amino.

Hidrolases são enzimas que catalisam a hidrólise. A tripsina e a pepsina mencionadas anteriormente hidrolisam as ligações peptídicas e as lipases clivam a ligação éster nas gorduras:

–RC(O)OR 1 + H 2 O → –RC(O)OH + HOR 1

Contato- enzimas que catalisam reações que ocorrem de forma não hidrolítica, como resultado de tais reações, ocorre uma ruptura Conexões C-C, C-O, C-N e a formação de novas ligações. A enzima descarboxilase pertence a esta classe

Isomerases- enzimas que catalisam a isomerização, por exemplo, a conversão de ácido maleico em ácido fumárico (Fig. 19), este é um exemplo de isomerização cis-trans (ver ISOMERIA).

Arroz. 19. ISOMERIZAÇÃO DO ÁCIDO MALEICO em ácido fumárico na presença da enzima.

O trabalho das enzimas é observado princípio geral, segundo a qual há sempre uma correspondência estrutural entre a enzima e o reagente da reação acelerada. Segundo a expressão figurativa de um dos fundadores da doutrina das enzimas, E. Fisher, o reagente aproxima-se da enzima como a chave de uma fechadura. A este respeito, cada enzima catalisa uma determinada reação química ou um grupo de reações do mesmo tipo. Às vezes, uma enzima pode atuar em um único composto, como a urease (uron grego. - urina) catalisa apenas a hidrólise da ureia:

(H 2 N) 2 C \u003d O + H 2 O \u003d CO 2 + 2NH 3

A melhor seletividade é mostrada por enzimas que distinguem entre antípodas opticamente ativos - isômeros canhotos e destros. A L-arginase atua apenas na arginina levógira e não afeta o isômero dextrorotatório. A L-lactato desidrogenase atua apenas nos ésteres levógiros do ácido lático, os chamados lactatos (lactis lat. leite), enquanto a D-lactato desidrogenase apenas degrada os D-lactatos.

A maioria das enzimas atua não em um, mas em um grupo de compostos relacionados, por exemplo, a tripsina "prefere" clivar as ligações peptídicas formadas por lisina e arginina (Tabela 1.)

As propriedades catalíticas de algumas enzimas, como as hidrolases, são determinadas apenas pela estrutura da própria molécula de proteína, outra classe de enzimas - as oxidorredutases (por exemplo, álcool desidrogenase) só podem ser ativas na presença de moléculas não proteicas associadas a eles - vitaminas que ativam Mg, Ca, Zn, Mn e fragmentos de ácidos nucleicos (Fig. 20).

Arroz. vinte MOLÉCULA DE ÁLCOOL DESIDROGENASE

As proteínas de transporte ligam e transportam várias moléculas ou íons através das membranas celulares (dentro e fora da célula), bem como de um órgão para outro.

Por exemplo, a hemoglobina se liga ao oxigênio enquanto o sangue passa pelos pulmões e o entrega a vários tecidos do corpo, onde o oxigênio é liberado e depois usado para oxidar os componentes dos alimentos, esse processo serve como fonte de energia (às vezes eles usam o termo "queima" alimentos no corpo).

Além da parte proteica, a hemoglobina contém um composto complexo de ferro com uma molécula cíclica de porfirina (porfiros grego. - roxo), que determina a cor vermelha do sangue. É esse complexo (Fig. 21, à esquerda) que desempenha o papel de transportador de oxigênio. Na hemoglobina, o complexo ferroporfirina está localizado dentro da molécula da proteína e é retido por interações polares, bem como por uma ligação de coordenação com o nitrogênio na histidina (Tabela 1), que faz parte da proteína. A molécula de O2, que é transportada pela hemoglobina, é ligada por meio de uma ligação de coordenação ao átomo de ferro do lado oposto àquele ao qual a histidina está ligada (Fig. 21, à direita).

Arroz. 21 ESTRUTURA DO COMPLEXO DE FERRO

A estrutura do complexo é mostrada à direita na forma de um modelo tridimensional. O complexo é mantido na molécula de proteína por uma ligação de coordenação (linha azul tracejada) entre o átomo de Fe e o átomo de N na histidina, que faz parte da proteína. A molécula de O 2, que é transportada pela hemoglobina, é coordenada (linha pontilhada vermelha) ao átomo de Fe do país oposto do complexo planar.

A hemoglobina é uma das proteínas mais estudadas, consiste em a-hélices conectadas por cadeias simples e contém quatro complexos de ferro. Assim, a hemoglobina é como um pacote volumoso para a transferência de quatro moléculas de oxigênio de uma só vez. A forma da hemoglobina corresponde às proteínas globulares (Fig. 22).

Arroz. 22 FORMA GLOBULAR DA HEMOGLOBINA

A principal "vantagem" da hemoglobina é que a adição de oxigênio e sua subsequente separação durante a transmissão para vários tecidos e órgãos ocorre rapidamente. O monóxido de carbono, CO (monóxido de carbono), liga-se ao Fe na hemoglobina ainda mais rápido, mas, ao contrário do O 2 , forma um complexo difícil de quebrar. Como resultado, essa hemoglobina não é capaz de se ligar ao O 2, o que leva (quando grandes quantidades de monóxido de carbono são inaladas) à morte do corpo por asfixia.

A segunda função da hemoglobina é a transferência do CO 2 exalado, mas não o átomo de ferro, mas o H 2 do grupo N da proteína está envolvido no processo de ligação temporária do dióxido de carbono.

O "desempenho" das proteínas depende de sua estrutura, por exemplo, a substituição do único resíduo de aminoácido do ácido glutâmico na cadeia polipeptídica da hemoglobina por um resíduo de valina (uma anomalia congênita raramente observada) leva a uma doença chamada anemia falciforme.

Existem também proteínas de transporte que podem ligar gorduras, glicose, aminoácidos e transportá-los tanto para dentro como para fora das células.

As proteínas de transporte de um tipo especial não transportam as substâncias em si, mas atuam como um “regulador de transporte”, passando certas substâncias através da membrana (a parede externa da célula). Tais proteínas são frequentemente chamadas de proteínas de membrana. Eles têm a forma de um cilindro oco e, estando embutidos na parede da membrana, garantem o movimento de algumas moléculas polares ou íons para dentro da célula. Um exemplo de proteína de membrana é a porina (Fig. 23).

Arroz. 23 PROTEÍNA DE PORINA

Alimentos e proteínas de armazenamento, como o nome indica, servem como fontes de nutrição interna, mais frequentemente para os embriões de plantas e animais, bem como nos estágios iniciais de desenvolvimento de organismos jovens. As proteínas dietéticas incluem a albumina (Fig. 10) - o principal componente da clara de ovo, bem como a caseína - a principal proteína do leite. Sob a ação da enzima pepsina, a caseína coagula no estômago, o que garante sua retenção no trato digestivo e absorção eficiente. A caseína contém fragmentos de todos os aminoácidos necessários ao organismo.

Na ferritina (Fig. 12), que está contida nos tecidos dos animais, os íons de ferro são armazenados.

A mioglobina também é uma proteína de armazenamento, que se assemelha à hemoglobina em composição e estrutura. A mioglobina está concentrada principalmente nos músculos, seu principal papel é o armazenamento de oxigênio, que a hemoglobina fornece. É rapidamente saturado com oxigênio (muito mais rápido que a hemoglobina) e, em seguida, transfere-o gradualmente para vários tecidos.

As proteínas estruturais desempenham uma função protetora (pele) ou suporte - elas mantêm o corpo unido e dão força (cartilagem e tendões). Seu principal componente é a proteína fibrilar colágeno (Fig. 11), a proteína mais comum do mundo animal, no organismo dos mamíferos, que representa quase 30% da massa total de proteínas. O colágeno tem uma alta resistência à tração (a força da pele é conhecida), mas devido ao baixo teor de ligações cruzadas no colágeno da pele, as peles de animais não são muito adequadas em sua forma bruta para a fabricação de vários produtos. Para reduzir o inchaço da pele na água, o encolhimento durante a secagem, bem como aumentar a força no estado regado e aumentar a elasticidade do colágeno, são criadas ligações cruzadas adicionais (Fig. 15a), é o chamado processo de curtimento de couro.

Nos organismos vivos, as moléculas de colágeno que surgiram no processo de crescimento e desenvolvimento do organismo não são atualizadas e não são substituídas por novas sintetizadas. À medida que o corpo envelhece, aumenta o número de ligações cruzadas no colágeno, o que leva a uma diminuição da sua elasticidade e, como não ocorre a renovação, aparecem as alterações relacionadas à idade - aumento da fragilidade das cartilagens e tendões, aparecimento de rugas na pele.

Os ligamentos articulares contêm elastina, uma proteína estrutural que se estende facilmente em duas dimensões. A proteína resilina, localizada nos pontos de fixação da dobradiça das asas em alguns insetos, tem a maior elasticidade.

Formações de chifre - cabelos, unhas, penas, consistindo principalmente de proteína de queratina (Fig. 24). Sua principal diferença é o notável teor de resíduos de cisteína, que formam pontes de dissulfeto, o que confere alta elasticidade (a capacidade de restaurar sua forma original após a deformação) aos cabelos, bem como aos tecidos de lã.

Arroz. 24. FRAGMENTO DE PROTEÍNA FIBRILAR QUERATINA

Para uma mudança irreversível na forma de um objeto de queratina, você deve primeiro destruir as pontes dissulfeto com a ajuda de um agente redutor, dar-lhe uma nova forma e, em seguida, recriar as pontes dissulfeto com a ajuda de um agente oxidante (Fig. . 16), é assim, por exemplo, que se faz permanente no cabelo.

Com um aumento no conteúdo de resíduos de cisteína na queratina e, consequentemente, um aumento no número de pontes de dissulfeto, a capacidade de deformar desaparece, mas ao mesmo tempo aparece alta resistência (chifres de ungulados e cascos de tartaruga contêm até 18% de fragmentos de cisteína). Os mamíferos têm até 30 tipos diferentes de queratina.

A proteína fibrilar fibroína relacionada à queratina secretada pelas lagartas do bicho-da-seda durante o enrolamento do casulo, bem como pelas aranhas durante a tecelagem da teia, contém apenas estruturas β conectadas por cadeias simples (Fig. 11). Ao contrário da queratina, a fibroína não possui pontes de dissulfeto transversais, possui uma resistência à tração muito forte (a resistência por unidade de seção transversal de algumas amostras da teia é maior que a dos cabos de aço). Devido à ausência de ligações cruzadas, a fibroína é inelástica (sabe-se que os tecidos de lã são quase indeléveis e os tecidos de seda são facilmente enrugados).

proteínas reguladoras.

As proteínas reguladoras, mais comumente chamadas de hormônios, estão envolvidas em vários processos fisiológicos. Por exemplo, o hormônio insulina (Fig. 25) consiste em duas cadeias α conectadas por pontes dissulfeto. insulina regula processos metabólicos com a participação da glicose, sua ausência leva ao diabetes.

Arroz. 25 PROTEÍNA INSULINA

A glândula pituitária do cérebro sintetiza um hormônio que regula o crescimento do corpo. Existem proteínas reguladoras que controlam a biossíntese de várias enzimas no corpo.

Proteínas contráteis e motoras dão ao corpo a capacidade de se contrair, mudar de forma e se mover, principalmente, estamos falando de músculos. 40% da massa de todas as proteínas contidas nos músculos é miosina (mys, myos, grego. - músculo). Sua molécula contém uma parte fibrilar e uma parte globular (Fig. 26)

Arroz. 26 MOLÉCULA DE MIOSINA

Essas moléculas se combinam em grandes agregados contendo 300-400 moléculas.

Quando a concentração de íons de cálcio muda no espaço ao redor das fibras musculares, ocorre uma mudança reversível na conformação das moléculas - uma mudança na forma da cadeia devido à rotação de fragmentos individuais em torno das ligações de valência. Isso leva à contração e relaxamento muscular, o sinal para alterar a concentração de íons de cálcio vem das terminações nervosas nas fibras musculares. A contração muscular artificial pode ser causada pela ação de impulsos elétricos, levando a uma mudança acentuada na concentração de íons de cálcio, esta é a base para estimular o músculo cardíaco a restaurar o trabalho do coração.

As proteínas protetoras permitem proteger o corpo da invasão de bactérias, vírus e da penetração de proteínas estranhas (o nome generalizado de corpos estranhos é antígenos). O papel das proteínas protetoras é desempenhado pelas imunoglobulinas (seu outro nome é anticorpos), elas reconhecem os antígenos que penetraram no corpo e se ligam firmemente a eles. No corpo dos mamíferos, incluindo os humanos, existem cinco classes de imunoglobulinas: M, G, A, D e E, sua estrutura, como o nome indica, é globular, além disso, todas são construídas de maneira semelhante. A organização molecular dos anticorpos é mostrada abaixo usando imunoglobulina de classe G como exemplo (Fig. 27). A molécula contém quatro cadeias polipeptídicas conectadas por três pontes dissulfeto S-S (na Fig. 27 elas são mostradas com ligações de valência espessadas e grandes símbolos S), além disso, cada cadeia polimérica contém pontes dissulfeto intracadeia. Duas grandes cadeias de polímeros (destacadas em azul) contêm 400–600 resíduos de aminoácidos. Duas outras cadeias (destacadas em verde) são quase a metade, contendo aproximadamente 220 resíduos de aminoácidos. Todas as quatro cadeias estão localizadas de tal forma que os grupos terminais H 2 N são direcionados em uma direção.

Arroz. 27 DESENHO ESQUEMÁTICO DA ESTRUTURA DA IMUNOGLOBULINA

Depois que o corpo entra em contato com uma proteína estranha (antígeno), as células do sistema imunológico começam a produzir imunoglobulinas (anticorpos), que se acumulam no soro sanguíneo. Na primeira etapa, o trabalho principal é feito por seções de cadeia contendo o terminal H 2 N (na Fig. 27, as seções correspondentes são marcadas em azul claro e verde claro). Estes são locais de captura de antígenos. No processo de síntese de imunoglobulinas, esses sítios são formados de forma que sua estrutura e configuração correspondam tanto quanto possível à estrutura do antígeno que se aproxima (como uma chave para uma fechadura, como enzimas, mas as tarefas neste caso são diferente). Assim, para cada antígeno, um anticorpo estritamente individual é criado como resposta imune. Nem uma única proteína conhecida pode alterar sua estrutura tão “plasticamente” dependendo de fatores externos, além das imunoglobulinas. As enzimas resolvem o problema da conformidade estrutural com o reagente de uma maneira diferente - com a ajuda de um conjunto gigantesco de várias enzimas para todos os casos possíveis, e as imunoglobulinas sempre reconstroem a "ferramenta de trabalho". Além disso, a região de dobradiça da imunoglobulina (Fig. 27) fornece as duas regiões de captura com alguma mobilidade independente, como resultado, a molécula de imunoglobulina pode "encontrar" imediatamente as duas regiões mais convenientes para captura no antígeno, a fim de fixar com segurança isso, isso se assemelha às ações de uma criatura crustáceo.

Em seguida, uma cadeia de reações sucessivas do sistema imunológico do corpo é ativada, as imunoglobulinas de outras classes são conectadas, como resultado, a proteína estranha é desativada e, em seguida, o antígeno (microrganismo ou toxina estranho) é destruído e removido.

Após o contato com o antígeno, a concentração máxima de imunoglobulina é atingida (dependendo da natureza do antígeno e das características individuais do próprio organismo) em poucas horas (às vezes vários dias). O corpo retém a memória desse contato e, quando atacado novamente com o mesmo antígeno, as imunoglobulinas se acumulam no soro sanguíneo muito mais rapidamente e em maior quantidade - ocorre a imunidade adquirida.

A classificação de proteínas acima é até certo ponto condicional, por exemplo, a proteína trombina, mencionada entre as proteínas protetoras, é essencialmente uma enzima que catalisa a hidrólise de ligações peptídicas, ou seja, pertence à classe das proteases.

As proteínas protetoras são frequentemente chamadas de proteínas de veneno de cobra e proteínas tóxicas de algumas plantas, pois sua tarefa é proteger o corpo de danos.

Existem proteínas cujas funções são tão únicas que é difícil classificá-las. Por exemplo, a proteína monelina, encontrada em uma planta africana, tem um sabor muito adocicado e tem sido objeto de estudo como uma substância não tóxica que pode ser utilizada no lugar do açúcar para prevenir a obesidade. O plasma sanguíneo de alguns peixes antárticos contém proteínas com propriedades anticongelantes que impedem o congelamento do sangue desses peixes.

Síntese artificial de proteínas.

A condensação de aminoácidos levando a uma cadeia polipeptídica é um processo bem estudado. É possível realizar, por exemplo, a condensação de qualquer aminoácido ou uma mistura de ácidos e obter, respectivamente, um polímero contendo as mesmas unidades, ou unidades diferentes, alternando em ordem aleatória. Tais polímeros têm pouca semelhança com polipeptídeos naturais e não possuem atividade biológica. A principal tarefa é conectar aminoácidos em uma ordem estritamente definida e pré-planejada para reproduzir a sequência de resíduos de aminoácidos em proteínas naturais. O cientista americano Robert Merrifield propôs um método original que possibilitou resolver tal problema. A essência do método é que o primeiro aminoácido é ligado a um gel de polímero insolúvel que contém grupos reativos que podem se combinar com grupos –COOH – do aminoácido. O poliestireno reticulado com grupos clorometil introduzidos nele foi tomado como um substrato polimérico. Para que o aminoácido tomado para a reação não reaja consigo mesmo e para que não una o grupo H 2 N ao substrato, o grupo amino desse ácido é pré-bloqueado com um substituinte volumoso [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -grupo. Após a ligação do aminoácido ao suporte polimérico, o grupo bloqueador é removido e outro aminoácido é introduzido na mistura de reação, na qual o grupo H2N também é previamente bloqueado. Em tal sistema, apenas é possível a interação do grupo H 2 N do primeiro aminoácido e o grupo –COOH do segundo ácido, que é realizada na presença de catalisadores (sais de fosfônio). Em seguida, todo o esquema é repetido, introduzindo o terceiro aminoácido (Fig. 28).

Arroz. 28. ESQUEMA DE SÍNTESE DE CADEIA DE POLIPEPTÍDEOS

Na última etapa, as cadeias polipeptídicas resultantes são separadas do suporte de poliestireno. Agora todo o processo está automatizado, existem sintetizadores de peptídeos automáticos que operam de acordo com o esquema descrito. Muitos peptídeos usados ​​na medicina e na agricultura foram sintetizados por esse método. Também foi possível obter análogos melhorados de peptídeos naturais com ação seletiva e potencializada. Algumas pequenas proteínas foram sintetizadas, como o hormônio insulina e algumas enzimas.

Existem também métodos de síntese de proteínas que replicam processos naturais: eles sintetizam fragmentos de ácidos nucléicos configurados para produzir certas proteínas, depois esses fragmentos são inseridos em um organismo vivo (por exemplo, em uma bactéria), após o que o corpo começa a produzir o proteína desejada. Desta forma, agora são obtidas quantidades significativas de proteínas e peptídeos de difícil acesso, bem como seus análogos.

Proteínas como fontes alimentares.

As proteínas em um organismo vivo são constantemente quebradas em seus aminoácidos originais (com a participação indispensável de enzimas), alguns aminoácidos passam para outros, então as proteínas são sintetizadas novamente (também com a participação de enzimas), ou seja, o corpo está constantemente se renovando. Algumas proteínas (colágeno da pele, cabelo) não são renovadas, o corpo as perde continuamente e, em vez disso, sintetiza novas. As proteínas como fontes alimentares desempenham duas funções principais: fornecem ao corpo material de construção para a síntese de novas moléculas de proteína e, além disso, fornecer energia ao corpo (fontes de calorias).

Mamíferos carnívoros (incluindo humanos) obtêm as proteínas necessárias de alimentos vegetais e animais. Nenhuma das proteínas obtidas dos alimentos é integrada ao corpo de forma inalterada. No trato digestivo, todas as proteínas absorvidas são quebradas em aminoácidos, e as proteínas necessárias para um determinado organismo já são construídas a partir delas, enquanto as 12 restantes podem ser sintetizadas a partir de 8 ácidos essenciais (Tabela 1) no corpo, se não forem fornecidos em quantidades suficientes com alimentos, mas os ácidos essenciais devem ser fornecidos com alimentos sem falhas. Os átomos de enxofre na cisteína são obtidos pelo corpo com o aminoácido essencial metionina. Parte das proteínas se decompõe, liberando a energia necessária para manter a vida, e o nitrogênio contido nelas é excretado do corpo com a urina. Normalmente, o corpo humano perde 25 a 30 g de proteína por dia, portanto, os alimentos proteicos devem estar sempre presentes na quantidade certa. A necessidade diária mínima de proteína é de 37 g para homens e 29 g para mulheres, mas a ingestão recomendada é quase duas vezes maior. Ao avaliar os alimentos, é importante considerar a qualidade da proteína. Na ausência ou baixo teor de aminoácidos essenciais, a proteína é considerada de baixo valor, portanto, tais proteínas devem ser consumidas em maior quantidade. Assim, as proteínas das leguminosas contêm pouca metionina e as proteínas do trigo e do milho são pobres em lisina (ambos os aminoácidos são essenciais). As proteínas animais (exceto colágenos) são classificadas como alimentos completos. Um conjunto completo de todos os ácidos essenciais contém caseína do leite, bem como queijo cottage e queijo preparado a partir dele, portanto, uma dieta vegetariana, se for muito rigorosa, ou seja, “sem laticínios”, requer maior consumo de leguminosas, nozes e cogumelos para fornecer ao corpo aminoácidos essenciais na quantidade certa.

Aminoácidos e proteínas sintéticos também são utilizados como produtos alimentícios, acrescentando-os à ração, que contêm aminoácidos essenciais em pequenas quantidades. Existem bactérias que podem processar e assimilar hidrocarbonetos de petróleo, neste caso, para a síntese completa de proteínas, elas precisam ser alimentadas com compostos contendo nitrogênio (amônia ou nitratos). A proteína obtida desta forma é utilizada como ração para gado e aves. Um conjunto de enzimas, as carboidrases, são frequentemente adicionadas à ração animal, que catalisam a hidrólise de componentes alimentares de carboidratos que são difíceis de decompor (as paredes celulares dos grãos), como resultado da absorção mais completa dos alimentos vegetais.

Mikhail Levitsky

PROTEÍNAS (Artigo 2)

(proteínas), uma classe de compostos complexos contendo nitrogênio, os componentes mais característicos e importantes (junto com os ácidos nucleicos) da matéria viva. As proteínas desempenham muitas e variadas funções. A maioria das proteínas são enzimas que catalisam reações químicas. Muitos hormônios que regulam os processos fisiológicos também são proteínas. Proteínas estruturais como colágeno e queratina são os principais componentes tecido ósseo, cabelo e unhas. As proteínas contráteis dos músculos têm a capacidade de alterar seu comprimento, usando energia química para realizar trabalho mecânico. As proteínas são anticorpos que se ligam e neutralizam substâncias tóxicas. Algumas proteínas que podem responder a influências externas (luz, cheiro) servem como receptores nos órgãos dos sentidos que percebem a irritação. Muitas proteínas localizadas no interior da célula e na membrana celular desempenham funções reguladoras.

Na primeira metade do século XIX muitos químicos, e entre eles principalmente J. von Liebig, gradualmente chegaram à conclusão de que as proteínas são uma classe especial de compostos nitrogenados. O nome "proteínas" (do grego protos - o primeiro) foi proposto em 1840 pelo químico holandês G. Mulder.

PROPRIEDADES FÍSICAS

Proteínas no estado sólido cor branca, e são incolores em solução, a menos que carreguem algum grupo cromóforo (colorido), como a hemoglobina. A solubilidade em água de diferentes proteínas varia muito. Também varia com o pH e com a concentração de sais na solução, de modo que se pode escolher as condições sob as quais uma proteína irá precipitar seletivamente na presença de outras proteínas. Este método de "salting out" é amplamente utilizado para isolar e purificar proteínas. A proteína purificada muitas vezes precipita da solução como cristais.

Em comparação com outros compostos, o peso molecular das proteínas é muito grande - de vários milhares a muitos milhões de daltons. Portanto, durante a ultracentrifugação, as proteínas são precipitadas e, além disso, em taxas diferentes. Devido à presença de grupos carregados positivamente e negativamente nas moléculas de proteínas, elas se movem em velocidades diferentes em um campo elétrico. Esta é a base da eletroforese, um método usado para isolar proteínas individuais de misturas complexas. A purificação de proteínas também é realizada por cromatografia.

PROPRIEDADES QUIMICAS

Estrutura.

As proteínas são polímeros, ou seja, moléculas construídas como cadeias a partir de unidades monómeras repetidas, ou subunidades, cujo papel é desempenhado por alfa-aminoácidos. Fórmula geral dos aminoácidos

onde R é um átomo de hidrogênio ou algum grupo orgânico.

Uma molécula de proteína (cadeia polipeptídica) pode consistir em apenas um número relativamente pequeno de aminoácidos ou vários milhares de unidades monoméricas. A conexão de aminoácidos em uma cadeia é possível porque cada um deles possui dois grupos químicos diferentes: um grupo amino com propriedades básicas, NH2, e um grupo carboxila ácido, COOH. Ambos os grupos estão ligados ao átomo de carbono. O grupo carboxila de um aminoácido pode formar uma ligação amida (peptídeo) com o grupo amino de outro aminoácido:

Depois que dois aminoácidos foram conectados dessa maneira, a cadeia pode ser estendida adicionando um terceiro ao segundo aminoácido e assim por diante. Como pode ser visto na equação acima, quando uma ligação peptídica é formada, uma molécula de água é liberada. Na presença de ácidos, álcalis ou enzimas proteolíticas, a reação prossegue na direção oposta: a cadeia polipeptídica é clivada em aminoácidos com a adição de água. Essa reação é chamada de hidrólise. A hidrólise ocorre espontaneamente e é necessária energia para combinar aminoácidos em uma cadeia polipeptídica.

Um grupo carboxila e um grupo amida (ou um grupo imida semelhante a ele - no caso do aminoácido prolina) estão presentes em todos os aminoácidos, enquanto as diferenças entre os aminoácidos são determinadas pela natureza desse grupo, ou "lado cadeia", que é indicada acima pela letra R. O papel da cadeia lateral pode ser desempenhado por um átomo de hidrogênio, como o aminoácido glicina, e alguns agrupamentos volumosos, como histidina e triptofano. Algumas cadeias laterais são quimicamente inertes, enquanto outras são altamente reativas.

Muitos milhares de aminoácidos diferentes podem ser sintetizados, e muitos aminoácidos diferentes ocorrem na natureza, mas apenas 20 tipos de aminoácidos são usados ​​para a síntese de proteínas: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, valina, histidina, glicina, glutamina, glutâmico. ácido, isoleucina, leucina, lisina , metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptofano, fenilalanina e cisteína (em proteínas, a cisteína pode estar presente como um dímero - cistina). É verdade que em algumas proteínas existem outros aminoácidos além dos vinte que ocorrem regularmente, mas eles são formados como resultado da modificação de qualquer um dos vinte listados após ter sido incluído na proteína.

atividade óptica.

Todos os aminoácidos, com exceção da glicina, têm quatro grupos diferentes ligados ao átomo de carbono α. Em termos de geometria, quatro grupos diferentes podem ser anexados de duas maneiras e, portanto, existem duas configurações possíveis, ou dois isômeros, relacionados entre si como um objeto à sua imagem especular, ou seja, Como as mão esquerda Para a direita. Uma configuração é chamada de esquerda ou canhoto (L), e a outra destra ou destro (D), porque os dois isômeros diferem na direção de rotação do plano da luz polarizada. Apenas L-aminoácidos ocorrem nas proteínas (a exceção é a glicina; ela só pode ser representada em uma forma, pois dois de seus quatro grupos são iguais), e todos eles têm atividade óptica (já que há apenas um isômero). D-aminoácidos são raros na natureza; eles são encontrados em alguns antibióticos e na parede celular de bactérias.

A sequência de aminoácidos.

Os aminoácidos na cadeia polipeptídica não estão dispostos aleatoriamente, mas em uma certa ordem fixa, e é essa ordem que determina as funções e propriedades da proteína. Variando a ordem dos 20 tipos de aminoácidos, você pode obter um grande número de proteínas diferentes, assim como você pode criar muitos textos diferentes com as letras do alfabeto.

No passado, determinar a sequência de aminoácidos de uma proteína geralmente levava vários anos. A determinação direta ainda é uma tarefa bastante trabalhosa, embora tenham sido criados dispositivos que permitem que ela seja realizada automaticamente. Geralmente é mais fácil determinar a sequência de nucleotídeos do gene correspondente e derivar a sequência de aminoácidos da proteína a partir dele. Até o momento, as sequências de aminoácidos de muitas centenas de proteínas já foram determinadas. As funções das proteínas decodificadas geralmente são conhecidas, e isso ajuda a imaginar as possíveis funções de proteínas semelhantes formadas, por exemplo, em neoplasias malignas.

Proteínas complexas.

As proteínas que consistem apenas em aminoácidos são chamadas de simples. Muitas vezes, no entanto, um átomo de metal ou algum composto químico que não é um aminoácido está ligado à cadeia polipeptídica. Tais proteínas são chamadas de complexas. Um exemplo é a hemoglobina: ela contém porfirina de ferro, que lhe confere a cor vermelha e permite que ela atue como carreadora de oxigênio.

Os nomes das proteínas mais complexas contêm uma indicação da natureza dos grupos anexados: os açúcares estão presentes nas glicoproteínas, as gorduras nas lipoproteínas. Se a atividade catalítica da enzima depende do grupo ligado, então é chamado de grupo prostético. Muitas vezes, alguma vitamina desempenha o papel de um grupo protético ou faz parte dele. A vitamina A, por exemplo, ligada a uma das proteínas da retina, determina sua sensibilidade à luz.

Estrutura terciária.

O importante não é tanto a sequência de aminoácidos da proteína (estrutura primária), mas a forma como ela é colocada no espaço. Ao longo de todo o comprimento da cadeia polipeptídica, os íons de hidrogênio formam ligações de hidrogênio regulares, que lhe conferem a forma de uma espiral ou camada (estrutura secundária). Da combinação de tais hélices e camadas, surge uma forma compacta da próxima ordem - a estrutura terciária da proteína. Em torno das ligações que prendem os elos monoméricos da cadeia, são possíveis rotações em pequenos ângulos. Portanto, de um ponto de vista puramente geométrico, o número de configurações possíveis para qualquer cadeia polipeptídica é infinitamente grande. Na realidade, cada proteína normalmente existe em apenas uma configuração, determinada por sua sequência de aminoácidos. Essa estrutura não é rígida, parece "respirar" - oscila em torno de uma certa configuração média. A corrente é dobrada em uma configuração na qual a energia livre (a capacidade de realizar trabalho) é mínima, assim como uma mola liberada é comprimida apenas para um estado correspondente a um mínimo de energia livre. Muitas vezes, uma parte da cadeia está rigidamente ligada à outra por ligações dissulfeto (–S–S–) entre dois resíduos de cisteína. É em parte por isso que a cisteína entre os aminoácidos desempenha um papel particularmente importante.

A complexidade da estrutura das proteínas é tão grande que ainda não é possível calcular a estrutura terciária de uma proteína, mesmo que sua sequência de aminoácidos seja conhecida. Mas se for possível obter cristais de proteína, sua estrutura terciária pode ser determinada por difração de raios X.

Nas proteínas estruturais, contráteis e em algumas outras, as cadeias são alongadas e várias cadeias ligeiramente dobradas que se encontram lado a lado formam fibrilas; as fibrilas, por sua vez, dobram-se em formações maiores - fibras. No entanto, a maioria das proteínas em solução são globulares: as cadeias são enroladas em um glóbulo, como fios em uma bola. A energia livre com esta configuração é mínima, uma vez que aminoácidos hidrofóbicos ("repelentes de água") estão escondidos dentro do glóbulo, e aminoácidos hidrofílicos ("atraentes de água") estão em sua superfície.

Muitas proteínas são complexos de várias cadeias polipeptídicas. Essa estrutura é chamada de estrutura quaternária da proteína. A molécula de hemoglobina, por exemplo, é composta de quatro subunidades, cada uma das quais é uma proteína globular.

As proteínas estruturais, devido à sua configuração linear, formam fibras nas quais a resistência à tração é muito alta, enquanto a configuração globular permite que as proteínas entrem em interações específicas com outros compostos. Na superfície do glóbulo, com a colocação correta de cadeias, aparecem cavidades de uma certa forma, nas quais estão localizados grupos químicos reativos. Se essa proteína é uma enzima, então outra molécula, geralmente menor, de alguma substância entra em tal cavidade, assim como uma chave entra em uma fechadura; neste caso, a configuração da nuvem eletrônica da molécula muda sob a influência de grupos químicos localizados na cavidade, e isso a força a reagir de uma determinada maneira. Desta forma, a enzima catalisa a reação. As moléculas de anticorpos também têm cavidades nas quais várias substâncias estranhas se ligam e, portanto, tornam-se inofensivas. O modelo "chave e fechadura", que explica a interação de proteínas com outros compostos, permite entender a especificidade de enzimas e anticorpos, ou seja, sua capacidade de reagir apenas com certos compostos.

Proteínas em diferentes tipos de organismos.

Proteínas que desempenham a mesma função em tipos diferentes plantas e animais, e, portanto, com o mesmo nome, têm uma configuração semelhante. Eles, no entanto, diferem um pouco em sua sequência de aminoácidos. À medida que as espécies divergem de um ancestral comum, alguns aminoácidos em certas posições são substituídos por mutações com outras. Mutações prejudiciais que causam doenças hereditárias são descartadas pela seleção natural, mas as benéficas ou pelo menos neutras podem ser preservadas. Quanto mais próximas duas espécies biológicas estiverem uma da outra, menos diferenças serão encontradas em suas proteínas.

Algumas proteínas mudam de forma relativamente rápida, outras são bastante conservadoras. Estes últimos incluem, por exemplo, o citocromo c, uma enzima respiratória encontrada na maioria dos organismos vivos. Em humanos e chimpanzés, suas sequências de aminoácidos são idênticas, enquanto no citocromo c do trigo, apenas 38% dos aminoácidos se mostraram diferentes. Mesmo ao comparar humanos e bactérias, a semelhança de citocromos com (as diferenças aqui afetam 65% dos aminoácidos) ainda pode ser vista, embora o ancestral comum de bactérias e humanos tenha vivido na Terra cerca de dois bilhões de anos atrás. Hoje em dia, a comparação de sequências de aminoácidos é frequentemente usada para construir uma árvore filogenética (genealógica) que reflete as relações evolutivas entre diferentes organismos.

Desnaturação.

A molécula de proteína sintetizada, dobrada, adquire configuração própria. Essa configuração, no entanto, pode ser destruída pelo aquecimento, pela alteração do pH, pela ação de solventes orgânicos e até mesmo pela simples agitação da solução até que apareçam bolhas em sua superfície. Uma proteína alterada dessa maneira é chamada desnaturada; perde sua atividade biológica e geralmente se torna insolúvel. Exemplos bem conhecidos de proteína desnaturada - ovos cozidos ou chantilly. Pequenas proteínas, contendo apenas cerca de cem aminoácidos, são capazes de renaturar, ou seja, readquirir a configuração original. Mas a maioria das proteínas é simplesmente transformada em uma massa de cadeias polipeptídicas emaranhadas e não restaura sua configuração anterior.

Uma das principais dificuldades no isolamento de proteínas ativas é sua extrema sensibilidade à desnaturação. Esta propriedade das proteínas encontra aplicação útil na conservação de alimentos: aquecer desnatura irreversivelmente as enzimas dos microrganismos, e os microrganismos morrem.

SÍNTESE PROTEÍCA

Para a síntese de proteínas, um organismo vivo deve ter um sistema de enzimas capaz de ligar um aminoácido a outro. Também é necessária uma fonte de informação que determine quais aminoácidos devem ser conectados. Como existem milhares de tipos de proteínas no corpo, e cada uma delas consiste em uma média de várias centenas de aminoácidos, a informação necessária deve ser realmente enorme. Ele é armazenado (semelhante a como um registro é armazenado em uma fita magnética) nas moléculas de ácido nucleico que compõem os genes.

Ativação enzimática.

Uma cadeia polipeptídica sintetizada a partir de aminoácidos nem sempre é uma proteína em sua forma final. Muitas enzimas são primeiramente sintetizadas como precursores inativos e tornam-se ativas somente depois que outra enzima remove alguns aminoácidos de uma extremidade da cadeia. Algumas das enzimas digestivas, como a tripsina, são sintetizadas nessa forma inativa; essas enzimas são ativadas no trato digestivo como resultado da remoção do fragmento terminal da cadeia. O hormônio insulina, cuja molécula em sua forma ativa consiste em duas cadeias curtas, é sintetizada na forma de uma única cadeia, a chamada cadeia. pró-insulina. Em seguida, a parte do meio dessa cadeia é removida e os fragmentos restantes se unem, formando a molécula do hormônio ativo. As proteínas complexas são formadas somente depois que um determinado grupo químico é ligado à proteína, e essa ligação muitas vezes também requer uma enzima.

Circulação metabólica.

Depois de alimentar um animal com aminoácidos marcados com isótopos radioativos de carbono, nitrogênio ou hidrogênio, o rótulo é rapidamente incorporado às suas proteínas. Se os aminoácidos marcados deixarem de entrar no corpo, a quantidade de marcadores nas proteínas começará a diminuir. Esses experimentos mostram que as proteínas resultantes não são armazenadas no corpo até o final da vida. Todos eles, com algumas exceções, estão em um estado dinâmico, constantemente se decompondo em aminoácidos e depois ressintetizados.

Algumas proteínas se decompõem quando as células morrem e são destruídas. Isso acontece o tempo todo, por exemplo, com glóbulos vermelhos e células epiteliais que revestem a superfície interna do intestino. Além disso, a quebra e a ressíntese de proteínas também ocorrem em células vivas. Curiosamente, sabe-se menos sobre a quebra de proteínas do que sobre sua síntese. O que está claro, no entanto, é que enzimas proteolíticas estão envolvidas na quebra, semelhantes àquelas que quebram proteínas em aminoácidos no trato digestivo.

A meia-vida de diferentes proteínas é diferente - de várias horas a muitos meses. A única exceção são as moléculas de colágeno. Uma vez formados, eles permanecem estáveis ​​e não são renovados ou substituídos. Com o tempo, no entanto, algumas de suas propriedades, em particular a elasticidade, mudam e, como não são renovadas, certas alterações relacionadas à idade são resultado disso, por exemplo, o aparecimento de rugas na pele.

proteínas sintéticas.

Os químicos há muito aprenderam a polimerizar aminoácidos, mas os aminoácidos se combinam aleatoriamente, de modo que os produtos dessa polimerização têm pouca semelhança com os naturais. É verdade que é possível combinar aminoácidos em uma determinada ordem, o que permite obter algumas proteínas biologicamente ativas, em particular a insulina. O processo é bastante complicado, e desta forma é possível obter apenas aquelas proteínas cujas moléculas contêm cerca de cem aminoácidos. É preferível sintetizar ou isolar a sequência de nucleótidos de um gene correspondente à sequência de aminoácidos desejada, e depois introduzir este gene numa bactéria, que produzirá por replicação uma grande quantidade do produto desejado. Este método, no entanto, também tem suas desvantagens.

PROTEÍNAS E NUTRIÇÃO

Quando as proteínas do corpo são decompostas em aminoácidos, esses aminoácidos podem ser reutilizados para a síntese de proteínas. Ao mesmo tempo, os próprios aminoácidos estão sujeitos à decomposição, de modo que não são totalmente utilizados. Também está claro que durante o crescimento, gravidez e cicatrização de feridas, a síntese de proteínas deve exceder a degradação. O corpo perde continuamente algumas proteínas; estas são as proteínas do cabelo, unhas e a camada superficial da pele. Portanto, para a síntese de proteínas, cada organismo deve receber aminoácidos dos alimentos.

Fontes de aminoácidos.

As plantas verdes sintetizam todos os 20 aminoácidos encontrados nas proteínas a partir de CO2, água e amônia ou nitratos. Muitas bactérias também são capazes de sintetizar aminoácidos na presença de açúcar (ou algum equivalente) e nitrogênio fixado, mas o açúcar é, em última análise, fornecido pelas plantas verdes. Nos animais, a capacidade de sintetizar aminoácidos é limitada; eles obtêm aminoácidos comendo plantas verdes ou outros animais. No trato digestivo, as proteínas absorvidas são decompostas em aminoácidos, os últimos são absorvidos e as proteínas características de um determinado organismo são construídas a partir deles. Nenhuma das proteínas absorvidas é incorporada nas estruturas do corpo como tal. A única exceção é que, em muitos mamíferos, parte dos anticorpos maternos pode passar intacta pela placenta para a circulação fetal, e através do leite materno (especialmente em ruminantes) ser transferida para o recém-nascido imediatamente após o nascimento.

Necessidade de proteínas.

É claro que, para manter a vida, o corpo deve receber uma certa quantidade de proteína dos alimentos. No entanto, o tamanho dessa necessidade depende de uma série de fatores. O corpo precisa de alimentos tanto como fonte de energia (calorias) quanto como material para construir suas estruturas. Em primeiro lugar está a necessidade de energia. Isso significa que quando há poucos carboidratos e gorduras na dieta, as proteínas da dieta são usadas não para a síntese de suas próprias proteínas, mas como fonte de calorias. Com o jejum prolongado, até mesmo suas próprias proteínas são gastas para suprir as necessidades energéticas. Se houver carboidratos suficientes na dieta, a ingestão de proteínas pode ser reduzida.

balanço de nitrogênio.

Em média aprox. 16% da massa total de proteína é nitrogênio. Quando os aminoácidos que compõem as proteínas são decompostos, o nitrogênio contido neles é excretado do corpo na urina e (em menor grau) nas fezes na forma de vários compostos nitrogenados. Portanto, é conveniente para avaliar a qualidade nutrição protéica use um indicador como o balanço de nitrogênio, ou seja, a diferença (em gramas) entre a quantidade de nitrogênio ingerida pelo corpo e a quantidade de nitrogênio excretada por dia. Com nutrição normal em um adulto, essas quantidades são iguais. Em um organismo em crescimento, a quantidade de nitrogênio excretado é menor que a quantidade de entrada, ou seja, o saldo é positivo. Com a falta de proteína na dieta, o saldo é negativo. Se houver calorias suficientes na dieta, mas as proteínas estiverem completamente ausentes, o corpo economizará proteínas. Ao mesmo tempo, o metabolismo das proteínas diminui e a reutilização de aminoácidos na síntese de proteínas ocorre da maneira mais eficiente possível. No entanto, as perdas são inevitáveis ​​e os compostos nitrogenados ainda são excretados na urina e parcialmente nas fezes. A quantidade de nitrogênio excretada do corpo por dia durante a falta de proteína pode servir como uma medida da falta diária de proteína. É natural supor que, ao introduzir na dieta uma quantidade de proteína equivalente a essa deficiência, seja possível restabelecer o equilíbrio de nitrogênio. No entanto, não é. Tendo recebido essa quantidade de proteína, o corpo começa a usar aminoácidos com menos eficiência, portanto, é necessária alguma proteína adicional para restaurar o equilíbrio de nitrogênio.

Se a quantidade de proteína na dieta exceder o necessário para manter o equilíbrio de nitrogênio, parece não haver nenhum dano com isso. O excesso de aminoácidos é simplesmente usado como fonte de energia. Um exemplo particularmente notável é o esquimó, que consome pouco carboidrato e cerca de dez vezes mais proteína do que o necessário para manter o equilíbrio de nitrogênio. Na maioria dos casos, no entanto, usar proteína como fonte de energia não é benéfico, pois você pode obter muito mais calorias de uma determinada quantidade de carboidratos do que da mesma quantidade de proteína. Nos países pobres, a população recebe as calorias necessárias dos carboidratos e consome uma quantidade mínima de proteínas.

Se o corpo recebe o número necessário de calorias na forma de produtos não proteicos, a quantidade mínima de proteína que mantém o equilíbrio de nitrogênio é de aprox. 30g por dia. Aproximadamente tanta proteína está contida em quatro fatias de pão ou 0,5 litros de leite. Vários são geralmente considerados ótimos. grande quantidade; recomendado de 50 a 70 g.

Aminoácidos essenciais.

Até agora, a proteína foi considerada como um todo. Enquanto isso, para que a síntese de proteínas ocorra, todos os aminoácidos necessários devem estar presentes no corpo. Alguns dos aminoácidos que o próprio corpo do animal é capaz de sintetizar. Eles são chamados de intercambiáveis, pois não precisam estar presentes na dieta - é importante apenas que, em geral, a ingestão de proteína como fonte de nitrogênio seja suficiente; então, com a falta de aminoácidos não essenciais, o corpo pode sintetizá-los às custas daqueles que estão presentes em excesso. Os aminoácidos "essenciais" restantes não podem ser sintetizados e devem ser ingeridos com alimentos. Essenciais para os seres humanos são valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalanina, triptofano, histidina, lisina e arginina. (Embora a arginina possa ser sintetizada no corpo, ela é considerada um aminoácido essencial porque recém-nascidos e crianças em crescimento produzem quantidades insuficientes dela. Por outro lado, para uma pessoa madura, a ingestão de alguns desses aminoácidos dos alimentos pode se tornar opcional.)

Esta lista de aminoácidos essenciais é aproximadamente a mesma em outros vertebrados e até mesmo em insetos. O valor nutricional das proteínas é geralmente determinado alimentando-as com ratos em crescimento e monitorando o ganho de peso dos animais.

O valor nutricional das proteínas.

O valor nutricional de uma proteína é determinado pelo aminoácido essencial mais deficiente. Vamos ilustrar isso com um exemplo. As proteínas do nosso corpo contêm uma média de aprox. 2% de triptofano (em peso). Digamos que a dieta inclua 10 g de proteína contendo 1% de triptofano e que haja outros aminoácidos essenciais suficientes. No nosso caso, 10 g dessa proteína defeituosa equivale essencialmente a 5 g de uma proteína completa; os 5 g restantes servem apenas como fonte de energia. Observe que, como os aminoácidos praticamente não são armazenados no organismo e, para que a síntese de proteínas ocorra, todos os aminoácidos devem estar presentes simultaneamente, o efeito da ingestão de aminoácidos essenciais só pode ser detectado se todos entrarem no organismo. corpo ao mesmo tempo.

A composição média da maioria das proteínas animais está próxima da composição média das proteínas do corpo humano, portanto, é improvável que enfrentemos deficiência de aminoácidos se nossa dieta for rica em alimentos como carne, ovos, leite e queijo. No entanto, existem proteínas, como a gelatina (um produto da desnaturação do colágeno), que contém muito poucos aminoácidos essenciais. As proteínas vegetais, embora sejam melhores que a gelatina nesse sentido, também são pobres em aminoácidos essenciais; especialmente pouco neles lisina e triptofano. No entanto, uma dieta puramente vegetariana não é prejudicial, a menos que consuma uma quantidade um pouco maior de proteínas vegetais, suficientes para fornecer ao corpo aminoácidos essenciais. A maior parte da proteína é encontrada nas plantas nas sementes, especialmente nas sementes de trigo e várias leguminosas. Brotos jovens, como aspargos, também são ricos em proteínas.

Proteínas sintéticas na dieta.

Ao adicionar pequenas quantidades de aminoácidos essenciais sintéticos ou proteínas ricas neles a proteínas incompletas, como as proteínas do milho, é possível aumentar significativamente o valor nutricional deste último, ou seja, aumentando assim a quantidade de proteína consumida. Outra possibilidade é cultivar bactérias ou leveduras em hidrocarbonetos de petróleo com a adição de nitratos ou amônia como fonte de nitrogênio. A proteína microbiana obtida desta forma pode servir como ração para aves ou gado, ou pode ser consumida diretamente por humanos. O terceiro método, amplamente utilizado, utiliza a fisiologia dos ruminantes. Em ruminantes, na seção inicial do estômago, o chamado. O rúmen é habitado por formas especiais de bactérias e protozoários que convertem proteínas vegetais defeituosas em proteínas microbianas mais completas, e estas, por sua vez, após digestão e absorção, transformam-se em proteínas animais. A ureia, um composto sintético barato contendo nitrogênio, pode ser adicionada à alimentação do gado. Microrganismos que vivem no rúmen usam nitrogênio ureico para converter carboidratos (dos quais há muito mais na ração) em proteína. Cerca de um terço de todo o nitrogênio na alimentação do gado pode vir na forma de uréia, que em essência significa, até certo ponto, síntese química de proteínas.