ცილების ჰიდროლიზი (ჰიდროლიზი).არის ცილის მოლეკულების ჯაჭვების ნაწილებად დაშლის პროცესი.

მიღებული ფრაგმენტები დასახელებულია და აქვს მთელი რიგი სასარგებლო თვისებები. მთავარი არის ბევრად უფრო სწრაფი აბსორბცია ორიგინალურ მოლეკულასთან შედარებით. ცილების იდეალური ჰიდროლიზი არის ცილის მოლეკულის დაშლა მის შემადგენელ ამინომჟავებად. სწორედ ისინი ქმნიან ამინომჟავების კომპლექსების საფუძველს - ყველაზე ეფექტურ პრეპარატებს კუნთების უჯრედების სამშენებლო მასალით მომარაგების თვალსაზრისით. თუმცა, ყოველთვის არ აქვს აზრი ჰიდროლიზის სრული ციკლის განხორციელებას. ასიმილაციის სიჩქარის გასაუმჯობესებლად და ცილების გაზრდისთვის საკმარისია ცილის ნაწილობრივი ჰიდროლიზის ჩატარება. შედეგად, ორიგინალური მოლეკულა იშლება რამდენიმე ამინომჟავის ჯაჭვებად, რომლებსაც დი- და ტრი-პეპტიდებს უწოდებენ.

ცილის ჰიდროლიზის პროცესი

ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნის ბოლოს, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ცილები შედგება პატარა ნაწილაკებისგან, რომლებსაც ამინომჟავები უწოდებენ. და სწორედ ამ დროიდან დაიწყო როგორც ამინომჟავების, ასევე პროტეინის სტრუქტურისგან მათი გამოყოფის მეთოდების შესწავლა. რომელშიც ამინომჟავები არ არის დაკავშირებული შემთხვევით, მაგრამ არიან დნმ-ის სპეციფიკურ თანმიმდევრობაში. ადამიანის ორგანიზმისთვის ეს თანმიმდევრობა არ თამაშობს როლს. სხეულს სჭირდება მხოლოდ ამინომჟავები, რომლებიც საჭმლის მომნელებელი სისტემის ამოცანაა "მოპოვება". საჭმლის მონელების პროცესში ორგანიზმი არღვევს ცილებს ცალკეულ ამინომჟავებად, რომლებიც შედიან სისხლში. თუმცა, ასობით ფაქტორიდან გამომდინარე, მონელების ეფექტურობა შორს არის 100%. საჭმლის მონელების პროცესში აბსორბირებული ნივთიერებების პროცენტიდან გამომდინარე, ფასდება პროდუქტის კვებითი ღირებულება. ჰიდროლიზს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ცილების კვებითი ღირებულება.ის არ ეწინააღმდეგება ცილის მიღების ისეთ პროცესებს, როგორიცაა. ჰიდროლიზი არის ამა თუ იმ გზით უკვე იზოლირებული ცილის მეორადი დამუშავების პროცესი.

ჰიდროლიზის ნედლეული უკვე ნაწილობრივ დამუშავებული რძეა. როგორც წესი, იღებენ ყველაზე იაფ რძის პროტეინს. შემდგომი დამუშავებისა და საბოლოო შედეგის გათვალისწინებით, აზრი არ აქვს უფრო ძვირი ინგრედიენტების გამოყენებას, როგორიცაა შრატის პროტეინი ან იზოლატი. სამედიცინო მიზნებისთვის, ცხოველის სისხლი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ჰიდროლიზში, მაგრამ ის არ გამოიყენება სპორტულ ინდუსტრიაში. რძის ცილების ჰიდროლიზის ძირითადი მეთოდებია მჟავა ჰიდროლიზიდა ფერმენტული ჰიდროლიზი.

მჟავა ჰიდროლიზი

ამ პროცესის არსი არის საკვების დამუშავება გარკვეული მჟავებით. ცილა მუშავდება მარილმჟავით და თბება დაახლოებით 105-110 °C-მდე. ამ მდგომარეობაში, ის ინახება ერთი დღის განმავლობაში. შედეგად, მოლეკულური ბმები იშლება და ცილები იშლება ცალკეულ ამინომჟავებად. მჟავა ჰიდროლიზის განხორციელება ყველაზე მარტივი და იაფია. თუმცა, ის უკიდურესად დიდ მოთხოვნებს აყენებს ტექნოლოგიის დაცვაზე და რაც მთავარია, რეაგენტების დოზირების ხარისხსა და სიზუსტეზე. არასწორი მჟავების ან არასწორი დოზის გამოყენება მოლეკულურ კავშირებთან ერთად შეიძლება გაანადგუროს თავად ამინომჟავები. შედეგად, საბოლოო პროდუქტს ექნება არასრული ამინომჟავის სპექტრი. და მარილებისა და მჟავების ნარჩენები ნაკლებად სავარაუდოა, რომ დადებითად იმოქმედოს საჭმლის მონელებაზე.

ფერმენტული (ფერმენტული) ჰიდროლიზი

ცილების ფერმენტული ჰიდროლიზი გარკვეულწილად იმეორებს მონელების ბუნებრივ პროცესს. საკვების მასალა (ჩვეულებრივ -) შერეულია ფერმენტებით, რომლებიც ახორციელებენ ცილის „მონელებას“ და უზრუნველყოფენ მის დაშლას ამინომჟავებამდე. და ეს მეთოდი ყველაზე ხშირად გამოიყენება სპორტულ ინდუსტრიაში. ცილების ფერმენტული (ფერმენტული) ჰიდროლიზი ტექნოლოგიური თვალსაზრისით ნაკლებად მოთხოვნადია. ჭარბი ფერმენტების ამოღება უფრო ადვილია და მათ არ მოაქვთ ისეთი ზიანი, როგორიცაა მჟავები.

ფერმენტული ჰიდროლიზის პირველ ეტაპზე ნედლეული ექვემდებარება მსუბუქი თერმული დამუშავებას. შედეგად, ცილა ნაწილობრივ დენატურირებულია (განადგურებულია). ამის შემდეგ, მიღებული ფრაქცია შერეულია ფერმენტებით, რომლებიც ასრულებენ ჰიდროლიზის პროცესს.

ცილის ჰიდროლიზის გამოყენება სპორტულ კვებაში

ცილის ჰიდროლიზი ნამდვილი აღმოჩენა და ხსნაა ინდუსტრიისთვის. მისი წყალობით, თქვენ შეგიძლიათ არა მხოლოდ სუფთა ამინომჟავების კომპლექსების მიღება, არამედ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ ჩვეულებრივი ცილების და გეინერების ეფექტურობა. ბევრი კი სპეციალურად მკურნალობს ინდივიდუალურ პრეპარატებს ფერმენტებით. ცილის ამ ნაწილობრივი ჰიდროლიზის შედეგად იზრდება ასიმილაციის სიჩქარე. ასევე მოგვარებულია მრავალი პრობლემა რძის ცილის კომპონენტების ინდივიდუალური შეუწყნარებლობის შესახებ. ზოგიერთ პროდუქტზე შეგიძლიათ ახსენოთ მათში საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების არსებობა. ზოგიერთ ცილაში ეს არის ჩვეულებრივი საჭმლის მომნელებელი ფერმენტები, რომლებიც იწყებენ მუშაობას მხოლოდ კუჭში. ზოგიერთში კი ეს ფერმენტული ჰიდროლიზის პროცესის ნაშთებია. ნებისმიერ შემთხვევაში, ასეთი ცილები ბევრად უფრო სწრაფად და უკეთესად შეიწოვება.

თეორიულად, ჰიდროლიზებული ცილის მიღება შეიძლება შეიცვალოს მარტივი ცილის მიღებით საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებთან ერთად (როგორიცაა ფესტალი, მეზიმ ფორტე და ა.შ.). გაცილებით იაფი იქნება. თუმცა, რძის ცილების და ფერმენტების ცალკე მიღება არც ისე ეფექტურია. თქვენ ვერასოდეს შეძლებთ ზუსტად განსაზღვროთ ფერმენტების სწორი დოზა. მათი ჭარბი რაოდენობა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ სასარგებლო იყოს თქვენი სხეულისთვის. მინუსი ის არის, რომ ცილების ჰიდროლიზი მხოლოდ ნაწილობრივი იქნება.

ცილის ჰიდროლიზის სარგებელი და ზიანი

ცილის ჰიდროლიზი გამოიყენება შემდეგ შემთხვევებში:

• ცილების მონელების დასაჩქარებლად
• ალერგიული რეაქციების შესამცირებლად
• სუფთა ამინომჟავების მისაღებად

განსაკუთრებით აღსანიშნავია ალერგიული რეაქციების საკითხები. კვებითი ალერგია არცთუ იშვიათია ჩვენს დროში, პროდუქტების ან მათი ცალკეული კომპონენტების მიმართ შეუწყნარებლობა საკმაოდ რეგულარულად ხდება. ამის მაგალითია ლაქტოზას შეუწყნარებლობა. კვებითი ალერგია არის რეაქცია საკვებში ნაპოვნი სპეციფიკურ ცილებზე.ჰიდროლიზის დროს ეს ცილები იშლება პეპტიდებად. რომლებიც მხოლოდ ცილების ფრაგმენტებია და აღარ იწვევს ალერგიულ რეაქციებს. განსაკუთრებით აღსანიშნავია, რომ მიღებული ნარევების კვებითი ღირებულება არანაირად არ ჩამოუვარდება საკვების კვებით ღირებულებას.

ჰიდროლიზის უარყოფითი მხარეებიდან აღსანიშნავია სასარგებლო ბაქტერიების განადგურება. მიუხედავად იმისა, რომ ბევრი კომპანია აცხადებს ბიფიდობაქტერიების არსებობას, ობიექტური უნდა იყოს - ჰიდროლიზი ანადგურებს მათ. და ბიფიდობაქტერიები შეიძლება იყოს მხოლოდ გარედან შეყვანისას. თუმცა, თუ ვსაუბრობთ სპორტულ კვებაზე, მაშინ პირველ რიგში აქ მაინც არის მიღებული წმენდის კვებითი ღირებულება.

საკვების მომზადებისა და კულინარიული დამუშავების პროცესში ცილებს შეუძლიათ განიცადონ სხვადასხვა სახის ტრანსფორმაცია.

მელანოიდინის რეაქცია

ხსნადი ამინომჟავები (გლიცინი, ალანინი, ასპარაგინი და სხვ.) ენერგიულად რეაგირებენ შაქრებთან, რომლებსაც აქვთ თავისუფალი კარბონილის ჯგუფი (ქსილოზა, ფრუქტოზა, გლუკოზა, მალტოზა). მელანოიდინის რეაქცია ყველაზე ადვილად მიმდინარეობს ამინომჟავებსა და შაქარს შორის მოლური თანაფარდობით 1:2.

ამინომჟავა რეაგირებს შაქართან შემდეგი გზით:

CH 2 OH-(CHOH) 4 -COH + H 2 N-CH 2 -COOH --------

გლუკოზა გლიცინი

---------- CH 2 OH-(CHOH) 4 -C-NH-CH 2 -COOH

ნაკლებად ხსნადი მჟავები (ცისტინი, ტიროზინი) ნაკლებად აქტიურია. მელანოიდინის რეაქციას თან ახლავს შუალედური ნაერთების წარმოქმნა: ალდეჰიდები, ფურფურალის ციკლური ჯგუფები, შემდეგ კი პიროლის ხასიათი. მელანოიდინის რეაქციები აქტიურდება მომატებულ ტემპერატურაზე, განსაკუთრებით განმეორებითი გაცხელების შემთხვევაში.

ამ რეაქციის შედეგად ხდება თეთრი პურის ქერქის შეფერილობა: გამოცხობისას პურის ზედაპირზე არსებული ამინომჟავები რეაგირებენ ცომის დუღილის დროს წარმოქმნილ შაქართან.

მელანოიდინები ასევე შეიძლება წარმოიქმნას კონსერვის შენახვის დროს.

ცილის ჰიდროლიზი

ეს შეიძლება მოხდეს ფერმენტების, მჟავების ან ტუტეების გავლენის ქვეშ. ამ გზით, თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ ნებისმიერი ამინომჟავა, რომელიც ქმნის ცილებს. პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს საფუარის ბიომასის ჰიდროლიზს, რომელიც იზრდება ნახშირწყალბადის შემცველ ნედლეულზე და მათ შორის 40%-მდე ცილებს. ნახშირორჟანგი, ალკოჰოლი, ნავთობის პარაფინები, ბუნებრივი აირი, ხის გადამამუშავებელი მრეწველობის ნარჩენები ასევე შეიძლება გახდეს ნედლეული მიკრობიოლოგიური საშუალებებით ბიომასის მისაღებად. ცილის ჰიდროლიზატებიდან მიღებული ამინომჟავები გამოიყოფა იონგაცვლის ქრომატოგრაფიით, ელექტროფორეზით და გაზ-თხევადი ქრომატოგრაფიით.

პროტეინის დატენიანება

ცილები აკავშირებს წყალს, ე.ი. ავლენს ჰიდროფილურ თვისებებს. ამავდროულად, ისინი შეშუპება, მათი მასა და მოცულობა იზრდება. ცილის შეშუპებას თან ახლავს მისი ნაწილობრივი დაშლა. ცალკეული ცილების ჰიდროფილურობა დამოკიდებულია მათ სტრუქტურაზე. ჰიდროფილური -CO-NH- (პეპტიდური ბმა), ამინო ჯგუფები -NH 2, კარბოქსილ -COOH- ჯგუფები, რომლებიც წარმოდგენილია მათ შემადგენლობაში და მდებარეობს ცილის მაკრომოლეკულის ზედაპირზე, იზიდავს წყლის მოლეკულებს, მკაცრად ორიენტირებს მათ მოლეკულის ზედაპირზე.

ცილის გლობულების მიმდებარე ჰიდრატაციის (წყლის) გარსი ხელს უშლის აგრეგაციას და, შესაბამისად, ხელს უწყობს ცილის ხსნარების სტაბილურობას და ხელს უშლის მის დალექვას.

H 3 N + -(CH 2) n-COOH + NH 3 - (CH 2) n-COO - NH 2 - (CH 2) n-COO -

იზოელექტრული წერტილი

pH=1.0 pH=7.0 pH=11.0

იზოელექტრიკულ წერტილში (იხ. დიაგრამა) ცილებს აქვთ წყლის შებოჭვის ყველაზე ნაკლები უნარი, ცილის მოლეკულების გარშემო დამატენიანებელი გარსი განადგურებულია, ამიტომ ისინი გაერთიანდებიან და წარმოქმნიან დიდ აგრეგატებს. როდესაც გარემოს pH იცვლება, ცილის მოლეკულა დამუხტული ხდება და იცვლება მისი ჰიდრატაციის უნარი. შეზღუდული შეშუპებით, კონცენტრირებული ცილის ხსნარები ქმნიან კომპლექსურ სისტემებს, რომელსაც ეწოდება სტუდიები. გლობულური ცილები შეიძლება მთლიანად დატენიანდეს წყალში გახსნით (მაგალითად, რძის ცილები), დაბალი კონცენტრაციის ხსნარების წარმოქმნით.

ცილების ჰიდროფილური თვისებები, ე.ი. კვების მრეწველობაში დიდი მნიშვნელობა აქვს მათ უნარს, შექმნან სტუდიები, დაასტაბილურონ სუსპენზიები, ემულსიები და ქაფი. გლუტენის ცილების განსხვავებული ჰიდროფილურობა ერთ-ერთი თვისებაა, რომელიც ახასიათებს ხორბლის მარცვლისა და მისგან მიღებული ფქვილის ხარისხს (ე.წ. ძლიერი და სუსტი ხორბალი). მარცვლეულის და ფქვილის ცილების ჰიდროფილურობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მარცვლეულის შენახვასა და გადამუშავებაში, გამოცხობისას. ცომი, რომელიც მიიღება საცხობი მრეწველობაში, ფქვილის საკონდიტრო ნაწარმის წარმოებაში, არის წყალში ადიდებული ცილა, კონცენტრირებული ჟელე, რომელიც შეიცავს სახამებლის მარცვლებს.

განმარტება

ციყვებიარის მაღალი მოლეკულური წონის ნაერთები. ისინი პირობითად შეიძლება მიეკუთვნებოდეს პოლიმერების ჯგუფს.

ცილების მონომერული ერთეულებია პეპტიდები, რომლებიც შედგება ამინომჟავებისგან. თუ ნივთიერება შეიცავს 100-ზე მეტ ამინომჟავის ნარჩენს, ის კლასიფიცირდება როგორც ცილა, 100-ზე ნაკლები მაინც პეპტიდია. ცილების ფორმირება (პეპტიდური ბმა) სქემატურად შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად:

ცილის ჰიდროლიზი

ცილებს შეუძლიათ ნაწილობრივ ჰიდროლიზირება. თუ წარმოვიდგენთ, რომ ჰიდროლიზი ბოლომდე მიდის, ე.ი. მთლიანად, შემდეგ ამინომჟავების ნარევი მიიღება რეაქციის პროდუქტების სახით. ამ ნივთიერებების გარდა, ჰიდროლიზის შემდეგ ხსნარში აღმოჩნდა ნახშირწყლები, პირიმიდინისა და პურინის ფუძეები და ფოსფორის მჟავა. ცილების ჰიდროლიზი მიმდინარეობს გარკვეულ პირობებში: დუღილის მჟავას ან ტუტე ხსნარში.

თუ პროტეინები შეიცავს ამიდურ ობლიგაციებს ამინომჟავების არსებობის გამო განშტოებული გვერდითი რადიკალებით, რომლებიც ქმნიან სტერიულ დაბრკოლებებს, როგორიცაა ლეიცინი ან ვალინი, მაშინ ჰიდროლიზი შეუძლებელია.

თუ ცილა იშლება კომპონენტებად ტუტე გარემოში, მაშინ ჰიდროლიზი ტარდება მჟავეში და პირიქით.

პირობითად, ცილის ჰიდროლიზის რეაქციის განტოლება შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

რატომ არის აუცილებელი ცილის ჰიდროლიზი?

ვინაიდან ცილები მაკრომოლეკულური ნაერთებია, ისინი შეიძლება ცუდად აღიქმებოდეს ორგანიზმის მიერ, ვინაიდან ნებისმიერი საკვები პროდუქტი, მცენარეული თუ ცხოველური წარმოშობის, შეიცავს ცილებს. ჰიდროლიზი არღვევს ცილებს დაბალმოლეკულური წონის პროდუქტებად, ამიტომ გამოიყენება ცილების მონელების დასაჩქარებლად (სპორტული კვება), ალერგიული რეაქციების შესამცირებლად (ბავშვის საკვები, განსაკუთრებით რძის ფორმულა) და ამინომჟავების მისაღებად.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ციყვები- მაღალმოლეკულური ორგანული ნაერთები, რომლებიც შედგება ამინომჟავის ნარჩენებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია გრძელ ჯაჭვში პეპტიდური კავშირით.

ცოცხალი ორგანიზმების ცილების შემადგენლობა მოიცავს მხოლოდ 20 ტიპის ამინომჟავას, ყველა მათგანი ალფა-ამინომჟავაა, ხოლო ცილების ამინომჟავური შემადგენლობა და მათი ერთმანეთთან კავშირის რიგი განისაზღვრება ცოცხალის ინდივიდუალური გენეტიკური კოდით. ორგანიზმი.

ცილების ერთ-ერთი მახასიათებელია მათი უნარი სპონტანურად ჩამოაყალიბონ მხოლოდ ამ კონკრეტული ცილისთვის დამახასიათებელი სივრცითი სტრუქტურები.

მათი სტრუქტურის სპეციფიკიდან გამომდინარე, ცილებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა თვისებები. მაგალითად, ცილები, რომლებსაც აქვთ გლობულური მეოთხეული სტრუქტურა, კერძოდ ქათმის კვერცხის ცილა, იხსნება წყალში კოლოიდური ხსნარების წარმოქმნით. ფიბრილარული მეოთხეული სტრუქტურის მქონე ცილები წყალში არ იხსნება. ფიბრილარული ცილები, კერძოდ, ქმნიან ფრჩხილებს, თმას, ხრტილს.

ცილების ქიმიური თვისებები

ჰიდროლიზი

ყველა ცილას შეუძლია გაიაროს ჰიდროლიზი. ცილების სრული ჰიდროლიზის შემთხვევაში წარმოიქმნება α-ამინომჟავების ნარევი:

ცილა + nH 2 O => α-ამინომჟავების ნარევი

დენატურაცია

ცილის მეორადი, მესამეული და მეოთხეული სტრუქტურების განადგურებას მისი პირველადი სტრუქტურის განადგურების გარეშე ეწოდება დენატურაცია. ცილის დენატურაცია შეიძლება მიმდინარეობდეს ნატრიუმის, კალიუმის ან ამონიუმის მარილების ხსნარების ზემოქმედებით - ასეთი დენატურაცია შექცევადია:

დენატურაცია, რომელიც ხდება რადიაციის გავლენის ქვეშ (მაგალითად, გათბობა) ან ცილის დამუშავება მძიმე მეტალების მარილებით, შეუქცევადია:

ასე, მაგალითად, ცილის შეუქცევადი დენატურაცია შეინიშნება კვერცხების თერმული დამუშავებისას მათი მომზადების დროს. კვერცხის ცილის დენატურაციის შედეგად ქრება მისი წყალში დაშლის უნარი კოლოიდური ხსნარის წარმოქმნით.

ხარისხობრივი რეაქციები ცილებზე

ბიურეტის რეაქცია

თუ ცილის შემცველ ხსნარს დაემატება 10%-იანი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი, შემდეგ კი მცირე რაოდენობით სპილენძის სულფატის 1%-იანი ხსნარი, გამოჩნდება იისფერი ფერი.

ცილის ხსნარი + NaOH (10% ხსნარი) + СuSO 4 = იისფერი ფერი

ქსანტოპროტეინის რეაქცია

ცილის ხსნარები კონცენტრირებული აზოტის მჟავასთან ერთად მოხარშვისას ყვითლდება:

ცილის ხსნარი + HNO 3 (კონს.) => ყვითელი ფერი

ცილების ბიოლოგიური ფუნქციები

კატალიზური	ცოცხალ ორგანიზმებში სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების დაჩქარება	ფერმენტები
სტრუქტურული	უჯრედის სამშენებლო მასალა	კოლაგენი, უჯრედის მემბრანის ცილები
დამცავი	დაიცავით ორგანიზმი ინფექციებისგან	იმუნოგლობულინები, ინტერფერონი
მარეგულირებელი	არეგულირებს მეტაბოლურ პროცესებს	ჰორმონები
ტრანსპორტი	სასიცოცხლო ნივთიერებების გადატანა სხეულის ერთი ნაწილიდან მეორეზე	ჰემოგლობინი ატარებს ჟანგბადს
ენერგია	ამარაგებს ორგანიზმს ენერგიით	1 გრამ პროტეინს შეუძლია ორგანიზმს მიაწოდოს 17,6 ჯ ენერგია
ძრავა (ძრავა)	სხეულის ნებისმიერი საავტომობილო ფუნქცია	მიოზინი (კუნთების ცილა)

ცილებს, ანუ ცილოვან ნივთიერებებს, უწოდებენ მაღალმოლეკულურ (მოლეკულური წონა მერყეობს 5-10 ათასიდან 1 მილიონამდე ან მეტს) ბუნებრივ პოლიმერებს, რომელთა მოლეკულები აგებულია ამიდური (პეპტიდური) ბმით დაკავშირებული ამინომჟავების ნარჩენებისგან.

პროტეინებს პროტეინებსაც უწოდებენ (ბერძნულიდან "პროტოს" - პირველი, მნიშვნელოვანი). ცილის მოლეკულაში ამინომჟავების ნარჩენების რაოდენობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება და ზოგჯერ რამდენიმე ათასს აღწევს. თითოეულ ცილას აქვს ამინომჟავების ნარჩენების საკუთარი თანმიმდევრობა.

ცილები ასრულებენ მრავალფეროვან ბიოლოგიურ ფუნქციას: კატალიზური (ფერმენტები), მარეგულირებელი (ჰორმონები), სტრუქტურული (კოლაგენი, ფიბროინი), საავტომობილო (მიოზინი), სატრანსპორტო (ჰემოგლობინი, მიოგლობინი), დამცავი (იმუნოგლობულინები, ინტერფერონი), სათადარიგო (კაზეინი, ალბუმინი, გლიადინი) სხვა. პროტეინებს შორის არის ანტიბიოტიკები და ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ ტოქსიკური ეფექტი.

ცილები არის ბიომემბრანების საფუძველი, უჯრედისა და უჯრედული კომპონენტების ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი. ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ უჯრედის ცხოვრებაში, ქმნიან, როგორც იქნა, მისი ქიმიური აქტივობის მატერიალურ საფუძველს.

ცილის განსაკუთრებული თვისებაა სტრუქტურის თვითორგანიზება, ანუ მისი უნარი სპონტანურად შექმნას კონკრეტული სივრცითი სტრუქტურა, რომელიც დამახასიათებელია მხოლოდ მოცემული ცილისთვის. არსებითად, სხეულის ყველა აქტივობა (განვითარება, მოძრაობა, სხვადასხვა ფუნქციების შესრულება და მრავალი სხვა) დაკავშირებულია ცილოვან ნივთიერებებთან (სურ. 36). ცილების გარეშე სიცოცხლის წარმოდგენა შეუძლებელია.

ცილები ადამიანისა და ცხოველის საკვების ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია, მათთვის საჭირო ამინომჟავების მიმწოდებელი.

სტრუქტურა

ცილების სივრცულ სტრუქტურაში დიდი მნიშვნელობა აქვს რადიკალების (ნარჩენების) ბუნებას R- ამინომჟავის მოლეკულებში. არაპოლარული ამინომჟავის რადიკალები ჩვეულებრივ განლაგებულია ცილის მაკრომოლეკულის შიგნით და იწვევს ჰიდროფობიურ (იხ. ქვემოთ) ურთიერთქმედებებს; პოლარული რადიკალები, რომლებიც შეიცავს იოგენურ (იონწარმომქმნელ) ჯგუფებს, ჩვეულებრივ, განლაგებულია ცილის მაკრომოლეკულის ზედაპირზე და ახასიათებს ელექტროსტატიკურ (იონურ) ურთიერთქმედებებს. პოლარული არაიონური რადიკალები (მაგალითად, ალკოჰოლის შემცველი OH ჯგუფები, ამიდური ჯგუფები) შეიძლება განთავსდეს როგორც ზედაპირზე, ასევე ცილის მოლეკულის შიგნით. ისინი მონაწილეობენ წყალბადის ბმების ფორმირებაში.

ცილის მოლეკულებში ა-ამინომჟავები ურთიერთდაკავშირებულია პეპტიდური (-CO-NH-) ბმებით:

ამ გზით აგებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვები ან პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ცალკეული მონაკვეთები, ზოგიერთ შემთხვევაში, შეიძლება დამატებით იყოს ერთმანეთთან დაკავშირებული დისულფიდური (-S-S-) ბმებით, ან, როგორც მათ ხშირად უწოდებენ, დისულფიდურ ხიდებს.

ცილების სტრუქტურის შექმნაში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს იონური (მარილი) და წყალბადის ბმები, ასევე ჰიდროფობიური ურთიერთქმედება - სპეციალური ტიპის კონტაქტი ცილის მოლეკულების ჰიდროფობიურ კომპონენტებს შორის წყალში. ყველა ამ ბმას აქვს განსხვავებული სიძლიერე და უზრუნველყოფს რთული, დიდი ცილის მოლეკულის ფორმირებას.

მიუხედავად ცილოვანი ნივთიერებების აგებულებისა და ფუნქციების განსხვავებისა, მათი ელემენტარული შედგენილობა ოდნავ მერყეობს (მშრალი მასის %-ში): ნახშირბადი - 51-53; ჟანგბადი - 21,5-23,5; აზოტი - 16,8-18,4; წყალბადი - 6,5-7,3; გოგირდი - 0,3-2,5. ზოგიერთი ცილა შეიცავს მცირე რაოდენობით ფოსფორს, სელენს და სხვა ელემენტებს.

პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში ამინომჟავების ნარჩენების დამაკავშირებელ თანმიმდევრობას ცილის პირველადი სტრუქტურა ეწოდება (სურ. 37).

ცილის მოლეკულა შეიძლება შედგებოდეს ერთი ან მეტი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან, თითოეული შეიცავს სხვადასხვა რაოდენობის ამინომჟავის ნარჩენებს. მათი შესაძლო კომბინაციების რაოდენობის გათვალისწინებით, შეიძლება ითქვას, რომ ცილების მრავალფეროვნება თითქმის შეუზღუდავია, მაგრამ ყველა მათგანი ბუნებაში არ არსებობს. სხვადასხვა ტიპის ცილების საერთო რაოდენობა ყველა ტიპის ცოცხალ ორგანიზმში არის 10 10 -10 12 . პროტეინებისთვის, რომელთა სტრუქტურა უკიდურესად რთულია, პირველადის გარდა, ასევე გამოირჩევა სტრუქტურული ორგანიზაციის უფრო მაღალი დონეები: მეორადი, მესამეული და ზოგჯერ მეოთხეული სტრუქტურები (ცხრილი 9). ცილების უმეტესობას აქვს მეორადი სტრუქტურა, თუმცა არა ყოველთვის მთელ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. გარკვეული მეორადი სტრუქტურის მქონე პოლიპეპტიდური ჯაჭვები შეიძლება განსხვავებულად იყოს მოწყობილი სივრცეში.

ამ სივრცულ მოწყობას მესამეული სტრუქტურა ეწოდება (სურ. 39).

მესამეული სტრუქტურის ფორმირებაში, წყალბადის ბმების გარდა, მნიშვნელოვან როლს თამაშობს იონური და ჰიდროფობიური ურთიერთქმედება. ცილის მოლეკულის „შეფუთვის“ ბუნებით განასხვავებენ გლობულურ, ანუ სფერულ და ფიბრილარულ, ანუ ძაფისებრ ცილებს.

გლობულური ცილებისთვის უფრო დამახასიათებელია ა-სპირალური სტრუქტურა, ხვეულები მოხრილი, „დაკეცილი“. მაკრომოლეკულას აქვს სფერული ფორმა. ისინი იხსნება წყალში და მარილიან ხსნარებში კოლოიდური სისტემების წარმოქმნით. ცხოველური, მცენარეული და მიკროორგანიზმების ცილების უმეტესობა გლობულური ცილებია.

ფიბრილარული ცილებისთვის უფრო დამახასიათებელია ძაფისებრი სტრუქტურა. ისინი ძირითადად წყალში არ იხსნება. ფიბრილარული ცილები ჩვეულებრივ ასრულებენ სტრუქტურის ფორმირების ფუნქციებს. მათი თვისებები (სიძლიერე, გაჭიმვის უნარი) დამოკიდებულია პოლიპეპტიდური ჯაჭვების შეფუთვაზე. ფიბრილარული ცილების მაგალითია კუნთოვანი ქსოვილის ცილები (მიოზინი), კერატინი (რქოვანი ქსოვილი). ზოგიერთ შემთხვევაში, ინდივიდუალური ცილის ქვედანაყოფები ქმნიან კომპლექსურ ანსამბლებს წყალბადის ბმების, ელექტროსტატიკური და სხვა ურთიერთქმედების დახმარებით. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ცილების მეოთხეული სტრუქტურა.

თუმცა, კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს, რომ პირველადი სტრუქტურა განსაკუთრებულ როლს ასრულებს უმაღლესი ცილის სტრუქტურების ორგანიზებაში.

კლასიფიკაცია

ცილების რამდენიმე კლასიფიკაცია არსებობს. ისინი დაფუძნებულია სხვადასხვა მახასიათებლებზე:

სირთულის ხარისხი (მარტივი და რთული);

მოლეკულების ფორმა (გლობულური და ფიბრილარული ცილები);

ხსნადობა ცალკეულ გამხსნელებში (წყალში ხსნადი, ხსნადი განზავებულ მარილიან ხსნარებში - ალბუმინები, ალკოჰოლში ხსნადი - პროლამინები, ხსნადი განზავებულ ტუტეებში და მჟავებში - გლუტელინებში);

შესრულებული ფუნქცია (მაგალითად, შესანახი ცილები, ჩონჩხი და ა.შ.).

Თვისებები

ცილები არის ამფოტერული ელექტროლიტები. გარემოს გარკვეული pH მნიშვნელობისას (მას იზოელექტრული წერტილი ეწოდება), პროტეინის მოლეკულაში დადებითი და უარყოფითი მუხტების რაოდენობა ერთნაირია. ეს არის ცილის ერთ-ერთი მთავარი თვისება. პროტეინები ამ ეტაპზე ელექტრონულად ნეიტრალურია და წყალში მათი ხსნადობა ყველაზე დაბალია. ცილების უნარი შეამცირონ ხსნადობა, როდესაც მათი მოლეკულები ელექტრულად ნეიტრალური ხდება, გამოიყენება ხსნარებისგან მათი იზოლირებისთვის, მაგალითად, ცილოვანი პროდუქტების მიღების ტექნოლოგიაში.

დატენიანება

ჰიდრატაციის პროცესი გულისხმობს წყლის შებოჭვას ცილებთან, ხოლო ისინი ავლენენ ჰიდროფილურ თვისებებს: ადიდებენ, იზრდება მათი მასა და მოცულობა. ცილის შეშუპებას თან ახლავს მისი ნაწილობრივი დაშლა. ცალკეული ცილების ჰიდროფილურობა დამოკიდებულია მათ სტრუქტურაზე. ჰიდროფილური ამიდური (-CO-NH-, პეპტიდური ბმა), ამინის (NH2) და კარბოქსილის (COOH) ჯგუფები, რომლებიც შეიცავს შემადგენლობაში და მდებარეობს ცილის მაკრომოლეკულის ზედაპირზე, იზიდავს წყლის მოლეკულებს, მკაცრად ორიენტირებს მათ მოლეკულის ზედაპირზე. . ცილის გლობულების მიმდებარე ჰიდრატაციის (წყლის) გარსი ხელს უშლის აგრეგაციას და დალექვას და, შესაბამისად, ხელს უწყობს ცილის ხსნარების სტაბილურობას. იზოელექტრულ წერტილში ცილებს აქვთ წყლის შებოჭვის ყველაზე ნაკლები უნარი; ცილის მოლეკულების გარშემო დამატენიანებელი გარსი განადგურებულია, ამიტომ ისინი გაერთიანდებიან და წარმოქმნიან დიდ აგრეგატებს. ცილის მოლეკულების აგრეგაცია ასევე ხდება, როდესაც ისინი დეჰიდრატირებულია ზოგიერთი ორგანული გამხსნელით, როგორიცაა ეთილის სპირტი. ეს იწვევს ცილების დალექვას. როდესაც გარემოს pH იცვლება, ცილის მაკრომოლეკულა დამუხტული ხდება და მისი ჰიდრატაციის უნარი იცვლება.

შეზღუდული შეშუპებით, კონცენტრირებული ცილის ხსნარები ქმნიან რთულ სისტემებს, რომლებსაც ჟელე ეწოდება. ჟელე არ არის თხევადი, ელასტიური, აქვს პლასტიურობა, გარკვეული მექანიკური სიმტკიცე და შეუძლია შეინარჩუნოს ფორმა. გლობულური ცილები შეიძლება მთლიანად დატენიანდეს წყალში გახსნით (მაგალითად, რძის ცილები), დაბალი კონცენტრაციის ხსნარების წარმოქმნით. ბიოლოგიასა და კვების მრეწველობაში დიდი მნიშვნელობა აქვს ცილების ჰიდროფილურ თვისებებს, ანუ მათ ადიდებდეს, ჟელეების წარმოქმნას, სუსპენზიების სტაბილიზაციას, ემულსიებს და ქაფს. ძალიან მოძრავი ჟელე, რომელიც აგებულია ძირითადად ცილის მოლეკულებისგან, არის ციტოპლაზმა - უჯრედის ნახევრად თხევადი შიგთავსი. მაღალჰიდრატირებული ჟელე - ხორბლის ცომისგან გამოყოფილი ნედლი წებოვანა, შეიცავს 65%-მდე წყალს. გლუტენის ცილების განსხვავებული ჰიდროფილურობა ერთ-ერთი თვისებაა, რომელიც ახასიათებს ხორბლის მარცვლისა და მისგან მიღებული ფქვილის ხარისხს (ე.წ. ძლიერი და სუსტი ხორბალი). მარცვლეულის და ფქვილის ცილების ჰიდროფილურობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მარცვლეულის შენახვასა და გადამუშავებაში, გამოცხობისას. ცომი, რომელიც მიიღება საცხობი ინდუსტრიაში, არის წყალში ადიდებული ცილა, კონცენტრირებული ჟელე, რომელიც შეიცავს სახამებლის მარცვლებს.

ცილის დენატურაცია

დენატურაციის დროს, გარეგანი ფაქტორების გავლენით (ტემპერატურა, მექანიკური მოქმედება, ქიმიური აგენტების მოქმედება და რიგი სხვა ფაქტორები) ხდება ცვლილება ცილის მაკრომოლეკულის მეორად, მესამეულ და მეოთხედულ სტრუქტურებში, ანუ მის მშობლიურ სტრუქტურებში. სივრცითი სტრუქტურა. ცილის პირველადი სტრუქტურა და, შესაბამისად, ქიმიური შემადგენლობა არ იცვლება. იცვლება ფიზიკური თვისებები: მცირდება ხსნადობა, ჰიდრატაციის უნარი, იკარგება ბიოლოგიური აქტივობა. იცვლება ცილის მაკრომოლეკულის ფორმა, ხდება აგრეგაცია. ამასთან, იზრდება ზოგიერთი ქიმიური ჯგუფის აქტივობა, ადვილდება პროტეოლიზური ფერმენტების მოქმედება ცილებზე და, შესაბამისად, უფრო ადვილად ჰიდროლიზდება.

კვების ტექნოლოგიაში განსაკუთრებული პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ცილების თერმულ დენატურაციას, რომლის ხარისხი დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, გათბობის ხანგრძლივობაზე და ტენიანობაზე. ეს უნდა გვახსოვდეს საკვები ნედლეულის, ნახევარფაბრიკატების და ზოგჯერ მზა პროდუქტების თერმული დამუშავების რეჟიმების შემუშავებისას. თერმული დენატურაციის პროცესები განსაკუთრებულ როლს თამაშობს მცენარეული ნედლეულის გათეთრებაში, მარცვლეულის გაშრობაში, პურის გამოცხობაში და მაკარონის მიღებაში. ცილის დენატურაცია ასევე შეიძლება გამოწვეული იყოს მექანიკური მოქმედებით (წნევა, წვა, რხევა, ულტრაბგერითი). საბოლოოდ, ქიმიური რეაგენტების (მჟავები, ტუტეები, ალკოჰოლი, აცეტონი) მოქმედება იწვევს ცილების დენატურაციას. ყველა ეს ტექნიკა ფართოდ გამოიყენება საკვებსა და ბიოტექნოლოგიაში.

ცილის ჰიდროლიზი

ჰიდროლიზის რეაქცია ამინომჟავების წარმოქმნით ზოგადი თვალსაზრისით შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

წვა

4. რა რეაქციები შეიძლება გამოვიყენოთ ცილების ამოცნობისთვის?

5. რა როლს ასრულებენ ცილები ორგანიზმების ცხოვრებაში?

6. ზოგადი ბიოლოგიის კურსიდან გავიხსენოთ რომელი ცილები განსაზღვრავენ ორგანიზმების იმუნურ თვისებებს.

7. გვიამბეთ შიდსზე და ამ საშინელი დაავადების პრევენციაზე.

8. როგორ ამოვიცნოთ ნატურალური მატყლისა და ხელოვნური ბოჭკოებისგან დამზადებული პროდუქტი?

9. დაწერეთ რეაქციის განტოლება ცილების ჰიდროლიზის ზოგადი ფორმულით (-NH-CH-CO-) n.
ლ
რ

რა მნიშვნელობა აქვს ამ პროცესს ბიოლოგიაში და როგორ გამოიყენება იგი ინდუსტრიაში?

10. დაწერეთ რეაქციის განტოლებები, რომლებითაც შესაძლებელია შემდეგი გადასვლების გაკეთება: ეთანი -> ეთილის სპირტი -> ძმარმჟავა -> ძმარმჟავა -> ქლოროძმარმჟავა -> ამინოძმარმჟავა -> პოლიპეპტიდი.