Денатурация белков

2. Денатурация белков.

При денатурации под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия химических агентов и других факторов) происходит измене- ние вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы, то есть ее нативной пространственной структуры. Первичная структура, а следователь- но, и химический состав белка не меняются. Изменяются физические свойства: сни- жается растворимость, способность к гидратации, теряется биологическая актив-ность. Меняется форма белковой макромолекулы, происходит агрегирование. В то же время увеличивается активность некоторых групп, облегчается воздействие на белки протеолитических ферментов, а, следовательно, он легче гидролизуется.

В пищевой технологии особое практическое значение имеет тепловая денатура- ция белков, степень которой зависит от температуры, продолжительности нагрева и влажности. Это необходимо помнить при разработке режимов термообработке пи- щевого сырья ,полуфабрикатов, а иногда и готовых продуктов. Особую роль про- цессы тепловой денатурации играют при бланшировании растительного сырья, суш- ке зерна, выпечке хлеба, получении макаронных изделий. Денатурация белков может вызываться и механическим воздействием (давлением, растиранием, встряхиванием, ультразвуком). К денатурации белков приводит действие химических реагентов (кислот, щелочей, спирта, ацетона). Все эти приемы широко используют в пищевой и биотехнологии.

3.Пенообразование.

Процесс пенообразования–это способность белков образовывать высококонцент- рированные системы «жидкость–газ» ,называемые пенами. Устойчивость пены, в ко- торой белок является пенообразователем, зависит не только от его природы и от кон- цнтрации,но и от температуры. Белки в качестве пенообразователей широко исполь- зуются в кондитерской промышленности(пастила, зефир, суфле).Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые свойства.

4.Горение.

Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев.

5.Цветные реакции.

·     Ксантопротеиновая–происходит взаимодействие ароматических и гетероатомных циклов в молекуле белка с концентрированной азотной кислотой, сопровождаю- щеееся появлением желтой окраски;

·     Биуретовая – происходит взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди(II) с образованием комплексных соединений между ионами Cu²⁺ и полипептидами. Реакция сопровождается появлением фиолетово–синей окраски.;

·     при нагревании белков со щелочью в присутствии солей свинца выпадает черный осадок, который содержит серу.

6.Амфотерные свойства

В белках содержатся карбоксил и аминогруппа и при действии щелочей белок реагирует в форме аниона – соединяться с катионом щелочи, образуя соль альбу- минат:

 H₂N–CH–COOH+NaOH H₂O+H₂N–CH–COONa

│ │

R R

При действии же кислот он становится катионом, образуя синтонин:

H₂N–CH–COOH+HCI H₂N–CH–COOH CI

| |

R R

7.Гидролиз белков.

Реакция гидролиза идет с образованием аминокислот. В общем виде ее можно запи- сать так:

 

O H O O O

|| | || H⁺

–NH–CH–C–N–CH–C– +2nH₂O nH₂N–CH–C + nH₂N–CH–C

| | | |

R¹ R² R¹ OH R² OH

n

полипептид (белок) аминокислота-1 аминокислота-2

ЗНАЧЕНИЕ БЕЛКОВ.

БЕЛКИ–ФЕРМЕНТЫ.

В каждой живой клетке происходят непрерывно сотни биохимических реакций. Быстрое протекание этих реакций обеспечивают биологические катализаторы, или ускорители реакций,– ферменты. Известно более тысячи разных ферментов. Все они белки.

Каждый фермент обеспечивает одну или несколько реакций одного типа. Напри- мер, жиры в пищеварительном тракте (а также внутри клеток) расщепляются специ- альным ферментом, который не действует на полисахариды (крахмал, гликоген) или на белки. В свою очередь, фермент, расщепляющий только крахмал или гликоген, не действует на жиры. Каждая молекула фермента способна осуществлять от несколь- ких тысяч до нескольких миллионов одинаковых операций в минуту. Вход этих реакций ферментный белок не расходуется. Он соединяется с реагирующими веще- ствами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменным.

Ферменты выполняют работу наилучшим образом только при оптимальной тем- пературе (например, у человека и теплокровных животных при 37°C) и определен- ной концентрации ионов водорода в среде.

Процесс расщепления или синтеза любого вещества в клетке, как правило, разде- лен на ряд химических операций. Каждую операцию выполняет отдельный фермент. Группа таких ферментов составляет своего рода биохимический конвейер.

БЕЛКИ–ГОРМРНЫ.

Гормоны– регуляторы физиологических процессов. Часть гормонов (но не все) животных и человека являются белками. Так, белковый гормон инсулин (гормон поджелудочной железы) активирует захват клетками молекул глюкозы и расщепле- ние или запасание их внутри клетки. Если не хватает инсулина, то глюкоза накапли- вается в крови в избытке. Клетки без помощи инсулина не способны ее захватить –они голодают. Именно в этом причина развития диабета – болезни, вызываемой не- достатком инсулина в организме. Гормоны выполняют важнейшую функцию орга- низме, управляя активностью ферментов. Так, инсулин активирует в клетках печени фермент, синтезирующий из глюкозы другое органическое вещество–гликоген, и ряд других ферментов.

БЕЛКИ–СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ.

На попадание бактерий или вирусов в кровь животных и человека организм реа- гирует выработкой специальных защитных белков–антител. Эти белки связываются с чужеродными для организма белками возбудителей заболеваний, чем подавляется их жизнедеятельность. На каждый чужеродный белок организм вырабатывает спе- циальные «антибелки» – антитела. Механизм сопротивления возбудителям заболе- ваний называют иммунитетом. Помимо антител, растворенных в крови, имеются антитела на поверхности специальных клеток, которые захватывают чужеродные клетки. Это клеточный иммунитет, обеспечивающий в большинстве случаев и унич- тожение вновь возникающих раковых клеток. Чтобы предупредить заболевание, лю- дям и животным вводят ослабленные или убитые бактерии либо вирусы (вакцины), которые не вызывают болезнь, но заставляют специальные клетки организма произ- водить антитела против этих возбудителей. Если через некоторое время болезнет- ворная неослабленная бактерия или вирус попадают в такой организм, они встреча- ют прочный защитный барьер из антител.

РОЛЬ БЕЛКОВ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА.

Белки, распадаясь в организме, являются, так же как углеводы и жиры, источником энергии. Энергия, получаемая при распаде белков, может быть без всякого ущерба для организма компенсирована энергией распада жиров и углеводов. Однако очень важно, что организм человека и животных не может обходиться без регулярного поступления белков извне.

Опыт показывает, что даже довольно длительное выключение жиров или углеводов из питания животного не вызывает тяжелых расстройств здоровья. Но прием в течение нескольких дней пищи, не содержащей белков, приводит к серьезным нарушениям, а продолжительное безбелковое питание неизбежно кончается смертью животного. Все это имеет место даже при обильном питании углеводами и жирами.

Какое же количество белка необходимо в питании человека, чтобы обеспечить сохранение его здоровья и работоспособности? «Коэффициент изнашивания» у взрослого человека составляет около 23 граммов белка. Но азотистое равновесие устанавливается при приеме более высоких количеств белка в пище, чем того требует так называемый «коэффициент изнашивания». В среднем азотистое равновесие устанавливается у человека при потреблении 30-45 граммов белка в сутки. Этот минимум белка, необходимый для того, чтобы поддерживать азотистое равновесие на рационе, полностью покрывающем энергетические потребности организма, получил название «физиологического минимума белка». Азотистое равновесие у человека и животных, таким образом, возможно, получить при приеме с пищей белка в количестве примерно вдвое большем, чем это необходимо по «коэффициенту изнашивания».

Ученые пришли к выводу, что взрослый человек должен потреблять ежедневно при трате энергии в 1500 ккал не менее 100 грамм, а в жарком климате – не менее 120 грамм белка. Эти нормы соответствуют умственному труду или труду физическому, полностью механизированному. При расходовании большего количества энергии, то есть при физическом труде, недостаточно механизированном, необходимо добавочно 10 грамм белка на каждые 500 ккал. Таким образом, при физическом труде с тратой энергии в 4000 ккал требуется 130-150 грамм белка в сутки.

Растущий организм испытывает потребность в белке в зависимости от возраста. Нормы белка для детей приведены в следующей таблице:

Для удовлетворения потребностей организма существенным является не только количество, но и качество белков в пище. Различные белки отличаются друг от друга процентным содержанием аминокислот. В зависимости от аминокислотного состава, организму требуется одного белка больше, а другого меньше. В этом смысле можно говорить о различной биологической ценности белков. Биологическая ценность белка определяется также степенью усвоения его организмом. Белки, находящиеся в продуктах питания, потребляемых человеком, содержат в тех или иных количествах все аминокислоты. Изучение азотистого обмена у взрослых людей позволило сделать вывод, что для удовлетворительного самочувствия необходимо восемь незаменимых аминокислот и источники азота.

Но установленные «оптимальные уровни» аминокислот в питании человека не являются постоянными при любых условиях. Они могут значительно возрастать, причем неравномерно для различных аминокислот, при некоторых физиологических или патологических состояниях. Если пища, состоящая из разных продуктов, содержит неполноценные белки с различным составом аминокислот, дополняющих одна другую, то в результате из нескольких продуктов с неполноценными белками мы получаем пищу с белковым составом, соответствующим требованиям организма. В таблице приводится содержание белков в разных продуктах.

Список используемой литературы:

1.   Баранова Т. А. Правильное питание. ― М.: Интербук, 1991

2.   Беляев Д. К. Общая биология.— М.: просвещение,2002

3.   Габриелян О. С. Химия 10 класс.— М.: Дрофа, 2001

4.   Габриелян О. С. Химия 11 класс.— М.: Дрофа, 2002

5.   Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы.— М.:Высшая школа,1985

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Первичная структура белка.

Вторичная структура белка.

Третичная структура белка.

Четвертичная структура белка.

Суточные нормы белка для взрослого человека, г.

Умственного и легкого физи- ческого труда	Механизированного физического труда	Немеханизированного физического труда	Тяжелого физического труда
100–110	110–120	120–140	140–160

Таблица№1.

 

Суточные нормы белка для детей, г.

От 6 мес. до 1года	1–3	3–7	7–11	11–15	15–18
25	50	70	70	100	120

Таблица№2.

Содержание белка в пищевом рационе взрослого человека,

необходимое для поддержания азотистого равновесия.

 

Источники белка	Потребность в белках (г/сутки)	Источники белка	Потребность в белках (г/сутки)
яичный белок	19,9	картофель	30,0
говядина	26,0	хлеб из пшеничной муки	67,0
молоко	27,6

Таблица№3.

Перечень продуктов, которые обеспечивают необходимое

количество белковых веществ.

 

Наименование продукта	Количество	Белковые вещества
Ржаной хлеб	250	12,8
Белый хлеб	200	14,3
Крупа	30	2,8
Макароны	10	0,9
Мука пшеничная	20	1,9
Мясо	150	22,7
Рыба	100	9,4
Молоко	400	14,2
Творог, сыр	70	11,2
Сметана	30	0,6
Сливочное масло	30	0,1
Яйца	1/2шт.	2,6
Картофель	400	4,2
Овощи	300	3,5
Фрукты, ягоды (свежие)	200	0,8
Итого:		102,0

Таблица№4.

Функции белков в организме.

Функция	Определение	Пример
1. Пластическая	Материал клетки	Коллаген, мембранные белки
2. Транспортная	Переносят различные вещества	Гемоглобин (перенос O2 и CO2)
3. Защитная	Обезвреживают чужеродные вещества	-Глобулин сыворотки крови
4. Энергетическая	Снабжают организм энергией	При расщеплении 1 г белка освобождается 17,6 кДж энергии
5. Каталитическая	Ускоряют протекание химических реакций в организме	Все ферменты по своей химической природе – белки. Например, рибонуклеаза
6. Сократительная	Выполняют все виды движений, к которым способны клетки и организмы	Миозин (белок мышц)
7. Регуляторная	Регулируют обменные процессы	Гормоны, например, инсулин (обмен глюкозы)

Таблица №5.