Sifat dan fungsi protein

Struktur dan sifat protein dapat berubah di bawah pengaruh berbagai faktor fisikokimia: aksi asam pekat dan basa, logam berat, perubahan suhu, dll. Beberapa protein dengan mudah mengubah strukturnya di bawah pengaruh berbagai faktor, yang lain resisten terhadap pengaruh seperti itu. Sifat utama suatu protein adalah denaturasi, renaturasi, dan penghancuran.

Denaturasi

Denaturasi - Ini adalah proses mengganggu struktur alami suatu protein dengan tetap mempertahankan ikatan peptida (struktur primer). Mungkin tidak dapat diubah proses. Tetapi jika aksi faktor negatif berhenti pada tahap pertama, protein dapat mengembalikan keadaan normalnya, yaitu terjadi denaturasi terbalik - renaturasi.

Renaturasi

Renaturasi adalah kemampuan protein untuk mengembalikan struktur normalnya setelah aksi faktor negatif dihilangkan. Kinerja beberapa fungsi - motorik, sinyal, katalitik, dll. - pada organisme hidup dikaitkan dengan denaturasi balik parsial protein.

Penghancuran

Penghancuran adalah proses penghancuran struktur primer protein. Itu selalu merupakan proses yang tidak dapat diubah.

Fungsi protein

Protein melakukan fungsi utama berikut:

1. Struktural (konstruksi). Mereka adalah bagian dari membran, mikrotubulus dan mikrofilamen yang bertindak sebagai sitoskeleton. Ikatan mengandung protein elastin, rambut, kuku dan bulu mengandung protein keratin, tulang rawan dan tendon mengandung protein kolagen, tulang mengandung protein osein.
2. Protektif. Limfosit menghasilkan protein khusus – antibodi yang mampu mengenali dan menetralisir bakteri, virus, protein asing bagi tubuh. Protein fibrin, tromboplastin dan trombin terlibat dalam proses pembekuan darah. Mereka mencegah kehilangan banyak darah. Menanggapi serangan patogen, tanaman juga mensintesis sejumlah protein pertahanan.
3. Sinyal. Memberikan penyerapan selektif zat tertentu oleh sel dan membantu melindunginya. Pada saat yang sama, protein kompleks individu pada membran sel mampu mengenali senyawa kimia tertentu dan meresponsnya. Mereka mengikatnya atau mengubah strukturnya dan mengirimkan sinyal tentang zat ini ke bagian lain membran atau jauh ke dalam sel.

1. Motorik (kontraktil). Memberikan kemampuan sel untuk bergerak, berubah bentuk. Misalnya, protein kontraktil aktin dan miosin berfungsi di otot rangka dan banyak sel lainnya. Mikrotubulus silia dan flagela sel eukariotik mengandung protein tubulin.
2. Peraturan. Mereka adalah hormon yang bersifat protein pada hewan yang mengatur pertumbuhan, pubertas, siklus seksual, perubahan integumen, dll. Beberapa protein mengatur aktivitas metabolisme.
3. Mengangkut. Protein mengangkut ion anorganik, gas (oksigen, karbon dioksida), zat organik tertentu. Protein transpor ditemukan di membran sel, di sel darah merah, dll. Ada protein transpor di dalam darah yang mengenali dan mengikat hormon tertentu dan membawanya ke sel tertentu. Misalnya hemocyanin (protein biru) pada invertebrata, hemoglobin pada vertebrata membawa oksigen.
4. Menyimpan. Mereka dapat disimpan dalam endosperm benih banyak tanaman (dalam sereal 15-25%, kacang-kacangan - hingga 45%), dalam telur burung, reptil, dll.
5. Bergizi. Embrio benih beberapa tanaman mengkonsumsi protein pada tahap pertama perkembangannya, yang disimpan dalam cadangan.
6. Energi. Ketika protein dipecah, energi dilepaskan. Asam amino, yang terbentuk selama pemecahan protein, digunakan untuk biosintesis protein yang dibutuhkan tubuh, atau diurai untuk melepaskan energi. Dengan pemecahan lengkap 1 g protein, rata-rata 17,2 kJ energi dilepaskan. Namun protein sebagai sumber energi sangat jarang digunakan, terutama pada saat cadangan karbohidrat dan lemak habis.
7. Enzimatik (katalitik). Fungsi ini dilakukan oleh protein – enzim yang mempercepat reaksi biokimia dalam tubuh.
8. Fungsi antibeku. Plasma darah beberapa organisme hidup mengandung protein yang mencegahnya membeku pada suhu rendah.

Beberapa organisme yang hidup dalam kondisi panas memiliki protein yang tidak mengalami denaturasi bahkan pada suhu +50…90 °C.

Beberapa protein membentuk kompleks kompleks dengan pigmen, asam nukleat.

Denaturasi protein- ini merupakan pelanggaran terhadap struktur spasial asli molekul protein di bawah pengaruh berbagai pengaruh eksternal, disertai dengan perubahan sifat fisikokimia dan biologisnya. Dalam hal ini, struktur sekunder dan tersier dari molekul protein dilanggar, sedangkan struktur primer, pada umumnya, dipertahankan.

Denaturasi protein terjadi selama pemanasan dan pembekuan produk makanan di bawah pengaruh berbagai radiasi, asam, basa, pengaruh mekanis yang tajam dan faktor lainnya.

Selama denaturasi protein, terjadi perubahan utama berikut:

Kelarutan protein menurun tajam;

Hilangnya aktivitas biologis, kemampuan hidrasi dan kekhususan spesies;

Meningkatkan serangan enzim proteolitik;

Reaktivitas protein meningkat;

Terjadi agregasi molekul protein;

Muatan molekul protein adalah nol.

Hilangnya aktivitas biologis protein akibat denaturasi termal menyebabkan inaktivasi enzim dan kematian mikroorganisme.

Akibat hilangnya kekhususan spesies oleh protein, nilai gizi produk tidak berkurang.

Pertimbangkan denaturasi termal molekul protein yang paling umum, disertai dengan penghancuran ikatan silang yang lemah antara rantai polipeptida dan melemahnya interaksi hidrofobik dan interaksi lain antara rantai protein. Akibatnya, konformasi rantai polipeptida pada molekul protein berubah. Misalnya, protein fibrilar mengubah elastisitasnya, pada protein globular, globula protein terbuka, diikuti dengan pelipatan menjadi tipe baru. Ikatan kuat (kovalen) dari molekul protein tidak terputus. Protein globular mengubah kelarutan, viskositas, sifat osmotik dan mobilitas elektroforesis.

Setiap protein memiliki suhu denaturasi tertentu (t). Untuk protein ikan t = 30 0С, putih telur t = 55 0С, daging t = 55…60 0С, dst.

Pada nilai pH yang mendekati titik isoelektrolitik protein, denaturasi terjadi pada suhu yang lebih rendah dan disertai dengan dehidrasi maksimum protein. Pergeseran pH medium berkontribusi pada peningkatan stabilitas termal protein.

Perubahan terarah pada pH medium banyak digunakan dalam teknologi untuk meningkatkan kualitas makanan. Jadi, saat merebus daging, ikan, marinasi, asam, anggur atau bumbu asam lainnya ditambahkan sebelum digoreng untuk menciptakan lingkungan asam dengan nilai pH di bawah titik isoelektrik protein produk. Dalam kondisi ini, dehidrasi protein dalam produk berkurang dan hidangan jadi menjadi lebih berair.

Suhu denaturasi protein meningkat dengan adanya protein lain yang lebih termostabil dan beberapa zat non-protein, seperti sukrosa.

Denaturasi beberapa protein dapat terjadi tanpa perubahan yang terlihat dalam larutan protein (misalnya kasein susu). Makanan yang dimasak mungkin mengandung beberapa protein asli yang tidak didenaturasi, termasuk enzim tertentu.

Protein yang terdenaturasi mampu berinteraksi satu sama lain. Ketika agregasi karena ikatan antarmolekul antara molekul protein yang terdenaturasi, keduanya kuat, misalnya ikatan disulfida, dan lemah, misalnya, ikatan hidrogen.

Ketika diagregasi, partikel yang lebih besar terbentuk. Misalnya, ketika susu direbus, serpihan laktoalbumin yang terdenaturasi mengendap, serpihan dan busa protein terbentuk di permukaan kaldu daging dan ikan.

Ketika protein didenaturasi dalam larutan protein yang lebih pekat, jeli terbentuk sebagai hasil agregasinya, yang menahan semua air yang terkandung dalam sistem.

Perubahan denaturasi utama pada protein otot selesai setelah mencapai 65 0C, ketika lebih dari 90% jumlah total protein mengalami denaturasi. Pada t = 70 0C dimulai denaturasi mioglobin dan hemoglobin, disertai melemahnya ikatan antara globin dan heme, yang kemudian terpecah dan teroksidasi, berubah warna, akibatnya warna daging menjadi abu-abu kecoklatan. .

Saat daging dipanaskan, terjadi perubahan denaturasi yang signifikan pada protein jaringan ikat. Pemanasan kolagen di lingkungan lembab hingga t = 58...62 0C menyebabkan "pengelasan", yang melemahkan dan memutus sebagian ikatan hidrogen yang menahan rantai polipeptida dalam struktur tiga dimensi. Pada saat yang sama, rantai polipeptida menekuk dan memelintir, ikatan hidrogen baru muncul di antara mereka, yang bersifat acak. Akibatnya serat kolagen memendek dan menebal.

Kolagen yang mengalami denaturasi panas menjadi lebih elastis dan menyerap, serta kekuatannya berkurang secara signifikan. Reaktivitas kolagen juga meningkat, dan aksi pepsin dan trypsin menjadi lebih mudah diakses, yang meningkatkan daya cernanya. Semua perubahan ini semakin besar, semakin tinggi suhunya dan semakin lama pemanasannya.

denaturasi- perubahan signifikan pada sifat alami suatu zat di bawah pengaruh pengaruh kimia atau fisik. Istilah "denaturasi" biasanya diterapkan pada protein (lihat). Pelanggaran struktur unik asli di bawah pengaruh kenaikan suhu, tekanan hidrostatik tinggi, ultrasound, radiasi pengion, perubahan pH tiba-tiba, penambahan beberapa bahan kimia. zat yang memutus ikatan non-kovalen (misalnya urea, garam guanidin, trifluoroasetat atau trikloroasetat), disebut istilah umum "denaturasi protein". Molekul protein asli dicirikan oleh keteraturan internal, didukung oleh sistem ikatan non-kovalen antara berbagai elemen struktural. Dengan D., ketertiban seperti itu dilanggar. Ikatan kovalen (kimia) dalam molekul protein tidak terpengaruh selama D., dan struktur utama protein dipertahankan. Struktur tatanan yang lebih tinggi - sekunder atau tersier - dilanggar seluruhnya atau sebagian besar. Perubahan keadaan asli molekul, mirip dengan protein D., juga dikenal dengan asam nukleat (lihat).

Protein yang aktif secara biologis - enzim, antibodi, dll. - dinonaktifkan selama D.. Alasannya adalah bahwa dalam perjalanan D. pusat aktif rusak - situs molekul protein yang terorganisir secara tepat yang secara langsung bertanggung jawab atas fungsi biol yang sesuai. Fisika-kimia. perubahan yang menyertai D. juga berhubungan dengan gangguan pada struktur protein yang teratur. Jadi, di D., lokasi spiral rantai polipeptida diputus (sampai batas tertentu), yang ditetapkan oleh pergeseran spektropolarisasi yang sesuai. Transisi rantai polipeptida protein dari keadaan padat ke keadaan tidak teratur dan bergerak menyebabkan perubahan viskositas dan sifat hidrodinamik lainnya dari larutannya. Dalam keadaan D., ketika rantai polipeptida menjadi lebih mobile, reaktivitas umum bahan kimia tersebut. kelompok semakin meningkat. Sulfhidril (SH-) yang tidak dapat dititrasi (yaitu, non-reaktif) dan beberapa gugus lain yang terdapat dalam banyak protein asli biasanya dititrasi setelah D. Interaksi protein dengan pewarna tertentu meningkat secara dramatis sebagai akibat dari D. Karena peningkatan ketersediaan dan meningkatkan reaktivitas berbagai bahan kimia. kelompok di D. tingkat interaksi antara molekul protein individu meningkat sangat kuat. Dalam keadaan terdenaturasi, protein mudah beragregasi, yaitu protein yang terdenaturasi mudah diendapkan, dikoagulasi, atau dilatinisasi. Untuk menjaga protein dalam keadaan terlarut setelah D., perlu menggunakan zat pelarut - deterjen (lihat), urea, dll.

D. protein biasanya disertai dengan peningkatan kandungan panas dan entropi yang signifikan (lihat Termodinamika), meskipun perubahan ini bergantung pada kondisi lingkungan. Dalam kasus yang paling sederhana, sistem di D., tampaknya, hanya mengandung dua bentuk protein - asli dan terdenaturasi sepenuhnya. Ketika D. berkembang, protein berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya tanpa pembentukan bentuk peralihan yang nyata, dan akibatnya, seluruh transisi denaturasi molekul protein berlangsung sebagai lompatan tunggal. Dalam kasus lain, kinetika denaturasi menunjukkan pembentukan beberapa bentuk protein non-asli yang relatif stabil selama reaksi, yang berhubungan dengan skema transisi yang lebih kompleks. Tetapi jika selama D. molekul protein mengalami beberapa transformasi konformasi, maka masing-masing transformasi tersebut bersifat kooperatif, yaitu mencakup sejumlah besar reaksi yang saling bergantung, yang terdiri dari pembentukan dan pemutusan ikatan non-kovalen.

Di masa lalu, D. dianggap sebagai proses ireversibel, sebagai transisi protein ke keadaan yang memiliki tingkat energi bebas minimum. Sekarang diketahui bahwa D. bersifat reversibel.

Buku Pegangan Kimiawan 21

Faktanya, ireversibilitas yang akan terjadi ternyata disebabkan oleh reaksi yang terjadi bersamaan - agregasi protein, oksidasi gugus SH dengan pembentukan ikatan disulfida (S-S) baru, dll. protein untuk kembali ke keadaan asalnya (renaturasi) muncul segera setelah penghentian aksi agen denaturasi.

Jika D. pada dasarnya adalah fisik. keteraturan transisi - suatu kelainan, kemudian biol dimanifestasikan dengan jelas dalam renaturasi, ciri protein adalah kemampuan untuk mengatur diri sendiri, jalur menuju kawanan ditentukan oleh struktur rantai polipeptida, yaitu informasi herediter. Dalam kondisi sel hidup, informasi ini mungkin menentukan transformasi rantai polipeptida yang tidak teratur selama atau setelah biosintesisnya pada ribosom menjadi molekul protein asli.

Bibliografi: Belitser V. A. Struktur makro dan transformasi denaturasi protein, Ukr. biokimia., zhurn., v.24, c. 2, hal. 290, 1962, daftar pustaka; Zh tentang l dan M. Kimia fisika denaturasi protein, jalur dengan bahasa Inggris. dari bahasa Inggris, M., 1968, daftar pustaka; Pt-ts y N O. B. Prinsip fisik pengorganisasian diri rantai protein, Usp. modern, biol., v.69, c. 1, hal. 26, 1970, daftar pustaka; Anfinsen S. V. Pembentukan dan stabilisasi struktur protein, Biochem. J., v. 128, hal. 737, 1972, daftar pustaka; Anfinsen G.B.a. Scheraga H. A. Aspek eksperimental dan teoritis pelipatan protein, Advanc. Kimia Protein, v. 29, hal. 205, 1975, daftar pustaka; Morawetz H. Laju transisi konformasi dalam makromolekul biologis dan analognya, ibid., v. 26, hal. 243, 1972, daftar pustaka.

V.A.Belitzer.

Denaturasi protein

Denaturasi- ini merupakan pelanggaran terhadap struktur spasial asli molekul protein di bawah pengaruh pengaruh eksternal.

Pengaruh eksternal tersebut termasuk pemanasan (denaturasi termal); gemetar, mencambuk dan efek mekanis tajam lainnya (denaturasi permukaan); konsentrasi tinggi ion hidrogen atau hidroksida (denaturasi asam atau basa); dehidrasi intensif selama pengeringan dan pembekuan produk, dll.

Untuk proses teknologi produksi produk katering umum, denaturasi termal protein adalah yang paling penting secara praktis. Ketika protein dipanaskan, gerakan termal atom dan rantai polipeptida dalam molekul protein meningkat, akibatnya apa yang disebut ikatan silang lemah antara rantai polipeptida (misalnya, rantai hidrogen) dihancurkan, dan interaksi hidrofobik dan lainnya antara rantai samping juga melemah. Akibatnya, konformasi rantai polipeptida pada molekul protein berubah. Pada protein globular, butiran protein terbuka, diikuti dengan pelipatan menjadi tipe baru; ikatan kuat (kovalen) dari molekul protein (peptida, disulfida) tidak terganggu selama penataan ulang tersebut. Denaturasi termal protein fibrilar kolagen dapat direpresentasikan sebagai pencairan, karena sebagai akibat dari penghancuran sejumlah besar ikatan silang antara rantai polipeptida, struktur fibrilarnya menghilang, dan serat kolagen berubah menjadi massa vitreous yang kontinu.

Dalam penataan ulang molekul protein selama denaturasi, peran aktif dimiliki oleh air, yang terlibat dalam pembentukan struktur konformasi baru dari protein yang terdenaturasi. Protein dehidrasi sempurna yang diisolasi dalam bentuk kristal sangat stabil dan tidak mengalami denaturasi meskipun dipanaskan dalam waktu lama hingga suhu 100 °C ke atas. Efek denaturasi pengaruh luar semakin kuat, semakin tinggi hidrasi protein dan semakin rendah konsentrasinya dalam larutan.

Denaturasi disertai dengan perubahan sifat terpenting protein: hilangnya aktivitas biologis, spesifisitas spesies, kemampuan terhidrasi (larut, membengkak); peningkatan serangan enzim proteolitik (termasuk enzim pencernaan); meningkatkan reaktivitas protein; agregasi molekul protein.

Hilangnya aktivitas biologis protein akibat denaturasi termal menyebabkan inaktivasi enzim yang terkandung dalam sel tumbuhan dan hewan, serta kematian mikroorganisme yang masuk ke dalam produk selama produksi, transportasi, dan penyimpanannya. Secara umum proses ini dinilai positif, karena produk jadi, tanpa adanya kontaminasi ulang oleh mikroorganisme, dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama (dalam bentuk dingin atau beku).

Akibat hilangnya kekhususan spesies oleh protein, nilai gizi produk tidak berkurang. Dalam beberapa kasus, sifat protein ini digunakan untuk mengontrol proses teknologi. Misalnya, dengan mengubah warna kromoprotein daging - mioglobin dari merah menjadi coklat muda, kesiapan kuliner sebagian besar hidangan daging dapat dinilai.

Hilangnya kemampuan protein untuk terhidrasi dijelaskan oleh fakta bahwa ketika konformasi rantai polipeptida berubah, gugus hidrofobik muncul pada permukaan molekul protein, dan gugus hidrofilik tersumbat akibat pembentukan ikatan intramolekul.

Peningkatan hidrolisis protein terdenaturasi oleh enzim proteolitik, peningkatan sensitivitasnya terhadap banyak reagen kimia dijelaskan oleh fakta bahwa pada protein asli, gugus peptida dan banyak gugus fungsional (reaktif) dilindungi oleh cangkang hidrasi eksternal atau terletak di dalam protein. globule dan dengan demikian terlindungi dari pengaruh eksternal.

Selama denaturasi, gugus-gugus ini muncul di permukaan molekul protein.

Pengumpulan - ini adalah interaksi molekul protein yang terdenaturasi, akibatnya terbentuk ikatan antarmolekul, baik yang kuat, misalnya disulfida, maupun banyak ikatan lemah.

Akibat agregasi molekul protein adalah terbentuknya partikel yang lebih besar. Konsekuensi dari agregasi lebih lanjut partikel protein berbeda-beda bergantung pada konsentrasi protein dalam larutan. Dalam larutan dengan konsentrasi rendah, serpihan protein terbentuk, yang mengendap atau mengapung ke permukaan cairan (seringkali membentuk busa). Contoh agregasi jenis ini adalah pengendapan serpihan laktoalbumin yang terdenaturasi (saat susu direbus), pembentukan serpihan dan busa protein pada permukaan kaldu daging dan ikan. Konsentrasi protein dalam larutan ini tidak melebihi 1%.

Ketika protein didenaturasi dalam larutan protein yang lebih pekat, sebagai hasil agregasinya, terbentuklah jeli kontinu yang menahan semua air yang terkandung dalam sistem. Jenis agregasi protein ini diamati selama perlakuan panas pada daging, ikan, telur dan berbagai campuran berdasarkan bahan tersebut. Konsentrasi protein optimal dimana larutan protein membentuk jeli padat dalam kondisi pemanasan tidak diketahui. Mengingat kemampuan protein untuk membentuk gel bergantung pada konfigurasi (asimetri) molekul, maka harus diasumsikan bahwa batas konsentrasi yang ditentukan berbeda untuk protein yang berbeda.

Protein dalam keadaan jeli yang kurang lebih encer dipadatkan selama denaturasi termal, yaitu. dehidrasi mereka terjadi dengan pemisahan cairan ke lingkungan. Jeli yang dipanaskan biasanya memiliki volume, massa, plastisitas yang lebih rendah, serta peningkatan kekuatan mekanik dan elastisitas yang lebih besar dibandingkan dengan jeli asli yang terbuat dari protein asli. Perubahan ini juga merupakan konsekuensi dari agregasi molekul protein yang terdenaturasi. Karakteristik reologi jeli yang dipadatkan bergantung pada suhu, pH medium, dan lama pemanasan.

Denaturasi protein dalam jeli, disertai pemadatan dan pemisahan air, terjadi selama perlakuan panas pada daging, ikan, pemasakan kacang-kacangan, dan produk adonan kue.

Setiap protein mempunyai suhu denaturasi tertentu. Dalam produk makanan dan produk setengah jadi, tingkat suhu terendah biasanya dicatat, di mana perubahan denaturasi yang terlihat pada protein yang paling labil dimulai. Misalnya, untuk protein ikan, suhunya sekitar 30 C, putih telur - 55 C.

Pada nilai pH yang mendekati titik isoelektrik protein, denaturasi terjadi pada suhu yang lebih rendah dan disertai dengan dehidrasi maksimum protein. Pergeseran pH medium ke satu arah atau lainnya dari titik isoelektrik protein berkontribusi pada peningkatan stabilitas termalnya. Jadi, globulin X yang diisolasi dari jaringan otot ikan, yang memiliki titik isoelektrik pada pH 6,0, mengalami denaturasi pada suhu 50 °C dalam media sedikit asam (pH 6,5), dan pada suhu 80 °C dalam media netral (pH 7,0).

Reaksi lingkungan juga mempengaruhi derajat dehidrasi protein dalam jeli selama perlakuan panas terhadap produk. Perubahan terarah dalam reaksi lingkungan banyak digunakan dalam teknologi untuk meningkatkan kualitas masakan.

Apa itu denaturasi protein

Jadi, saat merebus unggas, ikan, merebus daging, mengasinkan daging dan ikan, asam, anggur atau bumbu asam lainnya ditambahkan sebelum digoreng untuk menciptakan lingkungan asam dengan nilai pH yang jauh lebih rendah daripada titik isoelektrik protein produk. Dalam kondisi ini, dehidrasi protein dalam jeli berkurang dan produk jadi menjadi lebih berair.

Dalam lingkungan asam, kolagen daging dan ikan membengkak, suhu denaturasinya menurun, transisi ke glutin dipercepat, sehingga produk jadi lebih empuk.

Suhu denaturasi protein meningkat dengan adanya protein lain yang lebih termostabil dan beberapa zat yang bersifat non-protein, seperti sukrosa. Sifat protein ini digunakan ketika, selama perlakuan panas, diperlukan peningkatan suhu campuran (misalnya, untuk tujuan pasteurisasi), mencegah denaturasi protein. Denaturasi termal beberapa protein dapat terjadi tanpa perubahan yang terlihat pada larutan protein, seperti yang diamati, misalnya, pada kasein susu.

Makanan yang dimasak mungkin mengandung lebih banyak atau lebih sedikit protein asli yang tidak didenaturasi, termasuk beberapa enzim.

Sebelumnya12345678910111213141516Berikutnya

LIHAT LEBIH LANJUT:

Labilitas struktur spasial protein dan denaturasinya. Faktor penyebab denaturasi.

Labilitas protein adalah kecenderungan untuk sedikit perubahan konformasi karena putusnya sebagian dan pembentukan ikatan lemah lainnya. Konformasi suatu protein dapat berubah ketika sifat kimia dan fisik mediumnya berubah, serta ketika protein berinteraksi dengan molekul lain. Dalam hal ini terjadi perubahan struktur spasial tidak hanya pada lokasi kontak dengan molekul lain, tetapi juga konformasi secara keseluruhan.

Denaturasi adalah hilangnya konformasi asli suatu protein dengan hilangnya fungsi spesifik protein tersebut. Hal ini terjadi ketika ikatan yang banyak namun lemah dalam molekul protein putus karena pengaruh berbagai faktor. NAMUN! Selama denaturasi, ikatan peptida tidak terputus, struktur primer AKAN...HIDUP...

Faktor apa saja yang dapat mengubah sifat protein? Banyak sekali.
1. Panas, lebih dari 50 derajat Celcius. Gerakan termal meningkat, ikatan putus.
2. Mengibaskan solusi secara intensif bila terjadi kontak dengan lingkungan udara dan terjadi perubahan konformasi molekul.
3. bahan organik(etil alkohol, fenol, dll.) mampu berinteraksi dengan gugus fungsi asam amino, yang mengarah, tebak!, pada perubahan konformasi.
3. asam Dan alkali, perubahan pH medium menyebabkan redistribusi ikatan dalam protein.
4. Garam dari logam berat, membentuk ikatan yang kuat dengan kelompok fungsional, mengubah aktivitas dan konformasi.
5. Deterjen(sabun) - mengandung radikal hidrokarbon hidrofobik dan fungsi hidrofilik. kelompok. Daerah hidrofobik protein dan deterjen saling bertemu dalam dunia larutan yang kompleks dan mengubah konformasi protein, tetapi tidak mengendap karena didukung oleh daerah hidrofilik deterjen.

14. Pendamping adalah kelas protein yang melindungi protein lain dari denaturasi dalam kondisi sel dan memfasilitasi pembentukan konformasi aslinya.

Pendamping- protein yang dapat berikatan dengan protein lain yang berada dalam keadaan tidak stabil dan rawan agregasi. Mereka mampu memberikan konformasi dengan menyediakan pelipatan protein.

Mereka diklasifikasikan sebagai berikut - berdasarkan berat molekul menjadi 6 kelompok utama:
1. berat molekul tinggi dengan berat molekul 100 hingga 110 kD.
2.

Denaturasi protein

Sh-90, dari 83 hingga 90 kD.
3. Sh-70, dari 66 hingga 78 kD.
4.Sh-60.
5.Sh-40.
6. Pendamping dengan berat molekul rendah dari 15 hingga 30 kD.

Pendamping meliputi:
1. Pokok, jumlah mereka konstan di dalam sel, terlepas dari pengaruh eksternal terhadapnya.
2. dapat diinduksi, protein kejutan panas, sintesis cepatnya terjadi di hampir semua sel yang terkena stres apa pun.

Kompleks pendamping memiliki afinitas tinggi terhadap protein, pada permukaannya terdapat unsur-unsur karakteristik molekul yang tidak terlipat. Begitu berada di rongga kompleks pendamping, protein berikatan dengan radikal hidrofobik di daerah apikal III-60. Dalam lingkungan spesifik rongga ini, dalam penghitungan kemungkinan konformasi protein, hingga ditemukan konformasi tunggal yang paling disukai secara energetik.

15. Keanekaragaman protein. Protein globular dan fibrilar, sederhana dan kompleks. Klasifikasi protein menurut fungsi biologis dan familinya: (serin protease, imunoglobulin).

KLASIFIKASI PROTEIN MENURUT BENTUK MOLEKUL

Ini adalah salah satu klasifikasi tertua yang membagi protein menjadi 2 kelompok: bulat Dan berhubung dgn urat saraf. Protein globular termasuk protein yang rasio sumbu memanjang dan melintang tidak melebihi 1:10, dan lebih sering 1:3 atau 1:4, yaitu molekul protein berbentuk elips. Sebagian besar protein individu manusia disebut sebagai protein globular. Mereka memiliki struktur kompak dan banyak di antaranya, karena penghilangan radikal hidrofobik di dalam molekul, sangat larut dalam air. Contoh ilustrasi struktur dan fungsi protein globular adalah mioglobin dan hemoglobin yang dibahas di atas.

berhubung dgn urat saraf protein memiliki struktur berserabut memanjang, dengan rasio sumbu memanjang dan melintang lebih dari 1:10. Protein fibrilar termasuk kolagen, elastin, keratin, yang menjalankan fungsi struktural dalam tubuh manusia, serta miosin, yang terlibat dalam kontraksi otot, dan fibrin, protein dalam sistem pembekuan darah. Dengan menggunakan contoh kolagen dan elastin, kita akan mempertimbangkan ciri-ciri struktural protein ini dan hubungan antara struktur dan fungsinya.

KLASIFIKASI PROTEIN BERDASARKAN STRUKTUR KIMIA

Protein sederhana

Beberapa protein hanya mengandung rantai polipeptida yang terdiri dari residu asam amino. Mereka disebut "protein sederhana". Contoh protein sederhana adalah protein utama kromatin - histon; mengandung banyak residu asam amino lisin dan arginin, yang radikalnya bermuatan positif. Protein dari matriks ekstraseluler elastin yang dibahas di atas juga disebut sebagai protein sederhana.

Protein kompleks

Namun, banyak protein, selain rantai polipeptida, yang mengandung mengandung bagian non-protein terikat pada protein melalui ikatan lemah atau kovalen. Bagian non-protein dapat diwakili oleh ion logam, molekul organik apa pun dengan berat molekul rendah atau tinggi. Protein seperti ini disebut “protein kompleks”. Bagian bukan protein yang terikat erat pada protein disebut gugus prostetik..

Kelompok prostetik dapat diwakili oleh zat-zat yang sifatnya berbeda. Misalnya, protein yang terikat pada heme disebut hemoprotein. Komposisi hemoprotein, selain protein hemoglobin dan mioglobin yang telah dibahas di atas, termasuk enzim - sitokrom, katalase, dan peroksidase. Heme, yang melekat pada struktur protein yang berbeda, menjalankan fungsi karakteristik masing-masing protein di dalamnya (misalnya, mentransfer O2 sebagai bagian dari hemoglobin, dan elektron sebagai bagian dari sitokrom).

Protein yang terikat pada residu asam fosfat disebut fosfoprotein. Residu fosfor diikatkan melalui ikatan ester ke gugus hidroksil serin, treonin atau tirosin dengan partisipasi enzim yang disebut protein kinase.

Protein sering kali mengandung residu karbohidrat yang memberikan spesifisitas tambahan pada protein dan sering kali mengurangi laju proteolisis enzimatiknya. Protein seperti ini disebut glikoprotein. Banyak protein darah, serta protein reseptor pada permukaan sel, diklasifikasikan sebagai glikoprotein.

Protein yang berfungsi dalam kombinasi dengan lipid disebut lipoprotein, dan dalam kombinasi dengan logam - metaloprotein.

KLASIFIKASI PROTEIN

BERDASARKAN FUNGSI

Denaturasi dan renaturasi protein

Penghancuran konformasi asli disertai dengan hilangnya fungsi protein, yaitu menyebabkan hilangnya aktivitas biologisnya. Proses ini disebut denaturasi. Denaturasi terjadi ketika ikatan lemah yang bertanggung jawab untuk pembentukan struktur protein sekunder, tersier, dan kuaterner terputus. Sebagian besar protein kehilangan aktivitas biologisnya ketika sifat-sifat medium berubah di bawah pengaruh faktor kuat: dengan adanya asam mineral, basa, ketika dipanaskan, di bawah pengaruh garam logam berat (Ag, Pb, Hg), pelarut organik , deterjen (senyawa amfifilik).

Bagi sebagian besar protein, denaturasi disertai dengan hilangnya aktivitas biologisnya secara permanen. Namun, contoh renaturasi atau denaturasi reversibel, misalnya enzim ribonuklease, telah diketahui. Ribonuklease, protein globular yang terdiri dari 1 rantai polipeptida, jika diproses β- merkaptoetanol mengalami denaturasi dan kehilangan aktivitas enzimatik, globulnya terlepas. Jika zat pendenaturasi dihilangkan dari media (melalui dialisis), aktivitas katalitik ribonuklease dipulihkan, yaitu terjadi renaturasi atau renativasi protein. Ini berarti ribonuklease secara spontan mengembalikan tepat satu varian dari banyak kemungkinan kombinasi ikatan, yang mengembalikannya ke konformasi yang aktif secara biologis.

Perlindungan pendamping protein in vivo

Dalam lingkungan seluler, molekul protein mungkin memiliki konformasi yang tidak stabil, berada dalam keadaan tidak stabil, dan rentan terhadap agregasi dan denaturasi. Renaturasi protein dalam kondisi sel sulit dilakukan. Namun di dalam tubuh terdapat protein khusus, pendamping, yang mampu menstabilkan keadaan protein yang tidak stabil, mengembalikan konformasi asli dan melindungi protein dari efek merusak dari situasi stres.

Arah perlindungan pendamping

• Perlindungan proses sintesis protein dan pembentukan konformasi aktif biologis tiga dimensi.

Struktur spasial protein (sekunder dan tersier) terbentuk dalam proses translasi (sintesis protein) seiring dengan tumbuhnya rantai polipeptida. Namun, dalam kondisi lingkungan seluler dengan konsentrasi biomolekul reaktif yang tinggi, pelipatan independen rantai polipeptida di ruang angkasa sulit dilakukan.

Pilihan konformasi asli dari protein yang disintesis disediakan oleh protein pendamping.

Pada tahap sintesis, pendamping-70 (dengan berat molekul sekitar 70 kDa) berikatan dengan radikal asam amino hidrofobiknya ke daerah hidrofobik dari rantai protein yang sedang tumbuh, melindunginya dari interaksi asing.

Tahap akhir dalam pembentukan struktur spasial tiga dimensi, yaitu pelipatan protein bermolekul tinggi, dilakukan di dalam kompleks pendamping, yang terdiri dari 14 molekul protein pendamping - 60, yang diisolasi dari molekul lain. Dalam lingkungan seluler, protein menemukan satu-satunya konformasi paling stabil yang memiliki aktivitas biologis.

• Renaturasi, pemulihan konformasi asli protein.

Diketahui bahwa dalam kondisi lingkungan seluler, denaturasi molekul protein dapat terjadi pada tingkat yang rendah. Kembalinya keadaan konformasi aktif protein, yaitu renaturasinya, di dalam sel diperumit oleh fakta bahwa molekul yang terdenaturasi telah membuka rantai polipeptida, memperlihatkan situs hidrofobik dan reaktif lainnya yang membentuk ikatan dengan molekul lain, sehingga sulit untuk kembali. struktur tata ruang yang benar.

Chaperone-60 membantu memulihkan struktur asli protein yang rusak sebagian, yang memasuki rongga kompleks pendamping, di mana tidak ada faktor yang mengganggu renativasi. Setelah pemulihan konformasi yang menguntungkan secara termodinamika, protein kembali ke sitosol.

Perlindungan protein dari aksi faktor perusak.

Perlindungan semacam itu dilakukan oleh kelompok pendamping khusus, yang disebut yang dapat diinduksi, yaitu sintesisnya dalam kondisi normal tidak signifikan, dan ketika faktor berlebihan mempengaruhi tubuh, sintesisnya meningkat tajam. Kelompok pendamping ini termasuk protein kejutan panas, sejak pertama kali ditemukan di dalam sel setelah terpapar suhu tinggi. Protein kejutan panas, mengikat sel-sel tubuh kita, melindunginya, mencegah degradasi lebih lanjut di bawah pengaruh suhu tinggi, suhu rendah, radiasi UV, dengan perubahan tajam dalam pH, konsentrasi zat, di bawah pengaruh racun, logam berat , dengan keracunan bahan kimia, dengan hipoksia, dengan infeksi dan situasi stres lainnya.

Gangguan pelipatan protein mungkin memiliki implikasi klinis yang signifikan. Prion adalah protein yang berfungsi sebagai cetakan untuk mengganggu lipatan protein PrPc selulernya sendiri. Hasilnya, terbentuk suatu bentuk protein PrPSc yang mengandung sebagian besar struktur β, mampu membentuk agregat besar, dan tahan terhadap degradasi proteolitik.

Penyakit prion dapat bermula dari infeksi (penyakit sapi gila, scrapie, penyakit Kuru) atau sebagai mutasi (penyakit Crutzfeldt-Jakob).

Klasifikasi protein

Berdasarkan komposisi:

Tupai

Kompleks Sederhana

asam amino dan komponen non-protein

Komponen non-protein dari protein kompleks dapat diwakili oleh berbagai zat.

Sifat protein terdenaturasi, jenis denaturasi

Denaturasi adalah proses pelanggaran tingkat organisasi molekul protein yang lebih tinggi (sekunder, tersier, kuaterner) di bawah pengaruh berbagai faktor.

Dalam hal ini, rantai polipeptida terbuka dan berada dalam larutan dalam bentuk terbuka atau dalam bentuk kumparan acak.

Selama denaturasi, cangkang hidrasi hilang dan protein mengendap dan pada saat yang sama kehilangan sifat aslinya.

Denaturasi disebabkan oleh faktor fisik: suhu, tekanan, pengaruh mekanis, radiasi ultrasonik dan pengion; faktor kimia: asam, basa, pelarut organik, alkaloid, garam logam berat.

Ada 2 jenis denaturasi:

1. Denaturasi reversibel - renaturasi atau reaktivasi - adalah proses di mana protein yang terdenaturasi, setelah menghilangkan zat yang terdenaturasi, mengatur kembali dirinya ke dalam struktur aslinya dengan pemulihan aktivitas biologis.
2. denaturasi ireversibel adalah suatu proses di mana aktivitas biologis tidak pulih setelah penghilangan agen denaturasi.

Sifat protein terdenaturasi.

1. Peningkatan jumlah gugus reaktif atau fungsional dibandingkan dengan molekul protein asli (yaitu gugus COOH, NH2, SH, OH, gugus radikal samping asam amino).

2. Penurunan kelarutan dan sedimentasi protein (akibat hilangnya cangkang hidrasi), terungkapnya molekul protein, dengan “deteksi” radikal hidrofobik dan netralisasi muatan gugus polar.

3. Perubahan konfigurasi molekul protein.

4. Hilangnya aktivitas biologis yang disebabkan oleh terganggunya struktur aslinya.

5. Pembelahan yang lebih mudah oleh enzim proteolitik dibandingkan dengan protein asli - transisi struktur asli yang kompak menjadi bentuk lepas yang tidak terlipat memfasilitasi akses enzim ke ikatan peptida protein, yang dihancurkannya.

Metode hidrolisis enzimatik didasarkan pada selektivitas kerja enzim proteolitik yang memutus ikatan peptida antara asam amino tertentu.

Pepsin memecah ikatan yang dibentuk oleh residu fenilalanin, tirosin, dan asam glutamat.

Tripsin memutuskan ikatan antara arginin dan lisin.

Chymotrypsin menghidrolisis ikatan triptofan, tirosin, dan fenilalanin.

Interaksi hidrofobik, serta ikatan ionik dan hidrogen, termasuk yang lemah, karena energinya hanya sedikit melebihi energi gerak termal atom pada suhu kamar (yaitu, ikatan dapat diputus bahkan pada suhu ini).

Mempertahankan karakteristik konformasi suatu protein dimungkinkan karena munculnya banyak ikatan lemah antara berbagai bagian rantai polipeptida.

Namun, protein terdiri dari sejumlah besar atom yang berada dalam gerakan konstan (Brownian), yang menyebabkan pergerakan kecil pada masing-masing bagian rantai polipeptida, yang biasanya tidak mengganggu keseluruhan struktur protein dan fungsinya. Akibatnya, protein memiliki labilitas konformasi - kecenderungan untuk sedikit perubahan konformasi karena putusnya beberapa ikatan dan pembentukan ikatan lemah lainnya. Konformasi suatu protein dapat berubah ketika bahan kimia dan fisik lingkungan berubah, serta ketika protein berinteraksi dengan molekul lain. Dalam hal ini, terjadi perubahan struktur spasial tidak hanya pada tempat kontak dengan molekul lain, tetapi juga konformasi protein secara keseluruhan. Perubahan konformasi memainkan peran besar dalam fungsi protein dalam sel hidup.

Faktor eksternal (perubahan suhu, komposisi garam lingkungan, pH, radiasi) dapat menyebabkan terganggunya organisasi struktural molekul protein. Proses hilangnya konformasi tiga dimensi yang melekat pada molekul protein tertentu disebut denaturasi(Gbr. 260). Penyebab terjadinya denaturasi adalah putusnya ikatan yang menstabilkan struktur protein tertentu. Terlebih lagi, ikatan yang paling lemah pada awalnya akan putus, dan ketika kondisi menjadi lebih sulit, ikatan tersebut akan menjadi lebih kuat lagi. Oleh karena itu, pertama-tama struktur kuaterner, kemudian struktur tersier dan sekunder hilang. Namun denaturasi tidak disertai dengan rusaknya rantai polipeptida. Perubahan konfigurasi spasial menyebabkan perubahan sifat protein dan akibatnya protein tidak dapat menjalankan fungsi biologisnya.

Beras. 260. Denaturasi dan renaturasi protein:

1 - molekul protein struktur tersier; 2 - protein terdenaturasi; 3 - pemulihan struktur tersier dalam proses renaturasi.

Denaturasi dapat berupa:

dapat dibalik jika memungkinkan untuk mengembalikan struktur yang melekat pada protein. Denaturasi tersebut terjadi, misalnya, pada protein reseptor membran.

tidak dapat diubah jika pemulihan konfigurasi spasial protein tidak mungkin dilakukan. Hal ini biasanya terjadi ketika banyak ikatan yang putus, misalnya saat merebus telur.

Jika protein telah mengalami denaturasi reversibel, maka ketika kondisi lingkungan normal pulih, ia dapat sepenuhnya memulihkan strukturnya dan, karenanya, sifat dan fungsinya. Proses pemulihan struktur protein setelah denaturasi disebut renaturasi.

Fungsi protein

Karena kompleksitasnya, keragaman bentuk dan komposisinya, protein memegang peranan penting dalam kehidupan sel dan organisme secara keseluruhan. Fungsinya beragam.

Fungsi konstruksi (struktural).

Salah satu yang terpenting adalah konstruksi. Protein terlibat dalam pembentukan struktur seluler dan ekstraseluler: mereka adalah bagian dari membran sel, wol, rambut, tendon, dinding pembuluh darah, dll.

fungsi transportasi

Beberapa protein mampu mengikat berbagai zat dan membawanya ke berbagai jaringan dan organ tubuh, dari satu tempat di sel ke tempat lain. Misalnya, protein darah hemoglobin mengikat oksigen dan mengangkutnya dari paru-paru ke seluruh jaringan dan organ, dan darinya karbon dioksida berpindah ke paru-paru; Komposisi membran sel mencakup protein khusus yang menyediakan transfer zat dan ion tertentu secara aktif dan selektif dari sel ke lingkungan luar dan sebaliknya.

Fungsi regulasi

Sekelompok besar protein tubuh terlibat dalam pengaturan proses metabolisme. Protein tersebut adalah hormon - zat aktif biologis yang dilepaskan ke dalam darah oleh kelenjar endokrin. Mereka mempengaruhi aktivitas enzim, sehingga memperlambat atau mempercepat proses metabolisme, mengubah permeabilitas membran sel, mempertahankan konsentrasi zat yang konstan dalam darah dan sel, berpartisipasi dalam proses pertumbuhan, reproduksi, dll. Misalnya, hormon insulin mengatur kadar gula darah dengan meningkatkan permeabilitas membran sel terhadap glukosa, meningkatkan sintesis glikogen, dan meningkatkan pembentukan lemak dari karbohidrat.

Fungsi pelindung

Menanggapi penetrasi protein asing atau mikroorganisme (antigen) ke dalam tubuh, protein khusus terbentuk - antibodi yang mampu mengikat dan menetralisirnya. Sintesis protein ini, yang disebut imunoglobulin, terjadi di limfosit. Selain itu, untuk hampir semua antigen yang belum pernah ditemui sel dan tubuh, limfosit mampu mensintesis antibodi. Fibrin, terbentuk dari fibrinogen, membantu menghentikan pendarahan.

fungsi motorik

Protein kontraktil khusus terlibat dalam semua jenis pergerakan sel dan organisme: pembentukan pseudopodia, kerlipan silia dan pemukulan flagela pada protozoa, kontraksi otot pada hewan multiseluler, pergerakan daun pada tumbuhan, dll.

Fungsi sinyal

Fungsi sinyal protein sangat penting bagi kehidupan sel. Molekul protein tertanam di membran permukaan sel, mampu mengubah struktur tersiernya sebagai respons terhadap faktor lingkungan. Ini adalah bagaimana sinyal dari lingkungan eksternal diterima dan perintah dikirimkan ke sel.

Fungsi cadangan

Berkat protein, zat tertentu dapat disimpan di dalam tubuh sebagai cadangan. Misalnya, selama pemecahan hemoglobin, zat besi tidak dikeluarkan dari tubuh, tetapi disimpan di limpa, membentuk kompleks dengan protein feritin. Protein penyimpanan termasuk protein telur dan protein susu.

fungsi energi

Protein merupakan salah satu sumber energi dalam sel. Ketika 1 g protein dipecah menjadi produk akhir, 17,6 kJ dilepaskan. Pertama, protein terurai menjadi asam amino, dan kemudian menjadi produk akhir - air, karbon dioksida, dan amonia. Namun, protein digunakan sebagai sumber energi ketika sumber energi lain (karbohidrat dan lemak) habis.

fungsi katalitik

Salah satu fungsi terpenting protein. Sel mengandung sejumlah besar zat yang secara kimia sedikit aktif. Namun demikian, semua reaksi biokimia berlangsung dengan kecepatan yang luar biasa, karena partisipasi di dalamnya. biokatalis- enzim - zat yang bersifat protein.

Ciri-ciri umum enzim

Seperti disebutkan sebelumnya, sebagian besar reaksi kimia dalam tubuh berlangsung dengan partisipasi katalis - enzim. Enzim 7 - protein spesifik yang ada di semua sel hidup dan berperan sebagai katalis biologis.

Enzim dan katalis anorganik serupa karena:

mengurangi energi aktivasi 8 ;

jangan mengubah arah reaksi, tetapi hanya mengubah laju terjadinya;

Reaksi yang dikatalisis selalu mengkonsumsi energi lebih sedikit dibandingkan reaksi yang tidak dikatalisis.

Namun karena enzim adalah protein, maka enzim mempunyai sifat khusus:

jika katalis anorganik dapat digunakan dalam berbagai jenis reaksi, maka enzim hanya mengkatalisis satu reaksi atau satu jenis reaksi;

sebagian besar katalis anorganik mempercepat reaksi kimia pada suhu yang sangat tinggi, memiliki efisiensi maksimum dalam lingkungan asam kuat atau basa kuat, pada tekanan tinggi, dan sebagian besar enzim aktif pada suhu 35-45 ° C, nilai fisiologis keasaman dari katalis tersebut larutan dan pada tekanan atmosfer normal;

laju reaksi enzimatik puluhan ribu (dan terkadang jutaan kali) lebih tinggi daripada laju reaksi yang melibatkan katalis anorganik. Misalnya, hidrogen peroksida terurai perlahan tanpa katalis: 2H 2 0 2 → 2H 2 0 + 0 2 . Dengan adanya garam besi (katalis), reaksi ini berlangsung lebih cepat. Enzim katalase per 1 detik. memecah 100 ribu molekul H 2 0 2.

Lebih dari 2000 enzim berbeda diketahui, diwakili oleh protein dengan berat molekul tinggi, seperti katalase (M=252000).

Denaturasi protein dalam teknologi katering harus dilihat dari beberapa sudut pandang. Pertama, faktor yang menjamin terlaksananya konsep kesiapan kuliner. Kedua, faktor yang memungkinkan aktivitas enzimatik dihentikan sepenuhnya atau dikurangi kecepatannya. Ketiga, faktor yang menjamin kepatuhan terhadap indikator penting seperti keamanan mikrobiologis. Keempat, faktor hilangnya sifat fungsional dan spesifisitas spesies oleh protein. Dan selanjutnya, denaturasi zat protein dikaitkan dengan pembentukan konsistensi, munculnya bentuk, perubahan warna, dll.

Artinya, akibat denaturasi protein, produk atau bahan yang mengandung protein kehilangan sifat fungsional dan aslinya karena pengaruh berbagai faktor, dan proses denaturasi juga mempengaruhi penyediaan kualitas produk yang tinggi.

Kemampuan protein untuk mengalami denaturasi merupakan sifat penting dan unik dari protein. Denaturasi dipahami sebagai hilangnya sifat alami (fisikokimia, biologis) protein sebagai akibat dari perubahan struktur uniknya di bawah pengaruh berbagai faktor. Banyak faktor teknologi - suhu tinggi atau rendah, berbagai radiasi, perubahan pH yang signifikan, kekuatan ionik, perubahan keseimbangan koloid, tekanan mekanis yang intens dan efek permukaan lainnya, fermentasi, proteolisis, bahan kimia dan modifikasi, pengaruh waktu - menyebabkan denaturasi protein. Dalam hal ini, struktur protein kuaterner, tersier dan sekunder, yang paling sensitif terhadap efeknya, dilanggar. Primer, sebagai suatu peraturan, tidak terpengaruh. Tetapi di bawah pengaruh faktor kimia - modifikasi kimia, misalnya anhidrida asam, oksidasi, reduksi, reaksi plastik, modifikasi enzimatik - pelanggaran juga mungkin terjadi pada tingkat struktur primer.

Konsekuensi khas dari denaturasi protein sederhana adalah kompleksasinya dengan protein lain dan senyawa organik, dan pada oligomer, pemecahannya menjadi subunit. Selama denaturasi, rantai polipeptida memperoleh konfigurasi yang berbeda, yang berbeda dari satu-satunya konfigurasi yang mungkin melekat pada molekul protein asli: rantai, sebagai suatu peraturan, terbuka sedemikian rupa sehingga sejumlah besar gugus hidrofobik terakumulasi di permukaannya, yang memperburuknya. afinitas terhadap air. Munculnya radikal atau gugus fungsi pada permukaan yang sebelumnya tersembunyi oleh konformasi protein mengubah sifat fisikokimia protein.

Sifat biologisnya juga berubah, yaitu protein tidak dapat menjalankan fungsi biologisnya: enzim menjadi tidak aktif, hemoglobin kehilangan kemampuannya untuk mengikat dan membawa oksigen, protein miofibrilar kehilangan kemampuan untuk berkontraksi, dll.

Dari pola umum denaturasi, pertama-tama kita harus memilih penurunan hidrofilisitas yang signifikan dan peningkatan hidrofobisitas protein. Seperti diketahui, karena adanya gugus hidrofilik yang terletak di permukaan (-COOH, -OH, -NH2, dll), molekul protein mampu mengikat sejumlah besar air. Oleh karena itu, dengan hidrasi mioglobin yang signifikan, ditemukan bahwa di tengah struktur tersiernya hanya terdapat empat molekul air, yaitu struktur internal dan kekompakan mioglobin terutama disebabkan oleh interaksi hidrofobik. Akibatnya terjadi perubahan interaksi produk yang mengandung protein dengan air, yang dalam proses teknologi nyata dikaitkan dengan redistribusi air. Jadi, daging hewan dan ikan berdarah panas, karena hilangnya hidrofilisitas protein selama perlakuan panas, kehilangan sebagian massanya (“direbus”, “digoreng”), produk tepung ditandai dengan gelatinisasi pati selama perlakuan panas. karena dehidrasi protein gluten.

Diketahui bahwa daging, ikan, telur (lebih tepatnya, proteinnya), yang tidak diproses secara termal, mampu mendapatkan hidrasi tambahan karena hidrasi protein. Tapi setelah perlakuan panas, properti ini hilang sama sekali. Perubahan afinitas protein terhadap air sangat jelas terlihat pada contoh perlakuan panas pada telur. Protein (bahan) telur terutama diwakili oleh protein (protein), yang memungkinkannya digunakan secara luas dalam berbagai pemodelan dan eksperimen teknologi. Dalam keadaan aslinya, protein memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap air dan juga makanan terhidrasi. Hal ini memungkinkan penggunaan telur pada semua kelompok produk kuliner sebagai komponen pengikat atau pembentuk air. Oleh karena itu, telur itu sendiri dapat diencerkan secara signifikan dengan air (50...60%), susu, larutan, rebusan, yang banyak digunakan dalam pembuatan telur dadar, produk setengah jadi telur.

Berkat air, afinitas tinggi telur terhadap daging, ikan, massa cincang sayuran, tepung, campuran roti, keju cottage, sirup gula, dan campuran lain yang digunakan dalam proses teknologi tercapai. Kelarutan protein telur, dan karenanya afinitasnya terhadap air, produk terhidrasi, menurun secara signifikan setelah denaturasi. Hilangnya sifat fungsional penting sebagai akibat dari denaturasi seperti kemampuan untuk menghidrasi secara signifikan mengurangi kemampuan teknologi protein telur, oleh karena itu, setelah perlakuan panas, telur ditambahkan ke resep bukan sebagai komponen fungsional, tetapi sebagai komponen resep pasif.

Setiap protein memiliki suhu denaturasi tersendiri, lebih tepatnya kisaran suhu tertentu di mana ia mengalami perubahan denaturasi. Dalam teknologi, suhu denaturasi dipahami sebagai tingkat terendah dari kisaran di mana perubahan denaturasi yang terlihat dimulai. Jadi, untuk protein ikan sekitar 30, telur - 55, protein daging: miogen - 55...60, mioglobin - 60, globulin - 50, mioalbumin - 45...47, miosin - 45...50, aktin - sekitar 55, aktomiosin - 42...48, kolagen - sekitar - 55...60 °C.

Contoh nyata bahwa denaturasi terjadi pada kisaran tertentu, dan bukan pada suhu tetap, adalah perubahan sifat koloid telur unggas selama proses perlakuan panas. Meskipun suhu denaturasi protein telur dianggap 55 °C, perubahan sifat koloid terjadi pada kisaran suhu 55...95 °C: pada suhu 50...55 °C, kekeruhan lokal muncul, pada 55...60 °C meluas ke seluruh volume, pada 60...65 °C - viskositas meningkat; pada 65...75 °С - proses dimulai

pembentukan jeli; pada 75...85 °C - gel terbentuk yang mempertahankan bentuknya; pada 85...95 °С, sifat elastis gel tumbuh dan mencapai maksimum.

Beras. 1.4

Selama perlakuan panas, protein mioglobin berubah menjadi metmioglobin, yaitu berubah sifat, pada kisaran suhu 60...80 °C: pada suhu 60 °C, mioglobin daging sapi berwarna merah cerah; pada 70 - warnanya berubah menjadi merah muda; pada kisaran suhu 70...80 ke atas, ia memperoleh warna coklat keabu-abuan, ciri khas metmioglobin. Secara grafis, ketergantungan pengaruh suhu dan waktu terhadap denaturasi mioglobin ditunjukkan pada gambar. 1.4. Protein miosin mengalami denaturasi pada kisaran suhu 70...80 °C.

Denaturasi protein kolagen dalam praktik teknologi disebut "pengelasan" dan disertai dengan perubahan tajam dalam dimensi geometris: fibril kolagen menyusut, dan ketebalannya bertambah. Jalannya denaturasi protein dibuktikan dengan efek permukaan tidak langsung, seperti perubahan keadaan koloid, peningkatan viskositas, gelasi, pemisahan, dan kontraksi.

Tempat yang sangat penting dalam teknologi ditempati oleh perubahan wujud koloid produk makanan, yang disebut pembekuan. Koagulasi, bergantung pada sifat dan konsentrasi protein, dapat mengarah pada pembentukan produk akhir dengan keadaan agregat berbeda. Suhu koagulasi, atau suhu titik gel, adalah suhu terendah di mana protein mengubah keadaan koloidnya. Setelah mencapai titik gel suhu, sistem dengan konsentrasi protein rendah dipisahkan menjadi dua fase, salah satunya, protein, berkumpul dalam bentuk flokulasi lokal, film, dan yang kedua disajikan dalam bentuk air. Terlepas dari jenis proteinnya, sistem dengan konsentrasi protein rendah karena kekurangan fisik dalam sistem protein tidak mampu melakukan gelasi di seluruh sistem, oleh karena itu stratifikasi dan sineresis adalah tahap denaturasi dan koagulasi protein yang khas dan objektif. Beginilah perilaku susu selama perebusan (pembentukan lapisan laktoalbumin, kerak), telur dilarutkan lebih dari 1,6 kali dengan cairan (air, susu), daging cincang dan massa ikan, terhidrasi berlebihan, adonan untuk pancake.

Jika sistem sangat terkonsentrasi pada protein, maka denaturasi dan jenis koagulasi terutama bergantung pada jenis protein. Sistem protein seperti itu mampu terbentuk, yang diterapkan dalam banyak proses teknologi: memperoleh produk dari telur, ikan cincang, produk daging, sosis, dll. Namun, gelasi memiliki sifat yang berbeda-beda tergantung pada jenis proteinnya. Biasanya, ketika protein membentuk larutan koloid dengan air, ia tidak kehilangan kelembapan akibat koagulasi, namun tetap mempertahankannya karena imobilisasi. Namun di alam, hanya ada sedikit protein seperti itu - ini adalah protein telur, plasma darah hewan, protein cairan biologis krill. Dari segi teknologi, mereka cukup langka. Secara konvensional, gel yang terbentuk dengan retensi kelembapan disebut lyogel. Jika protein cukup terhidrasi, tetapi terkonsentrasi dan membentuk dispersi dengan air, maka, biasanya, ketika terkoagulasi selama denaturasi, mereka membentuk gel yang mempertahankan bentuknya, tetapi ditandai dengan sineresis yang intens. Gel ini secara kondisional disebut koagel. Coagels diperoleh dari dispersi protein daging dan ikan. Protein tepung berperilaku serupa, namun hilangnya kelembapan secara objektif disembunyikan oleh gelatinisasi pati.

Pembentukan gel jenis kedua selama koagulasi dan proses yang menyertainya merupakan tugas teknologi utama: sebagian besar produk makanan terbentuk karena proses ini. Menyadari kemampuan protein untuk gelasi, serta mengatur proses ini, kualitas produk akhir dapat dikontrol. Jadi, dengan mencampurkan protein yang mampu membentuk lyogel dengan protein yang mampu membentuk koagel, proses sinergis dapat dikurangi.

Dengan memasukkan sukrosa dan gula sederhana lainnya atau dekstrin terlarut, suhu koagulasi protein dapat ditingkatkan, yaitu menstabilkannya secara termal. Ini banyak digunakan dalam teknologi hidangan manis dan saus yang menggunakan telur. Sebaliknya, penggunaan garam, alkohol, dan dehidrator lainnya dalam konsentrasi tinggi menurunkan suhu ini.

Terkadang proses koagulasi digunakan untuk mengisolasi protein. Hal ini didasarkan pada perolehan keju, kasein. Kopresipitasi protein selama koagulasi disebut kopresipitasi, dan produk akhirnya disebut kopresipitasi. Kopresipitasi menempati tempat terpenting dalam teknologi ekstraksi protein whey dari susu. Kopresipitasi telur-susu dan beberapa lainnya diketahui.

Dengan mengatur sifat-sifat protein, resistensi terhadap agregasi juga tercapai. Biasanya, menjauhkan pH sistem yang mengandung protein dari titik isoelektrik akan meningkatkan resistensi terhadap agregasi, dan sebaliknya, mendekatkan pH sistem ke titik isoelektrik protein akan menurunkan suhu koagulasi. Jadi, globulin ikan, yang memiliki titik isoelektrik pada pH 6,0, mengalami denaturasi pada suhu 50 ° C dalam media sedikit asam (pH 6,5), dan pada suhu 80 ° C dalam media netral (pH 7,0). karena protein kedelai yang dimodifikasi dengan suksinat anhidrida dalam kisaran nilai pH nutrisi menggumpal pada suhu rata-rata 20...35 °C lebih tinggi daripada yang dimodifikasi.

Derajat hidrasi sangat mempengaruhi perubahan denaturasi protein. Air sampai batas tertentu meningkatkan mobilitas rantai protein dan reaktivitas gugus hidrofilik dan hidrofobik. Oleh karena itu, lebih banyak protein terhidrasi mengalami denaturasi lebih cepat dibandingkan protein kering. Protein dengan kelembaban yang dihilangkan, yaitu dikeringkan, dicirikan oleh berbagai stabilitas termal, termasuk pada suhu mendekati 100 ° C.

Pembekuan dalam sistem protein nyata, yang merupakan sebagian besar makanan, tidak merata. Pertama, cairan dengan konsentrasi padatan terlarut yang lebih rendah membeku, sehingga menggeser kesetimbangan koloid. Sistem protein dua fase, yaitu gel protein jenis kedua, yang mencakup semua produk ikan dan daging, dibekukan sedemikian rupa sehingga cairan interstisial membeku terlebih dahulu. Pembekuan pelarut menyebabkan peningkatan konsentrasi padatan, mengakibatkan protein menjadi asin, yaitu denaturasi parsialnya. Faktanya, pembekuan bertindak sebagai bahan penyerap. Oleh karena itu, protein terhidrasi beku memiliki sifat yang berbeda dari protein asli. Zat yang menurunkan titik beku disebut krioprotektan, antara lain sukrosa, garam, gliserin. Kedalaman denaturasi produk protein beku meningkat seiring dengan bertambahnya umur simpan.

Komponen lain dari sistem biologis, termasuk lipid dan karbohidrat, memainkan peran penting dalam denaturasi protein. Karena struktur kompleks dan reaktivitas gugus fungsi protein yang cukup tinggi, mereka dengan mudah membentuk senyawa yang secara signifikan mengubah sifat protein. Biasanya, konsekuensinya adalah penurunan fungsi protein secara signifikan.

Interaksi dengan lipid terjadi dalam beberapa cara. Pertama, interaksi ini mungkin disebabkan oleh adsorpsi molekul protein pada lapisan bimolekuler lipid. Interaksi tersebut dapat disertai dengan perubahan struktur molekul protein, yaitu denaturasinya.

Jenis interaksi kedua antara protein dan lipid, yang terjadi karena masuknya protein ke dalam komposisi permukaan lapisan bimolekuler, menyebabkan perubahan parsial pada tingkat struktur kuaterner dan tersier protein. Konsekuensinya adalah perubahan fungsi protein.

Jenis interaksi ketiga antara protein dan lipid adalah, karena lipid pada permukaan membran, protein sepenuhnya mengubah struktur sekunder kuaterner, tersier. Pada saat yang sama, rantai polipeptida terletak di antara kelompok lipid polar, terus-menerus mengubah bentuknya. Protein berorientasi dengan daerah hidrofilik dan hidrofobik terhadap air dan lemak. Protein kehilangan peran fungsional dan teknologinya, termasuk peran enzimatik.

Lipid yang mempunyai gugus polar mampu berikatan dengan protein melalui gaya elektrostatis. Jadi, fosfolipid berinteraksi dengan protein dengan gugus fosfatida dan atom nitrogen kuaterner (fosfatidilkolin, fosfatidiletanolamin), asam lemak bebas - dengan gugus karboksilnya. Lipid ini menunjukkan afinitas terhadap asam amino yang memiliki gugus: -OH; =NH; -NH 2 ; =S. Interaksi melalui kopolimerisasi juga dimungkinkan.

Interaksi antara protein dan lipid dimungkinkan di bawah pengaruh berbagai faktor teknologi, seperti panas, kelembapan.

Kekuatan ikatan antara asam lemak dan protein meningkat seiring dengan meningkatnya ketidakjenuhannya. Ikatan rangkap asam lemak meningkatkan kemampuan oksidasi ikatan sulfhidril dan peptida dengan munculnya jembatan disulfida (-S-S-) dan nitrogen (-CO-N-N-CO-).

Interaksi protein dengan lipid teroksidasi mempunyai karakter khusus. Ketika lipid dioksidasi dengan adanya protein, terbentuklah kompleks yang distabilkan oleh air.

Zat protein dalam produk makanan, seperti koloid, dapat “menua” seiring waktu, mengubah sifat produk secara keseluruhan. Oleh karena itu, penyimpanan produk makanan dalam jangka panjang di perusahaan katering umum dan kompleks pengolahan makanan sebagai akibat dari denaturasi protein, biasanya menyebabkan penurunan sifat teknologi bahan mentah. Oleh karena itu, produk kuliner yang diperoleh dari daging, ikan, unggas beku memiliki kinerja yang berbeda secara signifikan dengan produk yang diperoleh dari bahan baku segar.

Secara umum, denaturasi, sebagai sebuah fenomena dan proses, sangat menarik bagi para spesialis dan ilmuwan, karena di satu sisi merupakan masalah yang signifikan, dan di sisi lain merupakan inti dari proses memasak.

Denaturasi mendorong pembentukan kompleks. Dengan demikian, telah dibuktikan secara eksperimental bahwa pembentukan kompleks antara lipid teroksidasi dan kasein dengan adanya uap air pada suhu kamar terjadi setelah 10...15 menit. Agen pengompleks yang sangat aktif adalah lipid polar.

Dikenal luas dalam teknologi adalah reaksi kondensasi sacharoamine, yang mendasari denaturasi termal dan penghancuran protein. Hasil dari reaksi ini adalah perubahan signifikan pada sifat fungsional dan teknologi protein, serta indikator organoleptik sistem pangan - warna, rasa, tekstur.

Seperti disebutkan di atas, denaturasi memainkan peran penting dalam teknologi produk katering. Sangat penting untuk secara sadar mengoperasikan konsep-konsep seperti faktor denaturasi, stabilitas sistem protein, derajat denaturasi, yang, di satu sisi, menentukan parameter proses teknologi, dan di sisi lain, mencirikan keadaan. sistem protein, fungsionalitas dan indikator teknologinya. Denaturasi harus diperlakukan tidak hanya sebagai konsekuensi dari proses teknologi, tetapi juga sebagai indikator yang menentukan proses tersebut. Karena zat protein dalam proses teknologi harus dianggap bukan sebagai zat pasif, tetapi sebagai komponen fungsional aktif, maka informasi tentang asal zat protein dan derajat denaturasinya menjadi sangat penting. Memang, selain nilai biologis, nilai teknologi protein terutama dinilai berdasarkan indikator fungsionalnya, seperti afinitas terhadap air dan derajat hidrasi, kemampuan larut, stabil dalam larutan dan menentukan sifat struktural dan mekanik tertentu, bertindak. sebagai surfaktan - menjadi pengemulsi, penstabil, bahan pembusa, mengurangi tegangan permukaan air, menjadi struktur termolabil atau termostabil, dll. Semua indikator ini disebabkan oleh sifat-sifat protein asli yang tidak didenaturasi. Oleh karena itu, konsep derajat denaturasi, yang dinilai berdasarkan indikator teknologi nyata, misalnya dengan kemampuan pengemulsi atau pembusaan, dalam kaitannya dengan protein asli memainkan peran yang sangat penting dalam pengorganisasian proses teknologi, pemilihan konsentrasi zat. , hidromodulus, parameter suhu, dll. Semua ini harus secara bersamaan dikaitkan dengan indikator normatif yang menjadi ciri indikator stabilitas sistem protein, misalnya: kelarutan (susu bubuk, telur bubuk), hidrasi (daging kering, ikan, tepung berwarna kecoklatan berbagai mode, adonan terbentuk selama pembuatan bir terkontrol), indikator pertukaran produk (bubuk telur - untuk telur segar, susu kering - untuk susu segar, dll.).

Penting untuk mengevaluasi secara bersamaan peran fisiologis denaturasi. Hilangnya identitas biokimia oleh protein selama denaturasi umumnya memudahkan pencernaan produk jadi. Oleh karena itu, asimilasi protein terdenaturasi biasanya lebih efisien daripada protein asli. Hal ini juga berlaku untuk inaktivasi protein inhibitor, misalnya pada minyak sayur. Protein ini melakukan fungsi perlindungan pada tumbuhan, namun secara signifikan mempengaruhi pencernaan manusia, secara signifikan mengurangi fungsi trypsin dan chymotrypsin. Denaturasi, sebagai faktor teknologi, secara signifikan mengurangi pengaruh protein ini. Namun diketahui bahwa asimilasi bergantung pada derajat denaturasi. Jadi, kompleks protein-karbohidrat yang terbentuk selama reaksi pembentukan melanoidin terhadap protein dinilai sebagai denaturasi, mereka diserap lebih buruk daripada komponen yang diresepkan. Dan produk dari tahap pembentukan melanoidin yang lebih dalam, sampai batas tertentu, dapat berdampak negatif pada pencernaan.

Istilah denaturasi digunakan untuk menunjukkan proses hilangnya sifat asli suatu protein.

denaturasi - ini adalah perampasan protein dari sifat alami dan aslinya, disertai dengan penghancuran struktur kuaterner (jika ada), tersier, dan kadang-kadang sekunder dari molekul protein, yang terjadi ketika jenis ikatan disulfida dan lemah terlibat dalam pembentukan struktur ini dihancurkan. Struktur primernya dipertahankan karena dibentuk oleh ikatan kovalen yang kuat. Penghancuran struktur primer hanya dapat terjadi sebagai akibat hidrolisis molekul protein dengan perebusan yang berkepanjangan dalam larutan asam atau basa.

Faktor penyebab denaturasi protein

Faktor penyebab denaturasi protein dibedakan menjadi fisik Dan bahan kimia.

Faktor fisik

1. Suhu tinggi. Protein yang berbeda mempunyai sensitivitas yang berbeda terhadap paparan panas. Beberapa protein sudah mengalami denaturasi pada suhu 40-50 0 C. Protein tersebut disebut termolabil. Protein lain mengalami denaturasi pada suhu yang jauh lebih tinggi tahan panas.

2. Iradiasi ultraviolet

3. Sinar-X dan paparan radioaktif

4. USG

5. Dampak mekanis (misalnya getaran).

Faktor Kimia

1. Asam dan basa pekat. Misalnya asam trikloroasetat (organik), asam nitrat (anorganik).

2. Garam logam berat (misalnya CuSO 4).

3. Pelarut organik (etil alkohol, aseton)

4. Tanaman alkaloid.

5. Urea dalam konsentrasi tinggi

5. Zat lain yang mampu memutus ikatan lemah pada molekul protein.

Paparan faktor denaturasi digunakan untuk mensterilkan peralatan dan instrumen, serta sebagai antiseptik.

reversibilitas denaturasi

In vitro (in vitro) seringkali merupakan proses yang tidak dapat diubah. Jika protein yang terdenaturasi ditempatkan pada kondisi yang mendekati kondisi aslinya, maka protein tersebut dapat mengalami renaturasi, tetapi sangat lambat, dan fenomena ini tidak umum terjadi pada semua protein.

In vivo, di dalam tubuh, renaturasi yang cepat dimungkinkan. Hal ini disebabkan oleh produksi protein spesifik dalam organisme hidup, yang “mengenali” struktur protein yang terdenaturasi, menempel padanya menggunakan jenis ikatan lemah dan menciptakan kondisi optimal untuk renaturasi. Protein spesifik seperti ini dikenal sebagai " protein kejutan panas" atau " protein stres».

Protein stres

Ada beberapa keluarga protein ini, berat molekulnya berbeda.

Misalnya, protein hsp 70 yang diketahui merupakan protein heatshock dengan massa 70 kDa.

Protein ini ditemukan di semua sel tubuh. Mereka juga melakukan fungsi mengangkut rantai polipeptida melalui membran biologis dan terlibat dalam pembentukan struktur molekul protein tersier dan kuaterner. Fungsi protein stres ini disebut pendamping. Dengan berbagai jenis stres, sintesis protein tersebut diinduksi: ketika tubuh terlalu panas (40-44 0 C), dengan penyakit virus, keracunan garam logam berat, etanol, dll.

Di dalam tubuh masyarakat selatan, ditemukan peningkatan kandungan protein stres dibandingkan dengan ras utara.

Molekul protein kejutan panas terdiri dari dua butiran kompak yang dihubungkan oleh rantai bebas:

Protein kejutan panas yang berbeda memiliki rencana konstruksi yang sama. Semuanya berisi domain kontak.

Protein berbeda dengan fungsi berbeda mungkin mengandung domain yang sama. Misalnya, berbagai protein pengikat kalsium memiliki domain yang sama untuk semuanya, yang bertanggung jawab atas pengikatan Ca+2.

Peran struktur domain adalah memberikan protein peluang lebih besar untuk menjalankan fungsinya karena pergerakan satu domain dalam kaitannya dengan domain lainnya. Situs persimpangan dua domain adalah situs yang secara struktural paling lemah dalam molekul protein tersebut. Di sinilah hidrolisis ikatan paling sering terjadi, dan protein dihancurkan.