MODYFIKACJA

Denaturacja

Denaturacją białka możemy przeprowadzić metodami

fizycznymi lub chemicznymi, zmian w strukturze białka,

które prowadza do mniejszej lub większej utraty

aktywności biologicznej białka, przy czym jego struktura

pierwszorzędowa nie zostaje zmieniona. Podczas

denaturacji w dużej mierze zniszczeniu ulegają wiązania

wodorowe, a w obecności odczynników redukcyjnych

rozszczepieniu ulegają wiązania disiarkowego. Często

denaturacja jest odwracalna i po usunięciu czynnika

denaturującego białko wraca do pierwotnej postaci.

Proces ten nazywa się renaturacją. Renaturacja jest też

możliwa w przypadku denaturacji redukcyjnej. Podczas

denaturacji zachodzą takie zmiany jak: zmniejszenie

rozpuszczalności, może się w wyniku wyeksponowania

nowych zjonizowanych grup przesunąć pH punktu

izoelektrycznego. Rozwinięcie łańcucha może prowadzić

do zwiększenia się lepkości, a także absorpcji w

nadfiolecie. Obserwuje się też procesy agregacji i

wytrącania, co jest związane z ze zmianą stopnia

hydratacji i rozpuszczalności białek, a także zmianami w

mostkach disiarkowych.

•

Fizycznymi metodami denaturacji białek

są:

Silne mieszanie, ogrzewanie, naświetlanie

promieniami UV, rentgenowskimi lub

działanie ultradźwiękami.

•

Denaturacja chemiczna zachodzi pod

wpływem takich związków jak:

Roztwór mocznika (6-8 mol/dm3) lub

guanidyny (4 mol/dm3), na skutek działania

kwasów lub zasad (pH poniżej 3 lub powyżej

9), na skutek działania detergentów,

roztworów soli ciężkich lub niektórych

substancji organicznych takich jak: aceton,

benzen, formaldehyd, benzyna. Poszczególne

białka różnią się zdolnością do denaturacji.

Hydroliza

•

Hydroliza białek polega na depolimeryzacji białek na

poszczególne aminokwasy. Hydrolizę białek można

przeprowadzać na trzy sposoby: pod wpływem

kwasu, zasady lub enzymu.

Hydroliza kwasowa polega na ogrzewaniu białka w

roztworze HCl o stężeniu 2 mol lub roztworze H2SO4

o stężeniu 4 mol przez 18-24 h. Jednak w warunkach

tych całkowitemu rozkładowi ulega tryptofan.

Podczas hydrolizy zasadowej najczęściej ogrzewa się

białko z NaOH o stężeniu 2 mol. Metoda ta jest

praktycznie nie stosowana, ponieważ zupełnie

niszczy argininę, cysteinę i treoninę.

Najlepszą metodą hydrolizy białek jest hydroliza

enzymatyczna, gdyż zniszczeniu nie ulegają żadne

aminokwasy. Wadą tej metody jest powolność

procesu, a co za tym idzie długi czas

depolimeryzacji białka.

Metoda hydrolizy enzymatycznej znalazła

zastosowanie w określaniu sekwencji białek.

Reakcja plasteinowa

Kazeinę enzymatyczną wykorzystuje się do

przekształcania białek w reakcji polegającej na

amidowym wiązaniu pożądanych reszt

aminokwasów do peptydów hydrolizatu białkowego.

Za pomocą reakcji plasteinowej można z białka o

składzie ubogim z reszty aminokwasów

niezbędnych wytworzyć produkt o większej wartości

biologicznej. Można zmniejszyć gorzkość hydrolizatu

przez „ukrycie” hydrofobowych aminokwasów w

długich peptydach plastein. Stosując reakcję

plasteinową katalizowaną papainą wobec

dietylowego estru kwasu glutaminowego można

około dwukrotnie zmniejszyć gorzkość hydrolizatu z

krwinek.

Reakcje katalizowane

transglutaminazą

Transglutaminaza katalizuje reakcję przeniesienia acylu, w której

donorem jest grupa karboksyamidowa reszty glutaminy, a

akceptorami mogą być pierwszorzędowe grupy aminowe w różnych

związkach.

Białko – (CH2)2 – CONH2 + H2N – R→transglutaminaza→ Białko –

(CH2)2 – CONHR + NH3

Białko – (CH2)2 – CONH2 + H2N – (CH2)4 – Białko→transglutaminaza→

Białko – (CH2)2 – CONH(CH2)4 – Białko + NH3

Białko – (CH2)2 – CONH2 + H2O →transglutaminaza→ Białko – (CH2)2 –

COOH + NH3

Jeśli akceptorem jest wolny aminokwas, następuje wzbogacenie białka

o ten aminokwas, natomiast reakcja z grupą aminową reszty lizyny

związanej w białku powoduje sieciowanie. Istnieje również możliwość

deaminacji reszt glutaminowych, jeśli w nieobecności wolnych grup

aminowych acylu jest woda.

Alkilowanie

Reakcje z grupami karbonylowymi wykorzystuje się

do modyfikowania białek. Aldehydy glutarowy i

mrówkowy służą do wiązania enzymów na

nośnikach. Traktowanie aldehydem mrówkowym

zapobiega nadmiernej hydrolizie i deaminacji białek.

W reakcjach z innymi związkami karbonylowymi

wytwarzanie w swerze przez bakterie kwasu

mlekowego tworzą się inne pochodne. W kąpielach

do utwardzania włókien przy teksturowaniu biełek

roślinnych stosuje się róne aldehydy, np. skrobię

dialdehydową.

Reakcje z aldehydami i cukrami redukującymi, w

warunkach redukujących wykorzystuje się do

alkilowania białek.

Do alkilowania grup aminowych, hydroksylowych,

imidazolowych, tiulowych i tioeterowych w resztach

aminokwasów służą również reakcje z kwasami

chlorowcooctowymi lub chlorowcoacetamidami.

Reakcje z polisacharydami

Kowalencyjne wiązanie z odpowiednim polisacharydem

może znacznie polepszyć właściwości funkcjonalne

białek. Produkt reakcji Maillarda miedzy aminowymi

grupami reszt lizyny i redukującą grupą polisacharydu

otrzymywany podczas 2-tygodniowego inkubowania

mieszaniny suszonej albuminy jaj z galaktomannanem

ma właściwości jako emulgator niż wyjściowe białko.

W kompleksach z agarem, furcelaranem, karageniną,

kwasami alginowymi i karboksymetylocelulozą

występują wiązania jonowe, natomiast obojętne

polisacharydy tworzą z białkami wiązania wodorowe i

hydrofobowe.

Reakcje białek z polisacharydami wykorzystuje się do

modyfikowania właściwości wielu przetworów

żywnościowych, frakcjonowania i strącania białek z

roztworów oraz do osadzania enzymów na nośnikach.

Acylowanie grup

nukleofilowych w bialkach

Szybkość acylowania zależy od własności czynnika acylującego

i grupy nukleofilowej, od pH środowiska, konformacji

acylowanego białka oraz od obecności inhibitorów. Najłatwiej

acylują się pierwszorzędowe grupy aminowe, zwłaszcza

aminowe grupy reszty lizyny, grupa fenolowa trozyny.

Jako czynnik acylujący stosuje się bezwodniki kwasowe w

słabo zasadowym środowisku lub inne pochodne dobrane do

charakteru wprowadzanej grupy. Przy wyborze czynnika

acylującego uwzględnia się szybkość i wydajność reakcji

głównej.

Poprzez acylowanie można zwiększyć lub zmniejszyć

hydrofobowność białka, zmienić pI, wzbogacić cząsteczkę w

reaktywne grupy funkcyjne lub pożądane reszty

aminokwasowe włańcuchach bocznych, spowodować

dodatkowe usieciowanie i zwiększyć zdolność wiązania jonów

metali.

Reakcje z fosforanami

Fosforany w różnych warunkach środowiska

mogą reagować z białkami albo wpływać na

właściwości białek przez oddziaływanie na

inne składniki żywności. Maja duże

zastosowanie jako dodatki do żywności, mogą

służyć jako dodatek buforujący,

podwyższający lub obniżający pH, wiążące

jony metali, zwiększyć zdolność białek do

emulgowania lipidów, stabilizujące białka w

roztworach lub koagulujące, zwiększyć

wodochłonność produktów mięsnych.

Fosforany, zwłaszcza polifosforany, wiążą się

elektrostatycznie z dodatnio naładowanymi

resztami aminokwasów. Grupy hydroksylowe,

dzięki wiązaniom wodorowym z cząsteczkami

wody, tworzą warstwę hydratacyjną

zapobiegającą koagulacji białek.

Modyfikacje potranslacyjne

Obróbka proteolityczna odbywa się przy

pomocy enzymów zwanych peptydazami,

które są odpowiedzialne za cięcie łańcuchów

polipeptydowych na końcu łańcucha

(egzopeptydazy) lub w jego środku

(endopeptydazy). Większość tych enzymów

jest bardzo specyficzna - rozpoznają one

miejsce cięcia na podstawie sekwencji

aminokwasowej. Dobrym przykładem może

posłużyć proinsulina, której pierwotny

łańcuch polipeptydowy jest przecinany w

określonych miejscach, następnie dwa

produkty są łączone za pomocą "mostków"

dwusiarczkowych.

Istnieje kilka innych przykładów obróbek

proteolitycznych:

•

- aktywacja białka, poprzez wycięcie

niepotrzebnego fragmentu łańcucha

polipeptydowego

•

- usunięcie sekwencji liderowych

(fragmentów łańcucha, które kierują białko

do odpowiedniego przedziału komórkowego)

•

- w przypadku poliprotein płaszcza niektórych

wirusów - pocięcie na fragmenty, aktywuje

każdy z otrzymanych fragmentów

•

- rzadko występujący splicing polipeptydowy

(podobnie jak obróbka preRNA) - wycinanie

fragmentów ze środka łańcucha

polipeptydowego

•

- usuwanie pierwszego podstawnika

(metioniny lub formylometioniny)

występujące u prawie 50% wszystkich białek

II.

N-acetylacja , N-formylacja, N-

metylacja

są rodzajami modyfikacji

potranslacyjnych białek, w których

następuje przyłączenie do N-końca

łańcucha polipeptydowego grup

acetylowych (acetylacja),

metylowych (metylacja) lub

metioniny (formylacja).

IV.

Hydroksylacja

- w przypadku

aminokwasów proliny i lizyny - dołączenie

grupy -OH

Poli (ADP)-rybozylacja

- dołączanie

reszt adeninowych.

VI.

Fosforylacja

- aktywacja białka poprzez

dołączenie reszty fosforanowej przez

specyficzne enzymy - kinazy. Bardzo

powszechnie występujące wśród białek

(Np.: czynniki transkrypcyjne).

VII.

Defosforylacja

- deaktywacja białka

przez usunięcie reszty fosforanowej przez

specyficzne enzymy - fosfatazy.

VII.

Ubikwitynacja

- (u organizmów

Eukariotycznych) dołączenie innego białka

- ubikwityny powoduje, że białko jest

przeznaczone do degradacji. W procesie

ubikwitynacji są usuwane (degradowane)

białka źle sfałdowane, wadliwe oraz takie

których "życie" dobiegło końca. Czas

półtrwania białka jest zależny od rodzajów

aminokwasów występujących na jego N-

końcu.

Document Outline