प्रोटीन की संरचना और रासायनिक संरचना। प्रोटीन कौन से उत्पाद हैं? किन खाद्य पदार्थों में वनस्पति प्रोटीन होता है? किन खाद्य पदार्थों में पशु प्रोटीन? विभिन्न परिस्थितियों में प्रोटीन पोषण
गिलहरी- विशाल आणविक भार वाले प्राकृतिक पॉलीपेप्टाइड्स। वे सभी जीवित जीवों का हिस्सा हैं और विभिन्न जैविक कार्य करते हैं।
प्रोटीन की संरचना.
प्रोटीन की संरचना के 4 स्तर होते हैं:
- प्रोटीन की प्राथमिक संरचना- अंतरिक्ष में मुड़ी हुई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अमीनो एसिड का रैखिक अनुक्रम:
- प्रोटीन द्वितीयक संरचना- पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की संरचना, क्योंकि के बीच हाइड्रोजन बंध के कारण अंतरिक्ष में घुमाव राष्ट्रीय राजमार्गऔर इसलिएसमूह. 2 स्थापना विधियाँ हैं: α -सर्पिल और β - संरचना।
- प्रोटीन तृतीयक संरचनाघूमते हुए का त्रि-आयामी प्रतिनिधित्व है α - सर्पिल या β -अंतरिक्ष में संरचनाएं:
यह संरचना सिस्टीन अवशेषों के बीच डाइसल्फ़ाइड पुलों -एस-एस- द्वारा बनाई गई है। ऐसी संरचना के निर्माण में विपरीत रूप से आवेशित आयन भाग लेते हैं।
- चतुर्धातुक प्रोटीन संरचनाविभिन्न पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच परस्पर क्रिया द्वारा निर्मित:
प्रोटीन संश्लेषण।
संश्लेषण ठोस-चरण विधि पर आधारित है, जिसमें पहले अमीनो एसिड को एक बहुलक वाहक पर तय किया जाता है, और नए अमीनो एसिड को क्रमिक रूप से इसमें जोड़ा जाता है। फिर पॉलिमर को पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला से अलग किया जाता है।
प्रोटीन के भौतिक गुण.
प्रोटीन के भौतिक गुण संरचना द्वारा निर्धारित होते हैं, इसलिए प्रोटीन को विभाजित किया जाता है गोलाकार(पानी में घुलनशील) और तंतुमय(पानी में अघुलनशील)।
प्रोटीन के रासायनिक गुण.
1. प्रोटीन विकृतीकरण(प्राथमिक के संरक्षण के साथ द्वितीयक और तृतीयक संरचना का विनाश)। विकृतीकरण का एक उदाहरण अंडे उबालने पर अंडे की सफेदी का जमना है।
2. प्रोटीन हाइड्रोलिसिस- अमीनो एसिड के निर्माण के साथ अम्लीय या क्षारीय घोल में प्राथमिक संरचना का अपरिवर्तनीय विनाश। इस तरह आप प्रोटीन की मात्रात्मक संरचना निर्धारित कर सकते हैं।
3. गुणात्मक प्रतिक्रियाएँ:
ब्यूरेट प्रतिक्रिया- क्षारीय घोल में पेप्टाइड बंधन और तांबे (II) के लवण की परस्पर क्रिया। प्रतिक्रिया के अंत में, घोल बैंगनी हो जाता है।
ज़ैन्टोप्रोटीन प्रतिक्रिया- जब नाइट्रिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया की जाती है, तो पीला रंग देखा जाता है।
प्रोटीन का जैविक महत्व.
1. प्रोटीन एक निर्माण सामग्री है, इससे मांसपेशियाँ, हड्डियाँ और ऊतक बनते हैं।
2. प्रोटीन - रिसेप्टर्स। वे पर्यावरण से पड़ोसी कोशिकाओं से सिग्नल संचारित और प्राप्त करते हैं।
3. प्रोटीन शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
4. प्रोटीन परिवहन कार्य करते हैं और अणुओं या आयनों को संश्लेषण या संचय के स्थान तक ले जाते हैं। (हीमोग्लोबिन ऊतकों तक ऑक्सीजन पहुंचाता है।)
5. प्रोटीन - उत्प्रेरक - एंजाइम। ये बहुत शक्तिशाली चयनात्मक उत्प्रेरक हैं जो प्रतिक्रियाओं को लाखों गुना तेज कर देते हैं।
ऐसे कई अमीनो एसिड होते हैं जिन्हें शरीर में संश्लेषित नहीं किया जा सकता है - स्थिर, वे केवल भोजन से प्राप्त होते हैं: टिज़िन, फेनिलएलनिन, मेथिनिन, वेलिन, ल्यूसीन, ट्रिप्टोफैन, आइसोल्यूसीन, थ्रेओनीन।
एप्लाइड फिजियोलॉजी, न्यूट्रिशन एंड मेटाबॉलिज्म वेबसाइट पर प्रकाशित एक नई समीक्षा के अनुसार, न केवल उपभोग किए गए प्रोटीन की मात्रा महत्वपूर्ण है, बल्कि इसका स्रोत भी महत्वपूर्ण है। इसकी परवाह करने के तीन कारण हैं।
सबसे पहले, प्रोटीन के किसी भी स्रोत, चाहे वह चिकन हो या मूंगफली, में अलग-अलग मात्रा में अमीनो एसिड होते हैं - प्रोटीन के लिए बिल्डिंग ब्लॉक। 20 संभावित अमीनो एसिड में से नौ शरीर के लिए आवश्यक हैं। ये अमीनो एसिड केवल भोजन से ही प्राप्त किये जा सकते हैं। इसलिए इसमें विभिन्न प्रोटीन युक्त खाद्य पदार्थों को शामिल करके इसे सही करना बहुत महत्वपूर्ण है।
पशु उत्पादों (मांस, अंडे, डेयरी उत्पाद) में सभी आवश्यक अमीनो एसिड अलग-अलग मात्रा में शामिल होते हैं, लेकिन अधिकांश पौधों के उत्पादों में नौ आवश्यक अमीनो एसिड के केवल अंश होते हैं।
"इसका मतलब है कि यदि आप केवल नट्स से प्रोटीन प्राप्त करने का निर्णय लेते हैं, तो शरीर महत्वपूर्ण अमीनो एसिड से वंचित हो जाएगा," पोषण और चयापचय के विशेषज्ञ, अध्ययन के सह-लेखक राजावेल एलंगो बताते हैं।
जब आप पौधों के खाद्य पदार्थों से प्रोटीन प्राप्त कर रहे हैं, तो आवश्यक अमीनो एसिड की आपकी पूरी दैनिक आवश्यकता प्राप्त करने के लिए सही किस्म और मात्रा का चयन करना महत्वपूर्ण है।
निःसंदेह, यह आपके भोजन की प्राथमिकताओं को छोड़ने और केवल नाश्ते, दोपहर के भोजन और रात के खाने में उन्हें खाने से प्रोटीन प्राप्त करने का कारण नहीं है। ऐसे आहार में प्रोटीन के अलावा बड़ी मात्रा में कैलोरी, वसा और कोलेस्ट्रॉल शामिल होता है, जो आपके फिगर और समग्र स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव डालता है। और यह देखने का दूसरा कारण है कि आप शरीर को प्रोटीन से संतृप्त करने के लिए कौन से खाद्य पदार्थ चुनते हैं।
और अंत में, तीसरा कारण सबसे महत्वपूर्ण है। इलांगो कहते हैं, "प्रत्येक भोजन जो आपके प्रोटीन के स्रोत के रूप में कार्य करता है, उसमें एक निश्चित मात्रा में विटामिन और खनिज शामिल होते हैं।" "कुछ खाद्य पदार्थ विटामिन बी से भरपूर होते हैं, अन्य आयरन से भरपूर होते हैं, और फिर भी अन्य में वस्तुतः कोई पोषक तत्व नहीं होते हैं।"
यदि महत्वपूर्ण पोषक तत्वों की कमी है तो आपका शरीर परिणामी प्रोटीन को अधिकतम लाभ के साथ अवशोषित नहीं कर पाएगा।
क्या आप यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि आपको अपना प्रोटीन सही खाद्य पदार्थों से मिल रहा है? यहां प्रोटीन के कुछ स्वास्थ्यप्रद स्रोत दिए गए हैं।
अंडे
लिज़ वेस्ट/फ़्लिकर.कॉमअमेरिकी पोषण विशेषज्ञ, ब्लॉगर और रीड बिफोर यू ईट के लेखक बोनी ताब-डिक्स कहते हैं, "न केवल प्रत्येक अंडे में 6 ग्राम प्रोटीन होता है, बल्कि यह सबसे फायदेमंद प्रोटीन भी है।"
अंडे का प्रोटीन सबसे सुपाच्य प्रोटीन है और शरीर के ऊतकों के निर्माण में मदद करता है। इसके अलावा, अंडे कोलीन और विटामिन बी 12 और डी से भरपूर होते हैं - शरीर की कोशिकाओं में ऊर्जा के समग्र स्तर और इसकी आपूर्ति को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण पदार्थ।
व्यापक धारणा के बावजूद कि अंडे से कोलेस्ट्रॉल हृदय की कार्यप्रणाली को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है, जिसके परिणामस्वरूप आप इस उत्पाद का उपयोग सप्ताह में 2-3 बार से अधिक नहीं कर सकते हैं, वैज्ञानिकों ने इसके विपरीत साबित किया है। ब्रिटिश मेडिकल जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, यह पाया गया कि दिन में एक अंडा हृदय की कार्यप्रणाली को प्रभावित नहीं करता है और स्ट्रोक का खतरा नहीं बढ़ाता है।
कॉटेज चीज़
पोषण विशेषज्ञ जिम व्हाइट (जिम व्हाइट) कहते हैं, "कुटीर चीज़ (150 ग्राम) की एक सर्विंग में लगभग 25 ग्राम प्रोटीन और दैनिक मूल्य का 18% कैल्शियम होता है।" इसके अलावा, पनीर कैसिइन से भरपूर होता है, एक धीमी गति से पचने वाला प्रोटीन जो कई घंटों तक भूख की भावना को रोकता है।
मुर्गा
जेम्स/फ़्लिकर.कॉम मुर्गीपालन प्रोटीन आहार का आधार होना चाहिए। इसमें अधिकांश अन्य मांस की तुलना में कम संतृप्त वसा होती है, और प्रति स्तन लगभग 40 ग्राम प्रोटीन (प्रति 100 ग्राम मांस में 20 ग्राम प्रोटीन) होता है। इलांगो कम कैलोरी का उपभोग करने के लिए जितनी बार संभव हो सफेद मांस का सेवन करने की सलाह देता है।
साबुत अनाज
साबुत अनाज स्वास्थ्यवर्धक होते हैं और इनमें नियमित आटा उत्पादों की तुलना में कहीं अधिक प्रोटीन होता है। उदाहरण के लिए, प्रथम श्रेणी के गेहूं के आटे से बनी ब्रेड में 7 ग्राम प्रोटीन होता है, और साबुत अनाज की ब्रेड में प्रति 100 ग्राम उत्पाद में 9 ग्राम प्रोटीन होता है।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि साबुत अनाज फाइबर प्रदान करते हैं, हृदय के लिए अच्छे होते हैं और वजन नियंत्रित करने में मदद करते हैं।
मछली
जेम्स बोवे/फ़्लिकर.कॉम ताउब-डिक्स कहते हैं, "कैलोरी में कम और पोषक तत्वों से भरपूर, मछली ओमेगा -3 फैटी एसिड का एक उत्कृष्ट स्रोत है, जो हृदय स्वास्थ्य को बढ़ावा देती है और मूड को स्थिर करती है।"
सबसे उपयोगी मछलियों में सैल्मन और टूना हैं। सैल्मन की एक सर्विंग में लगभग 20 ग्राम प्रोटीन और 6.5 ग्राम असंतृप्त फैटी एसिड होता है। और ट्यूना प्रोटीन का एक वास्तविक भंडार है: प्रति 100 ग्राम उत्पाद में 25 ग्राम।
यदि आप शरीर की अतिरिक्त चर्बी से छुटकारा पाना चाहते हैं, तो आपको अपने आहार में सैल्मन व्यंजन भी शामिल करना चाहिए: इसमें संतृप्त और असंतृप्त, केवल 10-12 ग्राम वसा होती है। पोषण विशेषज्ञ सप्ताह में दो बार पकी हुई या तली हुई मछली खाने की सलाह देते हैं।
फलियां
cookbookman17/Flickr.com ग्रीक (फ़िल्टर्ड) दही
ग्रीक दही नाश्ते, हल्के नाश्ते या विभिन्न व्यंजनों में एक घटक के रूप में काम कर सकता है। नियमित दही की तुलना में, ग्रीक दही में प्रोटीन की मात्रा लगभग दोगुनी होती है: दही की प्रति सेवारत 5-10 ग्राम के बजाय, इसमें 13-20 ग्राम होता है। इसके अलावा, ग्रीक दही में कैल्शियम काफी अधिक होता है: दैनिक मूल्य का 20%।
पागल
एडम वायल्स/फ़्लिकर.कॉम नट्स लाभकारी असंतृप्त फैटी एसिड से भरपूर होने के लिए जाने जाते हैं, लेकिन इनमें प्रोटीन भी अधिक होता है। इसके अलावा, न्यू इंग्लैंड जर्नल ऑफ मेडिसिन में 2013 में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, जो लोग दिन में मुट्ठी भर नट्स खाते हैं, उनमें विभिन्न बीमारियों से मरने का जोखिम 20% कम होता है।
हरियाली
जेसन बैचमैन/फ़्लिकर.कॉम विभिन्न प्रकार की साग-सब्जियां और हरी पत्तेदार सब्जियां प्रोटीन से भरपूर होती हैं। उदाहरण के लिए, 100 ग्राम पालक में केवल 22 किलो कैलोरी और लगभग 3 ग्राम प्रोटीन होता है, जबकि अजमोद में 47 किलो कैलोरी और 3.7 ग्राम प्रोटीन होता है। भले ही हरी सब्जियों में आवश्यक अमीनो एसिड की कमी होती है, आप इन्हें फलियों के साथ मिला सकते हैं और पर्याप्त प्रोटीन और पोषक तत्व प्राप्त कर सकते हैं।
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1. प्रोटीन के कामकाज के संश्लेषण के उल्लंघन के कारण होने वाले रोग
प्रोटीन वे रासायनिक यौगिक हैं जिनकी सक्रियता से स्वस्थ शरीर के सामान्य लक्षणों का निर्माण होता है। किसी विशेष प्रोटीन के संश्लेषण की समाप्ति या इसकी संरचना में परिवर्तन से रोग संबंधी लक्षण उत्पन्न होते हैं और रोगों का विकास होता है। आइए प्रोटीन संश्लेषण की संरचना या तीव्रता के उल्लंघन के कारण होने वाली कई बीमारियों के नाम बताएं।
क्लासिकल हीमोफीलिया रक्त प्लाज्मा में रक्त के थक्के जमने में शामिल प्रोटीनों में से एक की अनुपस्थिति के कारण होता है; बीमार लोगों में रक्तस्राव बढ़ गया है
सिकल सेल एनीमिया हीमोग्लोबिन की प्राथमिक संरचना में बदलाव के कारण होता है: बीमार लोगों में, लाल रक्त कोशिकाएं सिकल के आकार की होती हैं, उनके विनाश की त्वरित प्रक्रिया के परिणामस्वरूप लाल रक्त कोशिकाओं की संख्या कम हो जाती है; हीमोग्लोबिन सामान्य से कम मात्रा में ऑक्सीजन को बांधता है और वहन करता है।
विशालता वृद्धि हार्मोन की बढ़ी हुई मात्रा के कारण होती है; मरीज़ अत्यधिक लम्बे हैं।
रंग अंधापन रेटिना शंकु वर्णक की अनुपस्थिति के कारण होता है, जो रंग धारणा के निर्माण में शामिल होता है; रंग-अंध लोग कुछ रंगों में अंतर नहीं कर पाते।
मधुमेह हार्मोन इंसुलिन की तथाकथित अपर्याप्तता से जुड़ा हुआ है, जो विभिन्न कारणों से हो सकता है: स्रावित इंसुलिन की मात्रा में कमी या संरचना में परिवर्तन, मात्रा में कमी या इंसुलिन रिसेप्टर की संरचना में परिवर्तन। बीमार लोगों में, रक्त में ग्लूकोज की बढ़ी हुई मात्रा देखी जाती है और इसके साथ जुड़े रोग संबंधी लक्षण विकसित होते हैं।
घातक कोलेस्ट्रोलेमिया कोशिकाओं के साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में एक सामान्य रिसेप्टर प्रोटीन की अनुपस्थिति के कारण होता है जो कोलेस्ट्रॉल अणुओं को ले जाने वाले परिवहन प्रोटीन को पहचानता है; रोगियों के शरीर में, कोशिकाओं के लिए आवश्यक कोलेस्ट्रॉल कोशिकाओं में प्रवेश नहीं करता है, बल्कि रक्त में बड़ी मात्रा में जमा हो जाता है, रक्त वाहिकाओं की दीवार में जमा हो जाता है, जिससे उनमें संकुचन होता है और कम उम्र में उच्च रक्तचाप का तेजी से विकास होता है।
प्रगतिशील ज़ेरोडर्मा उन एंजाइमों की खराबी के कारण होता है जो आम तौर पर त्वचा कोशिकाओं में यूवी किरणों से क्षतिग्रस्त डीएनए की बहाली करते हैं; मरीज़ रोशनी में नहीं रह सकते, क्योंकि इन स्थितियों में उनमें कई त्वचा अल्सर और सूजन विकसित हो जाती है।
8. सिस्टिक फाइब्रोसिस प्रोटीन की प्राथमिक संरचना में बदलाव के कारण होता है जो बाहरी प्लाज्मा झिल्ली में एसजी आयनों के लिए एक चैनल बनाता है; रोगियों में, वायुमार्ग में बड़ी मात्रा में बलगम जमा हो जाता है, जिससे श्वसन रोगों का विकास होता है।
2. प्रोटिओमिक्स
पिछली 20वीं सदी में वैज्ञानिक विषयों के उद्भव और तेजी से विकास की विशेषता थी, जो एक जैविक घटना को उसके घटक घटकों में विच्छेदित करते थे और अणुओं के गुणों के विवरण के माध्यम से जीवन की घटनाओं को समझाने की कोशिश करते थे, मुख्य रूप से बायोपॉलिमर जो जीवित जीवों को बनाते हैं। ये विज्ञान थे जैव रसायन, जैव भौतिकी, आणविक जीव विज्ञान, आणविक आनुवंशिकी, विषाणु विज्ञान, कोशिका जीव विज्ञान, जैव कार्बनिक रसायन विज्ञान। वर्तमान में, वैज्ञानिक क्षेत्र विकसित हो रहे हैं जो घटकों के गुणों के आधार पर संपूर्ण जैविक घटना की पूरी तस्वीर देने का प्रयास करते हैं। जीवन को समझने की इस नई, एकीकृत रणनीति के लिए भारी मात्रा में अतिरिक्त जानकारी की आवश्यकता होती है। नई सदी के विज्ञान - जीनोमिक्स, प्रोटिओमिक्स और जैव सूचना विज्ञान ने पहले ही इसके लिए स्रोत सामग्री की आपूर्ति शुरू कर दी है।
एक जीनोमिकबायोलॉजिकल अनुशासन जो जीवित प्रणालियों में जीनोम कार्यप्रणाली की संरचना और तंत्र का अध्ययन करता है। जीनोम- किसी भी जीव के सभी जीनों और इंटरजेनिक क्षेत्रों की समग्रता। संरचनात्मक जीनोमिक्स जीन और इंटरजेनिक क्षेत्रों की संरचना का अध्ययन करता है, जो जीन गतिविधि के नियमन में बहुत महत्वपूर्ण हैं। कार्यात्मक जीनोमिक्स जीन के कार्यों, उनके प्रोटीन उत्पादों के कार्यों का अध्ययन करता है। तुलनात्मक जीनोमिक्स का विषय विभिन्न जीवों के जीनोम हैं, जिनकी तुलना से जीवों के विकास के तंत्र, जीन के अज्ञात कार्यों को समझना संभव हो जाएगा। जीनोमिक्स 1990 के दशक की शुरुआत में मानव जीनोम परियोजना के साथ उभरा। इस परियोजना का उद्देश्य 0.01% की सटीकता के साथ मानव जीनोम में सभी न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम को निर्धारित करना था। 1999 के अंत तक, बैक्टीरिया, यीस्ट, राउंडवॉर्म, ड्रोसोफिला, अरेबिडोप्सिस पौधों की कई दर्जन प्रजातियों के जीनोम की संरचना पूरी तरह से सामने आ गई थी। 2003 में, मानव जीनोम को समझ लिया गया था। मानव जीनोम में लगभग 30,000 प्रोटीन-कोडिंग जीन होते हैं। उनमें से केवल 42% ही अपने आणविक कार्य को जानते हैं। यह पता चला कि सभी वंशानुगत बीमारियों में से केवल 2% जीन और गुणसूत्रों में दोषों से जुड़ी हैं; 98% बीमारियाँ सामान्य जीन के अनियमित होने से जुड़ी होती हैं। जीन संश्लेषित प्रोटीन में अपनी गतिविधि दिखाते हैं जो कोशिका और जीव में विभिन्न कार्य करते हैं।
प्रत्येक विशिष्ट कोशिका में एक निश्चित समय पर प्रोटीन का एक निश्चित समूह कार्य करता है - प्रोटीओम. प्रोटिओमिक्स- एक विज्ञान जो विभिन्न शारीरिक स्थितियों के तहत और विकास की विभिन्न अवधियों में कोशिकाओं में प्रोटीन की समग्रता के साथ-साथ इन प्रोटीनों के कार्यों का अध्ययन करता है। जीनोमिक्स और प्रोटिओमिक्स के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है - जीनोम किसी दी गई प्रजाति के लिए स्थिर है, जबकि प्रोटिओम न केवल एक ही जीव की विभिन्न कोशिकाओं के लिए, बल्कि एक कोशिका के लिए भी, उसकी स्थिति (विभाजन, सुप्तता, विभेदन, आदि) के आधार पर अलग-अलग होता है। बहुकोशिकीय जीवों की विशेषता वाले प्रोटिओम्स की बहुतायत उनके अध्ययन को बेहद कठिन बना देती है। अभी तक मानव शरीर में प्रोटीन की सही संख्या भी ज्ञात नहीं है। कुछ अनुमानों के अनुसार इनकी संख्या सैकड़ों हजारों में है; केवल कुछ हज़ार प्रोटीन पहले ही अलग किए जा चुके हैं, और उनमें से भी कम का विस्तार से अध्ययन किया गया है। प्रोटीन की पहचान और लक्षण वर्णन एक अत्यंत तकनीकी रूप से जटिल प्रक्रिया है जिसके लिए जैविक और कंप्यूटर विश्लेषण विधियों के संयोजन की आवश्यकता होती है। हालाँकि, जीन गतिविधि के उत्पादों - अणुओं और आरएनए और प्रोटीन - की पहचान करने के लिए हाल के वर्षों में विकसित की गई विधियाँ इस क्षेत्र में तेजी से प्रगति की आशा देती हैं। ऐसे तरीके पहले ही बनाए जा चुके हैं जो किसी को एक साथ सैकड़ों सेलुलर प्रोटीन का पता लगाने और सामान्य परिस्थितियों में और विभिन्न विकृति में विभिन्न कोशिकाओं और ऊतकों में प्रोटीन सेट की तुलना करने की अनुमति देते हैं। ऐसा ही एक तरीका है इस्तेमाल करना जैविक चिप्सअध्ययन के तहत वस्तु में एक साथ हजारों विभिन्न पदार्थों का पता लगाने की अनुमति: न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन। व्यावहारिक चिकित्सा के लिए महान अवसर खुल रहे हैं: एक प्रोटिओमिक मानचित्र, संपूर्ण प्रोटीन परिसर का एक विस्तृत एटलस होने से, डॉक्टरों के पास अंततः बीमारी का इलाज करने का लंबे समय से प्रतीक्षित अवसर होगा, न कि लक्षणों का।
जीनोमिक्स और प्रोटिओमिक्स इतनी बड़ी मात्रा में जानकारी के साथ काम करते हैं जिसकी तत्काल आवश्यकता है बायोइनफॉरमैटिक्स- एक विज्ञान जो जीन और प्रोटीन के बारे में नई जानकारी एकत्र करता है, क्रमबद्ध करता है, वर्णन करता है, विश्लेषण करता है और संसाधित करता है। गणितीय तरीकों और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी का उपयोग करके, वैज्ञानिक जीन नेटवर्क, मॉडल जैव रासायनिक और अन्य सेलुलर प्रक्रियाओं का निर्माण करते हैं। 10-15 वर्षों में जीनोमिक्स और प्रोटिओमिक्स इस स्तर पर पहुंच जाएंगे कि अध्ययन करना संभव हो जाएगा चयापचय- एक जीवित कोशिका में सभी प्रोटीनों की परस्पर क्रिया की एक जटिल योजना। कोशिकाओं और शरीर पर प्रयोगों को कंप्यूटर मॉडल के प्रयोगों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा। व्यक्तिगत दवाएं बनाना और उपयोग करना, व्यक्तिगत निवारक उपाय विकसित करना संभव होगा। नए ज्ञान का विकासात्मक जीव विज्ञान पर विशेष रूप से गहरा प्रभाव पड़ेगा। अंडे और शुक्राणु से लेकर विभेदित कोशिकाओं तक, व्यक्तिगत कोशिकाओं का समग्र और साथ ही पर्याप्त विस्तृत विचार प्राप्त करना संभव हो जाएगा। यह पहली बार मात्रात्मक आधार पर भ्रूणजनन के विभिन्न चरणों में व्यक्तिगत कोशिकाओं की बातचीत का पालन करने की अनुमति देगा, जो विकासात्मक जीव विज्ञान का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों का हमेशा से एक सपना रहा है। कार्सिनोजेनेसिस और उम्र बढ़ने जैसी समस्याओं के समाधान में नए क्षितिज खुल रहे हैं। जीनोमिक्स, प्रोटिओमिक्स और जैव सूचना विज्ञान में प्रगति का विकास के सिद्धांत और जीवों की प्रणाली विज्ञान पर निर्णायक प्रभाव पड़ेगा।
3 . प्रोटीन इंजीनियरिंग
संश्लेषण प्रोटीन जीन स्थानिक
प्राकृतिक प्रोटीन के भौतिक और रासायनिक गुण अक्सर उन स्थितियों को पूरा नहीं करते हैं जिनमें इन प्रोटीनों का उपयोग मनुष्यों द्वारा किया जाएगा। इसकी प्राथमिक संरचना में बदलाव की आवश्यकता है, जो पहले से भिन्न, स्थानिक संरचना और नए भौतिक-रासायनिक गुणों वाले प्रोटीन के निर्माण को सुनिश्चित करेगा, जो अन्य परिस्थितियों में प्राकृतिक प्रोटीन में निहित कार्यों को करना संभव बनाता है। प्रोटीन के निर्माण में लगा हुआ है प्रोटीन इंजीनियरिंग.परिवर्तित प्रोटीन प्राप्त करने के लिए विधियों का उपयोग किया जाता है। संयुक्त रसायन शास्त्रऔर निभाओ साइट-निर्देशित उत्परिवर्तन- कोडिंग डीएनए अनुक्रमों में विशिष्ट परिवर्तनों की शुरूआत, जिससे अमीनो एसिड अनुक्रमों में कुछ परिवर्तन होते हैं। वांछित गुणों वाले प्रोटीन के प्रभावी डिजाइन के लिए, प्रोटीन की स्थानिक संरचना के गठन के पैटर्न को जानना आवश्यक है, जिस पर इसके भौतिक रासायनिक गुण और कार्य निर्भर करते हैं, अर्थात, यह जानना आवश्यक है कि प्रोटीन की प्राथमिक संरचना, इसके प्रत्येक अमीनो एसिड अवशेष प्रोटीन के गुणों और कार्यों को कैसे प्रभावित करते हैं। दुर्भाग्य से, अधिकांश प्रोटीनों के लिए, तृतीयक संरचना अज्ञात है, यह हमेशा ज्ञात नहीं होता है कि वांछित गुणों वाला प्रोटीन प्राप्त करने के लिए किस अमीनो एसिड या अमीनो एसिड अनुक्रम को बदलने की आवश्यकता है। पहले से ही, कंप्यूटर विश्लेषण का उपयोग करने वाले वैज्ञानिक अपने अमीनो एसिड अवशेषों के अनुक्रम के आधार पर कई प्रोटीनों के गुणों की भविष्यवाणी कर सकते हैं। इस तरह के विश्लेषण से वांछित प्रोटीन बनाने की प्रक्रिया बहुत सरल हो जाएगी। इस बीच, वांछित गुणों के साथ एक संशोधित प्रोटीन प्राप्त करने के लिए, वे मूल रूप से एक अलग तरीके से जाते हैं: वे कई उत्परिवर्ती जीन प्राप्त करते हैं और उनमें से एक के प्रोटीन उत्पाद को ढूंढते हैं जिसमें वांछित गुण होते हैं।
साइट-निर्देशित उत्परिवर्तन के लिए, विभिन्न प्रयोगात्मक दृष्टिकोणों का उपयोग किया जाता है। एक संशोधित जीन प्राप्त करने के बाद, इसे एक आनुवंशिक संरचना में बनाया जाता है और प्रोकैरियोटिक या यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पेश किया जाता है जो इस आनुवंशिक संरचना द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन को संश्लेषित करते हैं।
प्रोटीन इंजीनियरिंग की संभावित संभावनाएं इस प्रकार हैं।
एंजाइम के साथ परिवर्तित पदार्थ - सब्सट्रेट - की बंधन शक्ति को बदलकर, एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की समग्र उत्प्रेरक दक्षता को बढ़ाना संभव है।
तापमान और माध्यम की अम्लता की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रोटीन की स्थिरता को बढ़ाकर, इसका उपयोग उन परिस्थितियों में किया जा सकता है जिनके तहत मूल प्रोटीन विकृत हो जाता है और अपनी गतिविधि खो देता है।
ऐसे प्रोटीन बनाकर जो निर्जल सॉल्वैंट्स में कार्य कर सकते हैं, गैर-शारीरिक परिस्थितियों में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं करना संभव है।
4. एंजाइम के उत्प्रेरक केंद्र को बदलकर, इसकी विशिष्टता को बढ़ाना और अवांछित साइड प्रतिक्रियाओं की संख्या को कम करना संभव है
5. इसे तोड़ने वाले एंजाइमों के प्रति प्रोटीन के प्रतिरोध को बढ़ाकर, इसके शुद्धिकरण की प्रक्रिया को सरल बनाना संभव है।
बी. प्रोटीन को इस तरह से बदलकर कि यह अपने सामान्य गैर-अमीनो एसिड घटक (विटामिन, धातु परमाणु, आदि) के बिना कार्य कर सके, इसका उपयोग कुछ निरंतर तकनीकी प्रक्रियाओं में किया जा सकता है।
7. एंजाइम के नियामक क्षेत्रों की संरचना को बदलकर, नकारात्मक प्रतिक्रिया के प्रकार से एंजाइमी प्रतिक्रिया के उत्पाद द्वारा इसके निषेध की डिग्री को कम करना संभव है और इस तरह उत्पाद की उपज में वृद्धि होती है।
8. आप एक हाइब्रिड प्रोटीन बना सकते हैं जिसमें दो या दो से अधिक प्रोटीन के कार्य हों। 9. एक हाइब्रिड प्रोटीन बनाना संभव है, जिसका एक भाग सुसंस्कृत कोशिका से हाइब्रिड प्रोटीन की रिहाई या मिश्रण से इसके निष्कर्षण की सुविधा प्रदान करता है।
आइए कुछ लोगों से मिलेंप्रोटीन की जेनेटिक इंजीनियरिंग में प्रगति।
1. बैक्टीरियोफेज टी4 के लाइसोजाइम के कई अमीनो एसिड अवशेषों को सिस्टीन के साथ प्रतिस्थापित करके, बड़ी संख्या में डाइसल्फ़ाइड बांड वाला एक एंजाइम प्राप्त किया गया, जिसके कारण इस एंजाइम ने उच्च तापमान पर अपनी गतिविधि बरकरार रखी।
2. एस्चेरिचिया कोली द्वारा संश्लेषित मानव पी-इंटरफेरॉन अणु में सिस्टीन अवशेषों को सेरीन अवशेषों के साथ बदलने से इंटरमॉलिक्युलर कॉम्प्लेक्स के गठन को रोका गया, जिसमें इस दवा की एंटीवायरल गतिविधि लगभग 10 गुना कम हो गई।
3. टायरोसिल-टीआरएनए सिंथेटेज़ एंजाइम अणु में थ्रेओनीन अवशेष को प्रोलाइन अवशेष द्वारा प्रतिस्थापित करने से इस एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि दस गुना बढ़ गई: इसने टायरोसिन को टीआरएनए से तेजी से जोड़ना शुरू कर दिया, जो अनुवाद के दौरान इस अमीनो एसिड को राइबोसोम में स्थानांतरित करता है।
4. सबटिलिसिन - सेरीन युक्त एंजाइम जो प्रोटीन को तोड़ते हैं। वे कई जीवाणुओं द्वारा स्रावित होते हैं और मनुष्यों द्वारा जैव निम्नीकरण के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। वे कैल्शियम परमाणुओं को मजबूती से बांधते हैं, जिससे उनकी स्थिरता बढ़ जाती है। हालाँकि, औद्योगिक प्रक्रियाओं में, ऐसे रासायनिक यौगिक होते हैं जो कैल्शियम को बांधते हैं, जिसके बाद सबटिलिसिन अपनी गतिविधि खो देते हैं। जीन को बदलकर, वैज्ञानिकों ने एंजाइम से कैल्शियम बाइंडिंग में शामिल अमीनो एसिड को हटा दिया और सबटिलिसिन की स्थिरता को बढ़ाने के लिए एक अमीनो एसिड को दूसरे के साथ बदल दिया। संशोधित एंजाइम औद्योगिक परिस्थितियों के करीब स्थिर और कार्यात्मक रूप से सक्रिय साबित हुआ।
5. यह दिखाया गया कि एक ऐसा एंजाइम बनाना संभव है जो प्रतिबंध एंजाइम की तरह कार्य करता है जो डीएनए को कड़ाई से परिभाषित स्थानों में विभाजित करता है। वैज्ञानिकों ने एक हाइब्रिड प्रोटीन बनाया है, जिसका एक टुकड़ा डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड अवशेषों के एक निश्चित अनुक्रम को पहचानता है, और दूसरा इस क्षेत्र में डीएनए को तोड़ता है।
6. ऊतक प्लास्मिनोजेन एक्टिवेटर - एक एंजाइम जिसका उपयोग क्लिनिक में रक्त के थक्कों को घोलने के लिए किया जाता है। दुर्भाग्य से, यह संचार प्रणाली से तेजी से साफ हो जाता है और इसे बार-बार या बड़ी खुराक में प्रशासित किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप दुष्प्रभाव होते हैं। इस एंजाइम के जीन में तीन निर्देशित उत्परिवर्तन शुरू करके, एक लंबे समय तक जीवित रहने वाला एंजाइम प्राप्त किया गया था जिसमें डिग्रेडेबल फाइब्रिन के लिए बढ़ी हुई आत्मीयता और मूल एंजाइम के समान फाइब्रिनोलिटिक गतिविधि थी।
7. इंसुलिन अणु में एक अमीनो एसिड को प्रतिस्थापित करके, वैज्ञानिकों ने यह सुनिश्चित किया है कि जब इस हार्मोन को मधुमेह के रोगियों को चमड़े के नीचे प्रशासित किया जाता है, तो रक्त में इस हार्मोन की एकाग्रता में परिवर्तन खाने के बाद होने वाले शारीरिक परिवर्तन के करीब होता है।
8. एंटीवायरल और एंटीकैंसर गतिविधि वाले इंटरफेरॉन के तीन वर्ग हैं, लेकिन अलग-अलग विशिष्टता दिखाते हैं। तीन प्रकार के इंटरफेरॉन के गुणों के साथ एक हाइब्रिड इंटरफेरॉन बनाना आकर्षक था। हाइब्रिड जीन बनाए गए हैं जिनमें कई प्रकार के प्राकृतिक इंटरफेरॉन जीन के टुकड़े शामिल हैं। इनमें से कुछ जीन, जीवाणु कोशिकाओं में एकीकृत होकर, मूल अणुओं की तुलना में अधिक कैंसररोधी गतिविधि वाले हाइब्रिड इंटरफेरॉन के संश्लेषण को सुनिश्चित करते हैं।
9. प्राकृतिक मानव विकास हार्मोन न केवल इस हार्मोन के रिसेप्टर को बांधता है, बल्कि एक अन्य हार्मोन - प्रोलैक्टिन के रिसेप्टर को भी बांधता है। उपचार के दौरान अवांछनीय दुष्प्रभावों से बचने के लिए, वैज्ञानिकों ने प्रोलैक्टिन रिसेप्टर में वृद्धि हार्मोन के जुड़ने की संभावना को खत्म करने का निर्णय लिया। उन्होंने आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से विकास हार्मोन की प्राथमिक संरचना में कुछ अमीनो एसिड को प्रतिस्थापित करके इसे हासिल किया।
10. एचआईवी संक्रमण के खिलाफ दवाएं विकसित करते समय, वैज्ञानिकों ने एक हाइब्रिड प्रोटीन प्राप्त किया, जिसके एक टुकड़े ने केवल वायरस से प्रभावित लिम्फोसाइटों को इस प्रोटीन का विशिष्ट बंधन प्रदान किया, दूसरे टुकड़े ने हाइब्रिड प्रोटीन को प्रभावित कोशिका में प्रवेश कराया, और दूसरे टुकड़े ने प्रभावित कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण को बाधित कर दिया, जिससे उसकी मृत्यु हो गई।
इस प्रकार, हम आश्वस्त थे कि प्रोटीन अणु के विशिष्ट भागों को बदलकर, पहले से मौजूद प्रोटीन में नए गुण प्रदान करना और अद्वितीय एंजाइम बनाना संभव है।
प्रोटीन प्रमुख हैं लक्ष्यदवाइयों के लिए. अब लगभग 500 नशीली दवाओं के लक्ष्य ज्ञात हैं। आने वाले वर्षों में इनकी संख्या बढ़कर 10,000 हो जाएगी, जिससे नई, अधिक प्रभावी और सुरक्षित दवाएं बनाई जा सकेंगी। हाल ही में, दवाओं की खोज के लिए मौलिक रूप से नए दृष्टिकोण विकसित किए गए हैं: एकल प्रोटीन नहीं, बल्कि उनके कॉम्प्लेक्स, प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन और प्रोटीन फोल्डिंग को लक्ष्य माना जाता है।
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प्रोटीन की अवधारणा उच्च-आणविक प्राकृतिक यौगिकों (बायोपॉलिमर) के रूप में होती है जिसमें अमीनो एसिड अवशेष होते हैं जो पेप्टाइड बॉन्ड से जुड़े होते हैं। मानव शरीर में प्रोटीन के कार्य और महत्व, उनका परिवर्तन और संरचना: प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीयक।
कोशिका की जीवन गतिविधि जैव रासायनिक प्रक्रियाओं पर आधारित होती है जो आणविक स्तर पर होती हैं और जैव रसायन के अध्ययन के विषय के रूप में कार्य करती हैं। तदनुसार, आनुवंशिकता और परिवर्तनशीलता की घटनाएं कार्बनिक पदार्थों के अणुओं और मुख्य रूप से न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन से भी जुड़ी होती हैं।
प्रोटीन संरचना
प्रोटीन बड़े अणु होते हैं जिनमें सैकड़ों और हजारों प्राथमिक इकाइयाँ - अमीनो एसिड होते हैं। ऐसे पदार्थ, जिनमें दोहराई जाने वाली प्राथमिक इकाइयाँ - मोनोमर्स शामिल हैं, पॉलिमर कहलाते हैं। तदनुसार, प्रोटीन को पॉलिमर कहा जा सकता है, जिसके मोनोमर्स अमीनो एसिड होते हैं।
एक जीवित कोशिका में कुल मिलाकर 20 प्रकार के अमीनो एसिड ज्ञात हैं। अमीनो एसिड का नाम इसकी संरचना में अमीनो समूह NHy की सामग्री के कारण था, जिसमें मूल गुण होते हैं, और कार्बोक्सिल समूह COOH, जिसमें अम्लीय गुण होते हैं। सभी अमीनो एसिड में समान NH2-CH-COOH समूह होता है और रेडिकल - R नामक रासायनिक समूह द्वारा एक दूसरे से भिन्न होता है। एक बहुलक श्रृंखला में अमीनो एसिड का कनेक्शन एक अमीनो एसिड के कार्बोक्सिल समूह और दूसरे अमीनो एसिड के अमीनो समूह के बीच पेप्टाइड बॉन्ड (CO - NH) के गठन के कारण होता है। इससे पानी का एक अणु निकलता है। यदि परिणामी पॉलिमर श्रृंखला छोटी है, तो इसे ऑलिगोपेप्टाइड कहा जाता है, यदि यह लंबी है, तो इसे पॉलीपेप्टाइड कहा जाता है।
प्रोटीन की संरचना
प्रोटीन की संरचना पर विचार करते समय, प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीयक संरचनाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है।
प्राथमिक संरचनाश्रृंखला में अमीनो एसिड के क्रम से निर्धारित होता है। यहां तक कि एक अमीनो एसिड की व्यवस्था में बदलाव से एक पूरी तरह से नए प्रोटीन अणु का निर्माण होता है। 20 अलग-अलग अमीनो एसिड के संयोजन से बनने वाले प्रोटीन अणुओं की संख्या एक खगोलीय आंकड़े तक पहुंच जाती है।
यदि प्रोटीन के बड़े अणु (मैक्रोमोलेक्यूल्स) कोशिका में लम्बी अवस्था में स्थित होते, तो वे उसमें बहुत अधिक जगह घेर लेते, जिससे कोशिका का कार्य करना कठिन हो जाता। इस संबंध में, प्रोटीन अणु विभिन्न विन्यासों में मुड़ते, झुकते, मुड़ते हैं। अतः प्राथमिक के आधार पर संरचना उत्पन्न होती है द्वितीयक संरचना -प्रोटीन श्रृंखला एक समान घुमावों से युक्त एक हेलिक्स में फिट हो जाती है। पड़ोसी मोड़ कमजोर हाइड्रोजन बांड द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं, जो कई बार दोहराए जाने पर, इस संरचना के साथ प्रोटीन अणुओं को स्थिरता देते हैं।
द्वितीयक संरचना का सर्पिल एक कुंडल में फिट होकर बनता है तृतीयक संरचना।प्रत्येक प्रकार के प्रोटीन में कुंडल का आकार सख्ती से विशिष्ट होता है और पूरी तरह से प्राथमिक संरचना पर निर्भर करता है, यानी श्रृंखला में अमीनो एसिड के क्रम पर। तृतीयक संरचना कई कमजोर इलेक्ट्रोस्टैटिक बांडों द्वारा एक साथ रखी जाती है: अमीनो एसिड के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए समूह प्रोटीन श्रृंखला के व्यापक रूप से दूरी वाले हिस्सों को भी आकर्षित करते हैं और एक साथ लाते हैं। प्रोटीन अणु के अन्य भाग, उदाहरण के लिए, हाइड्रोफोबिक (जल-विकर्षक) समूह भी एक-दूसरे के करीब आते हैं।
कुछ प्रोटीन, जैसे हीमोग्लोबिन, कई श्रृंखलाओं से बने होते हैं जो प्राथमिक संरचना में भिन्न होते हैं। एक साथ मिलकर, वे एक जटिल प्रोटीन बनाते हैं जिसमें न केवल तृतीयक, बल्कि प्रोटीन भी होता है चतुर्धातुक संरचना(अंक 2)।
प्रोटीन अणुओं की संरचनाओं में निम्नलिखित पैटर्न देखा जाता है: संरचनात्मक स्तर जितना अधिक होगा, उन्हें समर्थन देने वाले रासायनिक बंधन उतने ही कमजोर होंगे। चतुर्धातुक, तृतीयक, द्वितीयक संरचना बनाने वाले बंधन पर्यावरण, तापमान, विकिरण आदि की भौतिक-रासायनिक स्थितियों के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं। उनके प्रभाव में, प्रोटीन अणुओं की संरचनाएं प्राथमिक - मूल संरचना में नष्ट हो जाती हैं। प्रोटीन अणुओं की प्राकृतिक संरचना का ऐसा उल्लंघन कहलाता है विकृतीकरणजब विकृतीकरण एजेंट को हटा दिया जाता है, तो कई प्रोटीन अनायास ही अपनी मूल संरचना को बहाल करने में सक्षम हो जाते हैं। यदि प्राकृतिक प्रोटीन उच्च तापमान या अन्य कारकों की तीव्र क्रिया के अधीन है, तो यह अपरिवर्तनीय रूप से विकृत हो जाता है। यह कोशिका प्रोटीन के अपरिवर्तनीय विकृतीकरण की उपस्थिति का तथ्य है जो बहुत उच्च तापमान पर जीवन की असंभवता की व्याख्या करता है।
कोशिका में प्रोटीन की जैविक भूमिका
प्रोटीन, भी कहा जाता है प्रोटीन(ग्रीक प्रोटो - पहला),जानवरों और पौधों की कोशिकाएँ विविध और बहुत महत्वपूर्ण कार्य करती हैं, जिनमें निम्नलिखित शामिल हैं।
उत्प्रेरक.प्राकृतिक उत्प्रेरक - एंजाइमोंपूर्णतः या लगभग पूर्णतः प्रोटीन होते हैं। एंजाइमों के लिए धन्यवाद, जीवित ऊतकों में रासायनिक प्रक्रियाएं सैकड़ों हजारों या लाखों गुना तेज हो जाती हैं। उनकी कार्रवाई के तहत, सभी प्रक्रियाएं तुरंत "नरम" स्थितियों में होती हैं: सामान्य शरीर के तापमान पर, जीवित ऊतकों के लिए तटस्थ वातावरण में। एंजाइमों की गति, सटीकता और चयनात्मकता किसी भी कृत्रिम उत्प्रेरक के साथ अतुलनीय है। उदाहरण के लिए, एक मिनट में एक एंजाइम अणु हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H202) के 5 मिलियन अणुओं का अपघटन करता है। एंजाइम चयनात्मक होते हैं। तो, वसा एक विशेष एंजाइम द्वारा टूट जाती है जो प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड (स्टार्च, ग्लाइकोजन) पर कार्य नहीं करती है। बदले में, एक एंजाइम जो केवल स्टार्च या ग्लाइकोजन को तोड़ता है, वसा पर कार्य नहीं करता है।
कोशिका में किसी भी पदार्थ के विभाजन या संश्लेषण की प्रक्रिया, एक नियम के रूप में, कई रासायनिक क्रियाओं में विभाजित होती है। प्रत्येक ऑपरेशन एक अलग एंजाइम द्वारा किया जाता है। ऐसे एंजाइमों का एक समूह एक जैव रासायनिक पाइपलाइन का निर्माण करता है।
ऐसा माना जाता है कि प्रोटीन का उत्प्रेरक कार्य उनकी तृतीयक संरचना पर निर्भर करता है; जब यह नष्ट हो जाता है, तो एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि गायब हो जाती है।
सुरक्षात्मक.कुछ प्रकार के प्रोटीन कोशिका और पूरे शरीर को रोगजनकों और विदेशी निकायों के प्रवेश से बचाते हैं। ऐसे प्रोटीन कहलाते हैं एंटीबॉडीज.एंटीबॉडीज़ शरीर के लिए विदेशी बैक्टीरिया और वायरस के प्रोटीन से बंध जाते हैं, जो उनके प्रजनन को रोकता है। प्रत्येक विदेशी प्रोटीन के लिए, शरीर विशेष "एंटी-प्रोटीन" - एंटीबॉडी का उत्पादन करता है। रोगज़नक़ों के प्रतिरोध के इस तंत्र को कहा जाता है रोग प्रतिरोधक क्षमता।
बीमारी को रोकने के लिए, लोगों और जानवरों को कमजोर या मारे गए रोगजनकों (टीके) दिए जाते हैं जो बीमारी का कारण नहीं बनते हैं, लेकिन शरीर की विशेष कोशिकाओं को इन रोगजनकों के खिलाफ एंटीबॉडी का उत्पादन करने के लिए प्रेरित करते हैं। यदि, कुछ समय बाद, रोगजनक वायरस और बैक्टीरिया ऐसे जीव में प्रवेश करते हैं, तो उन्हें एंटीबॉडी की एक मजबूत सुरक्षात्मक बाधा का सामना करना पड़ता है।
हार्मोनल.कई हार्मोन प्रोटीन भी होते हैं। तंत्रिका तंत्र के साथ-साथ, हार्मोन रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक प्रणाली के माध्यम से विभिन्न अंगों (और पूरे शरीर) के काम को नियंत्रित करते हैं।
चिंतनशील.कोशिका प्रोटीन बाहर से आने वाले संकेतों को ग्रहण करने का कार्य करते हैं। इसी समय, विभिन्न पर्यावरणीय कारक (तापमान, रासायनिक, यांत्रिक, आदि) प्रोटीन की संरचना में परिवर्तन का कारण बनते हैं - प्रतिवर्ती विकृतीकरण, जो बदले में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना में योगदान देता है जो बाहरी जलन के लिए कोशिका प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं। प्रोटीन की यह क्षमता तंत्रिका तंत्र, मस्तिष्क के काम को रेखांकित करती है।
मोटर.कोशिका और शरीर की सभी प्रकार की गतिविधियाँ: प्रोटोजोआ में सिलिया की झिलमिलाहट, उच्च जानवरों में मांसपेशियों का संकुचन और अन्य मोटर प्रक्रियाएं - एक विशेष प्रकार के प्रोटीन द्वारा निर्मित होती हैं।
ऊर्जा।प्रोटीन कोशिका के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम कर सकता है। कार्बोहाइड्रेट या वसा की कमी से अमीनो एसिड अणु ऑक्सीकृत हो जाते हैं। इस प्रक्रिया में निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग शरीर की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को समर्थन देने के लिए किया जाता है।
परिवहन।रक्त में प्रोटीन हीमोग्लोबिन हवा से ऑक्सीजन को बांधने और पूरे शरीर में ले जाने में सक्षम है। यह महत्वपूर्ण कार्य कुछ अन्य प्रोटीनों की भी विशेषता है।
प्लास्टिक।प्रोटीन कोशिकाओं (उनकी झिल्लियों) और जीवों (उनकी रक्त वाहिकाएं, तंत्रिकाएं, पाचन तंत्र, आदि) की मुख्य निर्माण सामग्री हैं। साथ ही, प्रोटीन में व्यक्तिगत विशिष्टता होती है, यानी, व्यक्तिगत लोगों के जीवों में कुछ प्रोटीन होते हैं जो केवल उसके लिए विशेषता होते हैं -
इस प्रकार, प्रोटीन कोशिका का सबसे महत्वपूर्ण घटक है, जिसके बिना जीवन के गुणों की अभिव्यक्ति असंभव है। हालाँकि, जीवित प्राणियों का प्रजनन, आनुवंशिकता की घटना, जैसा कि हम बाद में देखेंगे, न्यूक्लिक एसिड की आणविक संरचनाओं से जुड़ी है। यह खोज जीव विज्ञान में नवीनतम प्रगति का परिणाम है। अब यह ज्ञात है कि एक जीवित कोशिका में आवश्यक रूप से दो प्रकार के पॉलिमर होते हैं - प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड। उनकी बातचीत में जीवन की घटना के सबसे गहरे पहलू शामिल हैं।
नये ज्ञान का निर्माण. व्याख्यान खंड.
विषय अध्ययन योजना:
1. शरीर में प्रोटीन की भूमिका, प्रोटीन के प्राकृतिक स्रोत।
2. प्रोटीन की संरचना और संरचना।
3. प्रोटीन के कार्य.
4. प्रोटीन के भौतिक और रासायनिक गुण।
5. प्रोटीन का संश्लेषण.
6. शरीर में प्रोटीन परिवर्तन
जीवित कोशिका बनाने वाले कार्बनिक पदार्थों में से प्रोटीन सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे कोशिका द्रव्यमान का लगभग 50% बनाते हैं। प्रोटीन के लिए धन्यवाद, शरीर ने चलने, गुणा करने, बढ़ने, भोजन को आत्मसात करने, बाहरी प्रभावों पर प्रतिक्रिया करने आदि की क्षमता हासिल कर ली।
एंगेल्स ने अपने लेखन में लिखा, "जीवन प्रोटीन निकायों के अस्तित्व का एक तरीका है, जिसका आवश्यक बिंदु उनके आसपास की बाहरी प्रकृति के साथ पदार्थों का निरंतर आदान-प्रदान है, और पदार्थों के इस आदान-प्रदान की समाप्ति के साथ, जीवन भी समाप्त हो जाता है, जिससे प्रोटीन का विघटन होता है।"
प्रोटीन खाद्य उत्पादों के आवश्यक घटक हैं, वे दवाओं का हिस्सा हैं।
प्रोटीन मानव भोजन का एक महत्वपूर्ण घटक है। आहार प्रोटीन के मुख्य स्रोत: मांस, दूध, अनाज उत्पाद, ब्रेड, मछली, सब्जियाँ। प्रोटीन की आवश्यकता उम्र, लिंग, गतिविधि के प्रकार पर निर्भर करती है। एक स्वस्थ व्यक्ति के शरीर में आने वाले प्रोटीन और उत्सर्जित क्षय उत्पादों की मात्रा के बीच संतुलन होना चाहिए। प्रोटीन चयापचय का आकलन करने के लिए, प्रोटीन संतुलन की अवधारणा पेश की गई है। वयस्कता में, एक स्वस्थ व्यक्ति में नाइट्रोजन संतुलन होता है, अर्थात। खाद्य प्रोटीन से प्राप्त नाइट्रोजन की मात्रा उत्सर्जित नाइट्रोजन की मात्रा के बराबर होती है। एक युवा, बढ़ते शरीर में, प्रोटीन द्रव्यमान जमा होता है, इसलिए नाइट्रोजन संतुलन सकारात्मक होगा, यानी। आने वाली नाइट्रोजन की मात्रा शरीर से उत्सर्जित मात्रा से अधिक है। बुजुर्गों में, साथ ही कुछ बीमारियों में, एक नकारात्मक नाइट्रोजन संतुलन देखा जाता है। लंबे समय तक नकारात्मक नाइट्रोजन संतुलन से जीव की मृत्यु हो जाती है।
यह याद रखना चाहिए कि गर्मी उपचार के दौरान कुछ अमीनो एसिड, उत्पादों के दीर्घकालिक भंडारण ऐसे यौगिक बना सकते हैं जो शरीर द्वारा अपचनीय होते हैं, अर्थात। "दुर्गम" बन जाएं। इससे प्रोटीन का मूल्य कम हो जाता है।
पशु और वनस्पति प्रोटीन शरीर द्वारा अलग-अलग तरीके से अवशोषित होते हैं। यदि दूध, डेयरी उत्पाद, अंडे का प्रोटीन 96%, मांस और मछली - 93-95% पचता है, तो ब्रेड का प्रोटीन - 62-86%, सब्जियाँ - 80%, आलू और कुछ फलियाँ - 70% पचता है। हालाँकि, इन उत्पादों का मिश्रण जैविक रूप से अधिक संपूर्ण हो सकता है।
शरीर द्वारा प्रोटीन को आत्मसात करने की डिग्री खाद्य उत्पादों और उनके पाक प्रसंस्करण को प्राप्त करने की तकनीक से प्रभावित होती है। खाद्य उत्पादों, विशेष रूप से पौधों की उत्पत्ति, को मध्यम गर्म करने से प्रोटीन की पाचनशक्ति थोड़ी बढ़ जाती है। गहन ताप उपचार से पाचनशक्ति कम हो जाती है।
विभिन्न प्रकार के प्रोटीन के लिए एक वयस्क की दैनिक आवश्यकता शरीर के वजन के प्रति 1 किलोग्राम 1-1.5 ग्राम है, अर्थात। लगभग 85-100 ग्राम। आहार में पशु प्रोटीन का हिस्सा कुल मात्रा का लगभग 55% होना चाहिए।
2. प्रोटीन की संरचना.
कोशिका को बनाने वाले कई कार्बनिक यौगिकों की विशेषता बड़े आणविक आकार होते हैं। इन अणुओं को क्या कहा जाता है? (मैक्रोमोलेक्यूल्स) वे आम तौर पर दोहराए जाने वाले, संरचना में समान, कम आणविक भार वाले यौगिकों से बने होते हैं जो सहसंयोजक बंधों से जुड़े होते हैं। उनकी संरचना की तुलना धागे पर मोतियों से की जा सकती है। इन घटकों को क्या कहा जाता है? (मोनोमर्स)। वे पॉलिमर बनाते हैं। अधिकांश पॉलिमर एक ही मोनोमर्स से निर्मित होते हैं। ऐसे मोनोमर्स को नियमित कहा जाता है। उदाहरण के लिए, यदि A एक मोनोमर है, तो -A-A-A-…….A एक बहुलक है। ऐसे पॉलिमर जिनमें मोनोमर्स संरचना में भिन्न होते हैं, अनियमित कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, -ए-बी-आर-पी-ए-……जी-आर-पी-ए-। रचना उनके गुणों को निर्धारित करती है।
प्रोटीन अनियमित पॉलिमर होते हैं जिनके मोनोमर्स अमीनो एसिड होते हैं।
प्रोटीन α-अमीनो एसिड से निर्मित जटिल उच्च-आणविक प्राकृतिक यौगिक हैं। प्रोटीन की संरचना में 20 विभिन्न अमीनो एसिड शामिल हैं, इसलिए अमीनो एसिड के विभिन्न संयोजनों के साथ प्रोटीन की विशाल विविधता है। जिस प्रकार वर्णमाला के 33 अक्षरों से हम अनंत संख्या में शब्द बना सकते हैं, उसी प्रकार 20 अमीनो एसिड से अनंत संख्या में प्रोटीन बना सकते हैं। मानव शरीर में 100,000 तक प्रोटीन होते हैं।
अधिकांश प्रोटीन 300-500 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं, लेकिन 1500 या अधिक अमीनो एसिड वाले बड़े प्रोटीन भी होते हैं। प्रोटीन अमीनो एसिड की संरचना और अमीनो एसिड इकाइयों की संख्या, और विशेष रूप से पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं में उनके विकल्प के क्रम में भिन्न होते हैं। गणना से पता चलता है कि श्रृंखला में 100 अमीनो एसिड अवशेषों वाले 20 विभिन्न अमीनो एसिड से निर्मित प्रोटीन के लिए, संभावित वेरिएंट की संख्या 10130 हो सकती है। कई प्रोटीन लंबाई और आणविक भार दोनों में बड़े होते हैं।
इंसुलिन -5700
राइबोन्यूक्लीज-12700
एल्बुमिन-36000
हीमोग्लोबिन-65000
प्रोटीन इतने लंबे धागों के द्रव्यमान के साथ होने चाहिए। लेकिन उनके मैक्रोमोलेक्यूल्स में कॉम्पैक्ट बॉल्स (ग्लोब्यूल्स) या लम्बी संरचनाओं (फाइब्रिल्स) का सूत्र होता है।
प्रोटीन को प्रोटीन (सरल प्रोटीन) और प्रोटीन (जटिल प्रोटीन) में विभाजित किया जाता है। अणुओं में शामिल अमीनो एसिड अवशेषों की संख्या भिन्न होती है, उदाहरण के लिए: इंसुलिन - 51, मायोग्लोबिन - 140। इसलिए, प्रोटीन का श्री 10,000 से कई मिलियन तक है।
प्रोटीन अणु की संरचना के बारे में पहली परिकल्पना XIX सदी के 70 के दशक में प्रस्तावित की गई थी। यह प्रोटीन संरचना का यूराइड सिद्धांत था। 1903 में, जर्मन वैज्ञानिक ई. जी. फिशर ने पेप्टाइड सिद्धांत का प्रस्ताव रखा, जो प्रोटीन संरचना के रहस्य की कुंजी बन गया। फिशर ने सुझाव दिया कि प्रोटीन एनएच-सीओ पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा जुड़े अमीनो एसिड अवशेषों के पॉलिमर हैं। यह विचार कि प्रोटीन बहुलक संरचनाएं हैं, रूसी वैज्ञानिक ए.या. डेनिलेव्स्की द्वारा 1888 में ही व्यक्त किया गया था। बाद के कार्यों में इस सिद्धांत की पुष्टि की गई। पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत के अनुसार प्रोटीन की एक निश्चित संरचना होती है
कई प्रोटीन कई पॉलीपेप्टाइड कणों से बने होते हैं जो एक एकल समुच्चय में बदल जाते हैं। इस प्रकार, हीमोग्लोबिन अणु (С738Н1166S2Fe4O208) में चार उपइकाइयाँ होती हैं। ध्यान दें कि मिस्टर एग प्रोटीन = 36,000, मिस्टर मसल प्रोटीन = 1,500,000।
प्रोटीन की प्राथमिक संरचना- अमीनो एसिड अवशेषों के प्रत्यावर्तन का क्रम पेप्टाइड (एमाइड) बांड के कारण होता है, सभी बंधन सहसंयोजक, मजबूत होते हैं।
द्वितीयक संरचना- अंतरिक्ष में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का आकार। प्रोटीन श्रृंखला एक सर्पिल में मुड़ जाती है, जो कई हाइड्रोजन बांडों के कारण होती है।
तृतीयक संरचनाएक वास्तविक त्रि-आयामी विन्यास है जो एक मुड़ा हुआ हेलिक्स अंतरिक्ष में लेता है तृतीयक संरचना एक पॉलीपेप्टाइड हेलिक्स का एक कुंडल है। (लोचदार रस्सी की एक गेंद का प्रदर्शन)।
किसी कॉन्फ़िगरेशन की कल्पना करना आसान है, यह समझना अधिक कठिन है कि कौन सी ताकतें इसका समर्थन करती हैं। (हाइड्रोजन बॉन्ड, डाइसल्फ़ाइड ब्रिज -एस-एस-, रेडिकल्स के बीच एस्टर बॉन्ड। ध्रुवीय सीओओएच और ओएच समूह पानी के साथ बातचीत करते हैं, और गैर-ध्रुवीय रेडिकल इसे पीछे हटाते हैं, वे ग्लोब्यूल्स के अंदर निर्देशित होते हैं। रेडिकल्स वैन डेर वाल्स बलों के कारण एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।) (हाइड्रोफोबिक बॉन्ड के कारण), कुछ प्रोटीन में एस-एस बॉन्ड (बाइसल्फाइड ब्रिज), एस्टर ब्रिज होते हैं।
चतुर्धातुक संरचना- प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स एक दूसरे से जुड़े हुए एक कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। चतुर्धातुक संरचना - कई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं की एक संरचना