Η πρωτεΐνη είναι η βάση της ζωής των κυττάρων και του σώματος. Εκτελώντας έναν τεράστιο αριθμό λειτουργιών σε ζωντανούς ιστούς, εφαρμόζει τις κύριες δυνατότητές του: ανάπτυξη, ζωτική δραστηριότητα, κίνηση και αναπαραγωγή. Σε αυτή την περίπτωση, το ίδιο το κύτταρο συνθέτει μια πρωτεΐνη, το μονομερές της οποίας είναι ένα αμινοξύ. Η θέση της στην πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης προγραμματίζεται από τον γενετικό κώδικα, ο οποίος κληρονομείται. Ακόμη και η μεταφορά γονιδίων από ένα μητρικό κύτταρο σε ένα θυγατρικό κύτταρο είναι μόνο ένα παράδειγμα μεταφοράς πληροφοριών σχετικά με τη δομή μιας πρωτεΐνης. Αυτό το καθιστά ένα μόριο που είναι το θεμέλιο της βιολογικής ζωής.
Γενικά χαρακτηριστικά της πρωτεϊνικής δομής
Τα μόρια πρωτεΐνης που συντίθενται σε ένα κύτταρο είναι βιολογικά πολυμερή.
Σε μια πρωτεΐνη, το μονομερές είναι πάντα ένα αμινοξύ και ο συνδυασμός τους αποτελεί την κύρια αλυσίδα του μορίου. Ονομάζεται η πρωτογενής δομή ενός μορίου πρωτεΐνης, το οποίο αργότερα αυθόρμητα ή υπό τη δράση βιολογικών καταλυτών τροποποιείται σε δευτεροταγή, τριτοταγή ή δομή τομέα.
Δευτερογενής και τριτογενής δομή
Δευτερογενής πρωτεΐνηΗ δομή είναι μια χωρική τροποποίηση της πρωτογενούς αλυσίδας που σχετίζεται με το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου σε πολικές περιοχές. Για το λόγο αυτό, η αλυσίδα διπλώνεται σε θηλιές ή στρίβεται σε μια σπείρα, η οποία καταλαμβάνει λιγότερο χώρο. Αυτή τη στιγμή, το τοπικό φορτίο των τμημάτων του μορίου αλλάζει, γεγονός που πυροδοτεί το σχηματισμό μιας τριτογενούς δομής - μιας σφαιρικής. Τα πτυχωμένα ή ελικοειδή τμήματα συστρέφονται σε μπάλες με τη βοήθεια δισουλφιδικών δεσμών.
Οι ίδιες οι μπάλες σας επιτρέπουν να σχηματίσετε μια ειδική δομή που απαιτείται για την εκτέλεση των προγραμματισμένων λειτουργιών. Είναι σημαντικό ότι ακόμη και μετά από μια τέτοια τροποποίηση, το μονομερές της πρωτεΐνης είναι ένα αμινοξύ. Αυτό επιβεβαιώνει επίσης ότι κατά τον σχηματισμό της δευτερογενούς και στη συνέχεια της τριτοταγούς και τεταρτοταγούς δομής της πρωτεΐνης, η πρωτογενής αλληλουχία αμινοξέων δεν αλλάζει.
Χαρακτηρισμός πρωτεϊνικών μονομερών
Όλες οι πρωτεΐνες είναι πολυμερή, τα μονομερή των οποίων είναι αμινοξέα. Πρόκειται για οργανικές ενώσεις που είτε συντίθενται από ένα ζωντανό κύτταρο είτε εισέρχονται σε αυτό ως θρεπτικά συστατικά. Από αυτά, ένα μόριο πρωτεΐνης συντίθεται στα ριβοσώματα χρησιμοποιώντας τη μήτρα αγγελιαφόρου RNA με τεράστια δαπάνη ενέργειας. Τα αμινοξέα από μόνα τους είναι ενώσεις με δύο ενεργές χημικές ομάδες: μια ρίζα καρβοξυλίου και μια αμινομάδα που βρίσκεται στο άλφα άτομο άνθρακα. Αυτή η δομή είναι που επιτρέπει στο μόριο να ονομάζεται άλφα-αμινοξύ ικανό να σχηματίζει πεπτιδικούς δεσμούς. Τα μονομερή πρωτεΐνης είναι μόνο άλφα-αμινοξέα.
Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού
Ο πεπτιδικός δεσμός είναι μια μοριακή χημική ομάδα που σχηματίζεται από άτομα άνθρακα, οξυγόνου, υδρογόνου και αζώτου. Σχηματίζεται κατά τη διαδικασία διάσπασης του νερού από την καρβοξυλική ομάδα ενός α-αμινοξέος και την αμινομάδα ενός άλλου. Σε αυτή την περίπτωση, η ρίζα υδροξυλίου διασπάται από τη ρίζα καρβοξυλίου, η οποία, σε συνδυασμό με το πρωτόνιο της αμινομάδας, σχηματίζει νερό. Ως αποτέλεσμα, δύο αμινοξέα συνδέονται με έναν ομοιοπολικό πολικό δεσμό CONH.
Μόνο τα άλφα-αμινοξέα, μονομερή πρωτεϊνών ζωντανών οργανισμών, μπορούν να το σχηματίσουν. Είναι δυνατό να παρατηρηθεί ο σχηματισμός ενός πεπτιδικού δεσμού στο εργαστήριο, αν και είναι δύσκολο να συντεθεί επιλεκτικά ένα μικρό μόριο σε διάλυμα. Τα μονομερή πρωτεΐνης είναι αμινοξέα και η δομή της προγραμματίζεται από τον γενετικό κώδικα. Επομένως, τα αμινοξέα πρέπει να συνδέονται με αυστηρά καθορισμένη σειρά. Αυτό είναι αδύνατο σε ένα διάλυμα υπό χαοτικές συνθήκες ισορροπίας, και ως εκ τούτου είναι ακόμα αδύνατο να συντεθεί μια σύνθετη πρωτεΐνη τεχνητά. Εάν υπάρχει εξοπλισμός που επιτρέπει μια αυστηρή σειρά συναρμολόγησης του μορίου, η συντήρησή του θα είναι αρκετά δαπανηρή.
Σύνθεση πρωτεΐνης σε ζωντανό κύτταρο
Σε ένα ζωντανό κύτταρο, η κατάσταση είναι αντίστροφη, αφού έχει ανεπτυγμένη συσκευή βιοσύνθεσης. Εδώ, τα μονομερή των μορίων πρωτεΐνης μπορούν να συναρμολογηθούν σε μόρια σε μια αυστηρή αλληλουχία. Προγραμματίζεται από τον γενετικό κώδικα που είναι αποθηκευμένος στα χρωμοσώματα. Εάν είναι απαραίτητο να συντεθεί μια ορισμένη δομική πρωτεΐνη ή ένζυμο, η διαδικασία ανάγνωσης του κώδικα DNA και σχηματισμού μιας μήτρας (καιRNA) από το οποίο συντίθεται η πρωτεΐνη. Το μονομερές θα ενώσει σταδιακά την αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα στη ριβοσωμική συσκευή. Με την ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας, θα δημιουργηθεί μια αλυσίδα υπολειμμάτων αμινοξέων, τα οποία αυθόρμητα ή κατά τη διάρκεια της ενζυματικής διαδικασίας θα σχηματίσουν μια δευτερεύουσα, τριτοταγή ή δομή τομέα.
Κανονικότητα της βιοσύνθεσης
Θα πρέπει να επισημανθούν ορισμένα χαρακτηριστικά της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, της μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών και της εφαρμογής της. Βρίσκονται στο γεγονός ότι το DNA και το RNA είναι ομοιογενείς ουσίες που αποτελούνται από παρόμοια μονομερή. Δηλαδή, το DNA αποτελείται από νουκλεοτίδια, όπως το RNA. Το τελευταίο παρουσιάζεται με τη μορφή πληροφοριακού, μεταφοράς και ριβοσωμικού RNA. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρη η κυτταρική συσκευή που είναι υπεύθυνη για την αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών και τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών είναι ένα ενιαίο σύνολο. Επομένως, ο πυρήνας του κυττάρου με τα ριβοσώματα, τα οποία είναι επίσης μόρια RNA τομέα, θα πρέπει να θεωρείται ως μια ολόκληρη συσκευή για την αποθήκευση γονιδίων και την εφαρμογή τους.
Το δεύτερο χαρακτηριστικό της βιοσύνθεσης μιας πρωτεΐνης, το μονομερές της οποίας είναι ένα άλφα-αμινοξύ, είναι ο προσδιορισμός της αυστηρής σειράς προσκόλλησης τους. Κάθε αμινοξύ πρέπει να πάρει τη θέση του στη δομή της πρωτογενούς πρωτεΐνης. Αυτό διασφαλίζεται από τη συσκευή που περιγράφεται παραπάνω για την αποθήκευση και την εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών. Μπορεί να προκύψουν σφάλματα σε αυτό, αλλά θα εξαλειφθούν από αυτό. Σε περίπτωση λανθασμένης συναρμολόγησης, το μόριο θα καταστραφεί και η βιοσύνθεση θα ξεκινήσει ξανά.
