Οι πρωτεΐνες είναι οργανικές ουσίες. Αυτές οι μακρομοριακές ενώσεις χαρακτηρίζονται από μια ορισμένη σύνθεση και αποσυντίθενται σε αμινοξέα κατά την υδρόλυση. Τα μόρια πρωτεΐνης έχουν μεγάλη ποικιλία σχημάτων, πολλά από τα οποία αποτελούνται από πολλαπλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή μιας πρωτεΐνης κωδικοποιούνται στο DNA και η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης ονομάζεται μετάφραση.
Χημική σύνθεση πρωτεϊνών
Μέση πρωτεΐνη περιέχει:
- 52% άνθρακας;
- 7% υδρογόνο;
- 12% άζωτο;
- 21% οξυγόνο;
- 3% θείο.
Τα μόρια πρωτεΐνης είναι πολυμερή. Για να κατανοήσουμε τη δομή τους, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε ποια είναι τα μονομερή τους, τα αμινοξέα.
Αμινοξέα
Χωρίζονται συνήθως σε δύο κατηγορίες: συμβαίνουν συνεχώς και περιστασιακά. Τα πρώτα περιλαμβάνουν 18 πρωτεϊνικά μονομερή και 2 ακόμη αμίδια: ασπαρτικό και γλουταμικό οξύ. Μερικές φορές υπάρχουν μόνο τρία οξέα.
Αυτά τα οξέα μπορούν να ταξινομηθούν με πολλούς τρόπους: από τη φύση των πλευρικών αλυσίδων ή το φορτίο των ριζών τους, μπορούν επίσης να διαιρεθούν με τον αριθμό των ομάδων CN και COOH.
Πρωτογενής δομή πρωτεΐνης
Η αλληλουχία των αμινοξέων σε μια πρωτεϊνική αλυσίδα καθορίζειτα επόμενα επίπεδα οργάνωσης, ιδιοτήτων και λειτουργιών του. Ο κύριος τύπος δεσμού μεταξύ μονομερών είναι το πεπτίδιο. Σχηματίζεται με διάσπαση του υδρογόνου από ένα αμινοξύ και μιας ομάδας ΟΗ από ένα άλλο.
Το πρώτο επίπεδο οργάνωσης ενός μορίου πρωτεΐνης είναι η αλληλουχία των αμινοξέων σε αυτό, απλώς μια αλυσίδα που καθορίζει τη δομή των μορίων πρωτεΐνης. Αποτελείται από έναν «σκελετό» που έχει κανονική δομή. Αυτή είναι μια επαναλαμβανόμενη αλληλουχία -NH-CH-CO-. Οι ξεχωριστές πλευρικές αλυσίδες αντιπροσωπεύονται από ρίζες αμινοξέων (R), οι ιδιότητές τους καθορίζουν τη σύνθεση της δομής των πρωτεϊνών.
Ακόμη και αν η δομή των μορίων πρωτεΐνης είναι η ίδια, μπορεί να διαφέρουν στις ιδιότητες μόνο από το γεγονός ότι τα μονομερή τους έχουν διαφορετική αλληλουχία στην αλυσίδα. Η διάταξη των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη καθορίζεται από τα γονίδια και υπαγορεύει ορισμένες βιολογικές λειτουργίες στην πρωτεΐνη. Η αλληλουχία των μονομερών σε μόρια που είναι υπεύθυνα για την ίδια λειτουργία είναι συχνά κοντινή σε διαφορετικά είδη. Τέτοια μόρια - ίδια ή παρόμοια σε οργάνωση και που εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες σε διαφορετικούς τύπους οργανισμών - είναι ομόλογες πρωτεΐνες. Η δομή, οι ιδιότητες και οι λειτουργίες των μελλοντικών μορίων έχουν ήδη καθοριστεί στο στάδιο της σύνθεσης της αλυσίδας αμινοξέων.
Μερικά κοινά χαρακτηριστικά
Η δομή των πρωτεϊνών έχει μελετηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και η ανάλυση της πρωτογενούς δομής τους μας επέτρεψε να κάνουμε κάποιες γενικεύσεις. Οι περισσότερες πρωτεΐνες χαρακτηρίζονται από την παρουσία και των είκοσι αμινοξέων, από τα οποία υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά γλυκίνη, αλανίνη, ασπαρτικό οξύ, γλουταμίνη και λίγη τρυπτοφάνη, αργινίνη, μεθειονίνη,ιστιδίνη. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι ορισμένες ομάδες πρωτεϊνών, για παράδειγμα, οι ιστόνες. Χρειάζονται για τη συσκευασία του DNA και περιέχουν πολλή ιστιδίνη.
Δεύτερη γενίκευση: στις σφαιρικές πρωτεΐνες δεν υπάρχουν γενικά πρότυπα στην εναλλαγή των αμινοξέων. Αλλά ακόμη και τα πολυπεπτίδια που είναι απομακρυσμένα σε βιολογική δραστηριότητα έχουν μικρά πανομοιότυπα θραύσματα μορίων.
Δευτερεύουσα δομή
Το δεύτερο επίπεδο οργάνωσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας είναι η χωρική της διάταξη, η οποία υποστηρίζεται από δεσμούς υδρογόνου. Εκχωρήστε α-έλικα και β-πτυχή. Μέρος της αλυσίδας δεν έχει διατεταγμένη δομή, τέτοιες ζώνες ονομάζονται άμορφες.
Η άλφα έλικα όλων των φυσικών πρωτεϊνών είναι δεξιόχειρας. Οι πλευρικές ρίζες των αμινοξέων στην έλικα είναι πάντα στραμμένες προς τα έξω και βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές του άξονά της. Εάν είναι μη πολικά, ομαδοποιούνται στη μία πλευρά της σπείρας, με αποτέλεσμα τόξα που δημιουργούν συνθήκες για τη σύγκλιση διαφορετικών σπειροειδών τμημάτων.
Βήτα πτυχώσεις - εξαιρετικά επιμήκεις σπείρες - τείνουν να βρίσκονται δίπλα-δίπλα στο μόριο της πρωτεΐνης και να σχηματίζουν παράλληλες και μη παράλληλες β πτυχώσεις.
Τριτογενής πρωτεϊνική δομή
Το τρίτο επίπεδο οργάνωσης ενός μορίου πρωτεΐνης είναι η αναδίπλωση σπειρών, πτυχών και άμορφων τμημάτων σε μια συμπαγή δομή. Αυτό οφείλεται στην αλληλεπίδραση των πλευρικών ριζών των μονομερών μεταξύ τους. Τέτοιες συνδέσεις χωρίζονται σε διάφορους τύπους:
- Σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των πολικών ριζών;
- υδροφοβικό– μεταξύ μη πολικών ομάδων R;
- ηλεκτροστατικές δυνάμεις έλξης (ιονικοί δεσμοί) – μεταξύ ομάδων των οποίων τα φορτία είναι αντίθετα;
- δισουλφιδικές γέφυρες μεταξύ των ριζών κυστεΐνης.
Ο τελευταίος τύπος δεσμού (–S=S-) είναι μια ομοιοπολική αλληλεπίδραση. Οι δισουλφιδικές γέφυρες ενισχύουν τις πρωτεΐνες, η δομή τους γίνεται πιο ανθεκτική. Αλλά τέτοιες συνδέσεις δεν απαιτούνται. Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχει πολύ λίγη κυστεΐνη στην πολυπεπτιδική αλυσίδα ή οι ρίζες της να βρίσκονται κοντά και να μην μπορούν να δημιουργήσουν μια «γέφυρα».
Το τέταρτο επίπεδο οργάνωσης
Δεν σχηματίζουν όλες οι πρωτεΐνες τεταρτοταγή δομή. Η δομή των πρωτεϊνών στο τέταρτο επίπεδο καθορίζεται από τον αριθμό των πολυπεπτιδικών αλυσίδων (πρωτομερή). Διασυνδέονται με τους ίδιους δεσμούς με το προηγούμενο επίπεδο οργάνωσης, εκτός από τις δισουλφιδικές γέφυρες. Ένα μόριο αποτελείται από πολλά πρωτομερή, καθένα από τα οποία έχει τη δική του ειδική (ή πανομοιότυπη) τριτοταγή δομή.
Όλα τα επίπεδα οργάνωσης καθορίζουν τις λειτουργίες που θα επιτελούν οι πρωτεΐνες που προκύπτουν. Η δομή των πρωτεϊνών στο πρώτο επίπεδο οργάνωσης καθορίζει με μεγάλη ακρίβεια τον μετέπειτα ρόλο τους στο κύτταρο και στο σώμα συνολικά.
Λειτουργίες πρωτεΐνης
Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πόσο σημαντικός είναι ο ρόλος των πρωτεϊνών στη δραστηριότητα των κυττάρων. Παραπάνω, εξετάσαμε τη δομή τους. Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών εξαρτώνται άμεσα από αυτό.
Εκτελώντας μια δομική (δομική) λειτουργία, αποτελούν τη βάση του κυτταροπλάσματος κάθε ζωντανού κυττάρου. Αυτά τα πολυμερή είναι το κύριο υλικό όλων των κυτταρικών μεμβρανών ότανσυμπλέκονται με λιπίδια. Αυτό περιλαμβάνει επίσης τη διαίρεση του κυττάρου σε διαμερίσματα, καθένα από τα οποία έχει τις δικές του αντιδράσεις. Το γεγονός είναι ότι κάθε σύμπλεγμα κυτταρικών διεργασιών απαιτεί τις δικές του συνθήκες, ειδικά το pH του μέσου παίζει σημαντικό ρόλο. Οι πρωτεΐνες δημιουργούν λεπτά χωρίσματα που χωρίζουν το κύτταρο στα λεγόμενα διαμερίσματα. Και το ίδιο το φαινόμενο ονομάζεται διαμερισματοποίηση.
Η καταλυτική λειτουργία είναι να ρυθμίζει όλες τις αντιδράσεις του κυττάρου. Όλα τα ένζυμα είναι είτε απλές είτε σύνθετες πρωτεΐνες στην προέλευση.
Οποιοδήποτε είδος κίνησης των οργανισμών (εργασία των μυών, κίνηση πρωτοπλάσματος σε ένα κύτταρο, τρεμόπαιγμα των βλεφαρίδων στα πρωτόζωα κ.λπ.) πραγματοποιείται από πρωτεΐνες. Η δομή των πρωτεϊνών τους επιτρέπει να κινούνται, να σχηματίζουν ίνες και δακτυλίους.
Η λειτουργία μεταφοράς είναι ότι πολλές ουσίες μεταφέρονται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης μέσω ειδικών πρωτεϊνών φορέα.
Ο ορμονικός ρόλος αυτών των πολυμερών είναι αμέσως ξεκάθαρος: ένας αριθμός ορμονών είναι πρωτεΐνες στη δομή, για παράδειγμα, ινσουλίνη, ωκυτοκίνη.
Η εφεδρική λειτουργία καθορίζεται από το γεγονός ότι οι πρωτεΐνες μπορούν να σχηματίσουν εναποθέσεις. Για παράδειγμα, βαλγουμίνη αυγού, καζεΐνη γάλακτος, πρωτεΐνες φυτικών σπόρων - αποθηκεύουν μεγάλη ποσότητα θρεπτικών συστατικών.
Όλοι οι τένοντες, οι αρθρικές αρθρώσεις, τα οστά του σκελετού, οι οπλές σχηματίζονται από πρωτεΐνες, που μας φέρνουν στην επόμενη λειτουργία τους - υποστήριξη.
Τα μόρια πρωτεΐνης είναι υποδοχείς, που πραγματοποιούν επιλεκτική αναγνώριση ορισμένων ουσιών. Σε αυτόν τον ρόλο, οι γλυκοπρωτεΐνες και οι λεκτίνες είναι ιδιαίτερα γνωστές.
Το πιο σημαντικόπαράγοντες ανοσίας - τα αντισώματα και το σύστημα συμπληρώματος από την προέλευση είναι πρωτεΐνες. Για παράδειγμα, η διαδικασία της πήξης του αίματος βασίζεται σε αλλαγές στην πρωτεΐνη ινωδογόνου. Τα εσωτερικά τοιχώματα του οισοφάγου και του στομάχου είναι επενδεδυμένα με ένα προστατευτικό στρώμα πρωτεϊνών του βλεννογόνου - λικίνες. Οι τοξίνες είναι επίσης πρωτεΐνες προέλευσης. Η βάση του δέρματος που προστατεύει το σώμα των ζώων είναι το κολλαγόνο. Όλες αυτές οι πρωτεϊνικές λειτουργίες είναι προστατευτικές.
Λοιπόν, η τελευταία συνάρτηση είναι ρυθμιστική. Υπάρχουν πρωτεΐνες που ελέγχουν το έργο του γονιδιώματος. Δηλαδή, ρυθμίζουν τη μεταγραφή και τη μετάφραση.
Ανεξάρτητα από το πόσο σημαντικός είναι ο ρόλος των πρωτεϊνών, η δομή των πρωτεϊνών έχει αποκαλυφθεί από τους επιστήμονες εδώ και πολύ καιρό. Και τώρα ανακαλύπτουν νέους τρόπους για να χρησιμοποιήσουν αυτή τη γνώση.
