Beljakovine so osnova življenja celic in telesa. Z opravljanjem ogromnega števila funkcij v živih tkivih izvaja svoje glavne sposobnosti: rast, vitalno aktivnost, gibanje in razmnoževanje. V tem primeru celica sama sintetizira protein, katerega monomer je aminokislina. Njegov položaj v primarni strukturi proteina je programiran z genetsko kodo, ki je podedovana. Tudi prenos genov iz matične celice v hčerinsko celico je le primer prenosa informacij o zgradbi proteina. Zaradi tega je molekula, ki je temelj biološkega življenja.
Splošne značilnosti strukture beljakovin
Proteinske molekule, sintetizirane v celici, so biološki polimeri.
V beljakovini je monomer vedno aminokislina, njihova kombinacija pa sestavlja primarno verigo molekule. Imenuje se primarna struktura beljakovinske molekule, ki se kasneje spontano ali pod delovanjem bioloških katalizatorjev spremeni v sekundarno, terciarno ali domensko strukturo.
Sekundarna in terciarna struktura
Sekundarne beljakovinestruktura je prostorska modifikacija primarne verige, povezana s tvorbo vodikovih vezi v polarnih območjih. Zaradi tega je veriga zložena v zanke ali zavita v spiralo, kar zavzame manj prostora. V tem času se spremeni lokalni naboj odsekov molekule, kar sproži nastanek terciarne strukture - globularne. Stisnjeni ali vijačni odseki so zviti v kroglice s pomočjo disulfidnih vezi.
Žoge same vam omogočajo, da oblikujete posebno strukturo, ki je potrebna za izvajanje programiranih funkcij. Pomembno je, da je tudi po takšni modifikaciji monomer proteina aminokislina. To tudi potrjuje, da se med tvorbo sekundarne, nato pa terciarne in kvartarne strukture proteina primarno aminokislinsko zaporedje ne spremeni.
Opredelitev beljakovinskih monomerov
Vsi proteini so polimeri, katerih monomeri so aminokisline. To so organske spojine, ki jih bodisi sintetizira živa celica bodisi vstopijo vanjo kot hranila. Od tega se proteinska molekula sintetizira na ribosomih z uporabo matrike sporočilne RNA z veliko porabo energije. Same aminokisline so spojine z dvema aktivnima kemičnima skupinama: karboksilnim radikalom in amino skupino, ki se nahaja pri alfa ogljikovem atomu. Prav ta struktura omogoča, da se molekula imenuje alfa-aminokislina, ki je sposobna tvoriti peptidne vezi. Beljakovinski monomeri so samo alfa-aminokisline.
tvorba peptidnih vezi
Peptidna vez je molekularna kemična skupina, ki jo tvorijo atomi ogljika, kisika, vodika in dušika. Nastane v procesu odcepitve vode od karboksilne skupine ene alfa-amino kisline in amino skupine druge. V tem primeru se hidroksilni radikal odcepi od karboksilnega radikala, ki v kombinaciji s protonom amino skupine tvori vodo. Posledično sta dve aminokislini povezani s kovalentno polarno vezjo CONH.
Lahko ga tvorijo samo alfa-aminokisline, monomeri beljakovin živih organizmov. V laboratoriju je mogoče opazovati nastanek peptidne vezi, čeprav je težko selektivno sintetizirati majhno molekulo v raztopini. Proteinski monomeri so aminokisline, njihova struktura pa je programirana z genetsko kodo. Zato je treba aminokisline povezati v strogo določenem vrstnem redu. To je nemogoče v raztopini v kaotičnih ravnotežnih pogojih, zato je še vedno nemogoče umetno sintetizirati kompleksen protein. Če obstaja oprema, ki omogoča strog vrstni red sestavljanja molekule, bo njeno vzdrževanje precej drago.
Sinteza beljakovin v živi celici
V živi celici je situacija obrnjena, saj ima razvit biosintezni aparat. Tukaj se lahko monomeri beljakovinskih molekul sestavijo v molekule v strogem zaporedju. Programira ga genetska koda, shranjena v kromosomih. Če je treba sintetizirati določen strukturni protein ali encim, se začne postopek branja kode DNK in tvorbe matrice (inRNA), iz katerega se sintetizira beljakovina. Monomer se bo postopoma pridružil rastoči polipeptidni verigi na ribosomskem aparatu. Po zaključku tega procesa bo nastala veriga aminokislinskih ostankov, ki bodo spontano ali med encimskim procesom tvorili sekundarno, terciarno ali domensko strukturo.
Pravilnosti biosinteze
Izpostaviti je treba nekatere značilnosti biosinteze beljakovin, prenosa dednih informacij in njihovega izvajanja. Ležijo v tem, da sta DNK in RNA homogeni snovi, sestavljeni iz podobnih monomerov. DNK je namreč sestavljena iz nukleotidov, tako kot RNA. Slednji je predstavljen v obliki informacijske, transportne in ribosomske RNA. To pomeni, da je celoten celični aparat, ki je odgovoren za shranjevanje dednih informacij in biosintezo beljakovin, ena sama celota. Zato je treba celično jedro z ribosomi, ki so tudi domenske molekule RNA, obravnavati kot en celoten aparat za shranjevanje genov in njihovo izvajanje.
Druga značilnost biosinteze proteina, katerega monomer je alfa-aminokislina, je določiti strog vrstni red njihove vezave. Vsaka aminokislina mora zavzeti svoje mesto v primarni beljakovinski strukturi. To zagotavlja zgoraj opisani aparat za shranjevanje in izvajanje dednih informacij. V njem se lahko pojavijo napake, vendar jih bo ta odpravil. V primeru napačnega sestavljanja bo molekula uničena in biosinteza se bo začela znova.
