Beljakovine so organske snovi. Za te makromolekularne spojine je značilna določena sestava in se po hidrolizi razgradijo na aminokisline. Proteinske molekule so v najrazličnejših oblikah, od katerih so mnoge sestavljene iz več polipeptidnih verig. Informacije o strukturi beljakovin so kodirane v DNK, proces sinteze beljakovin pa se imenuje translacija.
Kemična sestava beljakovin
Povprečne beljakovine vsebujejo:
- 52% ogljika;
- 7% vodika;
- 12% dušika;
- 21% kisika;
- 3% žvepla.
Proteinske molekule so polimeri. Da bi razumeli njihovo strukturo, je treba vedeti, kakšni so njihovi monomeri, aminokisline.
aminokisline
Običajno so razdeljeni v dve kategoriji: nenehno pojavljajo in občasno. Prvi vključuje 18 beljakovinskih monomerov in še 2 amida: asparaginsko in glutaminsko kislino. Včasih so samo tri kisline.
Te kisline je mogoče razvrstiti na več načinov: glede na naravo stranskih verig ali naboj njihovih radikalov jih lahko delimo tudi s številom skupin CN in COOH.
Primarna struktura beljakovin
Določa zaporedje aminokislin v beljakovinski veriginjegove naslednje ravni organizacije, lastnosti in funkcije. Glavna vrsta vezi med monomeri je peptid. Nastane z odcepitvijo vodika iz ene aminokisline in OH skupine iz druge.
Prva raven organizacije beljakovinske molekule je zaporedje aminokislin v njej, preprosto veriga, ki določa strukturo beljakovinskih molekul. Sestavljen je iz "okostja", ki ima pravilno strukturo. To je ponavljajoče se zaporedje -NH-CH-CO-. Ločene stranske verige predstavljajo aminokislinski radikali (R), njihove lastnosti določajo sestavo strukture beljakovin.
Tudi če je struktura beljakovinskih molekul enaka, se lahko po lastnostih razlikujejo le od dejstva, da imajo njihovi monomeri drugačno zaporedje v verigi. Razporeditev aminokislin v beljakovini je določena z geni in beljakovini narekuje določene biološke funkcije. Zaporedje monomerov v molekulah, odgovornih za isto funkcijo, je pri različnih vrstah pogosto blizu. Takšne molekule - enake ali podobne po organizaciji in opravljajo enake funkcije v različnih vrstah organizmov - so homologne beljakovine. Struktura, lastnosti in funkcije bodočih molekul so določene že v fazi sinteze aminokislinske verige.
Nekatere skupne funkcije
Strukturo beljakovin preučujemo že dolgo, analiza njihove primarne strukture pa nam je omogočila nekaj posplošitev. Za večino beljakovin je značilna prisotnost vseh dvajsetih aminokislin, med katerimi je predvsem veliko glicina, alanina, asparaginske kisline, glutamina in malo triptofana, arginina, metionina,histidin. Izjema so le nekatere skupine beljakovin, na primer histoni. Potrebni so za embalažo DNK in vsebujejo veliko histidina.
Druga posplošitev: v globularnih beljakovinah ni splošnih vzorcev menjave aminokislin. Toda tudi polipeptidi, ki so po biološki aktivnosti oddaljeni, imajo majhne identične fragmente molekul.
Sekundarna struktura
Druga raven organizacije polipeptidne verige je njena prostorska razporeditev, ki je podprta z vodikovimi vezmi. Dodeli α-vijačnico in β-krat. Del verige nima urejene strukture, takšne cone se imenujejo amorfne.
Alfa vijačnica vseh naravnih beljakovin je desničarska. Stranski radikali aminokislin v vijačnici so vedno obrnjeni navzven in se nahajajo na nasprotnih straneh njene osi. Če so nepolarne, so združene na eni strani spirale, kar ima za posledico loke, ki ustvarjajo pogoje za konvergenco različnih spiralnih odsekov.
Beta-gube - zelo podolgovate spirale - se ponavadi nahajajo drug ob drugem v proteinski molekuli in tvorijo vzporedne in ne-vzporedne β-nagubane plasti.
Terciarna beljakovinska struktura
Tretja raven organizacije beljakovinske molekule je zlaganje spiral, gub in amorfnih delov v kompaktno strukturo. To je posledica interakcije stranskih radikalov monomerov med seboj. Takšne povezave so razdeljene na več vrst:
- vodikove vezi se tvorijo med polarnimi radikali;
- hidrofobno– med nepolarnimi R-skupinami;
- elektrostatične privlačne sile (ionske vezi) – med skupinami, katerih naboji so nasprotni;
- disulfidni mostovi med cisteinskimi radikali.
Zadnja vrsta vezi (–S=S-) je kovalentna interakcija. Disulfidni mostovi krepijo beljakovine, njihova struktura postane bolj trpežna. Toda takšne povezave niso potrebne. Na primer, lahko je v polipeptidni verigi zelo malo cisteina ali pa se njegovi radikali nahajajo v bližini in ne morejo ustvariti "mostja".
Četrta raven organizacije
Vsi proteini ne tvorijo kvartarne strukture. Strukturo beljakovin na četrtem nivoju določa število polipeptidnih verig (protomerov). Med seboj so povezani z enakimi vezmi kot prejšnja raven organizacije, razen disulfidnih mostov. Molekula je sestavljena iz več protomerov, od katerih ima vsak svojo posebno (ali identično) terciarno strukturo.
Vse ravni organizacije določajo funkcije, ki jih bodo izvajali nastali proteini. Struktura beljakovin na prvi ravni organizacije zelo natančno določa njihovo kasnejšo vlogo v celici in telesu kot celoti.
Proteinske funkcije
Težko si je niti predstavljati, kako pomembna je vloga beljakovin pri celični aktivnosti. Zgoraj smo preučili njihovo strukturo. Funkcije beljakovin so neposredno odvisne od tega.
Opravljajo gradbeno (strukturno) funkcijo in tvorijo osnovo citoplazme katere koli žive celice. Ti polimeri so glavni material vseh celičnih membran, koso v kompleksu z lipidi. Sem spada tudi delitev celice na predelke, od katerih ima vsak svoje reakcije. Dejstvo je, da vsak kompleks celičnih procesov zahteva svoje pogoje, zlasti pH medija igra pomembno vlogo. Beljakovine gradijo tanke predelne stene, ki delijo celico na tako imenovane predelke. In sam pojav se imenuje delitev.
Katalitična funkcija je uravnavanje vseh reakcij celice. Vsi encimi so po izvoru preprosti ali kompleksni proteini.
Kakršno koli gibanje organizmov (delo mišic, gibanje protoplazme v celici, utripanje cilijev pri praživalih itd.) izvajajo beljakovine. Struktura beljakovin jim omogoča, da se premikajo, tvorijo vlakna in obroče.
Transportna funkcija je, da se številne snovi prenašajo skozi celično membrano s posebnimi nosilnimi proteini.
Hormonalna vloga teh polimerov je takoj jasna: številni hormoni so v strukturi beljakovine, na primer insulin, oksitocin.
Rezervna funkcija je določena z dejstvom, da lahko proteini tvorijo usedline. Na primer, jajčni valgumin, mlečni kazein, beljakovine rastlinskih semen - hranijo veliko količino hranil.
Vse kite, sklepni sklepi, kosti okostja, kopita so sestavljeni iz beljakovin, kar nas pripelje do njihove naslednje funkcije - podpore.
Proteinske molekule so receptorji, ki izvajajo selektivno prepoznavanje določenih snovi. V tej vlogi so še posebej poznani glikoproteini in lektini.
Najpomembnejšeimunski dejavniki – protitelesa in sistem komplementa po izvoru so beljakovine. Na primer, proces strjevanja krvi temelji na spremembah v proteinu fibrinogena. Notranje stene požiralnika in želodca so obložene z zaščitno plastjo sluzničnih beljakovin - licinov. Tudi toksini so po izvoru beljakovine. Osnova kože, ki ščiti telo živali, je kolagen. Vse te funkcije beljakovin so zaščitne.
No, zadnja funkcija je regulativna. Obstajajo beljakovine, ki nadzorujejo delo genoma. To pomeni, da urejajo transkripcijo in prevajanje.
Ne glede na to, kako pomembna je vloga beljakovin, znanstveniki že dolgo razkrivajo strukturo beljakovin. In zdaj odkrivajo nove načine uporabe tega znanja.
