Proteini so biološki polimeri s kompleksno strukturo. Imajo visoko molekulsko maso in so sestavljene iz aminokislin, protetičnih skupin, ki jih predstavljajo vitamini, vključki lipidov in ogljikovih hidratov. Beljakovine, ki vsebujejo ogljikove hidrate, vitamine, kovine ali lipide, imenujemo kompleksne. Preproste beljakovine so sestavljene samo iz aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi.
Peptidi
Ne glede na to, kakšno strukturo ima snov, so monomeri beljakovin aminokisline. Tvorijo osnovno polipeptidno verigo, iz katere nato nastane fibrilarna ali globularna struktura proteina. Hkrati se lahko beljakovine sintetizirajo samo v živem tkivu – v rastlinskih, bakterijskih, glivičnih, živalskih in drugih celicah.
Edini organizmi, ki ne morejo združiti beljakovinskih monomerov, so virusi in protozoji. Vsi drugi so sposobni tvoriti strukturne beljakovine. Toda katere snovi so beljakovinski monomeri in kako nastanejo? Preberite o tem in o biosintezi beljakovin, o polipeptidih in tvorbi kompleksne beljakovinske strukture, o aminokislinah in njihovih lastnostih.spodaj.
Edini monomer beljakovinske molekule je katera koli alfa-aminokislina. Beljakovina je polipeptid, veriga povezanih aminokislin. Glede na število aminokislin, ki sodelujejo pri njegovem nastanku, izolirajo dipeptide (2 ostanka), tripeptide (3), oligopeptide (vsebuje od 2-10 aminokislin) in polipeptide (veliko aminokislin).
pregled strukture beljakovin
Proteinska struktura je lahko primarna, nekoliko bolj kompleksna - sekundarna, še bolj kompleksna - terciarna in najbolj zapletena - kvartarna.
Primarna struktura je preprosta veriga, v katero so proteinski monomeri (aminokisline) povezani s peptidno vezjo (CO-NH). Sekundarna struktura je alfa vijačnica ali beta gube. Terciarna je še bolj zapletena tridimenzionalna beljakovinska struktura, ki je nastala iz sekundarne zaradi tvorbe kovalentnih, ionskih in vodikovih vezi ter hidrofobnih interakcij.
Kvartarna struktura je najbolj zapletena in je značilna za receptorske proteine, ki se nahajajo na celičnih membranah. To je supramolekularna (domenska) struktura, ki je nastala kot rezultat kombinacije več molekul s terciarno strukturo, dopolnjene z ogljikovimi hidrati, lipidnimi ali vitaminskimi skupinami. V tem primeru, tako kot v primeru primarnih, sekundarnih in terciarnih struktur, so monomeri beljakovin alfa-aminokisline. Povezani so tudi s peptidnimi vezmi. Edina razlika je zapletenost strukture.
aminokisline
Edini monomeribeljakovinske molekule so alfa aminokisline. Samo 20 jih je in so skoraj osnova življenja. Zahvaljujoč pojavu peptidne vezi je postala možna sinteza beljakovin. In sama beljakovina je po tem začela opravljati strukturne, receptorske, encimske, transportne, mediatorne in druge funkcije. Zahvaljujoč temu živi organizem deluje in se lahko razmnožuje.
Alfa aminokislina sama je organska karboksilna kislina z amino skupino, vezano na ogljikov atom alfa. Slednji se nahaja poleg karboksilne skupine. V tem primeru se proteinski monomeri obravnavajo kot organske snovi, v katerih končni ogljikov atom nosi tako aminsko kot karboksilno skupino.
Povezava aminokislin v peptidih in beljakovinah
Aminokisline so povezane s peptidno vezjo v dimere, trimerje in polimere. Nastane z odcepitvijo hidroksilne (-OH) skupine s karboksilnega mesta ene alfa-amino kisline in vodika (-H) iz amino skupine druge alfa-aminokisline. Zaradi interakcije se voda odcepi in na karboksilnem koncu ostane mesto C=O s prostim elektronom blizu ogljika karboksilnega ostanka. V amino skupini druge kisline je ostanek (NH) z obstoječim prostim radikalom pri atomu dušika. To omogoča, da se dva radikala povežeta, da tvorita vez (CONH). Imenuje se peptid.
Različice alfa aminokislin
Poznanih je 23 alfa-aminokislin. sona seznamu: glicin, valin, alanin, izolecin, levcin, glutamat, aspartat, ornitin, treonin, serin, lizin, cistin, cistein, fenilalanin, metionin, tirozin, prolin, triptofan, hidroksiprolin, hist, argidin, hidroksiprolin in argidin. Glede na to, ali jih človeško telo lahko sintetizira, se te aminokisline delijo na nebistvene in nebistvene.
Koncept nebistvenih in esencialnih aminokislin
Nadomestljive snovi lahko sintetizira človeško telo, medtem ko mora nujno priti samo iz hrane. Hkrati so za biosintezo beljakovin pomembne tako esencialne kot neesencialne kisline, saj brez njih sinteza ne more biti dokončana. Brez ene aminokisline, tudi če so prisotne vse druge, je nemogoče zgraditi točno tisto beljakovino, ki jo celica potrebuje za izvajanje svojih funkcij.
Ena napaka na kateri koli od stopenj biosinteze - in protein ni več primeren, ker se zaradi kršitve elektronske gostote in medatomskih interakcij ne bo mogel sestaviti v želeno strukturo. Zato je za človeka (in druge organizme) pomembno, da uživa beljakovinsko hrano, ki vsebuje esencialne aminokisline. Njihova odsotnost v hrani vodi do številnih motenj v presnovi beljakovin.
Proces tvorbe peptidne vezi
Edini monomeri beljakovin so alfa-aminokisline. Postopoma se združujejo v polipeptidno verigo, katere struktura je vnaprej shranjena v genetski kodi DNK (ali RNA, če upoštevamo bakterijsko biosintezo). Beljakovina je strogo zaporedje aminokislinskih ostankov. To je veriga, naročena v določenemstruktura, ki izvaja vnaprej programirano funkcijo v celici.
Zaporedje korakov biosinteze beljakovin
Proces tvorbe beljakovin je sestavljen iz verige korakov: replikacija odseka DNK (ali RNA), sinteza informacijske vrste RNA, njeno sproščanje v citoplazmo celice iz jedra, povezava z ribosomom in postopna vezava aminokislinskih ostankov, ki jih oskrbuje prenosna RNA. Snov, ki je proteinski monomer, sodeluje pri encimski reakciji izločanja hidroksilne skupine in vodikovega protona, nato pa se pridruži rastoči polipeptidni verigi.
Tako dobimo polipeptidno verigo, ki je že v celičnem endoplazmatskem retikulumu urejena v neko vnaprej določeno strukturo in po potrebi dopolnjena z ostankom ogljikovih hidratov ali lipidov. Temu pravimo proces "zorenja" beljakovine, po kateri jo transportni celični sistem pošlje na cilj.
Funkcije sintetiziranih beljakovin
Proteinski monomeri so aminokisline, potrebne za izgradnjo njihove primarne strukture. Sekundarna, terciarna in kvartarna struktura se že oblikuje sama od sebe, čeprav včasih zahteva tudi sodelovanje encimov in drugih snovi. Vendar pa niso več bistveni, čeprav so nujni, da beljakovine opravljajo svojo funkcijo.
Aminokislina, ki je beljakovinski monomer, ima lahko pritrdilna mesta za ogljikove hidrate, kovine ali vitamine. Oblikovanje terciarne ali kvartarne strukture omogoča iskanje še več mest za vstavljive skupine. To vam omogoča ustvarjanje izbeljakovinski derivat, ki igra vlogo encima, receptorja, prenašalca snovi v celico ali iz nje, imunoglobulina, strukturne komponente membrane ali celične organele, mišične beljakovine.
Beljakovine, nastale iz aminokislin, so edina osnova življenja. In danes se verjame, da je življenje nastalo šele po pojavu aminokisline in kot posledica njene polimerizacije. Navsezadnje je medmolekularna interakcija beljakovin začetek življenja, vključno z inteligentnim življenjem. Vsi drugi biokemični procesi, vključno z energetskimi, so nujni za izvajanje biosinteze beljakovin in posledično za nadaljnje nadaljevanje življenja.
