Proteini su osnova života stanica i tijela. Obavljajući ogroman broj funkcija u živim tkivima, provodi svoje glavne sposobnosti: rast, vitalnu aktivnost, kretanje i reprodukciju. U ovom slučaju, sama stanica sintetizira protein, čiji je monomer aminokiselina. Njegov položaj u primarnoj strukturi proteina je programiran genetskim kodom koji je naslijeđen. Čak i prijenos gena iz matične stanice u stanicu kćer samo je primjer prijenosa informacija o strukturi proteina. To ga čini molekulom koja je temelj biološkog života.
Opće karakteristike strukture proteina
Proteinske molekule sintetizirane u stanici su biološki polimeri.
U proteinu, monomer je uvijek aminokiselina, a njihova kombinacija čini primarni lanac molekule. Naziva se primarnom strukturom proteinske molekule, koja se kasnije spontano ili pod djelovanjem bioloških katalizatora modificira u sekundarnu, tercijarnu ili domensku strukturu.
Sekundarna i tercijarna struktura
Sekundarni proteinstruktura je prostorna modifikacija primarnog lanca povezana s stvaranjem vodikovih veza u polarnim područjima. Zbog toga se lanac presavija u petlje ili uvija u spiralu, što zauzima manje prostora. U tom se trenutku mijenja lokalni naboj dijelova molekule, što pokreće stvaranje tercijarne strukture - globularne. Uvijeni ili spiralni dijelovi su upleteni u kuglice uz pomoć disulfidnih veza.
Koplice same po sebi omogućuju formiranje posebne strukture koja je potrebna za obavljanje programiranih funkcija. Važno je da je i nakon takve modifikacije monomer proteina aminokiselina. To također potvrđuje da se tijekom formiranja sekundarne, a zatim tercijarne i kvartarne strukture proteina, primarni aminokiselinski slijed ne mijenja.
Karakterizacija proteinskih monomera
Svi proteini su polimeri, čiji su monomeri aminokiseline. To su organski spojevi koje ili sintetizira živa stanica ili ulaze u nju kao hranjive tvari. Od toga se proteinska molekula sintetizira na ribosomima pomoću matrice glasničke RNA uz ogroman utrošak energije. Same aminokiseline su spojevi s dvije aktivne kemijske skupine: karboksilni radikal i amino skupina smještena na alfa atomu ugljika. Upravo ta struktura omogućuje da se molekula nazove alfa-aminokiselinom sposobnom za stvaranje peptidnih veza. Proteinski monomeri su samo alfa-amino kiseline.
formiranje peptidne veze
Peptidna veza je molekularna kemijska skupina koju čine atomi ugljika, kisika, vodika i dušika. Nastaje u procesu odvajanja vode od karboksilne skupine jedne alfa-amino kiseline i amino skupine druge. U ovom slučaju, hidroksilni radikal se odvaja od karboksilnog radikala, koji, spajajući se s protonom amino skupine, tvori vodu. Kao rezultat, dvije su aminokiseline povezane kovalentnom polarnom vezom CONH.
Samo alfa-amino kiseline, monomeri bjelančevina živih organizama, mogu ga formirati. U laboratoriju je moguće promatrati stvaranje peptidne veze, iako je teško selektivno sintetizirati malu molekulu u otopini. Proteinski monomeri su aminokiseline, a njihova je struktura programirana genetskim kodom. Stoga aminokiseline moraju biti povezane strogo određenim redoslijedom. To je nemoguće u otopini u uvjetima kaotične ravnoteže, pa je stoga još uvijek nemoguće umjetno sintetizirati složeni protein. Ako postoji oprema koja omogućuje strogi redoslijed sastavljanja molekule, njezino će održavanje biti prilično skupo.
Sinteza proteina u živoj stanici
U živoj stanici situacija je obrnuta jer ima razvijen aparat za biosintezu. Ovdje se monomeri proteinskih molekula mogu sastaviti u molekule u strogom slijedu. Programira ga genetski kod pohranjen u kromosomima. Ako je potrebno sintetizirati određeni strukturni protein ili enzim, proces čitanja DNK koda i formiranja matrice (iRNA) iz koje se sintetizira protein. Monomer će se postupno pridružiti rastućem polipeptidnom lancu na ribosomskom aparatu. Po završetku ovog procesa stvorit će se lanac aminokiselinskih ostataka koji će spontano ili tijekom enzimskog procesa formirati sekundarnu, tercijarnu ili domensku strukturu.
Zakonitosti biosinteze
Treba istaknuti neke značajke biosinteze proteina, prijenosa nasljednih informacija i njihovu provedbu. Oni leže u činjenici da su DNA i RNA homogene tvari koje se sastoje od sličnih monomera. Naime, DNK se sastoji od nukleotida, baš kao i RNA. Potonji je predstavljen u obliku informacijske, transportne i ribosomske RNA. To znači da je cijeli stanični aparat odgovoran za pohranjivanje nasljednih informacija i biosintezu proteina jedinstvena cjelina. Stoga jezgru stanice s ribosomima, koji su također domenske RNA molekule, treba smatrati jednim cijelim aparatom za pohranjivanje gena i njihovu implementaciju.
Druga značajka biosinteze proteina, čiji je monomer alfa-amino kiselina, je određivanje strogog redoslijeda njihova vezanja. Svaka aminokiselina mora zauzeti svoje mjesto u primarnoj strukturi proteina. To osigurava gore opisani aparat za pohranu i provedbu nasljednih informacija. U njemu se mogu pojaviti pogreške, ali će se njime eliminirati. U slučaju pogrešnog sastavljanja, molekula će biti uništena, a biosinteza će ponovno započeti.
