Jedna od definicija života je sljedeća: "Život je način postojanja proteinskih tijela." Na našem planetu, bez iznimke, svi organizmi sadrže takve organske tvari kao što su proteini. Ovaj članak će opisati jednostavne i složene proteine, identificirati razlike u molekularnoj strukturi, a također razmotriti njihove funkcije u stanici.
Što su proteini
Sa stajališta biokemije, to su visokomolekularni organski polimeri, čiji su monomeri 20 vrsta različitih aminokiselina. Oni su međusobno povezani kovalentnim kemijskim vezama, inače zvanim peptidnim vezama. Budući da su proteinski monomeri amfoterni spojevi, oni sadrže i amino skupinu i karboksilnu funkcionalnu skupinu. Između njih dolazi do kemijske veze CO-NH.
Ako se polipeptid sastoji od aminokiselinskih ostataka, on tvori jednostavan protein. Molekule polimera koje dodatno sadrže metalne ione, vitamine, nukleotide, ugljikohidrate su složeni proteini. Sljedeći mirazmotriti prostornu strukturu polipeptida.
Razine organizacije proteinskih molekula
Dolaze u četiri različite konfiguracije. Prva struktura je linearna, najjednostavnija je i ima oblik polipeptidnog lanca, tijekom njegove spiralizacije nastaju dodatne vodikove veze. Oni stabiliziraju spiralu, koja se naziva sekundarna struktura. Tercijarna razina organizacije ima jednostavne i složene proteine, većinu biljnih i životinjskih stanica. Posljednja konfiguracija, kvartarna, nastaje interakcijom nekoliko molekula prirodne strukture, ujedinjenih koenzimima, to je struktura složenih proteina koji obavljaju različite funkcije u tijelu.
Različitost jednostavnih proteina
Ova grupa polipeptida nije brojna. Njihove se molekule sastoje samo od ostataka aminokiselina. Proteini uključuju, na primjer, histone i globuline. Prvi su predstavljeni u strukturi jezgre i kombinirani su s molekulama DNK. Druga skupina - globulini - smatraju se glavnim komponentama krvne plazme. Protein kao što je gama globulin obavlja funkcije imunološke zaštite i antitijelo je. Ovi spojevi mogu formirati komplekse koji uključuju složene ugljikohidrate i proteine. Vlaknasti jednostavni proteini poput kolagena i elastina dio su vezivnog tkiva, hrskavice, tetiva i kože. Njihove glavne funkcije su konstrukcija i podrška.
Proteinski tubulin je dio mikrotubula, koji su sastavni dio cilija i bičaka jednostaničnih organizama kao što su cilijati, euglena, parazitski flagelati. Isti protein nalazi se u višestaničnim organizmima (zastavice spermija, cilije jajeta, trepetasti epitel tankog crijeva).
Albumin protein obavlja funkciju skladištenja (na primjer, bjelanjak). U endospermu sjemena biljaka žitarica - raži, riže, pšenice - nakupljaju se proteinske molekule. Zovu se stanične inkluzije. Te tvari koristi klica sjemena na početku svog razvoja. Osim toga, visok sadržaj proteina u zrnu pšenice vrlo je važan pokazatelj kvalitete brašna. Kruh pečen od brašna bogatog glutenom ima visoki okus i zdraviji je. Gluten se nalazi u takozvanim sortama durum pšenice. Krvna plazma dubokomorskih riba sadrži proteine koji ih sprječavaju da umru od hladnoće. Imaju svojstva antifriza, sprječavajući smrt tijela pri niskim temperaturama vode. S druge strane, stanična stijenka termofilnih bakterija koje žive u geotermalnim izvorima sadrži proteine koji mogu zadržati svoju prirodnu konfiguraciju (tercijarna ili kvartarna struktura) i ne denaturirati u temperaturnom rasponu od +50 do +90 °S.
Proteidi
Ovo su složeni proteini koje karakterizira velika raznolikost zbog različitih funkcija koje obavljaju. Kao što je ranije navedeno, ova skupina polipeptida, osim proteinskog dijela, sadrži i prostetičku skupinu. Pod utjecajem različitih čimbenika, poput visoke temperature, soli teških metala, koncentriranih lužina i kiselina, složeni proteini mogu promijeniti svojprostorni oblik, pojednostavljujući ga. Taj se fenomen naziva denaturacija. Razbija se struktura složenih proteina, razbijaju se vodikove veze, a molekule gube svojstva i funkcije. Denaturacija je u pravilu nepovratna. Ali za neke polipeptide koji obavljaju katalitičke, motoričke i signalne funkcije moguća je renaturacija – obnova prirodne strukture proteina.
Ako se djelovanje destabilizirajućeg faktora odvija dulje vrijeme, proteinska molekula je potpuno uništena. To dovodi do cijepanja peptidnih veza primarne strukture. Više nije moguće vratiti protein i njegove funkcije. Taj se fenomen naziva destrukcijom. Primjer je kuhanje kokošjih jaja: tekući protein - albumin, koji je u tercijarnoj strukturi, potpuno je uništen.
Biosinteza proteina
Prisjetimo se još jednom da sastav polipeptida živih organizama uključuje 20 aminokiselina, među kojima ima i esencijalnih. To su lizin, metionin, fenilalanin itd. Oni ulaze u krvotok iz tankog crijeva nakon razgradnje proteinskih produkata u njemu. Za sintezu neesencijalnih aminokiselina (alanin, prolin, serin), gljive i životinje koriste spojeve koji sadrže dušik. Biljke, kao autotrofi, samostalno tvore sve potrebne složene monomere, koji predstavljaju složene proteine. Da bi to učinili, u svojim reakcijama asimilacije koriste nitrate, amonijak ili slobodni dušik. Kod mikroorganizama neke vrste osiguravaju si kompletan skup aminokiselina, dok se kod drugih sintetiziraju samo neki monomeri. Fazebiosinteza proteina događa se u stanicama svih živih organizama. Transkripcija se događa u jezgri, a translacija se događa u citoplazmi stanice.
Prva faza - sinteza prekursora mRNA odvija se uz sudjelovanje enzima RNA polimeraze. Razbija vodikove veze između lanaca DNK, a na jednom od njih, prema principu komplementarnosti, sastavlja pre-mRNA molekulu. Podvrgava se rezanju, odnosno sazrijeva, a zatim izlazi iz jezgre u citoplazmu, tvoreći matričnu ribonukleinsku kiselinu.
Za provedbu druge faze potrebno je imati posebne organele - ribosome, kao i molekule informacijskih i transportnih ribonukleinskih kiselina. Drugi važan uvjet je prisutnost ATP molekula, budući da se reakcije plastične izmjene, koje uključuju biosintezu proteina, odvijaju uz apsorpciju energije.
Enzimi, njihova struktura i funkcije
Ovo je velika skupina proteina (oko 2000) koji djeluju kao tvari koje utječu na brzinu biokemijskih reakcija u stanicama. Mogu biti jednostavni (trepsin, pepsin) ili složeni. Složeni proteini sastoje se od koenzima i apoenzima. Specifičnost samog proteina s obzirom na spojeve na koje djeluje određuje koenzim, a aktivnost proteina se opaža samo kada je proteinska komponenta povezana s apoenzimom. Katalitička aktivnost enzima ne ovisi o cijeloj molekuli, već samo o aktivnom mjestu. Njegova struktura odgovara kemijskoj strukturi katalizirane tvari prema principu„ključ-brava“, pa je djelovanje enzima strogo specifično. Funkcije složenih proteina su i sudjelovanje u metaboličkim procesima i njihova upotreba kao akceptora.
Klase složenih proteina
Razvili su ih biokemičari na temelju 3 kriterija: fizikalna i kemijska svojstva, funkcionalna svojstva i specifične strukturne značajke proteina. Prva skupina uključuje polipeptide koji se razlikuju po elektrokemijskim svojstvima. Dijele se na bazične, neutralne i kisele. U odnosu na vodu, proteini mogu biti hidrofilni, amfifilni i hidrofobni. Druga skupina uključuje enzime, koje smo ranije razmatrali. Treća skupina uključuje polipeptide koji se razlikuju po kemijskom sastavu prostetičkih skupina (to su kromoproteini, nukleoproteini, metaloproteini).
Razmotrimo detaljnije svojstva složenih proteina. Na primjer, kiseli protein koji je dio ribosoma sadrži 120 aminokiselina i univerzalan je. Nalazi se u organelama prokariotskih i eukariotskih stanica koje sintetiziraju proteine. Drugi predstavnik ove skupine, protein S-100, sastoji se od dva lanca povezana kalcijevim ionom. Dio je neurona i neuroglije - potpornog tkiva živčanog sustava. Zajedničko svojstvo svih kiselih proteina je visok sadržaj dvobazičnih karboksilnih kiselina: glutaminske i asparaginske. Alkalni proteini uključuju histone - proteine koji su dio nukleinskih kiselina DNA i RNA. Značajka njihovog kemijskog sastava je velika količina lizina i arginina. Histoni zajedno s kromatinom jezgre tvore kromosome – najvažnije strukture nasljeđa stanica. Ovi proteini su uključeni u procese transkripcije i translacije. Amfifilni proteini su široko prisutni u staničnim membranama, tvoreći dvosloj lipoproteina. Dakle, nakon proučavanja gore navedenih skupina složenih proteina, bili smo uvjereni da su njihova fizikalno-kemijska svojstva određena strukturom proteinske komponente i prostetskih skupina.
Neki složeni proteini stanične membrane mogu prepoznati i reagirati na različite kemijske spojeve, kao što su antigeni. Ovo je signalna funkcija proteina, vrlo je važna za procese selektivne apsorpcije tvari koje dolaze iz vanjskog okruženja i za njegovu zaštitu.
Glikoproteini i proteoglikani
Oni su složeni proteini koji se međusobno razlikuju po biokemijskom sastavu protetskih skupina. Ako su kemijske veze između proteinske komponente i ugljikohidratnog dijela kovalentno-glikozidne, takve se tvari nazivaju glikoproteini. Njihov apoenzim predstavljaju molekule mono- i oligosaharida, primjeri takvih proteina su protrombin, fibrinogen (bjelančevine uključene u koagulaciju krvi). Kortiko- i gonadotropni hormoni, interferoni, membranski enzimi također su glikoproteini. U molekulama proteoglikana proteinski dio je samo 5%, ostatak otpada na prostetičku skupinu (heteropolisaharid). Oba dijela su povezana glikozidnom vezom OH-treoninske i argininske skupine te NH2-glutaminske i lizinske skupine. Molekule proteoglikana imaju vrlo važnu ulogu u metabolizmu vode i soli u stanici. Ispodpredstavlja tablicu složenih proteina koje smo mi proučavali.
| Glikoproteini | Proteoglikani |
| Strukturne komponente protetskih grupa | |
| 1. Monosaharidi (glukoza, galaktoza, manoza) | 1. Hijaluronska kiselina |
| 2. Oligosaharidi (m altoza, laktoza, saharoza) | 2. hondroitna kiselina. |
| 3. Acetilirani amino derivati monosaharida | 3. Heparin |
| 4. Deoksisaharidi | |
| 5. Neuraminska i sijalinska kiselina | |
Metaloproteini
Ove tvari sadrže ione jednog ili više metala u svojim molekulama. Razmotrimo primjere složenih proteina koji pripadaju gornjoj skupini. To su prvenstveno enzimi poput citokrom oksidaze. Nalazi se na kristama mitohondrija i aktivira sintezu ATP-a. Ferin i transferin su proteini koji sadrže ione željeza. Prvi ih taloži u stanicama, a drugi je transportni protein u krvi. Drugi metaloprotein je alfa-amelaza, sadrži ione kalcija, dio je sline i soka gušterače, sudjeluje u razgradnji škroba. Hemoglobin je i metaloprotein i kromoprotein. Obavlja funkcije transportnog proteina, prenoseći kisik. Kao rezultat, nastaje spoj oksihemoglobin. Kada se ugljični monoksid, inače nazvan ugljični monoksid, udiše, njegove molekule tvore vrlo stabilan spoj s hemoglobinom eritrocita. Brzo se širi kroz organe i tkiva, uzrokujući trovanje. Stanice. Kao rezultat toga, s produljenim udisanjem ugljičnog monoksida dolazi do smrti od gušenja. Hemoglobin također djelomično prenosi ugljični dioksid koji nastaje u procesima katabolizma. S protokom krvi, ugljični dioksid ulazi u pluća i bubrege, a iz njih - u vanjsko okruženje. Kod nekih rakova i mekušaca, hemocijanin je protein koji prenosi kisik. Umjesto željeza, sadrži ione bakra, pa krv životinja nije crvena, već plava.
Funkcije klorofila
Kao što smo ranije spomenuli, složeni proteini mogu formirati komplekse s pigmentima - obojenim organskim tvarima. Njihova boja ovisi o skupinama kromoforma koje selektivno apsorbiraju određene spektre sunčeve svjetlosti. U biljnim stanicama nalaze se zeleni plastidi - kloroplasti koji sadrže pigment klorofil. Sastoji se od atoma magnezija i polihidričnog alkohola fitola. Povezuju se s proteinskim molekulama, a sami kloroplasti sadrže tilakoide (ploče), odnosno membrane povezane u hrpe – grane. Sadrže fotosintetske pigmente – klorofile – i dodatne karotenoide. Ovdje su svi enzimi koji se koriste u fotosintetskim reakcijama. Dakle, kromoproteini, koji uključuju klorofil, obavljaju najvažnije funkcije u metabolizmu, odnosno u reakcijama asimilacije i disimilacije.
Virusni proteini
Čuvaju ih predstavnici nestaničnih oblika života koji su dio Carstva Vira. Virusi nemaju vlastiti aparat za sintezu proteina. Nukleinske kiseline, DNA ili RNA, mogu uzrokovati sintezuvlastite čestice od strane same stanice zaražene virusom. Jednostavni virusi sastoje se samo od proteinskih molekula kompaktno sastavljenih u spiralne ili poliedarske strukture, kao što je virus mozaika duhana. Složeni virusi imaju dodatnu membranu koja čini dio plazma membrane stanice domaćina. Može uključivati glikoproteine (virus hepatitisa B, virus velikih boginja). Glavna funkcija glikoproteina je prepoznavanje specifičnih receptora na membrani stanice domaćina. Dodatne virusne ovojnice također uključuju enzimske proteine koji osiguravaju replikaciju DNK ili transkripciju RNA. Na temelju prethodno navedenog može se izvesti sljedeći zaključak: proteini ovojnice virusnih čestica imaju specifičnu strukturu koja ovisi o membranskim proteinima stanice domaćina.
U ovom članku smo okarakterizirali složene proteine, proučavali njihovu strukturu i funkcije u stanicama različitih živih organizama.
