Proteini su biološki polimeri složene strukture. Imaju veliku molekularnu težinu i sastoje se od aminokiselina, prostetičkih skupina predstavljenih vitaminima, lipidnim i ugljikohidratnim inkluzijama. Proteini koji sadrže ugljikohidrate, vitamine, metale ili lipide nazivaju se složeni. Jednostavni proteini sastoje se samo od aminokiselina povezanih peptidnim vezama.
Peptidi
Bez obzira na strukturu tvari, monomeri proteina su aminokiseline. Oni tvore osnovni polipeptidni lanac iz kojeg se zatim formira fibrilarna ili globularna struktura proteina. U isto vrijeme, protein se može sintetizirati samo u živom tkivu - u biljnim, bakterijskim, gljivičnim, životinjskim i drugim stanicama.
Jedini organizmi koji ne mogu kombinirati proteinske monomere su virusi i protozoe. Svi ostali su sposobni tvoriti strukturne proteine. Ali koje su tvari proteinski monomeri i kako nastaju? Pročitajte o tome i o biosintezi proteina, o polipeptidima i stvaranju složene strukture proteina, o aminokiselinama i njihovim svojstvima.ispod.
Jedini monomer proteinske molekule je bilo koja alfa-amino kiselina. Protein je polipeptid, lanac povezanih aminokiselina. Ovisno o broju aminokiselina uključenih u njegovo stvaranje, izoliraju se dipeptidi (2 ostatka), tripeptidi (3), oligopeptidi (sadrži od 2-10 aminokiselina) i polipeptidi (mnoge aminokiseline).
Pregled strukture proteina
Proteinska struktura može biti primarna, nešto složenija - sekundarna, još složenija - tercijarna, i najsloženija - kvarterna.
Primarna struktura je jednostavan lanac u koji su proteinski monomeri (aminokiseline) povezani peptidnom vezom (CO-NH). Sekundarna struktura je alfa spirala ili beta nabori. Tercijarna je još kompliciranija trodimenzionalna proteinska struktura, koja je nastala od sekundarne zbog stvaranja kovalentnih, ionskih i vodikovih veza, kao i hidrofobnih interakcija.
Kvaternarna struktura je najsloženija i karakteristična je za receptorske proteine koji se nalaze na staničnim membranama. Ovo je supramolekularna (domenska) struktura nastala kao rezultat kombinacije nekoliko molekula s tercijarnom strukturom, dopunjena ugljikohidratnim, lipidnim ili vitaminskim skupinama. U ovom slučaju, kao iu slučaju primarnih, sekundarnih i tercijarnih struktura, monomeri proteina su alfa-amino kiseline. Oni su također povezani peptidnim vezama. Jedina razlika je složenost strukture.
Aminokiseline
Jedini monomeriproteinske molekule su alfa aminokiseline. Ima ih samo 20, a oni su gotovo temelj života. Zahvaljujući pojavi peptidne veze, sinteza proteina postala je moguća. I sam protein nakon toga počeo je obavljati strukturne, receptorske, enzimske, transportne, posredničke i druge funkcije. Zahvaljujući tome, živi organizam funkcionira i može se razmnožavati.
Sama alfa aminokiselina je organska karboksilna kiselina s amino grupom vezanom na alfa ugljikov atom. Potonji se nalazi uz karboksilnu skupinu. U ovom slučaju, proteinski monomeri se smatraju organskim tvarima u kojima terminalni atom ugljika nosi i aminsku i karboksilnu skupinu.
Veza aminokiselina u peptidima i proteinima
Aminokiseline su povezane u dimere, trimere i polimere putem peptidne veze. Nastaje cijepanjem hidroksilne (-OH) skupine s karboksilnog mjesta jedne alfa-amino kiseline i vodika (-H) iz amino skupine druge alfa-amino kiseline. Kao rezultat interakcije, voda se odcijepi, a C=O mjesto sa slobodnim elektronom blizu ugljika karboksilnog ostatka ostaje na karboksilnom kraju. U amino skupini druge kiseline nalazi se ostatak (NH) s postojećim slobodnim radikalom na atomu dušika. To omogućuje spajanje dvaju radikala u vezu (CONH). Zove se peptid.
varijante alfa aminokiselina
Postoje 23 poznate alfa-amino kiseline. Oni sunavedeni kao: glicin, valin, alanin, izolecin, leucin, glutamat, aspartat, ornitin, treonin, serin, lizin, cistin, cistein, fenilalanin, metionin, tirozin, prolin, triptofan, hidroksiprolin, hist i argidin, argidin. Ovisno o tome može li ih ljudsko tijelo sintetizirati, ove aminokiseline se dijele na neesencijalne i neesencijalne.
Koncept neesencijalnih i esencijalnih aminokiselina
Ljudsko tijelo može sintetizirati zamjenjive tvari, dok osnovne stvari moraju dolaziti samo iz hrane. Istodobno, za biosintezu proteina važne su i esencijalne i neesencijalne kiseline, jer bez njih sinteza ne može biti dovršena. Bez jedne aminokiseline, čak i ako su prisutne sve ostale, nemoguće je izgraditi točno onaj protein koji je stanica potreban za obavljanje svojih funkcija.
Jedna greška u bilo kojoj fazi biosinteze - i protein više nije prikladan, jer se neće moći sklopiti u željenu strukturu zbog kršenja elektroničkih gustoća i međuatomskih interakcija. Stoga je važno da osoba (i drugi organizmi) konzumira proteinsku hranu koja sadrži esencijalne aminokiseline. Njihov nedostatak u hrani dovodi do brojnih poremećaja metabolizma proteina.
Proces formiranja peptidne veze
Jedini monomeri proteina su alfa-amino kiseline. Oni se postupno spajaju u polipeptidni lanac čija je struktura unaprijed pohranjena u genetskom kodu DNA (ili RNA, ako se uzme u obzir bakterijska biosinteza). Protein je strogi slijed aminokiselinskih ostataka. Ovo je lanac naručen u određenomstruktura koja obavlja unaprijed programiranu funkciju u ćeliji.
Slijed koraka biosinteze proteina
Proces stvaranja proteina sastoji se od niza koraka: replikacija dijela DNA (ili RNA), sinteza informacijskog tipa RNA, njezino oslobađanje u citoplazmu stanice iz jezgre, povezivanje s ribosomom i postupno vezivanje aminokiselinskih ostataka koji su opskrbljeni prijenosnom RNA. Tvar koja je proteinski monomer sudjeluje u enzimskoj reakciji eliminacije hidroksilne skupine i vodikovog protona, a zatim se pridružuje rastućem polipeptidnom lancu.
Tako se dobiva polipeptidni lanac koji se, već u staničnom endoplazmatskom retikulumu, sređuje u neku unaprijed određenu strukturu i nadopunjuje ugljikohidratnim ili lipidnim ostatkom, ako je potrebno. To se naziva procesom "zrenja" proteina, nakon čega ga transportni stanični sustav šalje na svoje odredište.
Funkcije sintetiziranih proteina
Proteinski monomeri su aminokiseline potrebne za izgradnju njihove primarne strukture. Sekundarna, tercijarna i kvartarna struktura već se formira sama od sebe, iako ponekad zahtijeva i sudjelovanje enzima i drugih tvari. Međutim, oni više nisu esencijalni, iako su neophodni za bjelančevine za obavljanje svoje funkcije.
Aminokiselina, koja je proteinski monomer, može imati vezana mjesta za ugljikohidrate, metale ili vitamine. Formiranje tercijarne ili kvartarne strukture omogućuje pronalaženje još više mjesta za insercione grupe. To vam omogućuje stvaranje odproteinski derivat koji ima ulogu enzima, receptora, prijenosnika tvari u ili iz stanice, imunoglobulina, strukturne komponente membrane ili stanične organele, mišićnog proteina.
Proteini, formirani od aminokiselina, jedina su osnova života. I danas se vjeruje da je život tek nastao nakon pojave aminokiseline i kao rezultat njezine polimerizacije. Uostalom, međumolekularna interakcija proteina je početak života, uključujući i inteligentni život. Svi ostali biokemijski procesi, pa tako i energetski, nužni su za provedbu biosinteze proteina, a kao rezultat i daljnji nastavak života.
