Proteiini on solujen ja kehon elämän perusta. Suorittamalla v altavan määrän toimintoja elävissä kudoksissa, se toteuttaa tärkeimmät kykynsä: kasvun, elintärkeän toiminnan, liikkeen ja lisääntymisen. Tässä tapauksessa solu itse syntetisoi proteiinia, jonka monomeeri on aminohappo. Sen asema proteiinin primäärirakenteessa on ohjelmoitu geneettisen koodin avulla, joka periytyy. Myös geenien siirto emosolusta tytärsoluun on vain esimerkki proteiinin rakennetta koskevien tietojen siirtämisestä. Tämä tekee siitä molekyylin, joka on biologisen elämän perusta.
Proteiinirakenteen yleiset ominaisuudet
Solussa syntetisoidut proteiinimolekyylit ovat biologisia polymeerejä.
Proteiinissa monomeeri on aina aminohappo, ja niiden yhdistelmä muodostaa molekyylin ensisijaisen ketjun. Sitä kutsutaan proteiinimolekyylin primäärirakenteeksi, joka myöhemmin spontaanisti tai biologisten katalyyttien vaikutuksesta muuntuu toissijaiseksi, tertiääriseksi tai domeenirakenteeksi.
Toissijainen ja kolmannen asteen rakenne
Toissijainen proteiinirakenne on primääriketjun avaruudellinen modifikaatio, joka liittyy vetysidosten muodostumiseen polaarisilla alueilla. Tästä syystä ketju taitetaan silmukoiksi tai kierretään spiraaliksi, mikä vie vähemmän tilaa. Tällä hetkellä molekyylin osien paikallinen varaus muuttuu, mikä laukaisee tertiäärisen rakenteen - pallomaisen - muodostumisen. Puristetut tai kierteiset osat kierretään palloiksi disulfidisidosten avulla.
Pallien avulla voit muodostaa erityisen rakenteen, jota tarvitaan ohjelmoitujen toimintojen suorittamiseen. On tärkeää, että jopa tällaisen modifikaation jälkeen proteiinin monomeeri on aminohappo. Tämä vahvistaa myös sen, että proteiinin sekundaarisen ja sitten tertiaarisen ja kvaternaarisen rakenteen muodostumisen aikana primaarinen aminohapposekvenssi ei muutu.
Proteiinimonomeerien karakterisointi
Kaikki proteiinit ovat polymeerejä, joiden monomeerit ovat aminohappoja. Nämä ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka joko syntetisoidaan elävässä solussa tai syötetään siihen ravintoaineina. Näistä proteiinimolekyyli syntetisoidaan ribosomeihin käyttämällä lähetti-RNA-matriisia v altavalla energiankulutuksella. Aminohapot itsessään ovat yhdisteitä, joissa on kaksi aktiivista kemiallista ryhmää: karboksyyliradikaali ja aminoryhmä, joka sijaitsee alfa-hiiliatomissa. Juuri tämä rakenne sallii molekyylin kutsumisen alfa-aminohapoksi, joka pystyy muodostamaan peptidisidoksia. Proteiinimonomeerit ovat vain alfa-aminohappoja.
Peptidisidoksen muodostuminen
Peptidisidos on molekyylikemiallinen ryhmä, jonka muodostavat hiili-, happi-, vety- ja typpiatomit. Se muodostuu prosessissa, jossa vesi irtoaa yhden alfa-aminohapon karboksyyliryhmästä ja toisen aminoryhmästä. Tällöin hydroksyyliradikaali irtoaa karboksyyliradikaalista, joka aminoryhmän protonin kanssa yhdistyessään muodostaa vettä. Tämän seurauksena kaksi aminohappoa on yhdistetty kovalenttisella polaarisella sidoksella CONH.
Vain alfa-aminohapot, elävien organismien proteiinien monomeerit, voivat muodostaa sen. Laboratoriossa on mahdollista tarkkailla peptidisidoksen muodostumista, vaikka pientä molekyyliä on vaikea selektiivisesti syntetisoida liuoksessa. Proteiinimonomeerit ovat aminohappoja, ja niiden rakenne on ohjelmoitu geneettisen koodin mukaan. Siksi aminohapot on yhdistettävä tiukasti määrätyssä järjestyksessä. Tämä on mahdotonta liuoksessa kaoottisissa tasapainoolosuhteissa, ja siksi on edelleen mahdotonta syntetisoida monimutkaista proteiinia keinotekoisesti. Jos on laitteita, jotka mahdollistavat tiukan molekyylin kokoamisjärjestyksen, sen ylläpito on melko kallista.
Proteiinisynteesi elävässä solussa
Elävässä solussa tilanne on päinvastainen, koska sillä on kehittynyt biosynteesilaitteisto. Tässä proteiinimolekyylien monomeerit voidaan koota molekyyleiksi tiukassa järjestyksessä. Se ohjelmoidaan kromosomeihin tallennetun geneettisen koodin avulla. Jos on tarpeen syntetisoida tietty rakenneproteiini tai entsyymi, DNA-koodin lukemisprosessi ja matriisin muodostaminen (jaRNA), josta syntetisoidaan proteiinia. Monomeeri liittyy vähitellen kasvavaan polypeptidiketjuun ribosomaalisessa laitteessa. Tämän prosessin päätyttyä syntyy aminohappotähteiden ketju, joka spontaanisti tai entsymaattisen prosessin aikana muodostaa sekundäärisen, tertiaarisen tai domeenirakenteen.
Biosynteesin säännöllisyydet
Joitakin proteiinien biosynteesin, perinnöllisen tiedon välittämisen ja sen toteuttamisen piirteitä tulisi korostaa. Ne johtuvat siitä, että DNA ja RNA ovat homogeenisia aineita, jotka koostuvat samanlaisista monomeereistä. Nimittäin DNA koostuu nukleotideista, kuten RNA. Jälkimmäinen esitetään informaatio-, kuljetus- ja ribosomaalisena RNA:na. Tämä tarkoittaa, että perinnöllisen tiedon tallentamisesta ja proteiinien biosynteesistä vastuussa oleva koko solulaitteisto on yksi kokonaisuus. Siksi solutumaa, jossa on ribosomeja, jotka ovat myös domeenin RNA-molekyylejä, on pidettävä yhtenä kokonaisena laitteistona geenien tallentamiseen ja niiden toteuttamiseen.
Proteiinin, jonka monomeeri on alfa-aminohappo, biosynteesin toinen ominaisuus on määrittää niiden kiinnittymisjärjestys. Jokaisen aminohapon tulee ottaa paikkansa primaarisessa proteiinirakenteessa. Tämä varmistetaan yllä kuvatulla laitteistolla perinnöllisen tiedon tallentamiseksi ja toteuttamiseksi. Siinä voi esiintyä virheitä, mutta se poistaa ne. Virheellisen kokoonpanon tapauksessa molekyyli tuhoutuu ja biosynteesi alkaa uudelleen.
