Proteiinit ovat biologisia polymeerejä, joilla on monimutkainen rakenne. Niillä on korkea molekyylipaino ja ne koostuvat aminohapoista, proteettisista ryhmistä, joita edustavat vitamiinit, lipidi- ja hiilihydraattisulkeumat. Hiilihydraatteja, vitamiineja, metalleja tai lipidejä sisältäviä proteiineja kutsutaan kompleksiksi. Yksinkertaiset proteiinit koostuvat vain aminohapoista, jotka on yhdistetty peptidisidoksilla.
Peptidit
Aineen rakenteesta riippumatta proteiinien monomeerit ovat aminohappoja. Ne muodostavat peruspolypeptidiketjun, josta muodostuu sitten proteiinin säikeinen tai pallomainen rakenne. Samaan aikaan proteiinia voidaan syntetisoida vain elävässä kudoksessa - kasvi-, bakteeri-, sieni-, eläin- ja muissa soluissa.
Ainoat organismit, jotka eivät voi yhdistää proteiinimonomeerejä, ovat virukset ja alkueläimet. Kaikki muut pystyvät muodostamaan rakenteellisia proteiineja. Mutta mitkä aineet ovat proteiinimonomeerejä ja miten ne muodostuvat? Lue tästä ja proteiinien biosynteesistä, polypeptideistä ja monimutkaisen proteiinirakenteen muodostumisesta, aminohapoista ja niiden ominaisuuksista.alla.
Proteiinimolekyylin ainoa monomeeri on mikä tahansa alfa-aminohappo. Proteiini on polypeptidi, toisiinsa liittyvien aminohappojen ketju. Sen muodostumiseen osallistuvien aminohappojen lukumäärästä riippuen eristetään dipeptidejä (2 tähdettä), tripeptidejä (3), oligopeptidejä (sisältää 2-10 aminohappoa) ja polypeptidejä (monia aminohappoja).
Proteiinin rakennekatsaus
Proteiinirakenne voi olla primaarinen, hieman monimutkaisempi - toissijainen, vielä monimutkaisempi - tertiäärinen ja monimutkaisin - kvaternäärinen.
Primäärirakenne on yksinkertainen ketju, johon proteiinimonomeerit (aminohapot) on liitetty peptidisidoksella (CO-NH). Toissijainen rakenne on alfaheliksi tai beeta-laskokset. Tertiäärinen on vielä monimutkaisempi kolmiulotteinen proteiinirakenne, joka muodostui sekundaarisesta kovalenttisten, ioni- ja vetysidosten muodostumisen sekä hydrofobisten vuorovaikutusten vuoksi.
Kvaternäärinen rakenne on monimutkaisin ja se on ominaista solukalvoilla sijaitseville reseptoriproteiineille. Tämä on supramolekulaarinen (domeeni) rakenne, joka muodostuu useiden tertiäärisen rakenteen omaavien molekyylien yhdistämisen tuloksena, jota on täydennetty hiilihydraatti-, lipidi- tai vitamiiniryhmillä. Tässä tapauksessa, kuten primaaristen, sekundaaristen ja tertiääristen rakenteiden tapauksessa, proteiinien monomeerit ovat alfa-aminohappoja. Niitä yhdistää myös peptidisidokset. Ainoa ero on rakenteen monimutkaisuus.
Aminohapot
Ainoat monomeeritproteiinimolekyylit ovat alfa-aminohappoja. Niitä on vain 20, ja ne ovat melkein elämän perusta. Peptidisidoksen ilmaantumisen ansiosta proteiinisynteesi tuli mahdolliseksi. Ja proteiini itse sen jälkeen alkoi suorittaa rakennetta muodostavia, reseptoreja, entsymaattisia, kuljetus-, välittäjä- ja muita toimintoja. Tämän ansiosta elävä organismi toimii ja pystyy lisääntymään.
Alfa-aminohappo itsessään on orgaaninen karboksyylihappo, jonka aminoryhmä on kiinnittynyt alfa-hiiliatomiin. Jälkimmäinen sijaitsee karboksyyliryhmän vieressä. Tässä tapauksessa proteiinimonomeerejä pidetään orgaanisina aineina, joiden terminaalisessa hiiliatomissa on sekä amiini- että karboksyyliryhmä.
Aminohappojen kytkentä peptideissä ja proteiineissa
Aminohapot kytkeytyvät dimeereiksi, trimeereiksi ja polymeereiksi peptidisidoksella. Se muodostuu lohkeamalla hydroksyyliryhmä (-OH) yhden alfa-aminohapon karboksyylikohdasta ja vety (-H) toisen alfa-aminohapon aminoryhmästä. Vuorovaikutuksen seurauksena vesi hajoaa ja karboksyylipäähän jää C=O-kohta, jossa on vapaa elektroni lähellä karboksyylitähteen hiiltä. Toisen hapon aminoryhmässä on tähde (NH), jonka typpiatomissa on vapaa radikaali. Tämä mahdollistaa kahden radikaalin yhdistämisen muodostamaan sidoksen (CONH). Sitä kutsutaan peptidiksi.
Alfa-aminohappomuunnelmat
On olemassa 23 tunnettua alfa-aminohappoa. He ovatlistattuna: glysiini, valiini, alaniini, isolesiini, leusiini, glutamaatti, aspartaatti, ornitiini, treoniini, seriini, lysiini, kystiini, kysteiini, fenyylialaniini, metioniini, tyrosiini, proliini, tryptofaani, hydroksiproliini, arginiini, asparagidiini ja histamiini. Riippuen siitä, pystyykö ihmiskeho syntetisoimaan nämä aminohapot, ne jaetaan ei-välttämättömiin ja ei-välttämättömiin.
Epävälttämättömien ja välttämättömien aminohappojen käsite
Ihmiskeho voi syntetisoida korvaavia aineita, kun taas välttämättömät aineet saa tulla vain ruoasta. Samalla sekä välttämättömät että ei-välttämättömät hapot ovat tärkeitä proteiinien biosynteesille, koska ilman niitä synteesi ei onnistu. Ilman yhtä aminohappoa, vaikka kaikki muut olisivat läsnä, on mahdotonta rakentaa juuri sitä proteiinia, jota solu tarvitsee toimintojensa suorittamiseen.
Yksi virhe missä tahansa biosynteesin vaiheessa - ja proteiini ei ole enää sopiva, koska se ei pysty koottua haluttuun rakenteeseen elektronisten tiheysten ja atomien välisten vuorovaikutusten rikkomisen vuoksi. Siksi ihmisen (ja muiden organismien) on tärkeää kuluttaa proteiinipitoisia ruokia, jotka sisältävät välttämättömiä aminohappoja. Niiden puuttuminen ruoasta johtaa useisiin proteiiniaineenvaihduntahäiriöihin.
Peptidisidoksen muodostusprosessi
Proteiinien ainoat monomeerit ovat alfa-aminohapot. Ne yhdistyvät vähitellen polypeptidiketjuksi, jonka rakenne on enn alta tallennettu DNA:n (tai RNA:n, jos bakteerien biosynteesiä tarkastellaan) geneettiseen koodiin. Proteiini on tiukka aminohappotähteiden sekvenssi. Tämä on ketju tilattu tiettyynrakenne, joka suorittaa esiohjelmoidun toiminnon solussa.
Proteiinibiosynteesin vaihejärjestys
Proteiinin muodostusprosessi koostuu vaiheiden ketjusta: DNA- (tai RNA-) osan replikaatiosta, tietotyypin RNA:n synteesistä, sen vapautumisesta ytimestä solun sytoplasmaan, liittämisestä ribosomiin ja siirto-RNA:n kautta toimitettujen aminohappotähteiden asteittainen kiinnittäminen. Aine, joka on proteiinimonomeeri, osallistuu entsymaattiseen hydroksyyliryhmän ja vetyprotonin eliminaatioreaktioon ja liittyy sitten kasvavaan polypeptidiketjuun.
Näin saadaan polypeptidiketju, joka jo solun endoplasmisessa retikulumissa on järjestetty johonkin enn alta määrättyyn rakenteeseen ja jota täydennetään tarvittaessa hiilihydraatti- tai lipiditähteellä. Tätä kutsutaan proteiinin "kypsytysprosessiksi", jonka jälkeen kuljetussolujärjestelmä lähettää sen määränpäähänsä.
Syntetisoitujen proteiinien toiminnot
Proteiinimonomeerit ovat aminohappoja, joita tarvitaan niiden primäärirakenteen rakentamiseen. Sekundäärinen, tertiäärinen ja kvaternäärinen rakenne muodostuu jo itsestään, vaikka joskus se vaatii myös entsyymien ja muiden aineiden osallistumista. Ne eivät kuitenkaan ole enää välttämättömiä, vaikka ne ovat välttämättömiä proteiinien toiminnalle.
Aminohapolla, joka on proteiinimonomeeri, voi olla kiinnittymiskohtia hiilihydraateille, metalleille tai vitamiineille. Tertiäärisen tai kvaternaarisen rakenteen muodostuminen mahdollistaa vieläkin enemmän paikkoja löytymisen insertioryhmille. Tämän avulla voit luodaproteiinijohdannainen, joka toimii entsyyminä, reseptorina, aineiden kuljettajana soluun tai sieltä ulos, immunoglobuliinina, kalvon tai soluelimen rakennekomponenttina, lihasproteiinina.
Aminohapoista muodostuvat proteiinit ovat elämän ainoa perusta. Ja nykyään uskotaan, että elämä syntyi juuri aminohapon ilmestymisen jälkeen ja sen polymeroitumisen seurauksena. Loppujen lopuksi proteiinien molekyylien välinen vuorovaikutus on elämän alku, älykäs elämä mukaan lukien. Kaikki muut biokemialliset prosessit, mukaan lukien energiaprosessit, ovat välttämättömiä proteiinien biosynteesin toteuttamiseksi ja sen seurauksena elämän jatkumiselle.
