Протеините са в основата на живота на клетките и тялото. Изпълнявайки огромен брой функции в живите тъкани, той реализира основните си възможности: растеж, жизнена дейност, движение и размножаване. В този случай самата клетка синтезира протеин, чийто мономер е аминокиселина. Позицията му в първичната структура на протеина се програмира от генетичния код, който се наследява. Дори прехвърлянето на гени от майка клетка към дъщерна клетка е само пример за трансфер на информация за структурата на протеина. Това го прави молекула, която е в основата на биологичния живот.
Общи характеристики на протеиновата структура
Белтъчните молекули, синтезирани в клетка, са биологични полимери.
В протеин мономерът винаги е аминокиселина и тяхната комбинация съставя първичната верига на молекулата. Нарича се първична структура на протеинова молекула, която по-късно спонтанно или под действието на биологични катализатори се модифицира във вторична, третична или домейн структура.
Вторична и третична структура
Вторичен протеинструктурата е пространствена модификация на първичната верига, свързана с образуването на водородни връзки в полярните области. Поради тази причина веригата се сгъва на бримки или се усуква в спирала, което заема по-малко място. По това време се променя локалният заряд на участъците на молекулата, което предизвиква образуването на третична структура - кълбовидна. Нагънатите или спираловидни участъци се усукват на топки с помощта на дисулфидни връзки.
Самите топки ви позволяват да образувате специална структура, която е необходима за изпълнение на програмираните функции. Важно е дори след такава модификация мономерът на протеина да е аминокиселина. Това също потвърждава, че по време на образуването на вторичната, а след това на третичната и кватернерната структура на протеина, първичната аминокиселинна последователност не се променя.
Характеристика на протеиновите мономери
Всички протеини са полимери, мономерите на които са аминокиселини. Това са органични съединения, които или се синтезират от жива клетка, или влизат в нея като хранителни вещества. От тях протеинова молекула се синтезира върху рибозомите с помощта на матрицата на информационната РНК с огромен разход на енергия. Самите аминокиселини са съединения с две активни химични групи: карбоксилен радикал и аминогрупа, разположена при алфа въглеродния атом. Именно тази структура позволява на молекулата да се нарече алфа-аминокиселина, способна да образува пептидни връзки. Протеиновите мономери са само алфа-аминокиселини.
Образуване на пептидна връзка
Пептидната връзка е молекулярна химична група, образувана от въглеродни, кислородни, водородни и азотни атоми. Образува се в процеса на отделяне на водата от карбоксилната група на една алфа-аминокиселина и аминогрупата на друга. В този случай хидроксилният радикал се отделя от карбоксилния радикал, който, комбинирайки се с протона на аминогрупата, образува вода. В резултат на това две аминокиселини са свързани чрез ковалентна полярна връзка CONH.
Само алфа-аминокиселини, мономери на протеини на живите организми, могат да го образуват. Възможно е да се наблюдава образуването на пептидна връзка в лабораторията, въпреки че е трудно селективно да се синтезира малка молекула в разтвор. Протеиновите мономери са аминокиселини и тяхната структура е програмирана от генетичния код. Следователно аминокиселините трябва да бъдат свързани в строго определен ред. Това е невъзможно в разтвор при условия на хаотично равновесие и следователно все още е невъзможно изкуствено да се синтезира сложен протеин. Ако има оборудване, което позволява строг ред на сглобяване на молекулата, поддръжката му ще бъде доста скъпа.
Протеинов синтез в жива клетка
В жива клетка ситуацията е обратна, тъй като тя има развит биосинтетичен апарат. Тук мономерите на протеиновите молекули могат да бъдат събрани в молекули в строга последователност. Програмира се от генетичния код, съхранен в хромозомите. Ако е необходимо да се синтезира определен структурен протеин или ензим, процесът на разчитане на ДНК кода и образуване на матрица (иРНК), от който се синтезира протеин. Мономерът постепенно ще се присъедини към растящата полипептидна верига на рибозомния апарат. След завършване на този процес ще се създаде верига от аминокиселинни остатъци, които спонтанно или по време на ензимния процес ще образуват вторична, третична или домейн структура.
Регулярности на биосинтеза
Трябва да се подчертаят някои характеристики на биосинтезата на протеини, предаването на наследствена информация и нейното прилагане. Те се крият във факта, че ДНК и РНК са хомогенни вещества, състоящи се от подобни мономери. А именно ДНК е изградена от нуклеотиди, точно както РНК. Последният е представен под формата на информационна, транспортна и рибозомна РНК. Това означава, че целият клетъчен апарат, отговорен за съхранението на наследствена информация и биосинтеза на протеини, е едно цяло. Следователно клетъчното ядро с рибозоми, които също са доменни РНК молекули, трябва да се разглежда като един цялостен апарат за съхранение на гени и тяхното прилагане.
Втората характеристика на биосинтеза на протеин, чийто мономер е алфа-аминокиселина, е да се определи строгият ред на тяхното прикрепване. Всяка аминокиселина трябва да заеме своето място в първичната протеинова структура. Това се осигурява от описания по-горе апарат за съхранение и внедряване на наследствена информация. В него могат да възникнат грешки, но те ще бъдат отстранени от него. В случай на неправилно сглобяване, молекулата ще бъде унищожена и биосинтезата ще започне отново.
