Протеините са биологични полимери със сложна структура. Те имат високо молекулно тегло и се състоят от аминокиселини, протетични групи, представени от витамини, липидни и въглехидратни включвания. Протеините, съдържащи въглехидрати, витамини, метали или липиди, се наричат комплексни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини, свързани с пептидни връзки.
Пептиди
Независимо от структурата на веществото, мономерите на протеините са аминокиселини. Те образуват основната полипептидна верига, от която след това се образува фибриларната или глобуларната структура на протеина. В същото време протеинът може да се синтезира само в жива тъкан - в растителни, бактериални, гъбични, животински и други клетки.
Единствените организми, които не могат да комбинират протеинови мономери, са вирусите и протозоите. Всички останали са способни да образуват структурни протеини. Но какви вещества са протеинови мономери и как се образуват? Прочетете за това и за биосинтеза на протеини, за полипептидите и образуването на сложна протеинова структура, за аминокиселините и техните свойства.по-долу.
Единственият мономер на протеиновата молекула е всяка алфа-аминокиселина. Протеинът е полипептид, верига от свързани аминокиселини. В зависимост от броя на аминокиселините, участващи в образуването му, се изолират дипептиди (2 остатъка), трипептиди (3), олигопептиди (съдържат от 2-10 аминокиселини) и полипептиди (много аминокиселини).
Преглед на протеиновата структура
Протеиновата структура може да бъде първична, малко по-сложна - вторична, още по-сложна - третична и най-сложната - четвъртична.
Първичната структура е проста верига, в която протеиновите мономери (аминокиселини) са свързани чрез пептидна връзка (CO-NH). Вторичната структура е алфа спиралата или бета гънките. Третичният е още по-сложна триизмерна протеинова структура, която се е образувала от вторичната поради образуването на ковалентни, йонни и водородни връзки, както и хидрофобни взаимодействия.
Кватернерната структура е най-сложна и е характерна за рецепторните протеини, разположени върху клетъчните мембрани. Това е супрамолекулна (домейна) структура, образувана в резултат на комбинацията от няколко молекули с третична структура, допълнена с въглехидратни, липидни или витаминни групи. В този случай, както в случая на първични, вторични и третични структури, мономерите на протеините са алфа-аминокиселини. Те също са свързани чрез пептидни връзки. Единствената разлика е сложността на структурата.
Аминокиселини
Единствените мономерипротеиновите молекули са алфа аминокиселини. Те са само 20 и те са почти основата на живота. Благодарение на появата на пептидната връзка, синтезът на протеин стана възможен. А самият протеин след това започва да изпълнява структурообразуваща, рецепторна, ензимна, транспортна, медиаторна и други функции. Благодарение на това живият организъм функционира и е в състояние да се възпроизвежда.
Самата алфа аминокиселина е органична карбоксилна киселина с аминогрупа, прикрепена към алфа въглеродния атом. Последният се намира до карбоксилната група. В този случай протеиновите мономери се разглеждат като органични вещества, в които крайният въглероден атом носи както амин, така и карбоксилна група.
Връзка на аминокиселини в пептиди и протеини
Аминокиселините са свързани в димери, тримери и полимери чрез пептидна връзка. Образува се чрез отцепване на хидроксилна (-ОН) група от карбоксилното място на една алфа-аминокиселина и водород (-Н) от аминогрупата на друга алфа-аминокиселина. В резултат на взаимодействието водата се отделя и C=O място със свободен електрон близо до въглерода на карбоксилния остатък остава в карбоксилния край. В аминогрупата на друга киселина има остатък (NH) със съществуващ свободен радикал при азотния атом. Това позволява два радикала да бъдат свързани, за да образуват връзка (CONH). Нарича се пептид.
Алфа аминокиселинни варианти
Има 23 известни алфа-аминокиселини. Те саизброени като: глицин, валин, аланин, изолецин, левцин, глутамат, аспартат, орнитин, треонин, серин, лизин, цистин, цистеин, фенилаланин, метионин, тирозин, пролин, триптофан, хидроксипролин, хидроксипролин, глутадин и адидин. В зависимост от това дали могат да бъдат синтезирани от човешкото тяло, тези аминокиселини се делят на несъществени и несъществени.
Концепцията за несъществени и незаменими аминокиселини
Заменяемите могат да бъдат синтезирани от човешкото тяло, докато основните трябва да идват само от храната. В същото време както есенциалните, така и неесенциалните киселини са важни за биосинтеза на протеините, тъй като без тях синтезът не може да бъде завършен. Без една аминокиселина, дори ако всички останали присъстват, е невъзможно да се изгради точно протеинът, от който клетката се нуждае, за да изпълнява функциите си.
Една грешка на всеки от етапите на биосинтеза - и протеинът вече не е подходящ, защото няма да може да се сглоби в желаната структура поради нарушение на електронните плътности и междуатомните взаимодействия. Ето защо е важно човек (и други организми) да консумира протеинови храни, които съдържат незаменими аминокиселини. Липсата им в храната води до редица нарушения на протеиновия метаболизъм.
Процесът на образуване на пептидна връзка
Единствените мономери на протеините са алфа-аминокиселините. Те постепенно се комбинират в полипептидна верига, чиято структура е предварително съхранена в генетичния код на ДНК (или РНК, ако се има предвид бактериалната биосинтеза). Протеинът е строга последователност от аминокиселинни остатъци. Това е верига, подредена в определенаструктура, която изпълнява предварително програмирана функция в клетка.
Етапна последователност на протеинова биосинтеза
Процесът на образуване на протеин се състои от верига от стъпки: репликация на ДНК (или РНК) участък, синтез на информационния тип РНК, освобождаването му в цитоплазмата на клетката от ядрото, връзка с рибозомата и постепенното прикрепване на аминокиселинни остатъци, които се доставят от трансферна РНК. Вещество, което е протеинов мономер, участва в ензимната реакция на елиминиране на хидроксилна група и водороден протон и след това се присъединява към растящата полипептидна верига.
По този начин се получава полипептидна верига, която вече в клетъчния ендоплазмен ретикулум се подрежда в някаква предварително определена структура и се допълва с въглехидратен или липиден остатък, ако е необходимо. Това се нарича процес на "узряване" на протеина, след което той се изпраща от транспортната клетъчна система до местоназначението си.
Функции на синтезирани протеини
Протеиновите мономери са аминокиселините, необходими за изграждането на тяхната първична структура. Вторичната, третичната и кватернерната структура вече се формира от само себе си, въпреки че понякога изисква участието на ензими и други вещества. Те обаче вече не са от съществено значение, въпреки че са от съществено значение за протеините, за да изпълняват своята функция.
Аминокиселината, която е протеинов мономер, може да има места за прикрепване за въглехидрати, метали или витамини. Образуването на третична или кватернерна структура прави възможно намирането на още повече места за групите на вмъкване. Това ви позволява да създавате отпротеинов дериват, който играе ролята на ензим, рецептор, носител на вещества в или извън клетка, имуноглобулин, структурен компонент на мембрана или клетъчен органел, мускулен протеин.
Протеините, образувани от аминокиселини, са единствената основа на живота. И днес се смята, че животът просто е възникнал след появата на аминокиселината и в резултат на нейната полимеризация. В крайна сметка именно междумолекулното взаимодействие на протеините е началото на живота, включително на интелигентния живот. Всички други биохимични процеси, включително енергийните, са необходими за осъществяването на биосинтеза на протеини и в резултат на това по-нататъшното продължаване на живота.
