پروتئین اساس زندگی سلولی و بدن است. با انجام تعداد زیادی کارکرد در بافت های زنده، قابلیت های اصلی خود را اجرا می کند: رشد، فعالیت حیاتی، حرکت و تولید مثل. در این حالت خود سلول پروتئینی را سنتز می کند که مونومر آن یک اسید آمینه است. موقعیت آن در ساختار اولیه پروتئین توسط کد ژنتیکی برنامه ریزی شده است که ارثی است. حتی انتقال ژن ها از سلول مادر به سلول دختر تنها نمونه ای از انتقال اطلاعات در مورد ساختار یک پروتئین است. این امر آن را به مولکولی تبدیل می کند که اساس حیات بیولوژیکی است.
ویژگی های کلی ساختار پروتئین
مولکول های پروتئینی سنتز شده در یک سلول، پلیمرهای بیولوژیکی هستند. به آن ساختار اولیه یک مولکول پروتئین می گویند که بعداً به طور خود به خود یا تحت تأثیر کاتالیزورهای بیولوژیکی به ساختار ثانویه، سوم یا دامنه ای تبدیل می شود.
ساختار ثانویه و ثالث
پروتئین ثانویهساختار یک تغییر فضایی زنجیره اولیه است که با تشکیل پیوندهای هیدروژنی در مناطق قطبی مرتبط است. به همین دلیل، زنجیر به صورت حلقه‌ای تا می‌شود یا به صورت مارپیچی می‌پیچد که فضای کمتری را اشغال می‌کند. در این زمان، بار محلی بخش های مولکول تغییر می کند، که باعث تشکیل یک ساختار سوم - یک کروی می شود. بخش های چین دار یا مارپیچ به کمک پیوندهای دی سولفید به شکل توپ پیچیده می شوند.
توپ ها به خودی خود به شما اجازه می دهند ساختار خاصی را تشکیل دهید که برای انجام عملکردهای برنامه ریزی شده مورد نیاز است. مهم است که حتی پس از چنین اصلاحی، مونومر پروتئین یک اسید آمینه باشد. این همچنین تأیید می کند که در طول تشکیل ساختار ثانویه، و سپس ساختار سوم و چهارم پروتئین، توالی اسید آمینه اولیه تغییر نمی کند.
ویژگی مونومرهای پروتئین
همه پروتئین ها پلیمرهایی هستند که مونومرهای آن اسیدهای آمینه هستند. اینها ترکیبات آلی هستند که یا توسط یک سلول زنده سنتز می شوند یا به عنوان مواد مغذی وارد آن می شوند. از این میان، یک مولکول پروتئین بر روی ریبوزوم ها با استفاده از ماتریس RNA پیام رسان با صرف انرژی زیادی سنتز می شود. آمینو اسیدها خود ترکیباتی با دو گروه شیمیایی فعال هستند: یک رادیکال کربوکسیل و یک گروه آمینه واقع در اتم کربن آلفا. این ساختار است که به مولکول اجازه می دهد تا یک اسید آمینه آلفا نامیده شود که قادر به تشکیل پیوندهای پپتیدی است. مونومرهای پروتئین فقط اسیدهای آمینه آلفا هستند.
تشکیل پیوند پپتیدی
پیوند پپتیدی یک گروه شیمیایی مولکولی است که توسط اتم های کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن تشکیل شده است. در فرآیند جدا شدن آب از گروه کربوکسیل یک آلفا آمینه اسید و گروه آمینه دیگری تشکیل می شود. در این حالت، رادیکال هیدروکسیل از رادیکال کربوکسیل جدا می شود، که با ترکیب شدن با پروتون گروه آمینه، آب را تشکیل می دهد. در نتیجه، دو اسید آمینه توسط یک پیوند قطبی کووالانسی CONH به هم متصل می شوند.
فقط اسیدهای آمینه آلفا، مونومرهای پروتئین موجودات زنده، می توانند آن را تشکیل دهند. مشاهده تشکیل پیوند پپتیدی در آزمایشگاه امکان پذیر است، اگرچه سنتز انتخابی یک مولکول کوچک در محلول دشوار است. مونومرهای پروتئینی اسیدهای آمینه هستند و ساختار آن توسط کد ژنتیکی برنامه ریزی شده است. بنابراین، اسیدهای آمینه باید به ترتیب مشخصی به هم متصل شوند. این در یک محلول در شرایط تعادل آشفته غیرممکن است و بنابراین سنتز مصنوعی یک پروتئین پیچیده هنوز غیرممکن است. اگر تجهیزاتی وجود داشته باشد که ترتیب دقیق مونتاژ مولکول را مجاز کند، نگهداری آن بسیار گران خواهد بود.
سنتز پروتئین در یک سلول زنده
در یک سلول زنده، وضعیت معکوس است، زیرا دارای یک دستگاه بیوسنتز توسعه یافته است. در اینجا، مونومرهای مولکول های پروتئین را می توان در یک توالی دقیق به مولکول ها مونتاژ کرد. توسط کد ژنتیکی ذخیره شده در کروموزوم ها برنامه ریزی می شود. در صورت نیاز به سنتز یک پروتئین یا آنزیم ساختاری خاص، فرآیند خواندن کد DNA و تشکیل یک ماتریس (وRNA) که پروتئین از آن سنتز می شود. مونومر به تدریج به زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد در دستگاه ریبوزومی می پیوندد. پس از اتمام این فرآیند، زنجیره ای از بقایای اسید آمینه ایجاد می شود که به طور خود به خود یا در طول فرآیند آنزیمی یک ساختار ثانویه، سوم یا دامنه را تشکیل می دهد.
قوانین بیوسنتز
برخی از ویژگی های بیوسنتز پروتئین، انتقال اطلاعات ارثی و اجرای آن باید برجسته شود. آنها در این واقعیت نهفته اند که DNA و RNA مواد همگنی هستند که از مونومرهای مشابه تشکیل شده اند. یعنی DNA درست مانند RNA از نوکلئوتیدها تشکیل شده است. دومی در قالب RNA اطلاعاتی، انتقالی و ریبوزومی ارائه می شود. این بدان معنی است که کل دستگاه سلولی مسئول ذخیره اطلاعات ارثی و بیوسنتز پروتئین یک کل واحد است. بنابراین، هسته سلول با ریبوزوم ها، که مولکول های RNA دامنه نیز هستند، باید به عنوان یک دستگاه کامل برای ذخیره ژن ها و اجرای آنها در نظر گرفته شود.
دومین ویژگی بیوسنتز پروتئینی که مونومر آن یک اسید آمینه آلفا است، تعیین ترتیب دقیق اتصال آنهاست. هر اسید آمینه باید جای خود را در ساختار پروتئین اولیه بگیرد. این توسط دستگاهی که در بالا برای ذخیره و اجرای اطلاعات ارثی توضیح داده شد تضمین می شود. ممکن است خطاهایی در آن رخ دهد، اما با آن برطرف خواهند شد. در صورت مونتاژ نادرست، مولکول از بین می رود و بیوسنتز دوباره شروع می شود.
