یکی از تعاریف حیات چنین است: "زندگی راه وجود اجسام پروتئینی است." در سیاره ما، بدون استثنا، همه موجودات حاوی مواد آلی مانند پروتئین هستند. این مقاله پروتئین‌های ساده و پیچیده را توصیف می‌کند، تفاوت‌ها در ساختار مولکولی را شناسایی می‌کند و همچنین عملکرد آنها را در سلول بررسی می‌کند.
پروتئین چیست
از نظر بیوشیمی، اینها پلیمرهای آلی با مولکولی بالا هستند که مونومرهای آنها 20 نوع اسید آمینه مختلف است. آنها توسط پیوندهای شیمیایی کووالانسی به هم متصل می شوند که در غیر این صورت پیوند پپتیدی نامیده می شود. از آنجایی که مونومرهای پروتئینی ترکیبات آمفوتریک هستند، هم دارای یک گروه آمینه و یک گروه عاملی کربوکسیل هستند. یک پیوند شیمیایی CO-NH بین آنها ایجاد می شود.
اگر پلی پپتید از بقایای اسید آمینه تشکیل شده باشد، یک پروتئین ساده را تشکیل می دهد. مولکول های پلیمری حاوی یون های فلزی، ویتامین ها، نوکلئوتیدها، کربوهیدرات ها پروتئین های پیچیده ای هستند. بعد ماساختار فضایی پلی پپتیدها را در نظر بگیرید.
سطوح سازماندهی مولکولهای پروتئین
آنها در چهار پیکربندی مختلف ارائه می شوند. ساختار اول خطی است، ساده ترین است و به شکل یک زنجیره پلی پپتیدی است؛ در طی مارپیچی شدن آن، پیوندهای هیدروژنی اضافی تشکیل می شود. آنها مارپیچ را تثبیت می کنند که به آن ساختار ثانویه می گویند. سطح سوم سازمان دارای پروتئین های ساده و پیچیده است، اکثر سلول های گیاهی و جانوری. آخرین پیکربندی، چهارتایی، از تعامل چندین مولکول از ساختار بومی، که توسط کوآنزیم‌ها متحد شده‌اند، ناشی می‌شود، این ساختار پروتئین‌های پیچیده‌ای است که عملکردهای مختلفی را در بدن انجام می‌دهند.
تنوع پروتئین های ساده
این گروه از پلی پپتیدها زیاد نیستند. مولکول های آنها فقط از بقایای اسید آمینه تشکیل شده است. پروتئین ها شامل هیستون ها و گلوبولین ها هستند. اولین ها در ساختار هسته ارائه می شوند و با مولکول های DNA ترکیب می شوند. گروه دوم - گلوبولین ها - اجزای اصلی پلاسمای خون در نظر گرفته می شوند. پروتئینی مانند گاما گلوبولین عملکردهای محافظت از سیستم ایمنی را انجام می دهد و یک آنتی بادی است. این ترکیبات می توانند کمپلکس هایی را تشکیل دهند که شامل کربوهیدرات ها و پروتئین های پیچیده است. پروتئین های ساده فیبریلار مانند کلاژن و الاستین بخشی از بافت همبند، غضروف، تاندون ها و پوست هستند. کارکردهای اصلی آنها ساخت و ساز و پشتیبانی است.
توبولین پروتئین بخشی از میکروتوبول ها است که اجزای مژک و تاژک موجودات تک سلولی مانند مژک داران، اوگلنا، تاژکک های انگلی هستند.همان پروتئین در موجودات چند سلولی (تاژک های اسپرم، مژک های تخم مرغ، اپیتلیوم مژک دار روده کوچک) یافت می شود.
پروتئین آلبوم یک عملکرد ذخیره سازی را انجام می دهد (به عنوان مثال، سفیده تخم مرغ). در آندوسپرم دانه های گیاهان غلات - چاودار، برنج، گندم - مولکول های پروتئین تجمع می یابد. به آنها آخال های سلولی می گویند. این مواد در ابتدای رشد توسط جوانه بذر مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، محتوای پروتئین بالا در دانه های گندم شاخص بسیار مهمی برای کیفیت آرد است. نان پخته شده از آرد غنی از گلوتن طعم بالایی دارد و سالم تر است. گلوتن در گونه های به اصطلاح گندم دوروم موجود است. پلاسمای خون ماهی های اعماق دریا حاوی پروتئین هایی است که از مرگ آنها در اثر سرما جلوگیری می کند. آنها خاصیت ضد یخ دارند و از مرگ بدن در دمای پایین آب جلوگیری می کنند. از سوی دیگر، دیواره سلولی باکتری‌های گرمادوست که در چشمه‌های زمین گرمایی زندگی می‌کنند حاوی پروتئین‌هایی است که می‌توانند پیکربندی طبیعی خود را حفظ کنند (ساختار سوم یا چهارم) و در محدوده دمایی 50+ تا 90+ درجه سانتی‌گراد دناتوره نمی‌شوند.
Proteids
اینها پروتئین های پیچیده ای هستند که به دلیل عملکردهای متفاوتی که انجام می دهند دارای تنوع زیادی هستند. همانطور که قبلا ذکر شد، این گروه از پلی پپتیدها، علاوه بر قسمت پروتئینی، حاوی یک گروه مصنوعی نیز می باشد. تحت تأثیر عوامل مختلف مانند دمای بالا، نمک های فلزات سنگین، قلیایی های غلیظ و اسیدها، پروتئین های پیچیده می توانند خود را تغییر دهند.فرم فضایی، آن را ساده می کند. این پدیده دناتوراسیون نامیده می شود. ساختار پروتئین های پیچیده شکسته می شود، پیوندهای هیدروژنی شکسته می شود و مولکول ها خواص و عملکرد خود را از دست می دهند. به عنوان یک قاعده، دناتوره شدن غیر قابل برگشت است. اما برای برخی از پلی پپتیدها که عملکردهای کاتالیزوری، حرکتی و سیگنالی را انجام می دهند، بازسازی مجدد امکان پذیر است - بازسازی ساختار طبیعی پروتئین.
اگر عمل عامل بی ثبات کننده برای مدت طولانی اتفاق بیفتد، مولکول پروتئین کاملاً از بین می رود. این منجر به جدا شدن پیوندهای پپتیدی ساختار اولیه می شود. دیگر امکان بازیابی پروتئین و عملکرد آن وجود ندارد. به این پدیده تخریب می گویند. به عنوان مثال، جوشاندن تخم مرغ: پروتئین مایع - آلبومین که در ساختار سوم است، به طور کامل از بین می رود.
بیوسنتز پروتئین
یکبار دیگر به یاد بیاورید که ترکیب پلی پپتیدهای موجودات زنده شامل 20 اسید آمینه است که در میان آنها اسیدهای آمینه ضروری وجود دارد. اینها لیزین، متیونین، فنیل آلانین و غیره هستند که پس از تجزیه محصولات پروتئینی موجود در روده کوچک از روده کوچک وارد جریان خون می شوند. قارچ ها و حیوانات برای سنتز اسیدهای آمینه غیر ضروری (آلانین، پرولین، سرین) از ترکیبات حاوی نیتروژن استفاده می کنند. گیاهان، به عنوان اتوتروف، به طور مستقل تمام مونومرهای ترکیبی لازم را تشکیل می دهند که نشان دهنده پروتئین های پیچیده است. برای این کار از نیترات ها، آمونیاک یا نیتروژن آزاد در واکنش های جذب خود استفاده می کنند. در میکروارگانیسم ها، برخی از گونه ها مجموعه کاملی از اسیدهای آمینه را برای خود فراهم می کنند، در حالی که در برخی دیگر فقط برخی از مونومرها سنتز می شوند. مراحلبیوسنتز پروتئین در سلول های همه موجودات زنده رخ می دهد. رونویسی در هسته و ترجمه در سیتوپلاسم سلول اتفاق می افتد.
مرحله اول - سنتز پیش ساز mRNA با مشارکت آنزیم RNA پلیمراز اتفاق می افتد. پیوندهای هیدروژنی بین رشته های DNA را می شکند و بر روی یکی از آنها، طبق اصل مکمل بودن، یک مولکول pre-mRNA را جمع می کند. برش داده می شود، یعنی بالغ می شود و سپس از هسته به داخل سیتوپلاسم خارج می شود و یک اسید ریبونوکلئیک ماتریکس تشکیل می دهد.
برای اجرای مرحله دوم، داشتن اندامک های ویژه - ریبوزوم و همچنین مولکول های اسیدهای ریبونوکلئیک اطلاعاتی و انتقالی ضروری است. یکی دیگر از شرایط مهم وجود مولکول های ATP است، زیرا واکنش های تبادل پلاستیک، که شامل بیوسنتز پروتئین است، با جذب انرژی رخ می دهد.
آنزیم ها، ساختار و عملکرد آنها
این گروه بزرگی از پروتئین ها (حدود 2000) است که به عنوان موادی عمل می کنند که بر سرعت واکنش های بیوشیمیایی در سلول ها تأثیر می گذارد. آنها می توانند ساده (ترپسین، پپسین) یا پیچیده باشند. پروتئین های پیچیده از یک کوآنزیم و یک آپوآنزیم تشکیل شده اند. ویژگی خود پروتئین با توجه به ترکیباتی که روی آنها اثر می گذارد، کوآنزیم را تعیین می کند و فعالیت پروتئین ها تنها زمانی مشاهده می شود که جزء پروتئین با آپوآنزیم مرتبط باشد. فعالیت کاتالیزوری یک آنزیم به کل مولکول بستگی ندارد، بلکه فقط به محل فعال بستگی دارد. ساختار آن مطابق با ساختار شیمیایی ماده کاتالیز شده مطابق اصل است"کلید قفل"، بنابراین عملکرد آنزیم ها کاملاً خاص است. عملکرد پروتئین های پیچیده هم مشارکت در فرآیندهای متابولیک و هم استفاده از آنها به عنوان پذیرنده است.
کلاس های پروتئین های پیچیده
آنها توسط بیوشیمی دانان بر اساس 3 معیار: خواص فیزیکی و شیمیایی، ویژگی های عملکردی و ویژگی های ساختاری خاص پروتئین ها ساخته شدند. گروه اول شامل پلی پپتیدهایی است که از نظر خواص الکتروشیمیایی متفاوت هستند. آنها به بازی، خنثی و اسیدی تقسیم می شوند. در رابطه با آب، پروتئین ها می توانند آبدوست، آمفی دوست و آبگریز باشند. گروه دوم شامل آنزیم هایی است که قبلا مورد توجه ما قرار گرفته بود. گروه سوم شامل پلی پپتیدهایی است که در ترکیب شیمیایی گروه های مصنوعی (اینها کروموپروتئین ها، نوکلئوپروتئین ها، متالوپروتئین ها) متفاوت هستند.
بیایید خواص پروتئین های پیچیده را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. به عنوان مثال، یک پروتئین اسیدی که بخشی از ریبوزوم ها است حاوی 120 اسید آمینه است و جهانی است. این ماده در اندامک های پروتئین ساز سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی یافت می شود. یکی دیگر از نمایندگان این گروه، پروتئین S-100، از دو زنجیره تشکیل شده است که توسط یک یون کلسیم به هم متصل شده اند. این بخشی از نورون ها و نوروگلیا - بافت پشتیبان سیستم عصبی است. خاصیت مشترک همه پروتئین های اسیدی محتوای بالای اسیدهای کربوکسیلیک دوبازیک است: گلوتامیک و آسپارتیک. پروتئین های قلیایی شامل هیستون ها هستند - پروتئین هایی که بخشی از اسیدهای نوکلئیک DNA و RNA هستند. از ویژگی های ترکیب شیمیایی آنها مقدار زیادی لیزین و آرژنین است.هیستون ها همراه با کروماتین هسته، کروموزوم ها - مهمترین ساختارهای وراثت سلولی را تشکیل می دهند. این پروتئین ها در فرآیند رونویسی و ترجمه نقش دارند. پروتئین های آمفیفیلیک به طور گسترده در غشای سلولی وجود دارند و یک لایه لیپوپروتئینی را تشکیل می دهند. بنابراین، پس از مطالعه گروه‌های پروتئین‌های پیچیده در نظر گرفته شده در بالا، متقاعد شدیم که ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آنها توسط ساختار جزء پروتئینی و گروه‌های مصنوعی تعیین می‌شود.
برخی از پروتئین های پیچیده غشای سلولی قادر به تشخیص و پاسخ به ترکیبات شیمیایی مختلف مانند آنتی ژن ها هستند. این یک عملکرد سیگنالینگ پروتئین است، برای فرآیندهای جذب انتخابی موادی که از محیط خارجی می آیند و برای محافظت از آن بسیار مهم است.
گلیکوپروتئین ها و پروتئوگلیکان ها
آنها پروتئین های پیچیده ای هستند که در ترکیب بیوشیمیایی گروه های پروتز با یکدیگر متفاوت هستند. اگر پیوندهای شیمیایی بین جزء پروتئینی و قسمت کربوهیدراتی کووالانسی-گلیکوزیدی باشد، به چنین موادی گلیکوپروتئین می گویند. آپوآنزیم آنها توسط مولکول های مونو و الیگوساکاریدها نشان داده می شود، نمونه هایی از این پروتئین ها پروترومبین، فیبرینوژن (پروتئین های دخیل در انعقاد خون) هستند. هورمون های کورتیکو و گنادوتروپیک، اینترفرون ها، آنزیم های غشایی نیز گلیکوپروتئین هستند. در مولکول های پروتئوگلیکان، بخش پروتئین تنها 5 درصد است، بقیه بر روی گروه پروتز (هتروپلی ساکارید) قرار می گیرد. هر دو بخش توسط یک پیوند گلیکوزیدی از گروه های OH-ترئونین و آرژنین و گروه های NH2-گلوتامین و لیزین به هم متصل می شوند. مولکول های پروتئوگلیکان نقش بسیار مهمی در متابولیسم آب-نمک سلول دارند. در زیرجدولی از پروتئین های پیچیده مطالعه شده توسط ما ارائه می دهد.
| گلیکوپروتئین | پروتئوگلیکان |
| اجزای ساختاری گروه های پروتز | |
| 1. مونوساکاریدها (گلوکز، گالاکتوز، مانوز) | 1. هیالورونیک اسید |
| 2. الیگوساکاریدها (مالتوز، لاکتوز، ساکارز) | 2. کندروئیتیک اسید. |
| 3. مشتقات آمینه استیله مونوساکاریدها | 3. هپارین |
| 4. دئوکسی ساکارید | |
| 5. اسیدهای نورامیک و سیالیک | |
متالوپروتئین
این مواد حاوی یون های یک یا چند فلز در مولکول های خود هستند. نمونه هایی از پروتئین های پیچیده متعلق به گروه فوق را در نظر بگیرید. اینها در درجه اول آنزیم هایی مانند سیتوکروم اکسیداز هستند. روی کریستای میتوکندری قرار دارد و سنتز ATP را فعال می کند. فرین و ترانسفرین پروتئین های حاوی یون آهن هستند. اولی آنها را در سلول ها رسوب می دهد و دومی پروتئین انتقالی در خون است. متالوپروتئین دیگر آلفا آملاز است، حاوی یون های کلسیم است، بخشی از بزاق و آب پانکراس است که در تجزیه نشاسته شرکت می کند. هموگلوبین هم متالوپروتئین و هم کروموپروتئین است. این توابع پروتئین حمل و نقل، حمل اکسیژن را انجام می دهد. در نتیجه ترکیب اکسی هموگلوبین تشکیل می شود. هنگامی که مونوکسید کربن، که در غیر این صورت مونوکسید کربن نامیده می شود، استنشاق می شود، مولکول های آن یک ترکیب بسیار پایدار با هموگلوبین گلبول های قرمز تشکیل می دهند. به سرعت از طریق اندام ها و بافت ها پخش می شود و باعث مسمومیت می شود.سلول ها. در نتیجه، با استنشاق طولانی مدت مونوکسید کربن، مرگ بر اثر خفگی رخ می دهد. هموگلوبین همچنین تا حدی دی اکسید کربن تشکیل شده در فرآیندهای کاتابولیسم را منتقل می کند. با جریان خون، دی اکسید کربن وارد ریه ها و کلیه ها می شود و از آنها به محیط خارجی وارد می شود. در برخی سخت پوستان و نرم تنان، هموسیانین پروتئین حامل اکسیژن است. به جای آهن، حاوی یون مس است، بنابراین خون حیوانات قرمز نیست، بلکه آبی است.
عملکردهای کلروفیل
همانطور که قبلاً ذکر کردیم، پروتئین های پیچیده می توانند با رنگدانه ها - مواد آلی رنگی - کمپلکس تشکیل دهند. رنگ آنها به گروه های کروموفرمی بستگی دارد که به طور انتخابی طیف خاصی از نور خورشید را جذب می کنند. در سلول های گیاهی پلاستیدهای سبز رنگ وجود دارد - کلروپلاست های حاوی رنگدانه کلروفیل. از اتم های منیزیم و فیتول الکل پلی هیدریک تشکیل شده است. آنها با مولکول های پروتئین مرتبط هستند و خود کلروپلاست ها حاوی تیلاکوئیدها (صفحات) یا غشاهای متصل به انبوه - گرانا هستند. آنها حاوی رنگدانه های فتوسنتزی - کلروفیل ها - و کاروتنوئیدهای اضافی هستند. در اینجا تمام آنزیم های مورد استفاده در واکنش های فتوسنتزی آورده شده است. بنابراین، کروموپروتئین‌ها که شامل کلروفیل می‌شوند، مهمترین عملکرد را در متابولیسم، یعنی واکنش‌های جذب و تجزیه انجام می‌دهند.
پروتئین های ویروسی
آنها توسط نمایندگان اشکال حیات غیر سلولی که بخشی از قلمرو ویرا هستند نگهداری می شوند. ویروس ها دستگاه سنتز پروتئین خود را ندارند. اسیدهای نوکلئیک، DNA یا RNA، می توانند باعث سنتز شوندذرات خود توسط سلول آلوده به ویروس. ویروس‌های ساده فقط از مولکولهای پروتئینی تشکیل شده‌اند که به طور فشرده در ساختارهای مارپیچ یا چند وجهی مانند ویروس موزاییک تنباکو جمع شده‌اند. ویروس های پیچیده یک غشای اضافی دارند که بخشی از غشای پلاسمایی سلول میزبان را تشکیل می دهد. ممکن است شامل گلیکوپروتئین ها (ویروس هپاتیت B، ویروس آبله) باشد. عملکرد اصلی گلیکوپروتئین ها شناسایی گیرنده های خاص روی غشای سلول میزبان است. پاکت های ویروسی اضافی نیز شامل پروتئین های آنزیمی است که تکثیر DNA یا رونویسی RNA را تضمین می کند. بر اساس موارد فوق، می توان نتیجه گرفت: پروتئین های پوششی ذرات ویروسی ساختار خاصی دارند که به پروتئین های غشایی سلول میزبان بستگی دارد.
در این مقاله، پروتئین‌های پیچیده را مشخص کرده، ساختار و عملکرد آنها را در سلول‌های موجودات زنده مختلف مورد مطالعه قرار داده‌ایم.
