همانطور که می دانید، پروتئین ها اساس پیدایش حیات در سیاره ما هستند. بر اساس نظریه Oparin-Haldane، این قطره coacervate متشکل از مولکول های پپتید بود که مبنای تولد موجودات زنده شد. این بدون شک است، زیرا تجزیه و تحلیل ترکیب داخلی هر نماینده زیست توده نشان می دهد که این مواد در همه چیز یافت می شود: گیاهان، حیوانات، میکروارگانیسم ها، قارچ ها، ویروس ها. علاوه بر این، آنها ماهیت بسیار متنوع و درشت مولکولی دارند.
این ساختارها چهار نام دارند، همه آنها مترادف هستند:
- پروتئین؛
- پروتئین؛
- پلی پپتید؛
- پپتیدها.
مولکول های پروتئین
تعداد آنها واقعا غیر قابل محاسبه است. علاوه بر این، تمام مولکول های پروتئین را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:
- ساده - فقط از توالی های آمینواسید متصل شده توسط پیوندهای پپتیدی تشکیل شده است؛
- کمپلکس - ساختار و ساختار پروتئین با گروه‌های اولیه (پروتز) اضافی مشخص می‌شود که کوفاکتورها نیز نامیده می‌شوند.
در عین حال، مولکول های پیچیده نیز طبقه بندی خاص خود را دارند.
درجه بندی پپتیدهای پیچیده
- گلیکوپروتئین ها ترکیبات نزدیک پروتئین و کربوهیدرات هستند. به ساختار مولکولگروه های پروتزی موکوپلی ساکاریدها در هم تنیده شده اند.
- لیپوپروتئین ها ترکیب پیچیده ای از پروتئین و لیپید هستند.
- متالوپروتئین ها - یون های فلزی (آهن، منگنز، مس و غیره) به عنوان یک گروه مصنوعی عمل می کنند.
- نوکلئوپروتئین ها - اتصال پروتئین و اسیدهای نوکلئیک (DNA، RNA).
- Phosphoproteins - ترکیب یک پروتئین و یک باقیمانده اسید اورتوفسفریک.
- کروموپروتئین ها - بسیار شبیه به متالوپروتئین ها هستند، با این حال، عنصری که بخشی از گروه پروتز است یک مجموعه رنگی کامل است (قرمز - هموگلوبین، سبز - کلروفیل و غیره).
هر گروه در نظر گرفته شده دارای ساختار و خواص متفاوت پروتئین ها است. عملکردهایی که آنها انجام می دهند نیز بسته به نوع مولکول متفاوت است.
ساختار شیمیایی پروتئین ها
از این دیدگاه، پروتئین ها زنجیره طولانی و عظیمی از بقایای اسید آمینه هستند که توسط پیوندهای خاصی به نام پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده اند. از ساختارهای جانبی اسیدها شاخه ها - رادیکال ها جدا می شوند. این ساختار مولکول توسط E. Fischer در آغاز قرن بیست و یکم کشف شد.
بعداً، پروتئین ها، ساختار و عملکرد پروتئین ها با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گرفتند. مشخص شد که تنها 20 اسید آمینه وجود دارد که ساختار پپتید را تشکیل می دهند، اما آنها را می توان به روش های مختلفی با هم ترکیب کرد. از این رو تنوع ساختارهای پلی پپتیدی است. علاوه بر این، پروتئین ها در فرآیند زندگی و انجام عملکردهای خود قادر به انجام تعدادی دگرگونی شیمیایی هستند. در نتیجه، آنها ساختار را تغییر می دهند و کاملاً جدید استنوع اتصال.
برای شکستن پیوند پپتیدی، یعنی شکستن پروتئین، ساختار زنجیره ها، باید شرایط بسیار سخت (عمل دمای بالا، اسیدها یا قلیاها، کاتالیزور) را انتخاب کنید. این به دلیل استحکام بالای پیوندهای کووالانسی در مولکول، یعنی در گروه پپتیدی است.
تشخیص ساختار پروتئین در آزمایشگاه با استفاده از واکنش بیورت - قرار گرفتن در معرض پلی پپتید با هیدروکسید مس (II) تازه رسوب شده انجام می شود. مجموعه گروه پپتید و یون مس رنگ بنفش روشن می دهد.
چهار سازمان ساختاری اصلی وجود دارد که هر کدام ویژگی‌های ساختاری پروتئین خود را دارند.
سطوح سازمان: ساختار اولیه
همانطور که در بالا ذکر شد، یک پپتید دنباله ای از بقایای اسید آمینه با یا بدون آخال کوآنزیم است. بنابراین نام اصلی چنین ساختاری از مولکول است، که طبیعی است، طبیعی است، در واقع آمینو اسیدهایی است که با پیوندهای پپتیدی به هم متصل می شوند و نه بیشتر. یعنی یک پلی پپتید با ساختار خطی. در عین حال، ویژگی های ساختاری پروتئین های چنین طرحی این است که چنین ترکیبی از اسیدها برای انجام عملکرد یک مولکول پروتئین تعیین کننده است. با توجه به وجود این ویژگی ها، نه تنها می توان پپتید را شناسایی کرد، بلکه می توان خواص و نقش یک پپتید کاملاً جدید و هنوز کشف نشده را نیز پیش بینی کرد. نمونه هایی از پپتیدها با ساختار اولیه طبیعی عبارتند از انسولین، پپسین، کیموتریپسین و غیره.
ترکیب ثانویه
ساختار و خواص پروتئین های این دسته تا حدودی در حال تغییر است. چنین ساختاری می تواند در ابتدا از طبیعت یا زمانی که در معرض هیدرولیز سخت اولیه، دما یا شرایط دیگر قرار می گیرد، تشکیل شود.
این ترکیب سه گونه دارد:
- کویل‌های صاف، منظم و منظم ساخته شده از بقایای اسیدهای آمینه که حول محور اصلی اتصال می‌پیچند. آنها فقط توسط پیوندهای هیدروژنی که بین اکسیژن یک گروه پپتیدی و هیدروژن گروه دیگر وجود دارد، نگه داشته می شوند. علاوه بر این، به دلیل اینکه چرخش ها به طور مساوی هر 4 پیوند تکرار می شوند، ساختار صحیح در نظر گرفته می شود. چنین ساختاری می تواند چپ دست یا راست دست باشد. اما در بیشتر پروتئین‌های شناخته شده، ایزومر راست چرخشی غالب است. چنین ترکیباتی را ساختارهای آلفا می نامند.
- ترکیب و ساختار پروتئین‌های نوع زیر با نوع قبلی متفاوت است، زیرا پیوندهای هیدروژنی نه بین باقی مانده‌هایی که در کنار هم در یک طرف مولکول قرار دارند، بلکه بین آنهایی که به طور قابل توجهی دورتر هستند، و در حد کافی تشکیل می‌شوند. فاصله زیاد به همین دلیل، کل ساختار به شکل چندین زنجیره پلی پپتیدی موجدار و مارپیچ به خود می گیرد. یک ویژگی وجود دارد که یک پروتئین باید از خود نشان دهد. ساختار اسیدهای آمینه روی شاخه ها باید تا حد امکان کوتاه باشد، مثلاً گلیسین یا آلانین. این نوع ترکیب ثانویه به دلیل توانایی آنها در چسبیدن به یکدیگر برای تشکیل یک ساختار مشترک، صفحات بتا نامیده می شود.
- زیست شناسی به نوع سوم ساختار پروتئین اشاره داردقطعات پیچیده، پراکنده و نامنظم که دارای نظم کلیشه ای نیستند و می توانند ساختار را تحت تأثیر شرایط خارجی تغییر دهند.
هیچ نمونه ای از پروتئین های طبیعی شناسایی نشده است.
آموزش عالی
این یک ترکیب نسبتاً پیچیده به نام "کره" است. چنین پروتئینی چیست؟ ساختار آن بر اساس ساختار ثانویه است، اما انواع جدیدی از برهمکنش‌های بین اتم‌های گروه‌بندی اضافه می‌شود، و به نظر می‌رسد که کل مولکول چین خورده است، بنابراین بر این واقعیت تمرکز می‌کند که گروه‌های آبدوست به داخل کروی هدایت می‌شوند و گروه‌های آبگریز. به سمت بیرون هدایت می شوند.
این موضوع بار مولکول پروتئین را در محلول های کلوئیدی آب توضیح می دهد. چه نوع تعاملی وجود دارد؟
- پیوندهای هیدروژنی - بین همان بخش‌های ساختار ثانویه بدون تغییر باقی می‌مانند.
- برهم کنش های آبگریز (آب دوست) - زمانی رخ می دهد که یک پلی پپتید در آب حل شود.
- جاذبه یونی - بین گروه‌های با بار مخالف باقی‌مانده‌های اسید آمینه (رادیکال‌ها) ایجاد می‌شود.
- فعل و انفعالات کووالانسی - قادر به تشکیل بین محل های اسیدی خاص - مولکول های سیستئین، یا بهتر است بگوییم، دم آنها.
بنابراین، ترکیب و ساختار پروتئین‌های با ساختار سوم را می‌توان به‌صورت زنجیره‌های پلی‌پپتیدی که به شکل گلبول‌ها جمع شده‌اند توصیف کرد و ساختار آنها را به دلیل انواع مختلف فعل و انفعالات شیمیایی حفظ و تثبیت کرد. نمونه هایی از این پپتیدها:فسفوگلیسرات کناز، tRNA، آلفا کراتین، فیبروئین ابریشم و دیگران.
ساختار چهارتایی
این یکی از پیچیده ترین گلبول هایی است که پروتئین ها تشکیل می دهند. ساختار و عملکرد پروتئین های این نوع بسیار متنوع و خاص است.
این ترکیب چیست؟ اینها چندین (در برخی موارد دهها) زنجیره پلی پپتیدی بزرگ و کوچک هستند که مستقل از یکدیگر تشکیل می شوند. اما پس از آن، به دلیل همان فعل و انفعالاتی که برای ساختار سوم در نظر گرفتیم، همه این پپتیدها به هم می پیچند و با یکدیگر در هم تنیده می شوند. به این ترتیب، گلبول های ساختاری پیچیده ای به دست می آیند که می توانند حاوی اتم های فلز، گروه های لیپیدی و گروه های کربوهیدرات باشند. نمونه هایی از این پروتئین ها: DNA پلیمراز، پوسته پروتئینی ویروس تنباکو، هموگلوبین، و غیره.
همه ساختارهای پپتیدی که ما در نظر گرفته‌ایم روش‌های شناسایی خاص خود را در آزمایشگاه دارند که بر اساس امکانات مدرن استفاده از کروماتوگرافی، سانتریفیوژ، میکروسکوپ الکترونی و نوری و فناوری‌های کامپیوتری بالا است.
عملکردهای انجام شده
ساختار و عملکرد پروتئین ها ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. یعنی هر پپتید نقش خاصی، منحصر به فرد و خاص ایفا می کند. همچنین کسانی هستند که قادرند چندین عملیات مهم را در یک سلول زنده به طور همزمان انجام دهند. با این حال، می توان عملکردهای اصلی مولکول های پروتئین در موجودات زنده را به شکل کلی بیان کرد:
- حمایت جنبش. موجودات تک سلولی، اعم از اندامک ها یا برخیانواع سلول ها قادر به حرکت، انقباض، جابجایی هستند. این توسط پروتئین هایی تامین می شود که بخشی از ساختار دستگاه حرکتی آنها هستند: مژک، تاژک، غشای سیتوپلاسمی. اگر در مورد سلول هایی صحبت کنیم که قادر به حرکت نیستند، پروتئین ها می توانند در انقباض آنها (میوزین عضلانی) نقش داشته باشند.
- عملکرد تغذیه یا ذخیره. این تجمع مولکول های پروتئین در تخم ها، جنین ها و دانه های گیاهان برای جبران بیشتر مواد مغذی از دست رفته است. هنگامی که پپتیدها شکافته می شوند، اسیدهای آمینه و مواد فعال بیولوژیکی می دهند که برای رشد طبیعی موجودات زنده ضروری هستند.
- عملکرد انرژی. علاوه بر کربوهیدرات ها، پروتئین ها نیز می توانند به بدن نیرو ببخشند. با تجزیه 1 گرم از پپتید، 17.6 کیلوژول انرژی مفید به شکل آدنوزین تری فسفات (ATP) آزاد می شود که صرف فرآیندهای حیاتی می شود.
- سیگنال و عملکرد تنظیمی. این شامل اجرای کنترل دقیق بر فرآیندهای در حال انجام و انتقال سیگنال ها از سلول ها به بافت ها، از آنها به اندام ها، از دومی به سیستم ها و غیره است. یک مثال معمولی انسولین است که به شدت میزان گلوکز خون را ثابت می کند.
- عملکرد گیرنده. با تغییر ساختار پپتید در یک طرف غشاء و درگیر کردن انتهای دیگر در بازسازی انجام می شود. همزمان سیگنال و اطلاعات لازم مخابره می شود. اغلب، چنین پروتئین هایی در غشای سیتوپلاسمی سلول ها ساخته می شوند و کنترل دقیقی بر تمام مواد عبوری از آن اعمال می کنند. همچنین اطلاع رسانی کنیدتغییرات شیمیایی و فیزیکی در محیط.
- عملکرد حمل و نقل پپتیدها. توسط پروتئین های کانال و پروتئین های حامل انجام می شود. نقش آنها واضح است - انتقال مولکول های لازم به مکان هایی با غلظت کم از قطعات با غلظت بالا. یک مثال معمولی انتقال اکسیژن و دی اکسید کربن از طریق اندام ها و بافت ها توسط پروتئین هموگلوبین است. آنها همچنین انتقال ترکیبات با وزن مولکولی کم را از طریق غشای سلولی در داخل انجام می دهند.
- عملکرد ساختاری. یکی از مهمترین آنها که پروتئین انجام می دهد. ساختار تمام سلول ها، اندامک های آنها دقیقاً توسط پپتیدها تأمین می شود. آنها، مانند یک قاب، شکل و ساختار را تنظیم می کنند. علاوه بر این، آنها از آن پشتیبانی می کنند و در صورت لزوم آن را اصلاح می کنند. بنابراین، برای رشد و نمو، همه موجودات زنده به پروتئین در رژیم غذایی نیاز دارند. این پپتیدها عبارتند از الاستین، توبولین، کلاژن، اکتین، کراتین و غیره.
- عملکرد کاتالیزوری. آنزیم ها این کار را انجام می دهند. متعدد و متنوع، تمام واکنش های شیمیایی و بیوشیمیایی بدن را تسریع می کنند. بدون مشارکت آنها، یک سیب معمولی در معده تنها در دو روز هضم می شود، با احتمال زیاد پوسیدگی. تحت تأثیر کاتالاز، پراکسیداز و سایر آنزیم ها، این فرآیند دو ساعت طول می کشد. به طور کلی، به لطف این نقش پروتئین ها است که آنابولیسم و کاتابولیسم، یعنی متابولیسم پلاستیک و انرژی انجام می شود.
نقش محافظ
انواع مختلفی از تهدیدها وجود دارد که پروتئین ها برای محافظت از بدن در برابر آنها طراحی شده اند.
اول، شیمیاییحمله معرف های تروماتیک، گازها، مولکول ها، مواد با طیف های مختلف عمل. پپتیدها قادرند با آنها وارد برهمکنش شیمیایی شده و آنها را به شکلی بی ضرر تبدیل کنند یا به سادگی آنها را خنثی کنند.
دوم، تهدید فیزیکی ناشی از زخم - اگر پروتئین فیبرینوژن به موقع در محل آسیب به فیبرین تبدیل نشود، خون لخته نمی شود، به این معنی که انسداد ایجاد نمی شود. سپس، برعکس، به پپتید پلاسمین نیاز خواهید داشت که قادر است لخته را حل کند و باز بودن رگ را بازیابی کند.
سوم، تهدید ایمنی. ساختار و اهمیت پروتئین هایی که دفاع ایمنی را تشکیل می دهند بسیار مهم است. آنتی بادی ها، ایمونوگلوبولین ها، اینترفرون ها همگی عناصر مهم و مهم سیستم لنفاوی و ایمنی انسان هستند. هر ذره خارجی، مولکول مضر، بخش مرده سلول یا کل ساختار توسط ترکیب پپتیدی مورد بررسی فوری قرار می گیرد. به همین دلیل است که فرد می تواند به طور مستقل و بدون کمک دارو، روزانه خود را از عفونت ها و ویروس های ساده محافظت کند.
خواص فیزیکی
ساختار پروتئین سلولی بسیار خاص است و به عملکرد انجام شده بستگی دارد. اما خواص فیزیکی همه پپتیدها مشابه است و به ویژگی های زیر خلاصه می شود.
- وزن یک مولکول تا 1,000,000 دالتون است.
- سیستم های کلوئیدی در یک محلول آبی تشکیل می شوند. در آنجا، ساختار باری دریافت می کند که بسته به اسیدیته محیط می تواند متفاوت باشد.
- وقتی در معرض شرایط سخت (تابش، اسید یا قلیایی، دما و غیره) قرار می گیرند، می توانند به سطوح دیگری از ترکیبات حرکت کنند، یعنیدناتوره کردن این روند در 90 درصد موارد غیر قابل برگشت است. با این حال، یک تغییر معکوس نیز وجود دارد - renaturation.
اینها خصوصیات اصلی خصوصیات فیزیکی پپتیدها هستند.
