Salah satu definisi kehidupan adalah seperti berikut: "Hidup adalah cara kewujudan badan protein." Di planet kita, tanpa pengecualian, semua organisma mengandungi bahan organik seperti protein. Artikel ini akan menerangkan protein ringkas dan kompleks, mengenal pasti perbezaan dalam struktur molekul, dan juga mempertimbangkan fungsinya dalam sel.
Apakah itu protein
Dari sudut pandangan biokimia, ini adalah polimer organik molekul tinggi, yang mana monomernya adalah 20 jenis asid amino yang berbeza. Mereka saling berkaitan oleh ikatan kimia kovalen, atau dipanggil ikatan peptida. Oleh kerana monomer protein adalah sebatian amfoterik, ia mengandungi kedua-dua kumpulan amino dan kumpulan berfungsi karboksil. Ikatan kimia CO-NH berlaku di antara mereka.
Jika polipeptida terdiri daripada sisa asid amino, ia membentuk protein ringkas. Molekul polimer tambahan yang mengandungi ion logam, vitamin, nukleotida, karbohidrat adalah protein kompleks. Seterusnya kitapertimbangkan struktur ruang polipeptida.
Tahap organisasi molekul protein
Ia datang dalam empat konfigurasi berbeza. Struktur pertama adalah linear, ia adalah yang paling mudah dan mempunyai bentuk rantai polipeptida; semasa spiralisasinya, ikatan hidrogen tambahan terbentuk. Mereka menstabilkan heliks, yang dipanggil struktur sekunder. Peringkat tertiari organisasi mempunyai protein yang ringkas dan kompleks, kebanyakan sel tumbuhan dan haiwan. Konfigurasi terakhir, kuaternari, timbul daripada interaksi beberapa molekul struktur asli, disatukan oleh koenzim, ini adalah struktur protein kompleks yang melakukan pelbagai fungsi dalam badan.
Kepelbagaian protein ringkas
Kumpulan polipeptida ini tidak banyak. Molekul mereka hanya terdiri daripada sisa asid amino. Protein termasuk, contohnya, histon dan globulin. Yang pertama dibentangkan dalam struktur nukleus dan digabungkan dengan molekul DNA. Kumpulan kedua - globulin - dianggap sebagai komponen utama plasma darah. Protein seperti gamma globulin menjalankan fungsi perlindungan imun dan merupakan antibodi. Sebatian ini boleh membentuk kompleks yang merangkumi karbohidrat kompleks dan protein. Protein ringkas fibrillar seperti kolagen dan elastin adalah sebahagian daripada tisu penghubung, rawan, tendon, dan kulit. Fungsi utamanya ialah pembinaan dan sokongan.
Tubulin protein ialah sebahagian daripada mikrotubul, yang merupakan komponen silia dan flagela bagi organisma unisel seperti ciliates, euglena, flagellates parasit. Protein yang sama terdapat dalam organisma multiselular (flagella sperma, silia telur, epitelium bersilia usus kecil).
Protein albumin menjalankan fungsi penyimpanan (contohnya, putih telur). Dalam endosperma benih tumbuhan bijirin - rai, beras, gandum - molekul protein terkumpul. Mereka dipanggil kemasukan selular. Bahan-bahan ini digunakan oleh kuman benih pada awal perkembangannya. Di samping itu, kandungan protein yang tinggi dalam bijirin gandum adalah penunjuk kualiti tepung yang sangat penting. Roti yang dibakar daripada tepung yang kaya dengan gluten mempunyai rasa yang tinggi dan lebih sihat. Gluten terkandung dalam jenis gandum durum yang dipanggil. Plasma darah ikan laut dalam mengandungi protein yang menghalang mereka daripada mati akibat kesejukan. Mereka mempunyai sifat antibeku, menghalang kematian badan pada suhu air yang rendah. Sebaliknya, dinding sel bakteria termofilik yang hidup dalam mata air panas bumi mengandungi protein yang boleh mengekalkan konfigurasi semula jadinya (struktur tertier atau kuaternari) dan tidak denaturasi dalam julat suhu dari +50 hingga + 90 °C.
Proteid
Ini adalah protein kompleks, yang dicirikan oleh kepelbagaian yang besar disebabkan oleh fungsi berbeza yang dilakukannya. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kumpulan polipeptida ini, sebagai tambahan kepada bahagian protein, mengandungi kumpulan prostetik. Di bawah pengaruh pelbagai faktor, seperti suhu tinggi, garam logam berat, alkali dan asid pekat, protein kompleks boleh mengubahnya.bentuk spatial, memudahkannya. Fenomena ini dipanggil denaturasi. Struktur protein kompleks rosak, ikatan hidrogen dipecahkan, dan molekul kehilangan sifat dan fungsinya. Sebagai peraturan, denaturasi tidak dapat dipulihkan. Tetapi untuk sesetengah polipeptida yang menjalankan fungsi pemangkin, motor dan isyarat, pengenatupan semula adalah mungkin - pemulihan struktur semula jadi protein.
Jika tindakan faktor penyahstabilan berlaku untuk masa yang lama, molekul protein akan musnah sepenuhnya. Ini membawa kepada pembelahan ikatan peptida struktur primer. Tidak mungkin untuk memulihkan protein dan fungsinya. Fenomena ini dipanggil kemusnahan. Contohnya ialah pendidihan telur ayam: protein cecair - albumin, yang terdapat dalam struktur tertier, musnah sepenuhnya.
Biosintesis protein
Ingat sekali lagi bahawa komposisi polipeptida organisma hidup termasuk 20 asid amino, di antaranya terdapat asid amino yang penting. Ini adalah lisin, metionin, fenilalanin, dll. Mereka memasuki aliran darah dari usus kecil selepas pecahan produk protein di dalamnya. Untuk mensintesis asid amino bukan penting (alanine, proline, serine), kulat dan haiwan menggunakan sebatian yang mengandungi nitrogen. Tumbuhan, sebagai autotrof, secara bebas membentuk semua monomer kompaun yang diperlukan, mewakili protein kompleks. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan nitrat, ammonia atau nitrogen bebas dalam tindak balas asimilasi mereka. Dalam mikroorganisma, sesetengah spesies menyediakan diri mereka dengan set lengkap asid amino, manakala dalam yang lain hanya beberapa monomer yang disintesis. peringkatbiosintesis protein berlaku dalam sel semua organisma hidup. Transkripsi berlaku dalam nukleus, dan terjemahan berlaku dalam sitoplasma sel.
Peringkat pertama - sintesis prekursor mRNA berlaku dengan penyertaan enzim RNA polimerase. Ia memecahkan ikatan hidrogen antara helai DNA, dan pada salah satu daripadanya, mengikut prinsip saling melengkapi, ia memasang molekul pra-mRNA. Ia mengalami penghirisan, iaitu, ia matang, dan kemudian keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma, membentuk asid ribonukleik matriks.
Untuk pelaksanaan peringkat kedua, perlu mempunyai organel khas - ribosom, serta molekul asid ribonukleik maklumat dan pengangkutan. Satu lagi keadaan penting ialah kehadiran molekul ATP, kerana tindak balas pertukaran plastik, termasuk biosintesis protein, berlaku dengan penyerapan tenaga.
Enzim, struktur dan fungsinya
Ini adalah kumpulan besar protein (kira-kira 2000) yang bertindak sebagai bahan yang mempengaruhi kadar tindak balas biokimia dalam sel. Mereka boleh menjadi mudah (trepsin, pepsin) atau kompleks. Protein kompleks terdiri daripada koenzim dan apoenzim. Kekhususan protein itu sendiri berkenaan dengan sebatian yang bertindak ke atasnya menentukan koenzim, dan aktiviti protein diperhatikan hanya apabila komponen protein dikaitkan dengan apoenzim. Aktiviti pemangkin enzim tidak bergantung pada keseluruhan molekul, tetapi hanya pada tapak aktif. Strukturnya sepadan dengan struktur kimia bahan yang dimangkin mengikut prinsip"kunci kunci", jadi tindakan enzim adalah khusus. Fungsi protein kompleks ialah penyertaan dalam proses metabolik dan penggunaannya sebagai penerima.
Kelas protein kompleks
Ia telah dibangunkan oleh ahli biokimia berdasarkan 3 kriteria: sifat fizikal dan kimia, ciri fungsi dan ciri struktur khusus protein. Kumpulan pertama termasuk polipeptida yang berbeza dalam sifat elektrokimia. Mereka dibahagikan kepada asas, neutral dan berasid. Berhubung dengan air, protein boleh menjadi hidrofilik, amphifilik dan hidrofobik. Kumpulan kedua termasuk enzim, yang telah dipertimbangkan oleh kami sebelum ini. Kumpulan ketiga termasuk polipeptida yang berbeza dalam komposisi kimia kumpulan prostetik (ini ialah kromoprotein, nukleoprotein, metaloprotein).
Mari kita pertimbangkan sifat-sifat protein kompleks dengan lebih terperinci. Contohnya, protein berasid yang merupakan sebahagian daripada ribosom mengandungi 120 asid amino dan bersifat universal. Ia ditemui dalam organel pensintesis protein kedua-dua sel prokariotik dan eukariotik. Seorang lagi wakil kumpulan ini, protein S-100, terdiri daripada dua rantai yang dihubungkan oleh ion kalsium. Ia adalah sebahagian daripada neuron dan neuroglia - tisu sokongan sistem saraf. Sifat umum semua protein berasid ialah kandungan asid karboksilik dibasic yang tinggi: glutamat dan aspartik. Protein alkali termasuk histon - protein yang merupakan sebahagian daripada asid nukleik DNA dan RNA. Ciri komposisi kimianya ialah sejumlah besar lisin dan arginin. Histon, bersama-sama dengan kromatin nukleus, membentuk kromosom - struktur yang paling penting dalam keturunan sel. Protein ini terlibat dalam proses transkripsi dan terjemahan. Protein amfifilik banyak terdapat dalam membran sel, membentuk dwilapisan lipoprotein. Oleh itu, setelah mengkaji kumpulan protein kompleks yang dipertimbangkan di atas, kami yakin bahawa sifat fizikokimianya ditentukan oleh struktur komponen protein dan kumpulan prostetik.
Sesetengah protein membran sel kompleks dapat mengecam dan bertindak balas terhadap pelbagai sebatian kimia, seperti antigen. Ini adalah fungsi isyarat protein, ia sangat penting untuk proses penyerapan terpilih bahan yang datang dari persekitaran luaran dan untuk perlindungannya.
Glikoprotein dan proteoglikan
Ia adalah protein kompleks yang berbeza antara satu sama lain dalam komposisi biokimia kumpulan prostetik. Jika ikatan kimia antara komponen protein dan bahagian karbohidrat adalah kovalen-glikosidik, bahan tersebut dipanggil glikoprotein. Apoenzim mereka diwakili oleh molekul mono- dan oligosakarida, contoh protein tersebut ialah protrombin, fibrinogen (protein yang terlibat dalam pembekuan darah). Hormon kortiko dan gonadotropik, interferon, enzim membran juga merupakan glikoprotein. Dalam molekul proteoglycan, bahagian protein hanya 5%, selebihnya jatuh pada kumpulan prostetik (heteropolysaccharide). Kedua-dua bahagian disambungkan oleh ikatan glikosidik kumpulan OH-treonine dan arginin dan kumpulan NH₂-glutamin dan lisin. Molekul proteoglikan memainkan peranan yang sangat penting dalam metabolisme garam air sel. Di bawahmembentangkan jadual protein kompleks yang dikaji oleh kami.
| Glikoprotein | Proteoglikan |
| Komponen struktur kumpulan prostetik | |
| 1. Monosakarida (glukosa, galaktosa, mannose) | 1. Asid Hyaluronik |
| 2. Oligosakarida (m altosa, laktosa, sukrosa) | 2. Asid kondroitik. |
| 3. Derivatif amino asetilasi monosakarida | 3. Heparin |
| 4. Deoxysaccharides | |
| 5. Asid neuramik dan sialik | |
Metalloprotein
Bahan ini mengandungi ion satu atau lebih logam dalam molekulnya. Pertimbangkan contoh protein kompleks yang tergolong dalam kumpulan di atas. Ini terutamanya enzim seperti cytochrome oxidase. Ia terletak pada cristae mitokondria dan mengaktifkan sintesis ATP. Ferrin dan transferrin adalah protein yang mengandungi ion besi. Yang pertama menyimpannya dalam sel, dan yang kedua adalah protein pengangkutan dalam darah. Metalloprotein lain ialah alpha-amelase, ia mengandungi ion kalsium, adalah sebahagian daripada air liur dan jus pankreas, mengambil bahagian dalam pecahan kanji. Hemoglobin adalah kedua-dua metalloprotein dan kromoprotein. Ia melaksanakan fungsi protein pengangkutan, membawa oksigen. Akibatnya, sebatian oksihemoglobin terbentuk. Apabila karbon monoksida, atau dipanggil karbon monoksida, disedut, molekulnya membentuk sebatian yang sangat stabil dengan hemoglobin eritrosit. Ia cepat merebak melalui organ dan tisu, menyebabkan keracunan.sel. Akibatnya, dengan penyedutan karbon monoksida yang berpanjangan, kematian berlaku akibat sesak nafas. Hemoglobin juga memindahkan sebahagian karbon dioksida yang terbentuk dalam proses katabolisme. Dengan aliran darah, karbon dioksida memasuki paru-paru dan buah pinggang, dan dari mereka - ke persekitaran luaran. Dalam sesetengah krustasea dan moluska, hemocyanin ialah protein pembawa oksigen. Daripada besi, ia mengandungi ion tembaga, jadi darah haiwan bukan merah, tetapi biru.
Fungsi Klorofil
Seperti yang kami nyatakan sebelum ini, protein kompleks boleh membentuk kompleks dengan pigmen - bahan organik berwarna. Warnanya bergantung pada kumpulan kromoform yang secara selektif menyerap spektrum cahaya matahari tertentu. Dalam sel tumbuhan terdapat plastid hijau - kloroplas yang mengandungi klorofil pigmen. Ia terdiri daripada atom magnesium dan fitol alkohol polihidrik. Mereka dikaitkan dengan molekul protein, dan kloroplas itu sendiri mengandungi tilakoid (plat), atau membran yang disambungkan dalam timbunan - grana. Ia mengandungi pigmen fotosintesis - klorofil - dan karotenoid tambahan. Berikut adalah semua enzim yang digunakan dalam tindak balas fotosintesis. Oleh itu, kromoprotein, yang termasuk klorofil, melaksanakan fungsi terpenting dalam metabolisme, iaitu dalam tindak balas asimilasi dan disimilasi.
Protein virus
Ia disimpan oleh wakil bentuk hidupan bukan selular yang merupakan sebahagian daripada Alam Vira. Virus tidak mempunyai alat pensintesis protein mereka sendiri. Asid nukleik, DNA atau RNA, boleh menyebabkan sintesiszarah sendiri oleh sel itu sendiri yang dijangkiti virus. Virus ringkas hanya terdiri daripada molekul protein yang dipasang padat ke dalam struktur heliks atau polihedral, seperti virus mozek tembakau. Virus kompleks mempunyai membran tambahan yang membentuk sebahagian daripada membran plasma sel perumah. Ia mungkin termasuk glikoprotein (virus hepatitis B, virus cacar). Fungsi utama glikoprotein ialah pengecaman reseptor khusus pada membran sel perumah. Sampul virus tambahan juga termasuk protein enzim yang memastikan replikasi DNA atau transkripsi RNA. Berdasarkan perkara di atas, kesimpulan berikut boleh dibuat: protein sampul zarah virus mempunyai struktur khusus yang bergantung pada protein membran sel perumah.
Dalam artikel ini, kami telah mencirikan protein kompleks, mengkaji struktur dan fungsinya dalam sel pelbagai organisma hidup.
