Seperti yang anda ketahui, protein adalah asas kepada asal usul kehidupan di planet kita. Menurut teori Oparin-Haldane, ia adalah kejatuhan coacervate, yang terdiri daripada molekul peptida, yang menjadi asas kepada kelahiran makhluk hidup. Ini tidak diragukan lagi, kerana analisis komposisi dalaman mana-mana wakil biojisim menunjukkan bahawa bahan-bahan ini terdapat dalam segala-galanya: tumbuhan, haiwan, mikroorganisma, kulat, virus. Selain itu, ia sangat pelbagai dan bersifat makromolekul.
Struktur ini mempunyai empat nama, semuanya sinonim:
- protein;
- protein;
- polipeptida;
- peptida.
Molekul protein
Bilangan mereka benar-benar tidak terkira. Selain itu, semua molekul protein boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar:
- mudah - hanya terdiri daripada jujukan asid amino yang disambungkan oleh ikatan peptida;
- kompleks - struktur dan struktur protein dicirikan oleh kumpulan protolitik (prostetik) tambahan, juga dipanggil kofaktor.
Pada masa yang sama, molekul kompleks juga mempunyai klasifikasinya sendiri.
Penggredan peptida kompleks
- Glikoprotein ialah sebatian protein dan karbohidrat yang berkait rapat. ke dalam struktur molekulkumpulan prostetik mucopolysaccharides saling berkait.
- Lipoprotein ialah sebatian kompleks protein dan lipid.
- Metalloprotein - ion logam (besi, mangan, tembaga dan lain-lain) bertindak sebagai kumpulan prostetik.
- Nukleoprotein - sambungan protein dan asid nukleik (DNA, RNA).
- Fosfoprotein - pembentukan protein dan sisa asid ortofosforik.
- Kromoprotein - sangat serupa dengan metalloprotein, namun, unsur yang merupakan sebahagian daripada kumpulan prostetik ialah kompleks berwarna keseluruhan (merah - hemoglobin, hijau - klorofil dan sebagainya).
Setiap kumpulan yang dipertimbangkan mempunyai struktur dan sifat protein yang berbeza. Fungsi yang mereka lakukan juga berbeza-beza bergantung pada jenis molekul.
Struktur kimia protein
Dari sudut pandangan ini, protein ialah rantaian sisa asid amino yang panjang dan besar-besaran yang disambungkan oleh ikatan khusus yang dipanggil ikatan peptida. Dari struktur sampingan asid berlepas cawangan - radikal. Struktur molekul ini ditemui oleh E. Fischer pada awal abad ke-21.
Kemudian, protein, struktur dan fungsi protein dikaji dengan lebih terperinci. Ia menjadi jelas bahawa terdapat hanya 20 asid amino yang membentuk struktur peptida, tetapi ia boleh digabungkan dalam pelbagai cara. Oleh itu kepelbagaian struktur polipeptida. Di samping itu, dalam proses kehidupan dan prestasi fungsinya, protein dapat menjalani beberapa perubahan kimia. Akibatnya, mereka menukar struktur, dan yang benar-benar barujenis sambungan.
Untuk memecahkan ikatan peptida, iaitu, untuk memecahkan protein, struktur rantai, anda perlu memilih keadaan yang sangat keras (tindakan suhu tinggi, asid atau alkali, pemangkin). Ini disebabkan oleh kekuatan tinggi ikatan kovalen dalam molekul, iaitu dalam kumpulan peptida.
Pengesanan struktur protein dalam makmal dijalankan menggunakan tindak balas biuret - pendedahan polipeptida kepada kuprum (II) hidroksida yang dimendakkan baru. Kompleks kumpulan peptida dan ion kuprum memberikan warna ungu terang.
Terdapat empat organisasi struktur utama, setiap satunya mempunyai ciri struktur protein tersendiri.
Peringkat Organisasi: Struktur Utama
Seperti yang dinyatakan di atas, peptida ialah jujukan sisa asid amino dengan atau tanpa kemasukan, koenzim. Jadi nama utama adalah struktur molekul sedemikian, yang semula jadi, semula jadi, benar-benar asid amino yang disambungkan oleh ikatan peptida, dan tidak lebih. Iaitu, polipeptida struktur linear. Pada masa yang sama, ciri-ciri struktur protein pelan sedemikian ialah gabungan asid sedemikian adalah penentu untuk prestasi fungsi molekul protein. Disebabkan oleh kehadiran ciri-ciri ini, adalah mungkin bukan sahaja untuk mengenal pasti peptida, tetapi juga untuk meramalkan sifat dan peranan yang benar-benar baru, belum ditemui. Contoh peptida dengan struktur primer semula jadi ialah insulin, pepsin, chymotrypsin dan lain-lain.
Konformasi kedua
Struktur dan sifat protein dalam kategori ini agak berubah. Struktur sedemikian boleh terbentuk pada mulanya daripada alam semula jadi atau apabila terdedah kepada hidrolisis keras primer, suhu atau keadaan lain.
Konformasi ini mempunyai tiga jenis:
- Gegelung licin, biasa, stereosekata yang dibina daripada sisa asid amino yang berpusing di sekeliling paksi utama sambungan. Mereka dipegang bersama hanya oleh ikatan hidrogen yang berlaku di antara oksigen satu kumpulan peptida dan hidrogen yang lain. Lebih-lebih lagi, struktur itu dianggap betul kerana fakta bahawa selekoh diulang sama rata setiap 4 pautan. Struktur sedemikian boleh sama ada dengan tangan kiri atau tangan kanan. Tetapi dalam kebanyakan protein yang diketahui, isomer dextrorotatory mendominasi. Konformasi sedemikian dipanggil struktur alfa.
- Komposisi dan struktur protein jenis berikut berbeza daripada yang sebelumnya kerana ikatan hidrogen terbentuk bukan di antara sisa yang berdiri bersebelahan pada satu sisi molekul, tetapi di antara yang jauh dengan ketara, dan pada tahap yang mencukupi. jarak yang jauh. Atas sebab ini, keseluruhan struktur mengambil bentuk beberapa rantai polipeptida serpentin beralun. Terdapat satu ciri yang mesti dipamerkan oleh protein. Struktur asid amino pada dahan hendaklah sesingkat mungkin, seperti glisin atau alanin, contohnya. Jenis konformasi sekunder ini dipanggil helaian beta kerana keupayaannya untuk melekat bersama untuk membentuk struktur yang sama.
- Biologi merujuk kepada jenis ketiga struktur protein sebagaiserpihan yang kompleks, bertaburan, tidak teratur yang tidak mempunyai stereoteratur dan mampu mengubah struktur di bawah pengaruh keadaan luaran.
Tiada contoh protein semulajadi telah dikenal pasti.
Pendidikan tinggi
Ini adalah konformasi yang agak kompleks yang dipanggil "globul". Apakah protein sedemikian? Strukturnya adalah berdasarkan struktur sekunder, tetapi jenis interaksi baru antara atom-atom kumpulan ditambah, dan keseluruhan molekul kelihatan berlipat, dengan itu memfokuskan pada fakta bahawa kumpulan hidrofilik diarahkan di dalam globul, dan kumpulan hidrofobik. diarahkan ke luar.
Ini menerangkan cas molekul protein dalam larutan koloid air. Apakah jenis interaksi yang ada?
- Ikatan hidrogen - kekal tidak berubah antara bahagian yang sama seperti dalam struktur sekunder.
- Interaksi hidrofobik (hidrofilik) - berlaku apabila polipeptida dilarutkan dalam air.
- Tarikan ionik - terbentuk antara kumpulan bercas bertentangan sisa asid amino (radikal).
- Interaksi kovalen - dapat terbentuk antara tapak asid tertentu - molekul sistein, atau lebih tepat, ekornya.
Oleh itu, komposisi dan struktur protein dengan struktur tertier boleh digambarkan sebagai rantai polipeptida yang dilipat menjadi globul, menahan dan menstabilkan bentuknya disebabkan oleh pelbagai jenis interaksi kimia. Contoh peptida tersebut:fosfogliserat kenase, tRNA, alfa-keratin, fibroin sutera dan lain-lain.
Struktur Kuadternari
Ini adalah salah satu globul paling kompleks yang dibentuk oleh protein. Struktur dan fungsi protein jenis ini sangat serba boleh dan khusus.
Apakah konformasi ini? Ini adalah beberapa (dalam beberapa kes berpuluh-puluh) rantai polipeptida besar dan kecil yang terbentuk secara bebas antara satu sama lain. Tetapi kemudian, disebabkan oleh interaksi yang sama yang kami pertimbangkan untuk struktur tertiari, semua peptida ini berpusing dan berjalin antara satu sama lain. Dengan cara ini, globul konformasi kompleks diperoleh, yang boleh mengandungi atom logam, kumpulan lipid dan kumpulan karbohidrat. Contoh protein tersebut: polimerase DNA, cangkang protein virus tembakau, hemoglobin dan lain-lain.
Semua struktur peptida yang telah kami pertimbangkan mempunyai kaedah pengenalannya sendiri di makmal, berdasarkan kemungkinan moden menggunakan kromatografi, sentrifugasi, mikroskop elektron dan optik serta teknologi komputer tinggi.
Fungsi yang dilaksanakan
Struktur dan fungsi protein berkait rapat antara satu sama lain. Iaitu, setiap peptida memainkan peranan tertentu, unik dan khusus. Ada juga yang mampu melakukan beberapa operasi penting dalam satu sel hidup sekaligus. Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk menyatakan dalam bentuk umum fungsi utama molekul protein dalam organisma makhluk hidup:
- Sokongan pergerakan. Organisma bersel tunggal, sama ada organel, atau beberapajenis sel mampu bergerak, menguncup, anjakan. Ini disediakan oleh protein yang merupakan sebahagian daripada struktur radas motor mereka: silia, flagella, membran sitoplasma. Jika kita bercakap tentang sel yang tidak boleh bergerak, maka protein boleh menyumbang kepada penguncupannya (myosin otot).
- Fungsi berkhasiat atau simpanan. Ia adalah pengumpulan molekul protein dalam telur, embrio dan benih tumbuhan untuk menambah nutrien yang hilang. Apabila dibelah, peptida memberikan asid amino dan bahan aktif secara biologi yang diperlukan untuk perkembangan normal organisma hidup.
- Fungsi tenaga. Selain karbohidrat, protein juga boleh memberi kekuatan kepada badan. Dengan pecahan 1 g peptida, 17.6 kJ tenaga berguna dibebaskan dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP), yang dibelanjakan untuk proses penting.
- Fungsi isyarat dan kawal selia. Ia terdiri daripada pelaksanaan kawalan berhati-hati ke atas proses yang berterusan dan penghantaran isyarat dari sel ke tisu, dari mereka ke organ, dari yang terakhir ke sistem, dan sebagainya. Contoh biasa ialah insulin, yang menetapkan jumlah glukosa dalam darah dengan ketat.
- Fungsi reseptor. Ia dijalankan dengan menukar konformasi peptida pada satu sisi membran dan melibatkan hujung yang lain dalam penstrukturan semula. Pada masa yang sama, isyarat dan maklumat yang diperlukan dihantar. Selalunya, protein sedemikian dibina ke dalam membran sitoplasma sel dan menjalankan kawalan ketat ke atas semua bahan yang melaluinya. Juga maklumkan tentangperubahan kimia dan fizikal dalam persekitaran.
- Fungsi pengangkutan peptida. Ia dijalankan oleh protein saluran dan protein pembawa. Peranan mereka jelas - mengangkut molekul yang diperlukan ke tempat dengan kepekatan rendah dari bahagian dengan yang tinggi. Contoh biasa ialah pengangkutan oksigen dan karbon dioksida melalui organ dan tisu oleh hemoglobin protein. Mereka juga menjalankan penghantaran sebatian dengan berat molekul yang rendah melalui membran sel di dalamnya.
- Fungsi struktur. Salah satu yang paling penting yang dilakukan oleh protein. Struktur semua sel, organel mereka disediakan dengan tepat oleh peptida. Mereka, seperti bingkai, menetapkan bentuk dan struktur. Di samping itu, mereka menyokongnya dan mengubah suainya jika perlu. Oleh itu, untuk pertumbuhan dan perkembangan, semua organisma hidup memerlukan protein dalam diet. Peptida ini termasuk elastin, tubulin, kolagen, aktin, keratin dan lain-lain.
- Fungsi pemangkin. Enzim melakukannya. Banyak dan pelbagai, mereka mempercepatkan semua tindak balas kimia dan biokimia dalam badan. Tanpa penyertaan mereka, sebiji epal biasa di dalam perut boleh dihadam dalam masa dua hari sahaja, dengan kebarangkalian tinggi untuk reput. Di bawah tindakan katalase, peroksidase dan enzim lain, proses ini mengambil masa dua jam. Secara umum, kerana peranan protein inilah anabolisme dan katabolisme dijalankan, iaitu metabolisme plastik dan tenaga.
Peranan pelindung
Terdapat beberapa jenis ancaman yang protein direka bentuk untuk melindungi badan daripada.
Pertama, kimiaserangan reagen traumatik, gas, molekul, bahan pelbagai spektrum tindakan. Peptida boleh memasuki interaksi kimia dengannya, menukarkannya kepada bentuk yang tidak berbahaya atau hanya meneutralkannya.
Kedua, ancaman fizikal daripada luka - jika fibrinogen protein tidak berubah menjadi fibrin dalam masa di tempat kecederaan, maka darah tidak akan membeku, yang bermaksud penyumbatan tidak akan berlaku. Kemudian, sebaliknya, anda memerlukan peptida plasmin, yang mampu melarutkan bekuan dan memulihkan patensi vesel.
Ketiga, ancaman kepada imuniti. Struktur dan kepentingan protein yang membentuk pertahanan imun adalah sangat penting. Antibodi, imunoglobulin, interferon adalah semua elemen penting dan penting dalam sistem limfa dan imun manusia. Mana-mana zarah asing, molekul berbahaya, bahagian mati sel atau keseluruhan struktur tertakluk kepada penyiasatan segera oleh sebatian peptida. Itulah sebabnya seseorang boleh secara bebas, tanpa bantuan ubat-ubatan, melindungi dirinya setiap hari daripada jangkitan dan virus mudah.
Sifat fizikal
Struktur protein sel adalah sangat spesifik dan bergantung kepada fungsi yang dilakukan. Tetapi sifat fizikal semua peptida adalah serupa dan berpunca daripada ciri berikut.
- Berat molekul adalah sehingga 1,000,000 D alton.
- Sistem koloid terbentuk dalam larutan akueus. Di sana, struktur memperoleh cas yang boleh berbeza-beza bergantung pada keasidan persekitaran.
- Apabila terdedah kepada keadaan yang teruk (penyinaran, asid atau alkali, suhu dan sebagainya), mereka boleh bergerak ke tahap konformasi lain, iaitudenatur. Proses ini tidak dapat dipulihkan dalam 90% kes. Walau bagaimanapun, terdapat juga anjakan terbalik - penyatuan semula.
Ini adalah sifat utama ciri fizikal peptida.
