Protein je základem života buněk a těla. Provádí obrovské množství funkcí v živých tkáních a realizuje své hlavní schopnosti: růst, vitální činnost, pohyb a reprodukci. V tomto případě buňka sama syntetizuje protein, jehož monomerem je aminokyselina. Jeho pozice v primární struktuře proteinu je naprogramována genetickým kódem, který se dědí. I přenos genů z mateřské buňky do dceřiné buňky je pouze příkladem přenosu informace o struktuře proteinu. To z ní dělá molekulu, která je základem biologického života.
Obecné charakteristiky proteinové struktury
Molekuly proteinu syntetizované v buňce jsou biologické polymery.
V proteinu je monomer vždy aminokyselina a jejich kombinace tvoří primární řetězec molekuly. Říká se tomu primární struktura molekuly proteinu, která se později spontánně nebo působením biologických katalyzátorů modifikuje na sekundární, terciární nebo doménovou strukturu.
Sekundární a terciární struktura
Sekundární proteinstruktura je prostorová modifikace primárního řetězce spojená s tvorbou vodíkových vazeb v polárních oblastech. Z tohoto důvodu je řetízek složen do oček nebo stočen do spirály, což zabírá méně místa. V této době se mění lokální náboj úseků molekuly, což spouští vznik terciární struktury – kulovité. Zvlněné nebo spirálové části jsou stočeny do koulí pomocí disulfidových vazeb.
Kule samotné vám umožňují vytvořit speciální strukturu, která je potřebná k provádění naprogramovaných funkcí. Důležité je, že i po takové modifikaci je monomerem proteinu aminokyselina. To také potvrzuje, že během tvorby sekundární a poté terciární a kvartérní struktury proteinu se primární sekvence aminokyselin nemění.
Charakterizace proteinových monomerů
Všechny proteiny jsou polymery, jejichž monomery jsou aminokyseliny. Jedná se o organické sloučeniny, které jsou buď syntetizovány živou buňkou, nebo do ní vstupují jako živiny. Z nich je molekula proteinu syntetizována na ribozomech pomocí matrice messenger RNA s obrovským výdejem energie. Aminokyseliny samotné jsou sloučeniny se dvěma aktivními chemickými skupinami: karboxylovým radikálem a aminoskupinou umístěnou na atomu uhlíku alfa. Právě tato struktura umožňuje, aby se molekula nazývala alfa-aminokyselina schopná tvořit peptidové vazby. Proteinové monomery jsou pouze alfa-aminokyseliny.
Tvorba peptidové vazby
Petidová vazba je molekulárně chemická skupina tvořená atomy uhlíku, kyslíku, vodíku a dusíku. Vzniká v procesu odštěpování vody z karboxylové skupiny jedné alfa-aminokyseliny a aminoskupiny druhé. V tomto případě se hydroxylový radikál odštěpí od karboxylového radikálu, který spojením s protonem aminoskupiny tvoří vodu. Výsledkem je, že dvě aminokyseliny jsou spojeny kovalentní polární vazbou CONH.
Mohou ho tvořit pouze alfa-aminokyseliny, monomery bílkovin živých organismů. Laboratorně je možné pozorovat vznik peptidové vazby, i když je obtížné selektivně syntetizovat malou molekulu v roztoku. Proteinové monomery jsou aminokyseliny a jejich struktura je naprogramována genetickým kódem. Aminokyseliny proto musí být spojeny v přesně určeném pořadí. To je v roztoku za podmínek chaotické rovnováhy nemožné, a proto je stále nemožné uměle syntetizovat složitý protein. Pokud existuje zařízení, které umožňuje přísné pořadí montáže molekuly, bude její údržba poměrně nákladná.
Syntéza bílkovin v živé buňce
V živé buňce je situace opačná, protože má vyvinutý aparát biosyntézy. Zde lze monomery proteinových molekul sestavit do molekul v přísném pořadí. Je naprogramován genetickým kódem uloženým v chromozomech. Pokud je nutné syntetizovat určitý strukturální protein nebo enzym, proces čtení kódu DNA a vytvoření matrice (aRNA), ze které se syntetizuje protein. Monomer se postupně připojí k rostoucímu polypeptidovému řetězci na ribozomálním aparátu. Po dokončení tohoto procesu se vytvoří řetězec aminokyselinových zbytků, které spontánně nebo během enzymatického procesu vytvoří sekundární, terciární nebo doménovou strukturu.
Regularity biosyntézy
Je třeba zdůraznit některé rysy biosyntézy bílkovin, přenosu dědičné informace a její implementace. Spočívají ve skutečnosti, že DNA a RNA jsou homogenní látky skládající se z podobných monomerů. DNA je totiž stejně jako RNA tvořena nukleotidy. Ta je prezentována ve formě informační, transportní a ribozomální RNA. To znamená, že celý buněčný aparát zodpovědný za ukládání dědičné informace a biosyntézu proteinů je jeden celek. Proto je třeba buněčné jádro s ribozomy, které jsou zároveň molekulami doménové RNA, považovat za jeden celý aparát pro ukládání genů a jejich implementaci.
Druhým rysem biosyntézy proteinu, jehož monomerem je alfa-aminokyselina, je určit přesné pořadí jejich připojení. Každá aminokyselina musí zaujmout své místo v primární struktuře proteinu. To je zajištěno výše popsaným zařízením pro ukládání a implementaci dědičných informací. Mohou se v něm vyskytnout chyby, které se tím ale odstraní. V případě nesprávného sestavení bude molekula zničena a biosyntéza začne znovu.
