Proteiny jsou biologické polymery se složitou strukturou. Mají vysokou molekulovou hmotnost a skládají se z aminokyselin, prostetických skupin reprezentovaných vitamíny, lipidových a sacharidových inkluzí. Proteiny obsahující sacharidy, vitamíny, kovy nebo lipidy se nazývají komplexní. Jednoduché proteiny se skládají pouze z aminokyselin spojených peptidovými vazbami.
Peptidy
Bez ohledu na to, jakou strukturu látka má, jsou monomery bílkovin aminokyseliny. Tvoří základní polypeptidový řetězec, ze kterého se pak tvoří fibrilární neboli globulární struktura proteinu. Zároveň lze protein syntetizovat pouze v živé tkáni – v rostlinných, bakteriálních, houbových, živočišných a dalších buňkách.
Jediné organismy, které nemohou kombinovat proteinové monomery, jsou viry a prvoci. Všechny ostatní jsou schopny tvořit strukturální proteiny. Ale jaké látky jsou proteinové monomery a jak vznikají? Přečtěte si o tom a o biosyntéze bílkovin, o polypeptidech a tvorbě složité struktury bílkovin, o aminokyselinách a jejich vlastnostech.níže.
Jediným monomerem molekuly proteinu je jakákoli alfa-aminokyselina. Protein je polypeptid, řetězec spojených aminokyselin. V závislosti na počtu aminokyselin podílejících se na jeho tvorbě se izolují dipeptidy (2 zbytky), tripeptidy (3), oligopeptidy (obsahuje 2-10 aminokyselin) a polypeptidy (mnoho aminokyselin).
Recenze proteinové struktury
Struktura proteinu může být primární, o něco složitější - sekundární, ještě složitější - terciární a nejsložitější - kvartérní.
Primární struktura je jednoduchý řetězec, do kterého jsou připojeny proteinové monomery (aminokyseliny) prostřednictvím peptidové vazby (CO-NH). Sekundární strukturou je alfa helix nebo beta záhyby. Terciální je ještě komplikovanější trojrozměrná proteinová struktura, která vznikla ze sekundární v důsledku tvorby kovalentních, iontových a vodíkových vazeb a také hydrofobních interakcí.
Kvartérní struktura je nejsložitější a je charakteristická pro receptorové proteiny umístěné na buněčných membránách. Jedná se o supramolekulární (doménu) strukturu vytvořenou jako výsledek kombinace několika molekul s terciární strukturou, doplněnou o sacharidové, lipidové nebo vitamínové skupiny. V tomto případě, stejně jako v případě primárních, sekundárních a terciárních struktur, jsou monomery proteinů alfa-aminokyseliny. Jsou také spojeny peptidovými vazbami. Jediný rozdíl je ve složitosti struktury.
Aminokyseliny
Jediné monomeryproteinové molekuly jsou alfa aminokyseliny. Je jich jen 20 a jsou téměř základem života. Díky objevení se peptidové vazby byla možná syntéza proteinů. A samotný protein poté začal plnit strukturotvorné, receptorové, enzymatické, transportní, mediátorové a další funkce. Díky tomu živý organismus funguje a je schopen se rozmnožovat.
Samotná alfa aminokyselina je organická karboxylová kyselina s aminoskupinou připojenou k atomu uhlíku alfa. Ten je umístěn vedle karboxylové skupiny. V tomto případě jsou proteinové monomery považovány za organické látky, ve kterých koncový atom uhlíku nese jak aminovou, tak karboxylovou skupinu.
Spojení aminokyselin v peptidech a proteinech
Aminokyseliny jsou spojeny do dimerů, trimerů a polymerů prostřednictvím peptidové vazby. Vzniká odštěpením hydroxylové (-OH) skupiny z karboxylového místa jedné alfa-aminokyseliny a vodíku (-H) z aminoskupiny další alfa-aminokyseliny. V důsledku interakce se odštěpí voda a na karboxylovém konci zůstane místo C=O s volným elektronem blízko uhlíku karboxylového zbytku. V aminoskupině jiné kyseliny je zbytek (NH) s existujícím volným radikálem na atomu dusíku. To umožňuje spojení dvou radikálů za vzniku vazby (CONH). Říká se tomu peptid.
Alfa aminokyselinové varianty
Existuje 23 známých alfa-aminokyselin. Oni jsouuvedeny jako: glycin, valin, alanin, isolecin, leucin, glutamát, aspartát, ornitin, threonin, serin, lysin, cystin, cystein, fenylalanin, methionin, tyrosin, prolin, tryptofan, hydroxyprolin, arginin, histidin, glutamin, asparagin a glutamin. Podle toho, zda je dokáže lidské tělo syntetizovat, se tyto aminokyseliny dělí na neesenciální a neesenciální.
Koncept neesenciálních a esenciálních aminokyselin
Nahraditelné látky může lidské tělo syntetizovat, zatímco to podstatné musí pocházet pouze z potravy. Pro biosyntézu bílkovin jsou přitom důležité kyseliny esenciální i neesenciální, protože bez nich nelze syntézu dokončit. Bez jedné aminokyseliny, i když jsou přítomny všechny ostatní, je nemožné vytvořit přesně ten protein, který buňka potřebuje k plnění svých funkcí.
Jedna chyba v kterékoli fázi biosyntézy – a protein již není vhodný, protože se nebude schopen sestavit do požadované struktury kvůli porušení elektronové hustoty a meziatomových interakcí. Proto je důležité, aby člověk (a další organismy) konzumoval bílkovinné potraviny, které obsahují esenciální aminokyseliny. Jejich nepřítomnost v potravě vede k řadě poruch metabolismu bílkovin.
Proces tvorby peptidové vazby
Jediné monomery bílkovin jsou alfa-aminokyseliny. Postupně se spojují v polypeptidový řetězec, jehož struktura je předem uložena v genetickém kódu DNA (nebo RNA, uvažuje-li se o bakteriální biosyntéze). Protein je striktní sekvence aminokyselinových zbytků. Jedná se o řetěz uspořádaný v určitémstruktura, která provádí předem naprogramovanou funkci v buňce.
Kroková sekvence biosyntézy bílkovin
Proces tvorby proteinu se skládá z řetězce kroků: replikace úseku DNA (nebo RNA), syntéza informačního typu RNA, její uvolnění do cytoplazmy buňky z jádra, spojení s ribozomem a postupné připojování aminokyselinových zbytků, které dodává transferová RNA. Látka, která je proteinovým monomerem, se účastní enzymatické reakce eliminace hydroxylové skupiny a protonu vodíku a poté se připojí k rostoucímu polypeptidovému řetězci.
Tak se získá polypeptidový řetězec, který je již v buněčném endoplazmatickém retikulu uspořádán do nějaké předem určené struktury a v případě potřeby doplněn o sacharidový nebo lipidový zbytek. Toto se nazývá proces „zrání“proteinu, po kterém je transportní buněčný systém odeslán na místo určení.
Funkce syntetizovaných proteinů
Proteinové monomery jsou aminokyseliny nezbytné k vybudování jejich primární struktury. Sekundární, terciární a kvartérní struktura se již tvoří sama, i když někdy vyžaduje i účast enzymů a dalších látek. Nicméně již nejsou nezbytné, ačkoli jsou nezbytné pro to, aby proteiny plnily svou funkci.
Aminokyselina, což je proteinový monomer, může mít místa pro připojení sacharidů, kovů nebo vitamínů. Vytvoření terciární nebo kvartérní struktury umožňuje nalézt ještě více míst pro inzerční skupiny. To vám umožní vytvářet zproteinový derivát, který hraje roli enzymu, receptoru, nosiče látek do buňky nebo z buňky, imunoglobulin, strukturální složka membrány nebo buněčné organely, svalový protein.
Proteiny, tvořené z aminokyselin, jsou jediným základem života. A dnes se věří, že život právě vznikl po objevení se aminokyseliny a v důsledku její polymerace. Vždyť právě intermolekulární interakce proteinů je počátkem života, včetně života inteligentního. Všechny ostatní biochemické procesy, včetně energetických, jsou nezbytné pro realizaci biosyntézy bílkovin a v důsledku toho pro další pokračování života.
