Proteín je základom bunkového a telesného života. Vykonáva obrovské množstvo funkcií v živých tkanivách a realizuje svoje hlavné schopnosti: rast, životnú aktivitu, pohyb a reprodukciu. V tomto prípade samotná bunka syntetizuje proteín, ktorého monomérom je aminokyselina. Jeho pozícia v primárnej štruktúre proteínu je naprogramovaná genetickým kódom, ktorý sa dedí. Aj prenos génov z materskej bunky do dcérskej bunky je len príkladom prenosu informácie o štruktúre proteínu. To z nej robí molekulu, ktorá je základom biologického života.
Všeobecné charakteristiky proteínovej štruktúry
Proteínové molekuly syntetizované v bunke sú biologické polyméry.
V proteíne je monomér vždy aminokyselina a ich kombinácia tvorí primárny reťazec molekuly. Nazýva sa to primárna štruktúra molekuly proteínu, ktorá sa neskôr spontánne alebo pôsobením biologických katalyzátorov modifikuje na sekundárnu, terciárnu alebo doménovú štruktúru.
Sekundárna a terciárna štruktúra
Sekundárny proteínštruktúra je priestorová modifikácia primárneho reťazca spojená s tvorbou vodíkových väzieb v polárnych oblastiach. Z tohto dôvodu je retiazka zložená do očiek alebo stočená do špirály, čo zaberá menej miesta. V tomto čase sa mení lokálny náboj úsekov molekuly, čo spúšťa tvorbu terciárnej štruktúry – globulárnej. Zvlnené alebo špirálové časti sú skrútené do guľôčok pomocou disulfidových väzieb.
Gule samotné vám umožňujú vytvoriť špeciálnu štruktúru, ktorá je potrebná na vykonávanie naprogramovaných funkcií. Dôležité je, že aj po takejto úprave je monomérom proteínu aminokyselina. To tiež potvrdzuje, že počas tvorby sekundárnej a potom terciárnej a kvartérnej štruktúry proteínu sa primárna sekvencia aminokyselín nemení.
Charakteristika proteínových monomérov
Všetky proteíny sú polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Ide o organické zlúčeniny, ktoré sú buď syntetizované živou bunkou, alebo do nej vstupujú ako živiny. Z nich sa molekula proteínu syntetizuje na ribozómoch pomocou matrice messenger RNA s obrovským výdajom energie. Samotné aminokyseliny sú zlúčeniny s dvoma aktívnymi chemickými skupinami: karboxylovým radikálom a aminoskupinou umiestnenou na atóme uhlíka alfa. Práve táto štruktúra umožňuje, aby sa molekula nazývala alfa-aminokyselina schopná vytvárať peptidové väzby. Proteínové monoméry sú iba alfa-aminokyseliny.
Vytvorenie peptidovej väzby
Petidová väzba je molekulárno-chemická skupina tvorená atómami uhlíka, kyslíka, vodíka a dusíka. Vzniká v procese odštiepenia vody z karboxylovej skupiny jednej alfa-aminokyseliny a aminoskupiny druhej. V tomto prípade sa hydroxylový radikál odštiepi od karboxylového radikálu, ktorý spojením s protónom aminoskupiny tvorí vodu. Výsledkom je, že dve aminokyseliny sú spojené kovalentnou polárnou väzbou CONH.
Tvoria ho iba alfa-aminokyseliny, monoméry bielkovín živých organizmov. Laboratórne je možné pozorovať tvorbu peptidovej väzby, aj keď je ťažké selektívne syntetizovať malú molekulu v roztoku. Proteínové monoméry sú aminokyseliny a ich štruktúra je naprogramovaná genetickým kódom. Preto musia byť aminokyseliny spojené v presne určenom poradí. To je nemožné v roztoku za podmienok chaotických rovnovážnych stavov, a preto je stále nemožné umelo syntetizovať komplexný proteín. Ak existuje zariadenie, ktoré umožňuje prísne poradie montáže molekuly, jej údržba bude dosť nákladná.
Syntéza bielkovín v živej bunke
V živej bunke je situácia opačná, pretože má vyvinutý aparát biosyntézy. Tu môžu byť monoméry proteínových molekúl zostavené do molekúl v prísnom poradí. Je naprogramovaný genetickým kódom uloženým v chromozómoch. Ak je potrebné syntetizovať určitý štruktúrny proteín alebo enzým, proces čítania kódu DNA a tvorby matrice (aRNA), z ktorej sa syntetizuje proteín. Monomér sa postupne pripojí k rastúcemu polypeptidovému reťazcu na ribozomálnom aparáte. Po dokončení tohto procesu sa vytvorí reťazec aminokyselinových zvyškov, ktoré spontánne alebo počas enzymatického procesu vytvoria sekundárnu, terciárnu alebo doménovú štruktúru.
Pravidlá biosyntézy
Je potrebné zdôrazniť niektoré vlastnosti biosyntézy bielkovín, prenos dedičných informácií a ich implementáciu. Spočívajú v tom, že DNA a RNA sú homogénne látky pozostávajúce z podobných monomérov. Totiž DNA sa skladá z nukleotidov, rovnako ako RNA. Ten je prezentovaný vo forme informačnej, transportnej a ribozomálnej RNA. To znamená, že celý bunkový aparát zodpovedný za uchovávanie dedičných informácií a biosyntézu bielkovín je jeden celok. Preto bunkové jadro s ribozómami, ktoré sú zároveň molekulami doménovej RNA, treba považovať za jeden celok na ukladanie génov a ich implementáciu.
Druhým znakom biosyntézy proteínu, ktorého monomérom je alfa-aminokyselina, je určiť presné poradie ich pripojenia. Každá aminokyselina musí zaujať svoje miesto v primárnej proteínovej štruktúre. Toto je zabezpečené vyššie opísaným zariadením na ukladanie a implementáciu dedičných informácií. Môžu sa v ňom vyskytnúť chyby, ktoré však odstráni. V prípade nesprávneho zostavenia sa molekula zničí a biosyntéza sa spustí znova.
