Proteíny sú biologické polyméry so zložitou štruktúrou. Majú vysokú molekulovú hmotnosť a pozostávajú z aminokyselín, prostetických skupín reprezentovaných vitamínmi, lipidových a sacharidových inklúzií. Proteíny obsahujúce sacharidy, vitamíny, kovy alebo lipidy sa nazývajú komplexné. Jednoduché proteíny pozostávajú iba z aminokyselín spojených peptidovými väzbami.
Peptides
Bez ohľadu na to, akú štruktúru má látka, monoméry bielkovín sú aminokyseliny. Tvoria základný polypeptidový reťazec, z ktorého sa potom vytvorí fibrilárna alebo globulárna štruktúra proteínu. Zároveň sa proteín môže syntetizovať iba v živom tkanive - v rastlinných, bakteriálnych, hubových, živočíšnych a iných bunkách.
Jediné organizmy, ktoré nedokážu kombinovať proteínové monoméry, sú vírusy a prvoky. Všetky ostatné sú schopné tvoriť štrukturálne proteíny. Aké látky sú však proteínové monoméry a ako vznikajú? Prečítajte si o tom a o biosyntéze bielkovín, o polypeptidoch a tvorbe komplexnej štruktúry bielkovín, o aminokyselinách a ich vlastnostiach.nižšie.
Jediným monomérom molekuly proteínu je akákoľvek alfa-aminokyselina. Proteín je polypeptid, reťazec spojených aminokyselín. V závislosti od počtu aminokyselín podieľajúcich sa na jeho tvorbe sa izolujú dipeptidy (2 zvyšky), tripeptidy (3), oligopeptidy (obsahuje 2-10 aminokyselín) a polypeptidy (veľa aminokyselín).
Recenzia proteínovej štruktúry
Proteínová štruktúra môže byť primárna, o niečo zložitejšia – sekundárna, ešte zložitejšia – terciárna a najkomplexnejšia – kvartérna.
Primárna štruktúra je jednoduchý reťazec, do ktorého sú proteínové monoméry (aminokyseliny) spojené prostredníctvom peptidovej väzby (CO-NH). Sekundárnou štruktúrou je alfa helix alebo beta záhyby. Terciárna je ešte komplikovanejšia trojrozmerná proteínová štruktúra, ktorá vznikla zo sekundárnej v dôsledku tvorby kovalentných, iónových a vodíkových väzieb, ako aj hydrofóbnych interakcií.
Kvartérna štruktúra je najkomplexnejšia a je charakteristická pre receptorové proteíny umiestnené na bunkových membránach. Ide o supramolekulárnu (doménu) štruktúru vytvorenú ako výsledok spojenia niekoľkých molekúl s terciárnou štruktúrou, doplnených o sacharidové, lipidové alebo vitamínové skupiny. V tomto prípade, ako v prípade primárnych, sekundárnych a terciárnych štruktúr, sú monoméry proteínov alfa-aminokyseliny. Sú tiež spojené peptidovými väzbami. Jediný rozdiel je v zložitosti štruktúry.
Aminokyseliny
Jediné monoméryproteínové molekuly sú alfa aminokyseliny. Je ich len 20 a sú takmer základom života. Vďaka objaveniu sa peptidovej väzby bola možná syntéza proteínov. A samotný proteín potom začal vykonávať štruktúrotvorné, receptorové, enzymatické, transportné, mediátorové a ďalšie funkcie. Vďaka tomu živý organizmus funguje a dokáže sa rozmnožovať.
Samotná alfa aminokyselina je organická karboxylová kyselina s aminoskupinou pripojenou k atómu uhlíka alfa. Ten sa nachádza vedľa karboxylovej skupiny. V tomto prípade sa proteínové monoméry považujú za organické látky, v ktorých koncový atóm uhlíka nesie amínovú aj karboxylovú skupinu.
Spojenie aminokyselín v peptidoch a proteínoch
Aminokyseliny sú spojené do dimérov, trimérov a polymérov prostredníctvom peptidovej väzby. Vzniká odštiepením hydroxylovej (-OH) skupiny z karboxylového miesta jednej alfa-aminokyseliny a vodíka (-H) z aminoskupiny ďalšej alfa-aminokyseliny. Výsledkom interakcie je odštiepenie vody a miesto C=O s voľným elektrónom v blízkosti uhlíka karboxylového zvyšku zostáva na karboxylovom konci. V aminoskupine inej kyseliny je zvyšok (NH) s existujúcim voľným radikálom na atóme dusíka. To umožňuje spojenie dvoch radikálov za vzniku väzby (CONH). Nazýva sa to peptid.
Alfa aminokyselinové varianty
Je známych 23 alfa-aminokyselín. Oni súuvedené ako: glycín, valín, alanín, izolecín, leucín, glutamát, aspartát, ornitín, treonín, serín, lyzín, cystín, cysteín, fenylalanín, metionín, tyrozín, prolín, tryptofán, hydroxyprolín, arginín, histidín, glutamín, asparagin. Podľa toho, či si ich ľudské telo dokáže syntetizovať, sa tieto aminokyseliny delia na neesenciálne a neesenciálne.
Koncept neesenciálnych a esenciálnych aminokyselín
Nahraditeľné látky si ľudské telo dokáže syntetizovať, zatiaľ čo to podstatné musí pochádzať iba z potravy. Zároveň sú esenciálne aj neesenciálne kyseliny dôležité pre biosyntézu bielkovín, pretože bez nich sa syntéza nedá dokončiť. Bez jednej aminokyseliny, aj keď sú prítomné všetky ostatné, nie je možné vytvoriť presne ten proteín, ktorý bunka potrebuje na vykonávanie svojich funkcií.
Jedna chyba v ktorejkoľvek fáze biosyntézy – a proteín už nie je vhodný, pretože sa nebude môcť zostaviť do požadovanej štruktúry v dôsledku narušenia elektronických hustôt a medziatómových interakcií. Preto je dôležité, aby človek (a iné organizmy) konzumoval bielkovinové potraviny, ktoré obsahujú esenciálne aminokyseliny. Ich absencia v potrave vedie k množstvu porúch metabolizmu bielkovín.
Proces tvorby peptidovej väzby
Jediné monoméry bielkovín sú alfa-aminokyseliny. Postupne sa spájajú do polypeptidového reťazca, ktorého štruktúra je vopred uložená v genetickom kóde DNA (alebo RNA, ak sa uvažuje o bakteriálnej biosyntéze). Proteín je striktná sekvencia aminokyselinových zvyškov. Toto je reťaz usporiadaná v určitom poradíštruktúra, ktorá vykonáva vopred naprogramovanú funkciu v bunke.
Sekvencia krokov biosyntézy bielkovín
Proces tvorby bielkovín pozostáva z reťazca krokov: replikácia úseku DNA (alebo RNA), syntéza informačného typu RNA, jej uvoľnenie do cytoplazmy bunky z jadra, spojenie s ribozómom a postupné pripojenie aminokyselinových zvyškov, ktoré sú dodávané transferovou RNA. Látka, ktorá je proteínovým monomérom, sa zúčastňuje enzymatickej reakcie eliminácie hydroxylovej skupiny a protónu vodíka a potom sa spája s rastúcim polypeptidovým reťazcom.
Tak sa získa polypeptidový reťazec, ktorý je už v bunkovom endoplazmatickom retikule usporiadaný do určitej vopred určenej štruktúry a v prípade potreby je doplnený sacharidovým alebo lipidovým zvyškom. Toto sa nazýva proces „dozrievania“proteínu, po ktorom je transportný bunkový systém odoslaný na miesto určenia.
Funkcie syntetizovaných bielkovín
Proteínové monoméry sú aminokyseliny potrebné na vybudovanie ich primárnej štruktúry. Sekundárna, terciárna a kvartérna štruktúra sa už tvorí sama, aj keď niekedy vyžaduje aj účasť enzýmov a iných látok. Už však nie sú nevyhnutné, aj keď sú nevyhnutné pre to, aby proteíny plnili svoju funkciu.
Aminokyselina, ktorá je proteínovým monomérom, môže mať miesta na pripojenie uhľohydrátov, kovov alebo vitamínov. Vytvorenie terciárnej alebo kvartérnej štruktúry umožňuje nájsť ešte viac miest pre inzerčné skupiny. To vám umožňuje vytvárať zproteínový derivát, ktorý hrá úlohu enzýmu, receptora, nosiča látok do bunky alebo z bunky, imunoglobulínu, štruktúrnej zložky membrány alebo bunkovej organely, svalového proteínu.
Proteíny, tvorené z aminokyselín, sú jediným základom života. A dnes sa verí, že život vznikol práve po objavení sa aminokyseliny a v dôsledku jej polymerizácie. Koniec koncov, je to intermolekulárna interakcia bielkovín, ktorá je začiatkom života, vrátane inteligentného života. Všetky ostatné biochemické procesy, vrátane energetických, sú nevyhnutné na realizáciu biosyntézy bielkovín a v dôsledku toho na ďalšie pokračovanie života.
