Jedna od definicija života je sljedeća: "Život je način postojanja proteinskih tijela." Na našoj planeti, bez izuzetka, svi organizmi sadrže takve organske tvari kao što su proteini. Ovaj članak će opisati jednostavne i složene proteine, identificirati razlike u molekularnoj strukturi, a također će razmotriti njihove funkcije u ćeliji.
Šta su proteini
Sa stanovišta biohemije, to su visokomolekularni organski polimeri, čiji su monomeri 20 vrsta različitih aminokiselina. Oni su međusobno povezani kovalentnim hemijskim vezama, inače zvanim peptidnim vezama. Pošto su proteinski monomeri amfoterna jedinjenja, oni sadrže i amino grupu i karboksilnu funkcionalnu grupu. Između njih nastaje CO-NH hemijska veza.
Ako se polipeptid sastoji od aminokiselinskih ostataka, on formira jednostavan protein. Molekuli polimera koji dodatno sadrže ione metala, vitamine, nukleotide, ugljikohidrate su složeni proteini. Sledeći mirazmotriti prostornu strukturu polipeptida.
Nivoi organizacije proteinskih molekula
Dolaze u četiri različite konfiguracije. Prva struktura je linearna, najjednostavnija je i ima oblik polipeptidnog lanca; prilikom njegove spiralizacije nastaju dodatne vodonične veze. Oni stabiliziraju spiralu, koja se naziva sekundarna struktura. Tercijarni nivo organizacije ima jednostavne i složene proteine, većinu biljnih i životinjskih ćelija. Posljednja konfiguracija, kvartarna, nastaje interakcijom nekoliko molekula prirodne strukture, ujedinjenih koenzimima, ovo je struktura složenih proteina koji obavljaju različite funkcije u tijelu.
Različitost jednostavnih proteina
Ova grupa polipeptida nije brojna. Njihovi molekuli se sastoje samo od ostataka aminokiselina. Proteini uključuju, na primjer, histone i globuline. Prvi su predstavljeni u strukturi jezgra i kombinovani su sa molekulima DNK. Druga grupa - globulini - smatraju se glavnim komponentama krvne plazme. Protein kao što je gama globulin obavlja funkciju imunološke zaštite i predstavlja antitijelo. Ova jedinjenja mogu formirati komplekse koji uključuju složene ugljene hidrate i proteine. Vlaknasti jednostavni proteini poput kolagena i elastina dio su vezivnog tkiva, hrskavice, tetiva i kože. Njihove glavne funkcije su konstrukcija i podrška.
Proteinski tubulin je dio mikrotubula, koji su sastavni dijelovi cilija i bičaka jednoćelijskih organizama kao što su cilijati, euglena, parazitski flagelati. Isti protein se nalazi u višećelijskim organizmima (zastavice sperme, cilije jajeta, trepetasti epitel tankog crijeva).
Albuminski protein obavlja funkciju skladištenja (na primjer, bjelanjak). U endospermu sjemena biljaka žitarica - raži, pirinča, pšenice - akumuliraju se proteinski molekuli. Zovu se ćelijske inkluzije. Ove supstance koristi klica sjemena na početku svog razvoja. Osim toga, visok sadržaj proteina u zrnu pšenice je veoma važan pokazatelj kvaliteta brašna. Hleb pečen od brašna bogatog glutenom ima visok ukus i zdraviji je. Gluten se nalazi u takozvanim sortama durum pšenice. Krvna plazma dubokomorskih riba sadrži proteine koji ih sprečavaju da umru od hladnoće. Imaju svojstva antifriza, sprečavajući smrt tijela na niskim temperaturama vode. S druge strane, ćelijski zid termofilnih bakterija koje žive u geotermalnim izvorima sadrži proteine koji mogu zadržati svoju prirodnu konfiguraciju (tercijarna ili kvartarna struktura) i ne denaturirati u temperaturnom rasponu od +50 do +90 °S.
Proteidi
Ovo su složeni proteini koje karakteriše velika raznolikost zbog različitih funkcija koje obavljaju. Kao što je ranije navedeno, ova grupa polipeptida, pored proteinskog dijela, sadrži i prostetičku grupu. Pod uticajem različitih faktora, kao što su visoka temperatura, soli teških metala, koncentrisane lužine i kiseline, kompleksni proteini mogu promeniti svojprostorni oblik, pojednostavljujući ga. Ova pojava se naziva denaturacija. Struktura složenih proteina je prekinuta, vodikove veze su prekinute, a molekuli gube svoja svojstva i funkcije. Po pravilu, denaturacija je nepovratna. Ali za neke polipeptide koji obavljaju katalitičke, motoričke i signalne funkcije moguća je renaturacija - obnova prirodne strukture proteina.
Ako se djelovanje destabilizirajućeg faktora odvija duže vrijeme, proteinski molekul je potpuno uništen. To dovodi do cijepanja peptidnih veza primarne strukture. Više nije moguće vratiti protein i njegove funkcije. Ovaj fenomen se zove destrukcija. Primjer je kuhanje kokošjih jaja: tekući protein - albumin, koji je u tercijarnoj strukturi, potpuno je uništen.
Biosinteza proteina
Podsjetimo još jednom da sastav polipeptida živih organizama uključuje 20 aminokiselina, među kojima ima i esencijalnih. To su lizin, metionin, fenilalanin itd. Oni ulaze u krvotok iz tankog crijeva nakon razgradnje proteinskih produkata u njemu. Za sintetizaciju neesencijalnih aminokiselina (alanin, prolin, serin), gljive i životinje koriste spojeve koji sadrže dušik. Biljke, kao autotrofi, samostalno formiraju sve potrebne složene monomere, koji predstavljaju kompleksne proteine. Da bi to učinili, koriste nitrate, amonijak ili slobodni dušik u svojim reakcijama asimilacije. Kod mikroorganizama, neke vrste obezbjeđuju sebi kompletan set aminokiselina, dok se kod drugih sintetiziraju samo neki monomeri. Fazebiosinteza proteina odvija se u ćelijama svih živih organizama. Transkripcija se dešava u jezgru, a translacija se dešava u citoplazmi ćelije.
Prva faza - sinteza prekursora mRNA odvija se uz učešće enzima RNA polimeraze. Razbija vodonične veze između lanaca DNK, a na jednom od njih, po principu komplementarnosti, sklapa pre-mRNA molekul. Podvrgava se rezanju, odnosno sazrijeva, a zatim izlazi iz jezgra u citoplazmu, formirajući matričnu ribonukleinsku kiselinu.
Za realizaciju druge etape potrebno je imati posebne organele - ribozome, kao i molekule informacionih i transportnih ribonukleinskih kiselina. Drugi važan uslov je prisustvo ATP molekula, jer se reakcije plastične izmjene, koje uključuju biosintezu proteina, odvijaju uz apsorpciju energije.
Enzimi, njihova struktura i funkcije
Ovo je velika grupa proteina (oko 2000) koji deluju kao supstance koje utiču na brzinu biohemijskih reakcija u ćelijama. Mogu biti jednostavne (trepsin, pepsin) ili složene. Složeni proteini se sastoje od koenzima i apoenzima. Specifičnost samog proteina u odnosu na spojeve na koje djeluje određuje koenzim, a aktivnost proteina se opaža samo kada je proteinska komponenta povezana s apoenzimom. Katalitička aktivnost enzima ne ovisi o cijeloj molekuli, već samo o aktivnom mjestu. Njegova struktura po principu odgovara hemijskoj strukturi katalizirane supstance"ključ-brava", pa je djelovanje enzima strogo specifično. Funkcije složenih proteina su i učešće u metaboličkim procesima i njihova upotreba kao akceptora.
Klase složenih proteina
Razvili su ih biohemičari na osnovu 3 kriterijuma: fizičkih i hemijskih svojstava, funkcionalnih karakteristika i specifičnih strukturnih karakteristika proteina. Prva grupa uključuje polipeptide koji se razlikuju po elektrohemijskim svojstvima. Dijele se na bazične, neutralne i kisele. U odnosu na vodu, proteini mogu biti hidrofilni, amfifilni i hidrofobni. Druga grupa uključuje enzime, koje smo ranije razmatrali. Treća grupa uključuje polipeptide koji se razlikuju po hemijskom sastavu prostetičkih grupa (to su hromoproteini, nukleoproteini, metaloproteini).
Razmotrimo detaljnije svojstva kompleksnih proteina. Na primjer, kiseli protein koji je dio ribozoma sadrži 120 aminokiselina i univerzalan je. Nalazi se u organelama prokariotskih i eukariotskih ćelija koje sintetišu proteine. Drugi predstavnik ove grupe, protein S-100, sastoji se od dva lanca povezana jonom kalcijuma. Dio je neurona i neuroglije - potpornog tkiva nervnog sistema. Zajedničko svojstvo svih kiselih proteina je visok sadržaj dvobaznih karboksilnih kiselina: glutaminske i asparaginske. Alkalni proteini uključuju histone - proteine koji su dio nukleinskih kiselina DNK i RNK. Karakteristika njihovog hemijskog sastava je velika količina lizina i arginina. Histoni, zajedno s hromatinom jezgre, formiraju hromozome - najvažnije strukture nasljeđa ćelije. Ovi proteini su uključeni u procese transkripcije i translacije. Amfifilni proteini su široko prisutni u ćelijskim membranama, formirajući dvosloj lipoproteina. Dakle, nakon proučavanja grupa složenih proteina koje smo prethodno razmatrali, bili smo uvjereni da su njihova fizičko-hemijska svojstva određena strukturom proteinske komponente i prostetičkih grupa.
Neki kompleksni proteini ćelijske membrane su u stanju da prepoznaju i reaguju na različita hemijska jedinjenja, kao što su antigeni. Ovo je signalna funkcija proteina, veoma je važna za procese selektivne apsorpcije supstanci koje dolaze iz spoljašnje sredine i za njenu zaštitu.
Glikoproteini i proteoglikani
Oni su složeni proteini koji se međusobno razlikuju po biohemijskom sastavu protetskih grupa. Ako su kemijske veze između proteinske komponente i ugljikohidratnog dijela kovalentno-glikozidne, takve tvari se nazivaju glikoproteini. Njihov apoenzim predstavljaju molekule mono- i oligosaharida, primjeri takvih proteina su protrombin, fibrinogen (proteini uključeni u koagulaciju krvi). Kortiko- i gonadotropni hormoni, interferoni, membranski enzimi su takođe glikoproteini. U molekulima proteoglikana, proteinski dio je samo 5%, ostatak otpada na prostetičku grupu (heteropolisaharid). Oba dijela su povezana glikozidnom vezom OH-treonin i argininske grupe i NH2-glutaminske i lizinske grupe. Molekuli proteoglikana igraju veoma važnu ulogu u metabolizmu vode i soli u ćeliji. Ispodpredstavlja tabelu složenih proteina koje smo mi proučavali.
| Glikoproteini | Proteoglikani |
| Strukturne komponente protetskih grupa | |
| 1. Monosaharidi (glukoza, galaktoza, manoza) | 1. Hijaluronska kiselina |
| 2. Oligosaharidi (m altoza, laktoza, saharoza) | 2. hondroitna kiselina. |
| 3. Acetilirani amino derivati monosaharida | 3. Heparin |
| 4. Deoksisaharidi | |
| 5. Neuraminska i sijalinska kiselina | |
Metaloproteini
Ove supstance sadrže jone jednog ili više metala u svojim molekulima. Razmotrimo primjere kompleksnih proteina koji pripadaju gornjoj grupi. To su prvenstveno enzimi kao što je citokrom oksidaza. Nalazi se na kristama mitohondrija i aktivira sintezu ATP-a. Ferin i transferin su proteini koji sadrže ione gvožđa. Prvi ih taloži u ćelijama, a drugi je transportni protein u krvi. Drugi metaloprotein je alfa-amelaza, sadrži ione kalcija, dio je pljuvačke i soka pankreasa, sudjeluje u razgradnji škroba. Hemoglobin je i metaloprotein i hromoprotein. Obavlja funkciju transportnog proteina, prenoseći kisik. Kao rezultat, nastaje spoj oksihemoglobin. Kada se ugljični monoksid, inače nazvan ugljični monoksid, udiše, njegovi molekuli formiraju vrlo stabilno jedinjenje sa hemoglobinom eritrocita. Brzo se širi kroz organe i tkiva, uzrokujući trovanje.ćelije. Kao rezultat toga, uz produženo udisanje ugljičnog monoksida, dolazi do smrti od gušenja. Hemoglobin također djelimično prenosi ugljični dioksid koji nastaje u procesima katabolizma. S protokom krvi ugljični dioksid ulazi u pluća i bubrege, a iz njih - u vanjsko okruženje. Kod nekih rakova i mekušaca, hemocijanin je protein koji prenosi kiseonik. Umesto gvožđa, sadrži ione bakra, tako da krv životinja nije crvena, već plava.
Funkcije hlorofila
Kao što smo ranije spomenuli, kompleksni proteini mogu formirati komplekse sa pigmentima - obojenim organskim supstancama. Njihova boja zavisi od hromoformskih grupa koje selektivno apsorbuju određene spektre sunčeve svetlosti. U biljnim ćelijama nalaze se zeleni plastidi - hloroplasti koji sadrže pigment hlorofil. Sastoji se od atoma magnezija i polihidričnog alkohola fitola. Oni su povezani sa proteinskim molekulima, a sami hloroplasti sadrže tilakoide (ploče), odnosno membrane povezane u hrpe - grane. Sadrže fotosintetske pigmente - hlorofile - i dodatne karotenoide. Ovdje su svi enzimi koji se koriste u fotosintetskim reakcijama. Dakle, hromoproteini, koji uključuju hlorofil, obavljaju najvažnije funkcije u metabolizmu, odnosno u reakcijama asimilacije i disimilacije.
Virusni proteini
Čuvaju ih predstavnici nećelijskih oblika života koji su dio Carstva Vira. Virusi nemaju svoj aparat za sintezu proteina. Nukleinske kiseline, DNK ili RNK, mogu izazvati sintezuvlastite čestice od strane same ćelije inficirane virusom. Jednostavni virusi se sastoje samo od proteinskih molekula kompaktno sastavljenih u spiralne ili poliedarske strukture, kao što je virus mozaika duhana. Kompleksni virusi imaju dodatnu membranu koja čini dio plazma membrane ćelije domaćina. Može uključivati glikoproteine (virus hepatitisa B, virus malih boginja). Glavna funkcija glikoproteina je prepoznavanje specifičnih receptora na membrani ćelije domaćina. Dodatne virusne ovojnice također uključuju enzimske proteine koji osiguravaju replikaciju DNK ili transkripciju RNK. Na osnovu prethodno navedenog, može se izvesti sljedeći zaključak: proteini omotača virusnih čestica imaju specifičnu strukturu koja zavisi od membranskih proteina ćelije domaćina.
U ovom članku smo okarakterisali složene proteine, proučavali njihovu strukturu i funkcije u ćelijama različitih živih organizama.
