Yaşamın tanımlarından biri şöyledir: "Yaşam, protein bedenlerin bir varoluş biçimidir." Gezegenimizde, istisnasız tüm organizmalar, proteinler gibi organik maddeler içerir. Bu makale basit ve karmaşık proteinleri tanımlayacak, moleküler yapıdaki farklılıkları tanımlayacak ve ayrıca hücredeki işlevlerini ele alacaktır.
Proteinler nelerdir
Biyokimya açısından bunlar, monomerleri 20 çeşit farklı amino asit olan yüksek moleküler organik polimerlerdir. Bunlar, peptit bağları olarak adlandırılan kovalent kimyasal bağlarla birbirine bağlanır. Protein monomerleri amfoterik bileşikler olduklarından hem amino grubu hem de karboksil fonksiyonel grubu içerirler. Aralarında bir CO-NH kimyasal bağı oluşur.
Bir polipeptit, amino asit kalıntılarından oluşuyorsa, basit bir protein oluşturur. Ek olarak metal iyonları, vitaminler, nükleo titler, karbonhidratlar içeren polimer molekülleri karmaşık proteinlerdir. Sonraki bizpolipep titlerin uzaysal yapısını düşünün.
Protein moleküllerinin organizasyon seviyeleri
Dört farklı konfigürasyonda gelirler. İlk yapı doğrusaldır, en basitidir ve bir polipeptit zinciri şeklindedir, spiralleşmesi sırasında ek hidrojen bağları oluşur. İkincil yapı olarak adlandırılan sarmalı stabilize ederler. Üçüncül organizasyon seviyesi, çoğu bitki ve hayvan hücresi olmak üzere basit ve karmaşık proteinlere sahiptir. Son konfigürasyon, kuaterner, koenzimler tarafından birleştirilen doğal yapının birkaç molekülünün etkileşiminden kaynaklanır, bu vücutta çeşitli işlevleri yerine getiren karmaşık proteinlerin yapısıdır.
Basit proteinlerin çeşitliliği
Bu polipeptit grubu çok sayıda değildir. Molekülleri sadece amino asit kalıntılarından oluşur. Proteinler, örneğin histonları ve globulinleri içerir. Birincisi, çekirdeğin yapısında sunulur ve DNA molekülleri ile birleştirilir. İkinci grup - globulinler - kan plazmasının ana bileşenleri olarak kabul edilir. Gama globulin gibi bir protein, bağışıklık koruma işlevlerini yerine getirir ve bir antikordur. Bu bileşikler, kompleks karbonhidratları ve proteinleri içeren kompleksler oluşturabilir. Kollajen ve elastin gibi fibriler basit proteinler bağ dokusu, kıkırdak, tendonlar ve derinin bir parçasıdır. Ana işlevleri inşaat ve destektir.
Protein tübülin, siliatlar, öglena, parazit kamçılıları gibi tek hücreli organizmaların kirpiklerinin ve kamçılarının bileşenleri olan mikrotübüllerin bir parçasıdır. Aynı protein çok hücreli organizmalarda bulunur (sperm kamçısı, yumurta kirpikleri, ince bağırsağın kirpikli epiteli).
Albümin proteini bir depolama işlevi gerçekleştirir (örneğin, yumurta akı). Tahıl bitkilerinin tohumlarının endosperminde - çavdar, pirinç, buğday - protein molekülleri birikir. Bunlara hücresel kapanımlar denir. Bu maddeler tohum tohumu tarafından gelişiminin başlangıcında kullanılır. Ayrıca buğday tanelerindeki yüksek protein içeriği un kalitesinin çok önemli bir göstergesidir. Glüten açısından zengin undan yapılan ekmek, yüksek bir tada sahiptir ve daha sağlıklıdır. Gluten, sözde durum buğdayı çeşitlerinde bulunur. Derin deniz balıklarının kan plazması, soğuktan ölmelerini önleyen proteinler içerir. Düşük su sıcaklıklarında vücudun ölümünü önleyen antifriz özelliklerine sahiptirler. Öte yandan, jeotermal kaynaklarda yaşayan termofilik bakterilerin hücre duvarı, doğal konfigürasyonlarını (üçüncül veya dördüncül yapı) koruyabilen ve +50 ila + 90 °С sıcaklık aralığında denatüre olmayan proteinler içerir.
Proteidler
Bunlar, gerçekleştirdikleri farklı işlevler nedeniyle büyük çeşitlilik ile karakterize edilen karmaşık proteinlerdir. Daha önce belirtildiği gibi, bu polipeptit grubu, protein kısmına ek olarak bir prostetik grup içerir. Yüksek sıcaklık, ağır metal tuzları, konsantre alkaliler ve asitler gibi çeşitli faktörlerin etkisi altında kompleks proteinler yapılarını değiştirebilirler.uzaysal form, basitleştirme. Bu fenomene denatürasyon denir. Kompleks proteinlerin yapısı bozulur, hidrojen bağları kopar ve moleküller özelliklerini ve işlevlerini kaybeder. Kural olarak, denatürasyon geri döndürülemez. Ancak katalitik, motor ve sinyal işlevlerini yerine getiren bazı polipep titler için renatürasyon mümkündür - proteinin doğal yapısının restorasyonu.
Stabilize edici faktörün etkisi uzun süre devam ederse, protein molekülü tamamen yok edilir. Bu, birincil yapının peptit bağlarının bölünmesine yol açar. Proteini ve işlevlerini eski haline getirmek artık mümkün değildir. Bu fenomene yıkım denir. Bir örnek tavuk yumurtasının kaynatılmasıdır: sıvı protein - üçüncül yapıda olan albümin tamamen yok edilir.
Protein biyosentezi
Canlı organizmaların polipep titlerinin bileşiminin, aralarında esansiyel olanların da bulunduğu 20 amino asit içerdiğini bir kez daha hatırlayın. Bunlar lisin, metionin, fenilalanin vb. İnce bağırsaktaki protein ürünlerinin parçalanmasından sonra kan dolaşımına girerler. Esansiyel olmayan amino asitleri (alanin, prolin, serin) sentezlemek için mantarlar ve hayvanlar azot içeren bileşikler kullanır. Ototrof olan bitkiler, bağımsız olarak, karmaşık proteinleri temsil eden tüm gerekli bileşik monomerleri oluşturur. Bunu yapmak için asimilasyon reaksiyonlarında nitrat, amonyak veya serbest nitrojen kullanırlar. Mikroorganizmalarda, bazı türler kendilerine tam bir amino asit seti sağlarken, diğerlerinde sadece bazı monomerler sentezlenir. AşamalarProtein biyosentezi, tüm canlı organizmaların hücrelerinde gerçekleşir. Transkripsiyon çekirdekte, çeviri ise hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir.
İlk aşama - mRNA öncülünün sentezi, RNA polimeraz enziminin katılımıyla gerçekleşir. DNA zincirleri arasındaki hidrojen bağlarını koparır ve bunlardan birinde tamamlayıcılık ilkesine göre bir pre-mRNA molekülü oluşturur. Dilimlenmeye uğrar, yani olgunlaşır ve daha sonra çekirdekten sitoplazmaya çıkarak bir matris ribonükleik asit oluşturur.
İkinci aşamanın uygulanması için özel organellere - ribozomlara ve ayrıca bilgi ve taşıma ribonükleik asit moleküllerine sahip olmak gerekir. Protein biyosentezini içeren plastik değişim reaksiyonları enerji emilimi ile gerçekleştiğinden, bir diğer önemli durum ATP moleküllerinin varlığıdır.
Enzimler, yapıları ve işlevleri
Bu, hücrelerdeki biyokimyasal reaksiyonların hızını etkileyen maddeler olarak işlev gören büyük bir protein grubudur (yaklaşık 2000). Basit (trepsin, pepsin) veya karmaşık olabilirler. Kompleks proteinler bir koenzim ve bir apoenzimden oluşur. Etki ettiği bileşiklere göre proteinin kendisinin özgüllüğü koenzimi belirler ve proteinlerin aktivitesi sadece protein bileşeni apoenzim ile ilişkili olduğunda gözlemlenir. Bir enzimin katalitik aktivitesi, molekülün tamamına değil, sadece aktif bölgeye bağlıdır. Yapısı, ilkeye göre katalize edilen maddenin kimyasal yapısına karşılık gelir."anahtar kilidi", bu nedenle enzimlerin etkisi kesinlikle spesifiktir. Karmaşık proteinlerin işlevleri hem metabolik süreçlere katılım hem de alıcı olarak kullanılmalarıdır.
Karmaşık protein sınıfları
Biyokimyacılar tarafından 3 kritere göre geliştirildiler: proteinlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, fonksiyonel özellikleri ve spesifik yapısal özellikleri. İlk grup, elektrokimyasal özelliklerde farklılık gösteren polipep titleri içerir. Bazik, nötr ve asidik olarak ayrılırlar. Su ile ilgili olarak, proteinler hidrofilik, amfifilik ve hidrofobik olabilir. İkinci grup, daha önce bizim tarafımızdan düşünülen enzimleri içerir. Üçüncü grup, prostetik grupların kimyasal bileşiminde farklılık gösteren polipep titleri içerir (bunlar kromoproteinler, nükleoproteinler, metalloproteinlerdir).
Karmaşık proteinlerin özelliklerini daha ayrıntılı olarak ele alalım. Örneğin, ribozomların bir parçası olan asidik bir protein 120 amino asit içerir ve evrenseldir. Hem prokaryotik hem de ökaryotik hücrelerin protein sentezleyen organellerinde bulunur. Bu grubun bir başka temsilcisi olan S-100 proteini, bir kalsiyum iyonu ile birbirine bağlanan iki zincirden oluşur. Sinir sisteminin destekleyici dokusu olan nöronların ve nöroglianın bir parçasıdır. Tüm asidik proteinlerin ortak bir özelliği, yüksek oranda dibazik karboksilik asit içeriğidir: glutamik ve aspartik. Alkali proteinler, DNA ve RNA'nın nükleik asitlerinin bir parçası olan proteinler olan histonları içerir. Kimyasal bileşimlerinin bir özelliği, büyük miktarda lizin ve arginindir. Histonlar, çekirdeğin kromatini ile birlikte, hücre kalıtımının en önemli yapıları olan kromozomları oluşturur. Bu proteinler, transkripsiyon ve translasyon süreçlerinde yer alır. Amfifilik proteinler, hücre zarlarında yaygın olarak bulunur ve bir lipoprotein çift tabakası oluşturur. Bu nedenle, yukarıda ele alınan karmaşık protein gruplarını inceledikten sonra, fizikokimyasal özelliklerinin protein bileşeninin yapısı ve prostetik gruplar tarafından belirlendiğine ikna olduk.
Bazı karmaşık hücre zarı proteinleri, antijenler gibi çeşitli kimyasal bileşikleri tanıyabilir ve bunlara yanıt verebilir. Bu, proteinlerin bir sinyal işlevidir, dış ortamdan gelen maddelerin seçici emilim süreçleri ve korunması için çok önemlidir.
Glikoproteinler ve proteoglikanlar
Protez gruplarının biyokimyasal bileşiminde birbirinden farklı olan karmaşık proteinlerdir. Protein bileşeni ile karbonhidrat kısmı arasındaki kimyasal bağlar kovalent-glikosidik ise, bu tür maddelere glikoproteinler denir. Apoenzimleri, mono- ve oligosakaritler molekülleri ile temsil edilir, bu tür proteinlerin örnekleri protrombin, fibrinojendir (kan pıhtılaşmasında yer alan proteinler). Kortiko- ve gonadotropik hormonlar, interferonlar, membran enzimleri de glikoproteinlerdir. Proteoglikan moleküllerinde protein kısmı sadece %5'tir, geri kalanı prostetik gruba (heteropolisakkarit) düşer. Her iki kısım da OH-treonin ve arginin gruplarının ve NH₂-glutamin ve lizin gruplarının bir glikosidik bağı ile bağlanır. Proteoglikan molekülleri, hücrenin su-tuz metabolizmasında çok önemli bir rol oynar. Aşağıdatarafımızdan incelenen karmaşık proteinlerin bir tablosunu sunar.
| Glikoproteinler | Proteoglikanlar |
| Protez gruplarının yapısal bileşenleri | |
| 1. Monosakkaritler (glikoz, galaktoz, mannoz) | 1. Hyaluronik Asit |
| 2. Oligosakkaritler (m altoz, laktoz, sakaroz) | 2. Kondroitik asit. |
| 3. Monosakkaritlerin asetillenmiş amino türevleri | 3. Heparin |
| 4. Deoksisakkaritler | |
| 5. Nöromik ve sialik asitler | |
Metalloproteinler
Bu maddeler moleküllerinde bir veya daha fazla metalin iyonlarını içerir. Yukarıdaki gruba ait karmaşık protein örneklerini düşünün. Bunlar öncelikle sitokrom oksidaz gibi enzimlerdir. Mitokondrinin kristasında bulunur ve ATP sentezini aktive eder. Ferrin ve transferrin, demir iyonları içeren proteinlerdir. Birincisi onları hücrelerde biriktirir ve ikincisi kanda bir taşıma proteinidir. Başka bir metalloprotein alfa-amelazdır, kalsiyum iyonları içerir, nişastanın parçalanmasına katılan tükürük ve pankreas suyunun bir parçasıdır. Hemoglobin hem metalloprotein hem de kromoproteindir. Oksijen taşıyan bir taşıma proteininin işlevlerini yerine getirir. Sonuç olarak, bileşik oksihemoglobin oluşur. Karbon monoksit olarak da adlandırılan karbon monoksit solunduğunda, molekülleri eritrosit hemoglobini ile çok kararlı bir bileşik oluşturur. Organlara ve dokulara hızla yayılarak zehirlenmeye neden olur.hücreler. Sonuç olarak, uzun süreli karbon monoksit solunması ile boğulma nedeniyle ölüm meydana gelir. Hemoglobin ayrıca katabolizma süreçlerinde oluşan karbondioksiti kısmen aktarır. Kan akışıyla birlikte, karbondioksit akciğerlere ve böbreklere ve onlardan - dış ortama girer. Bazı kabuklular ve yumuşakçalarda hemosiyanin oksijen taşıyan proteindir. Demir yerine bakır iyonları içerdiğinden hayvanların kanı kırmızı değil mavidir.
Klorofil Fonksiyonları
Daha önce de belirttiğimiz gibi, kompleks proteinler pigmentler - renkli organik maddeler ile kompleksler oluşturabilir. Renkleri, belirli güneş ışığı spektrumlarını seçici olarak emen kromoform gruplarına bağlıdır. Bitki hücrelerinde yeşil plas titler vardır - pigment klorofil içeren kloroplastlar. Magnezyum atomlarından ve polihidrik alkol fitolünden oluşur. Protein molekülleri ile ilişkilidirler ve kloroplastların kendileri tilakoidler (plakalar) veya yığınlara bağlı zarlar içerir - grana. Fotosentetik pigmentler - klorofiller - ve ek karotenoidler içerirler. İşte fotosentetik reaksiyonlarda kullanılan tüm enzimler. Böylece, klorofil içeren kromoproteinler metabolizmada, yani asimilasyon ve disimilasyon reaksiyonlarında en önemli işlevleri yerine getirirler.
Viral proteinler
Vira Aleminin parçası olan hücresel olmayan yaşam formlarının temsilcileri tarafından tutulurlar. Virüslerin kendi protein sentezleme aparatları yoktur. Nükleik asitler, DNA veya RNA, senteze neden olabilirVirüsün bulaştığı hücrenin kendisi tarafından kendi parçacıkları. Basit virüsler yalnızca, tütün mozaik virüsü gibi sarmal veya çokyüzlü yapılar halinde kompakt bir şekilde bir araya getirilmiş protein moleküllerinden oluşur. Karmaşık virüsler, konakçı hücrenin plazma zarının bir parçasını oluşturan ek bir zara sahiptir. Glikoproteinleri (hepatit B virüsü, çiçek hastalığı virüsü) içerebilir. Glikoproteinlerin ana işlevi, konak hücre zarı üzerindeki spesifik reseptörlerin tanınmasıdır. Ek viral zarflar, DNA replikasyonunu veya RNA transkripsiyonunu sağlayan enzim proteinlerini de içerir. Yukarıdakilere dayanarak, şu sonuca varılabilir: viral partiküllerin zarf proteinleri, konakçı hücrenin zar proteinlerine bağlı olan spesifik bir yapıya sahiptir.
Bu yazıda karmaşık proteinleri tanımladık, çeşitli canlı organizmaların hücrelerindeki yapılarını ve işlevlerini inceledik.
