Proteine sind organische Substanzen.Diese makromolekularen Verbindungen zeichnen sich durch eine spezifische Zusammensetzung aus und zersetzen sich bei Hydrolyse in Aminosäuren. Proteinmoleküle können verschiedene Formen haben, viele von ihnen bestehen aus mehreren Polypeptidketten. Informationen über die Struktur des Proteins werden in der DNA kodiert, und der Prozess der Synthese von Proteinmolekülen wird als Translation bezeichnet.
Die chemische Zusammensetzung von Proteinen
Das durchschnittliche Protein enthält:
- 52% Kohlenstoff;
- 7% Wasserstoff;
- 12% Stickstoff;
- 21% Sauerstoff;
- 3% Schwefel.
Proteinmoleküle sind Polymere. Um ihre Struktur zu verstehen, ist es notwendig herauszufinden, was ihre Monomere - Aminosäuren sind.
Aminosäuren
Sie werden normalerweise in zwei Kategorien unterteilt:ständig treffen und manchmal treffen. Das erste enthält 18 Proteinmonomere und weitere 2 Amide: Asparaginsäure und Glutaminsäure. Manchmal werden nur drei Säuren gefunden.
Diese Säuren können auf verschiedene Arten klassifiziert werden: durch die Art der Seitenketten oder die Ladung ihrer Radikale, und sie können auch durch die Anzahl der CN- und COOH-Gruppen geteilt werden.
Primäre Proteinstruktur
Die Reihenfolge des Wechsels von Aminosäuren im ProteinDie Kette bestimmt die nachfolgenden Organisationsebenen, Eigenschaften und Funktionen. Die Hauptbindung zwischen Monomeren ist das Peptid. Es entsteht durch Entfernung von Wasserstoff aus einer Aminosäure und einer OH-Gruppe aus einer anderen.
Die erste Organisationsebene eines Proteinmoleküls istDies ist die Sequenz der Aminosäuren, einfach eine Kette, die die Struktur der Proteinmoleküle bestimmt. Es besteht aus einem "Skelett" mit einer regelmäßigen Struktur. Dies ist die sich wiederholende Sequenz –NH-CH-CO-. Separate Seitenketten werden durch Aminosäure (R) -Radikale dargestellt, deren Eigenschaften die Zusammensetzung der Struktur von Proteinen bestimmen.
Auch wenn die Struktur der Proteinmoleküle gleich ist, sind siekönnen sich in ihren Eigenschaften nur dadurch unterscheiden, dass ihre Monomere unterschiedliche Sequenzen in der Kette haben. Die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein wird durch Gene bestimmt und bestimmt dem Protein bestimmte biologische Funktionen. Die Sequenz der Monomere in den Molekülen, die für dieselbe Funktion verantwortlich sind, ist bei verschiedenen Spezies häufig eng. Solche Moleküle sind in ihrer Organisation identisch oder ähnlich und erfüllen in verschiedenen Arten von Organismen - homologen Proteinen - die gleichen Funktionen. Die Struktur, Eigenschaften und Funktionen zukünftiger Moleküle sind bereits im Stadium der Synthese der Aminosäurekette festgelegt.
Einige gemeinsame Merkmale
Die Struktur von Proteinen wurde lange untersucht undDie Analyse ihrer Primärstruktur ermöglichte es, einige Verallgemeinerungen vorzunehmen. Für eine große Anzahl von Proteinen ist das Vorhandensein aller zwanzig Aminosäuren charakteristisch, von denen Glycin, Alanin, Asparaginsäure, Glutamin besonders hoch sind und wenig Tryptophan, Arginin, Methionin und Histidin. Die einzigen Ausnahmen sind einige Gruppen von Proteinen, beispielsweise Histone. Sie werden für die DNA-Verpackung benötigt und enthalten viel Histidin.
Die zweite Verallgemeinerung: In globulären Proteinen gibt es keine allgemeinen Muster beim Wechsel von Aminosäuren. Aber auch Polypeptide mit einer entfernten biologischen Aktivität haben kleine identische Fragmente von Molekülen.
Sekundärstruktur
Die zweite Organisationsebene der Polypeptidkette -Dies ist seine räumliche Anordnung, die aufgrund von Wasserstoffbrücken erhalten bleibt. Die α-Helix und die β-Faltung werden unterschieden. Ein Teil der Kette hat keine geordnete Struktur, solche Zonen werden als amorph bezeichnet.
Alpha-Helix aller natürlichen ProteineRechtshändig. Seitliche Aminosäurereste in einer Helix sind immer nach außen gerichtet und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten ihrer Achse. Wenn sie unpolar sind, werden sie auf einer Seite der Spirale gruppiert, es werden Bögen erhalten, die Bedingungen für die Konvergenz verschiedener Spiralabschnitte schaffen.
Beta-Falten - stark verlängerte Helices - befinden sich in einem Proteinmolekül nebeneinander und bilden parallele und nicht parallele β-fache Schichten.
Protein-Tertiärstruktur
Die dritte Organisationsebene eines Proteinmoleküls istFalten von Spiralen, Falten und amorphen Bereichen zu einer kompakten Struktur. Dies ist auf die Wechselwirkung der Seitenradikale der Monomere miteinander zurückzuführen. Solche Verbindungen werden in verschiedene Typen unterteilt:
- Wasserstoffbrückenbindungen werden zwischen polaren Radikalen gebildet;
- hydrophob - zwischen unpolaren R-Gruppen;
- elektrostatische Anziehungskräfte (Ionenbindungen) - zwischen Gruppen, deren Ladungen entgegengesetzt sind;
- Disulfidbrücken - zwischen Cysteinradikalen.
Die letzte Art der Verbindung (-S = S-) istkovalente Wechselwirkung. Disulfidbrücken stärken Proteine, ihre Struktur wird haltbarer. Solche Verbindungen sind aber überhaupt nicht notwendig. Zum Beispiel kann es sehr wenig Cystein in der Polypeptidkette geben, oder seine Radikale befinden sich in der Nähe und können keine "Brücke" bilden.
Die vierte Organisationsebene
Nicht alle Proteine bilden eine quaternäre Struktur. Die Struktur von Proteinen auf der vierten Ebene wird durch die Anzahl der Polypeptidketten (Protomere) bestimmt. Sie sind durch dieselben Bindungen wie die vorherige Organisationsebene miteinander verbunden, mit Ausnahme von Disulfidbrücken. Ein Molekül besteht aus mehreren Protomeren, von denen jedes seine eigene spezielle (oder identische) Tertiärstruktur aufweist.
Alle Ebenen der Organisation definieren diese Funktionenwelches die resultierenden Proteine ausführen wird. Die Struktur von Proteinen auf der ersten Organisationsebene bestimmt sehr genau ihre spätere Rolle in der Zelle und im Körper als Ganzes.
Proteinfunktionen
Es ist schwer vorstellbar, wie wichtig die Rolle von Proteinen für die Zellaktivität ist. Oben haben wir ihre Struktur untersucht. Die Funktionen von Proteinen hängen direkt davon ab.
Sie erfüllen eine (strukturelle) Konstruktionsfunktionbilden die Basis des Zytoplasmas jeder lebenden Zelle. Diese Polymere sind das Hauptmaterial aller Zellmembranen, wenn sie mit Lipiden komplexiert sind. Dies schließt auch die Aufteilung der Zelle in Kompartimente ein, in denen jeweils ihre Reaktionen stattfinden. Tatsache ist, dass jeder Komplex zellulärer Prozesse seine eigenen Bedingungen erfordert, wobei der pH-Wert des Mediums eine besonders wichtige Rolle spielt. Proteine bilden dünne Septen, die die Zelle in sogenannte Kompartimente unterteilen. Und das Phänomen selbst wurde Kompartimentierung genannt.
Die katalytische Funktion besteht darin, alle Zellreaktionen zu regulieren. Alle Enzyme haben ihren Ursprung in einfachen oder komplexen Proteinen.
Jede Art von Bewegung von Organismen (Muskelarbeit,die Bewegung des Protoplasmas in der Zelle, das Blinken der Zilien bei Protozoen usw.) wird von Proteinen ausgeführt. Die Struktur von Proteinen ermöglicht es ihnen, sich zu bewegen, Fasern und Ringe zu bilden.
Die hormonelle Rolle dieser Polymere ist sofort klar: Eine Reihe von Hormonen sind Proteine in der Struktur, zum Beispiel Insulin, Oxytocin.
Die Reservefunktion wird dadurch bestimmt, dass Proteine in der Lage sind, Ablagerungen zu bilden. Zum Beispiel Ei-Valgumin, Milchkasein, Pflanzensamenproteine - sie speichern eine große Menge an Nährstoffen.
Alle Sehnen, Gelenke, Knochen des Skeletts, Hufe werden von Proteinen gebildet, was uns zu ihrer nächsten Funktion bringt - unterstützend.
Proteinmoleküle sind Rezeptoren, die bestimmte Substanzen selektiv erkennen. In dieser Rolle sind Glykoproteine und Lektine besonders bekannt.
Die wichtigsten Faktoren der Immunität - Antikörper und das SystemKomplement im Ursprung sind Proteine. Der Blutgerinnungsprozess basiert beispielsweise auf Veränderungen des Fibrinogen-Proteins. Die Innenwände der Speiseröhre und des Magens sind mit einer Schutzschicht aus Schleimproteinen - Lycinen - ausgekleidet. Toxine sind ebenfalls Proteine im Ursprung. Die Basis der Haut, die den Körper von Tieren schützt, ist Kollagen. Alle diese Funktionen von Proteinen sind schützend.
Nun, die letzte Funktion ist regulierend. Es gibt Proteine, die kontrollieren, wie das Genom funktioniert. Das heißt, sie regulieren Transkription und Translation.
Egal wie wichtig Proteine sind, die Struktur von Proteinen wurde von Wissenschaftlern lange Zeit enträtselt. Und jetzt entdecken sie neue Wege, dieses Wissen zu nutzen.
