โปรตีน: โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน

โปรตีนเป็นสารอินทรีย์สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยองค์ประกอบเฉพาะและสลายตัวเป็นกรดอะมิโนเมื่อไฮโดรไลซิส โมเลกุลของโปรตีนสามารถมีได้หลายรูปแบบ โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์หลายสาย ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนถูกเข้ารหัสใน DNA และกระบวนการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนเรียกว่าการแปล

องค์ประกอบทางเคมีของโปรตีน

โปรตีนเฉลี่ยประกอบด้วย:

• คาร์บอน 52%;
• ไฮโดรเจน 7%;
• ไนโตรเจน 12%;
• ออกซิเจน 21%;
• กำมะถัน 3%

โมเลกุลของโปรตีนเป็นโพลีเมอร์ เพื่อให้เข้าใจโครงสร้างของมัน จำเป็นต้องรู้ว่าโมโนเมอร์ของพวกมันคืออะไร - กรดอะมิโน -

กรดอะมิโน

พวกเขามักจะแบ่งออกเป็นสองประเภท:เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว ในอดีตประกอบด้วยโปรตีนโมโนเมอร์ 18 ชนิดและเอไมด์อีก 2 ชนิด ได้แก่ กรดแอสปาร์ติกและกลูตามิก บางครั้งมีเพียงสามกรด

กรดเหล่านี้สามารถจำแนกได้หลายวิธี: โดยธรรมชาติของสายด้านข้างหรือประจุของรากของพวกมัน กรดเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้ด้วยจำนวนกลุ่ม CN และ COOH

โครงสร้างโปรตีนเบื้องต้น

ลำดับการสลับของกรดอะมิโนในโปรตีนchain กำหนดระดับขององค์กร คุณสมบัติ และหน้าที่ตามมา พันธะหลักระหว่างโมโนเมอร์คือเปปไทด์ เกิดขึ้นจากการกำจัดไฮโดรเจนออกจากกรดอะมิโนตัวหนึ่งและหมู่ OH ออกจากอีกกลุ่มหนึ่ง

ระดับแรกของการจัดระเบียบโมเลกุลโปรตีนคือมันเป็นลำดับของกรดอะมิโนในนั้น เป็นเพียงสายโซ่ที่กำหนดโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีน ประกอบด้วย "โครงกระดูก" ที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ นี่คือลำดับการทำซ้ำ –NH-CH-CO- ห่วงโซ่ด้านข้างแต่ละอันแสดงโดยอนุมูลกรดอะมิโน (R) คุณสมบัติของพวกมันกำหนดองค์ประกอบของโครงสร้างของโปรตีน

แม้ว่าโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนจะเหมือนกันก็ตามสามารถแตกต่างกันในคุณสมบัติเฉพาะจากความจริงที่ว่าโมโนเมอร์ของพวกมันมีลำดับที่แตกต่างกันในสายโซ่ ลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนถูกกำหนดโดยยีนและกำหนดหน้าที่ทางชีววิทยาบางอย่างของโปรตีน ลำดับของโมโนเมอร์ในโมเลกุลที่มีหน้าที่เดียวกันมักจะคล้ายกันในสปีชีส์ต่างๆ โมเลกุลดังกล่าว - เหมือนกันหรือคล้ายกันในองค์กรและทำหน้าที่เดียวกันในสิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ - เป็นโปรตีนที่คล้ายคลึงกัน โครงสร้าง คุณสมบัติ และหน้าที่ของโมเลกุลในอนาคตถูกวางไว้ในขั้นตอนของการสังเคราะห์สายกรดอะมิโน

คุณสมบัติทั่วไปบางอย่าง

โครงสร้างของโปรตีนได้รับการศึกษามาเป็นเวลานานและการวิเคราะห์โครงสร้างหลักทำให้เราสามารถสรุปได้ โปรตีนจำนวนมากมีลักษณะเฉพาะจากการมีกรดอะมิโนทั้งหมด 20 ชนิด ซึ่งไกลซีน อะลานีน กรดแอสปาร์ติก กลูตามีนมีทริปโตเฟน อาร์จินีน เมไทโอนีน และฮิสทิดีนเพียงเล็กน้อย ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือโปรตีนบางกลุ่ม เช่น ฮิสโตน จำเป็นสำหรับบรรจุภัณฑ์ DNA และมีฮิสทิดีนจำนวนมาก

ลักษณะทั่วไปที่สอง: ในโปรตีนทรงกลมไม่มีรูปแบบทั่วไปในการสลับกรดอะมิโน แต่ถึงกระนั้นโพลีเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่อยู่ห่างไกลก็มีชิ้นส่วนโมเลกุลเล็ก ๆ เหมือนกัน

โครงสร้างรอง

ระดับที่สองของการจัดระเบียบของสายโซ่โพลีเปปไทด์ -นี่คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ซึ่งคงไว้เนื่องจากพันธะไฮโดรเจน α-helix และ β-fold มีความโดดเด่น ส่วนหนึ่งของห่วงโซ่ไม่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบโซนดังกล่าวเรียกว่าอสัณฐาน

เกลียวอัลฟ่าของโปรตีนธรรมชาติทั้งหมดมือขวา. อนุมูลของกรดอะมิโนด้านข้างในเกลียวมักจะหันออกด้านนอกและตั้งอยู่ด้านตรงข้ามของแกน ถ้าพวกมันไม่มีขั้ว พวกมันจะถูกจัดกลุ่มที่ด้านหนึ่งของก้นหอย จะได้ส่วนโค้ง ซึ่งสร้างเงื่อนไขสำหรับการบรรจบกันของส่วนเกลียวต่างๆ

เบต้าโฟลด์ - เกลียวที่ยาวมาก - มักจะอยู่เคียงข้างกันในโมเลกุลโปรตีนและสร้างชั้นβ-fold แบบขนานและไม่ขนานกัน

โครงสร้างระดับอุดมศึกษาของโปรตีน

ระดับที่สามของการจัดระเบียบของโมเลกุลโปรตีนคือการพับเกลียว รอยพับ และพื้นที่อสัณฐานให้เป็นโครงสร้างที่กะทัดรัด นี่เป็นเพราะการทำงานร่วมกันของอนุมูลด้านข้างของโมโนเมอร์ซึ่งกันและกัน การเชื่อมต่อดังกล่าวแบ่งออกเป็นหลายประเภท:

• พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างอนุมูลเชิงขั้ว
• ไม่ชอบน้ำ - ระหว่างกลุ่ม R ที่ไม่มีขั้ว;
• แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต (พันธะไอออนิก) - ระหว่างกลุ่มที่มีประจุตรงข้าม
• สะพานซัลไฟด์ - ระหว่างซิสเทอีนอนุมูล

ประเภทสุดท้ายของการเชื่อมต่อ (-S = S-) คือปฏิสัมพันธ์ของโควาเลนต์ สะพานไดซัลไฟด์เสริมสร้างโปรตีนโครงสร้างจะคงทนมากขึ้น แต่การมีอยู่ของการเชื่อมต่อดังกล่าวไม่จำเป็นเลย ตัวอย่างเช่น ซิสเทอีนในสายโซ่โพลีเปปไทด์อาจมีน้อยมาก หรืออนุมูลของมันอยู่ใกล้ ๆ และไม่สามารถสร้าง "สะพาน" ได้

ระดับที่สี่ขององค์กร

ไม่ใช่โปรตีนทั้งหมดที่มีโครงสร้างเป็นสี่ส่วนโครงสร้างของโปรตีนที่ระดับที่สี่ถูกกำหนดโดยจำนวนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ (โปรโตเมอร์) พวกเขาผูกมัดซึ่งกันและกันด้วยพันธะเดียวกันกับระดับก่อนหน้าขององค์กร ยกเว้นสะพานไดซัลไฟด์ โมเลกุลประกอบด้วยโปรโตเมอร์หลายตัว ซึ่งแต่ละตัวมีโครงสร้างตติยภูมิพิเศษ (หรือเหมือนกัน) ของตัวเอง

ทุกระดับขององค์กรกำหนดหน้าที่เหล่านั้นซึ่งจะทำหน้าที่ผลิตโปรตีนที่เกิดขึ้น โครงสร้างของโปรตีนในระดับแรกขององค์กรกำหนดบทบาทที่ตามมาในเซลล์และร่างกายโดยรวมได้อย่างแม่นยำมาก

หน้าที่ของโปรตีน

เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงความสำคัญของโปรตีนในการทำงานของเซลล์ ด้านบน เราตรวจสอบโครงสร้างของมัน หน้าที่ของโปรตีนขึ้นอยู่กับมันโดยตรง

ดำเนินการก่อสร้าง (โครงสร้าง) ฟังก์ชั่นพวกเขาสร้างพื้นฐานของไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่มีชีวิต โพลีเมอร์เหล่านี้เป็นวัสดุหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดเมื่อเกิดสารเชิงซ้อนกับไขมัน ซึ่งรวมถึงการแบ่งเซลล์ออกเป็นส่วนๆ ซึ่งแต่ละเซลล์จะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นเอง ความจริงก็คือแต่ละกระบวนการของเซลล์ที่ซับซ้อนต้องมีเงื่อนไขของตัวเอง pH ของตัวกลางมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง โปรตีนสร้างผนังกั้นบางๆ ที่แบ่งเซลล์ออกเป็นช่องๆ ที่เรียกว่า และปรากฏการณ์นั้นเองถูกเรียกว่าการแบ่งส่วน

หน้าที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการควบคุมปฏิกิริยาของเซลล์ทั้งหมด เอนไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีนที่เรียบง่ายหรือซับซ้อนในแหล่งกำเนิด

การเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด (การทำงานของกล้ามเนื้อการเคลื่อนไหวของโปรโตพลาสซึมในเซลล์ การกระพริบตาในโปรโตซัว ฯลฯ ) ดำเนินการโดยโปรตีน โครงสร้างของโปรตีนช่วยให้พวกมันเคลื่อนไหว สร้างเส้นใยและวงแหวน

ฟังก์ชั่นการขนส่งอยู่ในความจริงที่ว่าสารหลายชนิดถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยโปรตีนพาหะพิเศษ

บทบาทของฮอร์โมนของพอลิเมอร์เหล่านี้ชัดเจนในทันที: ฮอร์โมนจำนวนหนึ่งเป็นโปรตีนในโครงสร้าง เช่น อินซูลิน ออกซิโทซิน

ฟังก์ชันสำรองถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าโปรตีนสามารถสร้างแหล่งสะสมได้ ตัวอย่างเช่น วาลกูมินไข่ เคซีนนม โปรตีนจากเมล็ดพืช - เก็บสารอาหารไว้เป็นจำนวนมาก

เอ็นทั้งหมด, ข้อต่อ, กระดูกของโครงกระดูก, กีบถูกสร้างขึ้นโดยโปรตีนซึ่งนำเราไปสู่การทำงานต่อไป - รองรับ

โมเลกุลของโปรตีนเป็นตัวรับ ทำหน้าที่รับรู้สารบางชนิด ในบทบาทดังกล่าว ไกลโคโปรตีนและเลกตินเป็นที่รู้จักโดยเฉพาะ

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดของภูมิคุ้มกัน - แอนติบอดีและระบบส่วนเติมเต็มในแหล่งกำเนิดคือโปรตีน ตัวอย่างเช่น กระบวนการแข็งตัวของเลือดขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนไฟบริโนเจน ผนังด้านในของหลอดอาหารและกระเพาะอาหารเรียงรายไปด้วยชั้นป้องกันของโปรตีนเมือก - ไลซิน สารพิษยังเป็นโปรตีนในแหล่งกำเนิด พื้นฐานของผิวหนังที่ปกป้องร่างกายของสัตว์คือคอลลาเจน หน้าที่ทั้งหมดของโปรตีนเหล่านี้สามารถป้องกันได้

ฟังก์ชั่นสุดท้ายคือการกำกับดูแล มีโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของจีโนม นั่นคือพวกเขาควบคุมการถอดความและการแปล

ไม่ว่าโปรตีนจะมีความสำคัญเพียงใด นักวิทยาศาสตร์ได้คลี่คลายโครงสร้างของโปรตีนมาเป็นเวลานาน และตอนนี้พวกเขากำลังค้นพบวิธีใหม่ๆ ในการใช้ความรู้นี้