Protein là cơ sở của sự sống của tế bào và cơ thể. Thực hiện một số lượng lớn các chức năng trong các mô sống, nó thực hiện các khả năng chính: tăng trưởng, hoạt động quan trọng, di chuyển và sinh sản. Trong trường hợp này, tế bào tự tổng hợp một protein, đơn phân của nó là một axit amin. Vị trí của nó trong cấu trúc cơ bản của protein được lập trình bởi mã di truyền, mã này được di truyền. Ngay cả việc chuyển gen từ tế bào mẹ sang tế bào con cũng chỉ là một ví dụ về việc truyền thông tin về cấu trúc của protein. Điều này làm cho nó trở thành một phân tử là nền tảng của sự sống sinh học.
Đặc điểm chung của cấu trúc protein
Các phân tử protein được tổng hợp trong tế bào là các polyme sinh học.
Trong protein, đơn phân luôn là một axit amin và sự kết hợp của chúng tạo nên chuỗi chính của phân tử. Nó được gọi là cấu trúc cơ bản của phân tử protein, sau này tự phát hoặc dưới tác động của các chất xúc tác sinh học được biến đổi thành cấu trúc bậc hai, bậc ba hoặc cấu trúc miền.
Cấu trúc cấp hai và cấp ba
Protein thứ cấpcấu trúc là một sự thay đổi không gian của chuỗi chính liên quan đến sự hình thành các liên kết hydro ở các vùng cực. Vì lý do này, chuỗi được gấp thành vòng hoặc xoắn thành hình xoắn ốc, chiếm ít không gian hơn. Tại thời điểm này, điện tích cục bộ của các phần của phân tử thay đổi, dẫn đến sự hình thành cấu trúc bậc ba - cấu trúc hình cầu. Các phần uốn cong hoặc xoắn ốc được xoắn lại thành các quả bóng với sự trợ giúp của các liên kết disulfua.
Bản thân các quả bóng cho phép bạn tạo thành một cấu trúc đặc biệt cần thiết để thực hiện các chức năng được lập trình. Điều quan trọng là ngay cả sau khi biến đổi như vậy, đơn phân của protein vẫn là một axit amin. Điều này cũng xác nhận rằng trong quá trình hình thành cấu trúc bậc ba và bậc bốn của protein, trình tự axit amin chính không thay đổi.
Đặc điểm của các đơn phân protein
Tất cả các protein đều là polyme, các đơn phân của chúng là axit amin. Đây là những hợp chất hữu cơ được tổng hợp bởi một tế bào sống hoặc nhập vào nó dưới dạng chất dinh dưỡng. Trong số này, một phân tử protein được tổng hợp trên ribosome bằng cách sử dụng chất nền RNA thông tin với mức tiêu tốn năng lượng rất lớn. Bản thân axit amin là những hợp chất có hai nhóm hóa học hoạt động: một gốc cacboxyl và một nhóm amin nằm ở nguyên tử cacbon alpha. Chính cấu trúc này cho phép phân tử được gọi là axit alpha-amino có khả năng hình thành liên kết peptit. Các đơn phân protein chỉ là các axit amin alpha.
Hình thành liên kết peptit
Liên kết peptit là một nhóm hóa học phân tử được tạo thành bởi các nguyên tử cacbon, oxy, hydro và nitơ. Nó được hình thành trong quá trình tách nước từ nhóm cacboxyl của một axit alpha-amino và nhóm amin của một axit khác. Trong trường hợp này, gốc hydroxyl được tách ra khỏi gốc cacboxyl, kết hợp với proton của nhóm amin, tạo thành nước. Kết quả là hai axit amin được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị có cực CONH.
Chỉ axit alpha-amino, đơn phân của protein của cơ thể sống, mới có thể hình thành nó. Có thể quan sát sự hình thành liên kết peptit trong phòng thí nghiệm, mặc dù rất khó để tổng hợp một cách chọn lọc một phân tử nhỏ trong dung dịch. Các đơn phân protein là các axit amin, và cấu trúc của nó được lập trình bởi mã di truyền. Do đó, các axit amin phải được kết nối theo một thứ tự được chỉ định nghiêm ngặt. Điều này là không thể xảy ra trong một dung dịch trong điều kiện cân bằng hỗn loạn, và do đó vẫn không thể tổng hợp nhân tạo một loại protein phức tạp. Nếu có thiết bị cho phép lắp ráp phân tử theo thứ tự nghiêm ngặt, việc bảo trì nó sẽ khá tốn kém.
Tổng hợp protein trong tế bào sống
Trong một tế bào sống, tình hình được đảo ngược, vì nó có một bộ máy sinh tổng hợp phát triển. Tại đây, các đơn phân của phân tử protein có thể được lắp ráp thành các phân tử theo một trình tự nghiêm ngặt. Nó được lập trình bởi mã di truyền được lưu trữ trong các nhiễm sắc thể. Nếu cần tổng hợp một loại protein hoặc enzym cấu trúc nào đó, thì quá trình đọc mã ADN và hình thành chất nền (vàRNA) mà từ đó protein được tổng hợp. Đơn phân sẽ tham gia dần vào chuỗi polypeptit đang phát triển trên bộ máy của ribôxôm. Sau khi hoàn thành quá trình này, một chuỗi các gốc axit amin sẽ được tạo ra, chuỗi này tự phát hoặc trong quá trình enzym sẽ tạo thành cấu trúc thứ cấp, bậc ba hoặc cấu trúc miền.
Các quy luật sinh tổng hợp
Cần nêu bật một số đặc điểm của quá trình sinh tổng hợp protein, truyền thông tin di truyền và việc thực hiện nó. Chúng nói dối rằng DNA và RNA là những chất đồng nhất bao gồm các đơn phân giống nhau. Cụ thể, DNA được tạo thành từ các nucleotide, giống như RNA. Sau đó được trình bày dưới dạng RNA thông tin, vận chuyển và ribosome. Điều này có nghĩa là toàn bộ bộ máy tế bào chịu trách nhiệm lưu trữ thông tin di truyền và sinh tổng hợp protein là một tổng thể duy nhất. Do đó, nhân tế bào với ribosome, cũng là các phân tử RNA miền, nên được coi là một bộ máy toàn bộ để lưu trữ các gen và việc thực hiện chúng.
Tính năng thứ hai của quá trình sinh tổng hợp protein, đơn phân của nó là một axit alpha-amino, là xác định thứ tự gắn kết chặt chẽ của chúng. Mỗi axit amin phải đảm nhận vị trí của nó trong cấu trúc protein chính. Điều này được đảm bảo bởi bộ máy được mô tả ở trên để lưu trữ và thực hiện thông tin di truyền. Lỗi có thể xảy ra trong nó, nhưng chúng sẽ được loại bỏ bởi nó. Trong trường hợp lắp ráp sai, phân tử sẽ bị phá hủy và quá trình sinh tổng hợp sẽ bắt đầu lại.
