Một trong những định nghĩa về sự sống như sau: "Sự sống là một cách tồn tại của các cơ thể protein." Trên hành tinh của chúng ta, không có ngoại lệ, tất cả các sinh vật đều chứa các chất hữu cơ như protein. Bài viết này sẽ mô tả các protein đơn giản và phức tạp, xác định sự khác biệt trong cấu trúc phân tử và cũng xem xét các chức năng của chúng trong tế bào.
Protein là gì
Theo quan điểm của hóa sinh, đây là những polyme hữu cơ cao phân tử, đơn phân của 20 loại axit amin khác nhau. Chúng liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, hay còn gọi là liên kết peptit. Vì đơn phân protein là hợp chất lưỡng tính nên chúng chứa cả nhóm amin và nhóm chức cacboxyl. Giữa chúng xảy ra liên kết hóa học CO-NH.
Nếu polypeptit bao gồm các gốc axit amin, nó sẽ tạo thành một protein đơn giản. Các phân tử polyme bổ sung chứa các ion kim loại, vitamin, nucleotit, cacbohydrat là những protein phức tạp. Chúng tôi tiếp theoxem xét cấu trúc không gian của polypeptit.
Các cấp độ tổ chức của phân tử protein
Chúng có bốn cấu hình khác nhau. Cấu trúc đầu tiên là tuyến tính, nó là cấu trúc đơn giản nhất và có dạng chuỗi polypeptit; trong quá trình xoắn khuẩn của nó, các liên kết hydro bổ sung được hình thành. Chúng ổn định chuỗi xoắn, được gọi là cấu trúc thứ cấp. Tổ chức cấp ba có protein đơn giản và phức tạp, hầu hết các tế bào động thực vật. Cấu hình cuối cùng, cấu hình bậc bốn, phát sinh từ sự tương tác của một số phân tử có cấu trúc tự nhiên, được liên kết bởi các coenzyme, đây là cấu trúc của các protein phức tạp thực hiện các chức năng khác nhau trong cơ thể.
Đa dạng của các protein đơn giản
Nhóm polypeptit này không nhiều. Phân tử của chúng chỉ bao gồm các gốc axit amin. Protein bao gồm, ví dụ, histone và globulin. Đầu tiên được trình bày trong cấu trúc của nhân và được kết hợp với các phân tử DNA. Nhóm thứ hai - globulin - được coi là thành phần chính của huyết tương. Một protein như gamma globulin thực hiện các chức năng bảo vệ miễn dịch và là một kháng thể. Những hợp chất này có thể tạo thành phức hợp bao gồm các loại carbohydrate và protein phức tạp. Các protein đơn giản dạng sợi như collagen và elastin là một phần của mô liên kết, sụn, gân và da. Chức năng chính của chúng là xây dựng và hỗ trợ.
Protein tubulin là một phần của các vi ống, là thành phần của lông mao và lông roi của các sinh vật đơn bào như trùng roi, euglena, trùng roi ký sinh. Loại protein tương tự cũng được tìm thấy trong các sinh vật đa bào (trùng roi, lông mao của trứng, biểu mô có lông mao của ruột non).
Protein albumin thực hiện chức năng lưu trữ (ví dụ, lòng trắng trứng). Trong nội nhũ của hạt cây ngũ cốc - lúa mạch đen, lúa, lúa mì - các phân tử protein tích tụ. Chúng được gọi là thể vùi tế bào. Những chất này được mầm hạt sử dụng khi bắt đầu phát triển. Ngoài ra, hàm lượng protein cao trong hạt lúa mì là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá chất lượng bột mì. Bánh mì nướng từ bột mì giàu gluten có hương vị thơm ngon và tốt cho sức khỏe hơn. Gluten được chứa trong cái gọi là giống lúa mì cứng. Huyết tương của cá biển sâu có chứa protein giúp chúng không bị chết vì lạnh. Chúng có đặc tính chống đông, ngăn ngừa sự chết của cơ thể ở nhiệt độ nước thấp. Mặt khác, thành tế bào của vi khuẩn ưa nhiệt sống trong các suối địa nhiệt chứa các protein có thể giữ nguyên cấu trúc tự nhiên của chúng (cấu trúc bậc ba hoặc bậc bốn) và không bị biến tính trong khoảng nhiệt độ từ +50 đến + 90 ° С.
Proteids
Đây là những protein phức tạp, có đặc điểm là rất đa dạng do các chức năng khác nhau mà chúng thực hiện. Như đã nói trước đó, nhóm polypeptit này, ngoài phần protein, còn chứa một nhóm chân giả. Dưới tác động của các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ cao, muối của kim loại nặng, kiềm và axit đậm đặc, các protein phức tạp có thể thay đổihình thức không gian, đơn giản hóa nó. Hiện tượng này được gọi là sự biến tính. Cấu trúc của các protein phức tạp bị phá vỡ, các liên kết hydro bị phá vỡ và các phân tử bị mất các đặc tính và chức năng của chúng. Như một quy luật, biến tính là không thể đảo ngược. Nhưng đối với một số polypeptit thực hiện các chức năng xúc tác, vận động và tín hiệu, có thể được biến tính - khôi phục cấu trúc tự nhiên của protein.
Nếu tác động của yếu tố gây mất ổn định xảy ra trong thời gian dài, phân tử protein sẽ bị phá hủy hoàn toàn. Điều này dẫn đến sự phân cắt các liên kết peptit của cấu trúc sơ cấp. Không còn khả năng phục hồi protein và các chức năng của nó. Hiện tượng này được gọi là sự phá hủy. Một ví dụ là việc luộc trứng gà: protein lỏng - albumin, ở cấu trúc bậc ba, bị phá hủy hoàn toàn.
Sinh tổng hợp protein
Nhắc lại một lần nữa rằng thành phần polypeptit của cơ thể sống bao gồm 20 axit amin, trong đó có những axit thiết yếu. Đó là lysine, methionine, phenylalanine,… Chúng đi vào máu từ ruột non sau quá trình phân hủy các sản phẩm protein trong đó. Để tổng hợp các axit amin không thiết yếu (alanin, prolin, serin), nấm và động vật sử dụng các hợp chất chứa nitơ. Thực vật, là sinh vật tự dưỡng, độc lập hình thành tất cả các đơn phân hợp chất cần thiết, đại diện cho các protein phức tạp. Để làm điều này, họ sử dụng nitrat, amoniac hoặc nitơ tự do trong các phản ứng đồng hóa của họ. Ở vi sinh vật, một số loài tự cung cấp cho mình một bộ axit amin hoàn chỉnh, trong khi ở những loài khác chỉ tổng hợp một số đơn phân. Các giai đoạnsinh tổng hợp protein xảy ra trong tế bào của tất cả các cơ thể sống. Phiên mã xảy ra trong nhân và dịch mã xảy ra trong tế bào chất của tế bào.
Giai đoạn đầu tiên - tổng hợp tiền chất mRNA xảy ra với sự tham gia của enzyme RNA polymerase. Nó phá vỡ liên kết hydro giữa các sợi DNA, và trên một trong số chúng, theo nguyên tắc bổ sung, nó lắp ráp một phân tử tiền mRNA. Nó trải qua quá trình cắt lát, nghĩa là, nó trưởng thành, và sau đó thoát ra khỏi nhân vào tế bào chất, tạo thành ma trận axit ribonucleic.
Để thực hiện giai đoạn thứ hai, cần có các bào quan đặc biệt - ribosome, cũng như các phân tử của axit ribonucleic thông tin và vận chuyển. Một điều kiện quan trọng khác là sự hiện diện của các phân tử ATP, vì các phản ứng trao đổi nhựa, bao gồm sinh tổng hợp protein, xảy ra với sự hấp thụ năng lượng.
Enzyme, cấu trúc và chức năng của chúng
Đây là một nhóm lớn các protein (khoảng 2000) hoạt động như các chất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong tế bào. Chúng có thể đơn giản (trepsin, pepsin) hoặc phức tạp. Các protein phức tạp bao gồm một coenzyme và một apoenzyme. Tính đặc hiệu của bản thân protein đối với các hợp chất mà nó tác động quyết định coenzyme và hoạt động của protein chỉ được quan sát khi thành phần protein được liên kết với apoenzyme. Hoạt tính xúc tác của enzym không phụ thuộc vào toàn bộ phân tử mà chỉ phụ thuộc vào vị trí hoạt động. Cấu trúc của nó tương ứng với cấu trúc hóa học của chất được xúc tác theo nguyên tắc"key-lock", vì vậy hoạt động của các enzym là đặc hiệu nghiêm ngặt. Các chức năng của protein phức hợp là tham gia vào quá trình trao đổi chất và sử dụng chúng như chất nhận.
Các loại protein phức hợp
Chúng được phát triển bởi các nhà hóa sinh dựa trên 3 tiêu chí: đặc tính vật lý và hóa học, tính năng chức năng và đặc điểm cấu trúc cụ thể của protein. Nhóm đầu tiên bao gồm các polypeptit khác nhau về tính chất điện hóa. Chúng được chia thành bazơ, trung tính và axit. Liên quan đến nước, protein có thể ưa nước, lưỡng tính và kỵ nước. Nhóm thứ hai bao gồm các enzym, đã được chúng tôi xem xét trước đó. Nhóm thứ ba bao gồm các polypeptit khác nhau về thành phần hóa học của các nhóm chân tay giả (đây là các chromoprotein, nucleoprotein, metalloprotein).
Hãy xem xét các đặc tính của protein phức tạp một cách chi tiết hơn. Ví dụ, một protein có tính axit là một phần của ribosom chứa 120 axit amin và có tính phổ quát. Nó được tìm thấy trong các bào quan tổng hợp protein của cả tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực. Một đại diện khác của nhóm này, protein S-100, bao gồm hai chuỗi được liên kết bởi một ion canxi. Nó là một phần của tế bào thần kinh và tế bào thần kinh - mô hỗ trợ của hệ thần kinh. Đặc tính chung của tất cả các protein có tính axit là hàm lượng cao các axit cacboxylic di bazơ: glutamic và aspartic. Protein kiềm bao gồm histone - protein là một phần của axit nucleic của DNA và RNA. Một tính năng trong thành phần hóa học của chúng là một lượng lớn lysine và arginine. Các histon, cùng với chất nhiễm sắc của nhân, tạo thành nhiễm sắc thể - cấu trúc quan trọng nhất của tính di truyền tế bào. Các protein này tham gia vào quá trình phiên mã và dịch mã. Các protein lưỡng tính hiện diện rộng rãi trong màng tế bào, tạo thành một lớp kép lipoprotein. Vì vậy, sau khi nghiên cứu các nhóm protein phức tạp được xem xét ở trên, chúng tôi tin rằng các đặc tính hóa lý của chúng được xác định bởi cấu trúc của thành phần protein và các nhóm chân tay giả.
Một số protein màng tế bào phức tạp có thể nhận biết và phản ứng với các hợp chất hóa học khác nhau, chẳng hạn như kháng nguyên. Đây là một chức năng báo hiệu của protein, nó rất quan trọng đối với quá trình hấp thụ có chọn lọc các chất từ môi trường bên ngoài và để bảo vệ nó.
Glycoprotein và proteoglycan
Chúng là những protein phức tạp khác nhau về thành phần sinh hóa của các nhóm chân tay giả. Nếu các liên kết hóa học giữa thành phần protein và phần carbohydrate là cộng hóa trị-glycosidic, những chất như vậy được gọi là glycoprotein. Apoenzyme của chúng được đại diện bởi các phân tử mono- và oligosaccharid, ví dụ về các protein như vậy là prothrombin, fibrinogen (các protein tham gia vào quá trình đông máu). Cortico- và hormone hướng sinh dục, interferon, enzym màng cũng là glycoprotein. Trong phân tử proteoglycan, phần protein chỉ chiếm 5%, phần còn lại rơi vào nhóm chân giả (heteropolysaccharide). Cả hai phần được kết nối bằng liên kết glycosidic của nhóm OH-threonine và arginine và các nhóm NH₂-glutamine và lysine. Các phân tử proteoglycan đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa nước-muối của tế bào. Phía dướitrình bày một bảng các protein phức tạp do chúng tôi nghiên cứu.
| Glycoprotein | Proteoglycans |
| Thành phần cấu tạo của nhóm chân giả | |
| 1. Monosaccharid (glucose, galactose, mannose) | 1. Axit hyaluronic |
| 2. Oligosaccharides (m altose, lactose, sucrose) | 2. Axit chondroitic. |
| 3. Các dẫn xuất amino axetyl hóa của monosaccharid | 3. Heparin |
| 4. Deoxysaccharides | |
| 5. Axit Neuramic và axit sialic | |
Metalloprotein
Những chất này chứa các ion của một hoặc nhiều kim loại trong phân tử của chúng. Hãy xem xét các ví dụ về các protein phức tạp thuộc nhóm trên. Đây chủ yếu là các enzym như cytochrome oxidase. Nó nằm trên các mấu của ti thể và kích hoạt quá trình tổng hợp ATP. Ferrin và transferrin là những protein có chứa các ion sắt. Loại đầu tiên lắng đọng chúng trong các tế bào, và loại thứ hai là một protein vận chuyển trong máu. Một metalloprotein khác là alpha-amelase, nó chứa các ion canxi, là một phần của nước bọt và dịch tụy, tham gia vào quá trình phân hủy tinh bột. Hemoglobin vừa là metalloprotein vừa là chromoprotein. Nó thực hiện các chức năng của một protein vận chuyển, mang oxy. Kết quả là, hợp chất oxyhemoglobin được hình thành. Khi hít phải khí carbon monoxide, còn được gọi là carbon monoxide, các phân tử của nó tạo thành một hợp chất rất bền với hemoglobin của hồng cầu. Nó nhanh chóng lây lan qua các cơ quan và mô, gây ngộ độc.tế bào. Kết quả là, khi hít phải khí carbon monoxide kéo dài, tử vong xảy ra do ngạt thở. Hemoglobin cũng chuyển một phần carbon dioxide được hình thành trong quá trình dị hóa. Theo dòng chảy của máu, carbon dioxide đi vào phổi và thận, và từ chúng - ra môi trường bên ngoài. Ở một số loài giáp xác và động vật thân mềm, hemocyanin là protein vận chuyển oxy. Thay vì sắt, nó chứa các ion đồng, vì vậy máu của động vật không có màu đỏ mà là màu xanh lam.
Chức năng của diệp lục
Như chúng ta đã đề cập trước đó, các protein phức tạp có thể tạo phức với sắc tố - các chất hữu cơ có màu. Màu sắc của chúng phụ thuộc vào các nhóm chromoform hấp thụ một cách chọn lọc các quang phổ nhất định của ánh sáng mặt trời. Trong tế bào thực vật có plastids màu lục - lục lạp có chứa sắc tố diệp lục. Nó bao gồm các nguyên tử magiê và phytol rượu polyhydric. Chúng liên kết với các phân tử protein, và bản thân lục lạp chứa thylakoid (tấm), hoặc màng được kết nối thành từng đống - grana. Chúng chứa các sắc tố quang hợp - chất diệp lục - và các carotenoid bổ sung. Đây là tất cả các enzym được sử dụng trong các phản ứng quang hợp. Do đó, chromoprotein, bao gồm chất diệp lục, thực hiện các chức năng quan trọng nhất trong quá trình trao đổi chất, cụ thể là trong các phản ứng đồng hóa và phân hủy.
Protein siêu vi
Chúng được lưu giữ bởi các đại diện của các dạng sống không tế bào là một phần của Vương quốc Vira. Virus không có bộ máy tổng hợp protein của riêng chúng. Axit nucleic, DNA hoặc RNA, có thể gây ra sự tổng hợphạt của chính tế bào bị nhiễm virut. Các vi rút đơn giản chỉ bao gồm các phân tử protein được tập hợp chặt chẽ thành các cấu trúc xoắn ốc hoặc đa diện, chẳng hạn như vi rút khảm thuốc lá. Các vi rút phức tạp có một màng bổ sung tạo thành một phần của màng sinh chất của tế bào chủ. Nó có thể bao gồm glycoprotein (vi rút viêm gan B, vi rút đậu mùa). Chức năng chính của glycoprotein là nhận biết các thụ thể cụ thể trên màng tế bào chủ. Các vỏ ngoài của virus cũng bao gồm các protein enzyme đảm bảo sao chép DNA hoặc phiên mã RNA. Dựa trên những điều trên, có thể rút ra kết luận sau: các protein vỏ của các phần tử virus có cấu trúc cụ thể phụ thuộc vào các protein màng của tế bào chủ.
Trong bài viết này, chúng tôi đã mô tả các protein phức tạp, nghiên cứu cấu trúc và chức năng của chúng trong tế bào của các sinh vật sống khác nhau.
