Protein là chất hữu cơ. Các hợp chất cao phân tử này được đặc trưng bởi một thành phần nhất định và phân hủy thành các axit amin khi thủy phân. Các phân tử protein có nhiều hình dạng khác nhau, nhiều phân tử được tạo thành từ nhiều chuỗi polypeptit. Thông tin về cấu trúc của protein được mã hóa trong DNA và quá trình tổng hợp protein được gọi là dịch mã.
Thành phần hóa học của protein
Protein trung bình chứa:
- 52% cacbon;
- 7% hydro;
- 12% nitơ;
- 21% oxy;
- 3% lưu huỳnh.
Phân tử protein là các polyme. Để hiểu cấu trúc của chúng, cần phải biết các đơn phân của chúng, axit amin, là gì.
Axit amin
Chúng thường được chia thành hai loại: xảy ra liên tục và thỉnh thoảng xảy ra. Trước đây bao gồm 18 đơn phân protein và thêm 2 amit: axit aspartic và glutamic. Đôi khi chỉ có ba axit.
Các axit này có thể được phân loại theo nhiều cách: theo bản chất của các chuỗi bên hoặc điện tích của các gốc của chúng, chúng cũng có thể được chia theo số nhóm CN và COOH.
Cấu trúc cơ bản của protein
Trình tự của các axit amin trong chuỗi protein quyết địnhcác cấp độ tổ chức, thuộc tính và chức năng tiếp theo của nó. Loại liên kết chính giữa các monome là peptit. Nó được hình thành bằng cách tách hydro từ một axit amin và một nhóm OH từ một axit amin khác.
Cấp độ tổ chức đầu tiên của phân tử protein là trình tự các axit amin trong đó, đơn giản là một chuỗi quyết định cấu trúc của phân tử protein. Nó bao gồm một "bộ xương" có cấu trúc đều đặn. Đây là một dãy lặp -NH-CH-CO-. Các chuỗi bên riêng biệt được đại diện bởi các gốc axit amin (R), đặc tính của chúng quyết định thành phần cấu trúc của protein.
Ngay cả khi cấu trúc của các phân tử protein giống nhau, chúng có thể khác nhau về tính chất chỉ vì các đơn phân của chúng có trình tự khác nhau trong chuỗi. Sự sắp xếp của các axit amin trong protein được xác định bởi các gen và quy định các chức năng sinh học nhất định của protein. Trình tự của các đơn phân trong các phân tử đảm nhiệm cùng một chức năng thường gần nhau ở các loài khác nhau. Các phân tử như vậy - giống nhau hoặc giống nhau về tổ chức và thực hiện các chức năng giống nhau ở các dạng sinh vật khác nhau - là các protein tương đồng. Cấu trúc, đặc tính và chức năng của các phân tử trong tương lai đã được trình bày ở giai đoạn tổng hợp chuỗi axit amin.
Một số đặc điểm chung
Cấu trúc của protein đã được nghiên cứu trong một thời gian dài, và việc phân tích cấu trúc chính của chúng cho phép chúng tôi đưa ra một số khái quát. Hầu hết các protein được đặc trưng bởi sự hiện diện của tất cả 20 axit amin, trong đó đặc biệt có nhiều glycine, alanin, axit aspartic, glutamine và ít tryptophan, arginine, methionine,histidine. Các trường hợp ngoại lệ duy nhất là một số nhóm protein, ví dụ, histone. Chúng cần thiết cho quá trình đóng gói DNA và chứa nhiều histidine.
Tổng quát thứ hai: trong các protein hình cầu không có các mô hình chung về sự luân phiên của các axit amin. Nhưng ngay cả những polypeptit ở xa trong hoạt động sinh học cũng có những đoạn phân tử nhỏ giống hệt nhau.
Cấu trúc thứ cấp
Cấp độ tổ chức thứ hai của chuỗi polypeptit là sự sắp xếp theo không gian của nó, được hỗ trợ bởi các liên kết hydro. Phân bổ xoắn α và gấp β. Một phần của chuỗi không có cấu trúc có trật tự, những vùng như vậy được gọi là vô định hình.
Chuỗi xoắn alpha của tất cả các protein tự nhiên đều thuận tay phải. Các gốc bên của axit amin trong chuỗi xoắn luôn hướng ra ngoài và nằm ở hai phía đối diện với trục của nó. Nếu chúng không phân cực, chúng được nhóm lại ở một phía của đường xoắn ốc, tạo ra các vòng cung tạo điều kiện cho sự hội tụ của các phần xoắn ốc khác nhau.
Nếp gấp beta - xoắn ốc rất dài - có xu hướng nằm cạnh nhau trong phân tử protein và tạo thành các lớp xếp nếp β song song và không song song.
Cấu trúc protein bậc ba
Cấp độ tổ chức thứ ba của phân tử protein là sự gấp khúc của các đường xoắn ốc, các nếp gấp và các phần vô định hình thành một cấu trúc nhỏ gọn. Điều này là do sự tương tác của các gốc phụ của các monome với nhau. Các kết nối như vậy được chia thành nhiều loại:
- liên kết hydro hình thành giữa các gốc phân cực;
- kỵ- giữa các nhóm R không phân cực;
- lực hút tĩnh điện (liên kết ion) - giữa các nhóm có điện tích trái dấu;
- cầu nối disulfide giữa các gốc cysteine.
Loại liên kết cuối cùng (–S=S-) là tương tác cộng hóa trị. Cầu nối disulfide củng cố protein, cấu trúc của chúng trở nên bền hơn. Nhưng những kết nối như vậy là không bắt buộc. Ví dụ: có thể có rất ít cysteine trong chuỗi polypeptide hoặc các gốc của nó nằm gần đó và không thể tạo ra "cầu nối".
Cấp độ tổ chức thứ tư
Không phải tất cả các protein đều tạo thành cấu trúc bậc bốn. Cấu trúc của protein ở cấp độ thứ tư được xác định bởi số lượng chuỗi polypeptit (đồng phân). Chúng được kết nối với nhau bằng các liên kết giống như cấp độ tổ chức trước đó, ngoại trừ cầu nối disulfua. Một phân tử bao gồm một số chất proton, mỗi chất đều có cấu trúc bậc ba đặc biệt (hoặc giống hệt nhau) của riêng nó.
Tất cả các cấp độ tổ chức xác định các chức năng mà các protein kết quả sẽ thực hiện. Cấu trúc của protein ở cấp độ tổ chức đầu tiên xác định rất chính xác vai trò tiếp theo của chúng trong tế bào và toàn bộ cơ thể.
Chức năng của Protein
Thật khó để tưởng tượng vai trò của protein trong hoạt động tế bào quan trọng như thế nào. Ở trên, chúng tôi đã xem xét cấu trúc của chúng. Các chức năng của protein phụ thuộc trực tiếp vào nó.
Thực hiện chức năng xây dựng (cấu trúc), chúng tạo nên cơ sở của tế bào chất của bất kỳ tế bào sống nào. Các polyme này là vật liệu chính của tất cả các màng tế bào khiđược tạo phức với lipid. Điều này cũng bao gồm việc phân chia tế bào thành các ngăn, mỗi ngăn có những phản ứng riêng. Thực tế là mỗi quá trình phức tạp của tế bào đòi hỏi những điều kiện riêng, đặc biệt là độ pH của môi trường đóng một vai trò quan trọng. Protein xây dựng các vách ngăn mỏng chia tế bào thành các ngăn được gọi là. Và bản thân hiện tượng này được gọi là ngăn cách.
Chức năng xúc tác là điều hòa mọi phản ứng của tế bào. Tất cả các enzym đều có nguồn gốc là protein đơn giản hoặc phức tạp.
Bất kỳ loại chuyển động nào của sinh vật (hoạt động của cơ bắp, chuyển động của nguyên sinh chất trong tế bào, sự nhấp nháy của lông mao trong động vật nguyên sinh, v.v.) đều do protein thực hiện. Cấu trúc của protein cho phép chúng di chuyển, tạo thành sợi và vòng.
Chức năng vận chuyển là nhiều chất được vận chuyển qua màng tế bào bởi các protein mang đặc biệt.
Vai trò nội tiết tố của các polyme này ngay lập tức rõ ràng: một số nội tiết tố là protein trong cấu trúc, ví dụ, insulin, oxytocin.
Chức năng phụ được xác định bởi thực tế là các protein có khả năng tạo cặn. Ví dụ, valgumin trứng, casein sữa, protein hạt thực vật - chúng lưu trữ một lượng lớn chất dinh dưỡng.
Tất cả các gân, khớp xương, xương của bộ xương, móng guốc đều được hình thành bởi protein, đưa chúng ta đến chức năng tiếp theo của chúng - hỗ trợ.
Phân tử protein là thụ thể, thực hiện việc nhận biết có chọn lọc một số chất. Với vai trò này, glycoprotein và lectin đặc biệt được biết đến.
Quan trọng nhấtcác yếu tố miễn dịch - kháng thể và hệ thống bổ thể theo nguồn gốc là protein. Ví dụ, quá trình đông máu dựa trên những thay đổi trong protein fibrinogen. Các bức tường bên trong của thực quản và dạ dày được lót bằng một lớp bảo vệ của các protein nhầy - licins. Độc tố cũng có nguồn gốc là protein. Cơ sở của lớp da bảo vệ cơ thể của động vật là collagen. Tất cả các chức năng của protein này đều có tác dụng bảo vệ.
Chà, chức năng cuối cùng là quản lý. Có những protein kiểm soát công việc của bộ gen. Tức là, chúng điều chỉnh quá trình phiên mã và dịch mã.
Cho dù vai trò của protein quan trọng như thế nào thì cấu trúc của protein đã được các nhà khoa học làm sáng tỏ từ rất lâu. Và bây giờ họ đang khám phá những cách mới để sử dụng kiến thức này.
