Như bạn đã biết, protein là cơ sở cho nguồn gốc của sự sống trên hành tinh của chúng ta. Theo lý thuyết Oparin-Haldane, chính giọt coacervate, bao gồm các phân tử peptit, đã trở thành cơ sở cho sự ra đời của các sinh vật. Điều này là không thể nghi ngờ, bởi vì phân tích thành phần bên trong của bất kỳ đại diện nào của sinh khối cho thấy rằng những chất này được tìm thấy trong mọi thứ: thực vật, động vật, vi sinh vật, nấm, vi rút. Hơn nữa, chúng rất đa dạng và có bản chất cao phân tử.
Các cấu trúc này có bốn tên, chúng đều là từ đồng nghĩa:
- protein;
- protein;
- polypeptit;
- peptit.
Phân tử protein
Số của họ thật là khôn lường. Hơn nữa, tất cả các phân tử protein có thể được chia thành hai nhóm lớn:
- đơn giản - chỉ bao gồm các chuỗi axit amin được nối với nhau bằng liên kết peptit;
- complex - cấu trúc và cấu trúc của protein được đặc trưng bởi các nhóm protolytic (bộ phận giả) bổ sung, còn được gọi là đồng yếu tố.
Đồng thời, các phân tử phức tạp cũng có cách phân loại riêng.
Sự phân chia các peptit phức tạp
- Glycoprotein là hợp chất có liên quan chặt chẽ giữa protein và carbohydrate. vào cấu trúc của phân tửcác nhóm mucopolysaccharid giả được đan xen vào nhau.
- Lipoprotein là một hợp chất phức tạp của protein và lipid.
- Metalloprotein - các ion kim loại (sắt, mangan, đồng và các chất khác) hoạt động như một nhóm chân tay giả.
- Nucleoprotein - kết nối của protein và axit nucleic (DNA, RNA).
- Phosphoprotein - cấu trúc của protein và dư lượng axit orthophosphoric.
- Chromoprotein - rất giống với metalloprotein, tuy nhiên, phần tử là một phần của nhóm chân tay giả là một phức hợp toàn màu (đỏ - huyết sắc tố, xanh lá cây - diệp lục, v.v.).
Mỗi nhóm được coi là có cấu trúc và tính chất khác nhau của protein. Các chức năng mà chúng thực hiện cũng khác nhau tùy thuộc vào loại phân tử.
Cấu trúc hóa học của protein
Theo quan điểm này, protein là một chuỗi dài, khổng lồ của các gốc axit amin được kết nối với nhau bằng các liên kết cụ thể được gọi là liên kết peptit. Từ cấu trúc bên của axit khởi hành các nhánh - gốc. Cấu trúc này của phân tử được phát hiện bởi E. Fischer vào đầu thế kỷ 21.
Sau đó, protein, cấu trúc và chức năng của protein được nghiên cứu chi tiết hơn. Rõ ràng là chỉ có 20 axit amin tạo nên cấu trúc của peptit, nhưng chúng có thể được kết hợp theo nhiều cách khác nhau. Do đó sự đa dạng của cấu trúc polypeptide. Ngoài ra, trong quá trình sống và thực hiện các chức năng của mình, protein có khả năng trải qua một số quá trình biến đổi hóa học. Kết quả là, họ thay đổi cấu trúc và hoàn toàn mớiloại kết nối.
Để phá vỡ liên kết peptit, tức là phá vỡ protein, cấu trúc của các chuỗi, bạn cần chọn điều kiện rất khắc nghiệt (tác động của nhiệt độ cao, axit hoặc kiềm, chất xúc tác). Điều này là do độ bền cao của các liên kết cộng hóa trị trong phân tử, cụ thể là trong nhóm peptit.
Việc phát hiện cấu trúc protein trong phòng thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng phản ứng biuret - cho polypeptit tiếp xúc với hydroxit đồng (II) mới kết tủa. Phức hợp của nhóm peptit và ion đồng tạo ra màu tím sáng.
Có bốn tổ chức cấu trúc chính, mỗi tổ chức có đặc điểm cấu trúc riêng của protein.
Các cấp độ của tổ chức: Cơ cấu chính
Như đã đề cập ở trên, peptit là một chuỗi các gốc axit amin có hoặc không có tạp chất, coenzyme. Vì vậy, tên chính là một cấu trúc của phân tử, là tự nhiên, tự nhiên, thực sự là các axit amin được kết nối với nhau bằng liên kết peptit, và không có gì hơn. Đó là, một polypeptit có cấu trúc tuyến tính. Đồng thời, các đặc điểm cấu trúc của protein có kế hoạch như vậy là sự kết hợp của các axit như vậy có ý nghĩa quyết định đối với việc thực hiện các chức năng của phân tử protein. Do sự hiện diện của các đặc điểm này, không chỉ có thể xác định peptit mà còn có thể dự đoán các tính chất và vai trò của một peptit hoàn toàn mới, chưa được khám phá. Ví dụ về các peptit có cấu trúc chính tự nhiên là insulin, pepsin, chymotrypsin và các loại khác.
Cấu trúc phụ
Cấu trúc và đặc tính của protein trong loại này có phần thay đổi. Cấu trúc như vậy có thể được hình thành ban đầu từ tự nhiên hoặc khi tiếp xúc với quá trình thủy phân cứng sơ cấp, nhiệt độ hoặc các điều kiện khác.
Cấu trúc này có ba loại:
- Các cuộn dây trơn, đều, lập thể được xây dựng từ các gốc axit amin xoắn quanh trục chính của kết nối. Chúng chỉ được giữ với nhau bằng các liên kết hydro xảy ra giữa oxy của một nhóm peptit này và hydro của nhóm peptit khác. Hơn nữa, cấu trúc được coi là đúng do thực tế là các lượt lặp lại đều nhau sau mỗi 4 liên kết. Cấu trúc như vậy có thể thuận tay trái hoặc tay phải. Nhưng trong hầu hết các protein đã biết, đồng phân dextrorotatory chiếm ưu thế. Các cấu trúc như vậy được gọi là cấu trúc alpha.
- Thành phần và cấu trúc của loại protein sau khác với loại trước ở chỗ các liên kết hydro được hình thành không phải giữa các gốc đứng cạnh nhau trên một mặt của phân tử, mà giữa các protein ở xa đáng kể và ở mức vừa đủ khoảng cách lớn. Vì lý do này, toàn bộ cấu trúc có dạng một số chuỗi polypeptit lượn sóng, ngoằn ngoèo. Có một đặc điểm mà protein phải thể hiện. Cấu trúc của các axit amin trên các nhánh phải càng ngắn càng tốt, chẳng hạn như glycine hoặc alanin. Loại cấu trúc thứ cấp này được gọi là các tấm beta vì khả năng kết dính với nhau để tạo thành một cấu trúc chung.
- Sinh học đề cập đến loại cấu trúc protein thứ ba làcác mảnh phức tạp, phân tán, mất trật tự, không có tính lập thể và có khả năng thay đổi cấu trúc dưới tác động của các điều kiện bên ngoài.
Không có ví dụ nào về protein tự nhiên được xác định.
Giáo dục đại học
Đây là một cấu trúc khá phức tạp được gọi là "khối cầu". Protein như vậy là gì? Cấu trúc của nó dựa trên cấu trúc thứ cấp, nhưng các kiểu tương tác mới giữa các nguyên tử của các nhóm được thêm vào, và toàn bộ phân tử dường như gấp lại, do đó tập trung vào thực tế là các nhóm ưa nước hướng vào bên trong khối cầu và các nhóm kỵ nước. được hướng ra bên ngoài.
Điều này giải thích điện tích của phân tử protein trong dung dịch keo của nước. Có những loại tương tác nào?
- Liên kết hydro - không thay đổi giữa các phần giống như trong cấu trúc thứ cấp.
- Tương tác kỵ nước (ưa nước) - xảy ra khi polypeptit được hòa tan trong nước.
- Lực hút ion - được hình thành giữa các nhóm tích điện trái dấu của các gốc axit amin (gốc).
- Tương tác cộng hóa trị - có thể hình thành giữa các vị trí axit cụ thể - các phân tử cysteine, hay đúng hơn là đuôi của chúng.
Vì vậy, thành phần và cấu trúc của protein có cấu trúc bậc ba có thể được mô tả như các chuỗi polypeptit được gấp lại thành hình cầu, giữ và ổn định cấu trúc của chúng do các loại tương tác hóa học khác nhau. Ví dụ về các peptit như vậy:phosphoglycerate kenase, tRNA, alpha-keratin, lụa fibroin và những chất khác.
Cấu trúc bậc bốn
Đây là một trong những khối cầu phức tạp nhất mà protein hình thành. Cấu trúc và chức năng của loại protein này rất linh hoạt và cụ thể.
Cấu trúc này là gì? Đây là một số (trong một số trường hợp là hàng chục) chuỗi polypeptit lớn và nhỏ được hình thành độc lập với nhau. Nhưng sau đó, do các tương tác giống nhau mà chúng ta đã xem xét đối với cấu trúc bậc ba, tất cả các peptit này xoắn và đan xen vào nhau. Bằng cách này, thu được các hạt cầu phức tạp, có thể chứa các nguyên tử kim loại, nhóm lipid và nhóm cacbohydrat. Ví dụ về các protein như vậy: DNA polymerase, vỏ protein của virus thuốc lá, hemoglobin và các loại khác.
Tất cả các cấu trúc peptit mà chúng tôi đã xem xét đều có phương pháp nhận dạng riêng trong phòng thí nghiệm, dựa trên các khả năng hiện đại của việc sử dụng sắc ký, ly tâm, kính hiển vi điện tử và quang học và các công nghệ máy tính cao.
Các chức năng đã thực hiện
Cấu trúc và chức năng của protein có mối tương quan chặt chẽ với nhau. Có nghĩa là, mỗi peptit đóng một vai trò nhất định, duy nhất và cụ thể. Cũng có những người có thể thực hiện một số hoạt động quan trọng trong một tế bào sống cùng một lúc. Tuy nhiên, có thể diễn đạt dưới dạng khái quát các chức năng chính của phân tử protein trong cơ thể sống:
- Hỗ trợ phong trào. Sinh vật đơn bào, bào quan hoặc một sốcác loại tế bào có khả năng di chuyển, co lại, dịch chuyển. Điều này được cung cấp bởi các protein nằm trong cấu trúc của bộ máy vận động của chúng: lông mao, lông roi, màng tế bào chất. Nếu chúng ta nói về các tế bào không thể di chuyển, thì protein có thể góp phần vào sự co lại của chúng (myosin cơ).
- Chức năng nuôi dưỡng hoặc dự trữ. Đó là sự tích tụ các phân tử protein trong trứng, phôi và hạt của thực vật để bổ sung thêm các chất dinh dưỡng còn thiếu. Khi bị phân cắt, các peptit tạo ra các axit amin và các chất hoạt tính sinh học cần thiết cho sự phát triển bình thường của các sinh vật sống.
- Chức năngnăng_lượng. Ngoài carbohydrate, protein cũng có thể cung cấp sức mạnh cho cơ thể. Với sự phân hủy 1 g peptit, 17,6 kJ năng lượng hữu ích được giải phóng dưới dạng adenosine triphosphate (ATP), được sử dụng cho các quá trình quan trọng.
- Chức năng tín hiệu và điều tiết. Nó bao gồm việc thực hiện kiểm soát cẩn thận các quá trình đang diễn ra và truyền tín hiệu từ tế bào đến mô, từ chúng đến các cơ quan, từ cơ quan sau đến hệ thống, v.v. Một ví dụ điển hình là insulin, chất này giúp cố định lượng glucose trong máu một cách nghiêm ngặt.
- Chức năng thụ cảm. Nó được thực hiện bằng cách thay đổi cấu trúc của peptide ở một bên của màng và liên quan đến đầu kia trong quá trình tái cấu trúc. Đồng thời, tín hiệu và các thông tin cần thiết được truyền đi. Thông thường, những protein như vậy được xây dựng trong màng tế bào chất của tế bào và thực hiện sự kiểm soát chặt chẽ đối với tất cả các chất đi qua nó. Cũng thông báo vềnhững thay đổi hóa học và vật lý trong môi trường.
- Chức năng vận chuyển của peptide. Nó được thực hiện bởi các protein kênh và protein mang. Vai trò của chúng là hiển nhiên - vận chuyển các phân tử cần thiết đến những nơi có nồng độ thấp từ những nơi có nồng độ cao. Một ví dụ điển hình là sự vận chuyển oxy và carbon dioxide qua các cơ quan và mô bởi protein hemoglobin. Chúng cũng thực hiện việc cung cấp các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp qua màng tế bào bên trong.
- Chức năng cấu trúc. Một trong những yếu tố quan trọng nhất mà protein thực hiện. Cấu trúc của tất cả các tế bào, các bào quan của chúng được cung cấp chính xác bởi các peptit. Chúng, giống như một khung, thiết lập hình dạng và cấu trúc. Ngoài ra, họ hỗ trợ nó và sửa đổi nó nếu cần thiết. Do đó, để tăng trưởng và phát triển, tất cả các sinh vật sống đều cần có protein trong chế độ ăn. Những peptide này bao gồm elastin, tubulin, collagen, actin, keratin và những chất khác.
- Chức năng xúc tác. Enzyme làm điều đó. Nhiều và đa dạng, chúng đẩy nhanh tất cả các phản ứng hóa học và sinh hóa trong cơ thể. Nếu không có sự tham gia của họ, một quả táo bình thường trong dạ dày có thể được tiêu hóa chỉ trong hai ngày, với khả năng bị thối rữa rất cao. Dưới tác dụng của catalase, peroxidase và các enzym khác, quá trình này diễn ra trong hai giờ. Nói chung, nhờ vai trò này của protein mà quá trình đồng hóa và dị hóa được thực hiện, tức là chuyển hóa nhựa và năng lượng.
Vai trò bảo vệ
Có một số loại mối đe dọa mà protein được thiết kế để bảo vệ cơ thể khỏi.
Đầu tiên, hóa chấtsự tấn công của thuốc thử chấn thương, khí, phân tử, các chất có phổ tác dụng khác nhau. Peptide có thể tham gia vào tương tác hóa học với chúng, chuyển đổi chúng thành dạng vô hại hoặc đơn giản là vô hiệu hóa chúng.
Thứ hai, mối đe dọa về thể chất từ vết thương - nếu protein fibrinogen không được chuyển hóa thành fibrin kịp thời tại vị trí bị thương, thì máu sẽ không đông, đồng nghĩa với việc tắc nghẽn sẽ không xảy ra. Sau đó, ngược lại, bạn sẽ cần peptit plasmin, có khả năng làm tan cục máu đông và khôi phục tính thông minh của mạch.
Thứ ba, mối đe dọa đối với khả năng miễn dịch. Cấu trúc và ý nghĩa của các protein hình thành hệ thống phòng thủ miễn dịch là vô cùng quan trọng. Các kháng thể, immunoglobulin, interferon đều là những yếu tố quan trọng và có ý nghĩa đối với hệ thống miễn dịch và bạch huyết của con người. Bất kỳ phần tử lạ, phân tử có hại, phần chết của tế bào hoặc toàn bộ cấu trúc đều phải được điều tra ngay lập tức bởi hợp chất peptit. Đó là lý do tại sao một người có thể độc lập, không cần sự trợ giúp của thuốc, bảo vệ bản thân hàng ngày khỏi các bệnh nhiễm trùng và vi rút đơn giản.
Tính chất vật lý
Cấu trúc của protein tế bào rất cụ thể và phụ thuộc vào chức năng được thực hiện. Nhưng các tính chất vật lý của tất cả các peptit đều giống nhau và có các đặc điểm sau.
- Trọng lượng của một phân tử lên đến 1.000.000 D alton.
- Hệ thống keo được hình thành trong dung dịch nước. Ở đó, cấu trúc nhận được một điện tích có thể thay đổi tùy thuộc vào tính axit của môi trường.
- Khi tiếp xúc với các điều kiện khắc nghiệt (chiếu xạ, axit hoặc kiềm, nhiệt độ, v.v.), chúng có thể chuyển sang các mức độ phù hợp khác, nghĩa làchữ ký. Quá trình này không thể đảo ngược trong 90% trường hợp. Tuy nhiên, cũng có một sự thay đổi ngược lại - sự cải biến.
Đây là những tính chất chính của các đặc tính vật lý của peptit.
