Protini ni mojawapo ya vipengele vya kikaboni vya chembe hai yoyote ya mwili. Wanafanya kazi nyingi: kusaidia, kuashiria, enzymatic, usafiri, miundo, kipokezi, nk. Miundo ya msingi, ya sekondari, ya juu na ya quaternary ya protini imekuwa marekebisho muhimu ya mageuzi. Molekuli hizi zimeundwa na nini? Kwa nini muundo sahihi wa protini katika seli za mwili ni muhimu sana?
Vijenzi vya muundo wa protini
Monomeri za msururu wowote wa polipeptidi ni amino asidi (AA). Misombo hii ya kikaboni yenye uzito wa chini wa Masi ni ya kawaida sana katika asili na inaweza kuwepo kama molekuli huru zinazofanya kazi zao wenyewe. Miongoni mwao ni usafirishaji wa dutu, mapokezi, kizuizi au uanzishaji wa vimeng'enya.
Kuna takriban asidi 200 za amino kibiolojia kwa jumla, lakini 20 pekee kati yao zinaweza kuwa monoma za protini. Huyeyuka kwa urahisi katika maji, huwa na muundo wa fuwele, na nyingi zina ladha tamu.
C kemikaliKwa mtazamo wa AA, hizi ni molekuli ambazo lazima zina makundi mawili ya kazi: -COOH na -NH2. Kwa usaidizi wa vikundi hivi, amino asidi huunda minyororo, kuunganishwa na kila mmoja kwa dhamana ya peptidi.
Kila moja kati ya asidi 20 za amino za protinijeniki ina radikali yake, kulingana na sifa za kemikali ambazo hutofautiana. Kulingana na muundo wa radicals kama hizo, AA zote zimeainishwa katika vikundi kadhaa.
- Nonpolar: isoleusini, glycine, leusini, valine, proline, alanine.
- Polar na isiyochaji: threonine, methionine, cysteine, serine, glutamine, asparagine.
- Kunukia: tyrosine, phenylalanine, tryptophan.
- Polar na chaji hasi: glutamate, aspartate.
- Polar na chaji chaji: arginine, histidine, lysine.
Kiwango chochote cha mpangilio wa muundo wa protini (msingi, sekondari, elimu ya juu, quaternary) inategemea msururu wa polipeptidi unaojumuisha AA. Tofauti pekee ni jinsi mfuatano huu unavyokunjwa angani na kwa usaidizi wa viambatanisho vya kemikali muundo huu hudumishwa.
Muundo msingi wa protini
Protini yoyote huundwa kwenye ribosomu - seli zisizo za utando wa seli ambazo huhusika katika usanisi wa msururu wa polipeptidi. Hapa, amino asidi huunganishwa kwa kila mmoja kwa kutumia dhamana ya peptidi yenye nguvu, na kutengeneza muundo wa msingi. Hata hivyo, muundo huu wa msingi wa protini ni tofauti sana na ule wa quaternary, kwa hivyo ukomavu zaidi wa molekuli ni muhimu.
Protini kamaelastin, histones, glutathione, tayari na muundo rahisi kama huo, wanaweza kufanya kazi zao katika mwili. Kwa idadi kubwa ya protini, hatua inayofuata ni uundaji wa muundo changamano zaidi wa upili.
Muundo wa pili wa protini
Kuundwa kwa bondi za peptidi ni hatua ya kwanza ya kukomaa kwa protini nyingi. Ili waweze kutekeleza majukumu yao, muundo wao wa ndani lazima ufanyike mabadiliko fulani. Hii inafanikiwa kwa msaada wa vifungo vya hidrojeni - tete, lakini wakati huo huo miunganisho mingi kati ya vituo vya msingi na asidi ya molekuli za amino asidi.
Hivi ndivyo muundo wa pili wa protini huundwa, ambao hutofautiana na quaternari katika usahili wake wa kukusanyika na uundaji wa ndani. Mwisho unamaanisha kuwa sio mnyororo mzima unakabiliwa na mabadiliko. Vifungo vya haidrojeni vinaweza kuunda katika maeneo kadhaa ya umbali tofauti kutoka kwa kila mmoja, na umbo lao pia hutegemea aina ya asidi ya amino na njia ya kukusanyika.
Lysozimu na pepsin ni viwakilishi vya protini ambazo zina muundo wa pili. Pepsin inahusika katika usagaji chakula, na lisozimu hufanya kazi ya ulinzi katika mwili, kuharibu kuta za seli za bakteria.
Vipengele vya muundo wa pili
Miundo ya ndani ya msururu wa peptidi inaweza kutofautiana. Dazeni kadhaa tayari zimesomwa, na tatu kati yao ndizo zinazojulikana zaidi. Miongoni mwao ni alpha helix, safu za beta na beta twist.
Alpha spiral -moja ya conformations ya kawaida ya muundo wa sekondari wa protini nyingi. Ni sura ya fimbo ya rigid na kiharusi cha 0.54 nm. Radikali za amino huelekeza nje
Mizunguko ya kutumia mkono wa kulia ndiyo inayojulikana zaidi, na nyingine zinazotumia mkono wa kushoto wakati mwingine zinaweza kupatikana. Kazi ya kutengeneza inafanywa na vifungo vya hidrojeni, ambayo huimarisha curls. Msururu unaounda alpha helix huwa na proline kidogo sana na asidi ya amino yenye chaji ya polar.
- Zamu ya beta imetengwa katika mfuatano tofauti, ingawa inaweza kuitwa sehemu ya safu ya beta. Jambo la msingi ni kuinama kwa mnyororo wa peptidi, ambao unasaidiwa na vifungo vya hidrojeni. Kawaida mahali pa bend yenyewe inajumuisha 4-5 amino asidi, kati ya ambayo kuwepo kwa proline ni lazima. AK hii ndiyo pekee iliyo na kiunzi kigumu na kifupi, kinachoiruhusu kujigeuza yenyewe.
- Safu ya beta ni msururu wa asidi ya amino ambayo huunda mikunjo kadhaa na kuzisawazisha kwa vifungo vya hidrojeni. Mchanganyiko huu ni sawa na karatasi iliyokunjwa kwenye accordion. Mara nyingi, protini kali huwa na umbo hili, lakini kuna tofauti nyingi.
Tofautisha kati ya safu-beta-sambamba na antiparallel. Katika kesi ya kwanza, C- na N- huisha kwenye bends na mwisho wa mnyororo sanjari, na katika kesi ya pili hawana.
Muundo wa elimu ya juu
Ufungaji zaidi wa protini husababisha uundaji wa muundo wa elimu ya juu. Mchanganyiko huu umeimarishwa kwa msaada wa hidrojeni, disulfide, hydrophobic na vifungo vya ionic. Idadi yao kubwa inaruhusu kupotosha muundo wa sekondari kuwa ngumu zaidi.kuunda na kuimarika.
Tenganisha protini za globula na nyuzinyuzi. Molekuli ya peptidi za globular ni muundo wa spherical. Mifano: albumin, globulin, histones katika muundo wa elimu ya juu.
Protini za Fibrillar huunda nyuzi kali, ambazo urefu wake unazidi upana wake. Protini kama hizo mara nyingi hufanya kazi za kimuundo na kuunda. Mifano ni fibroin, keratin, collagen, elastin.
Muundo wa protini katika muundo wa quaternary wa molekuli
Ikiwa globules kadhaa zitaunganishwa katika changamano moja, kinachojulikana kama muundo wa quaternary huundwa. Muundo huu si wa kawaida kwa peptidi zote, na huundwa inapohitajika kutekeleza majukumu muhimu na mahususi.
Kila globuli katika protini changamano ni kikoa tofauti au protoma. Kwa pamoja, muundo wa protini wa muundo wa quaternary wa molekuli huitwa oligoma.
Kwa kawaida, protini kama hiyo huwa na miunganisho kadhaa thabiti ambayo hubadilika kila mara, ama kutegemea athari ya vipengele vyovyote vya nje, au inapohitajika kutekeleza utendakazi tofauti.
Tofauti muhimu kati ya muundo wa juu na wa quaternary wa protini ni vifungo vya intermolecular, ambavyo vinawajibika kwa kuunganisha globules kadhaa. Katikati ya molekuli nzima, mara nyingi kuna ayoni ya chuma, ambayo huathiri moja kwa moja uundaji wa vifungo vya intermolecular.
Miundo ya ziada ya protini
Si mara zote msururu wa amino asidi inatosha kutekeleza kazi za protini. KATIKAKatika hali nyingi, vitu vingine vya asili ya kikaboni na isokaboni vinaunganishwa na molekuli kama hizo. Kwa kuwa kipengele hiki ni tabia ya idadi kubwa ya vimeng'enya, muundo wa protini changamano kawaida hugawanywa katika sehemu tatu:
- Apoenzyme ni sehemu ya protini ya molekuli, ambayo ni mfuatano wa asidi ya amino.
- Coenzyme si protini, bali ni sehemu ya kikaboni. Inaweza kujumuisha aina mbalimbali za lipids, wanga, au hata asidi nucleic. Hii ni pamoja na viwakilishi vya misombo amilifu ya kibiolojia, kati ya ambayo kuna vitamini.
- Cofactor - sehemu isokaboni, inayowakilishwa katika hali nyingi na ayoni za chuma.
Muundo wa protini katika muundo wa quaternary wa molekuli unahitaji ushiriki wa molekuli kadhaa za asili tofauti, kwa hivyo vimeng'enya vingi vina vijenzi vitatu kwa wakati mmoja. Mfano ni phosphokinase, kimeng'enya ambacho huhakikisha uhamishaji wa kikundi cha fosfeti kutoka kwa molekuli ya ATP.
Muundo wa quaternary wa molekuli ya protini umeundwa wapi?
Msururu wa polipeptidi huanza kuunganishwa kwenye ribosomu za seli, lakini upevushaji zaidi wa protini hutokea katika oganelles nyingine. Molekuli mpya lazima iingie kwenye mfumo wa usafiri, ambao una membrane ya nyuklia, ER, vifaa vya Golgi na lisosomes.
Tatizo la muundo wa anga wa protini hutokea katika retikulamu ya endoplasmic, ambapo sio tu aina mbalimbali za vifungo vinavyoundwa (hidrojeni, disulfidi, haidrofobu, intermolecular, ionic), lakini pia coenzyme na cofactor huongezwa. Hii inaunda quaternarymuundo wa protini.
Molekuli ikiwa tayari kabisa kwa kazi, huingia ama saitoplazimu ya seli au kifaa cha Golgi. Katika hali ya mwisho, peptidi hizi huwekwa kwenye lisosomes na kusafirishwa hadi sehemu nyingine za seli.
Mifano ya protini za oligomeri
Muundo wa robo ni muundo wa protini, ambao umeundwa ili kuchangia katika utendaji wa kazi muhimu katika kiumbe hai. Muundo changamano wa molekuli za kikaboni huruhusu, kwanza kabisa, kuathiri kazi ya michakato mingi ya kimetaboliki (enzymes).
Protini muhimu kibiolojia ni himoglobini, klorofili na hemocyanin. Pete ya porfirini ndio msingi wa molekuli hizi, katikati ambayo ni ioni ya chuma.
Hemoglobin
Muundo wa sehemu nne wa molekuli ya protini ya himoglobini huwa na globuli 4 zilizounganishwa na bondi baina ya molekuli. Katikati ni porphin iliyo na ioni ya feri. Protini hiyo husafirishwa katika saitoplazimu ya erithrositi, ambapo huchukua takribani 80% ya jumla ya ujazo wa saitoplazimu.
Msingi wa molekuli ni heme, ambayo ina asili zaidi isokaboni na ina rangi nyekundu. Pia ni bidhaa kuu ya kuvunjika kwa himoglobini kwenye ini.
Sote tunajua kwamba himoglobini hufanya kazi muhimu ya usafirishaji - uhamishaji wa oksijeni na kaboni dioksidi katika mwili wa binadamu. Mchanganyiko changamano wa molekuli ya protini huunda vituo amilifu maalum, ambavyo vinaweza kuunganisha gesi zinazolingana na himoglobini.
Wakati mchanganyiko wa gesi ya protini unapoundwa, kinachojulikana kama oksihimoglobini na kabomoglobini huundwa. Hata hivyo, kuna moja zaidiaina ya vyama vile, ambayo ni imara kabisa: carboxyhemoglobin. Ni mchanganyiko wa protini na monoksidi kaboni, uthabiti ambao unaelezea mashambulizi ya kukosa hewa yenye sumu nyingi.
Chlorophyll
Mwakilishi mwingine wa protini zilizo na muundo wa quaternary, ambao dhamana zake za kikoa tayari zinaauniwa na ioni ya magnesiamu. Kazi kuu ya molekuli nzima ni kushiriki katika michakato ya usanisinuru katika mimea.
Kuna aina tofauti za klorofili, ambazo hutofautiana katika radicals ya pete ya porphyrin. Kila moja ya aina hizi ni alama na barua tofauti ya alfabeti ya Kilatini. Kwa mfano, mimea ya ardhini ina sifa ya kuwepo kwa klorofili a au klorofili b, huku mwani pia una aina nyingine za protini hii.
Hemocyanini
Molekuli hii ni analogi ya himoglobini katika wanyama wengi wa chini (arthropodi, moluska, n.k.). Tofauti kuu katika muundo wa protini yenye muundo wa molekuli ya quaternary ni kuwepo kwa ioni ya zinki badala ya ioni ya chuma. Hemocyanin ina rangi ya samawati.
Wakati mwingine watu hujiuliza nini kingetokea ikiwa tungebadilisha hemoglobin ya binadamu na hemocyanini. Katika kesi hii, maudhui ya kawaida ya vitu katika damu, na hasa amino asidi, inasumbuliwa. Hemocyanini pia haina uthabiti kuunda changamano na dioksidi kaboni, kwa hivyo "damu ya bluu" inaweza kuwa na tabia ya kutengeneza mabonge ya damu.
