Kama unavyojua, protini ndio msingi wa asili ya uhai kwenye sayari yetu. Kwa mujibu wa nadharia ya Oparin-Haldane, ilikuwa ni tone la coacervate, linalojumuisha molekuli za peptidi, ambayo ikawa msingi wa kuzaliwa kwa viumbe hai. Hii ni zaidi ya shaka, kwa sababu uchambuzi wa utungaji wa ndani wa mwakilishi yeyote wa biomass unaonyesha kwamba vitu hivi vinapatikana katika kila kitu: mimea, wanyama, microorganisms, fungi, virusi. Zaidi ya hayo, zinatofautiana sana na asili ya macromolecular.
Miundo hii ina majina manne, yote ni visawe:
- protini;
- protini;
- polypeptides;
- peptides.
Molekuli za protini
Nambari yao haiwezi kuhesabika. Zaidi ya hayo, molekuli zote za protini zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili vikubwa:
- rahisi - inajumuisha tu mfuatano wa asidi ya amino uliounganishwa na vifungo vya peptidi;
- changamano - muundo na muundo wa protini hubainishwa na vikundi vya ziada vya protolitiki (prosthetic), pia huitwa cofactors.
Wakati huo huo, molekuli changamano pia zina uainishaji wao wenyewe.
Upangaji wa peptidi changamano
- Glycoproteini ni viambato vinavyohusiana kwa karibu vya protini na wanga. katika muundo wa molekulivikundi bandia vya mukopolisakharidi vimeunganishwa.
- Lipoproteini ni mchanganyiko changamano wa protini na lipid.
- Metalloproteini - ayoni za chuma (chuma, manganese, shaba na nyinginezo) hufanya kama kikundi bandia.
- Nucleoproteins - muunganisho wa protini na asidi nucleic (DNA, RNA).
- Phosphoproteini - muundo wa protini na mabaki ya asidi ya orthophosphoric.
- Chromoproteins - zinazofanana sana na metalloproteini, hata hivyo, kipengele ambacho ni sehemu ya kundi bandia ni changamano la rangi nzima (nyekundu - hemoglobin, kijani - klorofili, na kadhalika).
Kila kikundi kinachozingatiwa kina muundo na sifa tofauti za protini. Utendaji wanayotekeleza pia hutofautiana kulingana na aina ya molekuli.
Muundo wa kemikali wa protini
Kwa mtazamo huu, protini ni msururu mrefu na mkubwa wa masalia ya asidi ya amino yaliyounganishwa na vifungo maalum vinavyoitwa bondi za peptidi. Kutoka kwa miundo ya upande wa asidi huondoka matawi - radicals. Muundo huu wa molekuli uligunduliwa na E. Fischer mwanzoni mwa karne ya 21.
Baadaye, protini, muundo na kazi za protini zilichunguzwa kwa undani zaidi. Ilibainika kuwa kuna asidi 20 tu za amino zinazounda muundo wa peptidi, lakini zinaweza kuunganishwa kwa njia tofauti. Kwa hivyo utofauti wa miundo ya polipeptidi. Kwa kuongezea, katika mchakato wa maisha na utendaji wa kazi zao, protini zinaweza kupitia mabadiliko kadhaa ya kemikali. Matokeo yake, hubadilisha muundo, na mpya kabisaaina ya muunganisho.
Ili kuvunja dhamana ya peptidi, yaani, kuvunja protini, muundo wa minyororo, unahitaji kuchagua hali mbaya sana (hatua ya joto la juu, asidi au alkali, kichocheo). Hii ni kutokana na nguvu ya juu ya vifungo shirikishi katika molekuli, yaani katika kundi la peptidi.
Ugunduzi wa muundo wa protini kwenye maabara unafanywa kwa kutumia mmenyuko wa biureti - mfiduo wa polipeptidi kwa hidroksidi ya shaba (II) inayotolewa hivi karibuni. Mchanganyiko wa kundi la peptidi na ayoni ya shaba hutoa rangi ya zambarau angavu.
Kuna mashirika makuu manne ya kimuundo, ambayo kila moja ina vipengele vyake vya kimuundo vya protini.
Ngazi za Shirika: Muundo Msingi
Kama ilivyotajwa hapo juu, peptidi ni msururu wa mabaki ya asidi ya amino yenye au bila mjumuisho, vimeng'enya. Kwa hivyo jina la msingi ni muundo kama huo wa molekuli, ambayo ni ya asili, asili, ni asidi ya amino iliyounganishwa na vifungo vya peptidi, na hakuna zaidi. Hiyo ni, polypeptide ya muundo wa mstari. Wakati huo huo, vipengele vya kimuundo vya protini za mpango huo ni kwamba mchanganyiko huo wa asidi ni maamuzi kwa utendaji wa kazi za molekuli ya protini. Kutokana na kuwepo kwa vipengele hivi, inawezekana si tu kutambua peptidi, lakini pia kutabiri mali na jukumu la mpya kabisa, bado haijagunduliwa. Mifano ya peptidi zenye muundo asilia ni insulini, pepsin, chymotrypsin na zingine.
Maudhui ya sekondari
Muundo na sifa za protini katika aina hii zinabadilika kwa kiasi. Muundo kama huo unaweza kutengenezwa mwanzoni kutoka kwa asili au unapoathiriwa na hidrolisisi ngumu ya msingi, halijoto au hali zingine.
Muundo huu una aina tatu:
- Koili laini, za kawaida, za stereoregular zilizojengwa kutoka kwa mabaki ya asidi ya amino ambayo hujipinda kuzunguka mhimili mkuu wa muunganisho. Zinashikiliwa pamoja tu na vifungo vya hidrojeni vinavyotokea kati ya oksijeni ya kundi moja la peptidi na hidrojeni ya mwingine. Kwa kuongeza, muundo huo unachukuliwa kuwa sahihi kwa sababu ya ukweli kwamba zamu zinarudiwa sawasawa kila viungo 4. Muundo kama huo unaweza kuwa wa kushoto au wa kulia. Lakini katika protini nyingi zinazojulikana, isoma ya dextrorotatory inatawala. Miundo kama hii inaitwa miundo ya alpha.
- Muundo na muundo wa protini za aina ifuatayo hutofautiana na ile ya awali kwa kuwa vifungo vya hidrojeni huundwa si kati ya mabaki yaliyosimama upande kwa upande upande mmoja wa molekuli, lakini kati ya zilizo mbali sana, na kwa kutosha. umbali mkubwa. Kwa sababu hii, muundo mzima unachukua fomu ya wavy kadhaa, minyororo ya polypeptide ya nyoka. Kuna kipengele kimoja ambacho protini lazima ionyeshe. Muundo wa asidi ya amino kwenye matawi inapaswa kuwa fupi iwezekanavyo, kwa mfano, glycine au alanine. Aina hii ya uunganisho wa pili huitwa laha za beta kwa uwezo wao wa kushikamana ili kuunda muundo unaofanana.
- Biolojia inarejelea aina ya tatu ya muundo wa protini kamavipande changamano, vilivyotawanyika, vilivyochanganyika ambavyo havina msimamo thabiti na vinaweza kubadilisha muundo chini ya ushawishi wa hali ya nje.
Hakuna mifano ya protini asilia imetambuliwa.
Elimu ya elimu ya juu
Hii ni mfuatano changamano unaoitwa "globule". Protini kama hiyo ni nini? Muundo wake unategemea muundo wa sekondari, lakini aina mpya za mwingiliano kati ya atomi za vikundi huongezwa, na molekuli nzima inaonekana kukunja, na hivyo kuzingatia ukweli kwamba vikundi vya hydrophilic vinaelekezwa ndani ya globule, na vikundi vya hydrophobic. zinaelekezwa nje.
Hii inafafanua chaji ya molekuli ya protini katika miyeyusho ya maji ya colloidal. Je, kuna aina gani za mwingiliano?
- Vifungo vya hidrojeni - husalia bila kubadilika kati ya sehemu sawa na katika muundo wa pili.
- Miingiliano ya Hydrophobic (hydrophilic) - hutokea wakati polipeptidi inapoyeyuka kwenye maji.
- Mvuto wa Ionic - huundwa kati ya vikundi vilivyochajiwa kinyume vya mabaki ya asidi ya amino (radicals).
- Muingiliano wa mshikamano - unaoweza kuunda kati ya tovuti maalum za asidi - molekuli za cysteine, au tuseme, mikia yao.
Kwa hivyo, muundo na muundo wa protini zilizo na muundo wa kiwango cha juu unaweza kuelezewa kama minyororo ya polipeptidi iliyokunjwa ndani ya globuli, kushikilia na kuleta utengamano wao kutokana na aina mbalimbali za mwingiliano wa kemikali. Mifano ya peptidi kama hizi:phosphoglycerate kenase, tRNA, alpha-keratin, silk fibroin na nyinginezo.
Muundo wa robo
Hii ni mojawapo ya globuli changamano zaidi ambayo protini huunda. Muundo na kazi za protini za aina hii ni nyingi sana na mahususi.
Maudhui haya ni nini? Hizi ni kadhaa (katika baadhi ya matukio kadhaa) minyororo kubwa na ndogo ya polypeptide ambayo huundwa kwa kujitegemea. Lakini basi, kwa sababu ya mwingiliano ule ule ambao tulizingatia kwa muundo wa elimu ya juu, peptidi hizi zote husokota na kuingiliana. Kwa njia hii, globules tata za conformational zinapatikana, ambazo zinaweza kuwa na atomi za chuma, vikundi vya lipid, na vikundi vya wanga. Mifano ya protini kama hizo: DNA polimasi, ganda la protini ya virusi vya tumbaku, himoglobini na nyinginezo.
Miundo yote ya peptidi ambayo tumezingatia ina mbinu zake za utambuzi katika maabara, kwa kuzingatia uwezekano wa kisasa wa kutumia kromatografia, uwekaji sauti, elektroni na hadubini ya macho na teknolojia ya juu ya kompyuta.
Vitendaji vilivyotekelezwa
Muundo na utendakazi wa protini unahusiana kwa karibu. Hiyo ni, kila peptidi ina jukumu fulani, la kipekee na maalum. Pia kuna wale ambao wanaweza kufanya shughuli kadhaa muhimu katika seli moja hai mara moja. Hata hivyo, inawezekana kueleza katika umbo la jumla kazi kuu za molekuli za protini katika viumbe vya viumbe hai:
- Usaidizi wa harakati. Viumbe vyenye seli moja, ama organelles, au baadhiaina za seli zina uwezo wa kusonga, kupunguzwa, kuhama. Hii hutolewa na protini ambazo ni sehemu ya muundo wa vifaa vyao vya magari: cilia, flagella, membrane ya cytoplasmic. Tukizungumza kuhusu seli ambazo haziwezi kusonga, basi protini zinaweza kuchangia kusinyaa kwao (misuli myosin).
- Utendaji wa lishe au hifadhi. Ni mkusanyiko wa molekuli za protini katika mayai, viinitete na mbegu za mimea ili kujaza zaidi virutubishi vilivyokosekana. Peptidi zinapopasuliwa hutoa asidi ya amino na vitu amilifu vya biolojia ambavyo ni muhimu kwa ukuaji wa kawaida wa viumbe hai.
- Utendaji wa nishati. Mbali na wanga, protini pia inaweza kutoa nguvu kwa mwili. Kwa kuvunjika kwa 1 g ya peptidi, 17.6 kJ ya nishati muhimu hutolewa katika mfumo wa adenosine trifosfati (ATP), ambayo hutumiwa kwa michakato muhimu.
- Utendaji wa mawimbi na udhibiti. Inajumuisha utekelezaji wa udhibiti wa makini juu ya michakato inayoendelea na uhamisho wa ishara kutoka kwa seli hadi tishu, kutoka kwao hadi viungo, kutoka kwa mwisho hadi mifumo, na kadhalika. Mfano wa kawaida ni insulini, ambayo hurekebisha kikamilifu kiwango cha glukosi kwenye damu.
- Kitendaji cha kipokezi. Inafanywa kwa kubadilisha muundo wa peptidi upande mmoja wa membrane na kuhusisha mwisho mwingine katika urekebishaji. Wakati huo huo, ishara na habari muhimu hupitishwa. Mara nyingi, protini kama hizo hujengwa ndani ya utando wa cytoplasmic wa seli na hufanya udhibiti mkali juu ya vitu vyote vinavyopita. Pia arifu kuhusumabadiliko ya kemikali na kimwili katika mazingira.
- Hifadhi ya usafirishaji ya peptidi. Inafanywa na protini za njia na protini za carrier. Jukumu lao ni dhahiri - kusafirisha molekuli muhimu kwa maeneo yenye mkusanyiko mdogo kutoka kwa sehemu zilizo na juu. Mfano wa kawaida ni usafirishaji wa oksijeni na dioksidi kaboni kupitia viungo na tishu na hemoglobin ya protini. Pia husambaza misombo yenye uzito mdogo wa Masi kupitia utando wa seli ndani.
- Utendaji wa muundo. Moja ya muhimu zaidi ya yale ambayo protini hufanya. Muundo wa seli zote, organelles zao hutolewa kwa usahihi na peptidi. Wao, kama sura, huweka sura na muundo. Kwa kuongeza, wanaiunga mkono na kuibadilisha ikiwa ni lazima. Kwa hiyo, kwa ukuaji na maendeleo, viumbe vyote vilivyo hai vinahitaji protini katika chakula. Peptidi hizi ni pamoja na elastini, tubulin, collagen, actin, keratini na nyinginezo.
- Kitendaji cha kichochezi. Enzymes hufanya hivyo. Nyingi na tofauti, huharakisha athari zote za kemikali na biochemical katika mwili. Bila ushiriki wao, apple ya kawaida ndani ya tumbo inaweza kufyonzwa kwa siku mbili tu, na uwezekano mkubwa wa kuoza. Chini ya hatua ya catalase, peroxidase na enzymes nyingine, mchakato huu unachukua saa mbili. Kwa ujumla, ni kutokana na jukumu hili la protini kwamba anabolism na catabolism hufanyika, ambayo ni, plastiki na kimetaboliki ya nishati.
Jukumu la ulinzi
Kuna aina kadhaa za matishio ambazo protini zimeundwa ili kulinda mwili dhidi yake.
Kwanza, kemikalimashambulizi ya vitendanishi vya kiwewe, gesi, molekuli, vitu vya wigo mbalimbali wa hatua. Peptidi zinaweza kuingia katika mwingiliano wa kemikali nazo, na kuzibadilisha kuwa fomu zisizo na madhara au kuzibadilisha tu.
Pili, tishio la kimwili kutoka kwa majeraha - ikiwa protini ya fibrinogen haitabadilishwa kuwa fibrin kwa wakati kwenye tovuti ya jeraha, basi damu haitaganda, ambayo ina maana kwamba kizuizi hakitatokea. Kisha, kinyume chake, utahitaji peptidi ya plasmin, ambayo ina uwezo wa kufuta kitambaa na kurejesha patency ya chombo.
Tatu, tishio kwa kinga. Muundo na umuhimu wa protini zinazounda ulinzi wa kinga ni muhimu sana. Antibodies, immunoglobulins, interferon zote ni vipengele muhimu na muhimu vya mfumo wa lymphatic na kinga ya binadamu. Chembe yoyote ya kigeni, molekuli hatari, sehemu iliyokufa ya seli au muundo mzima huchunguzwa mara moja na kiwanja cha peptidi. Ndiyo maana mtu anaweza kujitegemea, bila msaada wa madawa, kujikinga kila siku kutokana na maambukizi na virusi rahisi.
Tabia za kimwili
Muundo wa protini ya seli ni mahususi sana na inategemea utendakazi unaofanywa. Lakini sifa za kimaumbile za peptidi zote zinafanana na jikie kwenye sifa zifuatazo.
- Uzito wa molekuli ni hadi D altons 1,000,000.
- Mifumo ya Colloidal huundwa katika mmumunyo wa maji. Hapo, muundo hupata malipo ambayo yanaweza kutofautiana kulingana na asidi ya mazingira.
- Wanapokabiliwa na hali mbaya (mnururisho, asidi au alkali, halijoto, na kadhalika), wanaweza kuhamia viwango vingine vya miunganisho, yaani.maumbile. Utaratibu huu hauwezi kutenduliwa katika 90% ya kesi. Hata hivyo, pia kuna mabadiliko ya kinyume - urekebishaji upya.
Hizi ndizo sifa kuu za sifa za kimaumbile za peptidi.
