البروتين هو أساس الخلية وحياة الجسم. يؤدي عددًا كبيرًا من الوظائف في الأنسجة الحية ، فإنه ينفذ إمكاناته الرئيسية: النمو والنشاط الحيوي والحركة والتكاثر. في هذه الحالة ، تصنع الخلية نفسها بروتينًا ، يكون مونومره من الأحماض الأمينية. موقعه في الهيكل الأساسي للبروتين مبرمج بواسطة الكود الجيني الموروث. حتى نقل الجينات من الخلية الأم إلى الخلية الوليدة ما هو إلا مثال على نقل المعلومات حول بنية البروتين. هذا يجعلها جزيء أساس الحياة البيولوجية.
الخصائص العامة لهيكل البروتين
جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في الخلية عبارة عن بوليمرات بيولوجية.
في البروتين ، يكون المونومر دائمًا حمض أميني ، ويشكل مزيجها السلسلة الأولية للجزيء. يطلق عليه التركيب الأساسي لجزيء البروتين ، والذي يتم تعديله تلقائيًا أو تحت تأثير المحفزات البيولوجية إلى هيكل ثانوي أو ثالث أو مجال.
البنية الثانوية والثالثية
بروتين ثانويالهيكل هو تعديل مكاني للسلسلة الأولية المرتبطة بتكوين روابط هيدروجينية في المناطق القطبية. لهذا السبب ، يتم طي السلسلة في حلقات أو لفها في شكل حلزوني ، مما يشغل مساحة أقل. في هذا الوقت ، تتغير الشحنة المحلية لأقسام الجزيء ، مما يؤدي إلى تكوين بنية ثلاثية - بنية كروية. المقاطع المجعدة أو الحلزونية ملتوية إلى كرات بمساعدة روابط ثاني كبريتيد.
تسمح لك الكرات نفسها بتشكيل هيكل خاص ضروري لأداء الوظائف المبرمجة. من المهم أنه حتى بعد هذا التعديل ، فإن مونومر البروتين هو حمض أميني. هذا يؤكد أيضًا أنه أثناء تكوين البنية الثانوية ، ثم الهيكلية الثالثة والرباعية للبروتين ، لا يتغير تسلسل الأحماض الأمينية الأولية.
توصيف مونومرات البروتين
جميع البروتينات عبارة عن بوليمرات ، ومونومراتها أحماض أمينية. هذه مركبات عضوية يتم تصنيعها إما بواسطة خلية حية أو إدخالها كمغذيات. من بين هؤلاء ، يتم تصنيع جزيء البروتين على الريبوسومات باستخدام مصفوفة الحمض النووي الريبي المرسال مع إنفاق هائل من الطاقة. الأحماض الأمينية نفسها عبارة عن مركبات بها مجموعتان كيميائيتان نشطتان: جذري كربوكسيل ومجموعة أمينية تقع في ذرة كربون ألفا. هذا الهيكل هو الذي يسمح للجزيء أن يسمى حمض ألفا أميني قادر على تكوين روابط الببتيد. مونومرات البروتين هي أحماض ألفا أمينية فقط.
تشكيل السندات الببتيد
الرابطة الببتيدية هي مجموعة كيميائية جزيئية تتكون من ذرات الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين. يتم تشكيله في عملية فصل الماء عن مجموعة الكربوكسيل من حمض ألفا أميني ومجموعة أمينية أخرى. في هذه الحالة ، ينفصل جذر الهيدروكسيل عن جذور الكربوكسيل ، والذي يتحد مع بروتون المجموعة الأمينية ، ويشكل الماء. نتيجة لذلك ، يتم توصيل اثنين من الأحماض الأمينية بواسطة رابطة تساهمية قطبية CONH.
فقط أحماض ألفا الأمينية ، مونومرات بروتينات الكائنات الحية ، يمكنها تكوينه. من الممكن ملاحظة تكوين رابطة الببتيد في المختبر ، على الرغم من صعوبة تخليق جزيء صغير بشكل انتقائي في المحلول. مونومرات البروتين هي أحماض أمينية ، وهيكلها مبرمجة بواسطة الكود الجيني. لذلك ، يجب توصيل الأحماض الأمينية بترتيب محدد بدقة. هذا مستحيل في محلول في ظل ظروف توازن فوضوية ، وبالتالي لا يزال من المستحيل تخليق بروتين معقد صناعيًا. إذا كانت هناك معدات تسمح بترتيب صارم لتجميع الجزيء ، فستكون صيانتها باهظة الثمن.
تخليق البروتين في خلية حية
في الخلية الحية ، ينقلب الوضع ، لأنه يحتوي على جهاز تخليق حيوي متطور. هنا ، يمكن تجميع مونومرات جزيئات البروتين في جزيئات بتسلسل صارم. تمت برمجته بواسطة الشفرة الوراثية المخزنة في الكروموسومات. إذا كان من الضروري تصنيع بروتين أو إنزيم هيكلي معين ، فإن عملية قراءة رمز DNA وتشكيل مصفوفة (وRNA) الذي يتم تصنيع البروتين منه. سينضم المونومر تدريجياً إلى سلسلة عديد الببتيد المتنامية على جهاز الريبوسوم. عند الانتهاء من هذه العملية ، سيتم إنشاء سلسلة من بقايا الأحماض الأمينية ، والتي ستشكل تلقائيًا أو أثناء العملية الأنزيمية بنية ثانوية أو ثلاثية أو مجالية.
انتظامات التخليق الحيوي
يجب تسليط الضوء على بعض ميزات التخليق الحيوي للبروتين ، ونقل المعلومات الوراثية وتنفيذها. إنها تكمن في حقيقة أن DNA و RNA مواد متجانسة تتكون من مونومرات متشابهة. وبالتحديد ، يتكون الحمض النووي من نيوكليوتيدات ، تمامًا مثل الحمض النووي الريبي. يتم تقديم هذا الأخير في شكل المعلوماتية والنقل والريبوزومي RNA. هذا يعني أن الجهاز الخلوي بأكمله المسؤول عن تخزين المعلومات الوراثية والتخليق الحيوي للبروتين هو كل واحد. لذلك ، يجب اعتبار نواة الخلية مع الريبوسومات ، والتي هي أيضًا جزيئات RNA المجال ، كجهاز واحد كامل لتخزين الجينات وتنفيذها.
الميزة الثانية للتخليق الحيوي للبروتين ، المونومر الذي يكون حمض ألفا أميني ، هو تحديد الترتيب الصارم لارتباطه. يجب أن يأخذ كل حمض أميني مكانه في بنية البروتين الأولية. يتم ضمان ذلك من خلال الجهاز الموصوف أعلاه لتخزين وتنفيذ المعلومات الوراثية. قد تحدث أخطاء فيه ، ولكن سيتم القضاء عليها من خلاله. في حالة التجميع غير الصحيح ، سيتم تدمير الجزيء وسيبدأ التخليق الحيوي مرة أخرى.
