كما تعلم ، البروتينات هي أساس أصل الحياة على كوكبنا. وفقًا لنظرية Oparin-Haldane ، كان الانخفاض المتزامن ، المكون من جزيئات الببتيد ، هو الأساس لولادة الكائنات الحية. هذا لا شك فيه ، لأن تحليل التركيب الداخلي لأي ممثل للكتلة الحيوية يوضح أن هذه المواد موجودة في كل شيء: النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة والفطريات والفيروسات. علاوة على ذلك ، فهي متنوعة للغاية وذات طبيعة جزيئية كبيرة.
هذه الهياكل لها أربعة أسماء ، كلها مرادفات:
- بروتينات
- بروتينات
- بولي ببتيدات ؛
- ببتيدات.
جزيئات البروتين
عددهم لا يحصى حقًا. علاوة على ذلك ، يمكن تقسيم جميع جزيئات البروتين إلى مجموعتين كبيرتين:
- بسيط - يتكون فقط من متواليات الأحماض الأمينية المتصلة بواسطة روابط الببتيد ؛
- معقد - تتميز بنية وهيكل البروتين بمجموعات بروتينية إضافية (اصطناعية) ، تسمى أيضًا العوامل المساعدة.
في نفس الوقت ، للجزيئات المعقدة أيضًا تصنيفها الخاص.
تدرج الببتيدات المعقدة
- البروتينات السكرية هي مركبات وثيقة الصلة بالبروتين والكربوهيدرات. في بنية الجزيءتتشابك المجموعات الاصطناعية من عديدات السكاريد المخاطية.
- البروتينات الدهنية هي مركب معقد من البروتينات والدهون.
- البروتينات المعدنية - تعمل أيونات المعادن (الحديد والمنغنيز والنحاس وغيرها) كمجموعة صناعية.
- البروتينات النووية - ارتباط البروتين والأحماض النووية (DNA ، RNA).
- Phosphoproteins - تكوين بروتين وبقايا حمض الفوسفوريك.
- بروتينات كروم - تشبه إلى حد بعيد البروتينات المعدنية ، ومع ذلك ، فإن العنصر الذي هو جزء من مجموعة الأطراف الاصطناعية هو مركب ملون بالكامل (أحمر - خضاب ، أخضر - كلوروفيل ، وما إلى ذلك).
كل مجموعة مدروسة لها بنية وخصائص مختلفة للبروتينات. تختلف الوظائف التي يؤدونها أيضًا اعتمادًا على نوع الجزيء.
التركيب الكيميائي للبروتينات
من وجهة النظر هذه ، البروتينات هي سلسلة طويلة وهائلة من بقايا الأحماض الأمينية المترابطة بواسطة روابط معينة تسمى روابط الببتيد. من الهياكل الجانبية للأحماض تغادر الفروع - الجذور. تم اكتشاف هيكل الجزيء هذا بواسطة E. Fischer في بداية القرن الحادي والعشرين.
لاحقًا ، تمت دراسة البروتينات وهيكل ووظائف البروتينات بمزيد من التفصيل. أصبح من الواضح أنه لا يوجد سوى 20 من الأحماض الأمينية التي تشكل بنية الببتيد ، ولكن يمكن دمجها بعدة طرق. ومن هنا تنوع هياكل عديد الببتيد. بالإضافة إلى ذلك ، في عملية الحياة وأداء وظائفها ، يمكن للبروتينات أن تخضع لعدد من التحولات الكيميائية. نتيجة لذلك ، قاموا بتغيير الهيكل ، وجديد تمامًانوع الاتصال.
لكسر رابطة الببتيد ، أي لكسر البروتين ، هيكل السلاسل ، تحتاج إلى اختيار ظروف قاسية للغاية (تأثير درجات الحرارة المرتفعة ، الأحماض أو القلويات ، محفز). هذا بسبب القوة العالية للروابط التساهمية في الجزيء ، وبالتحديد في مجموعة الببتيد.
يتم الكشف عن بنية البروتين في المختبر باستخدام تفاعل بيوريت - تعرض البولي ببتيد لهيدروكسيد النحاس (II) المترسب حديثًا. يعطي مركب مجموعة الببتيد وأيون النحاس لونًا أرجوانيًا ساطعًا.
هناك أربع منظمات هيكلية رئيسية ، لكل منها سماتها الهيكلية الخاصة بالبروتينات.
مستويات التنظيم: الهيكل الأساسي
كما هو مذكور أعلاه ، الببتيد هو سلسلة من بقايا الأحماض الأمينية مع أو بدون شوائب ، الإنزيمات المساعدة. لذا فإن الاسم الأساسي هو مثل هذا الهيكل للجزيء ، وهو طبيعي وطبيعي ، وهو حقًا أحماض أمينية متصلة بواسطة روابط الببتيد ، ولا شيء أكثر من ذلك. وهذا هو ، عديد ببتيد من هيكل خطي. في الوقت نفسه ، فإن السمات الهيكلية لبروتينات مثل هذه الخطة هي أن مثل هذا المزيج من الأحماض هو أمر حاسم لأداء وظائف جزيء البروتين. نظرًا لوجود هذه الميزات ، من الممكن ليس فقط تحديد الببتيد ، ولكن أيضًا التنبؤ بخصائص ودور عنصر جديد تمامًا ، لم يتم اكتشافه بعد. من أمثلة الببتيدات ذات البنية الأولية الطبيعية الأنسولين والبيبسين وكيموتريبسين وغيرها.
التشكل الثانوي
تتغير بنية وخصائص البروتينات في هذه الفئة إلى حد ما. يمكن أن يتشكل مثل هذا الهيكل في البداية من الطبيعة أو عند تعرضه للتحلل المائي الصلب الأولي أو درجة الحرارة أو ظروف أخرى.
هذا التشكل له ثلاثة أنواع:
- ملفات ملساء ، منتظمة ، مجسمة الشكل مصنوعة من بقايا الأحماض الأمينية التي تلتف حول المحور الرئيسي للاتصال. يتم تجميعها معًا فقط بواسطة روابط هيدروجينية تحدث بين أكسجين مجموعة ببتيدية وهيدروجين مجموعة أخرى. علاوة على ذلك ، يعتبر الهيكل صحيحًا نظرًا لحقيقة أن المنعطفات تتكرر بالتساوي كل 4 روابط. يمكن أن يكون هذا الهيكل إما أعسر أو يمين. ولكن في معظم البروتينات المعروفة ، يسود أيزومر ديكستروتوري. تسمى هذه المطابقات هياكل ألفا.
- يختلف تكوين وهيكل البروتينات من النوع التالي عن سابقتها في أن الروابط الهيدروجينية لا تتشكل بين بقايا تقف جنبًا إلى جنب على جانب واحد من الجزيء ، ولكن بين البعيدة بشكل ملحوظ ، وعلى نحو كاف مسافة كبيرة. لهذا السبب ، يأخذ الهيكل بأكمله شكل العديد من سلاسل بولي ببتيد السربنتين المتموجة. هناك سمة واحدة يجب أن يظهرها البروتين. يجب أن تكون بنية الأحماض الأمينية على الفروع قصيرة قدر الإمكان ، مثل الجلايسين أو الألانين ، على سبيل المثال. يسمى هذا النوع من التشكل الثانوي أوراق بيتا لقدرتها على الالتصاق معًا لتشكيل بنية مشتركة.
- يشير علم الأحياء إلى النوع الثالث من بنية البروتين مثلشظايا معقدة ومتناثرة ومضطربة ليس لها تنظيم فراغي وقادرة على تغيير الهيكل تحت تأثير الظروف الخارجية.
لم يتم تحديد أمثلة على البروتينات التي تحدث بشكل طبيعي.
التعليم العالي
هذا شكل معقد إلى حد ما يسمى "الكرة الأرضية". ما هو هذا البروتين؟ يعتمد هيكلها على البنية الثانوية ، ولكن تمت إضافة أنواع جديدة من التفاعلات بين ذرات التجمعات ، ويبدو أن الجزيء بأكمله ينثني ، وبالتالي التركيز على حقيقة أن المجموعات المحبة للماء يتم توجيهها داخل الكريات ، والمجموعات الكارهة للماء
هذا ما يفسر شحنة جزيء البروتين في المحاليل الغروية للماء. ما أنواع التفاعلات الموجودة؟
- الروابط الهيدروجينية - تبقى دون تغيير بين نفس الأجزاء كما في الهيكل الثانوي.
- التفاعلات الكارهة للماء - تحدث عندما يذوب البولي ببتيد في الماء.
- التجاذب الأيوني - يتكون بين مجموعات مشحونة بشكل معاكس من بقايا الأحماض الأمينية (الجذور).
- تفاعلات تساهمية - قادرة على التكوين بين مواقع حمض معينة - جزيئات السيستين ، أو بالأحرى ذيولها.
وهكذا ، يمكن وصف تكوين وهيكل البروتينات ذات البنية الثلاثية على أنها سلاسل متعددة الببتيد مطوية في كريات ، وتحافظ على شكلها وتثبيته بسبب أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية. أمثلة على هذه الببتيدات:كيناز فسفوغليسيرات ، الحمض الريبي النووي النقال ، ألفا كيراتين ، فيبروين الحرير وغيرها.
هيكل رباعي
هذه واحدة من أكثر الكريات التي تتكون منها البروتينات تعقيدًا. إن بنية ووظائف هذا النوع من البروتينات متعددة الاستخدامات ومحددة للغاية.
ما هذا التشكل؟ هذه عدة (في بعض الحالات عشرات) سلاسل عديد الببتيد الكبيرة والصغيرة التي يتم تشكيلها بشكل مستقل عن بعضها البعض. ولكن بعد ذلك ، وبسبب نفس التفاعلات التي أخذناها في الاعتبار بالنسبة للبنية الثلاثية ، فإن كل هذه الببتيدات تلتف وتتشابك مع بعضها البعض. بهذه الطريقة ، يتم الحصول على كريات تكوين معقدة ، والتي يمكن أن تحتوي على ذرات معدنية ، ومجموعات دهنية ، ومجموعات كربوهيدرات. أمثلة على هذه البروتينات: بوليميريز الحمض النووي ، غلاف بروتين فيروس التبغ ، الهيموجلوبين ، وغيرها.
جميع هياكل الببتيد التي درسناها لها طرق تعريف خاصة بها في المختبر ، بناءً على الإمكانيات الحديثة لاستخدام اللوني والطرد المركزي والمجهر الإلكتروني والبصري وتقنيات الكمبيوتر العالية.
الوظائف المؤداة
ترتبط بنية ووظيفة البروتينات ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض. أي أن كل ببتيد يلعب دورًا معينًا فريدًا ومحددًا. هناك أيضًا من هم قادرون على إجراء عدة عمليات مهمة في خلية حية واحدة في وقت واحد. ومع ذلك ، من الممكن التعبير بشكل عام عن الوظائف الرئيسية لجزيئات البروتين في الكائنات الحية للكائنات الحية:
- دعم الحركة. كائنات وحيدة الخلية ، إما عضيات أو بعضهاأنواع الخلايا قادرة على الحركة والانكماش والإزاحة. يتم توفير ذلك من خلال البروتينات التي تشكل جزءًا من هيكل أجهزتها الحركية: الأهداب ، السوط ، الغشاء السيتوبلازمي. إذا تحدثنا عن خلايا غير قادرة على الحركة ، فيمكن للبروتينات أن تساهم في تقلصها (الميوسين العضلي).
- وظيفة مغذية أو احتياطي. إنه تراكم جزيئات البروتين في البيض والأجنة وبذور النباتات لزيادة تجديد العناصر الغذائية المفقودة. عند تشققها ، تعطي الببتيدات الأحماض الأمينية والمواد النشطة بيولوجيًا الضرورية للتطور الطبيعي للكائنات الحية.
- وظيفة الطاقة. بالإضافة إلى الكربوهيدرات ، يمكن للبروتينات أيضًا أن تعطي قوة للجسم. مع انهيار 1 غرام من الببتيد ، يتم إطلاق 17.6 كيلو جول من الطاقة المفيدة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، والذي يتم إنفاقه على العمليات الحيوية.
- وظيفة الإشارة والتنظيم. وهو يتمثل في تنفيذ التحكم الدقيق في العمليات الجارية ونقل الإشارات من الخلايا إلى الأنسجة ، ومنها إلى الأعضاء ، ومن الأخيرة إلى الأنظمة ، وما إلى ذلك. مثال نموذجي هو الأنسولين ، الذي يحدد بدقة كمية الجلوكوز في الدم.
- وظيفة المستقبل. يتم إجراؤه عن طريق تغيير شكل الببتيد على جانب واحد من الغشاء وإشراك الطرف الآخر في إعادة الهيكلة. في نفس الوقت ، يتم إرسال الإشارة والمعلومات الضرورية. في أغلب الأحيان ، يتم بناء هذه البروتينات في الأغشية السيتوبلازمية للخلايا وتمارس سيطرة صارمة على جميع المواد التي تمر عبرها. يخطر أيضا عنالتغيرات الكيميائية والفيزيائية في البيئة.
- وظيفة نقل الببتيدات. يتم تنفيذه بواسطة بروتينات القناة والبروتينات الحاملة. دورهم واضح - نقل الجزيئات الضرورية إلى أماكن ذات تركيز منخفض من أجزاء ذات تركيز عالٍ. مثال نموذجي هو نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون عبر الأعضاء والأنسجة بواسطة بروتين الهيموغلوبين. كما يقومون بإيصال المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض من خلال غشاء الخلية بالداخل.
- الوظيفة الهيكلية. واحدة من أهم العناصر التي يؤديها البروتين. يتم توفير بنية جميع الخلايا ، عضياتها بدقة عن طريق الببتيدات. هم ، مثل الإطار ، يحددون الشكل والهيكل. بالإضافة إلى ذلك ، يدعمونها ويعدلونها إذا لزم الأمر. لذلك ، من أجل النمو والتطور ، تحتاج جميع الكائنات الحية إلى البروتينات في النظام الغذائي. وتشمل هذه الببتيدات الإيلاستين والتوبولين والكولاجين والأكتين والكيراتين وغيرها.
- وظيفة الحفاز. الإنزيمات تفعل ذلك. فهي عديدة ومتنوعة ، فهي تسرع جميع التفاعلات الكيميائية والبيوكيميائية في الجسم. بدون مشاركتهم ، يمكن هضم تفاحة عادية في المعدة في يومين فقط ، مع احتمال كبير للتعفن. تحت تأثير الكاتلاز والبيروكسيديز والإنزيمات الأخرى ، تستغرق هذه العملية ساعتين. بشكل عام ، بفضل دور البروتينات هذا ، يتم تنفيذ عمليات الاستقلاب والتقويض ، أي استقلاب البلاستيك والطاقة.
دور الحماية
هناك عدة أنواع من التهديدات التي صممت البروتينات منها لحماية الجسم.
أولا ، مادة كيميائيةهجوم الكواشف والغازات والجزيئات والمواد ذات طيف العمل المختلفة. الببتيدات قادرة على الدخول في تفاعل كيميائي معها ، وتحويلها إلى شكل غير ضار أو ببساطة تحييدها.
ثانيًا ، التهديد الجسدي من الجروح - إذا لم يتحول بروتين الفيبرينوجين إلى ليفين في الوقت المناسب في موقع الإصابة ، فلن يتجلط الدم ، مما يعني أن الانسداد لن يحدث. بعد ذلك ، على العكس من ذلك ، ستحتاج إلى ببتيد البلازمين القادر على إذابة الجلطة واستعادة سالكية الوعاء.
ثالثًا ، التهديد بالحصانة. إن بنية وأهمية البروتينات التي تشكل الدفاعات المناعية مهمة للغاية. الأجسام المضادة ، الغلوبولين المناعي ، الإنترفيرون كلها عناصر مهمة وهامة في الجهاز اللمفاوي البشري والجهاز المناعي. يخضع أي جسيم غريب أو جزيء ضار أو جزء ميت من الخلية أو الهيكل بأكمله لفحص فوري بواسطة مركب الببتيد. لهذا يمكن لأي شخص أن يحمي نفسه بشكل مستقل دون مساعدة الأدوية يومياً من الالتهابات والفيروسات البسيطة.
الخصائص الفيزيائية
بنية بروتين الخلية محددة جدًا وتعتمد على الوظيفة المؤداة. لكن الخصائص الفيزيائية لجميع الببتيدات متشابهة وتتلخص في الخصائص التالية.
- يصل وزن الجزيء إلى 1،000،000 دالتون.
- تتشكل الأنظمة الغروانية في محلول مائي. هناك ، يكتسب الهيكل شحنة يمكن أن تختلف اعتمادًا على حموضة البيئة.
- عند تعرضهم لظروف قاسية (إشعاع ، حمض أو قلوي ، درجة الحرارة ، وما إلى ذلك) ، يمكنهم الانتقال إلى مستويات أخرى من المطابقة ، أيتفسد. هذه العملية لا رجوع فيها في 90٪ من الحالات. ومع ذلك ، هناك أيضًا تحول عكسي - إعادة التشبع.
هذه هي الخصائص الرئيسية للخصائص الفيزيائية للببتيدات.
