البروتينات عبارة عن بوليمرات بيولوجية ذات بنية معقدة. لها وزن جزيئي مرتفع وتتكون من أحماض أمينية ومجموعات اصطناعية ممثلة بالفيتامينات وشوائب الدهون والكربوهيدرات. تسمى البروتينات التي تحتوي على الكربوهيدرات والفيتامينات والمعادن أو الدهون المعقدة. تتكون البروتينات البسيطة فقط من الأحماض الأمينية المرتبطة بروابط الببتيد.
الببتيدات
بغض النظر عن بنية المادة ، فإن مونومرات البروتينات هي أحماض أمينية. إنها تشكل سلسلة عديد الببتيد الأساسية ، والتي من خلالها يتم تشكيل البنية الليفية أو الكروية للبروتين. في الوقت نفسه ، لا يمكن تصنيع البروتين إلا في الأنسجة الحية - في الخلايا النباتية والبكتيرية والفطرية والحيوانية وغيرها.
الكائنات الحية الوحيدة التي لا يمكنها الجمع بين مونومرات البروتين هي الفيروسات والبروتوزوا. كل الآخرين قادرون على تكوين بروتينات هيكلية. ولكن ما هي المواد المكونة لمونومرات البروتين ، وكيف تتشكل؟ اقرأ عن هذا وعن التخليق الحيوي للبروتين ، وعن عديد الببتيدات وتكوين بنية بروتينية معقدة ، وعن الأحماض الأمينية وخصائصها.أدناه.
المونومر الوحيد لجزيء البروتين هو أي حمض ألفا أميني. البروتين هو عديد ببتيد ، سلسلة من الأحماض الأمينية المرتبطة. اعتمادًا على عدد الأحماض الأمينية المشاركة في تكوينه ، يتم عزل الببتيدات الثنائية الببتيدات (2 بقايا) ، ثلاثي الببتيدات (3) ، قليل الببتيدات (يحتوي على 2-10 من الأحماض الأمينية) وعديد الببتيدات (العديد من الأحماض الأمينية).
مراجعة بنية البروتين
يمكن أن تكون بنية البروتين أساسية ، وأكثر تعقيدًا بقليل - ثانوية ، وحتى أكثر تعقيدًا - من الدرجة الثالثة ، والأكثر تعقيدًا - رباعي.
الهيكل الأساسي عبارة عن سلسلة بسيطة يتم فيها توصيل مونومرات البروتين (الأحماض الأمينية) من خلال رابطة الببتيد (CO-NH). البنية الثانوية هي حلزون ألفا أو طيات بيتا. التعليم العالي هو بنية بروتينية ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا ، والتي تكونت من المرحلة الثانوية بسبب تكوين الروابط التساهمية والأيونية والهيدروجينية ، فضلاً عن التفاعلات الكارهة للماء.
البنية الرباعية هي الأكثر تعقيدًا وهي مميزة لبروتينات المستقبل الموجودة في أغشية الخلايا. هذا هيكل فوق جزيئي (مجال) يتكون نتيجة مزيج من عدة جزيئات مع بنية ثلاثية ، مكمل بمجموعات الكربوهيدرات أو الدهون أو الفيتامينات. في هذه الحالة ، كما في حالة الهياكل الأولية والثانوية والثالثية ، فإن مونومرات البروتينات هي أحماض ألفا أمينية. كما أنها مرتبطة ببعضها البعض عن طريق روابط الببتيد. الاختلاف الوحيد هو مدى تعقيد الهيكل
أحماض أمينية
المونومرات الوحيدةجزيئات البروتين هي أحماض أمينية ألفا. لا يوجد سوى 20 منهم ، وهم أساس الحياة تقريبًا. بفضل ظهور رابطة الببتيد ، أصبح تخليق البروتين ممكنًا. وبدأ البروتين نفسه بعد ذلك في أداء وظائف تشكيل الهيكل ، والمستقبلات ، والإنزيمية ، والنقل ، والوسيط وغيرها من الوظائف. بفضل هذا ، يعمل الكائن الحي ويمكنه التكاثر.
حمض ألفا الأميني نفسه عبارة عن حمض كربوكسيل عضوي مع مجموعة أمينية مرتبطة بذرة كربون ألفا. يقع الأخير بجوار مجموعة الكربوكسيل. في هذه الحالة ، تعتبر مونومرات البروتين من المواد العضوية التي تحمل فيها ذرة الكربون الطرفية كلا من الأمين ومجموعة الكربوكسيل.
اتصال الأحماض الأمينية في الببتيدات والبروتينات
ترتبط الأحماض الأمينية في ثنائيات ، ومقلدات ، وبوليمرات من خلال رابطة الببتيد. يتكون من انقسام مجموعة الهيدروكسيل (-OH) من موقع الكربوكسيل لحمض ألفا أميني واحد وهيدروجين (-H) من المجموعة الأمينية لحمض ألفا أميني آخر. نتيجة للتفاعل ، ينفصل الماء ، ويبقى موقع C=O بإلكترون حر بالقرب من كربون بقايا الكربوكسيل في نهاية الكربوكسيل. في المجموعة الأمينية لحمض آخر ، توجد بقايا (NH) مع جذر حر موجود في ذرة النيتروجين. هذا يسمح بربط جذرين لتشكيل رابطة (CONH). يطلق عليه الببتيد.
متغيرات الأحماض الأمينية ألفا
هناك 23 حمض ألفا أميني معروف. هم انهممدرج على النحو التالي: الجلايسين ، الفالين ، الألانين ، الإيزليسين ، الليوسين ، الجلوتامات ، الأسبارتات ، الأورنيثين ، الثريونين ، السيرين ، الليسين ، السيستين ، السيستين ، الفنيل ألانين ، الميثيونين ، التيروزين ، البرولين ، التربتوفان ، الهيدروكسي برولين ، الأرجينين ، الهيستيدين ، الأسباراجين. اعتمادًا على ما إذا كان يمكن تصنيعها بواسطة جسم الإنسان ، يتم تقسيم هذه الأحماض الأمينية إلى غير أساسية وغير أساسية.
مفهوم الأحماض الأمينية الأساسية وغير الأساسية
يمكن تصنيع البدائل بواسطة جسم الإنسان ، بينما يجب أن تأتي الأساسيات من الطعام فقط. في الوقت نفسه ، تعتبر كل من الأحماض الأساسية وغير الأساسية مهمة للتخليق الحيوي للبروتين ، لأنه بدونها لا يمكن إكمال التوليف. بدون حمض أميني واحد ، حتى في حالة وجود جميع الأحماض الأمينية الأخرى ، من المستحيل بناء البروتين الذي تحتاجه الخلية بالضبط لأداء وظائفها.
خطأ واحد في أي من مراحل التخليق الحيوي - ولم يعد البروتين مناسبًا ، لأنه لن يكون قادرًا على التجمع في الهيكل المطلوب بسبب انتهاك الكثافات الإلكترونية والتفاعلات بين الذرات. لذلك ، من المهم أن يستهلك الشخص (والكائنات الحية الأخرى) الأطعمة البروتينية التي تحتوي على الأحماض الأمينية الأساسية. يؤدي غيابهم في الطعام إلى عدد من اضطرابات التمثيل الغذائي للبروتين.
عملية تكوين رابطة الببتيد
المونومرات الوحيدة للبروتينات هي أحماض ألفا أمينية. تتحد تدريجياً في سلسلة متعددة الببتيد ، يتم تخزين هيكلها مسبقًا في الشفرة الوراثية للحمض النووي (أو RNA ، إذا تم أخذ التخليق الحيوي البكتيري في الاعتبار). البروتين هو تسلسل صارم لبقايا الأحماض الأمينية. هذه سلسلة مرتبة في معينبنية تؤدي وظيفة مبرمجة مسبقًا في خلية.
خطوة تسلسل التخليق الحيوي للبروتين
تتكون عملية تكوين البروتين من سلسلة من الخطوات: تكرار قسم DNA (أو RNA) ، وتوليف نوع المعلومات RNA ، وإطلاقه في سيتوبلازم الخلية من النواة ، والاتصال بالريبوسوم و الارتباط التدريجي لبقايا الأحماض الأمينية التي يتم توفيرها عن طريق نقل الحمض النووي الريبي. مادة هي مونومر بروتين تشارك في التفاعل الأنزيمي للتخلص من مجموعة الهيدروكسيل وبروتون الهيدروجين ، ثم تنضم إلى سلسلة البولي ببتيد المتنامية.
وهكذا ، يتم الحصول على سلسلة بولي ببتيد ، والتي ، بالفعل في الشبكة الإندوبلازمية الخلوية ، يتم ترتيبها في بنية محددة مسبقًا ومكملتها بكربوهيدرات أو بقايا دهنية ، إذا لزم الأمر. وهذا ما يسمى بعملية "إنضاج" البروتين ، وبعد ذلك يتم إرساله عن طريق نظام النقل الخلوي إلى وجهته.
وظائف البروتينات المركبة
مونومرات البروتين هي الأحماض الأمينية اللازمة لبناء هيكلها الأساسي. يتكون الهيكل الثانوي والثالث والرباعي بالفعل من تلقاء نفسه ، على الرغم من أنه يتطلب أحيانًا مشاركة الإنزيمات والمواد الأخرى. ومع ذلك ، لم تعد ضرورية ، على الرغم من أنها ضرورية للبروتينات لأداء وظيفتها.
الأحماض الأمينية ، وهي مونومر بروتين ، يمكن أن تحتوي على مواقع مرتبطة بالكربوهيدرات أو المعادن أو الفيتامينات. يتيح تكوين الهيكل الثلاثي أو الرباعي العثور على المزيد من الأماكن لمجموعات الإدراج. هذا يسمح لك بالإنشاء منمشتق بروتيني يلعب دور إنزيم ، مستقبل ، ناقل للمواد داخل أو خارج الخلية ، الغلوبولين المناعي ، المكون الهيكلي لغشاء أو عضية خلوية ، بروتين عضلي.
البروتينات المكونة من الأحماض الأمينية هي الأساس الوحيد للحياة. واليوم يُعتقد أن الحياة نشأت للتو بعد ظهور الحمض الأميني ونتيجة لبلمرته. بعد كل شيء ، فإن التفاعل بين الجزيئات للبروتينات هو بداية الحياة ، بما في ذلك الحياة الذكية. جميع العمليات الكيميائية الحيوية الأخرى ، بما في ذلك عمليات الطاقة ، ضرورية لتنفيذ التخليق الحيوي للبروتين ، ونتيجة لذلك ، استمرار الحياة.
