ตามทฤษฎี Oparin-Haldane ชีวิตบนโลกของเรามีต้นกำเนิดมาจากละอองน้ำกลั่น ยังเป็นโมเลกุลของโปรตีนอีกด้วย นั่นคือข้อสรุปตามมาว่าเป็นสารประกอบทางเคมีเหล่านี้เป็นพื้นฐานของทุกชีวิตที่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่โครงสร้างโปรตีนคืออะไร? พวกเขามีบทบาทอย่างไรในร่างกายและชีวิตของผู้คนในปัจจุบัน? มีโปรตีนประเภทใดบ้าง? มาลองคิดกันดู
โปรตีน: แนวคิดทั่วไป
จากมุมมองของโครงสร้างทางเคมี โมเลกุลของสารที่เป็นปัญหาคือลำดับของกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์
กรดอะมิโนแต่ละตัวมีฟังก์ชันสองกลุ่ม:
- คาร์บอกซิลิก -COOH;
- อะมิโนกรุ๊ป -NH2.
พันธะระหว่างกันจะก่อตัวขึ้นในโมเลกุลต่างๆ ดังนั้นพันธะเปปไทด์จึงมีรูปแบบ -CO-NH โมเลกุลโปรตีนอาจมีกลุ่มดังกล่าวเป็นร้อยเป็นพัน ทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับสารเฉพาะ ประเภทของโปรตีนมีความหลากหลายมาก ในหมู่พวกเขามีกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับร่างกายซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะต้องกินเข้าไปพร้อมกับอาหาร มีพันธุ์ที่ทำหน้าที่สำคัญในเยื่อหุ้มเซลล์และไซโตพลาสซึมของมัน ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพก็ถูกแยกออกเช่นกัน - เอ็นไซม์ซึ่งเป็นโมเลกุลของโปรตีนเช่นกัน พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตมนุษย์และไม่เพียง แต่มีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีของสิ่งมีชีวิต
น้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบที่อยู่ในการพิจารณาอาจมีตั้งแต่หลายสิบถึงล้าน ท้ายที่สุด จำนวนหน่วยโมโนเมอร์ในสายโซ่โพลีเปปไทด์ขนาดใหญ่นั้นไม่จำกัดและขึ้นอยู่กับชนิดของสารเฉพาะ โปรตีนในรูปแบบบริสุทธิ์ในรูปแบบดั้งเดิมสามารถเห็นได้เมื่อตรวจดูไข่ไก่ดิบ มวลคอลลอยด์ที่มีสีเหลืองอ่อน โปร่งใส และหนาแน่น ซึ่งอยู่ภายในซึ่งมีไข่แดงอยู่ ซึ่งเป็นสารที่ต้องการ เช่นเดียวกับคอทเทจชีสไขมันต่ำ ผลิตภัณฑ์นี้มีโปรตีนเกือบบริสุทธิ์ในรูปแบบธรรมชาติ
อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกสารประกอบที่อยู่ในการพิจารณาจะมีโครงสร้างเชิงพื้นที่เหมือนกัน โดยรวมแล้วมีสี่องค์กรของโมเลกุลที่มีความโดดเด่น ประเภทของโครงสร้างโปรตีนกำหนดคุณสมบัติของมันและบ่งบอกถึงความซับซ้อนของโครงสร้าง เป็นที่ทราบกันดีว่าโมเลกุลที่พัวพันเชิงพื้นที่มากขึ้นได้รับการประมวลผลอย่างกว้างขวางในมนุษย์และสัตว์
ประเภทของโครงสร้างโปรตีน
มีทั้งหมดสี่ตัว พิจารณาว่าแต่ละอันคืออะไร
- ประถม. แสดงถึงลำดับเชิงเส้นตามปกติของกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อด้วยพันธะเปปไทด์ ไม่มีการบิดเชิงพื้นที่ไม่มีการทำให้เป็นเกลียว จำนวนลิงค์ที่รวมอยู่ในโพลีเปปไทด์สามารถเข้าถึงได้หลายพัน ประเภทของโปรตีนที่มีโครงสร้างที่คล้ายกัน - ไกลซิลาลานีน อินซูลิน ฮิสโตน อีลาสติน และอื่นๆ
- รอง. ประกอบด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์สองสายที่บิดเป็นเกลียวและหันเข้าหากันโดยการหมุนที่เกิดขึ้น ในกรณีนี้ พันธะไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นระหว่างพวกมันและจับพวกมันไว้ด้วยกัน นี่คือวิธีการสร้างโมเลกุลโปรตีนเดี่ยว ประเภทของโปรตีนประเภทนี้มีดังนี้: ไลโซไซม์, เปปซินและอื่น ๆ
- รูปแบบตติยภูมิ. เป็นโครงสร้างทุติยภูมิที่อัดแน่นและขดอย่างแน่นหนา ที่นี่มีปฏิสัมพันธ์ประเภทอื่นนอกเหนือจากพันธะไฮโดรเจน - นี่คือปฏิกิริยาของ Van der Waals และแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต, การสัมผัสที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ ตัวอย่างของโครงสร้าง เช่น อัลบูมิน ไฟโบริน โปรตีนไหม และอื่นๆ
- ควอเตอร์นารี่. โครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุด ซึ่งเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์หลายสายบิดเป็นเกลียว รีดเป็นลูกบอลและรวมเข้าด้วยกันเป็นลูกกลม ตัวอย่าง เช่น อินซูลิน เฟอร์ริติน เฮโมโกลบิน คอลลาเจน แสดงให้เห็นโครงสร้างโปรตีนดังกล่าว
หากเราพิจารณารายละเอียดโครงสร้างโมเลกุลทั้งหมดโดยละเอียดจากมุมมองทางเคมี การวิเคราะห์จะใช้เวลานาน อันที่จริง ยิ่งการกำหนดค่าสูง โครงสร้างยิ่งซับซ้อนและซับซ้อน ยิ่งมีการสังเกตปฏิสัมพันธ์ในโมเลกุลมากขึ้น
การเสื่อมสภาพของโมเลกุลโปรตีน
คุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของโพลีเปปไทด์คือความสามารถในการย่อยสลายภายใต้อิทธิพลของสภาวะหรือสารเคมีบางอย่าง ดังนั้น,ตัวอย่างเช่น การเสียสภาพของโปรตีนประเภทต่างๆ เป็นที่แพร่หลาย กระบวนการนี้คืออะไร? ประกอบด้วยการทำลายโครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีน นั่นคือถ้าในตอนแรกโมเลกุลมีโครงสร้างระดับตติยภูมิแล้วหลังจากการกระทำของสารพิเศษมันก็จะยุบตัว อย่างไรก็ตาม ลำดับของเรซิดิวกรดอะมิโนยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในโมเลกุล โปรตีนที่แปลงสภาพจะสูญเสียคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีไปอย่างรวดเร็ว
รีเอเจนต์ใดบ้างที่สามารถนำไปสู่กระบวนการทำลายโครงสร้างได้? มีหลายตัว
- อุณหภูมิ. เมื่อถูกความร้อนจะมีการทำลายโครงสร้างโมเลกุลสี่, ตติยภูมิและทุติยภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไป สามารถสังเกตได้ด้วยสายตา ตัวอย่างเช่น เมื่อทอดไข่ไก่ธรรมดา "โปรตีน" ที่ได้คือโครงสร้างหลักของอัลบูมินโพลีเปปไทด์ที่อยู่ในผลิตภัณฑ์ดิบ
- การแผ่รังสี
- การกระทำกับสารเคมีที่แรง: กรด ด่าง เกลือของโลหะหนัก ตัวทำละลาย (เช่น แอลกอฮอล์ อีเทอร์ เบนซิน และอื่นๆ)
กระบวนการนี้บางครั้งเรียกว่าการหลอมโมเลกุล ประเภทของการเปลี่ยนสภาพโปรตีนขึ้นอยู่กับตัวแทนที่มันเกิดขึ้น นอกจากนี้ ในบางกรณี กระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น นี่คือการปรับสภาพ โปรตีนบางชนิดไม่สามารถฟื้นฟูโครงสร้างกลับคืนมาได้ แต่ส่วนสำคัญของโปรตีนเหล่านี้สามารถทำได้ ดังนั้น นักเคมีจากออสเตรเลียและอเมริกาจึงได้ทำการเปลี่ยนสภาพของไข่ไก่ต้มโดยใช้รีเอเจนต์บางตัวและวิธีการหมุนเหวี่ยง
กระบวนการนี้มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตในการสังเคราะห์พอลิเปปไทด์สายของไรโบโซมและ rRNA ในเซลล์
ไฮโดรไลซิสของโมเลกุลโปรตีน
นอกจากการเสื่อมสภาพแล้ว โปรตีนยังมีคุณสมบัติทางเคมีอีกประการหนึ่งคือ ไฮโดรไลซิส นี่เป็นการทำลายโครงสร้างดั้งเดิมด้วย แต่ไม่ใช่กับโครงสร้างหลัก แต่รวมถึงกรดอะมิโนแต่ละตัวอย่างสมบูรณ์ ส่วนสำคัญของการย่อยอาหารคือการย่อยโปรตีน ประเภทของไฮโดรไลซิสของโพลีเปปไทด์มีดังนี้
- เคมี. ขึ้นอยู่กับการกระทำของกรดหรือด่าง
- ชีวภาพหรือเอนไซม์
อย่างไรก็ตาม สาระสำคัญของกระบวนการยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทของการไฮโดรไลซิสของโปรตีนที่เกิดขึ้น เป็นผลให้เกิดกรดอะมิโนขึ้นซึ่งจะถูกส่งไปยังเซลล์อวัยวะและเนื้อเยื่อทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมของพวกมันประกอบด้วยการมีส่วนร่วมของการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ใหม่ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะ
ในอุตสาหกรรม กระบวนการไฮโดรไลซิสของโมเลกุลโปรตีนถูกใช้เพียงเพื่อให้ได้กรดอะมิโนที่เหมาะสม
หน้าที่ของโปรตีนในร่างกาย
โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมันประเภทต่างๆ เป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการทำงานปกติของเซลล์ และนั่นหมายถึงสิ่งมีชีวิตทั้งหมดโดยรวม ดังนั้นบทบาทของพวกเขาส่วนใหญ่เกิดจากความสำคัญและความแพร่หลายในสิ่งมีชีวิตในระดับสูง สามารถจำแนกหน้าที่หลักหลายประการของโมเลกุลโพลีเปปไทด์ได้
- ตัวเร่งปฏิกิริยา. ดำเนินการโดยเอนไซม์ที่มีโครงสร้างโปรตีน เราจะพูดถึงพวกเขาในภายหลัง
- โครงสร้าง. ประเภทของโปรตีนและของพวกมันหน้าที่ในร่างกายส่วนใหญ่ส่งผลต่อโครงสร้างของเซลล์รูปร่างของมันเอง นอกจากนี้ โพลีเปปไทด์ที่ทำหน้าที่นี้ก่อให้เกิดผม เล็บ เปลือกหอยมอลลัซ และขนนก พวกเขายังเป็นเกราะบางอย่างในร่างกายของเซลล์ กระดูกอ่อนยังประกอบด้วยโปรตีนประเภทนี้ ตัวอย่าง: ทูบูลิน เคราติน แอคติน และอื่นๆ
- ระเบียบบังคับ. หน้าที่นี้แสดงให้เห็นในการมีส่วนร่วมของโพลีเปปไทด์ในกระบวนการต่างๆ เช่น การถอดรหัส การแปล วัฏจักรของเซลล์ การต่อประกบ การอ่าน mRNA และอื่นๆ ทั้งหมดนี้มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการจราจร
- สัญญาณ. ฟังก์ชั่นนี้ดำเนินการโดยโปรตีนที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ พวกเขาส่งสัญญาณที่แตกต่างกันจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่ง และสิ่งนี้นำไปสู่การสื่อสารระหว่างเนื้อเยื่อ ตัวอย่าง: ไซโตไคน์ อินซูลิน โกรทแฟคเตอร์ และอื่นๆ
- ขนส่ง. โปรตีนบางชนิดและหน้าที่ของพวกมันมีความสำคัญอย่างยิ่ง สิ่งนี้เกิดขึ้น เช่น กับโปรตีนเฮโมโกลบิน มันขนส่งออกซิเจนจากเซลล์ไปยังเซลล์ในเลือด สำหรับคนคนหนึ่ง เขาไม่มีใครมาแทนที่ได้
- อะไหล่หรือสำรอง. โพลีเปปไทด์ดังกล่าวสะสมในพืชและไข่สัตว์เป็นแหล่งโภชนาการและพลังงานเพิ่มเติม ตัวอย่างคือโกลบูลิน
- แรงจูงใจ. หน้าที่สำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตและแบคทีเรียที่ง่ายที่สุด ท้ายที่สุดพวกเขาสามารถเคลื่อนไหวได้ด้วยความช่วยเหลือของแฟลกเจลลาหรือตาเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้วออร์แกเนลล์เหล่านี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าโปรตีน ตัวอย่างของโพลีเปปไทด์มีดังนี้: myosin, actin, kinesin และอื่นๆ
เห็นได้ชัดว่าการทำงานของโปรตีนในร่างกายมนุษย์และอื่นๆสิ่งมีชีวิตเป็นจำนวนมากและมีความสำคัญมาก นี่เป็นการยืนยันอีกครั้งว่าชีวิตบนโลกของเราเป็นไปไม่ได้หากไม่มีสารประกอบที่เรากำลังพิจารณา
ป้องกันการทำงานของโปรตีน
โพลีเปปไทด์สามารถป้องกันอิทธิพลต่างๆ: เคมี กายภาพ ชีวภาพ ตัวอย่างเช่น หากร่างกายตกอยู่ในอันตรายในรูปของไวรัสหรือแบคทีเรียที่มีลักษณะของมนุษย์ต่างดาว อิมมูโนโกลบูลิน (แอนติบอดี) จะเข้าสู่การต่อสู้กับพวกมันโดยทำหน้าที่ป้องกัน
ถ้าเราพูดถึงผลกระทบทางกายภาพ ไฟบรินและไฟบริโนเจนซึ่งเกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของเลือดมีบทบาทสำคัญที่นี่
โปรตีนอาหาร
อาหารประเภทโปรตีนมีดังนี้:
- สมบูรณ์ - กรดอะมิโนที่จำเป็นต่อร่างกาย
- incomplete - มีกรดอะมิโนที่ไม่สมบูรณ์
อย่างไรก็ตาม ทั้งสองอย่างมีความสำคัญต่อร่างกายมนุษย์ โดยเฉพาะกลุ่มแรก แต่ละคนโดยเฉพาะในช่วงที่มีการพัฒนาอย่างเข้มข้น (วัยเด็กและวัยรุ่น) และวัยแรกรุ่นจะต้องรักษาระดับโปรตีนในตัวเองให้คงที่ ท้ายที่สุด เราได้พิจารณาถึงหน้าที่ของโมเลกุลอันน่าทึ่งเหล่านี้แล้ว และเรารู้ว่าในทางปฏิบัติ ไม่ใช่กระบวนการเดียว ไม่ใช่ปฏิกิริยาทางชีวเคมีเดียวภายในเราที่สามารถทำได้โดยปราศจากการมีส่วนร่วมของโพลีเปปไทด์
นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมคุณต้องบริโภคโปรตีนทุกวันซึ่งมีอยู่ในผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้:
- ไข่;
- นม;
- คอทเทจชีส;
- เนื้อกับปลา;
- ถั่ว;
- ซอย;
- ถั่ว;
- ถั่วลิสง;
- ข้าวสาลี;
- ข้าวโอ๊ต;
- ถั่วเลนทิลและอื่น ๆ
หากคุณบริโภคโพลีเปปไทด์ 0.6 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมต่อวัน คนๆ นั้นจะไม่มีวันขาดสารประกอบเหล่านี้ หากเป็นเวลานานที่ร่างกายไม่ได้รับโปรตีนที่จำเป็นก็จะเกิดโรคขึ้นซึ่งมีชื่อเรียกว่าความอดอยากของกรดอะมิโน สิ่งนี้นำไปสู่ความผิดปกติของการเผาผลาญอย่างรุนแรงและเป็นผลให้เกิดโรคอื่น ๆ อีกมากมาย
โปรตีนในกรง
ภายในหน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด - เซลล์ - ยังมีโปรตีนอีกด้วย ยิ่งกว่านั้น พวกมันทำหน้าที่เกือบทั้งหมดข้างต้นที่นั่น ประการแรกโครงร่างโครงร่างของเซลล์ประกอบด้วยไมโครทูบูลไมโครฟิลาเมนต์ ทำหน้าที่รักษารูปร่าง เช่นเดียวกับการขนส่งภายในระหว่างออร์แกเนลล์ ไอออนและสารประกอบต่างๆ จะเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุลโปรตีน เช่น ตามช่องหรือราง
บทบาทของโปรตีนที่แช่ในเมมเบรนและที่อยู่บนพื้นผิวก็มีความสำคัญเช่นกัน ที่นี่พวกเขาทำหน้าที่ทั้งตัวรับและสัญญาณ มีส่วนร่วมในการสร้างเมมเบรนเอง พวกเขายืนเฝ้าซึ่งหมายความว่าพวกเขามีบทบาทในการป้องกัน โปรตีนชนิดใดในเซลล์ที่สามารถนำมาประกอบกับกลุ่มนี้? มีตัวอย่างมากมาย นี่คือบางส่วน
- แอคตินและไมโอซิน
- อีลาสติน
- เคราติน.
- คอลลาเจน
- ทูบูลิน
- เฮโมโกลบิน
- อินซูลิน
- ทรานสโคบาลามิน.
- โอน.
- อัลบูมิน
มีหลายร้อยโปรตีนประเภทต่างๆ ที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาภายในแต่ละเซลล์
ประเภทของโปรตีนในร่างกาย
แน่นอนว่ามีความหลากหลายมาก หากคุณพยายามแบ่งโปรตีนที่มีอยู่ทั้งหมดออกเป็นกลุ่มๆ คุณก็จะได้หมวดหมู่นี้
- โปรตีนทั่วโลก. สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่แสดงโดยโครงสร้างระดับอุดมศึกษานั่นคือทรงกลมที่อัดแน่นอย่างหนาแน่น ตัวอย่างของโครงสร้างดังกล่าว ได้แก่ อิมมูโนโกลบูลิน เอนไซม์ในสัดส่วนที่สำคัญ ฮอร์โมนจำนวนมาก
- โปรตีนไฟบริลล่า. มีการจัดลำดับเธรดอย่างเคร่งครัดโดยมีความสมมาตรเชิงพื้นที่ที่ถูกต้อง กลุ่มนี้รวมถึงโปรตีนที่มีโครงสร้างหลักและรอง เช่น เคราติน คอลลาเจน โทรโปไมโอซิน ไฟบริโนเจน
โดยทั่วไป คุณสมบัติหลายอย่างสามารถใช้เป็นพื้นฐานในการจำแนกโปรตีนในร่างกายได้ ยังไม่มีใคร
เอ็นไซม์
ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพของธรรมชาติของโปรตีน ซึ่งเร่งกระบวนการทางชีวเคมีที่กำลังดำเนินอยู่ทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ เมแทบอลิซึมปกติเป็นไปไม่ได้หากไม่มีสารเหล่านี้ กระบวนการทั้งหมดของการสังเคราะห์และการสลายตัว การรวมตัวของโมเลกุลและการจำลองแบบ การแปลและการถอดรหัส และอื่นๆ ดำเนินการภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์บางประเภท ตัวอย่างของโมเลกุลเหล่านี้คือ:
- oxidoreductase;
- โอน;
- คาตาเลส;
- ไฮโดรเลส;
- ไอโซเมอเรส;
- lyases และอื่นๆ
วันนี้มีการใช้เอ็นไซม์ในชีวิตประจำวัน ดังนั้นในการผลิตซักผ้าผงมักใช้เอนไซม์ที่เรียกว่า - สิ่งเหล่านี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ พวกเขาปรับปรุงคุณภาพของการซักในขณะที่สังเกตระบอบอุณหภูมิที่กำหนด จับกับสิ่งสกปรกอย่างง่ายดายและขจัดออกจากพื้นผิวของผ้า
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากลักษณะของโปรตีน เอ็นไซม์จึงไม่ทนต่อน้ำร้อนเกินไป หรืออยู่ใกล้กับยาที่เป็นด่างหรือกรด ในกรณีนี้ กระบวนการของการทำให้เสียสภาพจะเกิดขึ้น
