โปรตีนเป็นสารอินทรีย์ สารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยองค์ประกอบบางอย่างและสลายตัวเป็นกรดอะมิโนเมื่อไฮโดรไลซิส โมเลกุลของโปรตีนมีรูปร่างที่หลากหลาย ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์หลายสาย ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนถูกเข้ารหัสใน DNA และกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่าการแปล
องค์ประกอบทางเคมีของโปรตีน
โปรตีนโดยเฉลี่ยประกอบด้วย:
- คาร์บอน 52%;
- ไฮโดรเจน 7%;
- ไนโตรเจน 12%;
- ออกซิเจน 21%;
- กำมะถัน 3%
โปรตีนโมเลกุลเป็นโพลีเมอร์ เพื่อให้เข้าใจโครงสร้างของมัน จำเป็นต้องรู้ว่าโมโนเมอร์ของพวกมันคืออะไร กรดอะมิโน
กรดอะมิโน
มักจะถูกแบ่งออกเป็นสองประเภท: เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว ในอดีตประกอบด้วยโปรตีนโมโนเมอร์ 18 ชนิดและเอไมด์อีก 2 ชนิด ได้แก่ กรดแอสปาร์ติกและกลูตามิก บางครั้งมีกรดเพียงสามตัว
กรดเหล่านี้สามารถจำแนกได้หลายวิธี: โดยธรรมชาติของสายโซ่ด้านข้างหรือประจุของรากของพวกมัน กรดเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้ด้วยจำนวนกลุ่ม CN และ COOH
โครงสร้างหลักของโปรตีน
ลำดับของกรดอะมิโนในสายโปรตีนเป็นตัวกำหนดระดับต่อไปขององค์กร คุณสมบัติ และหน้าที่ พันธะหลักระหว่างโมโนเมอร์คือเปปไทด์ เกิดจากการแยกไฮโดรเจนออกจากกรดอะมิโนหนึ่งและหมู่ OH ออกจากอีกกลุ่ม
ระดับแรกของการจัดระเบียบโมเลกุลโปรตีนคือลำดับของกรดอะมิโนในนั้น ซึ่งเป็นเพียงสายโซ่ที่กำหนดโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีน ประกอบด้วย "โครงกระดูก" ที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ นี่คือลำดับการทำซ้ำ -NH-CH-CO- สายด้านข้างที่แยกจากกันจะแสดงด้วยอนุมูลของกรดอะมิโน (R) คุณสมบัติของพวกมันเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบของโครงสร้างของโปรตีน
แม้ว่าโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนจะเหมือนกัน แต่คุณสมบัติก็สามารถแตกต่างกันได้จากการที่โมโนเมอร์ของพวกมันมีลำดับที่แตกต่างกันในสายโซ่เท่านั้น การจัดเรียงของกรดอะมิโนในโปรตีนถูกกำหนดโดยยีนและกำหนดหน้าที่ทางชีววิทยาบางอย่างของโปรตีน ลำดับของโมโนเมอร์ในโมเลกุลที่รับผิดชอบหน้าที่เดียวกันมักจะใกล้เคียงกันในสปีชีส์ต่างๆ โมเลกุลดังกล่าว - เหมือนกันหรือคล้ายกันในองค์กรและทำหน้าที่เดียวกันในสิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ - เป็นโปรตีนที่คล้ายคลึงกัน โครงสร้าง คุณสมบัติ และหน้าที่ของโมเลกุลในอนาคตถูกวางไว้ในขั้นตอนของการสังเคราะห์สายกรดอะมิโน
คุณสมบัติทั่วไปบางอย่าง
โครงสร้างของโปรตีนได้รับการศึกษามาเป็นเวลานาน และการวิเคราะห์โครงสร้างหลักของพวกมันทำให้เราสามารถสรุปได้บางส่วน โปรตีนส่วนใหญ่มีลักษณะเฉพาะโดยมีกรดอะมิโนทั้งหมด 20 ชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีไกลซีน อะลานีน กรดแอสปาร์ติก กลูตามีน และทริปโตเฟนเล็กน้อย อาร์จินีน เมไทโอนีนฮิสติดีน ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือโปรตีนบางกลุ่ม เช่น ฮิสโตน จำเป็นสำหรับบรรจุภัณฑ์ DNA และมีฮิสติดีนจำนวนมาก
ลักษณะทั่วไปที่สอง: ในโปรตีนทรงกลมไม่มีรูปแบบทั่วไปในการสลับกรดอะมิโน แต่แม้กระทั่งโพลีเปปไทด์ที่อยู่ห่างไกลในกิจกรรมทางชีวภาพก็มีชิ้นส่วนโมเลกุลเล็ก ๆ เหมือนกัน
โครงสร้างรอง
ระดับที่สองของการจัดระเบียบสายโซ่โพลีเปปไทด์คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยพันธะไฮโดรเจน จัดสรร α-helix และ β-fold ส่วนหนึ่งของห่วงโซ่ไม่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบโซนดังกล่าวเรียกว่าอสัณฐาน
เกลียวอัลฟาของโปรตีนธรรมชาติทั้งหมดอยู่ทางขวามือ อนุมูลด้านข้างของกรดอะมิโนในเกลียวจะหันออกด้านนอกเสมอและตั้งอยู่ด้านตรงข้ามของแกน หากไม่ใช่ขั้ว พวกมันจะถูกจัดกลุ่มไว้ที่ด้านหนึ่งของก้นหอย ส่งผลให้เกิดส่วนโค้งที่สร้างเงื่อนไขสำหรับการบรรจบกันของส่วนเกลียวต่างๆ
Beta-folds - วงก้นหอยที่ยาวมาก - มักจะอยู่เคียงข้างกันในโมเลกุลโปรตีนและก่อตัวเป็นชั้นๆ β-pleated ขนานกันและไม่ขนานกัน
โครงสร้างโปรตีนระดับตติย
ระดับที่สามของการจัดระเบียบโมเลกุลโปรตีนคือการพับเกลียว รอยพับ และส่วนที่ไม่มีรูปร่างเป็นโครงสร้างที่กะทัดรัด นี่เป็นเพราะการทำงานร่วมกันของอนุมูลด้านข้างของโมโนเมอร์ซึ่งกันและกัน การเชื่อมต่อดังกล่าวแบ่งออกเป็นหลายประเภท:
- พันธะไฮโดรเจนก่อตัวระหว่างอนุมูลขั้ว
- ไม่ชอบน้ำ– ระหว่างกลุ่ม R ที่ไม่มีขั้ว;
- แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต (พันธะไอออนิก) – ระหว่างกลุ่มที่มีประจุตรงข้าม
- สะพานเชื่อมระหว่างสารอนุมูลอิสระซิสเทอีน
พันธะประเภทสุดท้าย (–S=S-) คือปฏิกิริยาของโควาเลนต์ สะพานไดซัลไฟด์เสริมสร้างโปรตีนโครงสร้างจะคงทนมากขึ้น แต่การเชื่อมต่อดังกล่าวไม่จำเป็น ตัวอย่างเช่น ซิสเทอีนในสายโซ่โพลีเปปไทด์อาจมีน้อยมาก หรืออนุมูลของมันอยู่ใกล้ ๆ และไม่สามารถสร้าง "สะพาน" ได้
ระดับที่สี่ขององค์กร
โปรตีนบางชนิดไม่ได้มีโครงสร้างเป็นสี่ส่วน โครงสร้างของโปรตีนที่ระดับที่สี่ถูกกำหนดโดยจำนวนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ (โปรโตเมอร์) พวกเขาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดียวกันกับระดับก่อนหน้าขององค์กร ยกเว้นสะพานไดซัลไฟด์ โมเลกุลประกอบด้วยโปรโตเมอร์หลายตัว ซึ่งแต่ละตัวมีโครงสร้างตติยภูมิพิเศษ (หรือเหมือนกัน) ของตัวเอง
การจัดระเบียบทุกระดับเป็นตัวกำหนดหน้าที่ของโปรตีนที่ได้ โครงสร้างของโปรตีนในระดับแรกขององค์กรจะกำหนดบทบาทที่ตามมาในเซลล์และร่างกายโดยรวมอย่างแม่นยำมาก
ฟังก์ชั่นโปรตีน
มันยากที่จะจินตนาการถึงความสำคัญของโปรตีนในการทำงานของเซลล์ ด้านบน เราตรวจสอบโครงสร้างของมัน หน้าที่ของโปรตีนขึ้นอยู่กับมันโดยตรง
การทำหน้าที่สร้าง (โครงสร้าง) พวกมันสร้างพื้นฐานของไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่มีชีวิต โพลีเมอร์เหล่านี้เป็นวัสดุหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดเมื่อจะซับซ้อนด้วยลิพิด ซึ่งรวมถึงการแบ่งเซลล์ออกเป็นส่วนๆ ซึ่งแต่ละเซลล์มีปฏิกิริยาของตัวเอง ความจริงก็คือแต่ละกระบวนการของเซลล์ที่ซับซ้อนต้องมีเงื่อนไขของตัวเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่า pH ของตัวกลางที่มีบทบาทสำคัญ โปรตีนสร้างพาร์ติชันบาง ๆ ที่แบ่งเซลล์ออกเป็นช่องที่เรียกว่า และปรากฏการณ์นั้นเองเรียกว่าการแบ่งส่วน
ตัวเร่งปฏิกิริยาคือควบคุมปฏิกิริยาทั้งหมดของเซลล์ เอ็นไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีนธรรมดาหรือโปรตีนที่ซับซ้อนโดยกำเนิด
การเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด (การทำงานของกล้ามเนื้อ การเคลื่อนไหวของโปรโตพลาสซึมในเซลล์ การกะพริบของตาในโปรโตซัว ฯลฯ) กระทำโดยโปรตีน โครงสร้างของโปรตีนช่วยให้พวกมันเคลื่อนไหว สร้างเส้นใยและวงแหวน
ฟังก์ชั่นการขนส่งคือสารจำนวนมากถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยโปรตีนพาหะพิเศษ
บทบาทของฮอร์โมนของโพลีเมอร์เหล่านี้ชัดเจนในทันที: ฮอร์โมนจำนวนหนึ่งเป็นโปรตีนในโครงสร้าง เช่น อินซูลิน ออกซิโทซิน
ฟังก์ชั่นสำรองถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าโปรตีนสามารถสร้างการสะสมได้ ตัวอย่างเช่น วาลกูมินไข่ เคซีนนม โปรตีนจากเมล็ดพืช - พวกมันเก็บสารอาหารไว้จำนวนมาก
เอ็นทั้งหมด, ข้อต่อ, กระดูกของโครงกระดูก, กีบถูกสร้างขึ้นจากโปรตีนซึ่งนำเราไปสู่การทำงานต่อไป - รองรับ
โปรตีนโมเลกุลเป็นตัวรับ ดำเนินการจำแนกสารบางชนิด ในบทบาทนี้ ไกลโคโปรตีนและเลกตินเป็นที่รู้จักโดยเฉพาะ
สำคัญที่สุดปัจจัยภูมิคุ้มกัน - แอนติบอดีและระบบเสริมโดยกำเนิดคือโปรตีน ตัวอย่างเช่น กระบวนการแข็งตัวของเลือดขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนไฟบริโนเจน ผนังด้านในของหลอดอาหารและกระเพาะอาหารเรียงรายไปด้วยชั้นป้องกันของโปรตีนเมือก - ไลซิน สารพิษยังเป็นโปรตีนจากแหล่งกำเนิด พื้นฐานของผิวหนังที่ปกป้องร่างกายของสัตว์คือคอลลาเจน หน้าที่ของโปรตีนทั้งหมดนี้ช่วยป้องกันได้
ฟังค์ชั่นสุดท้ายคือกฏระเบียบ มีโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของจีโนม นั่นคือพวกเขาควบคุมการถอดความและการแปล
ไม่ว่าบทบาทของโปรตีนจะมีความสำคัญเพียงใด นักวิทยาศาสตร์ได้คลี่คลายโครงสร้างของโปรตีนมาเป็นเวลานาน และตอนนี้พวกเขากำลังค้นพบวิธีใหม่ๆ ในการใช้ความรู้นี้
