อย่างที่คุณทราบ โปรตีนเป็นพื้นฐานของการกำเนิดชีวิตบนโลกของเรา ตามทฤษฎี Oparin-Haldane มันคือ coacervate drop ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของเปปไทด์ซึ่งกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการเกิดของสิ่งมีชีวิต ไม่ต้องสงสัยเลย เพราะการวิเคราะห์องค์ประกอบภายในของตัวแทนชีวมวลใด ๆ แสดงให้เห็นว่าสารเหล่านี้มีอยู่ในทุกสิ่ง: พืช สัตว์ จุลินทรีย์ เชื้อรา ไวรัส ยิ่งไปกว่านั้น พวกมันมีความหลากหลายมากและมีโมเลกุลขนาดใหญ่ในธรรมชาติ
โครงสร้างเหล่านี้มีสี่ชื่อ พวกมันเป็นคำพ้องความหมายทั้งหมด:
- โปรตีน;
- โปรตีน;
- โพลีเปปไทด์;
- เปปไทด์
โมเลกุลโปรตีน
จำนวนมันนับไม่ได้จริงๆ นอกจากนี้ โมเลกุลโปรตีนทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่:
- simple - ประกอบด้วยลำดับกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อด้วยพันธะเปปไทด์เท่านั้น
- complex - โครงสร้างและโครงสร้างของโปรตีนมีลักษณะเฉพาะโดยกลุ่มการสร้างโปรตีน (เทียม) เพิ่มเติม หรือที่เรียกว่าโคแฟคเตอร์
ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลที่ซับซ้อนก็มีการจำแนกประเภทของตัวเองเช่นกัน
การไล่ระดับของเปปไทด์เชิงซ้อน
- ไกลโคโปรตีนเป็นสารประกอบที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดของโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต เข้าไปในโครงสร้างของโมเลกุลกลุ่มเทียมของ mucopolysaccharides พันกัน
- ไลโปโปรตีนเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีนและไขมัน
- Metalloproteins - ไอออนของโลหะ (เหล็ก แมงกานีส ทองแดง และอื่นๆ) ทำหน้าที่เป็นกลุ่มเทียม
- นิวคลีโอโปรตีน - การเชื่อมต่อของโปรตีนและกรดนิวคลีอิก (DNA, RNA).
- ฟอสโฟโปรตีน - โครงสร้างของโปรตีนและกรดออร์โธฟอสฟอริกตกค้าง
- Chromoproteins - คล้ายกับ metalloproteins มาก อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มเทียมนั้นเป็นคอมเพล็กซ์สีทั้งหมด (สีแดง - เฮโมโกลบิน สีเขียว - คลอโรฟิลล์ เป็นต้น)
แต่ละกลุ่มพิจารณามีโครงสร้างและคุณสมบัติของโปรตีนต่างกัน หน้าที่ของพวกมันยังแตกต่างกันไปตามประเภทของโมเลกุล
โครงสร้างทางเคมีของโปรตีน
จากมุมมองนี้ โปรตีนเป็นสายโซ่ยาวของกรดอะมิโนที่ตกค้างอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเฉพาะที่เรียกว่าพันธะเปปไทด์ จากโครงสร้างด้านข้างของกรดจะแยกกิ่งก้าน - อนุมูล โครงสร้างของโมเลกุลนี้ถูกค้นพบโดย E. Fischer เมื่อต้นศตวรรษที่ 21
ต่อมา ได้ศึกษาโปรตีน โครงสร้าง และหน้าที่ของโปรตีนอย่างละเอียดยิ่งขึ้น เห็นได้ชัดว่ามีกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิดที่สร้างโครงสร้างของเปปไทด์ แต่สามารถรวมกันได้หลายวิธี ดังนั้นความหลากหลายของโครงสร้างโพลีเปปไทด์ นอกจากนี้ ในกระบวนการของชีวิตและประสิทธิภาพการทำงาน โปรตีนสามารถผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้หลายอย่าง เป็นผลให้พวกเขาเปลี่ยนโครงสร้างและใหม่ทั้งหมดประเภทการเชื่อมต่อ
การจะทำลายพันธะของเปปไทด์ กล่าวคือ เพื่อทำลายโปรตีน โครงสร้างของโซ่ คุณต้องเลือกสภาวะที่รุนแรงมาก (การกระทำของอุณหภูมิสูง กรดหรือด่าง ตัวเร่งปฏิกิริยา) เนื่องจากพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลมีความแข็งแรงสูง คือ ในกลุ่มเปปไทด์
การตรวจจับโครงสร้างโปรตีนในห้องปฏิบัติการดำเนินการโดยใช้ปฏิกิริยาไบยูเรต - การเปิดเผยของพอลิเปปไทด์ต่อคอปเปอร์ (II) ไฮดรอกไซด์ที่ตกตะกอนใหม่ คอมเพล็กซ์ของกลุ่มเปปไทด์และไอออนทองแดงให้สีม่วงสดใส
มีโครงสร้างหลักสี่องค์กร ซึ่งแต่ละองค์กรมีลักษณะโครงสร้างของโปรตีนเป็นของตัวเอง
ระดับองค์กร: โครงสร้างหลัก
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เปปไทด์คือลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้างโดยมีหรือไม่มีการรวมโคเอ็นไซม์ ดังนั้นชื่อหลักจึงเป็นโครงสร้างของโมเลกุลที่เป็นธรรมชาติ เป็นธรรมชาติ เป็นกรดอะมิโนอย่างแท้จริงที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ และไม่มีอะไรมากไปกว่านี้ นั่นคือ โพลีเปปไทด์ของโครงสร้างเชิงเส้น ในเวลาเดียวกัน ลักษณะโครงสร้างของโปรตีนของแผนดังกล่าวก็คือการรวมกันของกรดดังกล่าวจะมีผลต่อประสิทธิภาพของโมเลกุลโปรตีน เนื่องจากการมีอยู่ของคุณสมบัติเหล่านี้ ไม่เพียงแต่จะระบุเปปไทด์เท่านั้น แต่ยังสามารถทำนายคุณสมบัติและบทบาทของสิ่งใหม่ทั้งหมดที่ยังไม่ถูกค้นพบได้อีกด้วย ตัวอย่างของเปปไทด์ที่มีโครงสร้างปฐมภูมิตามธรรมชาติ ได้แก่ อินซูลิน เปปซิน ไคโมทริปซิน และอื่นๆ
รูปแบบรอง
โครงสร้างและคุณสมบัติของโปรตีนในกลุ่มนี้จะค่อนข้างเปลี่ยนแปลง โครงสร้างดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ตั้งแต่แรกเริ่มโดยธรรมชาติหรือเมื่อสัมผัสกับไฮโดรไลซิสแบบแข็ง อุณหภูมิ หรือสภาวะอื่นๆ
รูปแบบนี้มีสามแบบ:
- ขดลวดสามมิติที่เรียบสม่ำเสมอที่สร้างขึ้นจากเศษกรดอะมิโนที่บิดไปมารอบแกนหลักของการเชื่อมต่อ พวกมันถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างออกซิเจนของเปปไทด์กลุ่มหนึ่งกับไฮโดรเจนของอีกกลุ่มหนึ่งเท่านั้น นอกจากนี้โครงสร้างยังถือว่าถูกต้องเนื่องจากการเลี้ยวซ้ำกันทุกๆ 4 ลิงก์ โครงสร้างดังกล่าวสามารถเป็นได้ทั้งมือซ้ายหรือมือขวา แต่ในโปรตีนที่รู้จักกันส่วนใหญ่ ไอโซเมอร์แบบหมุนเหวี่ยงจะมีอิทธิพลเหนือกว่า โครงสร้างดังกล่าวเรียกว่าโครงสร้างอัลฟ่า
- องค์ประกอบและโครงสร้างของโปรตีนประเภทต่อไปนี้แตกต่างจากพันธะก่อนหน้าโดยที่พันธะไฮโดรเจนไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างสารตกค้างที่อยู่เคียงข้างกันที่ด้านหนึ่งของโมเลกุล แต่ระหว่างโปรตีนที่อยู่ห่างไกลกันอย่างมีนัยสำคัญและในระดับที่เพียงพอ ระยะทางไกล ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างทั้งหมดจึงอยู่ในรูปของสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่คดเคี้ยวและคดเคี้ยวหลายแบบ มีคุณลักษณะหนึ่งที่โปรตีนต้องแสดง โครงสร้างของกรดอะมิโนบนกิ่งควรสั้นที่สุด เช่น ไกลซีนหรืออะลานีน โครงสร้างทุติยภูมิประเภทนี้เรียกว่าแผ่นเบต้าสำหรับความสามารถในการเกาะติดกันเพื่อสร้างโครงสร้างทั่วไป
- ชีววิทยาหมายถึงโครงสร้างโปรตีนประเภทที่สามเช่นชิ้นส่วนที่ซับซ้อน กระจัดกระจาย ไม่เป็นระเบียบ ซึ่งไม่มีความสม่ำเสมอและสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างได้ภายใต้อิทธิพลของสภาวะภายนอก
ไม่มีตัวอย่างโปรตีนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
การศึกษาระดับอุดมศึกษา
นี่คือรูปแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนที่เรียกว่า "กลม" โปรตีนดังกล่าวคืออะไร? โครงสร้างของมันขึ้นอยู่กับโครงสร้างทุติยภูมิ แต่มีการเพิ่มปฏิสัมพันธ์รูปแบบใหม่ระหว่างอะตอมของการจัดกลุ่มและดูเหมือนว่าโมเลกุลทั้งหมดจะพับดังนั้นจึงเน้นไปที่ความจริงที่ว่ากลุ่มที่ชอบน้ำนั้นถูกส่งไปภายในทรงกลมและกลุ่มไม่ชอบน้ำ ถูกนำออกด้านนอก
อธิบายประจุของโมเลกุลโปรตีนในสารละลายคอลลอยด์ในน้ำ มีการโต้ตอบประเภทใดบ้าง
- พันธะไฮโดรเจน - ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างส่วนเดียวกันกับโครงสร้างทุติยภูมิ
- ปฏิกิริยาที่ชอบน้ำ (ชอบน้ำ) - เกิดขึ้นเมื่อโพลีเปปไทด์ละลายในน้ำ
- แรงดึงดูดของไอออนิก - เกิดขึ้นระหว่างกลุ่มที่มีประจุตรงข้ามของกรดอะมิโนตกค้าง (อนุมูลอิสระ)
- ปฏิสัมพันธ์ของโควาเลนต์ - สามารถเกิดขึ้นระหว่างตำแหน่งที่เป็นกรดจำเพาะ - โมเลกุลซิสเทอีนหรือหางของพวกมัน
ดังนั้น องค์ประกอบและโครงสร้างของโปรตีนที่มีโครงสร้างระดับตติยภูมิสามารถอธิบายได้ว่าเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่พับเป็นทรงกลม ยึดและรักษาโครงสร้างของโปรตีนให้คงที่เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีประเภทต่างๆ ตัวอย่างของเปปไทด์ดังกล่าว:phosphoglycerate kenase, tRNA, alpha-keratin, silk fibroin และอื่นๆ
โครงสร้างสี่ส่วน
นี่คือลูกกลมที่ซับซ้อนที่สุดชนิดหนึ่งที่สร้างโปรตีน โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนชนิดนี้มีความหลากหลายและเฉพาะเจาะจงมาก
รูปแบบนี้คืออะไร? เหล่านี้เป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์ขนาดใหญ่และขนาดเล็กจำนวนมาก (ในบางกรณี) ที่เกิดขึ้นอย่างอิสระจากกัน แต่เนื่องจากปฏิสัมพันธ์แบบเดียวกับที่เราพิจารณาสำหรับโครงสร้างระดับอุดมศึกษา เปปไทด์เหล่านี้จึงบิดและพันกัน ด้วยวิธีนี้ จะได้ทรงกลมที่มีโครงสร้างซับซ้อน ซึ่งสามารถประกอบด้วยอะตอมของโลหะ หมู่ลิปิด และหมู่คาร์โบไฮเดรต ตัวอย่างของโปรตีนดังกล่าว: ดีเอ็นเอโพลีเมอเรส เปลือกโปรตีนไวรัสยาสูบ เฮโมโกลบิน และอื่นๆ
โครงสร้างเปปไทด์ทั้งหมดที่เราพิจารณาแล้วมีวิธีการระบุตัวตนในห้องปฏิบัติการ โดยอิงจากความเป็นไปได้ที่ทันสมัยของการใช้โครมาโตกราฟี การหมุนเหวี่ยง อิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ชั้นสูง
การทำงาน
โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด กล่าวคือ เปปไทด์แต่ละชนิดมีบทบาทเฉพาะ เฉพาะเจาะจง นอกจากนี้ยังมีผู้ที่สามารถดำเนินการที่สำคัญหลายอย่างในเซลล์ที่มีชีวิตได้ในคราวเดียว อย่างไรก็ตาม มันเป็นไปได้ที่จะแสดงหน้าที่หลักของโมเลกุลโปรตีนในสิ่งมีชีวิตในรูปแบบทั่วไป:
- รองรับการเคลื่อนไหว สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ไม่ว่าจะเป็นออร์แกเนลล์หรือบางส่วนชนิดของเซลล์มีความสามารถในการเคลื่อนไหว การหดตัว การเคลื่อนตัว โปรตีนนี้จัดทำโดยโปรตีนที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของเครื่องมือยนต์: cilia, flagella, เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม หากเราพูดถึงเซลล์ที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ โปรตีนก็มีส่วนทำให้การหดตัวของกล้ามเนื้อ (myosin ของกล้ามเนื้อ)
- บำรุงหรือสำรองฟังก์ชั่น. เป็นการสะสมของโมเลกุลโปรตีนในไข่ เอ็มบริโอ และเมล็ดพืชเพื่อเติมเต็มสารอาหารที่ขาดหายไป เมื่อแยกออก เปปไทด์จะให้กรดอะมิโนและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาตามปกติของสิ่งมีชีวิต
- ฟังก์ชันพลังงาน. นอกจากคาร์โบไฮเดรตแล้ว โปรตีนยังสามารถให้ความแข็งแรงแก่ร่างกายได้อีกด้วย ด้วยการสลายเปปไทด์ 1 กรัม พลังงานที่มีประโยชน์ 17.6 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมาในรูปของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งใช้ไปในกระบวนการสำคัญ
- สัญญาณและฟังก์ชั่นการควบคุม ประกอบด้วยการใช้การควบคุมอย่างรอบคอบในกระบวนการต่อเนื่องและการส่งสัญญาณจากเซลล์ไปยังเนื้อเยื่อ จากเซลล์ไปยังอวัยวะ จากระบบหลังสู่ระบบ และอื่นๆ ตัวอย่างทั่วไปคืออินซูลินซึ่งกำหนดปริมาณกลูโคสในเลือดอย่างเคร่งครัด
- ฟังก์ชั่นตัวรับ ดำเนินการโดยการเปลี่ยนโครงสร้างของเปปไทด์ที่ด้านหนึ่งของเมมเบรนและเกี่ยวข้องกับปลายอีกด้านหนึ่งในการปรับโครงสร้างใหม่ ในเวลาเดียวกันสัญญาณและข้อมูลที่จำเป็นจะถูกส่งไป บ่อยครั้งที่โปรตีนดังกล่าวถูกสร้างขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมและควบคุมสารทั้งหมดที่ผ่านเข้าไปอย่างเข้มงวด แจ้งเกี่ยวกับ.ด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพในสิ่งแวดล้อม
- ฟังก์ชั่นการขนส่งของเปปไทด์ ดำเนินการโดยแชนเนลโปรตีนและโปรตีนพาหะ บทบาทของพวกเขาชัดเจน - การขนส่งโมเลกุลที่จำเป็นไปยังสถานที่ที่มีความเข้มข้นต่ำจากส่วนที่มีระดับสูง ตัวอย่างทั่วไปคือการขนส่งออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านอวัยวะและเนื้อเยื่อโดยโปรตีนเฮโมโกลบิน พวกเขายังดำเนินการส่งสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ภายใน
- ฟังก์ชั่นโครงสร้าง หนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดของโปรตีนที่ทำหน้าที่ โครงสร้างของเซลล์ทั้งหมด ออร์แกเนลล์ของพวกมันถูกจัดเตรียมโดยเปปไทด์อย่างแม่นยำ พวกเขาเช่นกรอบกำหนดรูปร่างและโครงสร้าง นอกจากนี้ ยังสนับสนุนและแก้ไขหากจำเป็น ดังนั้นสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนา สิ่งมีชีวิตทั้งหมดต้องการโปรตีนในอาหาร เปปไทด์เหล่านี้ได้แก่ อีลาสติน ทูบูลิน คอลลาเจน แอคติน เคราติน และอื่นๆ
- ฟังก์ชันตัวเร่งปฏิกิริยา เอ็นไซม์ทำ. มากมายและหลากหลาย พวกเขาเร่งปฏิกิริยาทางเคมีและชีวเคมีทั้งหมดในร่างกาย หากไม่ได้มีส่วนร่วม แอปเปิลธรรมดาในกระเพาะอาหารสามารถย่อยได้ภายในเวลาเพียงสองวันเท่านั้น โดยมีโอกาสสูงที่จะเน่าเปื่อย ภายใต้การกระทำของ catalase, peroxidase และเอนไซม์อื่น ๆ กระบวนการนี้ใช้เวลาสองชั่วโมง โดยทั่วไป ต้องขอบคุณบทบาทของโปรตีนที่ทำหน้าที่แอแนบอลิซึมและแคแทบอลิซึม นั่นคือ เมแทบอลิซึมของพลาสติกและพลังงาน
บทบาทป้องกัน
มีภัยคุกคามหลายประเภทที่โปรตีนออกแบบมาเพื่อปกป้องร่างกาย
อย่างแรก เคมีการโจมตีของรีเอเจนต์ที่กระทบกระเทือนจิตใจ, ก๊าซ, โมเลกุล, สารของการกระทำที่หลากหลาย เปปไทด์สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมีกับพวกมัน แปลงให้อยู่ในรูปแบบที่ไม่เป็นอันตรายหรือเพียงแค่ทำให้เป็นกลาง
ประการที่สอง อันตรายทางกายภาพจากบาดแผล - หากโปรตีนไฟบริโนเจนไม่ถูกเปลี่ยนเป็นไฟบรินในเวลาที่บาดเจ็บ เลือดจะไม่จับตัวเป็นลิ่ม ซึ่งหมายความว่าการอุดตันจะไม่เกิดขึ้น ในทางกลับกัน คุณจะต้องใช้พลาสมินเปปไทด์ ซึ่งสามารถละลายลิ่มเลือดและฟื้นฟูความโปร่งใสของหลอดเลือด
สาม ภัยต่อภูมิคุ้มกัน โครงสร้างและความสำคัญของโปรตีนที่สร้างภูมิคุ้มกันมีความสำคัญอย่างยิ่ง แอนติบอดี, อิมมูโนโกลบูลิน, อินเตอร์เฟอรอนล้วนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญและสำคัญของระบบน้ำเหลืองและภูมิคุ้มกันของมนุษย์ อนุภาคแปลกปลอม โมเลกุลที่เป็นอันตราย ส่วนที่ตายแล้วของเซลล์หรือโครงสร้างทั้งหมดอยู่ภายใต้การตรวจสอบทันทีโดยสารประกอบเปปไทด์ นั่นคือเหตุผลที่คนสามารถปกป้องตัวเองทุกวันจากการติดเชื้อและไวรัสง่ายๆ โดยไม่ต้องใช้ยา
สมบัติทางกายภาพ
โครงสร้างของโปรตีนในเซลล์มีความเฉพาะเจาะจงมากและขึ้นอยู่กับหน้าที่ที่ทำ แต่คุณสมบัติทางกายภาพของเปปไทด์ทั้งหมดมีความคล้ายคลึงกันและมีลักษณะดังต่อไปนี้
- น้ำหนักของโมเลกุลสูงถึง 1,000,000 ดาลตัน
- ระบบคอลลอยด์ถูกสร้างขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ โครงสร้างได้รับประจุที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อมที่นั่น
- เมื่อสัมผัสกับสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย (การฉายรังสี กรดหรือด่าง อุณหภูมิ และอื่นๆ) พวกมันสามารถเคลื่อนไปสู่ระดับอื่น ๆ ได้ นั่นคือฟันปลอม กระบวนการนี้ย้อนกลับไม่ได้ใน 90% ของกรณี อย่างไรก็ตาม ยังมีกะย้อนกลับ - การปรับสภาพใหม่
นี่คือคุณสมบัติหลักของลักษณะทางกายภาพของเปปไทด์
