โปรตีนเป็นโพลีเมอร์ชีวภาพที่มีโครงสร้างซับซ้อน พวกเขามีน้ำหนักโมเลกุลสูงและประกอบด้วยกรดอะมิโนกลุ่มเทียมที่แสดงโดยการรวมวิตามินไขมันและคาร์โบไฮเดรต โปรตีนที่มีคาร์โบไฮเดรต วิตามิน โลหะหรือไขมันเรียกว่าคอมเพล็กซ์ โปรตีนอย่างง่ายประกอบด้วยกรดอะมิโนที่เชื่อมด้วยพันธะเปปไทด์เท่านั้น
เปปไทด์
ไม่ว่าสารจะมีโครงสร้างแบบใด โมโนเมอร์ของโปรตีนก็คือกรดอะมิโน พวกมันสร้างสายโซ่พอลิเปปไทด์พื้นฐาน จากนั้นจึงสร้างโครงสร้างไฟบริลหรือโครงสร้างทรงกลมของโปรตีน ในเวลาเดียวกัน โปรตีนสามารถสังเคราะห์ได้ในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น - ในพืช แบคทีเรีย เชื้อรา สัตว์ และเซลล์อื่นๆ
สิ่งมีชีวิตเดียวที่ไม่สามารถรวมโปรตีนโมโนเมอร์ได้คือไวรัสและโปรโตซัว อื่น ๆ ทั้งหมดสามารถสร้างโปรตีนโครงสร้างได้ แต่โปรตีนโมโนเมอร์มีสารอะไรบ้างและเกิดขึ้นได้อย่างไร? อ่านเกี่ยวกับเรื่องนี้และเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีน เกี่ยวกับโพลีเปปไทด์ และการก่อตัวของโครงสร้างโปรตีนที่ซับซ้อน เกี่ยวกับกรดอะมิโนและคุณสมบัติของพวกมันด้านล่าง
โมโนเมอร์เดียวของโมเลกุลโปรตีนคือกรดอัลฟา-อะมิโนใดๆ โปรตีนคือพอลิเปปไทด์ ซึ่งเป็นสายโซ่ของกรดอะมิโนที่เชื่อมโยงกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนของกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของมัน ไดเปปไทด์ (2 เรซิดิว), ไตรเปปไทด์ (3), โอลิโกเปปไทด์ (ประกอบด้วยกรดอะมิโน 2-10 ตัว) และโพลีเปปไทด์ (กรดอะมิโนจำนวนมาก) จะถูกแยกออก
ทบทวนโครงสร้างโปรตีน
โครงสร้างโปรตีนสามารถเป็นโครงสร้างหลัก ซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย - ทุติยภูมิ ซับซ้อนยิ่งขึ้น - ตติยภูมิ และซับซ้อนที่สุด - ควอเทอร์นารี
โครงสร้างหลักคือสายโซ่ธรรมดาที่โมโนเมอร์ของโปรตีน (กรดอะมิโน) เชื่อมต่อกันผ่านพันธะเปปไทด์ (CO-NH) โครงสร้างรองคือเกลียวอัลฟาหรือเบตาพับ ตติยภูมิเป็นโครงสร้างโปรตีนสามมิติที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ซึ่งเกิดขึ้นจากโปรตีนทุติยภูมิเนื่องจากการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ ไอออนิก และไฮโดรเจน ตลอดจนปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ
โครงสร้างควอเทอร์นารีซับซ้อนที่สุดและเป็นลักษณะของโปรตีนตัวรับที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ นี่คือโครงสร้างซุปเปอร์โมเลกุล (โดเมน) ที่เกิดขึ้นจากการรวมกันของหลายโมเลกุลที่มีโครงสร้างตติยภูมิ เสริมด้วยกลุ่มคาร์โบไฮเดรต ไขมันหรือวิตามิน ในกรณีนี้ เช่นเดียวกับในกรณีของโครงสร้างหลัก ทุติยภูมิ และตติยภูมิ โมโนเมอร์ของโปรตีนคือกรดอัลฟา-อะมิโน พวกเขายังเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความซับซ้อนของโครงสร้าง
กรดอะมิโน
โมโนเมอร์ตัวเดียวโมเลกุลของโปรตีนคือกรดอัลฟาอะมิโน มีเพียง 20 คนเท่านั้นและเกือบจะเป็นพื้นฐานของชีวิต ด้วยการปรากฏตัวของพันธะเปปไทด์ทำให้การสังเคราะห์โปรตีนเป็นไปได้ และตัวโปรตีนเองหลังจากนั้นก็เริ่มทำหน้าที่สร้างโครงสร้าง ตัวรับ เอนไซม์ การขนส่ง ตัวกลางไกล่เกลี่ย และหน้าที่อื่นๆ ด้วยเหตุนี้สิ่งมีชีวิตจึงทำหน้าที่และสามารถสืบพันธุ์ได้
กรดอัลฟาอะมิโนเองคือกรดคาร์บอกซิลิกอินทรีย์ที่มีหมู่อะมิโนติดอยู่กับอะตอมของอัลฟาคาร์บอน หลังตั้งอยู่ถัดจากกลุ่มคาร์บอกซิล ในกรณีนี้ โปรตีนโมโนเมอร์ถือเป็นสารอินทรีย์ที่อะตอมของคาร์บอนอะตอมมีทั้งหมู่เอมีนและคาร์บอกซิล
การเชื่อมต่อของกรดอะมิโนในเปปไทด์และโปรตีน
กรดอะมิโนเชื่อมโยงกับไดเมอร์ ทริมเมอร์ และโพลีเมอร์ผ่านพันธะเปปไทด์ เกิดขึ้นจากความแตกแยกของกลุ่มไฮดรอกซิล (-OH) จากตำแหน่งคาร์บอกซิลของกรดอัลฟา-อะมิโนหนึ่งตัวและไฮโดรเจน (-H) จากกลุ่มอะมิโนของกรดอัลฟา-อะมิโนอีกตัวหนึ่ง อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ น้ำถูกแยกออกจากกัน และตำแหน่ง C=O ที่มีอิเล็กตรอนอิสระใกล้กับคาร์บอนของคาร์บอกซิลตกค้างยังคงอยู่ที่ปลายคาร์บอกซิล ในกลุ่มอะมิโนของกรดอื่น มีเรซิดิว (NH) ที่มีอนุมูลอิสระอยู่ที่อะตอมไนโตรเจน ซึ่งช่วยให้อนุมูลสองตัวเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างพันธะ (CONH) เรียกว่าเปปไทด์
รูปแบบกรดอะมิโน
มีกรดอัลฟา-อะมิโนที่รู้จัก 23 ชนิด พวกเขาคือระบุเป็น: ไกลซีน, วาลีน, อะลานีน, ไอโซเลซีน, ลิวซีน, กลูตาเมต, แอสปาเทต, ออร์นิทีน, ทรีโอนีน, ซีรีน, ไลซีน, ซีสตีน, ซิสเทอีน, ฟีนิลอะลานีน, เมไทโอนีน, ไทโรซีน, โพรลีน, ทริปโตเฟน, ไฮดรอกซีโปรลีน, ฮิสเทอีน, อาร์จินีน ขึ้นอยู่กับว่าร่างกายมนุษย์สามารถสังเคราะห์ได้หรือไม่ กรดอะมิโนเหล่านี้แบ่งออกเป็นไม่จำเป็นและไม่จำเป็น
แนวคิดของกรดอะมิโนไม่จำเป็นและจำเป็น
ร่างกายมนุษย์สังเคราะห์ทดแทนได้ ในขณะที่ของจำเป็นต้องมาจากอาหารเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน กรดทั้งจำเป็นและไม่จำเป็นมีความสำคัญต่อการสังเคราะห์โปรตีน เนื่องจากหากไม่มีกรดเหล่านี้ การสังเคราะห์จะไม่สามารถทำให้สมบูรณ์ได้ หากไม่มีกรดอะมิโนหนึ่งตัว แม้ว่าจะมีกรดอะมิโนอื่นๆ อยู่ก็ตาม ก็ไม่สามารถสร้างโปรตีนที่เซลล์ต้องการเพื่อทำหน้าที่ของมันได้อย่างแน่นอน
ความผิดพลาดหนึ่งครั้งในขั้นตอนใดๆ ของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ - และโปรตีนนั้นไม่เหมาะสมอีกต่อไป เนื่องจากโปรตีนจะไม่สามารถประกอบเป็นโครงสร้างที่ต้องการได้เนื่องจากการละเมิดความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์และปฏิกิริยาระหว่างอะตอม ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับบุคคล (และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ) ในการบริโภคอาหารที่มีโปรตีนซึ่งมีกรดอะมิโนที่จำเป็น การขาดอาหารทำให้เกิดความผิดปกติของการเผาผลาญโปรตีน
กระบวนการสร้างพันธะเปปไทด์
โปรตีนโมโนเมอร์เพียงชนิดเดียวคือกรดอัลฟา-อะมิโน พวกมันค่อยๆ รวมเข้าด้วยกันเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่จัดเก็บไว้ล่วงหน้าในรหัสพันธุกรรมของ DNA (หรือ RNA หากพิจารณาถึงการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแบคทีเรีย) โปรตีนเป็นลำดับที่เข้มงวดของกรดอะมิโนตกค้าง นี่คือโซ่สั่งในบางส่วนโครงสร้างที่ทำฟังก์ชันที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าในเซลล์
ลำดับขั้นตอนของการสังเคราะห์โปรตีน
กระบวนการสร้างโปรตีนประกอบด้วยขั้นตอนหลายขั้นตอน: การจำลองแบบของส่วน DNA (หรือ RNA) การสังเคราะห์ข้อมูลประเภท RNA การปล่อยโปรตีนออกจากนิวเคลียสสู่ไซโตพลาสซึม การเชื่อมต่อกับไรโบโซมและ การยึดติดแบบค่อยเป็นค่อยไปของเรซิดิวกรดอะมิโนที่จัดหาโดยการถ่ายโอน RNA สารที่เป็นโปรตีนโมโนเมอร์มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของเอนไซม์ในการกำจัดหมู่ไฮดรอกซิลและโปรตอนไฮโดรเจน แล้วเข้าร่วมกับสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำลังเติบโต
ด้วยเหตุนี้ จึงได้สายโซ่โพลีเปปไทด์ซึ่งอยู่ในเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมในเซลล์แล้ว ถูกสั่งให้สร้างโครงสร้างที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและเสริมด้วยคาร์โบไฮเดรตหรือไขมันตกค้าง หากจำเป็น กระบวนการนี้เรียกว่ากระบวนการ "ทำให้สุก" โปรตีน หลังจากนั้นระบบเซลล์ขนส่งจะส่งไปยังปลายทาง
หน้าที่ของโปรตีนสังเคราะห์
โปรตีนโมโนเมอร์คือกรดอะมิโนที่จำเป็นต่อการสร้างโครงสร้างปฐมภูมิ โครงสร้างทุติยภูมิ ตติยภูมิ และควอเทอร์นารีถูกสร้างขึ้นด้วยตัวมันเองแล้ว แม้ว่าบางครั้งมันก็ต้องการการมีส่วนร่วมของเอนไซม์และสารอื่นๆ ด้วย อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่จำเป็นอีกต่อไป แม้ว่าพวกมันจำเป็นสำหรับโปรตีนในการทำงานก็ตาม
กรดอะมิโน ซึ่งเป็นโปรตีนโมโนเมอร์ สามารถมีจุดยึดสำหรับคาร์โบไฮเดรต โลหะ หรือวิตามิน การก่อตัวของโครงสร้างระดับตติยภูมิหรือควอเทอร์นารีทำให้สามารถค้นหาตำแหน่งเพิ่มเติมสำหรับกลุ่มการแทรกได้ สิ่งนี้ช่วยให้คุณสร้างจากอนุพันธ์ของโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นเอ็นไซม์ รีเซพเตอร์ ตัวพาสารเข้าหรือออกจากเซลล์ อิมมูโนโกลบูลิน ส่วนประกอบโครงสร้างของเมมเบรนหรือออร์แกเนลล์ของเซลล์ โปรตีนจากกล้ามเนื้อ
โปรตีนที่เกิดจากกรดอะมิโนเป็นพื้นฐานของชีวิต และวันนี้เชื่อกันว่าชีวิตเพิ่งเกิดขึ้นหลังจากการปรากฏตัวของกรดอะมิโนและเป็นผลมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชัน ท้ายที่สุด มันคือปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของโปรตีนซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของชีวิต รวมถึงชีวิตที่ชาญฉลาด กระบวนการทางชีวเคมีอื่น ๆ ทั้งหมด รวมทั้งกระบวนการด้านพลังงาน มีความจำเป็นสำหรับการดำเนินการของการสังเคราะห์โปรตีน และเป็นผลให้ชีวิตดำเนินต่อไป