A fehérje a sejtek és a test életének alapja. Az élő szövetekben nagyszámú funkciót ellátva megvalósítja fő képességeit: növekedés, létfontosságú tevékenység, mozgás és szaporodás. Ebben az esetben a sejt maga szintetizál egy fehérjét, amelynek monomerje egy aminosav. A fehérje elsődleges szerkezetében elfogl alt helyét a genetikai kód programozza, amely öröklődik. Még a gének anyasejtből leánysejtbe való átvitele is csak egy példa a fehérje szerkezetére vonatkozó információátvitelre. Ez a biológiai élet alapját képező molekulává teszi.
A fehérjeszerkezet általános jellemzői
A sejtben szintetizált fehérjemolekulák biológiai polimerek.
A fehérjében a monomer mindig egy aminosav, és ezek kombinációja alkotja a molekula elsődleges láncát. Egy fehérjemolekula elsődleges szerkezetének nevezik, amely később spontán módon vagy biológiai katalizátorok hatására másodlagos, harmadlagos vagy doménszerkezetté módosul.
Másodlagos és harmadlagos struktúra
Másodlagos fehérjeA szerkezet az elsődleges lánc térbeli módosulása, amely a poláris régiókban hidrogénkötések kialakulásához kapcsolódik. Emiatt a lánc hurkokra van hajtva vagy spirálra csavarva, ami kevesebb helyet foglal el. Ekkor a molekula szakaszainak lokális töltése megváltozik, ami egy tercier - globuláris - szerkezet kialakulását váltja ki. A préselt vagy spirális szakaszokat diszulfid kötések segítségével golyókká csavarják.
Maguk a golyók lehetővé teszik egy speciális szerkezet kialakítását, amely a programozott funkciók végrehajtásához szükséges. Fontos, hogy egy ilyen módosítás után is a fehérje monomerje aminosav legyen. Ez is megerősíti, hogy a fehérje másodlagos, majd harmadlagos és kvaterner szerkezetének kialakulása során az elsődleges aminosav szekvencia nem változik.
A fehérjemonomerek jellemzése
Minden fehérje polimer, amelynek monomerjei aminosavak. Ezek olyan szerves vegyületek, amelyeket vagy egy élő sejt szintetizál, vagy tápanyagként kerül be. Ezek közül a riboszómákon a hírvivő RNS-mátrix segítségével szintetizálnak egy fehérjemolekulát, hatalmas energiafelhasználással. Maguk az aminosavak két aktív kémiai csoporttal rendelkező vegyületek: egy karboxilcsoport és egy aminocsoport, amely az alfa-szénatomon található. Ez a szerkezet teszi lehetővé, hogy a molekulát alfa-aminosavnak nevezzük, amely képes peptidkötéseket kialakítani. A fehérje monomerek csak alfa-aminosavak.
Peptidkötés kialakulása
A peptidkötés szén-, oxigén-, hidrogén- és nitrogénatomokból álló molekuláris kémiai csoport. Az egyik alfa-aminosav karboxilcsoportjából és egy másik aminocsoportjából a víz leválasztása során keletkezik. Ebben az esetben a hidroxilcsoport leválik a karboxilcsoportról, amely az aminocsoport protonjával egyesülve vizet képez. Ennek eredményeként két aminosav kovalens poláris kötéssel kapcsolódik össze CONH.
Csak alfa-aminosavak, élő szervezetek fehérjéinek monomerei alkothatják. Laboratóriumban megfigyelhető a peptidkötés kialakulása, bár oldatban nehéz szelektíven szintetizálni egy kis molekulát. A fehérje monomerek aminosavak, szerkezetüket a genetikai kód programozza. Ezért az aminosavakat szigorúan meghatározott sorrendben kell összekapcsolni. Kaotikus egyensúlyi körülmények között ez lehetetlen oldatban, ezért még mindig lehetetlen mesterségesen szintetizálni egy komplex fehérjét. Ha van olyan berendezés, amely lehetővé teszi a molekula összeállításának szigorú sorrendjét, annak karbantartása meglehetősen költséges lesz.
Fehérjeszintézis élő sejtben
Egy élő sejtben a helyzet fordított, mivel fejlett bioszintézis apparátussal rendelkezik. Itt a fehérjemolekulák monomerei szigorú sorrendben molekulákká állíthatók össze. A kromoszómákban tárolt genetikai kód programozza. Ha szükséges egy bizonyos szerkezeti fehérje vagy enzim szintetizálása, akkor a DNS-kód leolvasásának és a mátrix kialakításának folyamata (ésRNS), amelyből fehérje szintetizálódik. A monomer fokozatosan csatlakozik a növekvő polipeptidlánchoz a riboszómális apparátuson. A folyamat befejeztével aminosav-láncok jönnek létre, amelyek spontán módon vagy az enzimes folyamat során egy másodlagos, harmadlagos vagy doménszerkezetet alkotnak.
A bioszintézis szabályszerűségei
Ki kell emelni a fehérjebioszintézis, az örökletes információ átvitelének és megvalósításának néhány jellemzőjét. Abban rejlik, hogy a DNS és az RNS homogén anyagok, amelyek hasonló monomerekből állnak. Ugyanis a DNS nukleotidokból áll, akárcsak az RNS. Ez utóbbi információs, transzport és riboszómális RNS formájában jelenik meg. Ez azt jelenti, hogy az örökletes információk tárolásáért és a fehérje bioszintéziséért felelős teljes sejtrendszer egyetlen egész. Ezért a riboszómákkal rendelkező sejtmagot, amelyek egyben domén-RNS-molekulák is, egy teljes berendezésnek kell tekinteni a gének tárolására és megvalósítására.
Egy fehérje, amelynek monomerje egy alfa-aminosav, bioszintézisének második jellemzője a kötődésük szigorú sorrendjének meghatározása. Minden aminosavnak el kell foglalnia a helyét az elsődleges fehérjeszerkezetben. Ezt a fent leírt, örökletes információk tárolására és megvalósítására szolgáló berendezés biztosítja. Előfordulhatnak benne hibák, de ezek által kiküszöbölhetők. Helytelen összeszerelés esetén a molekula elpusztul, és a bioszintézis újraindul.
