Az élet egyik definíciója a következő: "Az élet a fehérjetestek létmódja." Bolygónkon kivétel nélkül minden szervezet tartalmaz olyan szerves anyagokat, mint a fehérjék. Ez a cikk egyszerű és összetett fehérjéket ír le, azonosítja a molekulaszerkezetbeli különbségeket, és megvizsgálja a sejtben betöltött funkcióikat is.
Mik azok a fehérjék
Biokémia szempontjából nagy molekulatömegű szerves polimerekről van szó, amelyek monomerjei 20 féle különböző aminosav. Ezeket kovalens kémiai kötésekkel, más néven peptidkötésekkel kapcsolják össze. Mivel a fehérje monomerek amfoter vegyületek, aminocsoportot és karboxil funkciós csoportot is tartalmaznak. CO-NH kémiai kötés jön létre közöttük.
Ha egy polipeptid aminosavmaradékokból áll, akkor egyszerű fehérjét képez. A fémionokat, vitaminokat, nukleotidokat, szénhidrátokat is tartalmazó polimer molekulák összetett fehérjék. Következő mivegyük figyelembe a polipeptidek térbeli szerkezetét.
A fehérjemolekulák szerveződési szintjei
Négy különböző konfigurációban kaphatók. Az első szerkezet lineáris, a legegyszerűbb és polipeptid lánc alakú, spiralizációja során további hidrogénkötések jönnek létre. Stabilizálják a hélixet, amelyet másodlagos szerkezetnek neveznek. A harmadlagos szerveződési szint egyszerű és összetett fehérjékből áll, a legtöbb növényi és állati sejtből. Az utolsó konfiguráció, a kvaterner, több natív szerkezetű molekula kölcsönhatásából jön létre, amelyeket koenzimek egyesítenek, ez a szervezetben különféle funkciókat betöltő komplex fehérjék szerkezete.
Egyszerű fehérjék sokfélesége
A polipeptidek ezen csoportja nem sok. Molekuláik csak aminosav-maradékokból állnak. A fehérjék közé tartoznak például a hisztonok és a globulinok. Az elsők a sejtmag szerkezetében jelennek meg, és DNS-molekulákkal kombinálódnak. A második csoportot - a globulinokat - a vérplazma fő összetevőinek tekintik. Egy olyan fehérje, mint a gamma-globulin, ellátja az immunvédelem funkcióit, és antitest. Ezek a vegyületek komplex szénhidrátokat és fehérjéket tartalmazó komplexeket képezhetnek. A rostos egyszerű fehérjék, például a kollagén és az elasztin a kötőszövet, a porc, az inak és a bőr részét képezik. Fő funkciójuk az építés és a támogatás.
A fehérjetubulin a mikrotubulusok része, amelyek az olyan egysejtű szervezetek csillóinak és flagelláinak alkotóelemei, mint a csillószálak, euglena, parazita flagellák. Ugyanez a fehérje megtalálható a többsejtű szervezetekben (sperma flagellák, petecsillók, vékonybél csillós hámja).
Az albuminfehérje tárolási funkciót lát el (például tojásfehérje). A gabonanövények - rozs, rizs, búza - magjainak endospermiumában fehérjemolekulák halmozódnak fel. Ezeket sejtzárványoknak nevezik. Ezeket az anyagokat a magcsíra a fejlődésének kezdetén használja fel. Emellett a búzaszemek magas fehérjetartalma nagyon fontos mutatója a liszt minőségének. A gluténban gazdag lisztből sütött kenyér ízletes, egészségesebb. Glutént az úgynevezett durumbúza fajták tartalmaznak. A mélytengeri halak vérplazmája olyan fehérjéket tartalmaz, amelyek megakadályozzák, hogy a hideg miatt meghaljanak. Fagyálló tulajdonságokkal rendelkeznek, megakadályozva a test halálát alacsony vízhőmérsékleten. Másrészt a geotermikus forrásokban élő termofil baktériumok sejtfala olyan fehérjéket tartalmaz, amelyek képesek megőrizni természetes konfigurációjukat (tercier vagy kvaterner szerkezet), és nem denaturálódnak a +50 és + 90 °С közötti hőmérsékleti tartományban.
Proteids
Ezek összetett fehérjék, amelyeket a különféle funkciók miatt nagy sokféleség jellemez. Amint azt korábban megjegyeztük, ez a polipeptidcsoport a fehérje részen kívül protetikus csoportot is tartalmaz. Különböző tényezők, például magas hőmérséklet, nehézfémek sói, tömény lúgok és savak hatására a komplex fehérjék megváltoztathatjáktérforma, leegyszerűsítve azt. Ezt a jelenséget denaturációnak nevezik. Az összetett fehérjék szerkezete felbomlik, a hidrogénkötések felbomlanak, a molekulák elvesztik tulajdonságaikat és funkcióikat. A denaturáció általában visszafordíthatatlan. Néhány katalitikus, motoros és szignál funkciót ellátó polipeptid esetében azonban lehetséges a renaturáció – a fehérje természetes szerkezetének helyreállítása.
Ha a destabilizáló faktor hatása hosszú ideig fennáll, a fehérjemolekula teljesen elpusztul. Ez az elsődleges szerkezet peptidkötéseinek felhasadásához vezet. A fehérje és funkcióinak helyreállítása már nem lehetséges. Ezt a jelenséget pusztulásnak nevezik. Példa erre a csirketojás főzése: folyékony fehérje - a harmadlagos szerkezetben lévő albumin teljesen elpusztul.
Fehérje bioszintézis
Emlékezzünk vissza, hogy az élő szervezetek polipeptidjeinek összetétele 20 aminosavat tartalmaz, amelyek között vannak esszenciálisak is. Ezek a lizin, metionin, fenilalanin stb. A vékonybélből a benne lévő fehérjetermékek lebontása után kerülnek a véráramba. A nem esszenciális aminosavak (alanin, prolin, szerin) szintetizálására a gombák és az állatok nitrogéntartalmú vegyületeket használnak. A növények, mint autotrófok, önállóan képezik az összes szükséges összetett monomert, amelyek komplex fehérjéket képviselnek. Ehhez asszimilációs reakcióik során nitrátokat, ammóniát vagy szabad nitrogént használnak. A mikroorganizmusokban egyes fajok teljes aminosavkészlettel látják el magukat, míg másokban csak néhány monomer szintetizálódik. Szakaszfehérje bioszintézis minden élő szervezet sejtjében megtörténik. A transzkripció a sejtmagban, a transzláció pedig a sejt citoplazmájában történik.
Az első szakasz - az mRNS prekurzor szintézise az RNS polimeráz enzim részvételével megy végbe. Hidrogénkötéseket szakít meg a DNS-szálak között, és az egyiken a komplementaritás elve szerint pre-mRNS-molekulát állít össze. Szeletelésen esik át, azaz érlelődik, majd kilép a sejtmagból a citoplazmába, mátrix ribonukleinsavat képezve.
A második szakasz megvalósításához speciális organellumokra - riboszómákra, valamint információs és szállító ribonukleinsavak molekuláira van szükség. Egy másik fontos feltétel az ATP-molekulák jelenléte, mivel a képlékeny cserereakciók, amelyek magukban foglalják a fehérje bioszintézisét is, energiaelnyeléssel mennek végbe.
Enzimek, szerkezetük és funkcióik
Ez a fehérjék nagy csoportja (körülbelül 2000), amelyek olyan anyagokként működnek, amelyek befolyásolják a sejtekben zajló biokémiai reakciók sebességét. Lehetnek egyszerűek (trepszin, pepszin) vagy összetettek. A komplex fehérjék egy koenzimből és egy apoenzimből állnak. Maga a fehérje specificitása az általa ható vegyületekkel szemben meghatározza a koenzimet, és a fehérjék aktivitása csak akkor figyelhető meg, ha a fehérjekomponens az apoenzimmel társul. Egy enzim katalitikus aktivitása nem a teljes molekulától, hanem csak az aktív helytől függ. Szerkezete az elv szerint megfelel a katalizált anyag kémiai szerkezetének„kulcszár”, tehát az enzimek hatása szigorúan specifikus. A komplex fehérjék funkciója az anyagcsere folyamatokban való részvétel és akceptorként való felhasználásuk.
Komplex fehérjék osztályai
Biokémikusok fejlesztették ki 3 kritérium alapján: fizikai és kémiai tulajdonságok, funkcionális jellemzők és a fehérjék specifikus szerkezeti jellemzői. Az első csoportba azok a polipeptidek tartoznak, amelyek elektrokémiai tulajdonságaikban különböznek egymástól. Ezeket bázikusra, semlegesre és savasra osztják. A vízzel kapcsolatban a fehérjék lehetnek hidrofilek, amfifilek és hidrofóbok. A második csoportba azok az enzimek tartoznak, amelyekkel korábban foglalkoztunk. A harmadik csoportba azok a polipeptidek tartoznak, amelyek a protéziscsoportok kémiai összetételében különböznek (ezek kromoproteinek, nukleoproteinek, metalloproteinek).
Vizsgáljuk meg részletesebben a komplex fehérjék tulajdonságait. Például egy savas fehérje, amely a riboszómák részét képezi, 120 aminosavat tartalmaz, és univerzális. Prokarióta és eukarióta sejtek fehérjeszintetizáló organellumáiban egyaránt megtalálható. Ennek a csoportnak egy másik képviselője, az S-100 fehérje két láncból áll, amelyeket kalciumion köt össze. A neuronok és a neuroglia része - az idegrendszer támasztószövete. Az összes savas fehérje közös tulajdonsága a kétbázisú karbonsavak magas tartalma: glutaminsav és aszparaginsav. Az alkáli fehérjék közé tartoznak a hisztonok - olyan fehérjék, amelyek a DNS és az RNS nukleinsavainak részét képezik. Kémiai összetételük jellemzője a nagy mennyiségű lizin és arginin. A hisztonok a sejtmag kromatinjával együtt kromoszómákat képeznek - a sejtöröklődés legfontosabb struktúráit. Ezek a fehérjék részt vesznek a transzkripciós és transzlációs folyamatokban. Az amfifil fehérjék széles körben jelen vannak a sejtmembránokban, lipoprotein kettős réteget képezve. Így a fenti komplex fehérjék csoportjait megvizsgálva meggyőződtünk arról, hogy fizikai-kémiai tulajdonságaikat a fehérjekomponens és a protetikai csoportok szerkezete határozza meg.
Egyes összetett sejtmembránfehérjék képesek felismerni és reagálni a különféle kémiai vegyületekre, például az antigénekre. Ez a fehérjék jelátviteli funkciója, nagyon fontos a külső környezetből érkező anyagok szelektív felszívódásának folyamataihoz és annak védelméhez.
Glikoproteinek és proteoglikánok
Ezek összetett fehérjék, amelyek a protéziscsoportok biokémiai összetételében különböznek egymástól. Ha a fehérjekomponens és a szénhidrátrész közötti kémiai kötések kovalens-glikozidosak, az ilyen anyagokat glikoproteineknek nevezzük. Apoenzimüket mono- és oligoszacharidok molekulái képviselik, ilyen fehérjék például a protrombin, a fibrinogén (a véralvadásban részt vevő fehérjék). A kortiko- és gonadotrop hormonok, interferonok, membránenzimek is glikoproteinek. A proteoglikán molekulákban a fehérje rész csak 5%, a többi a protézis csoportra (heteropoliszacharid) esik. Mindkét részt az OH-treonin és az arginin csoportok, valamint az NH2-glutamin és a lizin csoportok glikozidos kötése köti össze. A proteoglikán molekulák nagyon fontos szerepet játszanak a sejt víz-só anyagcseréjében. Lenttáblázat az általunk vizsgált komplex fehérjékről.
| Glikoproteinek | Proteoglikánok |
| Protéziscsoportok szerkezeti összetevői | |
| 1. Monoszacharidok (glükóz, galaktóz, mannóz) | 1. Hialuronsav |
| 2. Oligoszacharidok (m altóz, laktóz, szacharóz) | 2. Kondroitsav. |
| 3. Monoszacharidok acetilezett aminoszármazékai | 3. Heparin |
| 4. Dezoxiszacharidok | |
| 5. Neuramin- és sziálsavak | |
Metalloproteins
Ezek az anyagok molekuláikban egy vagy több fém ionjait tartalmazzák. Tekintsünk példákat a fenti csoportba tartozó komplex fehérjékre. Ezek elsősorban olyan enzimek, mint a citokróm-oxidáz. A mitokondriumok krisztjain található, és aktiválja az ATP szintézist. A ferrin és a transzferrin vasionokat tartalmazó fehérjék. Az első a sejtekben rakja le őket, a második pedig egy transzportfehérje a vérben. Egy másik metalloprotein az alfa-ameláz, kalciumionokat tartalmaz, a nyál és a hasnyálmirigylé része, részt vesz a keményítő lebontásában. A hemoglobin metalloprotein és kromoprotein is. A transzportfehérje funkcióit látja el, oxigént szállítva. Ennek eredményeként oxihemoglobin vegyület képződik. Amikor a szén-monoxidot, más néven szén-monoxidot belélegzik, molekulái nagyon stabil vegyületet képeznek az eritrocita hemoglobinnal. Gyorsan terjed a szerveken és szöveteken keresztül, mérgezést okozva.sejteket. Ennek eredményeként a szén-monoxid hosszan tartó belélegzése esetén fulladás okozza a halált. A hemoglobin részben átadja a katabolizmus során keletkező szén-dioxidot is. A véráramlással a szén-dioxid belép a tüdőbe és a vesékbe, és azokból a külső környezetbe. Egyes rákfélékben és puhatestűekben a hemocianin az oxigénszállító fehérje. Vas helyett rézionokat tartalmaz, így az állatok vére nem vörös, hanem kék.
Klorofil-függvények
Ahogy korábban említettük, az összetett fehérjék pigmentekkel - színes szerves anyagokkal - komplexeket képezhetnek. Színük a napfény bizonyos spektrumát szelektíven elnyelő kromoformcsoportoktól függ. A növényi sejtekben zöld plasztiszok vannak - klorofill pigmentet tartalmazó kloroplasztiszok. Magnéziumatomokból és többértékű alkohol-fitolból áll. Fehérjemolekulákhoz kapcsolódnak, és maguk a kloroplasztok tilakoidokat (lemezeket) vagy halomba kapcsolt membránokat - grana - tartalmaznak. Fotoszintetikus pigmenteket - klorofillokat - és további karotinoidokat tartalmaznak. Itt található a fotoszintetikus reakciókban használt összes enzim. Így a kromoproteinek, amelyek közé tartozik a klorofill is, az anyagcserében, nevezetesen az asszimilációs és disszimilációs reakciókban töltik be a legfontosabb funkciókat.
Vírusfehérjék
A Vira Birodalom részét képező, nem sejtes életformák képviselői tartják őket. A vírusok nem rendelkeznek saját fehérjeszintetizáló berendezéssel. A nukleinsavak, a DNS vagy az RNS szintézist okozhatnaksaját részecskéket a vírussal fertőzött sejt. Az egyszerű vírusok csak olyan fehérjemolekulákból állnak, amelyek helikális vagy poliéderes struktúrákba tömörülnek, mint például a dohánymozaikvírus. Az összetett vírusoknak van egy további membránja, amely a gazdasejt plazmamembránjának részét képezi. Tartalmazhat glikoproteineket (hepatitis B vírus, himlővírus). A glikoproteinek fő funkciója a gazdasejt membránján lévő specifikus receptorok felismerése. A további vírusburok olyan enzimfehérjéket is tartalmaz, amelyek biztosítják a DNS-replikációt vagy az RNS-transzkripciót. A fentiek alapján a következő következtetés vonható le: a vírusrészecskék burokfehérjéinek sajátos szerkezete van, amely a gazdasejt membránfehérjéitől függ.
Ebben a cikkben összetett fehérjéket jellemeztünk, szerkezetüket és funkcióikat tanulmányoztuk különböző élő szervezetek sejtjeiben.
