A fehérjék összetett szerkezetű biológiai polimerek. Nagy molekulatömegűek, aminosavakból, vitaminok által képviselt protetikus csoportokból, lipid- és szénhidrátzárványokból állnak. A szénhidrátokat, vitaminokat, fémeket vagy lipideket tartalmazó fehérjéket komplexnek nevezzük. Az egyszerű fehérjék csak peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavakból állnak.
Peptidek
Az anyag szerkezetétől függetlenül a fehérjék monomerei aminosavak. Ezek alkotják az alappolipeptid láncot, amelyből aztán kialakul a fehérje fibrilláris vagy globuláris szerkezete. Ugyanakkor a fehérje csak élő szövetben szintetizálható - növényi, bakteriális, gombás, állati és egyéb sejtekben.
Az egyetlen élőlény, amely nem képes egyesíteni a fehérjemonomereket, a vírusok és a protozoák. Az összes többi képes szerkezeti fehérjék képzésére. De milyen anyagok a fehérje monomerek, és hogyan keletkeznek? Olvasson erről és a fehérje bioszintézisről, a polipeptidekről és a komplex fehérjeszerkezet kialakulásáról, az aminosavakról és tulajdonságaikról.alább.
A fehérjemolekula egyetlen monomerje bármely alfa-aminosav. A fehérje egy polipeptid, összekapcsolt aminosavak lánca. A képződésében részt vevő aminosavak számától függően dipeptideket (2 aminosav), tripeptideket (3), oligopeptideket (2-10 aminosavat tartalmaz) és polipeptideket (sok aminosavat tartalmaz) izolálnak.
Fehérjeszerkezet áttekintése
A fehérje szerkezete lehet elsődleges, valamivel összetettebb - másodlagos, még összetettebb - harmadlagos, és a legösszetettebb - kvaterner.
Az elsődleges szerkezet egy egyszerű lánc, amelybe a fehérje monomerek (aminosavak) peptidkötésen (CO-NH) keresztül kapcsolódnak. A másodlagos szerkezet az alfa hélix vagy béta redők. A tercier egy még bonyolultabb háromdimenziós fehérjeszerkezet, amely kovalens, ionos és hidrogénkötések kialakulása, valamint hidrofób kölcsönhatások következtében a szekunderből alakult ki.
A kvaterner szerkezet a legösszetettebb, és a sejtmembránokon elhelyezkedő receptorfehérjékre jellemző. Ez egy szupramolekuláris (domén) szerkezet, amely több, harmadlagos szerkezetű molekula kombinációja eredményeként jön létre, szénhidrát-, lipid- vagy vitamincsoportokkal kiegészítve. Ebben az esetben, akárcsak az elsődleges, másodlagos és harmadlagos szerkezeteknél, a fehérjék monomerei alfa-aminosavak. Peptid kötésekkel is össze vannak kötve. Az egyetlen különbség a szerkezet összetettsége.
Aminósavak
Az egyetlen monomerA fehérjemolekulák alfa-aminosavak. Csak 20 van belőlük, és szinte az élet alapját jelentik. A peptidkötés megjelenésének köszönhetően lehetővé vált a fehérjeszintézis. Maga a fehérje pedig ezt követően kezdett el struktúraképző, receptor, enzimatikus, szállító, közvetítő és egyéb funkciókat ellátni. Ennek köszönhetően az élő szervezet működik és képes szaporodni.
Az alfa-aminosav maga egy szerves karbonsav, amelynek aminocsoportja az alfa-szénatomhoz kapcsolódik. Ez utóbbi a karboxilcsoport mellett található. Ebben az esetben a fehérjemonomereket olyan szerves anyagoknak tekintjük, amelyek terminális szénatomja egy amin- és egy karboxilcsoportot is hordoz.
Aminósavak kapcsolódása peptidekben és fehérjékben
Az aminosavak peptidkötésen keresztül dimerekké, trimerekké és polimerekké kapcsolódnak. Úgy jön létre, hogy az egyik alfa-aminosav karboxilhelyéről egy hidroxilcsoportot (-OH) és egy másik alfa-aminosav aminocsoportjából hidrogént (-H) hasítanak. A kölcsönhatás eredményeként a víz leválik, és a karboxilmaradék szénéhez közel egy szabad elektront tartalmazó C=O hely marad a karboxil végén. Egy másik sav aminocsoportjában van egy maradék (NH), amelynek a nitrogénatomján szabad gyök található. Ez lehetővé teszi két gyök összekapcsolását, hogy kötést (CONH) hozzon létre. Peptidnek hívják.
Alfa aminosavváltozatok
23 ismert alfa-aminosav van. Őkfelsorolva: glicin, valin, alanin, izolecin, leucin, glutamát, aszpartát, ornitin, treonin, szerin, lizin, cisztin, cisztein, fenilalanin, metionin, tirozin, prolin, triptofán, hidroxiprolin, arginin, aszparagitin, és, arginin, hisztamin. Attól függően, hogy az emberi test képes-e szintetizálni, ezek az aminosavak nem esszenciális és nem esszenciális aminosavakra oszthatók.
A nem esszenciális és esszenciális aminosavak fogalma
Cserélhető anyagokat az emberi szervezet képes szintetizálni, míg a nélkülözhetetlennek csak élelmiszerből kell származnia. Ugyanakkor mind az esszenciális, mind a nem esszenciális savak fontosak a fehérjebioszintézis szempontjából, mert nélkülük a szintézis nem valósulhat meg. Egyetlen aminosav nélkül, még ha az összes többi jelen van is, lehetetlen pontosan azt a fehérjét felépíteni, amelyre a sejtnek szüksége van funkcióinak ellátásához.
Egy hiba a bioszintézis bármelyik szakaszában - és a fehérje már nem alkalmas, mert az elektronsűrűség és az interatomikus kölcsönhatások megsértése miatt nem tud összeállni a kívánt szerkezetbe. Ezért fontos, hogy egy személy (és más élőlények) olyan fehérjetartalmú élelmiszereket fogyasszon, amelyek esszenciális aminosavakat tartalmaznak. Ezek hiánya a táplálékban számos fehérjeanyagcsere-zavarhoz vezet.
A peptidkötés kialakulásának folyamata
A fehérjék egyetlen monomerje az alfa-aminosav. Fokozatosan egyesülnek egy polipeptid láncba, amelynek szerkezetét előre tárolja a DNS (vagy RNS, ha bakteriális bioszintézist vesszük figyelembe) genetikai kódja. A fehérje aminosavak szigorú szekvenciája. Ez egy meghatározott láncolyan struktúra, amely egy cellában előre programozott funkciót hajt végre.
A fehérjebioszintézis lépéssorozata
A fehérjeképződés folyamata lépések láncolatából áll: egy DNS (vagy RNS) szakasz replikációja, információs típusú RNS szintézise, a sejtmagból a sejt citoplazmájába való felszabadulása, kapcsolódás a riboszómával, ill. a transzfer RNS által biztosított aminosavmaradékok fokozatos rögzítése. Egy fehérje monomer anyag részt vesz a hidroxilcsoport és a hidrogén proton eliminációjának enzimatikus reakciójában, majd csatlakozik a növekvő polipeptid lánchoz.
Így egy polipeptid láncot kapunk, amely már a sejt endoplazmatikus retikulumában valamilyen előre meghatározott szerkezetbe rendeződik, és szükség esetén szénhidrát- vagy lipidmaradékkal egészül ki. Ezt nevezik a fehérje „érlésének” folyamatának, amely után a szállító sejtrendszer a rendeltetési helyére küldi.
A szintetizált fehérjék funkciói
A fehérje monomerek azok az aminosavak, amelyek elsődleges szerkezetük felépítéséhez szükségesek. A másodlagos, harmadlagos és kvaterner szerkezet már magától kialakul, bár néha enzimek és egyéb anyagok részvételét is igényli. Ezek azonban már nem nélkülözhetetlenek, bár nélkülözhetetlenek ahhoz, hogy a fehérjék elláthassák funkciójukat.
Az aminosav, amely egy fehérje monomer, tartalmazhat szénhidrátok, fémek vagy vitaminok kötődési helyeit. A tercier vagy kvaterner szerkezet kialakítása lehetővé teszi, hogy még több helyet találjunk az inszerciós csoportoknak. Ez lehetővé teszi, hogy létrehozzonfehérjeszármazék, amely enzim szerepét tölti be, receptor, anyagok sejtbe vagy onnan kijuttatása, immunglobulin, membrán vagy sejtszervecskék szerkezeti komponense, izomfehérje.
Az aminosavakból képződő fehérjék jelentik az élet egyetlen alapját. És ma úgy tartják, hogy az élet csak az aminosav megjelenése után és polimerizációja eredményeként keletkezett. Hiszen a fehérjék intermolekuláris kölcsönhatása az élet kezdete, beleértve az intelligens életet is. Minden más biokémiai folyamat, beleértve az energetikai folyamatokat is, szükséges a fehérje bioszintézis megvalósításához, és ennek eredményeként az élet további folytatódásához.
