Białko jest podstawą życia komórki i ciała. Pełniąc ogromną liczbę funkcji w żywych tkankach, realizuje swoje główne możliwości: wzrost, aktywność życiową, ruch i reprodukcję. W tym przypadku komórka sama syntetyzuje białko, którego monomerem jest aminokwas. Jego pozycja w pierwotnej strukturze białka jest zaprogramowana przez kod genetyczny, który jest dziedziczony. Nawet transfer genów z komórki matki do komórki potomnej jest tylko przykładem przekazywania informacji o strukturze białka. To sprawia, że jest to cząsteczka, która jest podstawą życia biologicznego.
Ogólna charakterystyka struktury białka
Cząsteczki białka syntetyzowane w komórce to polimery biologiczne.
W białku monomer jest zawsze aminokwasem, a ich kombinacja tworzy główny łańcuch cząsteczki. Nazywa się to pierwotną strukturą cząsteczki białka, która później spontanicznie lub pod wpływem katalizatorów biologicznych jest modyfikowana w strukturę drugorzędową, trzeciorzędową lub domenową.
Struktura drugorzędna i trzeciorzędna
Białko wtórnestruktura jest przestrzenną modyfikacją łańcucha pierwotnego związaną z tworzeniem wiązań wodorowych w regionach polarnych. Z tego powodu łańcuszek jest składany w pętle lub skręcany w spiralę, która zajmuje mniej miejsca. W tym czasie zmienia się lokalny ładunek odcinków cząsteczki, co powoduje powstanie struktury trzeciorzędowej - kulistej. Zaciśnięte lub spiralne sekcje są skręcane w kulki za pomocą wiązań dwusiarczkowych.
Kulki same w sobie pozwalają uformować specjalną strukturę potrzebną do wykonywania zaprogramowanych funkcji. Ważne jest, aby nawet po takiej modyfikacji monomer białka był aminokwasem. Potwierdza to również, że podczas tworzenia drugorzędowej, a następnie trzeciorzędowej i czwartorzędowej struktury białka, pierwszorzędowa sekwencja aminokwasów nie ulega zmianie.
Charakterystyka monomerów białkowych
Wszystkie białka to polimery, których monomerami są aminokwasy. Są to związki organiczne, które są syntetyzowane przez żywą komórkę lub wchodzą do niej jako składniki odżywcze. Spośród nich cząsteczka białka jest syntetyzowana na rybosomach przy użyciu matrycy informacyjnego RNA z ogromnym wydatkiem energii. Same aminokwasy są związkami z dwiema aktywnymi grupami chemicznymi: rodnikiem karboksylowym i grupą aminową zlokalizowaną przy atomie węgla alfa. To właśnie ta struktura pozwala na nazwanie cząsteczki alfa-aminokwasem zdolnym do tworzenia wiązań peptydowych. Monomery białkowe to tylko alfa-aminokwasy.
Tworzenie wiązania peptydowego
Wiązanie peptydowe to molekularna grupa chemiczna utworzona przez atomy węgla, tlenu, wodoru i azotu. Powstaje w procesie oddzielania wody od grupy karboksylowej jednego alfa-aminokwasu i grupy aminowej drugiego. W tym przypadku rodnik hydroksylowy odszczepia się od rodnika karboksylowego, który w połączeniu z protonem grupy aminowej tworzy wodę. W rezultacie dwa aminokwasy są połączone kowalencyjnym wiązaniem polarnym CONH.
Mogą go tworzyć tylko alfa-aminokwasy, monomery białek organizmów żywych. W laboratorium można zaobserwować powstawanie wiązania peptydowego, choć trudno jest wybiórczo zsyntetyzować małą cząsteczkę w roztworze. Monomery białek to aminokwasy, a ich struktura jest zaprogramowana przez kod genetyczny. Dlatego aminokwasy muszą być połączone w ściśle określonej kolejności. Jest to niemożliwe w roztworze w warunkach równowagi chaotycznej, a zatem nadal nie można sztucznie syntetyzować złożonego białka. Jeśli istnieje sprzęt, który pozwala na ścisłą kolejność montażu cząsteczki, jej utrzymanie będzie dość kosztowne.
Synteza białek w żywej komórce
W żywej komórce sytuacja jest odwrotna, ponieważ ma ona rozwinięty aparat do biosyntezy. Tutaj monomery cząsteczek białka można złożyć w cząsteczki w ściśle określonej kolejności. Jest zaprogramowany przez kod genetyczny przechowywany w chromosomach. Jeśli konieczne jest zsyntetyzowanie określonego białka strukturalnego lub enzymu, proces odczytywania kodu DNA i tworzenia matrycy (iRNA), z którego syntetyzowane jest białko. Monomer stopniowo dołączy do rosnącego łańcucha polipeptydowego na aparacie rybosomalnym. Po zakończeniu tego procesu powstanie łańcuch reszt aminokwasowych, który samoistnie lub podczas procesu enzymatycznego utworzy strukturę drugorzędową, trzeciorzędową lub domenową.
Regularności biosyntezy
Należy podkreślić niektóre cechy biosyntezy białek, przekazywania informacji dziedzicznych i ich realizacji. Polegają na tym, że DNA i RNA są jednorodnymi substancjami składającymi się z podobnych monomerów. Mianowicie DNA składa się z nukleotydów, podobnie jak RNA. Ten ostatni jest przedstawiony w postaci informacyjnego, transportowego i rybosomalnego RNA. Oznacza to, że cały aparat komórkowy odpowiedzialny za przechowywanie informacji dziedzicznych i biosyntezę białek stanowi jedną całość. Dlatego jądro komórkowe z rybosomami, które są jednocześnie domenowymi cząsteczkami RNA, należy traktować jako jeden cały aparat do przechowywania genów i ich implementacji.
Drugą cechą biosyntezy białek, których monomer jest alfa-aminokwasem, jest określenie ścisłej kolejności ich przyłączania. Każdy aminokwas musi zająć swoje miejsce w pierwotnej strukturze białka. Zapewnia to opisane powyżej urządzenie do przechowywania i implementacji informacji dziedzicznych. Mogą w nim wystąpić błędy, ale zostaną przez to wyeliminowane. W przypadku nieprawidłowego montażu cząsteczka zostanie zniszczona, a biosynteza rozpocznie się od nowa.
