Białka to biologiczne polimery o złożonej strukturze. Mają wysoką masę cząsteczkową i składają się z aminokwasów, grup protetycznych reprezentowanych przez witaminy, wtrącenia lipidowe i węglowodanowe. Białka zawierające węglowodany, witaminy, metale lub lipidy nazywane są kompleksami. Proste białka składają się tylko z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi.
Peptydy
Niezależnie od struktury substancji, monomerami białek są aminokwasy. Tworzą one podstawowy łańcuch polipeptydowy, z którego następnie powstaje włóknista lub globularna struktura białka. Jednocześnie białko może być syntetyzowane tylko w żywej tkance - w komórkach roślinnych, bakteryjnych, grzybowych, zwierzęcych i innych.
Jedynymi organizmami, które nie potrafią łączyć monomerów białkowych, są wirusy i pierwotniaki. Wszystkie inne są zdolne do tworzenia białek strukturalnych. Ale jakimi substancjami są monomery białkowe i jak powstają? Przeczytaj o tym i o biosyntezie białek, o polipeptydach i tworzeniu złożonej struktury białek, o aminokwasach i ich właściwościach.poniżej.
Jedynym monomerem cząsteczki białka jest dowolny alfa-aminokwas. Białko to polipeptyd, łańcuch połączonych aminokwasów. W zależności od ilości aminokwasów biorących udział w jego powstawaniu izoluje się dipeptydy (2 reszty), tripeptydy (3), oligopeptydy (zawiera od 2-10 aminokwasów) i polipeptydy (wiele aminokwasów).
Przegląd struktury białka
Struktura białka może być pierwotna, nieco bardziej złożona - drugorzędowa, jeszcze bardziej złożona - trzeciorzędowa, a najbardziej złożona - czwartorzędowa.
Struktura pierwotna to prosty łańcuch, w którym monomery białek (aminokwasy) są połączone wiązaniem peptydowym (CO-NH). Drugorzędowa struktura to alfa helisa lub fałdy beta. Trzeciorzędowa jest jeszcze bardziej skomplikowaną trójwymiarową strukturą białkową, która powstała z drugorzędowej w wyniku tworzenia wiązań kowalencyjnych, jonowych i wodorowych, a także oddziaływań hydrofobowych.
Struktura czwartorzędowa jest najbardziej złożona i jest charakterystyczna dla białek receptorowych zlokalizowanych na błonach komórkowych. Jest to struktura supramolekularna (domenowa) powstała w wyniku połączenia kilku cząsteczek o strukturze trzeciorzędowej, uzupełnionych grupami węglowodanowymi, lipidowymi lub witaminowymi. W tym przypadku, podobnie jak w przypadku struktur pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych, monomerami białek są alfa-aminokwasy. Są również połączone wiązaniami peptydowymi. Jedyną różnicą jest złożoność konstrukcji.
Aminokwasy
Jedyne monomerycząsteczki białka to alfa aminokwasy. Jest ich tylko 20 i są prawie podstawą życia. Dzięki pojawieniu się wiązania peptydowego możliwa stała się synteza białek. A potem samo białko zaczęło pełnić funkcje strukturotwórcze, receptorowe, enzymatyczne, transportowe, mediatorowe i inne. Dzięki temu żywy organizm funkcjonuje i może się rozmnażać.
Sam aminokwas alfa jest organicznym kwasem karboksylowym z grupą aminową przyłączoną do atomu węgla alfa. Ten ostatni znajduje się obok grupy karboksylowej. W tym przypadku monomery białkowe są uważane za substancje organiczne, w których końcowy atom węgla zawiera zarówno grupę aminową, jak i karboksylową.
Połączenie aminokwasów w peptydach i białkach
Aminokwasy są połączone w dimery, trimery i polimery wiązaniem peptydowym. Powstaje przez odszczepienie grupy hydroksylowej (-OH) od miejsca karboksylowego jednego alfa-aminokwasu i wodoru (-H) od grupy aminowej innego alfa-aminokwasu. W wyniku oddziaływania woda zostaje odszczepiona, a miejsce C=O z wolnym elektronem w pobliżu węgla reszty karboksylowej pozostaje na końcu karboksylowym. W grupie aminowej innego kwasu znajduje się reszta (NH) z istniejącym wolnym rodnikiem przy atomie azotu. Pozwala to na połączenie dwóch rodników w wiązanie (CONH). Nazywa się peptyd.
Warianty alfa aminokwasów
Istnieją 23 znane alfa-aminokwasy. Oni sąwymienione jako: glicyna, walina, alanina, izolacyna, leucyna, glutaminian, asparaginian, ornityna, treonina, seryna, lizyna, cystyna, cysteina, fenyloalanina, metionina, tyrozyna, prolina, tryptofan, hydroksyprolina, arginina, paraginedyna i glutamina, as W zależności od tego, czy mogą być syntetyzowane przez organizm ludzki, aminokwasy te dzielą się na nieistotne i nieistotne.
Koncepcja nieistotnych i niezbędnych aminokwasów
Substancje zastępcze mogą być syntetyzowane przez organizm ludzki, podczas gdy niezbędne muszą pochodzić wyłącznie z pożywienia. Jednocześnie zarówno niezbędne, jak i nieistotne kwasy są ważne dla biosyntezy białek, ponieważ bez nich synteza nie może zostać zakończona. Bez jednego aminokwasu, nawet jeśli wszystkie inne są obecne, niemożliwe jest zbudowanie dokładnie takiego białka, którego komórka potrzebuje do wykonywania swoich funkcji.
Jeden błąd na każdym z etapów biosyntezy - i białko nie jest już odpowiednie, ponieważ nie będzie w stanie połączyć się w pożądaną strukturę z powodu naruszenia gęstości elektronowych i interakcji międzyatomowych. Dlatego ważne jest, aby człowiek (i inne organizmy) spożywał pokarmy białkowe zawierające niezbędne aminokwasy. Ich brak w pożywieniu prowadzi do wielu zaburzeń metabolizmu białek.
Proces tworzenia wiązania peptydowego
Jedyne monomery białek to alfa-aminokwasy. Stopniowo łączą się w łańcuch polipeptydowy, którego struktura jest wstępnie zapisana w kodzie genetycznym DNA (lub RNA, jeśli rozważamy biosyntezę bakterii). Białko to ścisła sekwencja reszt aminokwasowych. To jest łańcuch zamówiony w pewnymstruktura, która wykonuje zaprogramowaną funkcję w komórce.
Sekwencja kroków biosyntezy białek
Proces tworzenia białka składa się z łańcucha etapów: replikacja odcinka DNA (lub RNA), synteza informacji typu RNA, jej uwolnienie do cytoplazmy komórki z jądra, połączenie z rybosomem i stopniowe przyłączanie reszt aminokwasowych dostarczanych przez transferowy RNA. Substancja będąca monomerem białka uczestniczy w enzymatycznej reakcji eliminacji grupy hydroksylowej i protonu wodorowego, a następnie dołącza do rosnącego łańcucha polipeptydowego.
W ten sposób uzyskuje się łańcuch polipeptydowy, który już w komórkowym retikulum endoplazmatycznym jest uporządkowany w pewną z góry określoną strukturę i uzupełniony resztą węglowodanową lub lipidową, jeśli jest to wymagane. Nazywa się to procesem „dojrzewania” białka, po którym jest ono wysyłane przez transportowy system komórkowy do miejsca przeznaczenia.
Funkcje syntetyzowanych białek
Monomery białka to aminokwasy niezbędne do zbudowania ich podstawowej struktury. Struktura drugorzędowa, trzeciorzędowa i czwartorzędowa jest już tworzona sama, choć czasami wymaga również udziału enzymów i innych substancji. Jednak nie są już niezbędne, chociaż są niezbędne, aby białka spełniały swoją funkcję.
Aminokwas, który jest monomerem białkowym, może zawierać miejsca przyłączania węglowodanów, metali lub witamin. Utworzenie struktury trzeciorzędowej lub czwartorzędowej umożliwia znalezienie jeszcze większej liczby miejsc dla grup insercyjnych. Pozwala to na tworzenie zpochodna białka pełniąca rolę enzymu, receptora, nośnika substancji do lub z komórki, immunoglobulina, składnik strukturalny błony lub organelli komórkowych, białko mięśniowe.
Białka powstałe z aminokwasów są jedyną podstawą życia. A dziś uważa się, że życie powstało właśnie po pojawieniu się aminokwasu i w wyniku jego polimeryzacji. W końcu to właśnie intermolekularne oddziaływanie białek jest początkiem życia, w tym życia inteligentnego. Wszystkie inne procesy biochemiczne, w tym energetyczne, są niezbędne do realizacji biosyntezy białek, a co za tym idzie do dalszej kontynuacji życia.
