Protein yang mudah dan kompleks. Struktur, fungsi, sifat, ciri, contoh protein kompleks

Salah satu definisi kehidupan adalah seperti berikut: "Kehidupan adalah cara kewujudan badan protein." Di planet kita, tanpa pengecualian, organisma mengandungi bahan organik seperti protein. Dalam makalah ini, protein mudah dan rumit akan diterangkan, perbezaan dalam struktur molekul akan ditentukan, dan fungsi mereka dalam sel akan diperiksa.

Apakah protein?

Dari segi biokimia - ia adalah polimer organik molekul yang tinggi, monomer yang mempunyai 20 jenis asid amino yang berbeza. Mereka disatukan oleh ikatan kimia kovalen, atau dikenali sebagai ikatan peptida. Oleh kerana monomer protein adalah sebatian amfoterik, ia mengandungi kedua-dua kumpulan amino dan kumpulan fungsional carboxyl. Ikatan kimia CO-NH timbul di antara mereka.

Jika polipeptida terdiri daripada sisa-sisa unit asid amino, ia membentuk protein mudah. Molekul polimer yang juga mengandungi ion logam, vitamin, nukleotida, karbohidrat adalah protein kompleks. Seterusnya, kami menganggap struktur spatial polipeptida.

Tahap organisasi molekul protein

Mereka diwakili oleh empat konfigurasi yang berlainan. Struktur pertama adalah linear, ia adalah yang paling mudah dan mempunyai penampilan rantai polipeptida, semasa lingkaran itu menghasilkan ikatan hidrogen tambahan. Mereka menstabilkan lingkaran, yang dipanggil struktur sekunder. Pertubuhan peringkat tertua mempunyai protein yang sederhana dan kompleks, kebanyakan sel tumbuhan dan haiwan. Konfigurasi terakhir - Quaternary, timbul dari interaksi beberapa molekul struktur asli, disatukan oleh coenzymes, hanya struktur seperti ini mempunyai protein kompleks yang melakukan pelbagai fungsi dalam tubuh.

Pelbagai protein mudah

Kumpulan polipeptida ini tidak banyak. Molekul mereka terdiri daripada hanya residu asid amino. Protein termasuk, sebagai contoh, histones dan globulins. Yang pertama diwakili dalam struktur nukleus dan digabungkan dengan molekul DNA. Kumpulan kedua - globulin - dianggap sebagai komponen utama plasma darah. Protein seperti gamma globulin bertindak sebagai pertahanan imun dan merupakan antibodi. Sebatian ini boleh membentuk kompleks, yang merangkumi karbohidrat dan protein yang kompleks. Protein sederhana seperti fibrillar, seperti kolagen dan elastin, adalah sebahagian daripada tisu, tulang rawan, tendon, dan kulit. Fungsi utama mereka adalah pembinaan dan sokongan.

Protein tubulin adalah sebahagian daripada microtubules, yang merupakan komponen silia dan flagella organisma uniselular seperti, infusor, euglens, flagellates parasit. Protein yang sama adalah sebahagian daripada organisma multiselular (flagella spermatozoa, silia oosit, epitelium usus kecil).

Albumin protein memainkan fungsi penyimpanan (contohnya, protein telur ayam). Dalam endosperma benih tumbuhan bijirin - rai, beras, gandum - molekul protein terkumpul. Mereka dipanggil serangkaian selular. Bahan-bahan ini menggunakan kuman benih pada permulaan perkembangan mereka. Di samping itu, kandungan protein tinggi dalam bijirin gandum adalah penunjuk kualiti tepung yang sangat penting. Roti, dibakar dari tepung yang kaya dengan gluten, mempunyai kualiti rasa yang tinggi dan lebih berguna. Gluten mengandungi jenis gandum pepejal yang dipanggil. Plasma darah ikan laut dalam mengandungi protein yang menghalang kematian mereka daripada selesema. Mereka mempunyai ciri-ciri antibeku, menghalang kematian badan pada suhu air rendah. Di sisi lain, dinding sel bakteria termophilic yang hidup di sumber panas bumi mengandungi protein yang dapat mengekalkan konfigurasi semulajadi mereka (struktur tertiari atau kuaternary) dan tidak denatur dalam julat suhu dari +50 hingga + 90 ° C.

Protein

Ini adalah protein kompleks, yang dicirikan oleh kepelbagaian yang besar berkaitan dengan pelbagai fungsi yang dilakukan oleh mereka. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kumpulan polipeptida ini, sebagai tambahan kepada bahagian protein, mengandungi kumpulan prostetik. Di bawah pengaruh pelbagai faktor, seperti suhu tinggi, garam logam berat, alkali dan asid pekat, protein kompleks dapat mengubah bentuk ruang mereka, memudahkannya. Fenomena ini dinamakan denaturasi. Struktur protein kompleks dipecahkan, bon hidrogen pecah, dan molekul kehilangan sifat dan fungsi mereka. Sebagai peraturan, denaturasi tidak dapat dipulihkan. Tetapi dalam sesetengah polipeptida yang melaksanakan fungsi pemangkin, motor dan isyarat, renaturasi adalah mungkin - pemulihan struktur semulajadi protein.

Jika tindakan faktor ketidakstabilan berlaku untuk masa yang lama, molekul protein runtuh sepenuhnya. Ini membawa kepada pecah bon peptida struktur utama. Ia sudah mustahil untuk memulihkan protein dan fungsinya. Fenomena ini dipanggil kemusnahan. Contohnya adalah memasak telur ayam: albumen cecair, yang dalam struktur tersier, hancur sepenuhnya.

Biosintesis protein

Sekali lagi kita ingat bahawa komposisi polipeptida organisma hidup termasuk 20 asid amino, di antaranya ada yang tidak boleh digantikan. Ini adalah lisin, methionine, phenylalanine, dan lain-lain. Mereka memasuki darah dari usus kecil selepas pembelahan produk protein di dalamnya. Untuk mensintesis asid amino yang dipertukarkan (alanine, proline, serine), kulat dan haiwan menggunakan sebatian yang mengandungi nitrogen. Tumbuh-tumbuhan, sebagai autotrof, bebas membentuk semua monomer komposit yang diperlukan, yang mewakili protein kompleks. Untuk ini, nitrat, ammonia atau nitrogen bebas digunakan dalam tindak balas asimilasi. Dalam mikroorganisma, sesetengah spesies menyediakan diri mereka dengan set asid amino lengkap, sementara di lain-lain hanya beberapa monomer yang disintesis. Tahap biosintesis protein berlaku di sel-sel semua organisma hidup. Di dalam nukleus terdapat transkripsi, dan dalam sitoplasma sel - terjemahan.

Tahap pertama - sintesis prekursor mRNA berlaku dengan penyertaan polimerase RNA enzim. Ia memecah ikatan hidrogen di antara helai DNA, dan pada salah satu daripadanya, berdasarkan prinsip pelengkap, mengumpul molekul pra-iRNA. Ia mengalami tergelincir, iaitu, masak, dan kemudian meninggalkan nukleus ke dalam sitoplasma, membentuk asid ribonukleik matriks.

Untuk melaksanakan tahap kedua, perlu mempunyai organ-organ khusus - ribosom, serta molekul maklumat dan asid ribonukleik pengangkutan. Satu lagi keadaan penting adalah kehadiran molekul ATP, kerana reaksi pertukaran plastik, yang mana biosintesis protein dimiliki, berlaku dengan penyerapan tenaga.

Enzim, struktur dan fungsi mereka

Ini adalah kumpulan besar protein (kira-kira 2000), yang memainkan peranan bahan yang mempengaruhi kadar tindak balas biokimia dalam sel. Mereka boleh menjadi mudah (trypsin, pepsin) atau kompleks. Protein kompleks terdiri daripada koenzim dan apoenzyme. Kekhususan protein itu sendiri berkenaan dengan sebatian yang bertindak bertindak menentukan koenzim, dan aktivitas protein diperhatikan hanya apabila komponen protein dikaitkan dengan apoenzyme. Aktiviti pemangkin enzim tidak bergantung kepada keseluruhan molekul, tetapi hanya pada tapak aktif. Strukturnya bersesuaian dengan struktur kimia zat catalyzed pada prinsip kunci-kunci, oleh itu tindakan enzim adalah sangat spesifik. Fungsi protein kompleks terdiri daripada kedua-dua penyertaan dalam proses metabolik, dan menggunakannya sebagai penerima.

Kelas-kelas protein kompleks

Mereka dibangunkan oleh ahli biokimia, berdasarkan 3 kriteria: sifat fizikal dan kimia, ciri-ciri fungsian dan ciri-ciri struktur khusus protein. Kumpulan pertama termasuk polipeptida, yang berbeza dalam sifat elektrokimia mereka. Mereka dibahagikan kepada asas, neutral dan berasid. Berkenaan dengan air, protein boleh menjadi hidrofilik, amphipilik dan hidrofobik. Kumpulan kedua termasuk enzim, yang telah dipertimbangkan oleh kami sebelum ini. Kumpulan ketiga termasuk polipeptida yang berbeza dalam komposisi kimia kumpulan prostetik (ini adalah kromoprotein, nukleoprotein, metalloprotein).

Pertimbangkan sifat protein kompleks dengan lebih terperinci. Jadi, sebagai contoh, protein berasid, yang merupakan sebahagian daripada ribosom, mengandungi 120 asid amino dan universal. Ia dijumpai dalam organel sintesis protein, kedua-dua prokariotik dan sel eukariotik. Satu lagi wakil kumpulan ini ialah protein S-100, yang terdiri daripada dua rantai yang terikat dengan ion kalsium. Ia adalah sebahagian daripada neuron dan neuroglia - tisu sokongan sistem saraf. Harta benda semua protein asid adalah kandungan tinggi asbak karboksilat dibasic: glutamat dan aspartik. Protein alkali termasuk histones - protein yang merupakan sebahagian daripada asid nukleik DNA dan RNA. Satu ciri komposisi kimia mereka adalah sejumlah besar lisin dan arginin. Histones bersama-sama dengan kromatin kromosom bentuk nukleus - struktur paling penting sel-sel keturunan. Protein ini terlibat dalam proses transkripsi dan terjemahan. Protein amphiphilic diwakili secara meluas dalam membran sel, membentuk bilayer lipoprotein. Oleh itu, setelah mengkaji kumpulan protein kompleks yang dibincangkan di atas, kami yakin bahawa sifat fizikokimia mereka adalah disebabkan struktur komponen protein dan kumpulan prostetik.

Sesetengah protein kompleks membran sel dapat mengenali dan bertindak balas terhadap pelbagai sebatian kimia, misalnya antigen ,. Ini adalah fungsi isyarat protein, sangat penting untuk proses penyerapan selektif dari bahan yang berasal dari alam sekitar dan untuk perlindungannya.

Glikoprotein dan proteoglikan

Mereka adalah protein kompleks yang berbeza dalam komposisi biokimia kumpulan prostetik. Sekiranya ikatan kimia antara komponen protein dan bahagian karbohidrat adalah kovalen-glikosid, bahan tersebut dipanggil glikoprotein. Apoenzim diwakili oleh molekul mono- dan oligosakarida, contoh protein tersebut adalah prothrombin, fibrinogen (protein yang terlibat dalam pembekuan darah). Hormon Cortico dan hormon gonadotropik, interferon, enzim membran juga glikoprotein. Dalam molekul proteoglycan protein, bahagian protein hanya 5%, selebihnya berada dalam kumpulan prostetik (heteropolysaccharide). Kedua-dua bahagian ini dihubungkan oleh ikatan glikosidat OH-threonine dan arginine kumpulan dan kumpulan NH₂-glutamin dan lisin. Molekul proteoglisans memainkan peranan yang sangat penting dalam metabolisme sel-air garam. Berikut adalah jadual protein rumit yang dipelajari oleh kami.

Metalloproteins

Bahan-bahan ini mengandungi ion satu atau beberapa logam dalam molekulnya. Pertimbangkan contoh-contoh protein kompleks yang terkandung dalam kumpulan yang disebutkan di atas. Ini adalah terutamanya enzim, seperti cytochrome oxidase. Ia terletak pada kristal mitokondria dan mengaktifkan sintesis ATP. Ferrin dan transferrin - protein yang mengandungi ion besi. Deposit pertama mereka dalam sel, dan yang kedua adalah protein pengangkutan darah. Satu lagi metalloprotein adalah alpha-amelase, ia mengandungi ion kalsium, adalah sebahagian daripada air liur dan jus pankreas, mengambil bahagian dalam pembelahan kanji. Hemoglobin adalah kedua-dua metalloprotein dan kromoprotein. Ia berfungsi sebagai protein pengangkutan, membawa oksigen. Akibatnya, sebatian oxyhemoglobin terbentuk. Apabila karbon monoksida dihidu, jika tidak dikenali sebagai karbon monoksida, molekulnya membentuk sebatian yang sangat stabil dengan hemoglobin eritrosit. Ia cepat menyebar ke organ dan tisu, menyebabkan keracunan sel. Akibatnya, dengan penyedutan karbon monoksida yang berpanjangan datang dari mati lemas. Hemoglobin sebahagiannya bertoleransi dan karbon dioksida, dibentuk dalam proses katabolisme. Dengan aliran darah, karbon dioksida memasuki paru-paru dan buah pinggang, dan dari mereka ke persekitaran luaran. Dalam beberapa krustasea dan moluska, protein pengangkutan yang memindahkan oksigen dipanggil hemocyanin. Daripada besi, ia mengandungi ion tembaga, jadi darah haiwan tidak merah, tetapi biru.

Fungsi klorofil

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, protein kompleks boleh membentuk kompleks dengan zat organik berwarna pigmen. Warna mereka bergantung kepada kumpulan bentuk kromo, yang secara selektif menyerap spektrum cahaya matahari tertentu. Dalam sel tumbuhan terdapat plastid hijau - kloroplas yang mengandungi klorofil pigmen. Komposisinya termasuk atom magnesium dan phytol alkohol politiomik. Mereka dikaitkan dengan molekul protein, dan kloroplas sendiri mengandungi thylakoids (plat), atau membran yang terikat ke dalam granul. Mereka mengandungi pigmen fotosintetik - klorofil - dan karotenoid tambahan. Berikut adalah semua enzim yang digunakan dalam tindak balas fotosintesis. Oleh itu, kromoprotein, yang mana klorofil juga dimiliki, melaksanakan fungsi yang paling penting dalam metabolisme, iaitu, dalam tindak balas asimilasi dan dissimilation.

Protein virus

Mereka mengandungi wakil bentuk kehidupan bukan selular yang merupakan sebahagian daripada Kerajaan Vir. Virus tidak mempunyai alat sintetik protein mereka sendiri. Asid nukleat, DNA atau RNA, boleh menyebabkan sintesis zarah diri oleh sel itu sendiri, dijangkiti virus. Virus mudah hanya terdiri daripada molekul protein yang padat dipasang ke dalam struktur bentuk lingkaran atau polyhedral, seperti virus mozek tembakau. Virus kompleks mempunyai membran tambahan yang membentuk sebahagian daripada membran plasma sel hos. Ia boleh merangkumi glikoprotein (virus hepatitis B, virus cacar). Fungsi utama glikoprotein ialah pengiktirafan reseptor spesifik pada membran sel hos. Sampul virus tambahan juga termasuk protein enzim yang menyediakan pemindahan DNA atau transkripsi RNA. Prosiding dari atas, kita boleh membuat kesimpulan berikut: protein-protein dari sampul zarah-zarah virus mempunyai struktur tertentu, bergantung kepada protein membran sel hos.

Dalam artikel ini, kami memberikan pencirian protein kompleks, mengkaji struktur dan fungsi mereka dalam sel-sel pelbagai organisma hidup.