Salah satu definisi kehidupan adalah sebagai berikut: "Hidup adalah cara keberadaan tubuh protein." Di planet kita, tanpa kecuali, semua organisme mengandung zat organik seperti protein. Artikel ini akan menjelaskan protein sederhana dan kompleks, mengidentifikasi perbedaan struktur molekul, dan juga mempertimbangkan fungsinya di dalam sel.
Apa itu protein
Dari sudut pandang biokimia, ini adalah polimer organik bermolekul tinggi, monomernya adalah 20 jenis asam amino yang berbeda. Mereka saling berhubungan oleh ikatan kimia kovalen, atau disebut ikatan peptida. Karena monomer protein adalah senyawa amfoter, mereka mengandung gugus amino dan gugus fungsi karboksil. Ikatan kimia CO-NH terjadi di antara mereka.
Jika polipeptida terdiri dari residu asam amino, ia membentuk protein sederhana. Molekul polimer tambahan yang mengandung ion logam, vitamin, nukleotida, karbohidrat adalah protein kompleks. Selanjutnya kitapertimbangkan struktur spasial polipeptida.
Tingkat organisasi molekul protein
Mereka datang dalam empat konfigurasi yang berbeda. Struktur pertama adalah linier, ini adalah yang paling sederhana dan memiliki bentuk rantai polipeptida, selama spiralisasinya, ikatan hidrogen tambahan terbentuk. Mereka menstabilkan heliks, yang disebut struktur sekunder. Tingkat organisasi tersier memiliki protein sederhana dan kompleks, sebagian besar sel tumbuhan dan hewan. Konfigurasi terakhir, kuartener, muncul dari interaksi beberapa molekul struktur asli, disatukan oleh koenzim, ini adalah struktur protein kompleks yang melakukan berbagai fungsi dalam tubuh.
Keanekaragaman protein sederhana
Grup polipeptida ini tidak banyak. Molekul mereka hanya terdiri dari residu asam amino. Protein termasuk, misalnya, histon dan globulin. Yang pertama disajikan dalam struktur nukleus dan digabungkan dengan molekul DNA. Kelompok kedua - globulin - dianggap sebagai komponen utama plasma darah. Protein seperti gamma globulin melakukan fungsi perlindungan kekebalan dan merupakan antibodi. Senyawa ini dapat membentuk kompleks yang meliputi karbohidrat kompleks dan protein. Protein sederhana berserat seperti kolagen dan elastin merupakan bagian dari jaringan ikat, tulang rawan, tendon, dan kulit. Fungsi utama mereka adalah konstruksi dan dukungan.
Protein tubulin adalah bagian dari mikrotubulus, yang merupakan komponen silia dan flagela organisme uniseluler seperti ciliates, euglena, flagellata parasit. Protein yang sama ditemukan pada organisme multiseluler (flagel sperma, silia telur, epitel bersilia dari usus kecil).
Protein albumin melakukan fungsi penyimpanan (misalnya, putih telur). Dalam endosperma biji tanaman sereal - gandum hitam, beras, gandum - molekul protein menumpuk. Mereka disebut inklusi seluler. Zat-zat tersebut digunakan oleh benih benih pada awal perkembangannya. Selain itu, kandungan protein yang tinggi dalam biji-bijian gandum merupakan indikator kualitas tepung yang sangat penting. Roti yang dipanggang dari tepung yang kaya gluten memiliki cita rasa yang tinggi dan lebih menyehatkan. Gluten terkandung dalam apa yang disebut varietas gandum durum. Plasma darah ikan laut dalam mengandung protein yang mencegah mereka mati karena kedinginan. Mereka memiliki sifat antibeku, mencegah kematian tubuh pada suhu air rendah. Di sisi lain, dinding sel bakteri termofilik yang hidup di mata air panas bumi mengandung protein yang dapat mempertahankan konfigurasi alaminya (struktur tersier atau kuaterner) dan tidak mengalami denaturasi pada kisaran suhu +50 hingga +90 °С.
Proteid
Ini adalah protein kompleks, yang dicirikan oleh keragaman yang besar karena berbagai fungsi yang mereka lakukan. Seperti disebutkan sebelumnya, kelompok polipeptida ini, selain bagian protein, mengandung gugus prostetik. Di bawah pengaruh berbagai faktor, seperti suhu tinggi, garam logam berat, alkali dan asam pekat, protein kompleks dapat berubahbentuk spasial, menyederhanakannya. Fenomena ini disebut denaturasi. Struktur protein kompleks rusak, ikatan hidrogen terputus, dan molekul kehilangan sifat dan fungsinya. Sebagai aturan, denaturasi tidak dapat diubah. Tetapi untuk beberapa polipeptida yang melakukan fungsi katalitik, motorik dan sinyal, renaturasi dimungkinkan - pemulihan struktur alami protein.
Jika aksi faktor destabilisasi terjadi untuk waktu yang lama, molekul protein akan hancur total. Hal ini menyebabkan pemutusan ikatan peptida dari struktur primer. Tidak mungkin lagi mengembalikan protein dan fungsinya. Fenomena ini disebut kehancuran. Contohnya adalah perebusan telur ayam: protein cair - albumin, yang berada dalam struktur tersier, hancur total.
Biosintesis protein
Ingat sekali lagi bahwa komposisi polipeptida organisme hidup mencakup 20 asam amino, di antaranya ada yang esensial. Ini adalah lisin, metionin, fenilalanin, dll. Mereka memasuki aliran darah dari usus kecil setelah pemecahan produk protein di dalamnya. Untuk mensintesis asam amino non-esensial (alanin, prolin, serin), jamur dan hewan menggunakan senyawa yang mengandung nitrogen. Tumbuhan, sebagai autotrof, secara mandiri membentuk semua monomer senyawa yang diperlukan, yang mewakili protein kompleks. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan nitrat, amonia atau nitrogen bebas dalam reaksi asimilasi mereka. Dalam mikroorganisme, beberapa spesies menyediakan sendiri satu set lengkap asam amino, sementara yang lain hanya beberapa monomer yang disintesis. Tahapanbiosintesis protein terjadi di sel semua organisme hidup. Transkripsi terjadi di nukleus, dan translasi terjadi di sitoplasma sel.
Tahap pertama - sintesis prekursor mRNA terjadi dengan partisipasi enzim RNA polimerase. Ini memutuskan ikatan hidrogen antara untaian DNA, dan pada salah satunya, menurut prinsip saling melengkapi, ia merakit molekul pra-mRNA. Ini mengalami pengirisan, yaitu, matang, dan kemudian keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma, membentuk asam ribonukleat matriks.
Untuk implementasi tahap kedua, perlu memiliki organel khusus - ribosom, serta molekul asam ribonukleat informasi dan transportasi. Kondisi penting lainnya adalah adanya molekul ATP, karena reaksi pertukaran plastis, yang meliputi biosintesis protein, terjadi dengan penyerapan energi.
Enzim, struktur dan fungsinya
Ini adalah sekelompok besar protein (sekitar 2000) yang bertindak sebagai zat yang mempengaruhi laju reaksi biokimia dalam sel. Mereka bisa sederhana (trepsin, pepsin) atau kompleks. Protein kompleks terdiri dari koenzim dan apoenzim. Spesifisitas protein itu sendiri sehubungan dengan senyawa yang bekerja pada menentukan koenzim, dan aktivitas protein diamati hanya ketika komponen protein dikaitkan dengan apoenzim. Aktivitas katalitik suatu enzim tidak bergantung pada keseluruhan molekul, tetapi hanya pada sisi aktifnya. Strukturnya sesuai dengan struktur kimia zat yang dikatalisis sesuai dengan prinsip"kunci-kunci", jadi kerja enzim sangat spesifik. Fungsi protein kompleks adalah partisipasi dalam proses metabolisme dan penggunaannya sebagai akseptor.
Kelas protein kompleks
Mereka dikembangkan oleh ahli biokimia berdasarkan 3 kriteria: sifat fisik dan kimia, fitur fungsional dan fitur struktural spesifik protein. Kelompok pertama termasuk polipeptida yang berbeda dalam sifat elektrokimia. Mereka dibagi menjadi basa, netral dan asam. Dalam kaitannya dengan air, protein dapat bersifat hidrofilik, amfifilik, dan hidrofobik. Kelompok kedua termasuk enzim, yang telah kita bahas sebelumnya. Kelompok ketiga termasuk polipeptida yang berbeda dalam komposisi kimia kelompok prostetik (ini adalah kromoprotein, nukleoprotein, metaloprotein).
Mari kita pertimbangkan sifat-sifat protein kompleks secara lebih rinci. Misalnya, protein asam yang merupakan bagian dari ribosom mengandung 120 asam amino dan bersifat universal. Ini ditemukan dalam organel sintesis protein dari sel prokariotik dan eukariotik. Perwakilan lain dari kelompok ini, protein S-100, terdiri dari dua rantai yang dihubungkan oleh ion kalsium. Ini adalah bagian dari neuron dan neuroglia - jaringan pendukung sistem saraf. Sifat umum dari semua protein asam adalah kandungan asam karboksilat dibasa yang tinggi: glutamat dan aspartat. Protein alkali termasuk histon - protein yang merupakan bagian dari asam nukleat DNA dan RNA. Fitur komposisi kimianya adalah sejumlah besar lisin dan arginin. Histon, bersama dengan kromatin nukleus, membentuk kromosom - struktur paling penting dari hereditas sel. Protein ini terlibat dalam proses transkripsi dan translasi. Protein amfifilik banyak terdapat dalam membran sel, membentuk lapisan ganda lipoprotein. Jadi, setelah mempelajari kelompok protein kompleks yang dipertimbangkan di atas, kami yakin bahwa sifat fisikokimianya ditentukan oleh struktur komponen protein dan gugus prostetik.
Beberapa protein membran sel kompleks mampu mengenali dan merespons berbagai senyawa kimia, seperti antigen. Ini adalah fungsi sinyal protein, sangat penting untuk proses penyerapan selektif zat yang berasal dari lingkungan eksternal dan untuk perlindungannya.
Glikoprotein dan proteoglikan
Mereka adalah protein kompleks yang berbeda satu sama lain dalam komposisi biokimia gugus prostetik. Jika ikatan kimia antara komponen protein dan bagian karbohidrat adalah kovalen-glikosidik, zat tersebut disebut glikoprotein. Apoenzim mereka diwakili oleh molekul mono dan oligosakarida, contoh protein tersebut adalah protrombin, fibrinogen (protein yang terlibat dalam pembekuan darah). Hormon kortiko dan gonadotropik, interferon, enzim membran juga merupakan glikoprotein. Pada molekul proteoglikan, bagian protein hanya 5%, sisanya berada pada gugus prostetik (heteropolisakarida). Kedua bagian tersebut dihubungkan oleh ikatan glikosidik dari gugus OH-treonin dan arginin serta gugus NH-glutamin dan lisin. Molekul proteoglikan memainkan peran yang sangat penting dalam metabolisme air-garam sel. Di bawahmenyajikan tabel protein kompleks yang dipelajari oleh kami.
| Glikoprotein | Proteoglikan |
| Komponen struktural grup prostetik | |
| 1. Monosakarida (glukosa, galaktosa, manosa) | 1. Asam Hyaluronic |
| 2. Oligosakarida (m altosa, laktosa, sukrosa) | 2. Asam kondroit. |
| 3. Turunan amino asetat dari monosakarida | 3. Heparin |
| 4. Deoksisakarida | |
| 5. Asam neuramit dan sialat | |
Metalloprotein
Zat ini mengandung ion dari satu atau lebih logam dalam molekulnya. Perhatikan contoh protein kompleks yang termasuk dalam kelompok di atas. Ini terutama enzim seperti sitokrom oksidase. Itu terletak di krista mitokondria dan mengaktifkan sintesis ATP. Ferin dan transferin adalah protein yang mengandung ion besi. Yang pertama menyimpannya dalam sel, dan yang kedua adalah protein transpor dalam darah. Metalloprotein lain adalah alfa-amelase, mengandung ion kalsium, merupakan bagian dari air liur dan jus pankreas, berpartisipasi dalam pemecahan pati. Hemoglobin adalah metaloprotein dan kromoprotein. Ini melakukan fungsi protein transportasi, membawa oksigen. Akibatnya, senyawa oksihemoglobin terbentuk. Ketika karbon monoksida, atau disebut karbon monoksida, dihirup, molekulnya membentuk senyawa yang sangat stabil dengan hemoglobin eritrosit. Dengan cepat menyebar melalui organ dan jaringan, menyebabkan keracunan.sel. Akibatnya, dengan inhalasi karbon monoksida yang berkepanjangan, kematian terjadi karena mati lemas. Hemoglobin juga sebagian mentransfer karbon dioksida yang terbentuk dalam proses katabolisme. Dengan aliran darah, karbon dioksida memasuki paru-paru dan ginjal, dan dari mereka - ke lingkungan eksternal. Pada beberapa krustasea dan moluska, hemosianin adalah protein pembawa oksigen. Alih-alih besi, ia mengandung ion tembaga, jadi darah hewan tidak berwarna merah, tetapi biru.
Fungsi Klorofil
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, protein kompleks dapat membentuk kompleks dengan pigmen - zat organik berwarna. Warnanya tergantung pada kelompok kromoform yang secara selektif menyerap spektrum sinar matahari tertentu. Pada sel tumbuhan terdapat plastida hijau – kloroplas yang mengandung pigmen klorofil. Ini terdiri dari atom magnesium dan polihidrat alkohol phytol. Mereka terkait dengan molekul protein, dan kloroplas itu sendiri mengandung tilakoid (pelat), atau membran yang terhubung dalam tumpukan - grana. Mereka mengandung pigmen fotosintesis - klorofil - dan karotenoid tambahan. Berikut adalah semua enzim yang digunakan dalam reaksi fotosintesis. Dengan demikian, kromoprotein, yang termasuk klorofil, melakukan fungsi terpenting dalam metabolisme, yaitu dalam reaksi asimilasi dan disimilasi.
Protein virus
Mereka disimpan oleh perwakilan dari bentuk kehidupan non-seluler yang merupakan bagian dari Alam Vira. Virus tidak memiliki alat sintesis proteinnya sendiri. Asam nukleat, DNA atau RNA, dapat menyebabkan sintesispartikel sendiri oleh sel itu sendiri yang terinfeksi virus. Virus sederhana hanya terdiri dari molekul protein yang tersusun rapat menjadi struktur heliks atau polihedral, seperti virus mosaik tembakau. Virus kompleks memiliki membran tambahan yang membentuk bagian dari membran plasma sel inang. Ini mungkin termasuk glikoprotein (virus hepatitis B, virus cacar). Fungsi utama glikoprotein adalah pengenalan reseptor spesifik pada membran sel inang. Amplop virus tambahan juga mencakup protein enzim yang memastikan replikasi DNA atau transkripsi RNA. Berdasarkan uraian di atas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: protein selubung partikel virus memiliki struktur spesifik yang bergantung pada protein membran sel inang.
Dalam artikel ini, kami telah mengkarakterisasi protein kompleks, mempelajari struktur dan fungsinya dalam sel berbagai organisme hidup.
