Seperti yang Anda ketahui, protein adalah dasar dari asal usul kehidupan di planet kita. Menurut teori Oparin-Haldane, tetesan coacervate, yang terdiri dari molekul peptida, yang menjadi dasar kelahiran makhluk hidup. Ini tidak diragukan lagi, karena analisis komposisi internal dari setiap perwakilan biomassa menunjukkan bahwa zat-zat ini ditemukan dalam segala hal: tumbuhan, hewan, mikroorganisme, jamur, virus. Selain itu, mereka sangat beragam dan bersifat makromolekul.
Struktur ini memiliki empat nama, semuanya sinonim:
- protein;
- protein;
- polipeptida;
- peptida.
Molekul protein
Jumlah mereka benar-benar tak terhitung. Selain itu, semua molekul protein dapat dibagi menjadi dua kelompok besar:
- simple - hanya terdiri dari rangkaian asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida;
- kompleks - struktur dan struktur protein dicirikan oleh gugus protolitik (prostetik) tambahan, yang juga disebut kofaktor.
Pada saat yang sama, molekul kompleks juga memiliki klasifikasinya sendiri.
Gradasi peptida kompleks
- Glikoprotein adalah senyawa yang berkaitan erat dengan protein dan karbohidrat. ke dalam struktur molekulkelompok prostetik mukopolisakarida saling terkait.
- Lipoprotein adalah senyawa kompleks protein dan lipid.
- Metalloprotein - ion logam (besi, mangan, tembaga, dan lainnya) bertindak sebagai gugus prostetik.
- Nucleoproteins - koneksi protein dan asam nukleat (DNA, RNA).
- Fosfoprotein - konformasi protein dan residu asam ortofosfat.
- Kromoprotein - sangat mirip dengan metaloprotein, namun, elemen yang merupakan bagian dari gugus prostetik adalah kompleks berwarna utuh (merah - hemoglobin, hijau - klorofil, dan seterusnya).
Setiap kelompok yang dipertimbangkan memiliki struktur dan sifat protein yang berbeda. Fungsi yang mereka lakukan juga bervariasi tergantung pada jenis molekulnya.
Struktur kimia protein
Dari sudut pandang ini, protein adalah rantai residu asam amino yang panjang dan masif yang saling berhubungan oleh ikatan spesifik yang disebut ikatan peptida. Dari struktur samping asam meninggalkan cabang - radikal. Struktur molekul ini ditemukan oleh E. Fischer pada awal abad ke-21.
Kemudian, protein, struktur dan fungsi protein dipelajari lebih detail. Menjadi jelas bahwa hanya ada 20 asam amino yang membentuk struktur peptida, tetapi mereka dapat digabungkan dengan berbagai cara. Oleh karena itu keragaman struktur polipeptida. Selain itu, dalam proses kehidupan dan kinerja fungsinya, protein dapat mengalami sejumlah transformasi kimia. Akibatnya, mereka mengubah struktur, dan benar-benar barujenis koneksi.
Untuk memutuskan ikatan peptida, yaitu, untuk memutuskan protein, struktur rantai, Anda harus memilih kondisi yang sangat keras (aksi suhu tinggi, asam atau alkali, katalis). Hal ini disebabkan oleh tingginya kekuatan ikatan kovalen pada molekulnya, yaitu pada gugus peptida.
Deteksi struktur protein di laboratorium dilakukan dengan menggunakan reaksi biuret - pemaparan polipeptida ke tembaga (II) hidroksida yang baru diendapkan. Kompleks gugus peptida dan ion tembaga memberikan warna ungu cerah.
Ada empat organisasi struktural utama, yang masing-masing memiliki fitur struktural proteinnya sendiri.
Tingkat Organisasi: Struktur Utama
Seperti disebutkan di atas, peptida adalah urutan residu asam amino dengan atau tanpa inklusi, koenzim. Jadi nama utamanya adalah struktur molekul yang demikian, yang alami, alami, benar-benar asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida, dan tidak lebih. Artinya, polipeptida dari struktur linier. Pada saat yang sama, fitur struktural protein dari rencana semacam itu adalah bahwa kombinasi asam seperti itu menentukan kinerja fungsi molekul protein. Karena adanya fitur-fitur ini, dimungkinkan tidak hanya untuk mengidentifikasi peptida, tetapi juga untuk memprediksi sifat dan peran yang sama sekali baru, yang belum ditemukan. Contoh peptida dengan struktur primer alami adalah insulin, pepsin, chymotrypsin dan lain-lain.
Konformasi Sekunder
Struktur dan sifat protein dalam kategori ini agak berubah. Struktur seperti itu dapat terbentuk awalnya dari alam atau ketika terkena hidrolisis keras primer, suhu atau kondisi lainnya.
Konformasi ini memiliki tiga varietas:
- Kumparan stereoreguler yang halus, teratur, dibuat dari residu asam amino yang berputar di sekitar sumbu utama sambungan. Mereka disatukan hanya oleh ikatan hidrogen yang terjadi antara oksigen dari satu kelompok peptida dan hidrogen dari yang lain. Selain itu, strukturnya dianggap benar karena fakta bahwa belokan diulang secara merata setiap 4 tautan. Struktur seperti itu dapat berupa tangan kiri atau tangan kanan. Tetapi pada sebagian besar protein yang dikenal, isomer dekstrorotatori mendominasi. Konformasi seperti itu disebut struktur alfa.
- Komposisi dan struktur protein jenis berikut ini berbeda dari yang sebelumnya karena ikatan hidrogen tidak terbentuk antara residu yang berdiri berdampingan di satu sisi molekul, tetapi antara residu yang jauh, dan pada jarak yang cukup. jarak yang jauh. Karena alasan ini, seluruh struktur berbentuk beberapa rantai polipeptida serpentin yang bergelombang. Ada satu ciri yang harus ditunjukkan oleh protein. Struktur asam amino pada cabang harus sesingkat mungkin, seperti glisin atau alanin, misalnya. Jenis konformasi sekunder ini disebut lembaran beta karena kemampuannya untuk saling menempel membentuk struktur yang sama.
- Biologi mengacu pada tipe ketiga dari struktur protein sebagaifragmen kompleks, tersebar, tidak teratur yang tidak memiliki stereoregularitas dan mampu mengubah struktur di bawah pengaruh kondisi eksternal.
Tidak ada contoh protein alami yang telah diidentifikasi.
Pendidikan Tinggi
Ini adalah konformasi yang cukup kompleks yang disebut "bola". Apa protein seperti itu? Strukturnya didasarkan pada struktur sekunder, tetapi jenis interaksi baru antara atom-atom dari pengelompokan ditambahkan, dan seluruh molekul tampaknya terlipat, sehingga berfokus pada fakta bahwa gugus hidrofilik diarahkan di dalam globul, dan gugus hidrofobik diarahkan ke luar.
Ini menjelaskan muatan molekul protein dalam larutan koloid air. Apa jenis interaksi yang ada?
- Ikatan hidrogen - tetap tidak berubah antara bagian yang sama seperti pada struktur sekunder.
- Interaksi hidrofobik (hidrofilik) - terjadi ketika polipeptida dilarutkan dalam air.
- Atraksi ionik - terbentuk antara gugus residu asam amino (radikal) yang bermuatan berlawanan.
- Interaksi kovalen - dapat terbentuk antara situs asam tertentu - molekul sistein, atau lebih tepatnya, ekornya.
Dengan demikian, komposisi dan struktur protein dengan struktur tersier dapat digambarkan sebagai rantai polipeptida yang terlipat menjadi butiran, menahan dan menstabilkan konformasinya karena berbagai jenis interaksi kimia. Contoh peptida tersebut:phosphoglycerate kease, tRNA, alpha-keratin, silk fibroin dan lain-lain.
Struktur Kuartener
Ini adalah salah satu globul paling kompleks yang dibentuk oleh protein. Struktur dan fungsi protein jenis ini sangat serbaguna dan spesifik.
Apa konformasi ini? Ini adalah beberapa (dalam beberapa kasus lusinan) rantai polipeptida besar dan kecil yang terbentuk secara independen satu sama lain. Tapi kemudian, karena interaksi yang sama yang kami pertimbangkan untuk struktur tersier, semua peptida ini berputar dan terjalin satu sama lain. Dengan cara ini, globul konformasi kompleks diperoleh, yang dapat mengandung atom logam, gugus lipid, dan gugus karbohidrat. Contoh protein tersebut: DNA polimerase, cangkang protein virus tembakau, hemoglobin, dan lain-lain.
Semua struktur peptida yang telah kami pertimbangkan memiliki metode identifikasinya sendiri di laboratorium, berdasarkan kemungkinan modern menggunakan kromatografi, sentrifugasi, mikroskop elektron dan optik, serta teknologi komputer yang tinggi.
Fungsi yang dilakukan
Struktur dan fungsi protein berhubungan erat satu sama lain. Artinya, setiap peptida memainkan peran tertentu, unik dan spesifik. Ada juga yang mampu melakukan beberapa operasi penting dalam satu sel hidup sekaligus. Namun, dimungkinkan untuk menyatakan dalam bentuk umum fungsi utama molekul protein dalam organisme makhluk hidup:
- Dukungan gerakan. Organisme bersel tunggal, baik organel, atau beberapajenis sel yang mampu bergerak, berkontraksi, berpindah tempat. Ini disediakan oleh protein yang merupakan bagian dari struktur alat motorik mereka: silia, flagela, membran sitoplasma. Jika kita berbicara tentang sel yang tidak dapat bergerak, maka protein dapat berkontribusi pada kontraksinya (miosin otot).
- Fungsi nutrisi atau cadangan. Ini adalah akumulasi molekul protein dalam telur, embrio dan biji tanaman untuk lebih mengisi nutrisi yang hilang. Ketika dibelah, peptida memberikan asam amino dan zat aktif biologis yang diperlukan untuk perkembangan normal organisme hidup.
- Fungsi energi. Selain karbohidrat, protein juga bisa memberi kekuatan pada tubuh. Dengan pemecahan 1 g peptida, 17,6 kJ energi yang berguna dilepaskan dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP), yang digunakan untuk proses vital.
- Sinyal dan fungsi pengaturan. Ini terdiri dari implementasi kontrol yang cermat atas proses yang sedang berlangsung dan transmisi sinyal dari sel ke jaringan, dari mereka ke organ, dari yang terakhir ke sistem, dan seterusnya. Contoh tipikal adalah insulin, yang secara ketat memperbaiki jumlah glukosa dalam darah.
- Fungsi reseptor. Ini dilakukan dengan mengubah konformasi peptida pada satu sisi membran dan melibatkan ujung lainnya dalam restrukturisasi. Pada saat yang sama, sinyal dan informasi yang diperlukan ditransmisikan. Paling sering, protein semacam itu dibangun ke dalam membran sitoplasma sel dan melakukan kontrol ketat atas semua zat yang melewatinya. Juga beri tahu tentangperubahan kimia dan fisika di lingkungan.
- Fungsi transportasi peptida. Ini dilakukan oleh protein saluran dan protein pembawa. Peran mereka jelas - mengangkut molekul yang diperlukan ke tempat-tempat dengan konsentrasi rendah dari bagian-bagian dengan konsentrasi tinggi. Contoh tipikal adalah pengangkutan oksigen dan karbon dioksida melalui organ dan jaringan oleh protein hemoglobin. Mereka juga melakukan pengiriman senyawa dengan berat molekul rendah melalui membran sel di dalamnya.
- Fungsi struktural. Salah satu yang paling penting dari yang protein lakukan. Struktur semua sel, organelnya disediakan dengan tepat oleh peptida. Mereka, seperti bingkai, mengatur bentuk dan struktur. Selain itu, mereka mendukungnya dan memodifikasinya jika perlu. Oleh karena itu, untuk pertumbuhan dan perkembangan, semua organisme hidup membutuhkan protein dalam makanannya. Peptida tersebut antara lain elastin, tubulin, kolagen, aktin, keratin dan lain-lain.
- Fungsi katalitik. Enzim melakukannya. Banyak dan beragam, mereka mempercepat semua reaksi kimia dan biokimia dalam tubuh. Tanpa partisipasi mereka, apel biasa di perut dapat dicerna hanya dalam dua hari, dengan kemungkinan pembusukan yang tinggi. Di bawah aksi katalase, peroksidase dan enzim lainnya, proses ini memakan waktu dua jam. Secara umum, berkat peran protein inilah anabolisme dan katabolisme dilakukan, yaitu metabolisme plastik dan energi.
Peran pelindung
Ada beberapa jenis ancaman yang dirancang untuk melindungi tubuh dari protein.
Pertama, kimiaserangan reagen traumatis, gas, molekul, zat dari berbagai spektrum aksi. Peptida dapat masuk ke dalam interaksi kimia dengan mereka, mengubahnya menjadi bentuk yang tidak berbahaya atau hanya menetralkan mereka.
Kedua, ancaman fisik dari luka - jika protein fibrinogen tidak diubah menjadi fibrin pada waktunya di tempat cedera, maka darah tidak akan membeku, yang berarti penyumbatan tidak akan terjadi. Kemudian, sebaliknya, Anda akan membutuhkan peptida plasmin, yang mampu melarutkan bekuan darah dan memulihkan patensi pembuluh darah.
Ketiga, ancaman kekebalan. Struktur dan signifikansi protein yang membentuk pertahanan kekebalan sangat penting. Antibodi, imunoglobulin, interferon adalah elemen penting dan signifikan dari sistem limfatik dan kekebalan manusia. Setiap partikel asing, molekul berbahaya, bagian sel yang mati atau seluruh struktur harus segera diselidiki oleh senyawa peptida. Itulah sebabnya seseorang dapat secara mandiri, tanpa bantuan obat-obatan, melindungi dirinya setiap hari dari infeksi dan virus sederhana.
Sifat fisik
Struktur protein sel sangat spesifik dan bergantung pada fungsi yang dilakukan. Tetapi sifat fisik dari semua peptida serupa dan bermuara pada karakteristik berikut.
- Berat molekul mencapai 1.000.000 D alton.
- Sistem koloid terbentuk dalam larutan berair. Di sana, struktur memperoleh muatan yang dapat bervariasi tergantung pada keasaman lingkungan.
- Saat terkena kondisi yang keras (iradiasi, asam atau alkali, suhu, dan sebagainya), mereka dapat berpindah ke tingkat konformasi lain, yaitumengubah sifat sesuatu benda. Proses ini tidak dapat diubah pada 90% kasus. Namun, ada juga pergeseran terbalik - renaturasi.
Ini adalah sifat utama dari karakteristik fisik peptida.
