3.4: Protini
- Page ID
- 175348
Ujuzi wa Kuendeleza
- Eleza kazi za protini zinafanya katika seli na katika tishu
- Jadili uhusiano kati ya amino asidi na protini
- Eleza ngazi nne za shirika la protini
- Eleza njia ambazo protini sura na kazi zinaunganishwa
Protini ni mojawapo ya molekuli nyingi za kikaboni katika mifumo ya maisha na zina kazi nyingi za macromolecules zote. Protini zinaweza kuwa miundo, udhibiti, mikataba, au kinga; zinaweza kutumika katika usafiri, uhifadhi, au utando; au zinaweza kuwa sumu au enzymes. Kila kiini katika mfumo wa maisha kinaweza kuwa na maelfu ya protini, kila mmoja akiwa na kazi ya pekee. Miundo yao, kama kazi zao, inatofautiana sana. Wote ni, hata hivyo, polima ya amino asidi, iliyopangwa kwa mlolongo wa mstari.
Aina na Kazi za Protini
Enzymes, ambazo huzalishwa na seli zilizo hai, ni kichocheo katika athari za biochemical (kama digestion) na kwa kawaida ni protini ngumu au conjugated. Kila enzyme ni maalum kwa substrate (reactant ambayo hufunga kwa enzyme) inachukua. Enzyme inaweza kusaidia katika kuvunjika, rearrangement, au athari za awali. Enzymes zinazovunja substrates zao zinaitwa enzymes za catabolic, enzymes zinazojenga molekuli ngumu zaidi kutoka kwenye substrates zao zinaitwa enzymes za anabolic, na enzymes zinazoathiri kiwango cha majibu huitwa enzy Ikumbukwe kwamba enzymes zote huongeza kiwango cha mmenyuko na, kwa hiyo, huchukuliwa kuwa kichocheo cha kikaboni. Mfano wa enzyme ni amylase ya salivary, ambayo hidrolyzes substrate yake amylose, sehemu ya wanga.
Homoni ni molekuli za kuashiria kemikali, kwa kawaida protini ndogo au steroids, zilizofichwa na seli za endocrine zinazofanya kudhibiti au kudhibiti michakato maalum ya kisaikolojia, ikiwa ni pamoja na ukuaji, maendeleo, kimetaboliki, na uzazi. Kwa mfano, insulini ni homoni ya protini ambayo husaidia kudhibiti kiwango cha damu ya glucose. Aina za msingi na kazi za protini zimeorodheshwa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\).
| Aina | Mifano | Kazi |
|---|---|---|
| Enzymes utumbo | Amylase, lipase, pepsin, trypsin | Msaada katika digestion ya chakula kwa catabolizing virutubisho katika vitengo monomeric |
| Usafiri | Hemoglobin, albinini | Kuchukua vitu katika damu au lymfu katika mwili |
| Miundo | Actin, tubulin, keratin | Kujenga miundo tofauti, kama cytoskeleton |
| Homoni | Insulini, thyroxine | Kuratibu shughuli za mifumo tofauti ya mwili |
| Ulinzi | Immunoglobulins | Kulinda mwili kutoka kwa vimelea vya kigeni |
| Mkataba | Actin, myosin | Athari contraction misuli |
| Uhifadhi | Protini za kuhifadhi mboga, yai nyeupe (albumin) | Kutoa chakula katika maendeleo ya mapema ya kiinitete na miche |
Protini zina maumbo tofauti na uzito wa molekuli; baadhi ya protini ni globular katika sura ilhali nyingine ni nyuzi katika asili. Kwa mfano, hemoglobin ni protini ya globular, lakini collagen, iliyopatikana katika ngozi yetu, ni protini ya nyuzi. Sura ya protini ni muhimu kwa kazi yake, na sura hii inahifadhiwa na aina nyingi za vifungo vya kemikali. Mabadiliko katika joto, pH, na yatokanayo na kemikali inaweza kusababisha mabadiliko ya kudumu katika sura ya protini, na kusababisha kupoteza kazi, inayojulikana kama denaturation. Protini zote zinajumuisha mipangilio tofauti ya aina 20 sawa za amino asidi.
Amino asidi
Amino asidi ni monomers zinazounda protini. Kila asidi amino ina muundo sawa wa msingi, ambao una atomi ya kaboni ya kati, inayojulikana pia kama kaboni ya alpha (α), iliyounganishwa na kundi la amino (NH 2), kundi la kaboksili (COOH), na kwa atomu ya hidrojeni. Kila asidi amino pia ina atomu nyingine au kundi la atomi zilizounganishwa na atomu ya kati inayojulikana kama kundi R (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Jina “amino asidi” linatokana na ukweli kwamba zina vyenye kundi la amino na kikundi cha asidi ya kaboksili katika muundo wao wa msingi. Kama ilivyoelezwa, kuna amino asidi 20 zilizopo katika protini. Kumi kati ya hizi huchukuliwa kuwa asidi amino muhimu kwa binadamu kwa sababu mwili wa binadamu hauwezi kuzizalisha na hupatikana kutoka mlo. Kwa kila asidi ya amino, kikundi cha R (au mnyororo wa upande) ni tofauti (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).
Sanaa Connection
Ni makundi gani ya asidi ya amino ungependa kutarajia kupata juu ya uso wa protini ya mumunyifu, na ambayo unatarajia kupata ndani ya mambo ya ndani? Nini usambazaji wa amino asidi ungependa kutarajia kupata katika protini iliyoingia katika bilayer lipid?
Hali ya kemikali ya mlolongo wa upande huamua asili ya asidi ya amino (yaani, ikiwa ni tindikali, msingi, polar, au nonpolar). Kwa mfano, glycine ya amino asidi ina atomi ya hidrojeni kama kundi la R. Asidi amino kama vile valini, methionini, na alanine ni nonpolar au hydrophobic katika asili, wakati amino asidi kama serine, threonini, na cysteine ni polar na kuwa na minyororo upande hydrophilic. Minyororo ya upande wa lysini na arginine ni chaji chanya, na kwa hiyo asidi amino hizi pia hujulikana kama asidi amino za msingi. Proline ina kundi la R ambalo linahusishwa na kundi la amino, na kutengeneza muundo kama pete. Proline ni ubaguzi kwa muundo wa kawaida wa asidi ya animo kwani kundi lake la amino si tofauti na mnyororo wa upande (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).
Amino asidi zinawakilishwa na barua moja ya juu ya kesi au kifupi cha barua tatu. Kwa mfano, valine inajulikana kwa barua V au alama ya barua tatu val. Kama vile baadhi ya asidi ya mafuta ni muhimu kwa chakula, baadhi ya asidi amino ni muhimu pia. Wao hujulikana kama asidi amino muhimu, na kwa binadamu hujumuisha isoleucine, leucine, na cysteine. Asidi amino muhimu hutaja zile zinazohitajika kwa ajili ya ujenzi wa protini mwilini, ingawa hazizalishwi na mwili; ambayo amino asidi ni muhimu inatofautiana kutoka viumbe hadi viumbe.
Mlolongo na idadi ya amino asidi hatimaye huamua sura ya protini, ukubwa, na kazi. Kila asidi ya amino inaunganishwa na asidi nyingine ya amino na dhamana ya covalent, inayojulikana kama dhamana ya peptide, ambayo hutengenezwa na mmenyuko wa maji mwilini. Kikundi cha carboxyl cha asidi moja ya amino na kundi la amino la asidi ya amino inayoingia huchanganya, ikitoa molekuli ya maji. Dhamana inayosababisha ni dhamana ya peptide (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).
Bidhaa zinazoundwa na uhusiano huo huitwa peptidi. Kama asidi amino zaidi hujiunga na mlolongo huu unaokua, mnyororo unaofuata hujulikana kama polipeptidi. Kila polipeptidi ina kundi la amino huru kwa mwisho mmoja. Mwisho huu huitwa N terminal, au terminal ya amino, na mwisho mwingine una kundi la bure la carboxyl, pia linajulikana kama terminal C au carboxyl. Wakati maneno polipeptidi na protini wakati mwingine hutumika kwa kubadilishana, polipeptidi ni kitaalam polymer ya asidi amino, ambapo neno protini hutumiwa kwa polipeptidi au polipeptidi ambazo zimeunganishwa pamoja, mara nyingi zimefungwa vikundi visivyo na peptidi, vina sura tofauti, na kuwa na kazi ya kipekee. Baada ya awali ya protini (tafsiri), protini nyingi zinabadilishwa. Hizi zinajulikana kama marekebisho ya baada ya kutafsiri. Wanaweza kufanyiwa cleavage, phosphorylation, au inaweza kuhitaji kuongeza ya makundi mengine ya kemikali. Tu baada ya marekebisho haya ni protini inayofanya kazi kabisa.
Evolution uhusiano
Umuhimu wa mabadiliko ya Cytochrome cytochrome c ni sehemu muhimu ya mnyororo wa usafiri wa elektroni, sehemu ya kupumua kwa seli, na kwa kawaida hupatikana katika organelle ya seli, mitochondrioni. Protini hii ina kikundi cha maambukizi ya heme, na ioni ya kati ya heme inapungua kwa njia nyingine na iliyooksidishwa wakati wa uhamisho wa elektroni. Kwa sababu jukumu hili muhimu protini katika kuzalisha nishati za mkononi ni muhimu, imebadilika kidogo sana zaidi ya mamilioni ya miaka. Mlolongo wa protini umeonyesha kuwa kuna kiasi kikubwa cha homolojia ya mlolongo wa asidi amino ya saitokromu c kati ya spishi mbalimbali; kwa maneno mengine, uhusiano wa mageuzi unaweza kutathminiwa kwa kupima kufanana au tofauti kati ya aina mbalimbali za DNA au utaratibu wa protini.
Wanasayansi wameamua kwamba cytochrome ya binadamu c ina asidi 104 za amino. Kwa kila molekuli ya saitokromu c kutoka kwa viumbe tofauti ambavyo vimetengenezwa hadi sasa, 37 kati ya asidi amino hizi zinaonekana katika nafasi sawa katika sampuli zote za saitokromu c Hii inaonyesha kuwa huenda kulikuwa na babu wa kawaida. Kwa kulinganisha utaratibu wa protini za binadamu na sokwe, hakuna tofauti ya mlolongo uliopatikana. Wakati utaratibu wa tumbili wa binadamu na rhesus ulilinganishwa, tofauti moja iliyopatikana ilikuwa katika asidi moja ya amino. Kwa kulinganisha mwingine, mwanadamu kwa mlolongo wa chachu inaonyesha tofauti katika nafasi ya 44.
Protini Muundo
Kama ilivyojadiliwa mapema, sura ya protini ni muhimu kwa kazi yake. Kwa mfano, enzyme inaweza kumfunga kwenye substrate maalum kwenye tovuti inayojulikana kama tovuti ya kazi. Ikiwa tovuti hii ya kazi imebadilishwa kwa sababu ya mabadiliko ya ndani au mabadiliko katika muundo wa protini wa jumla, enzyme inaweza kushindwa kumfunga kwenye substrate. Ili kuelewa jinsi protini inapata sura yake ya mwisho au conformation, tunahitaji kuelewa ngazi nne za muundo wa protini: msingi, sekondari, elimu ya juu, na quaternary.
Muundo wa Msingi
Mlolongo wa kipekee wa amino asidi katika mnyororo wa polipeptidi ni muundo wake wa msingi. Kwa mfano, insulini ya homoni ya kongosho ina minyororo miwili ya polipeptidi, A na B, na huunganishwa pamoja na vifungo vya disulfidi. N terminal amino asidi ya mlolongo ni glycine, wakati C terminal amino asidi ni asparagine (Kielelezo
Muhtasari
Protini ni darasa la macromolecules zinazofanya kazi mbalimbali kwa seli. Wanasaidia katika kimetaboliki kwa kutoa msaada wa miundo na kwa kutenda kama enzymes, flygbolag, au homoni. Vitalu vya ujenzi wa protini (monomers) ni amino asidi. Kila asidi amino ina kaboni ya kati inayounganishwa na kundi la amino, kundi la kaboksili, atomi ya hidrojeni, na kundi la R au mnyororo wa upande. Kuna 20 amino asidi zinazotokea kawaida, ambayo kila mmoja hutofautiana katika kundi la R. Kila asidi amino inahusishwa na majirani zake kwa dhamana ya peptidi. Mlolongo mrefu wa asidi amino hujulikana kama polipeptidi.
Protini hupangwa katika ngazi nne: msingi, sekondari, elimu ya juu, na (hiari) quaternary. Muundo wa msingi ni mlolongo wa kipekee wa amino asidi. Folding ndani ya polipeptidi kuunda miundo kama vile α helix na β -pleated karatasi hufanya muundo wa sekondari. Muundo wa jumla wa tatu-dimensional ni muundo wa juu. Wakati polypeptides mbili au zaidi zinachanganya kuunda muundo kamili wa protini, usanidi unajulikana kama muundo wa quaternary wa protini. Protini sura na kazi ni intricately wanaohusishwa; mabadiliko yoyote katika sura yanayosababishwa na mabadiliko katika joto au pH inaweza kusababisha denaturation protini na hasara katika kazi.
Sanaa Connections
Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ni makundi gani ya asidi ya amino ungependa kutarajia kupata juu ya uso wa protini ya mumunyifu, na ambayo unatarajia kupata ndani ya mambo ya ndani? Nini usambazaji wa amino asidi ungependa kutarajia kupata katika protini iliyoingia katika bilayer lipid?
- Jibu
-
Polar na kushtakiwa mabaki ya asidi amino (salio baada ya malezi ya dhamana ya peptidi) ni zaidi uwezekano wa kupatikana juu ya uso wa protini mumunyifu ambapo wanaweza kuingiliana na maji, na nonpolar (kwa mfano, minyororo upande wa amino asidi) ni zaidi uwezekano wa kupatikana katika mambo ya ndani ambapo wao ni sequestered kutoka maji. Katika protini za membrane, minyororo isiyo ya polar na hydrophobic ya amino asidi hushirikiana na mikia ya hydrophobic ya phospholipids, wakati minyororo ya polar na ya kushtakiwa ya amino asidi inashirikiana na vikundi vya kichwa vya polar au Hata hivyo, kuna tofauti. Wakati mwingine, minyororo ya upande wa asidi amino yenye chanya na yenye kushtakiwa vibaya huingiliana katika mambo ya ndani ya protini, na minyororo ya upande wa amino ya polar au ya kushtakiwa inayoingiliana na ligand inaweza kupatikana katika mfukoni wa kisheria wa ligand.
faharasa
- muundo wa alpha-helix (α -helix)
- aina ya muundo wa sekondari wa protini iliyoundwa na kupunzika kwa polipeptidi kwenye sura ya helix na vifungo vya hidrojeni vinavyoimarisha muundo
- amino asidi
- monoma ya protini; ina kaboni ya kati au alpha kaboni ambayo kundi la amino, kundi la kaboksili, hidrojeni, na kundi la R au mnyororo wa upande linaunganishwa; kundi la R ni tofauti kwa asidi amino zote 20
- karatasi ya beta-pleated (β -pleated)
- muundo wa sekondari unaopatikana katika protini ambazo “pleats” hutengenezwa na kuunganisha hidrojeni kati ya atomi kwenye uti wa mgongo wa mnyororo wa polipeptidi
- msindikizaji
- (pia, chaperonin) protini ambayo husaidia protini ya asili katika mchakato wa kukunja
- kuweka naturation
- kupoteza sura katika protini kutokana na mabadiliko ya joto, pH, au yatokanayo na kemikali
- kimeng'enya
- kichocheo katika mmenyuko biochemical kwamba ni kawaida tata au conjugated protini
- homoni
- kemikali ishara molekuli, kwa kawaida protini au steroid, secreted na seli endocrine kwamba kutenda kudhibiti au kudhibiti michakato maalum ya kisaikolojia
- peptide dhamana
- dhamana sumu kati ya asidi amino mbili na mmenyuko wa maji mwilini
- polipeptidi
- mlolongo mrefu wa amino asidi wanaohusishwa na vifungo peptide
- muundo wa msingi
- mlolongo wa mstari wa amino asidi katika protini
- protini
- kibiolojia macromolecule linajumuisha minyororo moja au zaidi ya amino asidi
- muundo wa quaternary
- chama cha subunits za polypeptide za kipekee katika protini
- muundo wa sekondari
- muundo wa mara kwa mara sumu na protini na intramolecular hidrojeni bonding kati ya atomi oksijeni ya moja mabaki amino asidi na hidrojeni masharti ya atomi nitrojeni ya mwingine mabaki amino asidi
- muundo wa juu
- tatu-dimensional conformation ya protini, ikiwa ni pamoja na mwingiliano kati ya mambo ya sekondari ya miundo; sumu kutoka mwingiliano kati ya