Una de les definicions de vida és la següent: "La vida és una forma d'existència dels cossos proteics". Al nostre planeta, sense excepció, tots els organismes contenen substàncies orgàniques com les proteïnes. Aquest article descriu proteïnes simples i complexes, identificarà diferències en l'estructura molecular i també considerarà les seves funcions a la cèl·lula.
Què són les proteïnes
Des del punt de vista de la bioquímica, es tracta de polímers orgànics de molècula alta, els monòmers dels quals són 20 tipus d'aminoàcids diferents. Estan interconnectats per enllaços químics covalents, també anomenats enllaços peptídics. Com que els monòmers proteics són compostos anfòters, contenen tant un grup amino com un grup funcional carboxil. Entre ells es produeix un enllaç químic CO-NH.
Si un polipèptid consta de residus d'aminoàcids, forma una proteïna simple. Les molècules de polímer que contenen, a més, ions metàl·lics, vitamines, nucleòtids i hidrats de carboni són proteïnes complexes. A continuació nos altresconsidereu l'estructura espacial dels polipèptids.
Nivells d'organització de les molècules de proteïnes
Venen en quatre configuracions diferents. La primera estructura és lineal, és la més simple i té forma de cadena polipeptídica; durant la seva espiralització es formen enllaços d'hidrogen addicionals. Estabilitzen l'hèlix, que s'anomena estructura secundària. El nivell terciari d'organització té proteïnes simples i complexes, la majoria de cèl·lules vegetals i animals. L'última configuració, la quaternària, sorgeix de la interacció de diverses molècules de l'estructura nativa, unides per coenzims, aquesta és l'estructura de proteïnes complexes que realitzen diverses funcions a l'organisme.
Diversitat de proteïnes simples
Aquest grup de polipèptids no és nombrós. Les seves molècules consisteixen només en residus d'aminoàcids. Les proteïnes inclouen, per exemple, histones i globulines. Els primers es presenten en l'estructura del nucli i es combinen amb molècules d'ADN. El segon grup, les globulines, es consideren els components principals del plasma sanguini. Una proteïna com la gammaglobulina realitza les funcions de protecció immune i és un anticòs. Aquests compostos poden formar complexos que inclouen hidrats de carboni complexos i proteïnes. Les proteïnes simples fibril·lars com el col·lagen i l'elastina formen part del teixit conjuntiu, el cartílag, els tendons i la pell. Les seves funcions principals són la construcció i el suport.
La proteïna tubulina forma part dels microtúbuls, que són components dels cilis i flagels d'organismes unicel·lulars com els ciliats, l'euglena i els flagel·lats paràsits. La mateixa proteïna es troba en organismes pluricel·lulars (flagels espermàtics, cilis de l'ou, epiteli ciliat de l'intestí prim).
La proteïna d'albúmina fa una funció d'emmagatzematge (per exemple, clara d'ou). A l'endosperma de les llavors de les plantes de cereals - sègol, arròs, blat - s'acumulen molècules de proteïnes. S'anomenen inclusions cel·lulars. Aquestes substàncies són utilitzades pel germen de llavors al començament del seu desenvolupament. A més, l' alt contingut en proteïnes dels grans de blat és un indicador molt important de la qualitat de la farina. El pa cuinat amb farina rica en gluten té un gust elevat i és més saludable. El gluten està contingut en les anomenades varietats de blat dur. El plasma sanguini dels peixos d'aigües profundes conté proteïnes que els impedeixen morir pel fred. Tenen propietats anticongelants, evitant la mort del cos a baixes temperatures de l'aigua. D' altra banda, la paret cel·lular dels bacteris termòfils que viuen a les fonts geotèrmiques conté proteïnes que poden conservar la seva configuració natural (estructura terciària o quaternària) i no desnaturalitzar-se en el rang de temperatures de +50 a + 90 °С.
Proteides
Són proteïnes complexes, que es caracteritzen per una gran diversitat per les diferents funcions que realitzen. Com s'ha assenyalat anteriorment, aquest grup de polipèptids, a més de la part proteica, conté un grup protètic. Sota la influència de diversos factors, com ara alta temperatura, sals de metalls pesants, àlcalis concentrats i àcids, les proteïnes complexes poden canviar la sevaforma espacial, simplificant-la. Aquest fenomen s'anomena desnaturalització. L'estructura de les proteïnes complexes es trenca, els ponts d'hidrogen es trenquen i les molècules perden les seves propietats i funcions. Per regla general, la desnaturalització és irreversible. Però per a alguns polipèptids que realitzen funcions catalitzadores, motores i de senyal, la renaturació és possible: restauració de l'estructura natural de la proteïna.
Si l'acció del factor desestabilitzador es produeix durant molt de temps, la molècula de proteïna queda completament destruïda. Això condueix a la ruptura dels enllaços peptídics de l'estructura primària. Ja no és possible restaurar la proteïna i les seves funcions. Aquest fenomen s'anomena destrucció. Un exemple és l'ebullició dels ous de gallina: la proteïna líquida - l'albúmina, que es troba a l'estructura terciària, es destrueix completament.
Biosíntesi de proteïnes
Recordem una vegada més que la composició dels polipèptids dels organismes vius inclou 20 aminoàcids, entre els quals n'hi ha d'essencials. Aquests són la lisina, la metionina, la fenilalanina, etc. Entren al torrent sanguini des de l'intestí prim després de la descomposició dels productes proteics que hi ha. Per sintetitzar aminoàcids no essencials (alanina, prolina, serina), fongs i animals utilitzen compostos que contenen nitrogen. Les plantes, en ser autòtrofs, formen independentment tots els monòmers compostos necessaris, que representen proteïnes complexes. Per fer-ho, utilitzen nitrats, amoníac o nitrogen lliure en les seves reaccions d'assimilació. En els microorganismes, algunes espècies es proporcionen un conjunt complet d'aminoàcids, mentre que en d' altres només es sintetitzen alguns monòmers. EtapesLa biosíntesi de proteïnes es produeix a les cèl·lules de tots els organismes vius. La transcripció es produeix al nucli i la traducció al citoplasma de la cèl·lula.
La primera etapa: la síntesi del precursor de l'ARNm es produeix amb la participació de l'enzim ARN polimerasa. Trenca enllaços d'hidrogen entre cadenes d'ADN, i en una d'elles, segons el principi de complementarietat, munta una molècula pre-ARNm. Se sotmet al tall, és a dir, madura, i després surt del nucli cap al citoplasma, formant un àcid ribonucleic de matriu.
Per a la implementació de la segona etapa, és necessari disposar d'orgànuls especials: ribosomes, així com molècules d'àcids ribonucleics informatius i de transport. Una altra condició important és la presència de molècules d'ATP, ja que les reaccions d'intercanvi plàstic, que inclouen la biosíntesi de proteïnes, es produeixen amb l'absorció d'energia.
Enzims, la seva estructura i funcions
Aquest és un gran grup de proteïnes (uns 2000) que actuen com a substàncies que afecten la velocitat de les reaccions bioquímiques a les cèl·lules. Poden ser simples (trepsina, pepsina) o complexes. Les proteïnes complexes consisteixen en un coenzim i un apoenzim. La pròpia especificitat de la proteïna respecte als compostos sobre els quals actua determina el coenzim, i l'activitat de les proteïnes només s'observa quan el component proteic s'associa a l'apoenzim. L'activitat catalítica d'un enzim no depèn de tota la molècula, sinó només del lloc actiu. La seva estructura correspon a l'estructura química de la substància catalitzada segons el principi"bloqueig de clau", de manera que l'acció dels enzims és estrictament específica. Les funcions de les proteïnes complexes són tant la participació en processos metabòlics com el seu ús com a acceptors.
Classes de proteïnes complexes
Van ser desenvolupats per bioquímics a partir de 3 criteris: propietats físiques i químiques, característiques funcionals i característiques estructurals específiques de les proteïnes. El primer grup inclou polipèptids que difereixen en propietats electroquímiques. Es divideixen en bàsics, neutres i àcids. En relació a l'aigua, les proteïnes poden ser hidròfiles, amfifíliques i hidròfobes. El segon grup inclou enzims, que hem considerat abans. El tercer grup inclou polipèptids que difereixen en la composició química dels grups protèsics (són cromoproteïnes, nucleoproteïnes, metaloproteïnes).
Considerem les propietats de les proteïnes complexes amb més detall. Per exemple, una proteïna àcida que forma part dels ribosomes conté 120 aminoàcids i és universal. Es troba en orgànuls de síntesi de proteïnes tant de cèl·lules procariotes com eucariotes. Un altre representant d'aquest grup, la proteïna S-100, consta de dues cadenes unides per un ió calci. Forma part de les neurones i la neuroglia, el teixit de suport del sistema nerviós. Una propietat comuna de totes les proteïnes àcides és un alt contingut d'àcids carboxílics dibàsics: glutàmic i aspártic. Les proteïnes alcalines inclouen histones, proteïnes que formen part dels àcids nucleics de l'ADN i l'ARN. Una característica de la seva composició química és una gran quantitat de lisina i arginina. Les histones, juntament amb la cromatina del nucli, formen els cromosomes, les estructures més importants de l'herència cel·lular. Aquestes proteïnes estan implicades en els processos de transcripció i traducció. Les proteïnes amfifíliques estan àmpliament presents a les membranes cel·lulars, formant una bicapa de lipoproteïnes. Així, després d'estudiar els grups de proteïnes complexes considerats anteriorment, estàvem convençuts que les seves propietats fisicoquímiques estan determinades per l'estructura del component proteic i els grups protèsics.
Algunes proteïnes complexes de la membrana cel·lular són capaces de reconèixer i respondre a diversos compostos químics, com els antígens. Aquesta és una funció de senyalització de les proteïnes, és molt important per als processos d'absorció selectiva de substàncies procedents del medi extern i per a la seva protecció.
Glicoproteïnes i proteoglicans
Són proteïnes complexes que es diferencien entre si en la composició bioquímica dels grups protèsics. Si els enllaços químics entre el component proteic i la part carbohidrat són covalent-glicosídics, aquestes substàncies s'anomenen glicoproteïnes. El seu apoenzim està representat per molècules de mono i oligosacàrids, exemples d'aquestes proteïnes són la protrombina, el fibrinogen (proteïnes implicades en la coagulació de la sang). Les hormones cortico- i gonadotròpiques, els interferons i els enzims de membrana també són glicoproteïnes. En les molècules de proteoglicans, la part proteica és només del 5%, la resta recau en el grup prostètic (heteropolisacàrid). Ambdues parts estan connectades per un enllaç glicosídic dels grups OH-treonina i arginina i els grups NH₂-glutamina i lisina. Les molècules de proteoglicans tenen un paper molt important en el metabolisme aigua-sal de la cèl·lula. Baixpresenta una taula de proteïnes complexes estudiades per nos altres.
| Glicoproteïnes | Proteoglicans |
| Components estructurals dels grups protèsics | |
| 1. Monosacàrids (glucosa, galactosa, manosa) | 1. Àcid hialurònic |
| 2. Oligosacàrids (m altosa, lactosa, sacarosa) | 2. Àcid condroític. |
| 3. Derivats amino acetilats de monosacàrids | 3. Heparina |
| 4. Desoxisacàrids | |
| 5. Àcids neuràmics i siàlics | |
Metaloproteïnes
Aquestes substàncies contenen ions d'un o més metalls a les seves molècules. Considereu exemples de proteïnes complexes que pertanyen al grup anterior. Aquests són principalment enzims com la citocrom oxidasa. Es troba a la cresta dels mitocondris i activa la síntesi d'ATP. La ferrina i la transferrina són proteïnes que contenen ions de ferro. El primer els diposita a les cèl·lules, i el segon és una proteïna de transport a la sang. Una altra metaloproteïna és l'alfa-amelasa, conté ions de calci, forma part de la saliva i el suc pancreàtic, participant en la descomposició del midó. L'hemoglobina és alhora una metaloproteïna i una cromoproteïna. Fa les funcions d'una proteïna de transport, transportant oxigen. Com a resultat, es forma el compost oxihemoglobina. Quan s'inhala monòxid de carboni, també anomenat monòxid de carboni, les seves molècules formen un compost molt estable amb l'hemoglobina dels eritròcits. Es propaga ràpidament per òrgans i teixits, provocant intoxicació.cèl · lules. Com a resultat, amb la inhalació prolongada de monòxid de carboni, la mort es produeix per asfixia. L'hemoglobina també transfereix parcialment el diòxid de carboni format en els processos de catabolisme. Amb el flux sanguini, el diòxid de carboni entra als pulmons i als ronyons, i d'ells a l'entorn extern. En alguns crustacis i mol·luscs, l'hemocianina és la proteïna que transporta l'oxigen. En lloc de ferro, conté ions de coure, de manera que la sang dels animals no és vermella, sinó blava.
Funcions de la clorofil·la
Com hem esmentat anteriorment, les proteïnes complexes poden formar complexos amb pigments: substàncies orgàniques acolorides. El seu color depèn dels grups cromoformes que absorbeixen selectivament certs espectres de la llum solar. A les cèl·lules vegetals hi ha plastids verds: cloroplasts que contenen el pigment clorofil·la. Està format per àtoms de magnesi i l'alcohol polihídric fitol. Estan associats a molècules de proteïnes i els propis cloroplasts contenen tilacoides (plaques) o membranes connectades en piles - grana. Contenen pigments fotosintètics -clorofil·les- i carotenoides addicionals. A continuació es mostren tots els enzims utilitzats en les reaccions fotosintètiques. Així, les cromoproteïnes, que inclouen la clorofil·la, realitzen les funcions més importants en el metabolisme, és a dir, en les reaccions d'assimilació i dissimilació.
Proteïnes virals
Els conserven representants de formes de vida no cel·lulars que formen part del Regne Vira. Els virus no tenen el seu propi aparell de síntesi de proteïnes. Els àcids nucleics, ADN o ARN, poden provocar la síntesipartícules pròpies per la pròpia cèl·lula infectada amb el virus. Els virus simples consisteixen només en molècules de proteïnes assemblades de manera compacta en estructures helicoïdals o polièdriques, com ara el virus del mosaic del tabac. Els virus complexos tenen una membrana addicional que forma part de la membrana plasmàtica de la cèl·lula hoste. Pot incloure glicoproteïnes (virus de l'hepatitis B, virus de la verola). La funció principal de les glicoproteïnes és el reconeixement de receptors específics a la membrana de la cèl·lula hoste. Els sobres virals addicionals també inclouen proteïnes enzimàtiques que garanteixen la replicació de l'ADN o la transcripció de l'ARN. A partir de l'anterior, es pot extreure la següent conclusió: les proteïnes de l'embolcall de les partícules víriques tenen una estructura específica que depèn de les proteïnes de membrana de la cèl·lula hoste.
En aquest article hem caracteritzat proteïnes complexes, hem estudiat la seva estructura i funcions a les cèl·lules de diversos organismes vius.
