Фибриллярный и глобулярный белок, мономер белка, закономерности синтеза белков
Белок является основой жизни клетки и организма. Выполняя огромное количество функций в живых тканях, он реализует основные его возможности: рост, жизнедеятельность, передвижение и размножение. При этом клетка сама синтезирует белок, мономером которого является аминокислота. Ее положение в первичной структуре белка запрограммировано генетическим кодом, передаваемым по наследству. Даже перенос генов от материнской клетке к дочерней является лишь примером передачи информации о структуре белка. Это делает его молекулой, составляющей фундамент биологической жизни.
Общая характеристика структуры белка
Белковые молекулы, синтезируемые в клетке, являются биологическими полимерами.
У белка мономером всегда является аминокислота, а их совокупность составляет первичную цепочку молекулы. Она называется первичной структурой белковой молекулы, которая позже самопроизвольно или под действием биологических катализаторов видоизменяется во вторичную, третичную или доменную.
Вторичная и третичная структура
Вторичная белковая структура — это пространственное видоизменение первичной цепочки, связанное с образованием водородных связей полярных участков. По этой причине цепочка складывается в петли или закручивается в спираль, что занимает меньше места. В это время меняется локальный заряд участков молекулы, из-за чего запускается процесс формирования третичной структуры — глобулярной. Извитые или спиральные участки скручиваются в клубки при помощи дисульфидных связей.
Сами клубки позволяют сформировать особую структуру, которая нужна для выполнения запрограммированных функций. Важно, что даже после такой модификации у белка мономером является аминокислота. Это также подтверждает, что при формировании вторичной, а затем третичной и четвертичной структуры белка первичная аминокислотная последовательность не меняется.
Характеристика мономеров белков
Все белки — полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Это органические соединения, которые либо синтезируются живой клеткой, либо поступают в нее в качестве питательных веществ. Из них на рибосомах по матрице информационной РНК с огромной затратой энергии синтезируется молекула белка. Сами аминокислоты представляют собой соединения с двумя активными химическими группами: карбоксильным радикалом и аминогруппой, локализованной у альфа-углеродного атома. Именно такая структура позволяет молекуле называться альфа-аминокислотой, способной образовывать пептидные связи. Мономерами белка являются только альфа-аминокислоты.
Образование пептидной связи
Пептидная связь — это молекулярная химическая группа, образованная атомами углерода, кислорода, водорода и азота. Она формируется в процессе отщепления воды от карбоксильной группы одной альфа-аминокислоты и аминогруппы другой. При этом от карбоксильного радикала отщепляется гидроксильный, который, объединяясь с протоном аминогруппы, образует воду. В результате две аминокислоты соединяются ковалентной полярной связью CONH.
Образовать ее способны только альфа-аминокислоты - мономеры белков живых организмов. Наблюдать образование пептидной связи можно в лабораторных условиях, хотя в растворе сложно выборочно синтезировать небольшую молекулу. Мономерами белка являются аминокислоты, а его структура запрограммирована генетическим кодом. Потому аминокислоты должны быть соединены в строго обозначенном порядке. В растворе в хаотичных равновесных условиях это невозможно, а потому синтезировать сложный белок искусственно пока невозможно. Если же появится оборудование, допускающее строгий порядок сборки молекулы, его обслуживание будет достаточно дорогим.
Синтез белка в живой клетке
В живой клетке ситуация обратная, так как в ней имеется развитый аппарат биосинтеза. Здесь мономеры молекул белка могут собираться в молекулы в строгой последовательности. Она запрограммирована генетическим кодом, хранящимся в хромосомах. При необходимости синтеза определенного структурного белка или фермента запускается процесс считывания кода ДНК и образования матрицы (и РНК), на основании которой синтезируется белок. Мономер постепенно присоединится к растущей полипептидной цепочке на рибосомальном аппарате. По завершении этого процесса будет создана цепочка из остатков аминокислот, которая самопроизвольно или в ходе ферментативного процесса сформирует вторичную, третичную или доменную структуру.
Закономерности биосинтеза
Следует выделить некоторые особенности биосинтеза белка, передачи наследственной информации и ее реализации. Они заключаются в том, что ДНК и РНК являются однородными веществами, состоящими из похожих мономеров. А именно, ДНК состоит из нуклеотидов, как и РНК. Последняя представлена в виде информационной, транспортной и рибосомальной РНК. Это значит, что весь клеточный аппарат, ответственный за хранение наследственной информации и биосинтез белка — это единое целое. Потому ядро клетки с рибосомами, которые тоже являются доменными молекулами РНК, следует рассматривать как один целый аппарат хранения генов и их реализации.
Вторая особенность биосинтеза белка, мономером которого является альфа-аминокислота, заключается в определении строгого порядка их присоединения. Каждая аминокислота должна занять свое место в первичной белковой структуре. Обеспечением этого занимается описанный выше аппарат хранения и реализации наследственной информации. В нем возможно возникновение ошибок, но они будут устранены им самим. В случае неверной сборки молекула будет разрушена, а биосинтез запустится снова.