Valk on rakkude ja keha elutegevuse alus. Täites eluskudedes tohutul hulgal funktsioone, rakendab see oma põhilisi võimeid: kasvu, elutähtsat tegevust, liikumist ja paljunemist. Sel juhul sünteesib rakk ise valku, mille monomeeriks on aminohape. Selle positsiooni valgu primaarstruktuuris programmeerib geneetiline kood, mis on päritav. Isegi geenide ülekandmine emarakust tütarrakku on vaid näide valgu struktuuri puudutava informatsiooni edastamisest. See muudab selle molekuliks, mis on bioloogilise elu aluseks.
Valgu struktuuri üldised omadused
Rakus sünteesitavad valgumolekulid on bioloogilised polümeerid.
Valgus on monomeer alati aminohape ja nende kombinatsioon moodustab molekuli esmase ahela. Seda nimetatakse valgumolekuli primaarstruktuuriks, mis hiljem spontaanselt või bioloogiliste katalüsaatorite toimel muudetakse sekundaarseks, tertsiaarseks või domeenistruktuuriks.
Teise- ja tertsiaarne struktuur
Sekundaarne valkstruktuur on primaarse ahela ruumiline modifikatsioon, mis on seotud vesiniksidemete moodustumisega polaarsetes piirkondades. Sel põhjusel volditakse kett aasadeks või keeratakse spiraaliks, mis võtab vähem ruumi. Sel ajal muutub molekuli sektsioonide lokaalne laeng, mis käivitab tertsiaarse struktuuri - globulaarse - moodustumise. Pressitud või spiraalsed sektsioonid keeratakse disulfiidsidemete abil kuulideks.
Pallid ise võimaldavad moodustada spetsiaalse struktuuri, mis on vajalik programmeeritud funktsioonide täitmiseks. On oluline, et isegi pärast sellist modifikatsiooni oleks valgu monomeeriks aminohape. See kinnitab ka, et valgu sekundaarse ning seejärel tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri moodustumisel primaarne aminohappejärjestus ei muutu.
Valgu monomeeride iseloomustus
Kõik valgud on polümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Need on orgaanilised ühendid, mida elusrakk sünteesib või siseneb sinna toitainetena. Nendest valgu molekul sünteesitakse ribosoomidel, kasutades Messenger RNA maatriksit tohutu energiakuluga. Aminohapped ise on kahe aktiivse keemilise rühmaga ühendid: karboksüülradikaal ja alfa-süsinikuaatomi juures paiknev aminorühm. Just see struktuur võimaldab molekuli nimetada alfa-aminohappeks, mis on võimeline moodustama peptiidsidemeid. Valgu monomeerid on ainult alfa-aminohapped.
Peptiidsideme moodustumine
Peptiidside on molekulaarne keemiline rühm, mille moodustavad süsiniku, hapniku, vesiniku ja lämmastiku aatomid. See moodustub vee eraldamise protsessis ühe alfa-aminohappe karboksüülrühmast ja teise aminorühmast. Sel juhul eraldub hüdroksüülradikaal karboksüülradikaalist, mis aminorühma prootoniga ühinedes moodustab vee. Selle tulemusena on kaks aminohapet ühendatud kovalentse polaarse sidemega CONH.
Seda võivad moodustada ainult alfa-aminohapped, elusorganismide valkude monomeerid. Laboris on võimalik jälgida peptiidsideme teket, kuigi väikest molekuli on lahuses raske selektiivselt sünteesida. Valgu monomeerid on aminohapped ja nende struktuur on programmeeritud geneetilise koodi järgi. Seetõttu tuleb aminohapped ühendada rangelt määratud järjekorras. See on kaootilistes tasakaalutingimustes lahuses võimatu ja seetõttu on endiselt võimatu kunstlikult sünteesida keerulist valku. Kui on olemas seadmed, mis võimaldavad molekuli kokkupanemisel rangelt järgida, on selle hooldus üsna kulukas.
Valkude süntees elusrakus
Elusrakus on olukord vastupidine, kuna sellel on arenenud biosünteesiaparaat. Siin saab valgumolekulide monomeere ranges järjestuses molekulideks kokku panna. See on programmeeritud kromosoomidesse salvestatud geneetilise koodi abil. Kui on vaja sünteesida teatud struktuurvalk või ensüüm, siis DNA koodi lugemise ja maatriksi moodustamise protsess (jaRNA), millest sünteesitakse valku. Monomeer liitub järk-järgult ribosoomiaparaadis kasvava polüpeptiidahelaga. Selle protsessi lõppedes tekib aminohappejääkide ahel, mis spontaanselt või ensümaatilise protsessi käigus moodustavad sekundaarse, tertsiaarse või domeenistruktuuri.
Biosünteesi seaduspärasused
Tuleb esile tõsta mõningaid valkude biosünteesi, päriliku teabe edastamise ja selle rakendamise tunnuseid. Need seisnevad selles, et DNA ja RNA on homogeensed ained, mis koosnevad sarnastest monomeeridest. Nimelt koosneb DNA nagu RNAki nukleotiididest. Viimast esitatakse informatsioonilise, transpordi- ja ribosomaalse RNA kujul. See tähendab, et kogu päriliku teabe salvestamise ja valkude biosünteesi eest vastutav rakuaparaat on ühtne tervik. Seetõttu tuleks ribosoomidega rakutuuma, mis on ka domeeni RNA molekulid, käsitleda kui üht terviklikku aparaadi geenide salvestamiseks ja nende rakendamiseks.
Valkude, mille monomeeriks on alfa-aminohape, biosünteesi teine tunnus on nende kinnitumise range järjekorra määramine. Iga aminohape peab võtma oma koha valgu primaarses struktuuris. Selle tagab ülalkirjeldatud päriliku teabe salvestamise ja rakendamise aparaat. Selles võib esineda vigu, kuid see kõrvaldab need. Vale kokkupaneku korral molekul hävib ja biosüntees algab uuesti.
