Valgud on orgaanilised ained. Neid makromolekulaarseid ühendeid iseloomustab teatud koostis ja need lagunevad hüdrolüüsil aminohapeteks. Valgu molekulid on väga erineva kujuga, millest paljud koosnevad mitmest polüpeptiidahelast. Teave valgu struktuuri kohta on kodeeritud DNA-s ja valgusünteesi protsessi nimetatakse translatsiooniks.
Valkude keemiline koostis
Keskmine valk sisaldab:
- 52% süsinikku;
- 7% vesinikku;
- 12% lämmastikku;
- 21% hapnikku;
- 3% väävlit.
Valgu molekulid on polümeerid. Nende struktuuri mõistmiseks on vaja teada, millised on nende monomeerid, aminohapped.
Aminohapped
Need jagunevad tavaliselt kahte kategooriasse: pidev alt esinevad ja aeg-aj alt esinevad. Esimesed hõlmavad 18 valgu monomeeri ja veel 2 amiid: asparagiin- ja glutamiinhape. Mõnikord on ainult kolm hapet.
Neid happeid saab klassifitseerida mitmeti: külgahelate olemuse või nende radikaalide laengu järgi saab neid jagada ka CN- ja COOH-rühmade arvuga.
Valkude esmastruktuur
Valguahela aminohapete järjestus määrabselle järgnevad organisatsioonitasandid, omadused ja funktsioonid. Peamine sideme tüüp monomeeride vahel on peptiid. See moodustub vesiniku eraldamisel ühelt aminohappelt ja OH rühma teiselt.
Valgu molekuli organiseerituse esimene tase on selles sisalduvate aminohapete järjestus, lihts alt ahel, mis määrab valgu molekulide struktuuri. See koosneb korrapärase struktuuriga "skeletist". See on korduv järjestus -NH-CH-CO-. Eraldi kõrvalahelaid esindavad aminohapperadikaalid (R), nende omadused määravad valkude struktuuri koostise.
Isegi kui valgumolekulide struktuur on sama, võivad nad omaduste poolest erineda ainult sellest, et nende monomeeridel on ahelas erinev järjestus. Aminohapete paiknemise valguses määravad geenid ja see dikteerib valgule teatud bioloogilised funktsioonid. Monomeeride järjestus sama funktsiooni eest vastutavates molekulides on erinevates liikides sageli lähedane. Sellised molekulid – organisatsioonilt ühesugused või sarnased ning täidavad eri tüüpi organismides samu funktsioone – on homoloogsed valgud. Tulevaste molekulide struktuur, omadused ja funktsioonid on paika pandud juba aminohappeahela sünteesi etapis.
Mõned levinud funktsioonid
Valkude struktuuri on uuritud pikka aega ja nende esmase struktuuri analüüs võimaldas teha mõningaid üldistusi. Enamikku valke iseloomustab kõigi kahekümne aminohappe olemasolu, millest eriti palju on glütsiini, alaniini, asparagiinhapet, glutamiini ja vähe trüptofaani, arginiini, metioniini,histidiin. Ainsad erandid on teatud valkude rühmad, näiteks histoonid. Neid on vaja DNA pakkimiseks ja need sisaldavad palju histidiini.
Teine üldistus: globulaarsetes valkudes puuduvad üldised aminohapete vaheldumise mustrid. Kuid isegi bioloogiliselt kaugel asuvatel polüpeptiididel on väikesed identsed molekulide fragmendid.
Teisene struktuur
Polüpeptiidahela teine organiseerituse tase on selle ruumiline paigutus, mida toetavad vesiniksidemed. Määrake α-heeliks ja β-volt. Osa ahelast ei ole järjestatud struktuuriga, selliseid tsoone nimetatakse amorfseteks.
Kõigi looduslike valkude alfaspiraal on paremakäeline. Heeliksi aminohapete külgmised radikaalid on alati suunatud väljapoole ja asuvad selle telje vastaskülgedel. Kui need on mittepolaarsed, on need rühmitatud spiraali ühele küljele, mille tulemuseks on kaared, mis loovad tingimused erinevate spiraalilõikude lähenemiseks.
Beetavoldid – väga piklikud spiraalid – kipuvad paiknema valgumolekulis kõrvuti ning moodustavad paralleelseid ja mitteparalleelseid β-volditud kihte.
Tertsiaarne valgu struktuur
Valgu molekuli organiseerituse kolmas tase on spiraalide, voltide ja amorfsete osade voltimine kompaktseks struktuuriks. See on tingitud monomeeride külgmiste radikaalide vastastikmõjust. Sellised ühendused jagunevad mitut tüüpi:
- polaarsete radikaalide vahel tekivad vesiniksidemed;
- hüdrofoobne– mittepolaarsete R-rühmade vahel;
- elektrostaatilised tõmbejõud (ioonsed sidemed) – rühmade vahel, mille laengud on vastandlikud;
- disulfiidsillad tsüsteiiniradikaalide vahel.
Viimane sideme tüüp (–S=S-) on kovalentne interaktsioon. Disulfiidsillad tugevdavad valke, nende struktuur muutub vastupidavamaks. Kuid selliseid ühendusi pole vaja. Näiteks võib polüpeptiidahelas olla väga vähe tsüsteiini või selle radikaalid asuvad läheduses ega saa luua "silda".
Organisatsiooni neljas tase
Kõik valgud ei moodusta kvaternaarset struktuuri. Neljanda taseme valkude struktuuri määrab polüpeptiidahelate (protomeeride) arv. Need on omavahel ühendatud samade sidemetega, mis eelmisel organisatsiooni tasemel, välja arvatud disulfiidsillad. Molekul koosneb mitmest protomeerist, millest igaühel on oma eriline (või identne) tertsiaarne struktuur.
Kõik organisatsiooni tasemed määravad funktsioonid, mida saadud valgud täidavad. Valkude struktuur esimesel organiseeritustasandil määrab väga täpselt nende edasise rolli rakus ja kehas tervikuna.
Valgufunktsioonid
Raske on isegi ette kujutada, kui oluline on valkude roll rakutegevuses. Eespool uurisime nende struktuuri. Valkude funktsioonid sõltuvad sellest otseselt.
Täides hoone (struktuuri)funktsiooni, moodustavad nad iga elusraku tsütoplasma aluse. Need polümeerid on kõigi rakumembraanide peamine materjal, kuion kompleksis lipiididega. See hõlmab ka raku jagunemist sektsioonideks, millest igaühel on oma reaktsioonid. Fakt on see, et iga rakuprotsesside kompleks nõuab oma tingimusi, eriti mängib olulist rolli söötme pH. Valgud ehitavad õhukesed vaheseinad, mis jagavad raku niinimetatud sektsioonideks. Ja nähtust ennast nimetatakse lahterdamiseks.
Katalüütiline funktsioon on reguleerida kõiki raku reaktsioone. Kõik ensüümid on päritolult kas liht- või kompleksvalgud.
Igasugust organismide liikumist (lihaste töö, protoplasma liikumine rakus, ripsmete värelemine algloomadel jne) teostavad valgud. Valkude struktuur võimaldab neil liikuda, moodustada kiude ja rõngaid.
Transpordifunktsioon seisneb selles, et paljusid aineid transporditakse läbi rakumembraani spetsiaalsete kandevalkude abil.
Nende polümeeride hormonaalne roll on kohe selge: mitmed hormoonid on struktuurilt valgud, näiteks insuliin, oksütotsiin.
Varufunktsiooni määrab asjaolu, et valgud on võimelised moodustama ladestusi. Näiteks munavalgumiin, piimakaseiin, taimeseemnevalgud – need talletavad suures koguses toitaineid.
Kõik kõõlused, liigeseliigesed, luustiku luud, kabjad moodustuvad valkudest, mis viib meid nende järgmise funktsioonini – toetamiseni.
Valgu molekulid on retseptorid, mis teostavad teatud ainete selektiivset äratundmist. Selles rollis on glükoproteiinid ja lektiinid eriti tuntud.
Kõige olulisemimmuunsusfaktorid - antikehad ja komplemendi süsteem päritolu järgi on valgud. Näiteks verehüübimise protsess põhineb fibrinogeeni valgu muutustel. Söögitoru ja mao siseseinad on vooderdatud limaskestade valkude - litsiinide - kaitsva kihiga. Toksiinid on ka päritolult valgud. Loomade keha kaitsva naha alus on kollageen. Kõik need valgufunktsioonid on kaitsvad.
Noh, viimane funktsioon on reguleeriv. On valke, mis kontrollivad genoomi tööd. See tähendab, et need reguleerivad transkriptsiooni ja tõlkimist.
Ükskõik kui oluline on valkude roll, on teadlased valkude struktuuri lahti harutanud juba pikka aega. Ja nüüd avastavad nad uusi viise nende teadmiste kasutamiseks.
