Valgud on keerulise struktuuriga bioloogilised polümeerid. Neil on kõrge molekulmass ja need koosnevad aminohapetest, proteesrühmadest, mida esindavad vitamiinid, lipiidide ja süsivesikute lisandid. Süsivesikuid, vitamiine, metalle või lipiide sisaldavaid valke nimetatakse kompleksseteks. Lihtvalgud koosnevad ainult peptiidsidemetega seotud aminohapetest.
Peptiidid
Sõltumata sellest, milline on aine struktuur, on valkude monomeerid aminohapped. Need moodustavad põhilise polüpeptiidahela, millest moodustub seejärel valgu fibrillaarne või globulaarne struktuur. Samal ajal saab valku sünteesida ainult eluskoes – taime-, bakteri-, seen-, looma- ja muudes rakkudes.
Ainsad organismid, mis ei suuda valgu monomeere kombineerida, on viirused ja algloomad. Kõik teised on võimelised moodustama struktuurseid valke. Kuid millised ained on valgu monomeerid ja kuidas need moodustuvad? Lugege sellest ja valkude biosünteesist, polüpeptiididest ja kompleksse valgustruktuuri kujunemisest, aminohapetest ja nende omadustest.allpool.
Valgu molekuli ainus monomeer on mis tahes alfa-aminohape. Valk on polüpeptiid, seotud aminohapete ahel. Sõltuv alt selle moodustamisel osalevate aminohapete arvust eraldatakse dipeptiidid (2 jääki), tripeptiidid (3), oligopeptiidid (sisaldab 2–10 aminohapet) ja polüpeptiidid (palju aminohappeid).
Valgu struktuuri ülevaade
Valgu struktuur võib olla esmane, veidi keerulisem - sekundaarne, veelgi keerulisem - tertsiaarne ja kõige keerulisem - kvaternaarne.
Esmane struktuur on lihtne ahel, millesse valgu monomeerid (aminohapped) on ühendatud peptiidsideme (CO-NH) kaudu. Sekundaarne struktuur on alfaheeliks ehk beetavoldid. Tertsiaarne on veelgi keerulisem kolmemõõtmeline valgu struktuur, mis tekkis sekundaarsest kovalentsete, ioonsete ja vesiniksidemete ning hüdrofoobsete vastastikmõjude tõttu.
Kvaternaarne struktuur on kõige keerulisem ja iseloomulik rakumembraanidel paiknevatele retseptorvalkudele. See on supramolekulaarne (domeen) struktuur, mis moodustub mitme tertsiaarse struktuuriga molekuli kombinatsiooni tulemusena, mida on täiendatud süsivesikute, lipiidide või vitamiinirühmadega. Sel juhul, nagu ka primaarsete, sekundaarsete ja tertsiaarsete struktuuride puhul, on valkude monomeerideks alfa-aminohapped. Neid ühendavad ka peptiidsidemed. Ainus erinevus on struktuuri keerukus.
Aminohapped
Ainsad monomeeridvalgu molekulid on alfa-aminohapped. Neid on ainult 20 ja need on peaaegu elu aluseks. Tänu peptiidsideme ilmnemisele sai võimalikuks valgusüntees. Ja valk ise hakkas pärast seda täitma struktuuri moodustavaid, retseptori, ensümaatilise, transpordi, vahendaja ja muid funktsioone. Tänu sellele toimib elusorganism ja on võimeline paljunema.
Alfa-aminohape ise on orgaaniline karboksüülhape, mille aminorühm on seotud alfa-süsinikuaatomiga. Viimane asub karboksüülrühma kõrval. Sel juhul loetakse valgu monomeere orgaanilisteks aineteks, mille terminaalne süsinikuaatom kannab nii amiini kui ka karboksüülrühma.
Aminohapete seos peptiidides ja valkudes
Aminohapped seotakse peptiidsideme kaudu dimeerideks, trimeerideks ja polümeerideks. See moodustub hüdroksüülrühma (-OH) lõhustamisel ühe alfa-aminohappe karboksüülsaidist ja vesiniku (-H) lõhustamisel teise alfa-aminohappe aminorühmast. Interaktsiooni tulemusena eraldub vesi ja karboksüüli otsa jääb C=O sait vaba elektroniga karboksüüljäägi süsiniku lähedal. Teise happe aminorühmas on jääk (NH), mille lämmastikuaatomi juures on olemas vaba radikaal. See võimaldab ühendada kaks radikaali, et moodustada side (CONH). Seda nimetatakse peptiidiks.
Alfa-aminohapete variandid
Teada on 23 alfa-aminohapet. Nemad onloetletud: glütsiin, valiin, alaniin, isoletsiin, leutsiin, glutamaat, aspartaat, ornitiin, treoniin, seriin, lüsiin, tsüstiin, tsüsteiin, fenüülalaniin, metioniin, türosiin, proliin, trüptofaan, hüdroksüproliin, arginiin, asparagidiin ja histamiin. Sõltuv alt sellest, kas inimkeha suudab neid sünteesida, jagatakse need aminohapped ebaolulisteks ja mitteolulisteks.
Mitteoluliste ja asendamatute aminohapete kontseptsioon
Asendatavaid aineid saab inimkeha sünteesida, samas kui hädavajalikud peavad saama ainult toidust. Samas on valkude biosünteesi jaoks olulised nii asendamatud kui ka mitteasendatavad happed, sest ilma nendeta ei saa süntees lõpule viia. Ilma ühe aminohappeta, isegi kui kõik teised on olemas, on võimatu luua täpselt seda valku, mida rakk oma funktsioonide täitmiseks vajab.
Üks viga biosünteesi mis tahes etapis - ja valk ei sobi enam, sest see ei saa elektrooniliste tiheduste ja aatomitevahelise interaktsiooni rikkumise tõttu soovitud struktuuri kokku panna. Seetõttu on oluline, et inimene (ja ka teised organismid) tarbiks valgurikkaid toite, mis sisaldavad asendamatuid aminohappeid. Nende puudumine toidus põhjustab mitmeid valkude metabolismi häireid.
Peptiidsideme moodustamise protsess
Ainsad valkude monomeerid on alfa-aminohapped. Need ühinevad järk-järgult polüpeptiidahelaks, mille struktuur on eelnev alt salvestatud DNA (või RNA, kui arvestada bakteriaalse biosünteesi) geneetilises koodis. Valk on aminohappejääkide range jada. See on teatud kindlasse tellitud kettstruktuur, mis täidab lahtris eelprogrammeeritud funktsiooni.
Valkude biosünteesi etappide järjestus
Valkude moodustumise protsess koosneb etappide ahelast: DNA (või RNA) lõigu replikatsioon, infotüüpi RNA süntees, selle vabanemine tuumast raku tsütoplasmasse, ühendamine ribosoomiga ja ülekande-RNA kaudu tarnitavate aminohappejääkide järkjärguline kinnitumine. Aine, mis on valgu monomeer, osaleb hüdroksüülrühma ja vesinikprootoni elimineerimise ensümaatilises reaktsioonis ning liitub seejärel kasvava polüpeptiidahelaga.
Nii saadakse polüpeptiidahel, mis juba rakulises endoplasmaatilises retikulumis järjestatakse mingisse etteantud struktuuri ja täiendatakse vajadusel süsivesikute või lipiidide jäägiga. Seda nimetatakse valgu "küpsemise" protsessiks, mille järel transpordi rakusüsteem saadab selle sihtkohta.
Sünteesitud valkude funktsioonid
Valgu monomeerid on aminohapped, mis on vajalikud nende esmase struktuuri loomiseks. Sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur moodustub juba iseenesest, kuigi mõnikord nõuab see ka ensüümide ja muude ainete osalemist. Need ei ole aga enam olulised, kuigi on hädavajalikud, et valgud saaksid täita oma funktsiooni.
Aminohappel, mis on valgu monomeer, võib olla süsivesikute, metallide või vitamiinide kinnituskohti. Tertsiaarse või kvaternaarse struktuuri moodustumine võimaldab leida sisestusrühmadele veelgi rohkem kohti. See võimaldab teil luuavalgu derivaat, mis mängib ensüümi, retseptori, ainete rakku sisse- või väljakandjana, immunoglobuliini, membraani või rakuorganelli struktuurikomponendi, lihasvalgu rolli.
Aminohapetest moodustuvad valgud on elu ainus alus. Ja tänapäeval arvatakse, et elu tekkis just pärast aminohappe ilmumist ja selle polümerisatsiooni tulemusena. Lõppude lõpuks on valkude molekulidevaheline interaktsioon elu, sealhulgas intelligentse elu algus. Kõik muud biokeemilised protsessid, sealhulgas energeetilised, on vajalikud valkude biosünteesi läbiviimiseks ja selle tulemusena elu edasiseks jätkumiseks.
