Eiwit is de basis van het cel- en lichaamsleven. Het voert een groot aantal functies uit in levende weefsels en implementeert zijn belangrijkste mogelijkheden: groei, vitale activiteit, beweging en reproductie. In dit geval synthetiseert de cel zelf een eiwit, waarvan het monomeer een aminozuur is. Zijn positie in de primaire structuur van het eiwit wordt geprogrammeerd door de genetische code, die wordt geërfd. Zelfs de overdracht van genen van een moedercel naar een dochtercel is slechts een voorbeeld van de overdracht van informatie over de structuur van een eiwit. Dit maakt het een molecuul dat de basis vormt van het biologische leven.
Algemene kenmerken van eiwitstructuur
Eiwitmoleculen die in een cel worden gesynthetiseerd, zijn biologische polymeren.
In een eiwit is het monomeer altijd een aminozuur en hun combinatie vormt de primaire keten van het molecuul. Het wordt de primaire structuur van een eiwitmolecuul genoemd, dat later spontaan of onder invloed van biologische katalysatoren wordt gewijzigd in een secundaire, tertiaire of domeinstructuur.
Secundaire en tertiaire structuur
Secundair eiwitstructuur is een ruimtelijke modificatie van de primaire keten geassocieerd met de vorming van waterstofbruggen in poolgebieden. Om deze reden wordt de ketting in lussen gevouwen of in een spiraal gedraaid, wat minder ruimte in beslag neemt. Op dit moment verandert de lokale lading van de secties van het molecuul, wat de vorming van een tertiaire structuur veroorzaakt - een bolvormige. De gekrompen of spiraalvormige secties worden in ballen gedraaid met behulp van disulfidebindingen.
Met de ballen zelf kun je een speciale structuur vormen die nodig is om de geprogrammeerde functies uit te voeren. Het is belangrijk dat ook na zo'n modificatie het monomeer van het eiwit een aminozuur is. Dit bevestigt ook dat tijdens de vorming van de secundaire, en vervolgens de tertiaire en quaternaire structuur van het eiwit, de primaire aminozuursequentie niet verandert.
Karakterisatie van eiwitmonomeren
Alle eiwitten zijn polymeren, waarvan de monomeren aminozuren zijn. Dit zijn organische verbindingen die ofwel worden gesynthetiseerd door een levende cel of deze als voedingsstoffen binnenkomen. Hiervan wordt een eiwitmolecuul gesynthetiseerd op de ribosomen met behulp van de boodschapper-RNA-matrix met een enorm energieverbruik. Aminozuren zelf zijn verbindingen met twee actieve chemische groepen: een carboxylradicaal en een aminogroep aan het alfa-koolstofatoom. Het is deze structuur die ervoor zorgt dat het molecuul een alfa-aminozuur wordt genoemd dat in staat is peptidebindingen te vormen. Eiwitmonomeren zijn alleen alfa-aminozuren.
Peptidebinding vorming
Een peptidebinding is een moleculaire chemische groep gevormd door koolstof-, zuurstof-, waterstof- en stikstofatomen. Het wordt gevormd tijdens het afsplitsen van water van de carboxylgroep van het ene alfa-aminozuur en de aminogroep van het andere. In dit geval wordt het hydroxylradicaal afgesplitst van het carboxylradicaal, dat samen met het proton van de aminogroep water vormt. Als resultaat zijn twee aminozuren verbonden door een covalente polaire binding CONH.
Alleen alfa-aminozuren, monomeren van eiwitten van levende organismen, kunnen het vormen. Het is mogelijk om de vorming van een peptidebinding in het laboratorium waar te nemen, hoewel het moeilijk is om selectief een klein molecuul in oplossing te synthetiseren. Eiwitmonomeren zijn aminozuren en de structuur ervan is geprogrammeerd door de genetische code. Daarom moeten aminozuren in een strikt aangewezen volgorde worden verbonden. Dit is onmogelijk in een oplossing onder chaotische evenwichtsomstandigheden, en daarom is het nog steeds onmogelijk om een complex eiwit kunstmatig te synthetiseren. Als er apparatuur is die een strikte volgorde van assemblage van het molecuul mogelijk maakt, zal het onderhoud ervan vrij duur zijn.
Eiwitsynthese in een levende cel
In een levende cel is de situatie omgekeerd, omdat deze een ontwikkeld biosynthese-apparaat heeft. Hier kunnen de monomeren van eiwitmoleculen in een strikte volgorde worden samengevoegd tot moleculen. Het wordt geprogrammeerd door de genetische code die is opgeslagen in de chromosomen. Als het nodig is om een bepaald structureel eiwit of enzym te synthetiseren, kan het proces van het lezen van de DNA-code en het vormen van een matrix (enRNA) waaruit eiwit wordt gesynthetiseerd. Het monomeer zal zich geleidelijk voegen bij de groeiende polypeptideketen op het ribosomale apparaat. Na voltooiing van dit proces zal een keten van aminozuurresiduen worden gecreëerd, die spontaan of tijdens het enzymatische proces een secundaire, tertiaire of domeinstructuur zullen vormen.
Regelmatigheden van biosynthese
Sommige kenmerken van eiwitbiosynthese, overdracht van erfelijke informatie en de implementatie ervan moeten worden benadrukt. Ze liggen in het feit dat DNA en RNA homogene stoffen zijn die uit vergelijkbare monomeren bestaan. DNA is namelijk opgebouwd uit nucleotiden, net als RNA. Dit laatste wordt gepresenteerd in de vorm van informatief, transport- en ribosomaal RNA. Dit betekent dat het hele cellulaire apparaat dat verantwoordelijk is voor het opslaan van erfelijke informatie en eiwitbiosynthese één geheel is. Daarom moet de celkern met ribosomen, die ook domein-RNA-moleculen zijn, worden beschouwd als één geheel apparaat voor het opslaan van genen en hun implementatie.
Het tweede kenmerk van de biosynthese van een eiwit, waarvan het monomeer een alfa-aminozuur is, is het bepalen van de strikte volgorde van hun aanhechting. Elk aminozuur moet zijn plaats innemen in de primaire eiwitstructuur. Hiervoor zorgt het hierboven beschreven apparaat voor het opslaan en implementeren van erfelijke informatie. Er kunnen fouten in voorkomen, maar die worden erdoor geëlimineerd. In het geval van een onjuiste assemblage, wordt het molecuul vernietigd en begint de biosynthese opnieuw.
