پروتئینها مواد آلی بزرگ و یکی از انواع درشتملکولهای زیستی هستند که از زیرواحدهایی به نام اسید آمینه ساخته شدهاند. پروتئینها مانند زنجیری از یک کلاف سهبعدی بسپارهایی هستند که از ترکیب اسیدهای آمینه حاصل میشوند. اسیدهای آمینه مثل یک زنجیر خطی توسط پیوند پپتیدی میان گروههای کربوکسیل و آمین مجاور به یکدیگر متصل میشوند تا یک پلی پپتید را به وجود بیاورند. ترتیب اسیدهای آمینه در یک پروتئین توسط ژن مشخص میشود. اگرچه کد ژنتیک ۲۰ تا اسید آمینه استاندارد را معرفی میکند، در بعضی از اندامگانها (ارگانیسمها) کد ژنتیک شامل سلنوسیستئین و در بعضی از آرکیباکتریها پ یرولزین میباشد. گاهی در پروتئینها دگرگونی به وجود میآید: یا قبل از آنکه پروتئین بتواند به وظایفش در یاخته عمل کند و یا به عنوان قسمتی از مکانیسم بازرسی. پروتئینها معمولا به یکدیگر میپیوندند تا یک وظیفهای را با یکدیگر انجام دهند که این خود باعث استوار شدن پروتئین میشود. چون ترتیبهای نامحدودی در توالی و طول زنجیره اسید آمینهها در تولید پروتئینها وجود دارد، از این رو انواع بیشماری از پروتئینها نیز میتوانند وجود داشته باشند[۱].
پروتئینهای درونیاختهای در بخشی از یاخته به نام ریبوزوم توسط آرانای (RNA) ساخته میشوند.
ساختار پروتئین، و یا ساختمان پروتئین به ساختاری گفته میشود که پروتئین به خود میگیرد. پروتئین دارای چهار ساختار میباشد.
کشف ساختار سوم و چهارم یک پروتئین راهنمای بسیار مهمی برای تعیین کارکرد این پروتئین است. از روشهای معمول میتوان به پراش اشعه ایکس و تشدید مغناطیسی هسته اشاره کرد[۲]. این دو روش اطلاعات اتمی خوبی دربارهٔ ساختار پروتئین مورد نظر جمع آوری میکنند.
پراش (تفرق) اشعه ایکس روشی برای مطالعهٔ ساختار مواد بلوری است که در سال ۱۹۱۲ میلادی توسط فون لاوه کشف شد و توسط ویلیام هنری براگ و ویلیام لورنس براگ برای بررسی بلورها بکار گرفته شد.
cryo-electron microscopy روش دیگری است برای مطالعه ساختار پروتئین که معمولا در دمای نزدیگ به نیتروژن مایع انجام میشود.
بلورنگاری الکترونی (به انگلیسی: Electron crystallography) روشی برای تعیین آرایش اتمها در جامدات به وسیله میکروسکوپ الکترونی است. این روش میتواند مکملی برای بلورنگاری پرتو-ایکس روی پروتئینهایی (مانند پروتئینهای غشائی) که به راحتی نمیتوانند کریستال سهبعدی لازم برای این کار را تشکیل بدهند، دانست.
بانک داده پروتئین (به انگلیسی: Protein Data Bank) (به اختصار PDB) منبعی برای دادههای ساختار سهبعدی پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک است. این دادهها عموماً توسط بلورنگاری پرتو-ایکس یا بینابنمایی انامآر به دست میآیند و توسط زیستشناسها یا زیستشیمیپیشهها از سراسر دنیا برای دسترس عموم آنجا گذاشته میشوند.
خالص سازی پروتئین شامل یک سری مراحل میباشد که برای مجزا کردن یک نوع پروتئین از پروتئینهای مختلط استفاده میشود. خالص سازی امری حیاتی برای توصیف وظیفه، ساختار و فعل و انفعالات پروتئین مورد نظر میباشد. این کار معمولا با یک بافت زیستی و یا کشت میکروبی آغاز میشود. مولکولها از یاخته جدا شده و سپس پروتئینها از دیگر مولکولهای یاختهای جدا میشوند. در انتها پروتئین مورد نظر از دیگر پروتئینها جدا میشود[۳].
از اطلاعات موجود در دیانای برای ساختن پروتئینها استفاده میشود، اما جایگاه دیانای در هسته و جایگاه پروتئینسازی در سیتوپلاسم است. اندازهگیریهای گوناگون نشان دادهاند که در یاختههایی که در آنها فعالیت پروتئینسازی چندان شدید نیست، مقدار آرانای نیز کم است. از طرف دیگر، آرانای هم در هسته یافت میشود و هم در سیتوپلاسم. بر این اساس و نیز بر اساس آزمایشها و مشاهدههای دیگر، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که آرانای اطلاعات را از دیانای به ریبوزومها حمل میکند. به این نوع آرانای که اطلاعات را از دیانای به ریبوزومها حمل میکند، آرانای پیک یا پیامبر(mRNA) میگویند. نوعی دیگر آرانای ناقل (tRNA) است که اسیدهای آمینه را به ریبوزوم منتقل میکند، تا ریبوزوم اسیدهای آمینه را بر اساس اطلاعات موجود در mRNA کنار یکدیگر ردیف کند. نوع دیگر آرانای ریبوزومی (rRNA) است که در ساختار ریبوزومها شرکت دارد.
برای ساخت پروتئین در یاخته مراحل زیر باید انجام شود:
ساخته شدن mRNA از روی DNA را رونویسی میگویند که با کمک آنزیم آرانای پلیمراز (RNA polymerase) انجام میشود. سلولهای پروکاریوتی فقط یک نوع آنزیم RNA پلیمراز دارند. در سلولهای یوکاریوتی سه نوع آنزیم RNA پلیمراز یافت شده است که آنها را با علامتهای I و II و III مشخص میکنند.
مراحل رونویسی:
اطلاعات در دیانای بصورت رمز ۳ تایی وجود دارد یعنی هر ۳ نوکلئوتید معرف ۱ رمز و هر رمز معرف ۱ اسید آمینهاست. پس از رونویسی mRNA از هسته خارج میشود و در سیتوپلاسم به کمک نوع دیگر آرانای به نام تیآرانای (tRNA) اسید آمینه را به هم متصل میکند. tRNA روی mRNA متصل میشود و طبق رمزهای tRNA, mRNA اسید آمینهها را کنار هم میگذارد. و در آخر زنجیرهٔ بسپپتیدی به وجود میآید. به این مرحله ترجمه پروتئین گفته میشود.
رفتار سلولی و تمام فعالیتهایی که در سلول انجام میشود بر عهده پروتئینها است. همه پروتئینها با هم برهمکنش دارند و تقریباً میتوان گفت که همه پروتئینها اثر خود را با همکاری پروتئینهای دیگر در سلول اعمال میکنند و هیچ پروتئینی نیست که در یاخته به تنهایی عمل کند.
زیمایه یا آنزیم یک ماده آلی است که یک فرایند شیمیایی را در یک سازواره یا موجود زنده تقویت یا تضعیف میکند ولی خودش دگرگون نمیشود. به عبارت دیگر آنزیمها کاتالیزگرهای فرایندهای زیستی هستند و نسبت به کاتالیزگرهای غیر زیستی کارایی بسیار بالایی دارند. اغلب آنزیمها ساختار پروتئینی دارند، به غیر از انواع محدودی از آنها که از جنس ریبونوکلئیک اسید هستند؛ مانند ریبوزیمها.
پادتَن یا آنتیبادی پروتئینی است که دستگاه ایمنی بدن از آن استفاده میکند تا اجسام بیگانه همچون باکتری و ویروس را پیدا کرده و خنثی سازد. هر پادتن یک پادگن ویژه را در هدف خود تشخیص میدهد.پادتن ها در ایمنی هومورال دفاع اختصاصی توسط پلاسموسیت ها تشکیل و سپس در سطح ماستوسیت ها قرار می گیرد.
سلولها به یکدیگر پیامهایی میدهند (بهصورت شیمیایی یا الکتریکی) که بهواسطهی این پیامها با هم صحبت کرده و ارتباط برقرار مینمایند و اعمال خود را هماهنگ میکنند. از معروفترین پیامرسانهای شیمیایی «هورمون»ها هستند. هورمون مادهای شیمیایی است که در غدد درونریز ساخته شده و به داخل جریان خون میریزد. این ماده روی سلولهای هدف گیرنده دارد و با نشستن روی آن اعمال سلول را تغییر میدهد. گیرندههای هورمونهای امینو اسیدی در روی سلولهای هدف قرار دارد. هورمونها گاهی از یک غده در یک نقطه از بدن ترشح میشوند و اثر خود را در نقطهای دورتر اعمال میکنند. هورمونها و پیامرسانهای شیمیایی به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. برخی از هورمونها توانایی عبور از غشای سلولی و ورود به سلول را دارند و برخی دیگر نمیتوانند از غشا عبور کنند. دستهی اخیر گیرندههایی در سطح سلول دارند که پس از اتصال به آنها، پیام خود را با واسطهی چندین ملکول دیگر به داخل سلول منتقل میکنند. برخی از این واسطهها را «پیامرسان ثانویه» میگویند. از معروفترین «سیستمهای پیامرسانی ثانویه» سیستم «جی-پروتئینها» است. این سیستم در مدار بسیاری از هورمونها دیده میشود. [۴]
سلولهای موجودات پرسلولی توسط انواعی از ملکولهای پروتئینی و غیرپروتئینی به یکدیگر چسبیده باقی میمانند. این اتصالهای گوناگون است که سلولهای یک بافت را در کنار هم و بافتهای مجاور را در کنار هم نگهمیدارد.
در سطح مولکولی، کلیه مکانیسمهای زیستی سلولها توسط پروتئینها انجام میشود. پروتئینها با ارتباط با یکدیگر بطور دقیق و بسیار کنترل شدهای وظایف خود را انجام میدهند. اساس مولکولی اغلب بیماریها، بروز نقص یا تداخل در این کارکرد عادی پروتئینها، که از طریق آن مکانیسمهای زیستی سلولی را انجام میدهند، میباشد. اگر کار پروتئینها از حالت طبیعی خارج شود میتوانند باعث بروز بیماریهای مختلف شوند. از جمله این بیماریها سرطان است.
پریون یکی از پروتئینهایی است که بطور عادی در سلولهای عصبی بیان میشود. جهش
در این پروتئین میتواند باعث تغییر ساختار این پروتئین شده بطوری که
پروتئین جهش یافته میتواند مجتمع شده و پلاکهای پروتئینی را در سلولهای
عصبی ایجاد کند.
مقاله اصلی پروتئینها در رژیم غذایی
پروتئینها
مواد مغذی اصلی هر سلول زنده هستند. در ساختمان آنها نه تنها کربن،
هیدروژن و اکسیژن وجود دارد، بلکه ازت و گاهی گوگرد نیز موجود میباشد.
پروتئینها مسئول انجام اعمال گوناگونی هستند. نقش آنها از تشکیل ماده
انقباضی عضلات گرفته تا ساختن بعضی از هورمونها، آنزیمها و آنتی
بادیها، تبدیل انرژی شیمیایی به کار و انتقال اکسیژن و هیدروژن متنوع
میباشد.