پروتئین

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری, جستجو
نمایشی سه‌بعدی از ساختار میوگلوبین، که در آن مارپیچ‌های آلفا به صورت رنگی نشان داده شده‌اند. این پروتئین نخستین پروتئینی بود که ساختار آن توسط بلورنگاری پرتو ایکس تعیین شد.

پروتئین‌ها مواد آلی بزرگ و یکی از انواع درشت‌ملکول‌های زیستی هستند که از زیرواحدهایی بنام 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 بوجود بیاورند. ترتیب اسیدهای آمینه در یک بروتئین توسط ژن مشخص می‌شود. اگرچه کد ژنتیک ۲۰ تا اسید آمینه استاندارد را معرفی می‌کند، در بعضی از اندامگان‌ها یا ارگانیسم‌ها کد ژنتیک شامل سلنوسیستئین و در بعضی از آرکی‌باکتری‌ها پ یرولزین می‌باشد. گاهی در پروتئین‌ها دگرگونی بوجود می‌آید: یا قبل از انکه پروتئین بتواند به وظایفش در سلول عمل کند و یا به عنوان قسمتی از مکانیسم بازرسی. پروتئین‌ها معمولا با 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 (سلول) به نام ریبوزوم توسط آران‌ای (RNA) ساخته می‌شوند.

فهرست مندرجات

[ویرایش] ساختار پروتئین

ساختار پروتئین، و یا ساختمان پروتئین به ساختاری گفته می‌شود که پروتئین به خود می‌گیرد. پروتئین دارای چهار ساختار می‌باشد.

  • ساختار دوم: به نظم‌های موضعی گفته می‌شود که پروتئین در حین تاشدگی به خود می‌گیرد. ساختار دوم پروتنئین‌ها خود به چند دسته تقسیم می‌شود:
ساختار دوم قسمتی از یک پروتئین؛مارپیچ آلفا به رنگ خاکستری و صفحه بتا به رنگ قرمز نمایش داده شده
    • مارپیچ آلفا ساده ترین و انعطاف پذیرترین ترتیب، کونفرماسیونی مارپیچی و راست گرد بود به نام مارپیچ آلفا. مارپیچ آلفا یکی از ساختارهای دوم رایج در پروتئین‌هاست. مارپیچ آلفا یک مارپیچ راستگرد است که ساختار آن هر ۴/۵ آنگستروم یکبار تکرار می‌شود. در هر دو مارپیچ آلفا، ۶/۳ اسید آمینه وجود دارد. یعنی هر ۵/۱ آنگستروم یک اسید آمینه در طول مارپیچ آلفا قرار می‌گیرد. هر گروه کربوکسیل و آمین در مارپیچ آلفا با اسید آمینه‌ای با فاصله چهار تا از خود، دارای باند هیدروژنی می‌باشد و این الگو در سراسر مارپیچ، غیر از چهار اسیدآمینه در دو انتهای آن تکرار شده‌است.
    • صفحه‌های بتا: ساختار صفحه‌های بتا، ساختار دوم بسیارکشیده و چین‌دار می‌باشد. یکی از تفاوت‌های مهم صفحه‌های بتا با مارپیچ آلفا این است که اسیدآمینه‌هایی که معمولاً در ساختار اول زنجیره پروتئینی با فاصله زیاد از هم قرارگرفته‌اند، برای تشکیل این ساختار در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند بنابراین صفحه‌های بتا تمایل به سختی داشته و انعطاف‌پذیری ناچیزی دارند. پیوندهای هیدروژنی بین‌رشته‌ای که میان گروه‌های CO یک رشته بتا و NH رشته بتای مجاور ایجاد می‌شوند، به صفحات بتا پایداری می‌بخشند و باعث می‌شوند که این صفحات ظاهری زیگزاگ داشته باشند.
  • ساختار سوم: حالت سه‌بعدی که پروتئین بعد از پیچش به خود می‌گیرد گفته می‌شود.
  • ساختار چهارم: حالت قرارگیری چند پروتئین در فضا کنار یکدیگر. بیشتر پروتئین‌ها از پیوند زنجیرهای پلی پپتیدی مشابه و یا متفاوت ساخته شده‌اند، اتصال بین زنجیرها توسط پیوندهای ضعیف تری برقرار می‌گردد. این ساختارترتیب قرارگرفتن زیر واحدهای یک پروتئین را شرح می‌دهد و نقش مهمی در توضیح چگونگی شرکت پروتئین در واکنش‌های شیمیایی دارد.

[ویرایش] روش‌های تعیین ساختار پروتئین‌

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 درباره‌ی 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.

[ویرایش] خالص سازی پروتئین‌ها

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 سلول جدا شده و سپس پروتئین ها از دیگر مولکولهای سلولی جدا می‌شوند. در انتها پروتئین مورد نظر از دیگر پروتئینها جدا می‌شود[۳].

[ویرایش] پروتئین سازی

از اطلاعات موجود در DNA برای ساختن پروتئین‌ها استفاده می‌شود، اما جایگاه DNA در هسته و جایگاه پروتئین سازی در سیتوپلاسم است. اندازه گیری‌های گوناگون نشان داده‌اند که در سلول‌هایی که در آنها فعالیت پروتئین سازی چندان شدید نیست، مقدار RNA نیز کم است. از طرف دیگر، RNA 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 RNA اطلاعات را از DNA به ریبوزوم‌ها حمل می‌کند. به این نوع RNA که اطلاعات را از DNA به ریبوزوم‌ها حمل می‌کند، RNA پیک یا پیامبر(mRNA) می‌گویند. نوعی دیگر RNA ناقل (tRNA) است که آمینو اسیدها را به ریبوزوم منتقل می‌کند، تا ریبوزوم آمینواسیدها را بر اساس اطلاعات موجود در mRNA کنار یکدیگر ردیف کند. نوع دیگر RNA ریبوزومی (rRNA) است که در ساختار ریبوزوم‌ها شرکت دارد.

برای ساخت پروتئین در سلول مراحل زیر باید انجام شود:

[ویرایش] رونویسی

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.

  • RNA پلی‌مراز I فقط رونویسی ژن‌های rRNA را انجام می‌دهد.
  • RNA پلی‌مراز II رونویسی پیشسازهای mRNA ها و نیز برخی از RNA های کوچک را انجام می‌دهد.
  • RNA پلی‌مراز III رونویسی ژن‌های tRNA و نیز برخی از RNA های کوچک را کاتالیز می‌کند.

مراحل رونویسی:

  • مرحله‌ی ۱: رونویسی با اتصال RNA پلی‌مراز به قسمتی از ژن به نام راه انداز ژن (promoter) شروع می‌شود. راه انداز، قسمتی از DNA است که به RNA پلی‌مراز امکان می‌دهد رونویسی را از محل صحیح آغاز کند و مثلا این کار را از وسط ژن شروع نکند. راه اندازی در نزدیکی جایگاه آغاز رونویسی (initiation site) قرار دارد. جایگاه آغاز رونویسی، به اولین نوکلئوتیدی از DNA گفته می‌شود که رونویسی می‌شود.
  • مرحله‌ی ۲: RNA پلی‌مراز دو رشته ی DNA را از یکدیگر باز می‌کند.
  • مرحله‌ی ۳: RNA پلی‌مراز هم چون قطاری که روی ریل حرکت می‌کند، در طول نوکلئوتبدهای DNA به حرکت در می‌آید و در مقابل هر یک از دئوکسی ریبوتوکلئوتیدهای DNA، ریبونوکلئیوتید مکمل را قرار می‌دهد و به علاوه، هر ریبوتوکلئوتید جدید را به ریبونوکلئوتید قبلی وصل می‌کند. در رونویسی نیز از همان قوانین جفت شدن بازها که در همانندسازی DNA به کار می‌رود، استفاده می‌شود. تنها تفاوت این است که در مقابل دئوکسی نوکلئوتید A (آدنین دار) در DNA، ریبونوکلئوتید U (یوراسیل دار) در RNA قرار می‌گیرد.
  • مرحله‌ی ۴: RNA پلی‌مراز، DNA و mRNA تازه ساخته شده، پس از رونویسی جایگاه پایان رونویسی (termination site)، از یکدیگر جدا می‌شوند و مولکول mRNA برای مرحله بعدی یعنی ترجمه، آزاد می‌شود.

[ویرایش] ترجمه

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.

[ویرایش] تغییرات پس از ترجمه

[ویرایش] کارکردهای سلولی پروتئین‌ها

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.

[ویرایش] آنزیم

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.

[ویرایش] پادتن

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.

[ویرایش] علامت دهی سلولی

سلول‌ها به يكديگر پيام‌هايي مي‌دهند (به‌صورت شيميايي يا الكتريكي) كه به‌واسطه‌ي اين پيام‌ها با هم صحبت كرده و ارتباط برقرار مي‌نمايند و اعمال خود را هماهنگ مي‌كنند. از معروف‌ترين پيام‌رسان‌هاي شيميايي «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 گاهي از يك غده در يك نقطه از بدن ترشح مي‌شوند و اثر خود را در نقطه‌اي دورتر اعمال مي‌كنند. هورمون‌ها و پيام‌رسان‌هاي شيميايي به دسته‌هاي مختلفي تقسيم مي‌شوند. برخي از هورمون‌ها توانايي عبور از غشاي سلولي و ورود به سلول را دارند و برخي ديگر نمي‌توانند از غشا عبور كنند. دسته‌ي اخير گيرنده‌هايي در سطح سلول دارند كه پس از اتصال به آن‌ها، پيام خود را با واسطه‌ي چندين ملكول ديگر به داخل سلول منتقل مي‌كنند. برخي از اين واسطه‌ها را «پيام‌رسان ثانويه» مي‌گويند. از معروف‌ترين «سيستم‌هاي پيام‌رساني ثانويه» سيستم «جي-پروتئين‌ها» است. اين سيستم در مدار بسياري از هورمون‌ها ديده مي‌شود. [۴]

[ویرایش] پروتئین‌های ساختمانی

سلول‌هاي موجودات پرسلولي توسط انواعي از ملكول‌هاي پروتئيني و غيرپروتئيني به يكديگر چسبيده باقي مي‌مانند. اين اتصال‌هاي گوناگون است كه سلول‌هاي يك بافت را در كنار هم و بافت‌هاي مجاور را در كنار هم نگه‌مي‌دارد.

[ویرایش] پروتئین و بیماری‌ها

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.

[ویرایش] پروتئین‌ها در رژیم غذایی

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.

[ویرایش] جستارهای وابسته

[ویرایش] منابع

  1. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Proteins
  2. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Proteins
  3. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_purification
  4. ↑ http://roshd.ir/Default.aspx?tabid=300&EntryID=707&SSOReturnPage=Check&Rand=0
  • آلبرت لنینگر، مایکل کاکس، دیویدلی نلسون. اصول بیوشیمی لنینجر. ترجمهٔ رضا محمدی. آییژ، ۱۳۸۵، ۹۶۴-۸۳۹۷-۰۵-۸. ‏

‎

  • Amino Acids and Peptides by G. C. Barrett and D. T. Elmore- Cambridge University Press, ۱۹۹۸- UK

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D8%AA%D8%A6%DB%8C%D9%86»