प्रोटीन शरीर के किसी भी जीवित कोशिका के महत्वपूर्ण कार्बनिक तत्वों में से एक है। वे कई कार्य करते हैं: समर्थन, सिग्नलिंग, एंजाइमेटिक, परिवहन, संरचनात्मक, रिसेप्टर, आदि। प्रोटीन की प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीयक और चतुर्धातुक संरचनाएं महत्वपूर्ण विकासवादी अनुकूलन बन गई हैं। ये अणु किससे बने होते हैं? शरीर की कोशिकाओं में प्रोटीन की सही संरचना इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?
प्रोटीन के संरचनात्मक घटक
किसी भी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के मोनोमर अमीनो एसिड (AA) होते हैं। ये कम आणविक भार कार्बनिक यौगिक प्रकृति में काफी सामान्य हैं और स्वतंत्र अणुओं के रूप में मौजूद हो सकते हैं जो अपने कार्य स्वयं करते हैं। इनमें पदार्थों का परिवहन, एंजाइमों का स्वागत, निषेध या सक्रियण शामिल हैं।
कुल मिलाकर लगभग 200 बायोजेनिक अमीनो एसिड होते हैं, लेकिन उनमें से केवल 20 ही प्रोटीन मोनोमर हो सकते हैं। वे पानी में आसानी से घुल जाते हैं, एक क्रिस्टलीय संरचना होती है, और कई का स्वाद मीठा होता है।
सी केमिकलएए के दृष्टिकोण से, ये अणु हैं जिनमें आवश्यक रूप से दो कार्यात्मक समूह होते हैं: -सीओओएच और -एनएच 2। इन समूहों की मदद से, अमीनो एसिड श्रृंखला बनाते हैं, एक दूसरे के साथ पेप्टाइड बॉन्ड से जुड़ते हैं।
20 प्रोटीनोजेनिक अमीनो एसिड में से प्रत्येक का अपना रेडिकल होता है, जिसके आधार पर रासायनिक गुण भिन्न होते हैं। ऐसे कट्टरपंथियों की संरचना के अनुसार, सभी एए को कई समूहों में वर्गीकृत किया जाता है।
- नॉनपोलर: आइसोल्यूसीन, ग्लाइसिन, ल्यूसीन, वेलिन, प्रोलाइन, ऐलेनिन।
- ध्रुवीय और अपरिवर्तित: थ्रेओनीन, मेथियोनीन, सिस्टीन, सेरीन, ग्लूटामाइन, शतावरी।
- सुगंधित: टायरोसिन, फेनिलएलनिन, ट्रिप्टोफैन।
- ध्रुवीय और ऋणात्मक आवेशित: ग्लूटामेट, एस्पार्टेट।
- ध्रुवीय और धनात्मक आवेशित: आर्जिनिन, हिस्टिडीन, लाइसिन।
प्रोटीन संरचना (प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीयक, चतुर्धातुक) के संगठन का कोई भी स्तर एए से मिलकर पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला पर आधारित होता है। फर्क सिर्फ इतना है कि इस क्रम को अंतरिक्ष में कैसे मोड़ा जाता है और किन रासायनिक बंधों की मदद से इस रचना को बनाए रखा जाता है।
प्रोटीन प्राथमिक संरचना
कोई भी प्रोटीन राइबोसोम पर बनता है - गैर-झिल्ली कोशिका अंग जो पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के संश्लेषण में शामिल होते हैं। यहां, प्राथमिक संरचना का निर्माण करते हुए, एक मजबूत पेप्टाइड बंधन का उपयोग करके अमीनो एसिड एक दूसरे से जुड़े होते हैं। हालांकि, यह प्राथमिक प्रोटीन संरचना चतुर्धातुक से बहुत अलग है, इसलिए अणु की आगे परिपक्वता आवश्यक है।
प्रोटीन जैसेइलास्टिन, हिस्टोन, ग्लूटाथियोन, पहले से ही इतनी सरल संरचना के साथ, शरीर में अपने कार्य करने में सक्षम हैं। प्रोटीन के विशाल बहुमत के लिए, अगला कदम एक अधिक जटिल माध्यमिक संरचना का निर्माण है।
माध्यमिक प्रोटीन संरचना
अधिकांश प्रोटीनों की परिपक्वता में पेप्टाइड बांड का निर्माण पहला कदम है। उन्हें अपने कार्यों को करने के लिए, उनकी स्थानीय संरचना में कुछ बदलाव होने चाहिए। यह हाइड्रोजन बांड की मदद से प्राप्त किया जाता है - नाजुक, लेकिन साथ ही अमीनो एसिड अणुओं के मूल और एसिड केंद्रों के बीच कई कनेक्शन।
इस प्रकार प्रोटीन की द्वितीयक संरचना का निर्माण होता है, जो संयोजन और स्थानीय संरचना की सादगी में चतुर्धातुक से भिन्न होता है। उत्तरार्द्ध का मतलब है कि पूरी श्रृंखला परिवर्तन के अधीन नहीं है। हाइड्रोजन बांड एक दूसरे से अलग-अलग दूरी के कई स्थानों पर बन सकते हैं, और उनका आकार भी अमीनो एसिड के प्रकार और असेंबली की विधि पर निर्भर करता है।
लाइसोजाइम और पेप्सिन प्रोटीन के प्रतिनिधि हैं जिनकी एक द्वितीयक संरचना होती है। पेप्सिन पाचन में शामिल होता है, और लाइसोजाइम शरीर में एक सुरक्षात्मक कार्य करता है, बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति को नष्ट करता है।
माध्यमिक संरचना की विशेषताएं
पेप्टाइड श्रृंखला की स्थानीय संरचना एक दूसरे से भिन्न हो सकती है। कई दर्जन का पहले ही अध्ययन किया जा चुका है, और उनमें से तीन सबसे आम हैं। उनमें से अल्फा हेलिक्स, बीटा लेयर्स और बीटा ट्विस्ट हैं।
अल्फा सर्पिल -अधिकांश प्रोटीनों की द्वितीयक संरचना के सबसे सामान्य अनुरूपणों में से एक। यह 0.54 एनएम के स्ट्रोक के साथ एक कठोर रॉड फ्रेम है। अमीनो एसिड रेडिकल बाहर की ओर इशारा करते हैं।
दाएं हाथ के सर्पिल सबसे आम हैं, और बाएं हाथ के समकक्ष कभी-कभी पाए जा सकते हैं। आकार देने का कार्य हाइड्रोजन बांड द्वारा किया जाता है, जो कर्ल को स्थिर करता है। अल्फा हेलिक्स बनाने वाली श्रृंखला में बहुत कम प्रोलाइन और ध्रुवीय आवेशित अमीनो एसिड होते हैं।
- बीटा मोड़ को एक अलग संरचना में अलग किया जाता है, हालांकि इसे बीटा परत का हिस्सा कहा जा सकता है। निचला रेखा पेप्टाइड श्रृंखला का झुकना है, जो हाइड्रोजन बांड द्वारा समर्थित है। आमतौर पर मोड़ की जगह में ही 4-5 अमीनो एसिड होते हैं, जिनमें से प्रोलाइन की उपस्थिति अनिवार्य है। कठोर और छोटे कंकाल के साथ यह एकमात्र एके है, जो इसे सेल्फ-टर्न बनाने की अनुमति देता है।
- बीटा परत अमीनो एसिड की एक श्रृंखला है जो कई मोड़ बनाती है और उन्हें हाइड्रोजन बांड के साथ स्थिर करती है। यह रचना एक अकॉर्डियन में मुड़े हुए कागज की एक शीट के समान है। अक्सर, आक्रामक प्रोटीन का यह आकार होता है, लेकिन कई अपवाद हैं।
समानांतर और समानांतर समानांतर बीटा-परत के बीच अंतर करें। पहले मामले में, सी- और एन- मोड़ पर समाप्त होता है और श्रृंखला के सिरों पर मेल खाता है, और दूसरे मामले में वे नहीं करते हैं।
तृतीयक संरचना
आगे प्रोटीन पैकेजिंग से तृतीयक संरचना का निर्माण होता है। इस रचना को हाइड्रोजन, डाइसल्फ़ाइड, हाइड्रोफोबिक और आयनिक बंधों की सहायता से स्थिर किया जाता है। उनकी बड़ी संख्या माध्यमिक संरचना को और अधिक जटिल में बदलने की अनुमति देती है।रूप और स्थिर करें।
गोलाकार और तंतुमय प्रोटीन को अलग करें। गोलाकार पेप्टाइड्स का अणु एक गोलाकार संरचना है। उदाहरण: एल्ब्यूमिन, ग्लोब्युलिन, तृतीयक संरचना में हिस्टोन।
फाइब्रिलर प्रोटीन मजबूत किस्में बनाते हैं, जिनकी लंबाई उनकी चौड़ाई से अधिक होती है। ऐसे प्रोटीन अक्सर संरचनात्मक और आकार देने वाले कार्य करते हैं। उदाहरण फाइब्रोइन, केराटिन, कोलेजन, इलास्टिन हैं।
अणु की चतुर्धातुक संरचना में प्रोटीन की संरचना
यदि कई ग्लोब्यूल्स एक परिसर में मिल जाते हैं, तो तथाकथित चतुर्धातुक संरचना बनती है। यह रचना सभी पेप्टाइड्स के लिए विशिष्ट नहीं है, और यह तब बनती है जब महत्वपूर्ण और विशिष्ट कार्य करना आवश्यक होता है।
एक जटिल प्रोटीन में प्रत्येक ग्लोब्यूल एक अलग डोमेन या प्रोटोमर होता है। सामूहिक रूप से, एक अणु की चतुर्धातुक संरचना के प्रोटीन की संरचना को ओलिगोमर कहा जाता है।
आमतौर पर, इस तरह के प्रोटीन में कई स्थिर रचनाएं होती हैं जो लगातार एक-दूसरे को बदलती रहती हैं, या तो किसी बाहरी कारकों के प्रभाव के आधार पर, या जब विभिन्न कार्यों को करने के लिए आवश्यक हो।
प्रोटीन की तृतीयक और चतुर्धातुक संरचना के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड है, जो कई ग्लोब्यूल्स को जोड़ने के लिए जिम्मेदार होते हैं। पूरे अणु के केंद्र में अक्सर एक धातु आयन होता है, जो सीधे इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड के निर्माण को प्रभावित करता है।
अतिरिक्त प्रोटीन संरचनाएं
हमेशा अमीनो एसिड की एक श्रृंखला प्रोटीन के कार्य करने के लिए पर्याप्त नहीं होती है। परज्यादातर मामलों में, कार्बनिक और अकार्बनिक प्रकृति के अन्य पदार्थ ऐसे अणुओं से जुड़े होते हैं। चूंकि यह विशेषता एंजाइमों की भारी संख्या की विशेषता है, जटिल प्रोटीन की संरचना को आमतौर पर तीन भागों में विभाजित किया जाता है:
- एपोएंजाइम अणु का प्रोटीन हिस्सा है, जो एक एमिनो एसिड अनुक्रम है।
- कोएंजाइम एक प्रोटीन नहीं है, बल्कि एक जैविक हिस्सा है। इसमें विभिन्न प्रकार के लिपिड, कार्बोहाइड्रेट या यहां तक कि न्यूक्लिक एसिड भी शामिल हो सकते हैं। इसमें जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों के प्रतिनिधि शामिल हैं, जिनमें विटामिन होते हैं।
- कॉफ़ैक्टर - एक अकार्बनिक भाग, धातु आयनों द्वारा अधिकांश मामलों में प्रतिनिधित्व किया जाता है।
एक अणु की चतुर्धातुक संरचना में प्रोटीन की संरचना के लिए विभिन्न मूल के कई अणुओं की भागीदारी की आवश्यकता होती है, इसलिए कई एंजाइमों में एक साथ तीन घटक होते हैं। एक उदाहरण फॉस्फोकाइनेज है, एक एंजाइम जो एक एटीपी अणु से फॉस्फेट समूह के हस्तांतरण को सुनिश्चित करता है।
प्रोटीन अणु की चतुर्धातुक संरचना कहाँ बनती है?
पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला कोशिका के राइबोसोम पर संश्लेषित होने लगती है, लेकिन प्रोटीन की आगे परिपक्वता अन्य जीवों में होती है। नवगठित अणु को परिवहन प्रणाली में प्रवेश करना चाहिए, जिसमें परमाणु झिल्ली, ईआर, गोल्गी उपकरण और लाइसोसोम होते हैं।
प्रोटीन की स्थानिक संरचना की जटिलता एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में होती है, जहां न केवल विभिन्न प्रकार के बंधन बनते हैं (हाइड्रोजन, डाइसल्फ़ाइड, हाइड्रोफोबिक, इंटरमॉलिक्युलर, आयनिक), बल्कि कोएंजाइम और कॉफ़ेक्टर भी जोड़े जाते हैं। यह एक चतुर्धातुक बनाता हैप्रोटीन संरचना।
जब अणु काम के लिए पूरी तरह से तैयार हो जाता है, तो यह कोशिका के कोशिका द्रव्य या गॉल्गी तंत्र में प्रवेश करता है। बाद के मामले में, इन पेप्टाइड्स को लाइसोसोम में पैक किया जाता है और कोशिका के अन्य डिब्बों में ले जाया जाता है।
ऑलिगोमेरिक प्रोटीन के उदाहरण
चतुर्धातुक संरचना प्रोटीन की संरचना है, जिसे एक जीवित जीव में महत्वपूर्ण कार्यों के प्रदर्शन में योगदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कार्बनिक अणुओं की जटिल संरचना, सबसे पहले, कई चयापचय प्रक्रियाओं (एंजाइम) के काम को प्रभावित करने की अनुमति देती है।
जैविक रूप से महत्वपूर्ण प्रोटीन हीमोग्लोबिन, क्लोरोफिल और हीमोसायनिन हैं। पोर्फिरीन वलय इन अणुओं का आधार है, जिसके केंद्र में एक धातु आयन है।
हीमोग्लोबिन
हीमोग्लोबिन प्रोटीन अणु की चतुर्धातुक संरचना में 4 ग्लोब्यूल्स होते हैं जो इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड से जुड़े होते हैं। केंद्र में एक लौह आयन के साथ एक पोर्फिन है। प्रोटीन को एरिथ्रोसाइट्स के साइटोप्लाज्म में ले जाया जाता है, जहां वे साइटोप्लाज्म की कुल मात्रा का लगभग 80% हिस्सा लेते हैं।
अणु का आधार हीम होता है, जिसकी प्रकृति अधिक अकार्बनिक होती है और यह लाल रंग का होता है। यह यकृत में हीमोग्लोबिन का प्राथमिक टूटने वाला उत्पाद भी है।
हम सभी जानते हैं कि हीमोग्लोबिन एक महत्वपूर्ण परिवहन कार्य करता है - पूरे मानव शरीर में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का स्थानांतरण। प्रोटीन अणु की जटिल संरचना विशेष सक्रिय केंद्र बनाती है, जो संबंधित गैसों को हीमोग्लोबिन से बांधने में सक्षम हैं।
जब एक प्रोटीन-गैस परिसर बनता है, तो तथाकथित ऑक्सीहीमोग्लोबिन और कार्बोहीमोग्लोबिन बनते हैं। हालाँकि, एक और हैविभिन्न प्रकार के ऐसे संघ, जो काफी स्थिर हैं: कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन। यह प्रोटीन और कार्बन मोनोऑक्साइड का एक जटिल है, जिसकी स्थिरता अत्यधिक विषाक्तता के साथ घुटन के हमलों की व्याख्या करती है।
क्लोरोफिल
क्वाटरनेरी संरचना वाले प्रोटीन का एक और प्रतिनिधि, जिसके डोमेन बांड पहले से ही एक मैग्नीशियम आयन द्वारा समर्थित हैं। पूरे अणु का मुख्य कार्य पौधों में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रियाओं में भागीदारी है।
विभिन्न प्रकार के क्लोरोफिल होते हैं, जो पोर्फिरीन रिंग के रेडिकल्स में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। इनमें से प्रत्येक किस्म को लैटिन वर्णमाला के एक अलग अक्षर से चिह्नित किया गया है। उदाहरण के लिए, भूमि पौधों में क्लोरोफिल ए या क्लोरोफिल बी की उपस्थिति की विशेषता होती है, जबकि शैवाल में अन्य प्रकार के प्रोटीन भी होते हैं।
हेमोसायनिन
यह अणु कई निचले जानवरों (आर्थ्रोपोड्स, मोलस्क, आदि) में हीमोग्लोबिन का एक एनालॉग है। एक चतुर्धातुक आणविक संरचना वाले प्रोटीन की संरचना में मुख्य अंतर एक लोहे के आयन के बजाय एक जस्ता आयन की उपस्थिति है। हेमोसायनिन का रंग नीला होता है।
कभी-कभी लोग सोचते हैं कि अगर हम मानव हीमोग्लोबिन को हेमोसायनिन से बदल दें तो क्या होगा। इस मामले में, रक्त में पदार्थों की सामान्य सामग्री और विशेष रूप से अमीनो एसिड में गड़बड़ी होती है। हेमोसायनिन भी कार्बन डाइऑक्साइड के साथ एक जटिल बनाने के लिए अस्थिर है, इसलिए "नीले रक्त" में रक्त के थक्के बनने की प्रवृत्ति होगी।
