जीवन की परिभाषाओं में से एक इस प्रकार है: "जीवन प्रोटीन निकायों के अस्तित्व का एक तरीका है।" हमारे ग्रह पर, बिना किसी अपवाद के, सभी जीवों में प्रोटीन जैसे कार्बनिक पदार्थ होते हैं। यह लेख सरल और जटिल प्रोटीन का वर्णन करेगा, आणविक संरचना में अंतर की पहचान करेगा, और सेल में उनके कार्यों पर भी विचार करेगा।
प्रोटीन क्या हैं
जैव रसायन की दृष्टि से ये उच्च आणविक कार्बनिक बहुलक हैं, जिनके मोनोमर्स 20 प्रकार के विभिन्न अमीनो एसिड होते हैं। वे सहसंयोजक रासायनिक बंधों द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं, अन्यथा पेप्टाइड बंध कहलाते हैं। चूंकि प्रोटीन मोनोमर्स एम्फोटेरिक यौगिक होते हैं, इसलिए उनमें एक एमिनो समूह और एक कार्बोक्सिल कार्यात्मक समूह दोनों होते हैं। उनके बीच एक CO-NH रासायनिक बंधन होता है।
यदि एक पॉलीपेप्टाइड में अमीनो एसिड अवशेष होते हैं, तो यह एक साधारण प्रोटीन बनाता है। धातु आयन, विटामिन, न्यूक्लियोटाइड, कार्बोहाइड्रेट युक्त बहुलक अणु जटिल प्रोटीन होते हैं। अगले हमपॉलीपेप्टाइड्स की स्थानिक संरचना पर विचार करें।
प्रोटीन अणुओं के संगठन के स्तर
वे चार अलग-अलग विन्यास में आते हैं। पहली संरचना रैखिक है, यह सबसे सरल है और इसमें पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का रूप है, इसके सर्पिलीकरण के दौरान, अतिरिक्त हाइड्रोजन बांड बनते हैं। वे हेलिक्स को स्थिर करते हैं, जिसे द्वितीयक संरचना कहा जाता है। संगठन के तृतीयक स्तर में सरल और जटिल प्रोटीन होते हैं, अधिकांश पौधे और पशु कोशिकाएं। अंतिम विन्यास, चतुर्धातुक, मूल संरचना के कई अणुओं की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है, जो कोएंजाइम द्वारा एकजुट होते हैं, यह जटिल प्रोटीन की संरचना है जो शरीर में विभिन्न कार्य करते हैं।
साधारण प्रोटीन की विविधता
पॉलीपेप्टाइड्स का यह समूह असंख्य नहीं है। उनके अणुओं में केवल अमीनो एसिड अवशेष होते हैं। प्रोटीन में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, हिस्टोन और ग्लोब्युलिन। पहले नाभिक की संरचना में प्रस्तुत किए जाते हैं और डीएनए अणुओं के साथ संयुक्त होते हैं। दूसरा समूह - ग्लोब्युलिन - रक्त प्लाज्मा का मुख्य घटक माना जाता है। गामा ग्लोब्युलिन जैसा प्रोटीन प्रतिरक्षा सुरक्षा का कार्य करता है और एक एंटीबॉडी है। ये यौगिक कॉम्प्लेक्स बना सकते हैं जिनमें जटिल कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन शामिल हैं। कोलेजन और इलास्टिन जैसे फाइब्रिलर सरल प्रोटीन संयोजी ऊतक, उपास्थि, टेंडन और त्वचा का हिस्सा होते हैं। उनके मुख्य कार्य निर्माण और समर्थन हैं।
प्रोटीन ट्यूबुलिन सूक्ष्मनलिकाएं का हिस्सा है, जो सिलिअट्स, यूग्लीना, परजीवी फ्लैगेलेट्स जैसे एककोशिकीय जीवों के सिलिया और फ्लैगेला के घटक हैं।एक ही प्रोटीन बहुकोशिकीय जीवों (शुक्राणु कशाभिका, अंडा सिलिया, छोटी आंत के सिलिअटेड एपिथेलियम) में पाया जाता है।
एल्ब्यूमिन प्रोटीन एक भंडारण कार्य करता है (उदाहरण के लिए, अंडे का सफेद भाग)। अनाज के पौधों के बीजों के भ्रूणपोष में - राई, चावल, गेहूं - प्रोटीन अणु जमा होते हैं। उन्हें सेलुलर समावेशन कहा जाता है। इन पदार्थों का उपयोग बीज के रोगाणु द्वारा इसके विकास की शुरुआत में किया जाता है। इसके अलावा, गेहूं के दानों में उच्च प्रोटीन सामग्री आटे की गुणवत्ता का एक बहुत महत्वपूर्ण संकेतक है। ग्लूटेन से भरपूर आटे से बनी रोटी का स्वाद अधिक होता है और यह अधिक स्वस्थ होती है। ग्लूटेन तथाकथित ड्यूरम गेहूं की किस्मों में निहित है। गहरे समुद्र में मछली के रक्त प्लाज्मा में प्रोटीन होते हैं जो उन्हें ठंड से मरने से रोकते हैं। उनके पास एंटीफ्ीज़ गुण हैं, जो कम पानी के तापमान पर शरीर की मृत्यु को रोकते हैं। दूसरी ओर, भूतापीय झरनों में रहने वाले थर्मोफिलिक बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति में प्रोटीन होते हैं जो अपने प्राकृतिक विन्यास (तृतीयक या चतुर्धातुक संरचना) को बनाए रख सकते हैं, न कि तापमान में +50 से + 90 °С तक।
प्रोटीन
ये जटिल प्रोटीन हैं, जो उनके द्वारा किए जाने वाले विभिन्न कार्यों के कारण महान विविधता की विशेषता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, पॉलीपेप्टाइड्स के इस समूह में, प्रोटीन भाग के अलावा, एक प्रोस्थेटिक समूह होता है। विभिन्न कारकों के प्रभाव में, जैसे उच्च तापमान, भारी धातुओं के लवण, केंद्रित क्षार और अम्ल, जटिल प्रोटीन अपना परिवर्तन कर सकते हैंस्थानिक रूप, इसे सरल बनाना। इस घटना को विकृतीकरण कहा जाता है। जटिल प्रोटीन की संरचना टूट जाती है, हाइड्रोजन बांड टूट जाते हैं, और अणु अपने गुणों और कार्यों को खो देते हैं। एक नियम के रूप में, विकृतीकरण अपरिवर्तनीय है। लेकिन कुछ पॉलीपेप्टाइड्स के लिए जो उत्प्रेरक, मोटर और सिग्नल कार्य करते हैं, पुनर्वसन संभव है - प्रोटीन की प्राकृतिक संरचना की बहाली।
अस्थिर करने वाले कारक की क्रिया यदि अधिक समय तक चलती है तो प्रोटीन अणु पूर्णतः नष्ट हो जाता है। इससे प्राथमिक संरचना के पेप्टाइड बंधों में दरार आ जाती है। प्रोटीन और उसके कार्यों को बहाल करना अब संभव नहीं है। इस घटना को विनाश कहा जाता है। एक उदाहरण मुर्गी के अंडे का उबलना है: तरल प्रोटीन - एल्ब्यूमिन, जो तृतीयक संरचना में होता है, पूरी तरह से नष्ट हो जाता है।
प्रोटीन जैवसंश्लेषण
एक बार फिर याद करें कि जीवित जीवों के पॉलीपेप्टाइड्स की संरचना में 20 अमीनो एसिड शामिल हैं, जिनमें से आवश्यक हैं। ये लाइसिन, मेथियोनीन, फेनिलएलनिन आदि हैं। ये छोटी आंत में प्रोटीन उत्पादों के टूटने के बाद रक्तप्रवाह में प्रवेश करते हैं। गैर-आवश्यक अमीनो एसिड (एलेनिन, प्रोलाइन, सेरीन) को संश्लेषित करने के लिए, कवक और जानवर नाइट्रोजन युक्त यौगिकों का उपयोग करते हैं। पौधे, स्वपोषी होने के कारण, स्वतंत्र रूप से सभी आवश्यक यौगिक मोनोमर बनाते हैं, जो जटिल प्रोटीन का प्रतिनिधित्व करते हैं। ऐसा करने के लिए, वे अपनी आत्मसात प्रतिक्रियाओं में नाइट्रेट्स, अमोनिया या मुक्त नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं। सूक्ष्मजीवों में, कुछ प्रजातियां स्वयं को अमीनो एसिड का एक पूरा सेट प्रदान करती हैं, जबकि अन्य में केवल कुछ मोनोमर संश्लेषित होते हैं। चरणोंप्रोटीन जैवसंश्लेषण सभी जीवित जीवों की कोशिकाओं में होता है। प्रतिलेखन नाभिक में होता है, और अनुवाद कोशिका के कोशिका द्रव्य में होता है।
पहला चरण - एमआरएनए अग्रदूत का संश्लेषण एंजाइम आरएनए पोलीमरेज़ की भागीदारी के साथ होता है। यह डीएनए स्ट्रैंड्स के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ता है, और उनमें से एक पर, पूरकता के सिद्धांत के अनुसार, यह प्री-एमआरएनए अणु को इकट्ठा करता है। यह स्लाइसिंग से गुजरता है, यानी यह परिपक्व होता है, और फिर न्यूक्लियस को साइटोप्लाज्म में छोड़ देता है, जिससे एक मैट्रिक्स राइबोन्यूक्लिक एसिड बनता है।
दूसरे चरण के कार्यान्वयन के लिए, विशेष अंग - राइबोसोम, साथ ही सूचनात्मक और परिवहन राइबोन्यूक्लिक एसिड के अणु होना आवश्यक है। एक अन्य महत्वपूर्ण स्थिति एटीपी अणुओं की उपस्थिति है, क्योंकि प्लास्टिक विनिमय प्रतिक्रियाएं, जिसमें प्रोटीन जैवसंश्लेषण शामिल हैं, ऊर्जा अवशोषण के साथ होती हैं।
एंजाइम, उनकी संरचना और कार्य
यह प्रोटीन का एक बड़ा समूह (लगभग 2000) है जो ऐसे पदार्थों के रूप में कार्य करता है जो कोशिकाओं में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को प्रभावित करते हैं। वे सरल (ट्रेप्सिन, पेप्सिन) या जटिल हो सकते हैं। जटिल प्रोटीन में एक कोएंजाइम और एक एपोएंजाइम होता है। यौगिकों के संबंध में प्रोटीन की विशिष्टता ही कोएंजाइम को निर्धारित करती है, और प्रोटीन की गतिविधि केवल तभी देखी जाती है जब प्रोटीन घटक एपोएंजाइम से जुड़ा होता है। एक एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि पूरे अणु पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल सक्रिय साइट पर होती है। इसकी संरचना सिद्धांत के अनुसार उत्प्रेरित पदार्थ की रासायनिक संरचना से मेल खाती है"की-लॉक", इसलिए एंजाइमों की क्रिया सख्ती से विशिष्ट है। जटिल प्रोटीन के कार्य चयापचय प्रक्रियाओं में भागीदारी और स्वीकर्ता के रूप में उनका उपयोग दोनों हैं।
जटिल प्रोटीन के वर्ग
वे जैव रसायनविदों द्वारा 3 मानदंडों के आधार पर विकसित किए गए थे: भौतिक और रासायनिक गुण, कार्यात्मक विशेषताएं और प्रोटीन की विशिष्ट संरचनात्मक विशेषताएं। पहले समूह में पॉलीपेप्टाइड शामिल हैं जो विद्युत रासायनिक गुणों में भिन्न हैं। वे मूल, तटस्थ और अम्लीय में विभाजित हैं। पानी के संबंध में, प्रोटीन हाइड्रोफिलिक, एम्फीफिलिक और हाइड्रोफोबिक हो सकते हैं। दूसरे समूह में एंजाइम शामिल हैं, जिन पर हमने पहले विचार किया था। तीसरे समूह में पॉलीपेप्टाइड शामिल हैं जो कृत्रिम समूहों की रासायनिक संरचना में भिन्न होते हैं (ये क्रोमोप्रोटीन, न्यूक्लियोप्रोटीन, मेटालोप्रोटीन हैं)।
आइए जटिल प्रोटीन के गुणों पर अधिक विस्तार से विचार करें। उदाहरण के लिए, एक अम्लीय प्रोटीन जो राइबोसोम का हिस्सा होता है, उसमें 120 अमीनो एसिड होते हैं और यह सार्वभौमिक होता है। यह प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक कोशिकाओं दोनों के प्रोटीन-संश्लेषण करने वाले जीवों में पाया जाता है। इस समूह के एक अन्य प्रतिनिधि, एस-100 प्रोटीन में कैल्शियम आयन से जुड़ी दो श्रृंखलाएं होती हैं। यह न्यूरॉन्स और न्यूरोग्लिया का हिस्सा है - तंत्रिका तंत्र का सहायक ऊतक। सभी अम्लीय प्रोटीनों की एक सामान्य संपत्ति डिबासिक कार्बोक्जिलिक एसिड की एक उच्च सामग्री है: ग्लूटामिक और एसपारटिक। क्षारीय प्रोटीन में हिस्टोन - प्रोटीन शामिल होते हैं जो डीएनए और आरएनए के न्यूक्लिक एसिड का हिस्सा होते हैं। उनकी रासायनिक संरचना की एक विशेषता बड़ी मात्रा में लाइसिन और आर्जिनिन है।हिस्टोन, नाभिक के क्रोमैटिन के साथ मिलकर गुणसूत्र बनाते हैं - कोशिका आनुवंशिकता की सबसे महत्वपूर्ण संरचनाएं। ये प्रोटीन प्रतिलेखन और अनुवाद की प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं। एम्फीफिलिक प्रोटीन कोशिका झिल्ली में व्यापक रूप से मौजूद होते हैं, जो एक लिपोप्रोटीन बाईलेयर बनाते हैं। इस प्रकार, ऊपर वर्णित जटिल प्रोटीनों के समूहों का अध्ययन करने के बाद, हमें विश्वास हो गया कि उनके भौतिक-रासायनिक गुण प्रोटीन घटक और कृत्रिम समूहों की संरचना द्वारा निर्धारित होते हैं।
कुछ जटिल कोशिका झिल्ली प्रोटीन एंटीजन जैसे विभिन्न रासायनिक यौगिकों को पहचानने और प्रतिक्रिया करने में सक्षम हैं। यह प्रोटीन का संकेतन कार्य है, बाहरी वातावरण से आने वाले पदार्थों के चयनात्मक अवशोषण की प्रक्रियाओं और इसके संरक्षण के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।
ग्लाइकोप्रोटीन और प्रोटीयोग्लाइकेन्स
वे जटिल प्रोटीन हैं जो कृत्रिम समूहों की जैव रासायनिक संरचना में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। यदि प्रोटीन घटक और कार्बोहाइड्रेट भाग के बीच रासायनिक बंधन सहसंयोजक-ग्लाइकोसिडिक हैं, तो ऐसे पदार्थों को ग्लाइकोप्रोटीन कहा जाता है। उनके एपोएंजाइम को मोनो- और ओलिगोसेकेराइड के अणुओं द्वारा दर्शाया जाता है, ऐसे प्रोटीन के उदाहरण प्रोथ्रोम्बिन, फाइब्रिनोजेन (रक्त जमावट में शामिल प्रोटीन) हैं। कॉर्टिको- और गोनैडोट्रोपिक हार्मोन, इंटरफेरॉन, झिल्ली एंजाइम भी ग्लाइकोप्रोटीन हैं। प्रोटीओग्लिकैन अणुओं में, प्रोटीन का हिस्सा केवल 5% होता है, बाकी प्रोस्थेटिक समूह (हेटरोपॉलीसेकेराइड) पर पड़ता है। दोनों भाग OH-threonine और arginine समूहों और NH₂-glutamine और lysine समूहों के ग्लाइकोसिडिक बंधन से जुड़े हुए हैं। कोशिका के जल-नमक उपापचय में प्रोटीओग्लाइकेन अणु बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। नीचेहमारे द्वारा अध्ययन किए गए जटिल प्रोटीन की एक तालिका प्रस्तुत करता है।
| ग्लाइकोप्रोटीन | प्रोटिओग्लाइकेन्स |
| कृत्रिम समूहों के संरचनात्मक घटक | |
| 1. मोनोसेकेराइड (ग्लूकोज, गैलेक्टोज, मैनोज) | 1. हयालूरोनिक एसिड |
| 2. ओलिगोसेकेराइड्स (माल्टोज, लैक्टोज, सुक्रोज) | 2. चोंड्रोइटिक एसिड। |
| 3. मोनोसैकेराइड के एसिटिलेटेड अमीनो डेरिवेटिव | 3. हेपरिन |
| 4. डीऑक्सीसेकेराइड | |
| 5. न्यूरैमिक और सियालिक एसिड | |
मेटालोप्रोटीन
इन पदार्थों के अणुओं में एक या एक से अधिक धातुओं के आयन होते हैं। उपरोक्त समूह से संबंधित जटिल प्रोटीन के उदाहरणों पर विचार करें। ये मुख्य रूप से साइटोक्रोम ऑक्सीडेज जैसे एंजाइम होते हैं। यह माइटोकॉन्ड्रिया के क्राइस्ट पर स्थित होता है और एटीपी संश्लेषण को सक्रिय करता है। फेरिन और ट्रांसफरिन आयरन आयन युक्त प्रोटीन हैं। पहला उन्हें कोशिकाओं में जमा करता है, और दूसरा रक्त में परिवहन प्रोटीन है। एक अन्य मेटालोप्रोटीन अल्फा-एमेलेज है, इसमें कैल्शियम आयन होते हैं, लार और अग्नाशयी रस का हिस्सा होता है, जो स्टार्च के टूटने में भाग लेता है। हीमोग्लोबिन एक मेटालोप्रोटीन और एक क्रोमोप्रोटीन दोनों है। यह ऑक्सीजन ले जाने वाले परिवहन प्रोटीन का कार्य करता है। नतीजतन, यौगिक ऑक्सीहीमोग्लोबिन बनता है। जब कार्बन मोनोऑक्साइड, जिसे अन्यथा कार्बन मोनोऑक्साइड कहा जाता है, को साँस में लिया जाता है, तो इसके अणु एरिथ्रोसाइट हीमोग्लोबिन के साथ एक बहुत ही स्थिर यौगिक बनाते हैं। यह जल्दी से अंगों और ऊतकों में फैलता है, जिससे विषाक्तता होती है।कोशिकाएं। नतीजतन, कार्बन मोनोऑक्साइड के लंबे समय तक साँस लेने के साथ, दम घुटने से मृत्यु होती है। हीमोग्लोबिन भी अपचय की प्रक्रियाओं में गठित कार्बन डाइऑक्साइड को आंशिक रूप से स्थानांतरित करता है। रक्त प्रवाह के साथ, कार्बन डाइऑक्साइड फेफड़ों और गुर्दे में प्रवेश करती है, और उनसे - बाहरी वातावरण में। कुछ क्रस्टेशियंस और मोलस्क में, हेमोसायनिन ऑक्सीजन ले जाने वाला प्रोटीन है। इसमें लोहे की जगह कॉपर आयन होता है, इसलिए जानवरों का खून लाल नहीं, बल्कि नीला होता है।
क्लोरोफिल कार्य
जैसा कि हमने पहले उल्लेख किया है, जटिल प्रोटीन रंगद्रव्य - रंगीन कार्बनिक पदार्थों के साथ परिसरों का निर्माण कर सकते हैं। उनका रंग क्रोमोफॉर्म समूहों पर निर्भर करता है जो सूर्य के प्रकाश के कुछ स्पेक्ट्रा को चुनिंदा रूप से अवशोषित करते हैं। पादप कोशिकाओं में हरे रंग के प्लास्टिड होते हैं - क्लोरोप्लास्ट जिसमें वर्णक क्लोरोफिल होता है। इसमें मैग्नीशियम परमाणु और पॉलीहाइड्रिक अल्कोहल फाइटोल होते हैं। वे प्रोटीन अणुओं से जुड़े होते हैं, और क्लोरोप्लास्ट में स्वयं थायलाकोइड्स (प्लेट्स), या पाइल्स - ग्रेना से जुड़ी झिल्ली होती है। उनमें प्रकाश संश्लेषक वर्णक - क्लोरोफिल - और अतिरिक्त कैरोटीनॉयड होते हैं। यहाँ प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले सभी एंजाइम हैं। इस प्रकार, क्रोमोप्रोटीन, जिसमें क्लोरोफिल शामिल है, चयापचय में सबसे महत्वपूर्ण कार्य करता है, अर्थात् आत्मसात और प्रसार की प्रतिक्रियाओं में।
वायरल प्रोटीन
वे गैर-सेलुलर जीवन रूपों के प्रतिनिधियों द्वारा रखे जाते हैं जो वीरा दायरे का हिस्सा हैं। वायरस का अपना प्रोटीन-संश्लेषण उपकरण नहीं होता है। न्यूक्लिक एसिड, डीएनए या आरएनए, संश्लेषण का कारण बन सकते हैंकोशिका द्वारा स्वयं के कण स्वयं वायरस से संक्रमित होते हैं। साधारण विषाणुओं में केवल प्रोटीन अणु होते हैं जो ठोस रूप से पेचदार या बहुफलकीय संरचनाओं में इकट्ठे होते हैं, जैसे कि तंबाकू मोज़ेक वायरस। जटिल वायरस में एक अतिरिक्त झिल्ली होती है जो मेजबान कोशिका के प्लाज्मा झिल्ली का हिस्सा होती है। इसमें ग्लाइकोप्रोटीन (हेपेटाइटिस बी वायरस, चेचक वायरस) शामिल हो सकते हैं। ग्लाइकोप्रोटीन का मुख्य कार्य मेजबान कोशिका झिल्ली पर विशिष्ट रिसेप्टर्स की पहचान है। अतिरिक्त वायरल लिफाफे में एंजाइम प्रोटीन भी शामिल होते हैं जो डीएनए प्रतिकृति या आरएनए प्रतिलेखन सुनिश्चित करते हैं। पूर्वगामी के आधार पर, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाला जा सकता है: वायरल कणों के लिफाफा प्रोटीन की एक विशिष्ट संरचना होती है जो मेजबान कोशिका के झिल्ली प्रोटीन पर निर्भर करती है।
इस लेख में, हमने जटिल प्रोटीन की विशेषता बताई है, विभिन्न जीवों की कोशिकाओं में उनकी संरचना और कार्यों का अध्ययन किया है।
