يحتوي كل جين في الحمض النووي الخلوي على رمز بنية بروتينية فريدة، ولا يتم تجميع هذه البروتينات بتسلسلات مختلفة من الأحماض الأمينية فحسب، بل يتم أيضًا تجميعها معًا بواسطة روابط مختلفة ويتم طيها في مجموعة متنوعة من الهياكل ثلاثية الأبعاد، الشكل المطوي، أو التشكل، يعتمد بشكل مباشر على تسلسل الأحماض الأمينية الخطية للبروتين.
مفهوم البروتينات
البروتينات هي النتيجة لعملية فك التشفير، حيث تبدأ في الحمض النووي الخلوي، وهي تعمل كمحفزات تقريبًا لكل تفاعل كيميائي حيوي يحدث في الكائنات الحية، وتكون هذه المجموعة المذهلة من الوظائف مستمدة من رمز بسيط بشكل مذهل يحدد مجموعة متنوعة للغاية من الهياكل.
تكوين البروتينات
تكوين البروتينات يحدث في الأنظمة البيولوجية، يتم إجراؤه داخل الخلية في بدائيات النوى، ويحدث أيضا في السيتوبلازم ،وفي حقيقيات النوى يحدث مبدئيًا في النواة لإنشاء نسخة (MRNA) من منطقة ترميز الحمض النووي، ويترك النواة ويصل إلى الريبوسومات لترجمتها إلى جزيء بروتين مع تسلسل محدد من الأحماض الأمينية، ويعتبر تكوين البروتين هو صنع البروتينات بواسطة الخلايا التي تستخدم (DNA) و (RNA) والإنزيمات المختلفة، وأيضا يتضمن بشكل عام النسخ والترجمة والأحداث اللاحقة للترجمة ، مثل طي البروتين والتعديلات وتحلل البروتين.
البروتينات هي نوع رئيسي من الجزيئات الحيوية التي تحتاجها جميع الكائنات الحية لتزدهر، وتنتج كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى بروتينات مختلفة لعمليات ووظائف متنوعة، وتستخدم بعض البروتينات لأغراض هيكلية بينما يعمل البعض الآخر كمحفزات للتفاعلات البيوكيميائية، في تكوين البروتينات بدائية النواة وحقيقية النواة يوجد اختلافات واضحة على سبيل المثال، يحدث تكوين البروتين في بدائيات النوى في السيتوبلازم، إما في حقيقيات النوى، تحدث الخطوة الأولى (النسخ) في النواة، عندما يتم تشكيل النسخة (MRNA)، فإنها تنتقل إلى السيتوبلازم حيث توجد الريبوسومات.
الهيكل الأساسي للبروتين
يقود الترابط القادر على الطي داخل سلسلة الأحماض الأمينية، والتي تنتج الشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين، وينتج الرابطة الهيدروجينية بين المجموعات الأمينية ومجموعات الكربوكسيل في المناطق المجاورة من سلسلة البروتين أحيانًا إلى حدوث أنماط معينة من الطي، وتُعرف أنماط الطي الثابتة هذه، باسم حلزونات ألفا وصفائح بيتا، بالبنية الثانوية للبروتين، تحتوي معظم البروتينات على حلزونات وأوراق متعددة، وتتكون مجموعة التكوينات والطيات في سلسلة واحدة من الأحماض الأمينية – تسمى أحيانًا بولي ببتيد -البنية الثلاثية للبروتين، ويشير التركيب الرباعي للبروتين إلى الجزيئات ذات السلاسل المتعددة الببتيد أو الوحدات الفرعية.
على سبيل المثال، تحتوي البروتينات المذابة في السيتوبلازم الخلوي على مجموعات كيميائية محبة للماء على أسطحها، في حين تميل عناصرها الكارهة للماء إلى أن تكون مطوية بالداخل، في المقابل، تُظهر البروتينات التي يتم إدخالها في أغشية الخلايا بعض المجموعات الكيميائية الكارهة للماء على سطحها، وتحديداً في تلك المناطق التي يتعرض فيها سطح البروتين للدهون الغشائية، مع ذلك فإن البروتينات التي تنطوي كاملة لا يتم تثبيتها في الشكل بل تظل الذرات في هذه البروتينات قادرة على القيام بحركات صغيرة.
على الرغم من أن البروتينات تعتبر جزيئات كبيرة، إلا أنها أصغر من أن يتم تصورها، حتى باستخدام المجهر لذلك، يجب على العلماء استخدام طرق غير مباشرة لمعرفة شكلها وكيف يتم طيها، وتعتبر الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة لدراسة تراكيب البروتين هي “تصوير البلورات بالأشعة السينية”.
