Aminokisline se lahko povežejo v verige, ki vsebujejo od dveh do več tisoč enot. Kratke verige so znane kot peptidi, daljše verige pa polipeptidi, ki vključujejo beljakovine. Zaporedje aminokislin je preprosto vrstni red teh enot v polipeptidni verigi. V primeru beljakovin zaporedje določa tridimenzionalno strukturo molekule, ki je ključnega pomena za delovanje beljakovin. Zaporedja aminokislin v beljakovinah, ki jih najdemo v živem organizmu, so kodirana v DNK tega organizma.
Struktura aminokislin
Vse aminokisline imajo splošno strukturo, sestavljeno iz ogljikovega atoma z amino skupino (NH2) na eni strani, karboksilno skupino (COOH) na drugi strani in tako imenovano R-skupino ali stransko verigo. “R” pomeni radikal, kar v tem kontekstu preprosto pomeni del molekule. To je sestava stranske verige, ki razlikuje različne aminokisline med seboj. V najpreprostejšem, glicinu, je sestavljen le iz atoma vodika, pri drugih pa je stranska veriga bolj zapletena. Na primer, v tirozinu ima obročno strukturo, v lizinu pa je sestavljen iz dolge ogljikovodične verige – molekule, sestavljene iz ogljikove hrbtenice s pritrjenimi vodikovimi atomi.
Kako se oblikujejo zaporedja
Amino skupina je bazična in ima pozitiven naboj, medtem ko je karboksilna skupina kisla in nosi negativen naboj. Ker kisline in baze reagirajo med seboj, to omogoča, da se amino skupina ene aminokisline veže s karboksilno skupino druge. To je znano kot peptidna vez in sprošča molekulo vode kot stranski produkt. Kemični procesi, kot je ta, so znani kot kondenzacijske reakcije, ker se del vsake molekule izgubi v procesu: H iz NH2 in OH iz skupine COOH se združita v vodo (H2O). Strogo gledano, bi morali aminokislinske enote, ki tvorijo peptide in beljakovine, imenovati aminokislinske ostanke, vendar jih običajno imenujemo le aminokisline.
Opisi zaporedja
Veriga teh enot ima običajno amino skupino na enem koncu in karboksilno skupino na drugem. Zaradi doslednosti so zaporedja opisana od leve proti desni, z amino koncem, znanim kot N-terminus, na levi in karboksilnim koncem ali C-koncem na desni. Možno pa je tudi, da nasprotni konci polipeptidne verige tvorijo peptidno vez, kar povzroči ciklično molekulo.
Beljakovine in druge polipeptide lahko torej opišemo z zaporedjem aminokislinskih enot. Zaradi kratkosti so imena enot običajno skrajšana na tri črke ali samo na eno črko. Na primer, v sistemu s tremi črkami je arginin Arg, levcin je Leu in prolin je Pro. V sistemu z eno črko so črke za te enote R, L in P. Zato bi lahko določeno aminokislinsko sekvenco predstavili kot Leu-Arg-Leu-Pro-Arg-Pro ali kot LRLPRP.
Oblika in funkcija beljakovin
Zaporedje enot v proteinu je znano kot njegova primarna struktura. Vezi pa se lahko tvorijo tudi med stranskimi verigami na polipeptidni verigi, zaradi česar se ta na različne načine zloži, in med stranskimi verigami sosednjih polipeptidnih verig. Te vrste vezi prispevajo k tako imenovanim sekundarnim, terciarnim in kvartarnim strukturam beljakovin, ki določajo celotne tridimenzionalne oblike molekul. Vezi med stranskimi verigami so običajno šibkejše od peptidnih vezi in dejavniki, kot so toplota in različna kemična sredstva, jih lahko pretrgajo, kar povzroči, da beljakovina izgubi svojo obliko, vendar ohrani primarno strukturo. To je znano kot denaturacija.
Čeprav je znanih več kot 100 aminokislin, jih le približno 20 najdemo v beljakovinah, ki sestavljajo žive organizme. Kljub temu lahko teh 20 tvori več tisoč različnih zaporedij različnih dolžin. Številne beljakovine so sestavljene iz več kot ene polipeptidne verige in lahko tvorijo ogromne molekule ogromne kompleksnosti.
Beljakovine, geni in DNK
DNK organizma lahko obravnavamo kot niz navodil za sestavljanje vseh beljakovin, ki jih potrebuje. Aminokislinsko zaporedje, potrebno za vsak protein, je kodirano v DNK v obliki skupin treh nukleotidov, znanih kot kodoni, od katerih vsak predstavlja določeno aminokislinsko enoto. Procesi transkripcije DNK in translacije RNA omogočajo, da se te enote sestavijo v pravilna zaporedja, da tvorijo potrebne beljakovine, ko se celice delijo.
Najprej se DNK prepiše, da naredi verigo sporočilne RNA ali mRNA. mRNA se premakne iz jedra v citoplazmo celice do ribosoma, kjer poteka translacija. mRNA deluje kot predloga za aminokisline, kar omogoča njihovo združevanje. Za vsak kodon prenosna RNA ali tRNA prenaša ustrezno prosto aminokislino iz citoplazme v ribosom, kjer se poveže z obstoječo verigo. Ko se mRNA prevede, se enote združijo, da tvorijo specifično zaporedje za ta protein.