البروتينات عبارة عن سلاسل من الأحماض الأمينية التي ترتبط ببعضها البعض عن طريق روابط ببتيدية ويتم طيها في هيكل ثلاثي الأبعاد. تحدد السلاسل الجانبية لبقايا الأحماض الأمينية الفردية التفاعلات بين بقايا الأحماض الأمينية ، و في نهاية المطاف طي البروتين. اعتمادا على طول و التعقيد الهيكلي ، تصنف سلاسل بقايا الأحماض الأمينية على أنها قليلة الببتيدات ، أو عديد الببتيدات ، أو بروتينات.
الحمض الأميني هو جزيء يحتوي على مجموعة كاربوكسيل (–COOH) و مجموعة أمينية (-NH2) متصلة بنفس ذرة الكربون ، ⍺-carbon. يتم تحديد هوية الحمض الأميني من خلال سلسلته الجانبية أو البقايا الجانبية ، والتي تسمى غالباً مجموعة R. أبسط حمض أميني هو الجلايسين ، حيث تكون البقايا عبارة عن ذرة هيدروجين واحدة. تحمل الأحماض الأمينية الأخرى سلاسل جانبية أكثر تعقيداً. تحدد السلسلة الجانبية الخصائص الكيميائية للحمض الأميني. على سبيل المثال ، قد يجذب الماء أو يصده (مائي أو كاره للماء) ، أو يحمل شحنة سالبة (حمضية) ، أو يشكل روابط هيدروجينية (قطبية).
من بين جميع الأحماض الأمينية المعروفة ، يتم استخدام ٢١ فقط لإنشاء بروتينات في حقيقيات النوى (يشفر الكود الجيني ٢٠ منها فقط). يتم اختصار الأحماض الأمينية باستخدام ثلاثة أحرف (على سبيل المثال ، Gly ، Val ، Pro) أو رمز حرف واحد (على سبيل المثال ، G ، V ، P). تشكل السلسلة الخطية لبقايا الأحماض الأمينية العمود الفقري للبروتين. تسمى المجموعة الأمينية الحرة في أحد طرفيها N-terminus ، بينما تشكل مجموعة الكربوكسيل الحرة على الطرف الآخر الطرف C. تحدد الخصائص الكيميائية للسلاسل الجانبية بشكل كبير البنية النهائية للبروتين حيث تتفاعل مع بعضها البعض ومع جزيئات الماء القطبية.
لتشكيل بولي ببتيد ، ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. تتشكل روابط الببتيد بين المجموعة الأمينية (المجموعة –NH2) من حمض أميني واحد ، ومجموعة الكربوكسيل (–COOH) للحمض الأميني المجاور. تتشكل البروتينات عن طريق تخليق الجفاف. كل جزيء ماء واحد يتكون أثناء ارتباط اثنين من الأحماض الأمينية. الرابطة التساهمية الناتجة هي رابطة ببتيدية.
تحتوي الأحماض الأمينية على مجموعة قاعدية وحمضية. وبالتالي ، يمكن أن تعمل كقاعدة (متلقي أيون الهيدروجين) أو كحمض (مانح لأيون الهيدروجين). تعتمد الخاصية الكيميائية على الرقم الهيدروجيني للوسط المحيط. عند درجة حموضة منخفضة (على سبيل المثال ، pH2) يتم اضافة بروتونات لكل من مجموعات الكربوكسيل والأمينية (–NH3– ، COOH) ، لذا فإن الأحماض الأمينية تعمل كقاعدة. عند درجة الحموضة القلوية (على سبيل المثال ، pH13) ، يتم نزع بروتونات من كل من مجموعات الكربوكسيل والأمينية (–COO–– ، NH2) و سوف تعمل الأحماض الأمينية كحمض. في درجة حموضة محايدة (أي ، معظم البيئات الفسيولوجية ، ~ pH7.4) ، يتم اضافة بروتونات للمجموعة الأمينية (–NH3) و ازالة بروتونات من مجموعة الكربوكسيل (–COO–) ، مما يؤدي إلى تكون زويتيريون ، و هو جزيء مع شحنة إيجابية و سلبية على حد سواء. هذه الخصائص الكيميائية في درجة الحموضة الفسيولوجية ضرورية لخلق روابط هيدروجينية ، و التي بدورها تسهم في تكوين هياكل بروتين أكثر تعقيدا.
البولي ببتيدات هي سلاسل من الأحماض الأمينية. يشار أيضاً إلى بولي بيبتيد التي تحتوي على أقل من ٢٠ من الأحماض الأمينية باسم أوليجوبيبتيدات ، أو ببساطة الببتيدات. يشار إلى سلسلة البولي ببتيد على أنها بروتين عندما يتم طيها في هيكل ثلاثي الأبعاد ، وتكون جاهزة لأداء وظيفتها الخلوية المحددة.
تعد البروتينات ، جنباً إلى جنب مع الكربوهيدرات والأحماض النووية والدهون ، اللبنات الأساسية للحياة. تُظهر البروتينات تنوعاً هائلاً في تكوينها ، وبالتالي وظيفتها. من بين الوظائف الأخرى ، أنها توفر بنية للخلية (على سبيل المثال ، في شكل كولاجين) ، والسماح بالحركة (على سبيل المثال ، الأكتين والميوسين في العضلات) ، وتحفيز التفاعلات (الإنزيمات) ، وجلب الجزيئات عبر غشاء الخلية ، والدفاع عن الفقاريات ضد الغزاة (الأجسام المضادة).
