Proteine gehören zu den wichtigsten Chemikalien für alles Leben auf dem Planeten. Die Struktur von Proteinen kann stark variieren. Jedes Protein besteht jedoch aus vielen der 20 verschiedenen Aminosäuren. Ähnlich wie die Buchstaben im Alphabet spielt die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein eine wichtige Rolle für die Funktion der endgültigen Struktur. Proteine können Hunderte von Aminosäuren lang sein, daher sind die Möglichkeiten nahezu endlos, wie wir im Folgenden untersuchen werden.
Wie die Aminosäuresequenz bestimmt wird
Sie haben vielleicht eine allgemeine Vorstellung davon, dass die DNA die genetische Grundlage für alles ist, was Sie sind. Was Ihnen vielleicht nicht bewusst ist, ist, dass die einzige Funktion der DNA darin besteht, letztendlich die Reihenfolge der Aminosäuren zu bestimmen, die in all den Proteinen enthalten sind, die Sie zu dem machen, was Sie sind. DNA besteht einfach aus langen Strängen von vier Nukleotiden, die sich immer wieder wiederholen. Diese vier Nukleotide sind Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin und werden normalerweise durch die Buchstaben ATGC dargestellt. Egal wie lang Ihre DNA ist, Ihr Körper "liest" diese Nukleotide in Dreiergruppen und alle drei Nukleotide kodieren für eine bestimmte Aminosäure. Eine Sequenz von 300 Nukleotiden würde also letztendlich für ein 100 Aminosäuren langes Protein kodieren.
Auswahl der Aminosäuren
Letztendlich schießt Ihre DNA kleinere Kopien von sich selbst ab, bekannt als Boten-RNA oder mRNA, die zu den Ribosomen in Ihren Zellen gelangen, wo Proteine hergestellt werden. RNA verwendet das gleiche Adenin, Guanin und Cytosin wie DNA, verwendet jedoch anstelle von Thymin eine Chemikalie namens Uracil. Wenn Sie mit den Buchstaben A, U, G und C spielen und sie in Dreiergruppen anordnen, werden Sie feststellen, dass es 64 mögliche Kombinationen mit unterschiedlicher Reihenfolge gibt. Jede Dreiergruppe wird als Codon bezeichnet. Wissenschaftler haben ein Diagramm entwickelt, mit dem Sie sehen können, für welche Aminosäure ein bestimmtes Codon kodiert. Ihr Körper weiß, dass, wenn die mRNA „CCU“ lautet, an dieser Stelle eine Aminosäure namens Prolin hinzugefügt werden sollte, aber wenn sie „CUC“ lautet, sollte die Aminosäure Leucin hinzugefügt werden. Um ein vollständiges Codon-Diagramm anzuzeigen, lesen Sie den Referenzabschnitt unten auf der Seite.
Verschiedene Möglichkeiten von Proteinen
Ein Protein kann einfach ein Aminosäurestrang sein, aber einige komplizierte Proteine sind in Wirklichkeit mehrere Aminosäurestränge, die miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind Proteine unterschiedlich lang, wobei einige nur wenige Aminosäuren lang sind und andere über 100 Aminosäuren lang sind. Darüber hinaus verwendet nicht jedes Protein alle zwanzig Aminosäuren. Ein Protein kann durchaus hundert Aminosäuren lang sein, aber nur acht oder zehn verschiedene Aminosäuren verwenden. Aufgrund all dieser Möglichkeiten gibt es buchstäblich unendlich viele mögliche Permutationen, die ein Protein sein könnten. In der Natur kann es eine endliche Anzahl von Proteinen geben; die Zahl der existierenden echten Proteine geht jedoch in die Milliarden, wenn nicht sogar noch mehr.
Der Unterschied in einem Protein
Alle lebenden Organismen haben DNA und alle verwenden die gleichen 20 Aminosäuren, um die lebenswichtigen Proteine zu erzeugen. Man kann also sagen, dass Bakterien, Pflanzen, Fliegen und Menschen alle die gleichen Grundbausteine des Lebens teilen. Der einzige Unterschied zwischen einer Fliege und einem Menschen ist die Reihenfolge der DNA und damit die Reihenfolge der Proteine. Auch innerhalb des Menschen variieren Proteine drastisch. Proteine bilden unsere Haare und Fingernägel, aber auch die Enzyme in unserem Speichel. Proteine bilden unser Herz und auch unsere Leber. Die Vielfalt der strukturellen und funktionellen Verwendungen für Protein ist nahezu grenzenlos.
Warum die Bestellung wichtig ist
Die Reihenfolge der Aminosäuren ist für Proteine genauso wichtig wie die Reihenfolge der Buchstaben für Wörter. Betrachten Sie den Begriff "Santa" und alles, was damit verbunden ist. Durch einfaches Umordnen der Buchstaben kann der Begriff "Satan" entstehen, der eine drastisch andere Bedeutung hat. Bei Aminosäuren ist es nicht anders. Jede Aminosäure hat eine andere Art, mit den anderen zu reagieren. Manche mögen Wasser, manche hassen Wasser, und die verschiedenen Aminosäuren können wie Pole auf einem Magneten interagieren, wobei sich manche anziehen und andere abstoßen. Auf molekularer Ebene kondensieren die Aminosäuren zu einer spiral- oder blattförmigen Form. Wenn die Aminosäuren nicht gerne nebeneinander stehen, kann dies die Form des Moleküls drastisch verändern. Letztlich ist es die Form des Moleküls, auf die es wirklich ankommt. Amylase, ein Protein in Ihrem Speichel, kann beginnen, Kohlenhydrate in Ihrer Nahrung abzubauen, aber es kann keine Fette berühren. Pepsin, ein Protein in Ihren Magensäften, kann Proteine abbauen, aber keine Kohlenhydrate. Die Reihenfolge der Aminosäuren gibt dem Protein seine Struktur und die Struktur gibt dem Protein seine Funktion.