Lange Ketten oder Polymere von Aminosäuren werden Proteine genannt (obwohl Proteine nicht ausschließlich Aminosäuren sein müssen). Die Aminosäuren sind durch sogenannte „Peptidbindungen“ verbunden. Die Reihenfolge der Aminosäuren wird durch die Reihenfolge von bestimmt Nukleotide (das genetische „Alphabet“) in einem DNA-Gen, die wiederum bestimmen, wie sich das Protein faltet und Funktionen.
Herstellung von Protein aus Aminosäuren
Der Prozess der Verknüpfung von Aminosäuren zu Proteinen beginnt im Zellkern. Messenger-RNA (mRNA) für ein Gen wird unter Verwendung eines DNA-Abschnitts als Matrize erzeugt. Die mRNA wandert dann außerhalb des Zellkerns zu Proteinherstellern, den sogenannten „Ribosomen“. Hier wird Protein hergestellt. In den Ribosomen klebt Transfer-RNA (tRNA) dann Aminosäuren an die mRNA. Im Wesentlichen wird die mRNA als Matrize zum Aufbau des Proteins verwendet.
Peptidbindung zwischen Aminosäuren
Aminosäuren sind in langen linearen Polymeren Kopf-an-Schwanz verbunden. Insbesondere bindet die Carbonsäuregruppe (-CO) einer Aminosäure an die Aminogruppe (-NH) der nächsten. Diese Bindung wird als „Peptidbindung“ bezeichnet. Solche Aminosäureketten werden „Polypeptide“ genannt.
Seitenketten von Aminosäuren
Die Aminosäuren haben Seitenketten, die an das zentrale Kohlenstoffatom gebunden sind. Diese Seitenketten haben unterschiedliche elektrostatische (Bindungs-)Eigenschaften. Dies ist wichtig für die Faltung des ursprünglich linearen Proteins, wenn es von seiner mRNA-Matrize freigesetzt wird.
Aminosäureordnung und Proteinfaltung
Die Form des Proteins wird durch die Aminosäuresequenz bestimmt. Die Bindungen in einer langen Polypeptidkette ermöglichen eine freie Rotation der Atome, was dem Rückgrat des Proteins eine große Flexibilität verleiht. Die meisten Polypeptidketten falten sich jedoch nur in eine Form, und die meisten tun dies spontan.
Seitenketten und Falten
Die Faltung wird durch die Reihenfolge der Seitenketten der Aminosäuren bestimmt. Diese Seitenketten interagieren mit jedem und dem Wasser in der Zelle. Die polaren Seitenketten neigen dazu, sich dem Wasser zuzuwenden. Die unpolaren Seitenketten werden zum Zentrum der Proteinkugel, da sie hydrophob sind (Wasser nicht mögen). Die Verteilung von polaren und unpolaren Stellen ist daher einer der wichtigsten Faktoren für die Faltung des Proteins.
Anzahl der Aminosäurekombinationen
20 Aminosäuren werden verwendet, um Proteine zu machen. Obwohl es 20^n verschiedene Polypeptide gibt, die n Aminosäuren lang sind, wäre ein sehr kleiner Bruchteil der resultierenden Proteine stabil. Die meisten hätten zahlreiche Formen mit nahezu äquivalenten Energieniveaus. Da sie leicht ihre Form ändern können, um ein anderes Energieniveau anzunehmen, wären sie daher nicht stabil genug, um für den Organismus nützlich zu sein. Eine Aminosäure an der falschen Stelle kann daher ein Protein unbrauchbar machen. Daher nützen die meisten Mutationen in der DNA dem Organismus nicht. Nur durch eine enorme Menge an Versuch und Irrtum werden nützliche Proteine entwickelt.