Le lunghe catene, o polimeri, di amminoacidi sono chiamate proteine (sebbene le proteine non debbano essere esclusivamente amminoacidi). Gli amminoacidi sono collegati da quelli che sono i "legami peptidici". L'ordine degli amminoacidi è determinato dall'ordine di nucleotidi (l'“alfabeto” genetico) in un gene del DNA, che a loro volta determinano come la proteina si ripiega e funzioni.
Produzione di proteine da aminoacidi
Il processo di collegamento degli amminoacidi alle proteine inizia nel nucleo cellulare. L'RNA messaggero (mRNA) per un gene viene creato utilizzando un tratto di DNA come modello. L'mRNA viaggia quindi al di fuori del nucleo verso i produttori di proteine chiamati "ribosomi". È qui che vengono prodotte le proteine. Nei ribosomi, l'RNA di trasferimento (tRNA) poi attacca gli amminoacidi sull'mRNA. Essenzialmente l'mRNA viene utilizzato come stampo per costruire la proteina.
Legame peptidico tra aminoacidi
Gli amminoacidi sono uniti testa a coda in lunghi polimeri lineari. In particolare, il gruppo acido carbossilico (-CO) di un amminoacido si lega al gruppo amminico (-NH) del successivo. Questo legame è chiamato "legame peptidico". Tali catene di amminoacidi sono chiamate "polipeptidi".
Catene laterali degli amminoacidi
Gli amminoacidi hanno catene laterali attaccate all'atomo di carbonio centrale. Queste catene laterali hanno diverse caratteristiche elettrostatiche (incollaggio). Questo è importante nel modo in cui la proteina inizialmente lineare si ripiega quando viene rilasciata dal suo modello di mRNA.
Ordine degli aminoacidi e ripiegamento delle proteine
La forma della proteina è determinata dalla sequenza amminoacidica. I legami in una lunga catena polipeptidica consentono la libera rotazione degli atomi, il che conferisce alla spina dorsale della proteina una grande flessibilità. La maggior parte delle catene polipeptidiche, tuttavia, si piega in una sola forma e la maggior parte di esse lo fa spontaneamente.
Catene laterali e pieghevoli
Il ripiegamento è determinato dall'ordine delle catene laterali degli amminoacidi. Queste catene laterali interagiscono con ciascuna e l'acqua nella cellula. Le catene laterali polari tendono a torcersi per affrontare l'acqua. Le catene laterali non polari si trasformano nel centro della sfera proteica, essendo idrofobe (non amando l'acqua). La distribuzione dei siti polari e non polari è quindi uno dei fattori più importanti che regolano il ripiegamento della proteina.
Numero di combinazioni di aminoacidi
20 aminoacidi sono usati per produrre proteine. Mentre ci sono 20^n diversi polipeptidi che sono lunghi n amminoacidi, una frazione molto piccola delle proteine risultanti sarebbe stabile. La maggior parte avrebbe numerose forme con livelli di energia quasi equivalenti. Potendo cambiare facilmente forma per adottare un diverso livello di energia, non sarebbero quindi sufficientemente stabili per essere utili all'organismo. Un amminoacido nel posto sbagliato può quindi rendere inutile una proteina. Pertanto, la maggior parte delle mutazioni nel DNA non avvantaggia l'organismo. Solo attraverso un'enorme quantità di tentativi ed errori si evolvono proteine utili.