שרשראות ארוכות, או פולימרים, של חומצות אמינו נקראות חלבונים (אם כי חלבונים אינם צריכים להיות אך ורק חומצות אמינו). חומצות האמינו מקושרות על ידי מה שהם "קשרי פפטיד". סדר חומצות האמינו נקבע לפי הסדר נוקלאוטידים ("האלף בית" הגנטי) בגן של DNA, הקובע בתורו כיצד החלבון מתקפל ו פונקציות.
ייצור חלבון מחומצות אמינו
תהליך קישור חומצות האמינו לחלבונים מתחיל בגרעין התא. RNA שליח (mRNA) לגן נוצר תוך שימוש במתיחת DNA כתבנית. ה- mRNA עובר אז מחוץ לגרעין ליצרני חלבונים המכונים "ריבוזומים". כאן מכינים חלבון. בריבוזומים, העבר RNA (tRNA) ואז מדביק חומצות אמינו ל- mRNA. בעיקרו של דבר ה- mRNA משמש כתבנית לבניית החלבון.
קשר פפטיד בין חומצות אמינו
חומצות אמינו מחוברות ראש לזנב בפולימרים לינאריים ארוכים. באופן ספציפי, קבוצת החומצות הקרבוקסיליות (-CO) של חומצת אמינו אחת מתחברת לקבוצת האמינו (-NH) של הבאה. קשר זה נקרא "קשר פפטיד". שרשראות כאלה של חומצות אמינו מכונות "פוליפפטידים".
שרשראות צד של חומצות אמינו
לחומצות האמינו שרשרות צדדיות המחוברות לאטום הפחמן המרכזי. לשרשראות צד אלה מאפיינים אלקטרוסטטיים (מליטה) שונים. זה חשוב באופן שבו החלבון הליניארי בתחילה מתקפל כאשר הוא משוחרר מתבנית ה- mRNA שלו.
סדר חומצות אמינו וקיפול חלבונים
צורת החלבון נקבעת על ידי רצף חומצות האמינו. הקשרים בשרשרת פוליפפטיד ארוכה מאפשרים סיבוב חופשי של האטומים, מה שמעניק לעמוד השדרה של החלבון גמישות רבה. אולם מרבית שרשראות הפוליפפטיד מתקפלות לצורה אחת בלבד, ורובן עושות זאת באופן ספונטני.
שרשראות צד וקיפול
הקיפול נקבע לפי סדר שרשראות הצד של חומצות האמינו. שרשראות צדדיות אלה מתקשרות עם כל אחד מהמים בתא. שרשראות הצד הקוטביות נוטות להתפתל לכיוון המים. שרשראות הצד הלא קוטביות הופכות למרכז כדור החלבון, הידרופובי (לא אוהב מים). התפוצה של אתרים קוטביים ולא קוטביים היא אפוא אחד הגורמים החשובים ביותר הקובעים את קיפול החלבון.
מספר שילובים של חומצות אמינו
20 חומצות אמינו משמשות לייצור חלבונים. אמנם ישנם 20 ^ n פוליפפטידים שונים שאורכם חומצות אמינו, אך חלק קטן מאוד מהחלבונים שנוצרו יהיה יציב. לרובם יהיו צורות רבות עם רמות אנרגיה כמעט שוות ערך. היכולת לשנות צורה בקלות בכדי לאמץ רמת אנרגיה אחרת, לכן הם לא יהיו יציבים מספיק כדי להיות שימושיים לאורגניזם. חומצת אמינו אחת במקום הלא נכון יכולה אפוא להפוך לחלבון חסר תועלת. לכן, רוב המוטציות ב- DNA אינן מועילות לאורגניזם. רק באמצעות כמות אדירה של ניסוי וטעייה התפתחו חלבונים שימושיים.
