Aminosyror kan kopplas samman för att bilda kedjor som innehåller allt från två till många tusen enheter. Korta kedjor är kända som peptider, medan längre kedjor kallas polypeptider, som inkluderar proteiner. En aminosyrasekvens är helt enkelt ordningen för dessa enheter i en polypeptidkedja. När det gäller proteiner bestämmer sekvensen molekylens tredimensionella struktur, vilket i sin tur är avgörande för proteinets funktion. Sekvenserna av aminosyror i proteinerna som finns i en levande organism är kodade i den organismens DNA.
Aminosyrastruktur
Aminosyror har alla en generell struktur som består av en kolatom med en aminogrupp (NH2) på ena sidan, en karboxylgrupp (COOH) på den andra och vad som kallas en R-grupp, eller sidokedja. ”R” står för radikal, vilket i detta sammanhang helt enkelt betyder en del av en molekyl. Det är sammansättningen av sidokedjan som skiljer olika aminosyror från varandra. I den enklaste, glycin, består den bara av en väteatom, men i andra är sidokedjan mer komplex. Till exempel, i tyrosin har det en ringstruktur, och i lysin består det av en lång kolvätekedja – en molekyl som består av en kolryggrad med väteatomer fästa.
Hur sekvenser bildas
Aminogruppen är basisk och har en positiv laddning, medan karboxylgruppen är sur och har en negativ laddning. Eftersom syror och baser reagerar med varandra gör detta det möjligt för aminogruppen i en aminosyra att binda till karboxylgruppen i en annan. Detta är känt som en peptidbindning, och det frigör en molekyl vatten som en biprodukt. Kemiska processer som denna är kända som kondensationsreaktioner, eftersom en del av varje molekyl har gått förlorad i processen: H från NH2 och OH från COOH-gruppen kombineras för att bilda vatten (H2O). Strängt taget borde aminosyraenheterna som bildar peptider och proteiner kallas aminosyrarester, men de brukar bara kallas aminosyror.
Sekvensbeskrivningar
En kedja av dessa enheter har typiskt en aminogrupp i ena änden och en karboxylgrupp i den andra. För konsekvens beskrivs sekvenser från vänster till höger, med aminoänden, känd som N-terminalen, till vänster och karboxyländen eller C-terminalen till höger. Det är emellertid också möjligt för de motsatta ändarna av en polypeptidkedja att bilda en peptidbindning, vilket resulterar i en cyklisk molekyl.
Proteiner och andra polypeptider kan därför beskrivas genom sekvensen av aminosyraenheter. För korthetens skull är namnen på enheterna vanligtvis förkortade till tre bokstäver eller till bara en bokstav. Till exempel, i trebokstavssystemet är arginin Arg, leucin är Leu och prolin är Pro. I enbokstavssystemet är bokstäverna för dessa enheter R, L respektive P. Därför skulle en speciell aminosyrasekvens kunna representeras som Leu-Arg-Leu-Pro-Arg-Pro eller som LRLPRP.
Protein Form och funktion
Sekvensen av enheter i ett protein är känd som dess primära struktur. Bindningar kan emellertid också bildas mellan sidokedjorna på en polypeptidkedja, vilket får den att vikas över på olika sätt, och mellan sidokedjorna av intilliggande polypeptidkedjor. Dessa typer av bindning bidrar till vad som kallas de sekundära, tertiära och kvartära strukturerna av proteiner, som bestämmer molekylernas övergripande tredimensionella former. Bindningarna mellan sidokedjorna är normalt svagare än peptidbindningar, och faktorer som värme och olika kemiska ämnen kan bryta dem, vilket gör att ett protein tappar sin form, men bevarar den primära strukturen. Detta är känt som denaturering.
Även om det finns över 100 kända aminosyror, finns bara cirka 20 i proteinerna som utgör levande organismer. Ändå kan dessa 20 bilda många tusen olika sekvenser, av varierande längd. Många proteiner består av mer än en polypeptidkedja och kan bilda enorma molekyler av enorm komplexitet.
Proteiner, gener och DNA
En organisms DNA kan ses som en uppsättning instruktioner för att sätta ihop alla proteiner den behöver. Aminosyrasekvensen som är nödvändig för varje protein kodas i DNA:t i form av grupper av tre nukleotider som kallas kodon, som var och en representerar en speciell aminosyraenhet. Processerna för DNA-transkription och RNA-translation gör att dessa enheter kan sättas samman till de korrekta sekvenserna för att bilda de nödvändiga proteinerna när celler delar sig.
Först transkriberas DNA:t för att göra en sträng av budbärar-RNA, eller mRNA. mRNA:t rör sig ut ur kärnan och in i cellens cytoplasma till en ribosom, där translation sker. mRNA fungerar som en mall för aminosyror, vilket gör att de kan sammanfogas. För varje kodon bär transfer-RNA eller tRNA den lämpliga fria aminosyran från cytoplasman till ribosomen där de är förenade med den befintliga kedjan. När mRNA:t översätts sammanfogas enheterna för att bilda den specifika sekvensen för det proteinet.