Protein Structure & Function
Introduction – Proteins are known as the building blocks of life because they are the most abundant biomolecules present in the body of living organism and form about 60% of the dry weight of cells. The word protein is derived from Greek word “proteios” which means primary or of prime importance. Chemically, Proteins are polymers of alpha amino acids [R-CH(NH2)-COOH]. Proteins are nitrogenous organic compound made of carbon, oxygen, nitrogen (essential), hydrogen & sulphur. On hydrolysis it yields alpha-amino acid only.
परिचय – प्रोटीन को जीवन की आधारशिला के रूप में जाना जाता है, क्योंकि वे जीवित प्राणियों के शरीर में प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले जैव-अणु हैं तथा कोशिकाओं के शुष्क भार का लगभग 60% भाग बनाते हैं। प्रोटीन शब्द ग्रीक शब्द “प्रोटिओस” से लिया गया है जिसका अर्थ है प्राथमिक या सबसे महत्वपूर्ण। रासायनिक रूप से, प्रोटीन अल्फा अमीनो एसिड [R-CH(NH2)-COOH] के बहुलक होते हैं। प्रोटीन कार्बन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन (आवश्यक), हाइड्रोजन और सल्फर से बने नाइट्रोजनयुक्त कार्बनिक यौगिक होते हैं। हाइड्रोलिसिस पर यह केवल अल्फा-अमीनो एसिड देता है।
Structure Of Protein
Structure of proteins are complex. It is a long chain of alpha amino acid by peptide bond & polypeptide chain. Chemically, peptide bond (- CO–NH–) is an amide formed between –COOH group and –NH2& therefore, elimination of water molecule.
The structure of protein is divided by four level of organization.
Primary structure (Immature structure)-
Sanger was the first scientist, who in 1951 studied the primary structure of insulin and determined the sequence of amino acids in insulin. It gives the sequence in which the amino acids are arranged in a polypeptide chain of a protein. Changing the position of even a single amino acid will result in a different chain and hence a different protein. Incorrect amino acid sequences can lead to misfolding, aggregation, degradation of proteins, which can result in diseases such as Alzheimer’s or cystic fibrosis. The primary structure of protein is important as it determines the final fold and hence the function of the protein.
प्राथमिक संरचना (अपरिपक्व संरचना)- सैंगर पहले वैज्ञानिक थे, जिन्होंने 1951 में इंसुलिन की प्राथमिक संरचना का अध्ययन किया और इंसुलिन में अमीनो एसिड के अनुक्रम का निर्धारण किया। यह वह क्रम बताता है जिसमें अमीनो एसिड प्रोटीन की पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में व्यवस्थित होते हैं। एक भी अमीनो एसिड की स्थिति बदलने से एक अलग श्रृंखला बन जाएगी और इसलिए एक अलग संरचना बन जाएगी।
गलत अमीनो एसिड अनुक्रम गलत वलय, एकत्रीकरण, प्रोटीन-गिरावट का कारण बन सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अल्जाइमर जैसी बीमारियाँ हो सकती हैं। प्रोटीन की प्राथमिक संरचना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अंतिम वलय और उसके कार्य को निर्धारित करती है।
Secondary Structure – The secondary structure of a protein is formed by hydrogen bonding in the polypeptide chain. These bonds cause the polypeptide chain to fold and coil in two different conformations known as the α-helix or β-pleated sheets. In 1951,Linus Pauling and Robert Coreypredicted the helical and sheet conformations of protein polypeptide.
द्वितीयक संरचना – प्रोटीन की द्वितीयक संरचना पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में हाइड्रोजन बंधन द्वारा बनती है। ये बंधन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को दो अलग-अलग संरचनाओं में मोड़ने और कुंडलित करने का कारण बनते हैं जिन्हें α-हेलिक्स या β-प्लीटेड शीट्स के रूप में जाना जाता है। 1951 में, लिनुस पॉलिंग और रॉबर्ट कोरी ने प्रोटीन पॉलीपेप्टाइड के कुंडलित और शीट स्वरूप की भविष्यवाणी की थी।
α-helix –The α-helix is like a single spiral. It is formed by vertical intramolecular hydrogen bonding between hydrogen of amide group (-N-H) of one amino acid and oxygen of carbonyl (>C=O) group of 4th amino acid. Helix could be right handed or left handed. Right handed helix are called alpha helix & left handed helix are called beta helix. Alpha helix is more stable arrangement. Helix present in protein contain 3.6 amino acid residue in each turn. The diameter of helix is 10A°. The distence between two coil is 5.4A°.
α-हेलिक्स – α-हेलिक्स एक एकल सर्पिल की तरह होता है। यह एक एमिनो एसिड के एमाइड समूह (-N-H) के हाइड्रोजन और चौथे एमिनो एसिड के कार्बोनिल (>C=O) समूह के ऑक्सीजन के बीच ऊर्ध्वाधर इंट्रामोलीक्युलर हाइड्रोजन बंधन द्वारा बनता है। हेलेक्स दाएं हाथ या बाएं हाथ का हो सकता है। दाएं हाथ के हेलिक्स को अल्फा हेलिक्स और बाएं हाथ के हेलिक्स को बीटा हेलिक्स कहा जाता है। अल्फा हेलिक्स अधिक स्थिर व्यवस्था है। प्रोटीन में मौजूद हेलिक्स में प्रत्येक घुमाव में 3.6 एमिनो एसिड अवशेष होते हैं। >C=O समूह (कार्बोनिल समूह) और -N-H समूह (एमिनो समूह) लंबवत रूप से प्रकट होते हैं और हाइड्रोजन बॉन्ड बनाते हैं। हेलिक्स का व्यास 10A° है। दो कुंडलियों के बीच की दूरी 5.4A° है।
β-pleated sheet – The β-pleated sheet is formed by horizontal intermolecular hydrogen bonding between two or more adjacent polypeptide chains. These are usually 3-10 amino acids long and have an extended backbone-like structure.
Two type of pleated sheets are possible.
Parallel beta pleated sheet –In this structure all chain run in same direction.
Anti-Parallel beta pleated sheet – In this structure all chain run alternatly in opposite direction.
β-प्लीटेड – β-प्लीटेड शीट दो या अधिक आसन्न पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच क्षैतिज अंतर-आणविक हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा बनाई जाती है। ये आमतौर पर 3-10 अमीनो एसिड लंबे होते हैं और इनमें विस्तारित रीढ़ जैसी संरचना होती है। दो प्रकार की प्लीटेड शीट संरचना पाई जाती हैं।
समानांतर प्लीटेड शीट – इस संरचना में सभी श्रृंखला एक ही दिशा में चलती हैं।
असमानांतर प्लीटेड शीट – इस संरचना में सभी श्रृंखला विपरीत दिशा में बारी-बारी से चलती हैं।
Tertiary Structure – The tertiary structure of protein is the most stable arrangement & it is called native component of protein. The bonds that provide stabilisation to the tertiary structure of the protein are hydrogen bond, disulphide bonds (- S-S) , ionic bonds (eloctrostatic bond) and non-polar hydrophobic bonds and wander Waal’s interactions. The tertiary structure provide 3-dimensional shape of polypeptide chains. The structure is acquired by attractive and repulsive forces of the different R-groups of each amino acid. Which cause twisting, folding, bending of entire molecules of a polypeptide chain. It gives rise to the molecular shape of the protien i.e Fibrous & Globular.
तृतीयक संरचना – प्रोटीन की तृतीयक संरचना सबसे स्थिर व्यवस्था है और इसे प्रोटीन का मूल घटक कहा जाता है। प्रोटीन की तृतीयक संरचना को स्थिरता प्रदान करने वाले बंधन हैं हाइड्रोजन बंधन, डाइसल्फाइड बंधन (- S-S), आयनिक बंधन (इलोक्ट्रोस्टेटिक बंधन) और गैर-ध्रुवीय हाइड्रोफोबिक बंधन और वांडर वाल्स इंटरैक्शन। तृतीयक संरचना पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का 3-आयामी आकार प्रदान करती है। यह संरचना प्रत्येक अमीनो एसिड के विभिन्न R-समूहों के आकर्षक और प्रतिकर्षक बलों द्वारा प्राप्त की जाती है। जो पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के संपूर्ण अणुओं को घुमाने, मोड़ने, झुकाने का कारण बनता है। यह प्रोटीन के आणविक आकार यानी रेशेदार और गोलाकार को जन्म देता है।
Fibrous proteins –In Fibrous proteins the polypeptide chains run parallel due to hydrogen and disulphide bonds. So fibre– like structure is formed. Such proteins are generally insoluble in water. Some common examples are keratin (present in hair, wool, silk) and myosin (present in muscles), etc.
रेशेदार प्रोटीन – रेशेदार प्रोटीन में हाइड्रोजन और डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड के कारण पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं समानांतर चलती हैं। इसलिए रेशे जैसी संरचना बनती है। ऐसे प्रोटीन आम तौर पर पानी में अघुलनशील होते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण हैं केराटिन (बालों, ऊन, रेशम में मौजूद) और मायोसिन (मांसपेशियों में मौजूद) आदि।
Globular proteins –In Globular proteins the polypeptides chains coil around which give a spherical shape. These are usually soluble in water. Insulin and albumins are the common examples of globular proteins.
गोलाकार प्रोटीन – गोलाकार प्रोटीन में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं कुंडलित होकर गोलाकार आकार देती हैं। ये आमतौर पर पानी में घुलनशील होते हैं। इंसुलिन और एल्बुमिन गोलाकार प्रोटीन के सामान्य उदाहरण हैं
Quaternary Structure– This structure is exhibited only by those proteins which have multiple polypeptide chains combined to form a large complex. The individual chains are then called subunits. Haemoglobin is a protein of 4 polypeptide chain.
चतुर्थक संरचना – यह संरचना केवल उन प्रोटीनों द्वारा प्रदर्शित होती है जिनमें अनेक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं मिलकर एक बड़ा परिसर बनाती हैं। व्यक्तिगत श्रृंखलाओं को तब सबयूनिट कहा जाता है। हीमोग्लोबिन 4 पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का एक प्रोटीन है।
Functions of Proteins
Function as an enzyme – Proteins in the form of enzyme acts as catalysts for various anabolic and catabolic reactions. For example, amylase, lipase, protease are digestive enzymes which helps in digestion.
एंजाइम के रूप में कार्य –एंजाइम के रूप में प्रोटीन विभिन्न उपचय और अपचय प्रतिक्रियाओं के उत्प्रेरक के रूप में काम करते है। एमाइलेज, लाइपेज, प्रोटीएज पाचन एंजाइम हैं जो पाचन में मदद करते हैं।
Function as an Hormone –Proteins are responsible for signaling of endocrine processes in the body in the form of hormones.
हार्मोन के रूप में कार्य – प्रोटीन हार्मोन के रूप में शरीर में अंतःस्रावी प्रक्रियाओं को संकेत देने के लिए जिम्मेदार होते हैं।
Muscles contraction –Muscles includs protein like actin & myosin, which helps muscles contraction.
मांसपेशियों में संकुचन –मांसपेशियों में एक्टिन और मायोसिन जैसे प्रोटीन शामिल होते हैं, जो मांसपेशियों के संकुचन में मदद करते हैं।
Structure and Support –Proteins act as structural components in the body such as collagen in bones, keratin in hair, horn and nails, myoglobin in muscles. Proteins are essential components of cell membranes.
संरचना और समर्थन –प्रोटीन शरीर में संरचनात्मक घटकों के रूप में कार्य करते हैं जैसे हड्डियों में कोलेजन, बाल, सींग और नाखून में केराटिन, मांसपेशियों में मायोग्लोबिन। प्रोटीन कोशिका झिल्ली के आवश्यक घटक हैं।
Act as a storage component –Proteins also act as storage products such as casein in milk and ovalbumin in egg white.
भंडारण घटक के रूप में कार्य –प्रोटीन भंडारण उत्पादों के रूप में भी कार्य करते हैं जैसे दूध में कैसिन और अंडे के सफेद भाग में ओवलब्यूमिन।
Protein work as a Transporter –Haemoglobin, a quaternary protein, is responsible for the transport of oxygen within the body. It also transport lipoproteins (protein linked with fat), iron, other nutrients, chromosomes to other parts of cells.
ऑक्सीजन का परिवहनकर्ता – हीमोग्लोबिन, एक चतुर्थक प्रोटीन है, जो शरीर के भीतर ऑक्सीजन के परिवहन के लिए जिम्मेदार है। यह लिपोप्रोटीन (वसा से जुड़ा प्रोटीन), लोहा, अन्य पोषक तत्व, गुणसूत्रों को कोशिकाओं के अन्य भागों तक पहुंचाता है।
Cellular communication –Through receptors on their surface, cells can communicate with other cells and the outside world. These receptors are made of proteins.
कोशिकीय संचार –अपनी सतह पर रिसेप्टर्स के माध्यम से, कोशिकाएं अन्य कोशिकाओं और बाहरी दुनिया के साथ संचार कर सकती हैं। ये रिसेप्टर्स प्रोटीन से बने होते हैं।
Maintain acid-base balance – Protein maintains the correct level of acidity of body fluid. Proteins in the blood act as chemical buffers (counteract on excess of acid or base in a fluid).
अम्ल-क्षार संतुलन बनाना – प्रोटीन शरीर के तरल पदार्थ की अम्लता के सही स्तर को बनाए रखता है। रक्त में प्रोटीन रासायनिक बफर के रूप में कार्य करते हैं (तरल पदार्थ में एसिड या बेस की अधिकता का प्रतिकार करते हैं)।
Provide energy – Proteins are one of the building blocks of body tissue and can also serve as a fuel source. As a fuel, proteins provide as much energy as carbohydrates 4 kcal (17 kJ)/ gram.
ऊर्जा स्रोत – प्रोटीन शरीर के ऊतकों के निर्माण खंडों में से एक है और ईंधन स्रोत के रूप में भी काम कर सकता है। ईंधन के रूप में, प्रोटीन कार्बोहाइड्रेट के बराबर ऊर्जा प्रदान करते हैं 4 kcal (17 kJ)/ ग्राम।