โครงสร้างต่างๆของเซลล์ มักจะเกิดขึ้นจากการรวมตัวของหน่วยย่อยหลายหน่วย ยึดกันด้วยแรงชนิดอ่อน หน่วยย่อยเหล่านี้อาจเป็นโปรตีน ลิพิด คาร์โบไฮเดรต ดีเอ็นเอ หรืออาร์เอ็นเอ
การรวมตัวให้เป็นมหโมเลกุลมักดำเนินได้เอง เพราะแรงไฮโดรโฟบิก (hydrophobic interaction) ผลักดันให้เกิดการรวมตัวเกิดขึ้น แรงจากหน่วยโครงสร้างทุติยภูมิของหมู่ต่างๆ วางตัวกันเหมาะเจาะเพื่อรวมตัวกัน ด้วยเหตุว่าพันธะไอออนิกและแรงจากพันธ์ไฮโดรเจนช่วยทำให้การรวมตัวมีความจำเพาะ (specificity) มากขึ้น
สรุปได้คือ การรวมตัวของชีวโมเลกุลเป็นกระบวนการที่จำเพาะ โดยที่แรงยึดหน่วยย่อยเป็นแรงดึงดูดชนิดอ่อน และมีจำนวนมาก กล่าวคือบริเวณที่หน่วยย่อยสัมผัสกันจะต้องเป็นบริเวณที่กว้าง และมีคุณสมบัติทางเคมีที่พอเหมาะที่จัะจับกันได้พอดี กล่าวคือ มีบริเวณผิวที่เข้าคู่กัน เพื่อให้มีแรงชนิดอ่อนเกิดขึ้นได้มาก เพียงพอที่ยึดหน่วยย่อยไว้ได้แน่น
เพื่อตอบคำถามนี้ เราอาจสมมุติว่า เซลล์ต้องการโครงสร้างโปรตีนขนาดยักษ์ที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนหนึ่งล้านตัว เซลล์อาจสังเคราะห์โปรตีนขนิดยักษ์ชนิดหนึ่งให้ประกอบด้วยกรดอะมิโนหนึ่งล้านตัว หรือขนาดเล็กหมื่นหน่วย แต่ละหน่วยมีกรดอะมิโนหนึ่งร้อยตัว แล้วนำเอาโปรตีนเล็กนี้มารวมตัวกันเป็นโครงสร้างขนาดยักษ์ วิธีหลังซึ่งอาศัยอาศัยการรวมตัวของหน่วยย่อยจะมีประโยชน์ หรือข้อดีกว่าวิธีแรกหลายประการ ดังต่อไปนี้
1. ลดข้อผิดพลาดในการสังเคราะห์โปรตีน ในการสังเคราะห์โปรตีนต้องอาศัยปฏิกิริยาที่จำเพาะเป็นจำนวนมาก ที่จะนำเอากรดอะมิโนต่างๆ มาต่อกันให้เป็นลำดับที่ถูกต้อง ดังนั้นจึงอาจมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้น
สมมุติว่าข้อผิดพลาดเกิดขึ้นในอัตราหนึ่งในล้าน ดังนั้นโดยเฉลี่ยแล้วโมเลกุลของโปรตีนขนาดยักษ์ (ที่มีกรดอะมิโนหนึ่งล้านตัว) จะมีกรดอะมิโนผิดชนิดหรือผิดตำแหน่งได้หนึ่งตัว ซึ่งอาจทำให้โปรตีนนั้นไม่สามารถพับและม้วนตัวจนทำหน้าที่ทางชีวภาพได้ แต่สำหรับโปรตีนขนาดเล็ก (มีกรดอะมิโนหนึ่งร้อยตัว) จะพบว่าถ้าสังเคราะห์ในจำนวน 10,000 โมเลกุล ประมาณ 9,999 โมเลกุล จะมีโครงสร้างที่ถูกต้อง เพราะฉะนั้น การสร้างโครงสร้างขนาดยักษ์จากหน่วยย่อยจึงเป็นการลดข้อผิดพลาดให้น้อยลง อีกประการหนึ่งก็คือ หน่วยย่อยเล็กๆ หลายหน่วย อจาจจะชดเชยความผิดพลาดเล็กน้อยที่ต่างกันได้ดีกว่า
2. ควบคุมคุณภาพ ในแต่ละขั้นตอนของการรวมตัวของหน่วยย่อยต่างๆ จะเปิดโอกาศให้มีการคัดเลือกหน่วยย่อยที่ถูกต้องสมบูรณ์ เป็นการป้องกันไม่ให้เกิดโครงสร้างที่ผิดปกติ หรือทำงานไม่ได้
3. ประหยัดดีเอ็นเอ การสังเคราะห์โปรตีนที่มีขนาดเล็กกว่า ช่วยประหยัดปริมาณของดีเอ็นเอที่ต้องใช้บรรจุข้อความทางพันธุกรรม (genetic information)
4. เพื่อคุณสมบัติพิเศษ การรวมตัวของหน่วยย่อย อาจทำให้โครงสร้างใหญ่มีคุณสมบัติพิเศษที่ไม่พบในหน่วยย่อยที่แยกจากกัน เช่นการรวมตัวของสายอัลฟาและสายเบตา ทำให้โมเลกุลของฮีโมโกลบินจับออกซิเจนในลักษณะร่วมมือกัน
5. ช่วยให้ทำงานได้อย่างรวดเร็ว เนื่องด้วยพันธะระหว่างหน่วยย่อยมักจะไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ จึงมักเกิดขึ้นหรือถูกทำลายได้อย่างรวดเร็ว ฉะนั้น โครงสร้างใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยจึงทำงานได้อย่างรวดเร็วและทันการ
|
|
|
เพื่อนๆ ลองคิดดูสิคะว่า เพราะเหตุใดหน่วยย่อยที่มารวมตัวกันจึงคงรูปอยู่ได้ |
|
|
ความยาวพันธะโดยเฉลี่ยของพันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสาม ระหว่างอะตอมบางคู่
(pm คือความยาว เมตร)
|