Katsokaa kemiaa
Proteiinit voidaan sijoittaa ensimmäiseksi "biologisessa maailmassa", koska niiden monien toimintojen vuoksi ei olisi elämää ilman niitä.
Proteiinien alkuaineanalyysi antaa seuraavat keskiarvot: 55% hiiltä, 7% vetyä ja 16% typpeä; on selvää, että proteiinit eroavat toisistaan, mutta niiden keskimääräinen alkuainekoostumus poikkeaa vähän edellä mainituista arvoista.
Periaatteessa proteiinit ovat makromolekyylejä, jotka on muodostettu luonnollisista a-aminohapoista; Aminohapot yhdistyvät amidisidoksen kautta, joka muodostuu reaktiolla a-aminohapon aminoryhmän ja toisen a-aminohapon karboksyylin välillä. Tätä sidosta (-CO-NH-) kutsutaan myös peptidisidokseksi, koska se sitoo peptidejä (aminohapot yhdessä):
saatu on dipeptidi, koska se muodostuu kahdesta aminohaposta. Koska dipeptidi sisältää vapaan aminoryhmän toisessa päässä (NH2) ja karboksyylin toisessa (COOH), se voi reagoida yhden tai useamman aminohapon kanssa ja venyttää ketjua sekä oikealta että vasemmalta, samalla reaktiolla nähdään edellä.
Reaktiosarja (joka ei missään tapauksessa ole niin yksinkertaista) voi jatkua loputtomiin: kunnes on polymeeri, jota kutsutaan polypeptidiksi tai proteiiniksi . Peptidien ja proteiinien välinen ero on sidoksissa molekyylipainoon: yleensä molekyylipainoille, jotka ovat suurempia kuin 10 000, sitä kutsutaan proteiiniksi.
Aminohappojen sitominen jopa pienten proteiinien saamiseksi on vaikeaa, vaikka äskettäin on kehitetty automaattinen menetelmä proteiinien tuottamiseksi aminohapoista, mikä antaa erinomaisia tuloksia.
Yksinkertaisin proteiini koostuu siis 2 aminohaposta: kansainvälisen yleissopimuksen mukaan aminohappojen järjestetty numerointi proteiinirakenteessa alkaa aminohaposta vapaan a-aminoryhmän kanssa.
Proteiinirakenne
Proteiinimolekyylit on muotoiltu siten, että voimme nähdä jopa neljä erillistä organisaatiota: ne on yleensä erotettu, ensisijainen rakenne, toissijainen, tertiäärinen ja kvaternaarinen.
Primaariset ja toissijaiset rakenteet ovat välttämättömiä proteiineille, kun taas tertiääriset ja kvaternaariset rakenteet ovat "lisävarusteita" (siinä mielessä, että kaikki proteiinit eivät voi olla niihin varustettuja).
Primaarirakenne määräytyy proteiiniketjussa olevien aminohappojen lukumäärän, tyypin ja sekvenssin mukaan; sen vuoksi on välttämätöntä määrittää proteiinia muodostavien aminohappojen järjestetty sekvenssi (tietää tämä tarkoittaa tietävän DNA-emästen täsmällistä sekvenssiä, joka koodaa tätä proteiinia), joka kohtaa ei-merkityksellisiä kemiallisia vaikeuksia.
Aminohappojen järjestetty sekvenssi oli mahdollista määrittää Edmanin hajoamisen kautta: proteiini saatetaan reagoimaan fenyyli-isotiosyanaatin (FITC) kanssa; aluksi a-aminohappo-dubletti hyökkää fenyyli-isotiosyanaattia, joka muodostaa tiokarbamyylijohdannaisen; sen jälkeen saadut tuotesyklit antavat fenyylidoidantoiinijohdannaisen, joka on fluoresoiva.
Edman on kehittänyt koneen, jota kutsutaan sekvensoijaksi, joka säätää automaattisesti parametrit (aika, reagenssit, pH jne.) Hajoamiselle ja tarjoaa proteiinien ensisijaisen rakenteen (tämä sai Nobelin palkinnon).
Ensisijainen rakenne ei riitä proteiinimolekyylien ominaisuuksien täydelliseen tulkintaan; uskotaan, että nämä ominaisuudet riippuvat olennaisesti paikkatietokokoonpanosta, jonka proteiinimolekyylit pyrkivät ottamaan, taivuttamalla eri tavoin: toisin sanoen olettaen, mitä on määritelty proteiinien sekundäärirakenteeksi. Proteiinien sekundäärirakenne on tremolabiili, eli se pyrkii hävittämään lämmityksen vuoksi; sitten proteiinit denaturoidaan ja menettävät monia niiden ominaispiirteitä. 70 ° C: n yläpuolisen kuumentamisen lisäksi denaturointi voidaan myös aiheuttaa säteilytyksellä tai reagenssien (esimerkiksi vahvojen happojen) vaikutuksella.
Proteiinien denaturoituminen lämpövaikutuksella havaitaan esimerkiksi kuumentamalla munanvalkuaiset: se nähdään menettävän gelatiinisen ulkonäönsä ja muuttuen liukenemattomaksi valkoiseksi aineeksi. Proteiinien denaturointi johtaa kuitenkin niiden sekundäärirakenteen tuhoutumiseen, mutta jättää primaarirakenteen (eri aminohappojen yhteenkytkennän) muuttumattomana.
Proteiinit ottavat tertiäärisen rakenteen, kun niiden ketju, vaikka se on edelleen joustava toissijaisen rakenteen taittumisesta huolimatta, taittuu niin, että muodostuu vääntynyt kolmiulotteinen järjestely kiinteän rungon muodossa. Disulfidisidokset, jotka voidaan muodostaa molekyylin hajallaan olevan kysteiinin -SH: n välille, ovat pääasiassa vastuussa tertiäärisestä rakenteesta.
Kvaternaarinen rakenne taas kilpailee vain kahden tai useamman alayksikön muodostamien proteiinien osalta. Esimerkiksi hemoglobiini koostuu kahdesta proteiiniparista (eli kaikissa neljässä proteiiniketjussa), jotka sijaitsevat tetraedronin pisteissä siten, että ne muodostavat pallomaisen rakenteen; neljä proteiiniketjua pitävät yhdessä ionivoimat eivätkä kovalenttiset sidokset.
Toinen esimerkki kvaternäärisestä rakenteesta on insuliinin, joka näyttää koostuvan kuudesta proteiinialayksiköstä, jotka on järjestetty pareittain kolmion keskipisteisiin, joiden keskellä on kaksi sinkkiatomia, joukossa.
PROTEIINIT: ne ovat proteiineja, joilla on tietty jäykkyys ja joiden akseli on paljon pidempi kuin toinen; luonteeltaan runsain kuituinen proteiini on kollageeni (tai kollageeni).
Kuitumainen proteiini voi sisältää useita sekundaarirakenteita: a-heliksin, p-esitteen ja kollageenin tapauksessa kolminkertaisen heliksin; α-helix on kaikkein stabiilin rakenne, jota seuraa β-esite, kun taas vähiten stabiili kolmesta on kolminkertainen heliksi.
α-heliksin
Potkurin sanotaan olevan oikeanpuoleinen, jos pääluukun jälkeen (suuntautunut alhaalta ylöspäin) suoritetaan samanlainen ruuvi kuin oikeanpuoleinen ruuvi; kun potkuri on vasemmasta kädestä, jos liike on analoginen vasenkätisen ruuvin ruuvitukseen. Oikeanpuoleisissa a-helikseissä aminohappojen -R- substituentit ovat kohtisuorassa proteiinin pääakseliin ja kasvot ulospäin, kun taas vasemmassa kädessä a-heliksit substituentit -R ovat sisäänpäin. Oikeanpuoleiset a-heliksit ovat vakaampia kuin vasemman käden, koska säiliöiden -R välillä on vähemmän vuorovaikutusta ja vähemmän steeristä estettä. Kaikki proteiineissa havaitut a-heliksit ovat dekstrogeenisiä.
A-heliksin rakenne stabiloidaan vety- sidoksilla (vetyylit), jotka muodostuvat kunkin aminohapon karboksyyliryhmän (-C = O) ja aminoryhmän (-NH) välillä, joka on neljä tähteitä myöhemmin lineaarinen sekvenssi.
Esimerkki proteiinista, jolla on a-heliksirakenne, on hiusten keratiini.
β-arkki
P-esitteessä voidaan muodostaa vety- sidoksia eri, mutta rinnakkaisiin polypeptidiketjuihin kuuluvien aminohappojen välillä tai saman proteiinin aminohappojen välillä, jotka ovat jopa numeerisesti kaukana toisistaan, mutta virtaavat antiparalleettisissa suunnissa. Vedyn sidokset ovat kuitenkin heikompia kuin ne, jotka stabiloivat a-heliksin muotoa.
Esimerkki p-esitteiden rakenteesta on silkkifibriini (se löytyy myös hämähäkiverkoista).
Laajentamalla a-heliksirakennetta suoritetaan siirtyminen a-heliksistä p-esitteeseen; myös lämpö tai mekaaninen rasitus mahdollistavat a-heliksirakenteen siirtymisen P-levyn rakenteeseen.
Tavallisesti proteiinissa p-esite- rakenteet ovat lähellä toisiaan, koska proteiinin osien väliset vetysidokset voidaan muodostaa.
Kuitumaisissa proteiineissa suurin osa proteiinirakenteesta on järjestetty a-heliksiksi tai β-esitteeksi.
GLOBULAR PROTEINS: niillä on lähes pallomainen tilarakenne (johtuen monista muutoksista polypeptidiketjun suunnassa); jotkut osuudet voidaan jäljittää a-heliksin tai p-esitteen rakenteeseen ja muut osat eivät sen sijaan johtuisi näistä muodoista: järjestely ei ole satunnainen, vaan järjestetty ja toistuva.
Tähän mennessä mainitut proteiinit ovat täysin homogeenisen koostumuksen aineita, eli yhdistettyjen aminohappojen puhtaita sekvenssejä; näitä proteiineja kutsutaan yksinkertaisiksi ; on proteiineista koostuvia proteiineja ja ei-proteiiniosaa (eturauhasryhmä), joita kutsutaan konjugoiduiksi proteiineiksi.
kollageeni
Se on luonteeltaan runsain proteiini: se esiintyy luiden, kynsien, sarveiskalvon ja silmän linssin välissä joidenkin elinten (esim. Maksa) välitilojen välissä.
Sen rakenne antaa sille erityisiä mekaanisia ominaisuuksia; sillä on suuri mekaaninen kestävyys, joka liittyy korkeaan elastisuuteen (esim. jänteisiin) tai korkeaan jäykkyyteen (esim. luut) riippuen siitä, mitä toimintoa se tarvitsee.
Yksi kollageenin mielenkiintoisimmista ominaisuuksista on sen konstitutiivinen yksinkertaisuus: se muodostuu noin 30% proliinilla ja noin 30% glysiinillä ; muut 18 aminohappoa on jaettava vain loput 40% proteiinirakenteesta. Kollageenin aminohapposekvenssi on huomattavan säännöllinen: jokainen kolmas jäännös, kolmas on glysiini.
Proliini on syklinen aminohappo, jossa R- ryhmä sitoutuu a-aminohappoon ja tämä antaa sille tiettyä jäykkyyttä.
Lopullinen rakenne on toistuva ketju, jolla on heliksin muoto; kollageeniketjussa ei ole vety- sidoksia. Kollageeni on vasemmanpuoleinen kierre, jonka vaihe (pituus vastaa kierteen kierrosta) on suurempi kuin a-heliksin; kollageenin kierre on niin löysä, että kolme proteiiniketjua kykenevät käärimään niiden välille muodostaen yhden köyden: kolminkertaisen heliksirakenteen.
Kollageenin kolminkertainen kierre on kuitenkin vähemmän stabiili kuin sekä a-heliksirakenne että P-esitteen rakenne.
Katsotaanpa nyt mekanismia, jolla kollageeni tuotetaan ; Tarkastellaan esimerkiksi verisuonen repeämää: tähän repeämiseen liittyy lukuisia signaaleja astian sulkemiseksi, jolloin muodostuu hyytymä. Koagulointi vaatii vähintään kolmekymmentä erikoisentsyymiä. Hyytymän jälkeen on välttämätöntä jatkaa kudoksen korjaamista; haavan lähellä olevat solut tuottavat myös kollageenia. Tätä varten ensin indusoidaan geenin ilmentyminen, eli geenin tiedosta lähtevät organismit pystyvät tuottamaan proteiinia (geneettinen informaatio transkriboidaan mRNA: sta, joka on peräisin ydin ja saavuttaa sytoplasmassa olevat ribosomit, joissa geneettinen informaatio muunnetaan proteiiniksi). Sitten kollageeni syntetisoidaan ribosomeihin (se näkyy vasemman käden helixinä, joka koostuu noin 1200 aminohaposta ja jonka molekyylipaino on noin 150000 d), ja sitten se kerääntyy lumeeneihin, joissa siitä tulee substraatti entsyymeille, jotka kykenevät tekemään jälkimuutoksia -traditional (mRNA: n kääntämät kielen muunnokset); kollageenissa nämä modifikaatiot koostuvat joidenkin sivuketjujen, erityisesti proliinin ja lysiinin, hapetuksesta.
Näihin muutoksiin johtavien entsyymien epäonnistuminen aiheuttaa huijausta: se on sairaus, joka aiheuttaa aluksi verisuonten repeämisen, hampaiden repeämisen, jota voi seurata sisäinen verenvuoto ja kuolema; se voi johtua pitkäikäisen ruoan jatkuvasta käytöstä.
Tämän jälkeen muiden entsyymien vaikutuksesta tapahtuu muita modifikaatioita, jotka koostuvat proliinin ja lysiinin hydroksyyliryhmien glykosidoinnista (sokeri sitoutuu happiin OH: lla); nämä entsyymit löytyvät muista alueista kuin luumenista, joten kun proteiinia muutetaan, se kulkeutuu endoplasmisen reticulumin sisälle päätyäkseen säkkeihin (vesikkeleihin), jotka sulkeutuvat itsestään ja irtoavat hilasta: niiden sisällä on sisäpuoli. glykosidoitu pro-kollageenimonomeeri; jälkimmäinen saavuttaa Golgin laitteen, jossa tietyt entsyymit tunnistavat glykosidoidun pro-kollageenin karboksiosassa olevan kysteiinin ja aiheuttavat eri ketjujen lähestyvän toisiaan ja muodostavat disulfidisiltoja: kolme pro-ketjua glykosidoitu kollageeni, joka on kytketty toisiinsa, ja tämä on lähtökohta, jonka kautta kolme ketjua, jotka kulkeutuvat keskenään, synnyttävät spontaanisti kolminkertaisen heliksin. Kolme glysidoksidoitua pro-kollageeniketjua, jotka ovat yhteydessä toisiinsa, sitten vesikkeli, joka tukahduttaa itsensä, irtoaa itsestään Golgin laitteesta ja kuljettaa kolme ketjua kohti solun kehää, jossa plasman kalvon kanssa tapahtuvan fuusion kautta trimetro poistetaan solusta.
Ylimääräisessä solutilassa on tiettyjä entsyymejä, pro-kollageenipeptidaaseja, jotka poistuvat solusta poistetuista lajeista, kolme fragmenttia (yksi kutakin helixiä kohti), joista kukin on 300 aminohappoa, karboksiterminaalin puolella ja kolme fragmenttia (yksi kullekin helixille) ja kolme fragmenttia (yksi kutakin helix), joka on noin 100 aminohappoa, aminoterminaalisesta osasta: kolminkertainen heliksi jää, joka koostuu noin 800 aminohaposta heliiksi, joka tunnetaan nimellä tropocollagen .
Tropokollageenin ulkonäkö on melko jäykkä; eri trimeerit liittyvät kovalenttisiin sidoksiin suurempien rakenteiden aikaansaamiseksi: mikrofibrillit . Mikrofibrileissä eri trimerit on järjestetty porrastetusti; niin monet mikrofibrillit ovat tropokollageenikimpuja.
Luuissa kollageenikuitujen joukossa on interstitiaalisia tiloja, joissa kalsium- ja magnesiumsulfaatit ja fosfaatit ovat kerrostuneet: nämä suolat kattavat myös kaikki kuidut; tämä tekee luista jäykkiä.
Jännitteissä interstitiaaliset tilat ovat vähemmän kiteisiä kuin luut, kun taas pienempiä proteiineja on läsnä verrattuna tropokollageeniin: tämä antaa jänteille joustavuuden.
Osteoporoosi on kalsiumin ja magnesiumin puutteen aiheuttama sairaus, joka tekee mahdottomaksi korjata suoloja tropokollageenikuitujen interstitiaalisilla alueilla.
