Pogled na kemiju
Proteini se mogu smjestiti na prvo mjesto u "biološkom svijetu" jer, s obzirom na njihove brojne funkcije, bez njih ne bi bilo života.
Elementarna analiza proteina daje sljedeće prosječne vrijednosti: 55% ugljika, 7% vodika i 16% dušika; Jasno je da se proteini međusobno razlikuju, ali njihov prosječni elementni sastav malo odstupa od gore navedenih vrijednosti.
Ustavom, proteini su makromolekule nastale od prirodnih a-aminokiselina; Aminokiseline se kombiniraju preko amidne veze koja je uspostavljena reakcijom između amino skupine a-amino kiseline i karboksila druge a-amino kiseline. Ta se veza (-CO-NH-) također naziva peptidna veza jer veže peptide (aminokiseline u kombinaciji):
dobiveni je dipeptid jer je formiran s dvije aminokiseline. Kako dipeptid sadrži slobodnu amino skupinu na jednom kraju (NH2) i karboksil na drugoj (COOH), on može reagirati s jednom ili više aminokiselina i protezati lanac s desne i lijeve strane, s istom reakcijom kao gore.
Slijed reakcija (koje u svakom slučaju nisu baš jednostavne) može se nastaviti neograničeno: dok se ne pojavi polimer koji se naziva polipeptid ili protein . Razlika između peptida i proteina povezana je s molekularnom težinom: obično se za molekularne težine veće od 10.000 naziva protein.
Vezanje aminokiselina za dobivanje čak i malih proteina je teška operacija, iako je nedavno razvijena automatska metoda za proizvodnju proteina iz aminokiselina koja daje odlične rezultate.
Najjednostavniji protein, dakle, sastoji se od 2 aminokiseline: prema međunarodnoj konvenciji, uređeno numeriranje aminokiselina u proteinskoj strukturi počinje od aminokiseline sa slobodnom a-amino skupinom.
Struktura proteina
Proteinske molekule su oblikovane tako da možemo vidjeti do četiri različite organizacije: one se općenito razlikuju, primarnu strukturu, sekundarnu, tercijarnu i kvartarnu.
Primarne i sekundarne strukture bitne su za proteine, dok su tercijarne i kvartarne strukture "pomoćne" (u smislu da se ne mogu opremiti svi proteini).
Primarna struktura je određena brojem, tipom i slijedom aminokiselina u lancu proteina; stoga je nužno odrediti redoslijed aminokiselina koje sačinjavaju protein (znati to znači znati točan slijed DNA baza koje kodificiraju ovaj protein) koji se susreće s nezanemarivim kemijskim teškoćama.
Moguće je odrediti uređenu sekvencu amino kiselina putem Edmanove degradacije: protein reagira s fenilizotiocijanatom (FITC); u početku dublet α-amino dušika napada fenilizotiocijanat koji formira tiokarbamilni derivat; nakon toga, dobiveni proizvod ciklizira dajući derivat feniltioidantoina koji je fluorescentan.
Edman je osmislio stroj nazvan sekvencer koji automatski podešava parametre (vrijeme, reagensi, pH itd.) Za degradaciju i osigurava primarnu strukturu proteina (za to je dobio Nobelovu nagradu).
Primarna struktura nije dovoljna za potpuno tumačenje svojstava molekula proteina; vjeruje se da ta svojstva ovise, na bitan način, o prostornoj konfiguraciji koju molekule proteina imaju tendenciju pretpostaviti, savijajući se na različite načine: to jest, pretpostavljajući ono što je definirano kao sekundarna struktura proteina. Sekundarna struktura proteina je tremolabilna, tj. Ima tendenciju odbacivanja zbog zagrijavanja; tada su proteini denaturirani, gubeći mnoge od njihovih karakterističnih svojstava. Osim zagrijavanja iznad 70 ° C, denaturacija može biti uzrokovana i zračenjem ili djelovanjem reagensa (na primjer jakih kiselina).
Denaturacija proteina toplinskim učinkom opažena je, na primjer, zagrijavanjem bjelanjka jaja: vidi se gubitak želatinoznog izgleda i pretvaranje u netopljivu bijelu tvar. Međutim, denaturacija proteina dovodi do uništenja njihove sekundarne strukture, ali ostavlja primarnu strukturu (ulančavanje različitih aminokiselina) nepromijenjenu.
Proteini preuzimaju tercijarnu strukturu kada se njihov lanac, dok je još uvijek fleksibilan unatoč preklapanju sekundarne strukture, preklapa tako da stvori uvijen trodimenzionalni raspored u obliku čvrstog tijela. Disulfidne veze koje se mogu uspostaviti između cisteina -SH raspršene duž molekule uglavnom su odgovorne za tercijarnu strukturu.
Kvartarna struktura, s druge strane, natječe se samo za proteine koje tvore dvije ili više podjedinica. Hemoglobin je, na primjer, sastavljen od dva para proteina (to jest, u sva četiri proteinska lanca) koji se nalaze na vrhovima tetraedra tako da daju strukturu sferičnog oblika; četiri proteinska lanca se drže zajedno ionskim silama, a ne kovalentnim vezama.
Drugi primjer kvartarne strukture je onaj inzulina, koji se čini da se sastoji od čak šest proteinskih podjedinica raspoređenih u parove na vrhovima trokuta u središtu od kojih se nalaze dva atoma cinka.
VLAKNA PROTEINA: proteini su određene rigidnosti i imaju osu mnogo dulju od druge; najzastupljeniji vlaknasti protein u prirodi je kolagen (ili kolagen).
Vlaknasti protein može imati nekoliko sekundarnih struktura: α-heliks, β-letak i, u slučaju kolagena, trostruku spiralu; α-heliks je najstabilnija struktura, zatim β-letak, dok je najmanje stabilna trostruka spirala.
α-uzvojnica
Za propeler se kaže da je desno ako se nakon glavnog kostura (orijentiranog od dna prema gore) izvodi pomicanje slično zavrtanju desnog šara; dok je propeler lijeve ruke, ako je kretanje analogno zavrtanju lijevog vijka. U desnim a-helicama -R supstituenti aminokiselina su okomiti na glavnu os proteina i okrenuti prema van, dok su u lijevoj ruci a-heliki supstituenti -R okrenuti prema unutra. Desni a-heliksi su stabilniji od lijeve ruke, jer između posuda -R ima manje interakcije i manje steričke smetnje. Svi α-heliksi pronađeni u proteinima su dekstrinozni.
Struktura a-heliksa stabilizirana je vodikovim vezama (vodikovim mostovima) koje nastaju između karboksilne skupine (-C = O) svake amino kiseline i amino skupine (-NH) koja je četiri ostatka kasnije u linearni slijed.
Primjer proteina koji ima strukturu a-heliksa je keratin za kosu.
β-list
U strukturi β-listića, vodikove veze mogu se formirati između aminokiselina koje pripadaju različitim, ali paralelnim polipeptidnim lancima ili između aminokiselina istog proteina, čak i numerički udaljene jedna od druge, ali teče u antiparalelnim smjerovima. Međutim, vodikove veze su slabije od onih koje stabiliziraju oblik a-heliksa.
Primjer strukture β-letaka je svileni fibrin (također se nalazi u paučini).
Proširivanjem strukture a-heliksa vrši se prijelaz iz α-helixa u β-letak; također toplina ili mehaničko naprezanje dopuštaju prolaz od strukture a-heliksa u strukturu β-ploče.
Obično, u proteinu, strukture β-listića su blizu jedna drugoj jer se mogu uspostaviti vodikove veze između dijelova proteina.
U vlaknastim proteinima većina proteinske strukture je organizirana kao α-helix ili β-letak.
GLOBULARNI PROTEINI: imaju gotovo sferičnu prostornu strukturu (zbog brojnih promjena smjera polipeptidnog lanca); neki dijelovi bića mogu se pratiti natrag do strukture a-heliksa ili β-listića, a drugi dijelovi se ne mogu pripisati tim oblicima: raspored nije slučajan, već organiziran i ponavljajući.
Do sada spomenuti proteini su tvari potpuno homogene konstitucije: to su čiste sekvence kombiniranih aminokiselina; ti se proteini nazivaju jednostavni ; postoje proteini sastavljeni od proteinskog dijela i ne-proteinskog dijela (skupina prostate) koji se nazivaju konjugirani proteini.
kolagen
To je najzastupljeniji protein u prirodi: prisutan je u kostima, noktima, rožnici i leći oka, između intersticijalnih prostora nekih organa (npr. Jetre), itd.
Njegova struktura daje mu posebne mehaničke sposobnosti; ima veliku mehaničku otpornost povezanu s visokom elastičnošću (npr. u tetivama) ili visokom krutošću (npr. u kostima), ovisno o funkciji koju mora obavljati.
Jedno od najneobičnijih svojstava kolagena je njegova konstitutivna jednostavnost: on se stvara oko 30% prolinom i oko 30% glicinom ; ostalih 18 aminokiselina mora se podijeliti samo preostalih 40% proteinske strukture. Aminokiselinski slijed kolagena je iznimno pravilan: svaki treći ostatak, treći je glicin.
Prolin je ciklička aminokiselina u kojoj se R skupina veže na a-amino dušik i to mu daje određenu krutost.
Konačna struktura je repetitivni lanac koji ima oblik spirale; unutar kolagenskog lanca, vodikove veze su odsutne. Kolagen je lijeva spirala s korakom (duljinom koja odgovara okretanju spirale) većoj od α-heliksa; spirala kolagena je toliko labava da tri proteinska lanca mogu omotati između njih formirajući jednu konop: trostruku strukturu spirale.
Trostruka spirala kolagena je, međutim, manje stabilna nego i struktura α-heliksa i struktura β-listića.
Pogledajmo sada mehanizam kojim se proizvodi kolagen ; razmotrite, na primjer, rupturu krvne žile: ova ruptura je popraćena mnoštvom signala kako bi se zatvorila posuda, čime se formira ugrušak. Koagulacija zahtijeva najmanje trideset specijaliziranih enzima. Nakon ugruška potrebno je nastaviti s popravkom tkiva; stanice blizu rane također proizvode kolagen. Da bi se to postiglo, najprije se inducira ekspresija gena, tj. Organizmi koji počinju od informacija o genu mogu proizvesti protein (genetska informacija se transkribira na mRNA koja dolazi iz i dolazi do ribosoma u citoplazmi gdje se genetska informacija prevodi u protein). Zatim se kolagen sintetizira u ribosomima (pojavljuje se kao lijeva spirala sastavljena od oko 1200 aminokiselina i molekulske mase oko 150000 d), a zatim se nakuplja u lumenu gdje postaje supstrat za enzime koji su sposobni napraviti post modifikacije. - tradicionalne (jezične modifikacije prevedene mRNA); u kolagenu, ove modifikacije se sastoje od oksidacije nekih bočnih lanaca, posebno prolina i lizina.
Neuspjeh enzima koji dovode do tih promjena uzrokuje skorbut: to je bolest koja uzrokuje, u početku, rupturu krvnih žila, rupturu zuba koja može biti praćena interintestinalnim krvarenjem i smrću; može biti uzrokovana kontinuiranom upotrebom dugotrajne hrane.
Nakon toga, djelovanjem drugih enzima, javljaju se druge modifikacije koje se sastoje u glikozidaciji hidroksilnih skupina prolina i lizina (šećer je vezan na kisik pomoću OH); ovi se enzimi nalaze u drugim područjima osim lumena, stoga, dok se protein podvrgava modifikacijama, migrira unutar endoplazmatskog retikuluma da bi završio u vrećicama (vezikulama) koje se zatvaraju na sebi i odvajaju se od rešetke: u njima se nalaze glikozidirani pro-kolagenski monomer; potonji dolazi do Golgijevog aparata gdje određeni enzimi prepoznaju cistein prisutan u karboksi dijelu glikozidiranog pro-kolagena i uzrokuju da se različiti lanci približe jedan drugome i tvore disulfidne mostove: tri lanca pro glikozidirani kolagen koji je međusobno povezan i to je polazna točka od koje tri lanca, koja se međusobno prožimaju, zatim, spontano, dovode do trostruke spirale. Tri glicidoksidirana pro-kolagenska lanca povezana su jedan s drugim, zatim mjehurić koji se, gušeći na sebi, odvaja od Golgijevog aparata, prenoseći tri lanca prema periferiji ćelije gdje, kroz fuziju s plazmatskom membranom, trimetro je izbačen iz stanice.
U ekstra-staničnom prostoru postoje određeni enzimi, pro-kolagenske peptidaze, koje uklanjaju iz vrste izbačene iz stanice, tri fragmenta (po jedan za svaki heliks) od po 300 aminokiselina, na strani karboksi terminala i tri fragmenta (po jedan za svaki helix) od oko 100 aminokiselina svaka, od amino-terminalnog dijela: ostatak trostrukog heliksa, koji se sastoji od oko 800 aminokiselina za spiralu poznatu kao tropokolagen .
Tropokolagen ima izgled prilično krutog štapa; različiti trimeri su povezani s kovalentnim vezama kako bi se dobile veće strukture: mikrofibrile . U mikrofibrilima, različiti trimeri su raspoređeni na raspoređen način; toliko mikrofibrila su snopovi tropokolagena.
U kostima, među kolagenskim vlaknima, postoje međuprostorni prostori u kojima se talože kalcijevi i magnezijevi sulfati i fosfati: te soli također pokrivaju sva vlakna; to čini kosti ukočenim.
U tetivama su intersticijalni prostori manje bogati kristalima nego kosti, dok su manji proteini prisutni u usporedbi s tropokolagenom: to daje elastičnost tetivama.
Osteoporoza je bolest uzrokovana nedostatkom kalcija i magnezija, zbog čega je nemoguće fiksirati soli u međuprostorima tropokolagenih vlakana.
