Et kig på kemi
Proteiner kan placeres i første omgang i den "biologiske verden", da der i betragtning af deres mange funktioner ikke ville være noget liv uden dem.
Elementær analyse af proteiner giver følgende gennemsnitlige værdier: 55% carbon, 7% hydrogen og 16% nitrogen; Det er klart, at proteiner afviger fra hinanden, men deres gennemsnitlige elementære sammensætning afviger lidt fra de ovenfor angivne værdier.
Konstitutionelt er proteiner makromolekyler dannet ud fra naturlige a-aminosyrer; Aminosyrerne kombineres gennem amidbindingen, som er etableret ved reaktion mellem en aminogruppe af en a-aminosyre og carboxylen af en anden a-aminosyre. Denne binding (-CO-NH-) kaldes også peptidbinding, fordi den binder peptider (aminosyrer i kombination):
den opnåede er et dipeptid, fordi det dannes af to aminosyrer. Da et dipeptid indeholder en fri aminogruppe i den ene ende (NH2) og en carboxyl på den anden (COOH), kan den reagere med en eller flere aminosyrer og strække kæden både fra højre og venstre med samme reaktion set ovenfor.
Reaktionssekvensen (som i hvert fald ikke er så simpel) kan fortsætte på ubestemt tid: indtil der er en polymer, der hedder polypeptid eller protein . Sondringen mellem peptider og proteiner er forbundet med molekylvægt: normalt for molekylvægte større end 10.000 hedder det protein.
At binde sammen aminosyrer for at opnå lige små proteiner er en vanskelig operation, men for nylig er der udviklet en automatisk metode til fremstilling af proteiner fra aminosyrer, der giver fremragende resultater.
Det simpleste protein består derfor af 2 aminosyrer: Ved international konvention starter den ordnede nummerering af aminosyrer i en proteinstruktur fra aminosyren med den frie a-aminogruppe.
Proteinstruktur
Proteinmolekylerne er formet således, at vi kan se op til fire forskellige organisationer: De er generelt kendetegnet, en primær struktur, en sekundær, en tertiær og en kvaternær.
Primær- og sekundære strukturer er essentielle for proteiner, mens tertiære og kvaternære strukturer er "tilbehør" (i den forstand at ikke alle proteiner kan udstyres med dem).
Den primære struktur bestemmes af antallet, typen og sekvensen af aminosyrer i proteinkæden; Det er derfor nødvendigt at bestemme den ordnede sekvens af de aminosyrer, der udgør proteinet (for at vide dette betyder at kende den nøjagtige rækkefølge af DNA-baser, der kodificerer for dette protein), som møder ikke-ubetydelige kemiske vanskeligheder.
Det var muligt at bestemme den ordnede sekvens af aminosyrer ved Edman nedbrydning: proteinet reageres med phenylisothiocyanat (FITC); i begyndelsen angriber dubleten af a-aminokvælter phenylisothiocyanatet, der danner thiocarbamylderivatet; efterfølgende cykliserer det opnåede produkt, hvilket giver phenylthioidantoinderivatet, som er fluorescerende.
Edman har udtænkt en maskine kaldet sequencer, der automatisk justerer parametrene (tid, reagenser, pH osv.) For nedbrydning og tilvejebringer den primære struktur af proteiner (for dette modtog han Nobelprisen).
Den primære struktur er ikke tilstrækkelig til fuldstændigt at fortolke proteinmolekylernes egenskaber; Det antages, at disse egenskaber afhænger på en væsentlig måde på den rumlige konfiguration, som molekylerne af proteiner har tendens til at antage, bøjning på forskellige måder: det er at antage, hvad der er defineret som en sekundær struktur af proteiner. Den sekundære struktur af proteiner er tremolabile, dvs. det har tendens til at kassere på grund af opvarmning; så denatureres proteinerne og mister mange af deres karakteristiske egenskaber. Ud over opvarmning over 70 ° C kan denaturering også skyldes bestråling eller ved virkningen af reagenser (for eksempel stærke syrer).
Denaturering af proteiner ved termisk effekt observeres, for eksempel ved opvarmning af æggehviderne: det ses at miste dets gelatineagtige udseende og omdanne til et uopløseligt hvidt stof. Imidlertid fører denaturering af proteinerne til ødelæggelsen af deres sekundære struktur, men efterlader den primære struktur (sammenkædningen af de forskellige aminosyrer) uændret.
Proteiner tager den tertiære struktur op, når deres kæde, mens de stadig er fleksible trods foldningen af den sekundære struktur, folder sig op for at skabe et snoet tredimensionalt arrangement i form af en solid krop. Disulfidbindingerne, som kan etableres mellem cystein -SH spredt langs molekylet, er primært ansvarlige for den tertiære struktur.
Den kvaternære struktur på den anden side konkurrerer kun om proteiner dannet af to eller flere underenheder. Hemoglobin består for eksempel af to par proteiner (det vil sige i alle fire proteinkæder), der er placeret ved en tetrahedrons hjørner på en sådan måde, at der opstår en struktur med sfærisk form; de fire proteinkæder holdes sammen ved ioniske kræfter og ikke ved kovalente bindinger.
Et andet eksempel på en kvaternær struktur er insulininspektionen, som synes at bestå af så mange som seks proteinunderenheder arrangeret parvis i en trekants hjørner i midten af hvilke to zinkatomer er placeret.
PROTEINSFIBROSE: de er proteiner med en vis stivhed og har en akse langt længere end den anden; det mest almindelige fibrøse protein i naturen er kollagen (eller kollagen).
Et fibrøst protein kan tage adskillige sekundære strukturer: a-helix, p-leaflet og, i tilfælde af kollagen, triple helix; a-helix er den mest stabile struktur efterfulgt af p-pjecen, mens de mindst stabile af de tre er den tredobbelte helix.
α-helix
Propellen hævdes at være højrehåndet, hvis der efter hovedskeletet (orienteret fra bunden opad) udføres en bevægelse svarende til skruen på en højrehåndsskrue; mens propellen er af venstre hånd, hvis bevægelsen er analog med skruen på en venstrehåndskrue. I højre a-helikser er -R- substituenterne i aminosyrerne vinkelret på proteinets hovedakse og vender udad, mens i venstre hånd a-helikser substituenterne -R indad. Højre a-helixer er mere stabile end venstrefløjen, fordi mellem vats -R er der mindre interaktion og mindre sterisk hindring. Alle a-helixer, der findes i proteiner, er dextroginøse.
Strukturen af a-helix stabiliseres af hydrogenbindinger (hydrogenbroer), som dannes mellem carboxylgruppen (-C = O) af hver aminosyre og aminogruppen (-NH), som er fire rester senere i lineær sekvens.
Et eksempel på et protein med en a-helixstruktur er hårkeratin.
β-sheet
I β-foldere kan hydrogenbindinger dannes mellem aminosyrer, der tilhører forskellige, men parallelle polypeptidkæder eller mellem aminosyrer af det samme protein selv numerisk fjernt fra hinanden, men strømmer i antiparallelle retninger. Brintbindinger er imidlertid svagere end dem, som stabiliserer a-helixformen.
Et eksempel på en β-folder struktur er silkefibrin (det findes også i spindelvæv).
Ved udvidelse af a-helixstrukturen udføres overgangen fra a-helix til p-leaflet; også varmen eller den mekaniske stress tillader at passere fra a-helixstrukturen til β-arkstrukturen.
Normalt er β-foldere i et protein tæt på hinanden, fordi hydrogenbindinger mellem proteinpartierne kan etableres.
I fibrøse proteiner er størstedelen af proteinstrukturen organiseret som a-helix eller p-leaflet.
GLOBULÆRE PROTEINER: De har en næsten sfærisk rumlig struktur (på grund af de mange ændringer i retningen af polypeptidkæden); nogle dele af væsen kan spores tilbage til en a-helix eller β-folder struktur og andre dele er ikke i stedet henførbare til disse former: arrangementet er ikke tilfældigt men organiseret og gentagende.
De proteiner, der er omtalt hidtil, er stoffer med en fuldstændig homogen forfatning: det vil sige rene sekvenser af kombinerede aminosyrer; disse proteiner kaldes simple ; der er proteiner bestående af en protein del og en ikke-protein del (prostata gruppe) kaldet konjugerede proteiner.
Collagen
Det er det mest almindelige protein i naturen: Det er til stede i knogler, negle, hornhinde og linsen i øjet, mellem de mellemliggende områder i nogle organer (f.eks. Lever) osv.
Dens struktur giver det særlige mekaniske evner; Den har stor mekanisk modstand forbundet med høj elasticitet (fx i sener) eller høj stivhed (fx i knoglerne) afhængigt af den funktion, den skal udføre.
En af de mest nysgerrige egenskaber ved kollagen er dens konstitutive enkelhed: den dannes for ca. 30% af prolin og ca. 30% ved glycin ; de øvrige 18 aminosyrer må kun opdeles i de resterende 40% af proteinstrukturen. Aminosyresekvensen af kollagen er bemærkelsesværdigt regelmæssig: hver tredje rest, den tredje er glycin.
Prolin er en cyklisk aminosyre, hvori R- gruppen binder til a-aminokvælstof, og dette giver den en vis stivhed.
Den endelige struktur er en gentagen kæde, der har formen af en spiral; inden for kollagenkæden er hydrogenbindinger fraværende. Kollagen er en venstre helix med et trin (længde svarende til en spiralrevolution) større end a-helixen; Kollagenens helix er så løs, at tre proteinkæder er i stand til at pakke mellem dem, der danner et enkelt reb: tredobbelt spiralstruktur.
Den tredobbelte helix af collagen er imidlertid mindre stabil end både a-helixstrukturen og p-folderstrukturen.
Lad os nu se den mekanisme, hvormed kollagen produceres ; overveje for eksempel brud på et blodkar: dette brud ledsages af et utal af signaler for at lukke beholderen og derved danne koaguleringen. Koagulation kræver mindst 30 specialiserede enzymer. Efter blodproppen er det nødvendigt at fortsætte med reparationen af vævet; cellerne tæt på såret producerer også kollagen. For at gøre dette er først induktionen af et gen induceret, det vil sige, organismer, der starter fra informationen af et gen, er i stand til at producere proteinet (genetisk information transkriberes på mRNA'et, der kommer fra kerne og når ribosomerne i cytoplasmaet, hvor den genetiske information er translateret til protein). Derefter syntetiseres collagenet i ribosomerne (det fremgår som en venstrehelikix sammensat af ca. 1200 aminosyrer og har en molekylvægt på ca. 150000 d) og akkumuleres derefter i lumenene, hvor det bliver substrat for enzymer, der er i stand til at lave postmodifikationer -raditionelle (sprogmodifikationer oversat af mRNA); i kollagen består disse modifikationer af oxidationen af nogle sidekæder, især prolin og lysin.
Fejlene i de enzymer, der fører til disse ændringer, forårsager skørbugt: det er en sygdom, der i første omgang forårsager brud på blodkar, brud på tænderne, som kan følges af tarmblødning og død; det kan skyldes den kontinuerlige brug af lang levetid mad.
Efterfølgende sker der ved andre enzymers virkning andre modifikationer, der består i glycosidationen af hydroxylgrupperne af prolin og lysin (et sukker er bundet til oxygen ved OH); disse enzymer findes i andre områder end lumen derfor, mens proteinet undergår ændringer, det migrerer inde i endoplasmatisk retikulum til ende i sager (vesikler), der tætter sig på sig selv og løsner fra gitteret: inde er de indeholdt den glycosiderede pro-collagenmonomer; sidstnævnte når Golgi-apparatet, hvor bestemte enzymer genkender cystein til stede i carboxydelen af det glycosiderede pro-collagen og forårsager, at de forskellige kæder nærmer sig hinanden og danner disulfidbroer: tre kæder af pro glykosideret collagen forbundet sammen, og dette er udgangspunktet for hvilket de tre kæder, der interpenetrerer, derefter spontant giver anledning til den tredobbelte helix. De tre glycidoxiderede pro-collagenkæder, der er bundet til hinanden, når, når en vesikel, som kvælning på sig selv, løsner sig fra Golgi-apparatet, transporterer de tre kæder mod cellens periferi, hvor der ved fusion med plasmamembranen trimetro udvises fra cellen.
I det ekstra cellulære rum er der specielle enzymer, som pro-collagenpeptidaserne, som fjerner fra arten, der udvises fra cellen, tre fragmenter (en for hver helix) på 300 aminosyrer hver på den carboxyterminale side og tre fragmenter (en for hver helix) på ca. 100 aminosyrer hver, fra den aminoterminale del: en triple helix forbliver bestående af ca. 800 aminosyrer til helixen kendt som tropocollagen .
Tropokollagen har udseendet af en ret stiv stok; de forskellige trimerer er forbundet med kovalente bindinger for at give større strukturer: mikrofibrillerne . I mikrofibrillerne arrangeres de forskellige trimerer på en forskudt måde; så mange mikrofibriller er tropocollagenbundler.
I knoglerne er der blandt de kollagenfibre interstitielle rum, hvor calcium- og magnesiumsulfater og fosfater deponeres: disse salte dækker også alle fibre; dette gør knoglerne stive.
I senerne er de interstitielle rum mindre rige i krystaller end knoglerne, mens mindre proteiner er til stede i forhold til tropokollagen: dette giver elastik til senerne.
Osteoporose er en sygdom forårsaget af mangel på calcium og magnesium, hvilket gør det umuligt at reparere salte i de interstitielle områder af tropocollagenfibre.
