Pohled na chemii
Proteiny mohou být umístěny na prvním místě v "biologickém světě", protože vzhledem k jejich mnoha funkcím by bez nich nebyl život.
Elementární analýza proteinů dává následující průměrné hodnoty: 55% uhlíku, 7% vodíku a 16% dusíku; je jasné, že se proteiny navzájem liší, ale jejich průměrné elementární složení se odchyluje od výše uvedených hodnot.
Ústavně jsou proteiny makromolekuly vytvořené z přirozených a-aminokyselin; Aminokyseliny se spojují prostřednictvím amidové vazby, která je vytvořena reakcí mezi aminoskupinou a-aminokyseliny a karboxylem jiné a-aminokyseliny. Tato vazba (-CO-NH-) se také nazývá peptidová vazba, protože váže peptidy (aminokyseliny v kombinaci):
získaný je dipeptid, protože je tvořen dvěma aminokyselinami. Vzhledem k tomu, že dipeptid obsahuje na jednom konci volnou aminoskupinu (NH2) a karboxylovou skupinu (COOH), může reagovat s jednou nebo více aminokyselinami a natáhnout řetěz jak zprava, tak zleva, se stejnou reakcí uvedenou výše.
Posloupnost reakcí (které v žádném případě nejsou tak jednoduché) může pokračovat donekonečna: dokud neexistuje polymer nazývaný polypeptid nebo protein . Rozdíl mezi peptidy a proteiny je spojen s molekulovou hmotností: obvykle pro molekulové hmotnosti vyšší než 10 000 se nazývá protein.
Spojení aminokyselin s cílem získat i malé proteiny je obtížná operace, i když v poslední době byl vyvinut automatický způsob výroby proteinů z aminokyselin, který poskytuje vynikající výsledky.
Nejjednodušší protein je tedy tvořen 2 aminokyselinami: podle mezinárodní úmluvy začíná uspořádané číslování aminokyselin ve struktuře proteinu od aminokyseliny s volnou a-aminoskupinou.
Proteinová struktura
Molekuly proteinu jsou tvarovány tak, že můžeme vidět až čtyři odlišné organizace: obecně se rozlišují, primární struktura, sekundární, terciární a kvartérní.
Primární a sekundární struktury jsou nezbytné pro proteiny, zatímco terciární a kvarterní struktury jsou "doplňkové" (v tom smyslu, že ne všechny proteiny mohou být vybaveny).
Primární struktura je určena počtem, typem a sekvencí aminokyselin v proteinovém řetězci; je proto nezbytné určit uspořádanou sekvenci aminokyselin, které tvoří protein (aby bylo známo, že to znamená znát přesnou sekvenci bází DNA, která kodifikuje tento protein), která naráží na nezanedbatelné chemické obtíže.
Bylo možné stanovit uspořádanou sekvenci aminokyselin pomocí Edmanovy degradace: protein reaguje s fenylisothiokyanátem (FITC); zpočátku dublet a-amino dusíku napadá fenylisothiokyanát za vzniku thiokarbamylového derivátu; získaný produkt následně cyklizuje za vzniku fluorescenčního derivátu fenyltioidantoinu.
Edman vyvinul stroj nazvaný sekvencer, který automaticky upravuje parametry (čas, reagencie, pH atd.) Pro degradaci a poskytuje primární strukturu proteinů (za to obdržel Nobelovu cenu).
Primární struktura nepostačuje k úplné interpretaci vlastností proteinových molekul; Předpokládá se, že tyto vlastnosti závisí podstatným způsobem na prostorové konfiguraci, kterou molekuly proteinů mají tendenci předpokládat, ohýbání různými způsoby: to znamená, že se předpokládá, co bylo definováno jako sekundární struktura proteinů. Sekundární struktura proteinů je tremolabile, tj. Má tendenci se zlikvidovat v důsledku zahřívání; potom se proteiny denaturují a ztrácejí mnohé své charakteristické vlastnosti. Kromě zahřívání nad 70 ° C může být denaturace také způsobena ozářením nebo působením činidel (například silných kyselin).
Denaturace proteinů tepelným účinkem je pozorována například zahříváním vaječných bílků: je vidět, že ztrácí svůj želatinový vzhled a mění se na nerozpustnou bílou látku. Denaturace proteinů však vede ke zničení jejich sekundární struktury, ale ponechává primární strukturu (zřetězení různých aminokyselin) beze změny.
Proteiny nabírají terciární strukturu, když je jejich řetězec, přestože je ohebný, navzdory ohnutí sekundární struktury, ohýbán tak, aby vytvořil zkroucené trojrozměrné uspořádání ve formě pevného tělesa. Disulfidové vazby, které mohou být vytvořeny mezi cysteinem -SH rozptýleným podél molekuly, jsou zodpovědné zejména za terciární strukturu.
Na druhé straně kvartérní struktura soutěží pouze o proteiny tvořené dvěma nebo více podjednotkami. Hemoglobin se například skládá ze dvou párů proteinů (tj. Ve všech čtyřech proteinových řetězcích) umístěných na vrcholech čtyřstěnu takovým způsobem, aby vznikla struktura kulového tvaru; čtyři proteinové řetězce jsou drženy pohromadě iontovými silami a ne kovalentními vazbami.
Další příklad kvarterní struktury je to inzulínu, který vypadá, že sestává z tolik jako šest bílkovinových podjednotek uspořádaných v párech u vrcholů trojúhelníku u centra kterého dva atomy zinku jsou lokalizovány.
PROTEINY FIBROSE: jsou to proteiny s určitou tuhostí a osou mnohem delší než druhá; nejrozšířenějším vláknitým proteinem v přírodě je kolagen (nebo kolagen).
Vláknitý protein může mít několik sekundárních struktur: α-helix, β-leták a v případě kolagenu trojitá šroubovice; α-šroubovice je nejstabilnější struktura, následovaná β-letáčkem, zatímco nejméně tři stabilní trojice je trojitá šroubovice.
α-helix
Řídí se, že vrtule je pravotočivá, jestliže po hlavní kostře (orientované zdola nahoru) je proveden pohyb podobný šroubování pravotočivého šroubu; zatímco je vrtule levé ruky, pokud je pohyb analogický se šroubováním levotočivého šroubu. V pravé a-šroubovice jsou -R substituenty aminokyselin kolmé k hlavní ose proteinu a směřují ven, zatímco v levé ruce jsou a-helixy substituenty -R orientovány směrem dovnitř. Pravé a-helixy jsou stabilnější než levé ruky, protože mezi nádobami -R je méně interakce a méně sterická překážka. Všechny α-helixy v proteinech jsou dextroginní.
Struktura a-helixu je stabilizována vodíkovými můstky (vodíkovými můstky), která je tvořena mezi karboxylovou skupinou (-C = O) každé aminokyseliny a aminoskupinou (-NH), která je čtyři zbytky později v molekule. lineární posloupnost.
Příkladem proteinu, který má strukturu a-šroubovice, je vlasový keratin.
β-list
Ve struktuře p-letáku mohou být vytvořeny vodíkové vazby mezi aminokyselinami, které patří k různým, ale paralelním polypeptidovým řetězcům, nebo mezi aminokyselinami stejného proteinu, a to i numericky vzdálenými, ale protékajícími v antiparalelních směrech. Vodíkové vazby jsou však slabší než ty, které stabilizují formu a-šroubovice.
Příkladem struktury p-letáku je hedvábný fibrin (nachází se také v pavučinách).
Rozšířením struktury a-šroubovice se provede přechod z a-šroubovice na p-leták; také teplo nebo mechanické napětí dovoluje přejít ze struktury α-šroubovice na strukturu β-listu.
Obvykle jsou v proteinu struktury p-letáků blízko sebe, protože mohou být stanoveny vodíkové vazby mezi částmi proteinu.
Ve vláknitých proteinech je většina proteinové struktury organizována jako a-helix nebo β-leták.
GLOBULÁRNÍ PROTEINY: mají téměř sférickou prostorovou strukturu (díky četným změnám směru polypeptidového řetězce); některé části bytí mohou být vystopovány zpět k struktuře a-šroubovice nebo β-letáku a jiné části nejsou namísto toho přiřazeny těmto formám: uspořádání není náhodné, ale organizované a opakované.
Dosavadní proteiny jsou látky zcela homogenní konstituce: to znamená čisté sekvence kombinovaných aminokyselin; tyto proteiny se nazývají jednoduché ; existují proteiny tvořené proteinovou částí a neproteinovou částí (prostatická skupina) zvanou konjugované proteiny.
kolagen
Je to nejhojnější bílkovina v přírodě: je přítomna v kostech, nehtech, rohovce a očních čočkách, mezi intersticiálními prostory některých orgánů (např. Játra) atd.
Jeho struktura mu dává zvláštní mechanické schopnosti; má velkou mechanickou odolnost spojenou s vysokou elasticitou (např. v šlachách) nebo vysokou tuhostí (např. v kostech) v závislosti na funkci, kterou má provádět.
Jedna z nejvíce zvědavých vlastností kolagenu je jeho konstitutivní jednoduchost: tvoří se asi 30% prolinem a asi 30% glycinem ; dalších 18 aminokyselin musí být rozděleno pouze zbývajících 40% proteinové struktury. Aminokyselinová sekvence kolagenu je pozoruhodně pravidelná: každý třetí zbytek, třetí je glycin.
Prolin je cyklická aminokyselina, ve které se skupina R váže na a-aminoskupinu, což jí dává určitou tuhost.
Konečná struktura je opakující se řetězec, který má tvar šroubovice; v řetězci kolagenu chybí vodíkové vazby. Kolagen je levá šroubovice s krokem (délkou odpovídající otáčce spirály) větší než a-šroubovice; spirála kolagenu je tak volná, že tři proteinové řetězce jsou schopny zabalit mezi sebou a vytvořit tak jediné lano: strukturu trojité šroubovice.
Trojitá spirála kolagenu je však méně stabilní než struktura α-helixu a struktura p-letáku.
Podívejme se nyní na mechanismus, kterým vzniká kolagen ; zvážit například prasknutí krevní cévy: toto prasknutí je doprovázeno nesčetnými signály, aby se nádoba uzavřela, čímž se vytvoří sraženina. Koagulace vyžaduje nejméně třicet specializovaných enzymů. Po sraženině je nutné pokračovat v opravě tkáně; buňky v blízkosti rány také produkují kolagen. Za tímto účelem je nejprve indukována exprese genu, to znamená, že organismy, které začínají z informace genu, jsou schopny produkovat protein (genetická informace je transkribována na mRNA, která pochází z mRNA). jádro a dosáhne ribozomů v cytoplazmě, kde je genetická informace přeložena do proteinu). Pak je kolagen syntetizován v ribozomech (vypadá jako spirála levé ruky složená z asi 1200 aminokyselin a mající molekulovou hmotnost asi 150000 d) a pak se hromadí v lumenech, kde se stává substrátem pro enzymy schopné provádět postmoderní modifikace. -tradiční (jazykové modifikace překládané mRNA); v kolagenu tyto modifikace spočívají v oxidaci některých postranních řetězců, zejména prolinu a lysinu.
Selhání enzymů, které vedou k těmto modifikacím, způsobuje kurděje: jedná se o onemocnění, které způsobuje zpočátku prasknutí krevních cév, prasknutí zubů, po němž může následovat interintestinální krvácení a smrt; může to být způsobeno nepřetržitým používáním potravin s dlouhou životností.
Následně, působením jiných enzymů, nastanou další modifikace, které spočívají v glykosidaci hydroxylových skupin prolinu a lysinu (cukr je vázán na kyslík pomocí OH); tyto enzymy se nacházejí v jiných oblastech než lumen, ačkoliv protein prochází modifikacemi, migruje uvnitř endoplazmatického retikula, aby skončil v pytlích (vesikulách), které se na sebe zavírají a oddělují se od mřížky: uvnitř jsou obsaženy glykosidovaný prokogenový monomer; druhá dosahuje Golgiho aparátu, kde jednotlivé enzymy rozpoznávají cystein přítomný v karboxylové části glykosidovaného prokolagenu a způsobují, že se různé řetězce vzájemně přibližují a tvoří disulfidové můstky: tři řetězce pro glykosidovaný kolagen spojený dohromady a to je výchozí bod, z něhož tři řetězce, prostupující, pak spontánně vedou ke vzniku trojité šroubovice. Tři glycidoxidované pro-kolagenové řetězce navazují na sebe navzájem, pak na vezikulu, které se samo od sebe odděluje od Golgiho aparátu a transportuje tři řetězce směrem k periferii buňky, kde přes fúzi s plazmatickou membránou dochází trimetro je vyloučeno z buňky.
V extracelulárním prostoru existují specifické enzymy, pro-kolagenové peptidázy, které odstraňují z druhů vyloučených z buňky, tři fragmenty (jeden pro každou spirálu) o 300 aminokyselinách, každý na karboxylovém konci a tři fragmenty (jeden pro každý helix) asi 100 aminokyselin, každý z amino-terminální části: trojitá spirála zůstává, sestávající z přibližně 800 aminokyselin pro helix známý jako tropokolagen .
Tropokolagen má vzhled poměrně tuhé tyčinky; různé trimery jsou spojeny s kovalentními vazbami, aby poskytly větší struktury: mikrofibrily . V mikrofibrilách jsou různé trimry uspořádány střídavě; tolik mikrofibril jsou svazky tropokolagenu.
V kostech, mezi kolagenními vlákny, jsou intersticiální prostory, ve kterých jsou uloženy sírany vápenaté a hořečnaté a fosfáty: tyto soli také pokrývají všechna vlákna; toto dělá kosti tuhý.
Ve šlachách jsou intersticiální prostory méně bohaté na krystaly než kosti, zatímco menší proteiny jsou přítomny ve srovnání s tropokolagenem: to dává šlachám pružnost.
Osteoporóza je onemocnění způsobené nedostatkem vápníku a hořčíku, které znemožňuje fixaci solí v intersticiálních oblastech tropokolagenových vláken.
