Elementarna analiza proteina daje sljedeće prosječne vrijednosti: 55% ugljika, 7% vodika i 16% dušika; jasno je da se proteini međusobno razlikuju, ali se njihov prosječni elementarni sastav malo razlikuje od gore navedenih vrijednosti .
Ustavno, proteini su makromolekule nastale od prirodnih α-aminokiselina; aminokiseline se spajaju putem amidne veze koja se uspostavlja reakcijom između amino skupine a-aminokiseline i karboksila druge a-aminokiseline.
Ova se veza (-CO-NH-) naziva i peptidna veza jer veže peptide (aminokiseline u kombinaciji):
dobiveni je dipeptid jer se sastoji od dvije aminokiseline. Budući da dipeptid na jednom kraju sadrži slobodnu amino skupinu (NH2), a na drugom karboksil (COOH), može reagirati s jednom ili više aminokiselina i produžiti lanac s desne i s lijeve strane, s istom reakcijom viđeno gore.
Slijed reakcija (koje, inače, nisu baš tako jednostavne) može se nastaviti unedogled: sve dok ne postoji polimer tzv. polipeptid ili protein. Razlika između peptida i proteina povezana je s molekularnom težinom: obično za molekularne mase veće od 10.000 govorimo o proteinima.
Vezivanje aminokiselina zajedno za dobivanje čak i malih proteina težak je zadatak, iako je nedavno razvijena automatska metoda proizvodnje proteina iz aminokiselina koja daje izvrsne rezultate.
Najjednostavniji protein, dakle, sastoji se od 2 aminokiseline: prema međunarodnoj konvenciji, uređeno numeriranje aminokiselina u strukturi proteina počinje od aminokiseline sa slobodnom a-amino skupinom.
kodiranje ovog proteina) koji nailazi na zanemarive kemijske poteškoće.
Bilo je moguće odrediti redoslijed aminokiselina putem Edmanove razgradnje: protein reagira s fenilizotiocijanatom (FITC); u početku dupli dušik a-amino dušika napada fenilizotiocijanat stvarajući tiokarbamilni derivat; nakon toga, dobiveni produkt se ciklizira dajući derivat feniltiohidantoina koji je fluorescentan.
Edman je osmislio stroj nazvan sekvencer koji automatski prilagođava parametre (vrijeme, reagense, pH itd.) Za razgradnju i osigurava primarnu strukturu proteina (za to je dobio Nobelovu nagradu).
Primarna struktura nije dovoljna za potpuno tumačenje svojstava proteinskih molekula; vjeruje se da ta svojstva na bitan način ovise o prostornoj konfiguraciji koju proteinske molekule nastoje pretpostaviti, presavijajući se na različite načine: to jest, pretpostavljajući ono što je definirano kao sekundarna struktura proteina.
Sekundarna struktura bjelančevina treperi, odnosno zagrijavanjem se nastoji raspasti; tada se proteini denaturiraju, gubeći mnoga svoja karakteristična svojstva. Osim zagrijavanja iznad 70 ° C, do denaturacije može doći i ozračivanjem ili djelovanjem reaktanata (na primjer iz jakih kiselina).
Denaturacija bjelančevina zbog toplinskog učinka opaža se, primjerice, zagrijavanjem bjelanjka: vidi se da gubi želatinozni izgled i pretvara se u netopivu bijelu tvar. Međutim, denaturacija proteina dovodi do uništenja njihove sekundarne strukture, ali ostavlja njihovu primarnu strukturu nepromijenjenom (spajanje različitih aminokiselina).
Bjelančevine poprimaju tercijarnu strukturu kada se njihov lanac, iako još uvijek fleksibilan unatoč savijanju sekundarne strukture, presavije na takav način da nastane iskrivljeni trodimenzionalni raspored u obliku čvrstog tijela. Za tercijarnu strukturu odgovorne su prije svega disulfidne veze koje se mogu uspostaviti između cisteina -SH raspršenog po molekuli.
S druge strane, kvartarna struktura pripada samo proteinima koje tvore dvije ili više podjedinica. Hemoglobin se, na primjer, sastoji od dva para proteina (to jest u sva četiri proteinska lanca) koji se nalaze na vrhovima tetraedra tako da stvaraju sfernu strukturu; četiri lanca proteina drže se zajedno pomoću ionskih sila i nekovalentne veze.
Drugi primjer kvartarne strukture je inzulin, koji se čini da se sastoji od čak šest proteinskih podjedinica raspoređenih u parovima na vrhovima trokuta u čijem su središtu dva atoma cinka.
Vlaknasti proteini
Oni su proteini određene krutosti i s znatno dužom osi od ostalih; vlaknasti protein prisutan u većim količinama u prirodi je kolagen (ili kolagen).
Vlaknasti protein može imati različite sekundarne strukture: α-spiralu, β-ploču i, u slučaju kolagena, trostruku spiralu; α-spirala je najstabilnija struktura, slijedi je β-ploča, dok je najmanje stabilna od tri trostruka spirala.
pravo ako se slijedi glavni kostur (orijentiran odozdo prema gore), pokret sličan uvrtanju desnog vijka; dok je spirala od lijeva ruka ako je kretanje analogno zavrtanju lijevog vijka. U desnim α-spiralama -R supstituenti aminokiselina okomiti su na glavnu os proteina i okrenuti su prema van, dok su u lijevom- ruku a -spirale -R supstituenti okrenuti prema unutra. Desna a-spirala stabilnija je od ljevoruke jer između vati -R c "ima manje interakcije i manje steričke smetnje. Sve a-spirale koje se nalaze u proteinima su dekstrorotalne.
Strukturu α-spirale stabiliziraju vodikove veze (vodikovi mostovi) koje nastaju između karboksilne skupine (-C = O) svake aminokiseline i amino skupine (-NH) koje su kasnije pronađene u četiri ostatka. linearni slijed.
Primjer proteina koji ima strukturu α-spirale je keratin za kosu.
Produženjem strukture α-spirale provodi se prijelaz iz α-spirale u β-ploču; također toplina ili mehaničko naprezanje omogućuju prelazak iz α-spirale u strukturu β-lista.
Obično su u proteinu strukture β-lista bliske jedna drugoj jer se međulančane proteine mogu uspostaviti međulančane vodikove veze.
U vlaknastim proteinima većina proteinske strukture organizirana je u α-spiralu ili β-ploču.
Globularni proteini
Imaju gotovo sferičnu prostornu strukturu (zbog brojnih promjena smjera polipeptidnog lanca); neki dijelovi bića mogu se pratiti unatrag do strukture α-spirale ili β-lista, a drugi dijelovi se ne mogu pripisati tim oblicima: raspored nije slučajan, već je organiziran i ponavlja se.
Dosadašnji proteini tvari su potpuno homogene građe: to jest čiste sekvence kombiniranih aminokiselina; kažu se takvi proteini jednostavan; postoje proteini sastavljeni od proteinskog dijela i ne-proteinskog dijela (skupina prostate) koji se zovu proteini konjugirati.
, u noktima, u rožnici i u leći oka, između međuprostornih prostora nekih organa (npr. jetre) itd.
Njegova struktura daje mu posebne mehaničke sposobnosti; ima veliku mehaničku čvrstoću povezanu s visokom elastičnošću (npr. u tetivama) ili visokom krutošću (npr. u kostima) ovisno o funkciji koju mora obavljati.
Jedno od najzanimljivijih svojstava kolagena je njegova konstitutivna jednostavnost: sastoji se od oko 30% prolina i oko 30% glicina; ostalih 18 aminokiselina samo mora dijeliti preostalih 40% proteinske strukture. Aminokiselinska sekvenca kolagena izuzetno je pravilna: za svaka tri ostatka, treći je glicin.
Prolin je ciklična aminokiselina u kojoj se R skupina veže za α-amino dušik i to joj daje određenu krutost.
Konačna struktura je ponavljajući lanac koji ima oblik "spirale"; unutar lanca kolagena, vodikove veze ne postoje. Kolagen je "spirala lijeve ruke s korakom (duljina koja odgovara jednom zavoju spirale) većom od" α-spirale; spirala kolagena je toliko labava da se tri proteinska lanca mogu omotati jedan oko drugog tvoreći " jedno uže: trostruka spiralna struktura.
Trostruka spirala kolagena manje je stabilna i od α-spirale i od strukture β-lista.
Pogledajmo sada mehanizam kojim se proizvodi kolagen; uzmite u obzir, na primjer, pucanje krvne žile: ovo pucanje prati bezbroj signala s ciljem zatvaranja žile, čime nastaje ugrušak.
Za koagulaciju je potrebno najmanje trideset specijaliziranih enzima. Nakon ugruška potrebno je nastaviti s obnavljanjem tkiva; stanice blizu rane također proizvode kolagen. Da bi se to učinilo, prvo se inducira ekspresija gena, odnosno organizama koji polazeći od informacija o genu mogu proizvesti protein (genetske informacije se prepisuju na mRNA koja napušta jezgru i doseže ribosome u citoplazmi gdje se genetske informacije prevode u protein). Zatim se kolagen sintetizira u ribosomima (izgleda kao lijeva spirala sastavljena od oko 1200 aminokiselina i ima molekulsku masu od oko 150.000 d), a zatim se nakuplja u lumenima gdje postaje supstrat za enzime sposobne za provođenje post-translacijskih modifikacija (modifikacije jezika prevedene s "mRNA"); u kolagenu se te modifikacije sastoje u hidroksilaciji nekih bočnih lanaca, osobito prolina i lizina.
Neuspjeh enzima koji dovode do ovih promjena uzrokuje skorbut: to je bolest koja u početku uzrokuje lomljenje krvnih žila, lom zuba koji može biti praćen međucrijevnim krvarenjima i smrću; može biti uzrokovano stalnom upotrebom dugotrajne hrane.
Nakon toga, zbog djelovanja drugih enzima, dolazi do drugih modifikacija koje se sastoje u glikozidaciji hidroksilnih skupina prolina i lizina (šećer se veže na kisik OH); ti se enzimi nalaze u drugim područjima osim u lumenu, pa protein, podvrgavajući se modifikacijama, migrira unutar endoplazmatskog retikuluma i završava u vrećicama (vezikulama) koje se zatvaraju i odvajaju od retikuluma: unutar njih se nalazi glikozidirani pro -kolagenski monomer; potonji doseže Golgijev aparat gdje određeni enzimi prepoznaju cistein prisutan u karboksi terminalnom dijelu glikozidiranog pro-kolagena i uzrokuju da se različiti lanci međusobno približe i tvore disulfidne mostove: na ovaj način tri lanca glikozidirani pro-kolagen dobivaju povezani zajedno i to je početna točka od koje tri lanca, međusobno prožimajući se, zatim spontano, stvaraju trostruku spiralu. Tri lanca glikoksidiranog pro-kolagena povezana zajedno dosežu, zatim mjehurić koji, gušeći se, odvajajući se od Golgijevog aparata, transportirajući tri lanca prema periferiji ćelije gdje, kroz fuz ion s plazma membranom, trimetar se izbacuje iz stanice.
U ekstra staničnom prostoru postoje posebni enzimi, pro-kolagen peptidaze, koji uklanjaju iz vrste izbačene iz stanice tri fragmenta (po jedan za svaku spiralu) 300 aminokiselina 1 "jedan, s krajnjeg karboksi dijela i tri fragmenti (po jedan za svaku spiralu) od po oko 100 aminokiselina, iz aminoterminalnog dijela: ostaje trojna spirala koja se sastoji od oko 800 aminokiselina po spirali poznatoj kao tropokolagen.
Tropokolagen ima izgled prilično krute šipke; različiti trimeri povezuju se s kovalentnim vezama dajući veće strukture: mikrofibrile. U mikrofibrilima su razni trimeri raspoređeni na razmaknut način; mnogi mikrofibrili čine snopove tropokolagena.
U kostima, između kolagenskih vlakana, postoje intersticijski prostori u kojima se talože sulfati i fosfati kalcija i magnezija: te soli također prekrivaju sva vlakna; zbog toga se kosti ukoče.
U tetivama su međuprostorni prostori manje bogati kristalima nego u kostima, dok su prisutni manji proteini nego u tropokolagenu: to daje tetivama elastičnost.
Osteoporoza je bolest uzrokovana nedostatkom kalcija i magnezija koji onemogućuje fiksiranje soli u međuprostorima vlakana tropokolagena.
