Primárna štruktúra - sekvenciu zlúčeniny aminokyselín v polypeptidovom reťazci. V molekule proteínu so striedaním tuhých (peptidová väzba) a flexibilných (α -uhlíkový atóm) úsekov vzniká kompaktné balenie reťazca v priestore.
Akoboriho metóda je použiť fenylhydrazín... Fenylhydrazín rozbíja peptidové väzby v proteíne a viaže sa na všetky aminokyseliny okrem C-konca. Následná chromatografická analýza umožňuje identifikáciu C -koncovej aminokyseliny v proteíne.
Štúdium primárnej štruktúry je dôležité všeobecný biologický a lekársky význam:
- primárna štruktúra je rozhodujúca pre následné proteínové štruktúry.
- znalosť primárnej štruktúry proteínu je potrebná pre umelú syntézu bielkovín.
- primárna štruktúra určuje druhovú špecifickosť, napríklad v proteínovom inzulíne, zvyčajne v strede molekuly u rôznych druhov zvierat a ľudí, dochádza spravidla k substitúcii za 3 ekvivalentné aminokyseliny.
- zmeny v primárnej štruktúre môžu viesť k mnohým chorobám, napríklad kosáčikovitej anémii, pri ktorej je hemoglobín v β-reťazci v 6. pozícii kyseliny glutámovej nahradený valínom. Táto substitúcia za nerovnakú aminokyselinu vedie k dysfunkcii hemoglobínu a výskytu srpkovitých erytrocytov.
Sekundárna štruktúra - pravidelne sa opakujúca forma skladania polypeptidového reťazca v priestore. Proteíny najčastejšie obsahujú 2 typy sekundárnej štruktúry: α - helix a β - štruktúra.
α - špirála v roku 1951 študoval L. Pauling pomocou röntgenovej difrakčnej metódy. Je to pravotočivá špirálová štruktúra s 3,6 aminokyselinami v jednom otočení. Rozteč špirály (vzdialenosť medzi susednými závitmi) je 0,54 nm. A-Helix je fixovaný vodíkovými väzbami, ktoré sú uzavreté medzi peptidovými väzbami vytvorenými každou 4. aminokyselinou. Sekundárna α - štruktúra spontánne zapadá a je daná primárnou štruktúrou proteínu. Podiel oblastí usporiadaných v špirálovej štruktúre je v rôznych proteínoch odlišný. Napríklad v hemoglobíne prevláda myoglobín, α - štrukturálne balenie, ktoré 4 -krát zmenší veľkosť molekuly proteínu.
β-štruktúra má formu "akordeónu" a je stabilizovaný vodíkovými väzbami medzi vzdialenými časťami jedného polypeptidového reťazca alebo medzi niekoľkými molekulami proteínu. Existujú paralelné β-štruktúry, v ktorých N a C-konce si navzájom zodpovedajú, a antiparalelné štruktúry. Príkladom proteínov, ktoré prevažne obsahujú β -štruktúry, sú imunoglobulíny.
Sekundárna štruktúra sa študuje metódami röntgenovej štrukturálnej analýzy, štúdiom absorpcie ultrafialových lúčov proteínom (čím vyšší je podiel α-štruktúr, tým väčšia je absorpcia).
Sekundárna štruktúra je zničená denaturáciou.
Terciárna štruktúra - s forma skladania polypeptidového reťazca v priestore, špecifická pre každý proteín. Táto štruktúra sa tvorí spontánne a je určená primárnou štruktúrou. Terciárna štruktúra výrazne zvyšuje kompaktnosť proteínu v desiatkach. Na tvorbe terciárnej štruktúry sa podieľajú nekovalentné väzby (hydrofóbne, iónové) a kovalentné (disulfidové) väzby.
Terciárna štruktúra určuje biologickú aktivitu a fyzikálno -chemické vlastnosti bielkovín. Keď je terciárna štruktúra narušená, proteín stráca svoju biologickú aktivitu.
Metódy štúdia terciárnej štruktúry sú röntgenová štruktúrna analýza a stanovenie chemickej aktivity jednotlivých radikálov aminokyselín v proteíne. Terciárnu štruktúru proteínu myoglobínu prvýkrát študoval J. Kendrew (1957). M. Perutz (1959) študoval štruktúru hemoglobínu.
Terciárna štruktúra proteínov zahŕňa a-helikálne, β-skladané štruktúry, β-slučky (v ktorých je polypeptidový reťazec ohnutý o 180 °) a takzvanú neusporiadanú cievku. Inzulínový proteín napríklad obsahuje 57% a - helikálnych oblastí, 6% β - skladaných štruktúr, 10% molekúl je poskladaných vo forme β slučiek a 27% molekúl je neusporiadaná cievka.
Celkový počet primárnych, sekundárnych a terciárnych je konformácia proteínová molekula. Vitálna (natívna) konformácia sa tvorí spontánne a jej tvorba sa nazýva skladanie. Konformácia bielkovín je veľmi nestabilná a vzniká za účasti špeciálnych bielkovín - chaperóny(spoločníci). Chaperóny sú schopné viazať sa na čiastočne denaturované, nestabilné proteíny a obnoviť ich natívnu konformáciu. Chaperóny sú klasifikované podľa molekulovej hmotnosti (60-100 cd.). Najštudovanejšie sú Sh-60, Sh-70 a Sh-90. Napríklad III-70 interaguje s proteínmi bohatými na hydrofóbne radikály a chráni ich pred denaturáciou pri vysokej teplote. Chaperóny vo všeobecnosti skrínujú hlavné proteíny tela, zabraňujú denaturácii a podporujú tvorbu konformácie, uľahčujú transport denaturovaných proteínov do lyzozómov a zúčastňujú sa na procese syntézy bielkovín.
Podľa konformácie sú všetky proteíny rozdelené do troch skupín:
- fibrilárne proteíny: kolagén, elastín, fibroín.
- Globulárne proteíny: hemoglobín, albumín, globulín.
- Zmiešané bielkoviny: myozín.
Terciárna štruktúra je vlastná všetkým proteínom. Kvartérnu štruktúru majú iba oligomérne proteíny, ktoré obsahujú niekoľko podjednotiek, protomérov. Oddelený polypeptidový reťazec sa považuje za protomér a podjednotka je funkčne aktívnou súčasťou oligomérneho proteínu. Podjednotka môže obsahovať jeden alebo niekoľko protomérov.
Kvartérna štruktúra - počet a vzájomné usporiadanie podjednotiek v oligomérnych proteínoch. Kvartérnu štruktúru majú iba oligomérne proteíny, ktoré obsahujú niekoľko podjednotiek, protomérov. Oddelený polypeptidový reťazec sa považuje za protomér a podjednotka je funkčne aktívnou súčasťou oligomérneho proteínu. Podjednotka môže obsahovať jeden protomér alebo viac protomérov.
Na tvorbe kvartérnej štruktúry sa podieľajú krehké nekovalentné väzby (hydrofóbne, iónové, vodíkové). Kvartérna štruktúra bielkovín sa tvorí spontánne a ľahko sa rozruší denaturáciou. Jednotlivé podjednotky v oligomérnom proteíne navzájom interagujú, čo vedie k zmene terciárnej štruktúry jednotlivých protomérov. Tento jav sa nazýva kooperatívne zmeny v konformácii protomérov a je spravidla sprevádzaný zvýšením aktivity proteínu.
Oligomérne proteíny majú v porovnaní s monomérnymi proteínmi množstvo vlastností.
- Majú veľmi kompaktné balenie a relatívne malé rozhranie, preto sú intracelulárne umiestnené a viažu menej vody
- Ich činnosť je v tele regulovaná. Protoméry sú zvyčajne neaktívne, zatiaľ čo oligomérne proteíny sú oveľa aktívnejšie.
- Ak sa protoméry rovnakého typu zúčastňujú na syntéze oligomérneho proteínu, šetrí to genetický materiál (na krátku sekciu DNA je „vyrazených“ niekoľko identických protomérov)
- Funkčne sú viac prispôsobené podmienkam organizmu.
Funkčnosť oligomérnych proteínov je ilustrovaná porovnaním hemoglobínových a myoglobínových proteínov zapojených do transportu kyslíka do tkanív. Erytrocytový hemoglobín je oligomérny proteín, ktorý obsahuje 4 polypeptidové reťazce. Svalový myoglobín je monomérny proteín, ktorý obsahuje 1 polypeptidový reťazec. Krivka nasýtenia kyslíkom pre myoglobín svedčí o jeho priamej závislosti od koncentrácie kyslíka. V prípade hemoglobínu má krivka nasýtenia kyslíkom tvar S. Je to spôsobené postupnou postupnou zmenou štruktúry (konformácie) každého zo 4 protomérov v zložení hemoglobínu, v dôsledku čoho sa afinita hemoglobínu k kyslíku prudko zvyšuje. Tento typ nasýtenia hemoglobínu kyslíkom prudko zvyšuje jeho kapacitu kyslíka v porovnaní s myoglobínom.
Zvláštne postavenie medzi proteínmi zaujíma doménové proteíny .
Domény sú štruktúrne a funkčne oddelené oblasti jedného polypeptidového reťazca. Domény môžu byť zodpovedné za interakciu proteínu s rôznymi látkami - ligandmi (látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, DNA, RNA, polysacharidy atď.) Príkladmi doménových proteínov sú sérový albumín, imunoglobulíny a niektoré enzýmy (pankreatický trypsín).
Vďaka vysokej selektivite bielkovín sa môžu spájať do komplexov, ktoré sa najčastejšie nazývajú polyenzýmové komplexy - ide o štruktúrne asociácie viacerých enzýmov, ktoré katalyzujú jednotlivé fázy zložitého chemického procesu. Príklad: komplex pyruvátdehydrogenázy (PDC) komplex troch typov enzýmov, ktoré katalyzujú oxidáciu kyseliny pyrohroznovej (PVA).
Špecifické spojenie je možné nielen pre jednotlivé proteíny, ale aj pre proteíny s lipidmi (tuky) počas tvorby bunkových membrán, proteíny s nukleovými kyselinami pri tvorbe chromatínu.
Fyzicko- Chemické vlastnosti bielkoviny.
Sú do značnej miery determinované konformáciou molekuly proteínu (primárna - terciárna štruktúra proteínu). V roztokoch sa prejavujú fyzikálnochemické vlastnosti bielkovín.
Rozpustnosť proteíny v rôznych proteínoch sú rôzne.
Rozpustnosť bielkovín je vo všeobecnosti vysoká, ale odlišná pre odlišné typy bielkoviny. Ovplyvňujú to nasledujúce faktory:
- tvar molekuly proteínu (globulárne proteíny sú rozpustnejšie ako fibrilárne proteíny)
- povaha aminokyselinového radikálu proteínu, pomer polárnych nepolárnych radikálov (čím viac polárnych hydrofilných radikálov v proteíne je, tým je jeho rozpustnosť lepšia)
- vlastnosti rozpúšťadla, prítomnosť solí. Nízka koncentrácia solí (KCL, NaCl) niekedy zvyšuje rozpustnosť bielkovín. Napríklad albumíny sú lepšie rozpustné v čistej destilovanej vode, globulíny sa rozpúšťajú iba v prítomnosti 10% solí (KCL, NaCl). Bielkoviny spojivové tkanivo kolagén a elastín nie sú rozpustné vo vode ani vo vode fyziologické roztoky.
Molekulová hmotnosť proteíny sú dostatočne veľké, v rozmedzí od 6 000 do 1 000 000 jednotiek. Napríklad molekulová hmotnosť hemoglobínu je 68 000 jednotiek, albumín je 100 000 jednotiek, ribonukleáza je asi 14 000 jednotiek a myozín je 500 000 jednotiek.
Metódy stanovenia molárnej hmotnosti bielkovín by mali byť šetrné, neničiť molekuly bielkovín. Napríklad ebulioskopická metóda založená na meraní bodu varu roztokov nie je použiteľná na proteíny. Najpresnejšie metódy na stanovenie molekulovej hmotnosti proteínov sú metódy ultracentrifugácie a röntgenovej difrakcie.
Ultracentrifugačná metóda(sedimentácia) je založená na zmene rýchlosti ukladania proteínov s rôznymi molekulovými hmotnosťami, keď sa proteínové roztoky otáčajú vysokou rýchlosťou. Molekulová hmotnosť proteínov zistená touto metódou je označená Švédbergovou jednotkou (S = 10 -13 s.)
Röntgenová difrakčná metóda umožňuje vypočítať molekulovú hmotnosť analyzovaním viacerých röntgenových snímok molekuly proteínu.
Elektroforetická metóda na základe závislosti rýchlosti pohybu proteínov v konštantnom elektrickom poli od molekulovej hmotnosti proteínu (elektroforetická pohyblivosť je vyššia u proteínov s nižšou molekulovou hmotnosťou)
Chromatografická metóda na základe rôznej rýchlosti prechodu rôznych proteínov cez „sitá“ molekulárneho gélu.
Veľké molekuly, ktoré presahujú veľkosť pórov gélu, prechádzajú gélom rýchlejšie ako menšie molekuly proteínu, ktoré sú zadržané vo vnútri zrniek gélu.
Elektrónová mikroskopická metóda sa uskutočňuje porovnaním veľkosti molekuly proteínu s referenčnými vzorkami známej hmotnosti.
Chemické metódy spojené so zvláštnosťami chemického zloženia bielkovín
Tvar molekuly proteínu rôzne. Molekuly bielkovín môžu mať fibrilárny a guľovitý tvar. Fibrilárne proteíny sú vláknité molekuly. Spravidla sú nerozpustné vo vode a v zriedených fyziologických roztokoch. Fibrilárne proteíny zahŕňajú hlavné štrukturálne proteíny spojivového tkaniva: kolagén, keratín, elastín. V globulárnych proteínoch sú polypeptidové reťazce tesne zložené do kompaktných sférických štruktúr. Väčšina globulárnych bielkovín je ľahko rozpustná vo vode a slabých fyziologických roztokoch. Medzi globulárne proteíny patria enzýmy, protilátky, albumíny, hemoglobín. Niektoré proteíny majú strednú formu molekuly a obsahujú vo svojom zložení vláknité aj sférické oblasti. Príkladom takýchto bielkovín je svalový proteín myozín, ktorý je rozpustný vo fyziologických roztokoch.
Veľkosti proteínových molekúl sú v rozsahu od 1 do 100 nm, blízke veľkosti koloidných častíc. Z tohto dôvodu majú proteínové roztoky vlastnosti skutočných aj koloidných roztokov.
Mnoho molekulárnych kinetických vlastností proteínových roztokov je podobných vlastnosti koloidných roztokov .
- Pomalá rýchlosť difúzie proteínov potrebná pre ich metabolizmus.
- Neschopnosť proteínov prechádzať semipermeabilnými membránami. V oddeleniach s vysokou koncentráciou proteínov vzniká nadbytočný hydrostatický tlak v dôsledku jednosmerného pohybu molekúl vody cez semipermeabilnú membránu smerom k vysokej koncentrácii proteínu. Pretlak produkovaný proteínmi sa nazýva onkotický tlak. Je to dôležitý faktor určujúci pohyb vody medzi tkanivami, krvou, črevami.
- Vysoká viskozita bielkovín je dôsledkom rôznych medzimolekulárnych interakcií veľkých proteínových molekúl. Zvýšená viskozita krvi predovšetkým zvyšuje napätie srdcového svalu.
- Niektoré proteíny sú schopné vytvárať gély, čo zvyšuje pevnosť bielkovín (napríklad kolagénu).
Optické vlastnosti bielkovín určené veľkosťou molekúl proteínu, štruktúrou aminokyselinových radikálov v proteínoch, prítomnosťou peptidové väzby a alfa-helikálne oblasti v proteínoch.
- Proteínové roztoky majú efekt lomu svetla (lomu) a rozptylu svetla. Tieto vlastnosti sú dané veľkou veľkosťou molekúl proteínu, úmernými vlnovej dĺžke viditeľnej časti spektra. V tomto prípade sú krátke modré lúče rozptýlené vo väčšej miere ako červené lúče dlhšej vlnovej dĺžky. Stupeň lomu je úmerný koncentrácii roztoku proteínu.
- Proteínové roztoky absorbovať ultrafialové lúče v rozsahu 190-230 nm v dôsledku prítomnosti peptidových väzieb a v rozmedzí 260-280 nm v dôsledku prítomnosti cyklických aminokyselín v proteínoch. Stupeň absorpcie ultrafialového žiarenia je úmerný koncentrácii proteínu v roztoku.
- Proteínové roztoky sú schopné otáčať rovinu polarizovaného svetla,čo je spôsobené optickou aktivitou aminokyselín obsiahnutých v proteíne a prítomnosťou alfa-helikálnych oblastí v ňom. Existuje priamy vzťah medzi polarizáciou svetla a koncentráciou bielkovín v roztoku.
Bielkoviny, ako molekulárne roztoky, majú vlastnosti skutočných riešení ... Ako pravé roztoky sú proteínové roztoky veľmi stabilné.
Proteíny sú polypeptidy s molekulovou hmotnosťou viac ako 6 000 až 10 000 daltonov. Skladajú sa z veľkého počtu aminokyselinových zvyškov.
Na rozdiel od nízkomolekulárnych peptidov majú proteíny dobre vyvinutú trojrozmernú priestorovú štruktúru, ktorá je stabilizovaná rôznymi druhmi silných a slabých interakcií. Existujú štyri úrovne štruktúrnej organizácie molekuly proteínu: primárna, sekundárna, terciárna a kvartérna.
Primárnou štruktúrou proteínu je sekvencia aminokyselinových zvyškov prepojených peptidovými väzbami.
Po prvý raz predpoklad o úlohe peptidových väzieb pri konštrukcii molekúl bielkovín predložil ruský biochemik A. Ya. Danilevsky, ktorého myšlienky tvorili základ polypeptidovej teórie štruktúry proteínov formulovanej Nemeckom. chemik E. Fischer v roku 1902.
Základ primárnej štruktúry molekuly proteínu tvorí pravidelne sa opakujúca peptidová kostra-NH-CH-CO- a bočné radikály aminokyselín tvoria jej variabilnú časť.
Primárna štruktúra proteínu je silná, pretože je založená na peptidových väzbách, ktoré sú svojou povahou kovalentné, čo sú silné interakcie;
Proteinogénne aminokyseliny, ktoré sa navzájom spájajú v inej sekvencii, tvoria izoméry. Z troch aminokyselín je možné vytvoriť šesť rôznych tripeptidov. Napríklad z glycínu, alanínu a valínu-gli-ala-val, gli-val-ala, ala-gli-val, ala-val-gli, val-gli-ala a val-ala-gli. Zo štyroch aminokyselín je možné vytvoriť 24 tetrapeptidov a z piatich 120 pentapeptidov. Z 20 aminokyselín je možné skonštruovať 2 432 902 008 176 640 000 polypeptidov. Okrem toho sa každá aminokyselina použije pri konštrukcii uvažovaných polypeptidových reťazcov iba raz.
Mnoho prírodných polypeptidov obsahuje stovky až tisíce aminokyselinových zvyškov a každá z 20 proteinogénnych aminokyselín sa vo svojom zložení môže vyskytovať opakovane. Preto to číslo možné možnosti polypeptidové reťazce sú nekonečne veľké. Nie všetky teoreticky možné varianty aminokyselinových sekvencií sú však v prírode realizované.
Prvým proteínom, ktorého primárna štruktúra bola dešifrovaná, je hovädzí inzulín. Jeho molekula pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov, z ktorých jeden obsahuje 21 a druhý 30 aminokyselinových zvyškov. Reťazce sú prepojené dvoma disulfidickými väzbami. Ďalšia disulfidová väzba sa nachádza v krátkom reťazci. Sekvenciu usporiadania aminokyselinových zvyškov v molekule inzulínu stanovil anglický biochemik F. Sanger v roku 1953.
F. Sanger teda potvrdil polypeptidovú teóriu štruktúry proteínovej molekuly E. Fishera a dokázal, že proteíny sú chemické zlúčeniny s určitou štruktúrou, ktoré je možné znázorniť pomocou chemický vzorec... Teraz už boli rozlúštené primárne štruktúry niekoľkých tisíc bielkovín.
Chemická podstata každého proteínu je jedinečná a úzko súvisí s jeho biologickou funkciou. Schopnosť proteínu vykonávať svoju vlastnú funkciu je daná jeho primárnou štruktúrou. Aj malé zmeny v sekvencii aminokyselín v proteíne môžu viesť k vážnemu narušeniu jeho fungovania, vzniku vážneho ochorenia.
Ochorenia súvisiace s porušením primárnej štruktúry proteínu sa nazývajú molekulárne. K dnešnému dňu bolo objavených niekoľko tisíc takýchto chorôb.
Jednou z molekulárnych chorôb je kosáčikovitá anémia, ktorej príčina spočíva v porušení primárnej štruktúry hemoglobínu. U ľudí s vrodenou anomáliou v štruktúre hemoglobínu v polypeptidovom reťazci, pozostávajúcom zo 146 aminokyselinových zvyškov, je valín na šiestej pozícii, zatiaľ čo u zdravých ľudí je na tomto mieste kyselina glutámová. Abnormálny hemoglobín horšie transportuje kyslík a erytrocyty krvi pacientov majú kosáčikovitý tvar. Ochorenie sa prejavuje spomalením vývoja, všeobecnou slabosťou tela.
Primárna štruktúra proteínu je daná geneticky. To umožňuje organizmom jedného druhu udržiavať konštantný súbor bielkovín. V rôznych druhoch živých organizmov však proteíny, ktoré vykonávajú rovnakú funkciu, nie sú vo svojej primárnej štruktúre identické - v niektorých častiach polypeptidového reťazca môžu mať rôzne aminokyselinové sekvencie. Tieto proteíny sa nazývajú homológny(Grécka „homológia“ - dohoda).
Štúdie konformácie molekúl proteínu ukázali, že polypeptidové reťazce sa neťahajú striktne lineárne, ale v priestore sa určitým spôsobom skladajú a vytvárajú sekundárnu štruktúru.
Sekundárna štruktúra proteínu je kombináciou usporiadaných a amorfných oblastí polypeptidového reťazca.
Americký biochemik L. Pauling pri štúdiu kryštálových štruktúr zlúčenín obsahujúcich amidové skupiny zistil, že dĺžka peptidovej väzby sa blíži dĺžke dvojitej väzby a je 0,1325 nm. Voľná rotácia atómov uhlíka a dusíka okolo peptidovej väzby je preto ťažká.
Okrem toho sú atómy peptidových skupín a a-uhlíkové atómy umiestnené v polypeptidovom reťazci približne v rovnakej rovine. V tomto ohľade sa otáčky v polypeptidovom reťazci môžu vykonávať iba pozdĺž väzieb susediacich s atómami uhlíka.
V dôsledku rotácie peptidových skupín okolo atómov a-uhlíka, ako to zistili L. Pauling a R. Corey na začiatku 50-tych rokov minulého storočia, sa polypeptidový reťazec skladá do a-skrutkovice a stabilizuje sa v dôsledku tvorby maxima možný počet vodíkových väzieb.
Pri vytváraní sekundárnej štruktúry molekuly proteínu vznikajú vodíkové väzby medzi atómami peptidových skupín umiestnených na susedných závitoch a-skrutkovice proti sebe. Atóm vodíka kovalentne viazaný na atóm dusíka má kladný náboj. Atóm kyslíka s dvojitou väzbou k atómu uhlíka má negatívny náboj. Atóm vodíka, ktorý je oproti atómu kyslíka, sa naň viaže vodíkovou väzbou. Vodíková väzba je slabá. Vďaka tvorbe veľkého počtu týchto väzieb je však zaistené zachovanie striktne usporiadanej štruktúry.
Vodíkové väzby sú vždy nasmerované rovnobežne s imaginárnou osou a-skrutkovice a radikály aminokyselín sú nasmerované von z jej závitov. Peptidové skupiny sú navzájom spojené vodíkovými väzbami hlavne prostredníctvom štyroch aminokyselinových zvyškov, pretože sa ukazuje, že ich skupiny O-C a H-N sú priestorovo blízke.
A-Helix je pravák. Ak sa na to pozriete z konca, z N-konca, potom dôjde k skrúteniu polypeptidového reťazca v smere hodinových ručičiek. Stanovia sa parametre a-skrutkovice. Vzdialenosť medzi susednými závitmi (rozteč skrutkovice) je ~ 54 nm a vnútorný priemer skrutkovice je 1,01 nm. Jedno úplné otočenie skrutkovice obsahuje 3,6 aminokyselinových zvyškov. K úplnému opakovaniu štruktúry a-helixu dochádza každých 5 závitov, vrátane 18 aminokyselinových zvyškov. Tento segment a-skrutkovice sa nazýva obdobie identity a má dĺžku 2,7 nm.
Polypeptidové reťazce sa neskladajú do a-skrutkovice po celej dĺžke. Percento stočených oblastí v molekule proteínu sa nazýva stupeň spiralizácie... Bielkoviny sa výrazne líšia v stupni spiralizácie, napríklad: pre krvný hemoglobín je veľmi vysoký - 75%, pre inzulín je tiež pomerne vysoký - 60%, pre albumín z kuracích vajec je oveľa nižší - 45%a pre chymotrypsinogén ( neaktívny prekurzor tráviaceho enzýmu) je extrémne nízky - iba 11%.
Rozdiely v stupni proteínovej spiralizácie sú spojené s radom faktorov, ktoré interferujú s pravidelnou tvorbou vodíkových väzieb medzi peptidovými skupinami. Zvlášť tvorba disulfidových väzieb cysteínovými zvyškami spájajúcimi rôzne časti jedného alebo viacerých polypeptidových reťazcov vedie k narušeniu spiralizácie. V oblasti blízkej zvyšku iminokyseliny prolínu, okolo ktorého a-uhlíkového atómu nie je možná rotácia susedných atómov, sa v polypeptidovom reťazci vytvorí ohyb.
Mnoho proteinogénnych aminokyselín má také radikály, ktoré im neumožňujú podieľať sa na tvorbe a-skrutkovice. Tieto aminokyseliny tvoria rovnobežné záhyby, ktoré sú navzájom vodíkovo viazané. Tento typ pravidelného úseku polypeptidového reťazca sa nazýva štruktúra skladanej vrstvy alebo β-štruktúra.
Na rozdiel od a-skrutkovice, ktorá má tyčový tvar, má β-štruktúra tvar skladaného listu. Je stabilizovaný vodíkovými väzbami medzi peptidovými skupinami umiestnenými na susedných segmentoch polypeptidového reťazca. Tieto segmenty môžu byť nasmerované buď v jednom smere, v takom prípade sa vytvorí paralelná β-štruktúra, alebo v opačných smeroch, v takom prípade sa objaví antiparalelná β-štruktúra.
Peptidové skupiny v p-štruktúre sú umiestnené v rovinách záhybov a bočné radikály aminokyselín sú umiestnené nad a pod rovinami. Vzdialenosť medzi susednými oblasťami polypeptidového reťazca v štruktúre skladanej vrstvy je 0,272 nm, čo zodpovedá dĺžke vodíkovej väzby medzi skupinami -CO- a -NH-. Samotné vodíkové väzby sú umiestnené kolmo na smer štruktúry skladanej vrstvy. Obsah β-štruktúry v rôznych proteínoch sa veľmi líši.
Niektoré časti polypeptidových reťazcov nemajú žiadnu usporiadanú štruktúru a sú neusporiadané spleti. Takýmto stránkam sa hovorí amorfný(Grécky „amorphos“ - bez formy). V každom proteíne však majú amorfné oblasti vlastnú fixovanú konformáciu. V tomto prípade, na rozdiel od relatívne tuhých sekcií - a -helixov a β -štruktúr - môžu amorfné cievky relatívne ľahko zmeniť svoju konformáciu.
Bielkoviny sa líšia v obsahu odlišné typy sekundárna štruktúra. Napríklad v štruktúre hemoglobínu sa nachádzajú iba a-helixy. Mnoho enzýmov obsahuje rôzne kombinácie a-helixov a β-štruktúr; medzi imunoglobulínmi sa nachádzajú proteíny iba s β-štruktúrou. Nakoniec existujú aj proteíny, v ktorých sú usporiadané oblasti prítomné v nevýznamných množstvách a väčšina polypeptidového reťazca má amorfnú štruktúru.
Polypeptidové reťazce s vytvorenou sekundárnou štruktúrou sa nachádzajú určitým spôsobom v priestore, čím sa vytvára ďalšia úroveň štruktúrnej organizácie molekuly proteínu - terciárna štruktúra.
Terciárna štruktúra proteínu je vytvorená v dôsledku špecifického skladania usporiadaných a amorfných oblastí polypeptidového reťazca v určitom objeme priestoru. Je podporovaný silnými a slabými interakciami medzi vedľajšími radikálmi aminokyselinových zvyškov. Silné interakcie zahŕňajú disulfidovú väzbu a slabé interakcie zahŕňajú vodíkové a iónové väzby, ako aj hydrofóbne interakcie.
Disulfidová väzba vzniká interakciou dvoch blízko seba umiestnených radikálov cysteínových zvyškov obsahujúcich voľné sulfhydrylové skupiny.
Disulfidové mostíky môžu spájať nielen oddelené oblasti v rámci jedného polypeptidového reťazca, ale aj (pri vytváraní štruktúry kvartérnych bielkovín) rôzne polypeptidové reťazce.
Vodíková väzba môže vzniknúť medzi bočnými radikálmi aminokyselinových zvyškov obsahujúcich OH skupiny, napríklad medzi dvoma serínovými zvyškami.
Okrem radikálov serínových zvyškov môžu podobným spôsobom vodíkové väzby vytvárať radikály zvyškov treonínu a tyrozínu.
Tvorba terciárnej štruktúry molekuly proteínu tiež zahŕňa mnoho vodíkových väzieb, ktoré vznikajú medzi vedľajšími radikálmi, napríklad: tyrozín a kyselina glutámová, asparagín a serín, lyzín a glutamín atď.
Iónové väzby vznikajú vtedy, keď sa negatívne nabité radikály kyslých aminokyselinových zvyškov - asparágových alebo glutámových - spoja s pozitívne nabitými radikálmi zásaditých aminokyselinových zvyškov - lyzínu, arginínu alebo histidínu. Iónová väzba medzi radikálmi kyseliny asparágovej a lyzínovými zvyškami.
K hydrofóbnym interakciám dochádza vo vode v dôsledku vzájomnej príťažlivosti nepolárnych radikálov aminokyselinových zvyškov. Aminokyseliny s nepolárnymi radikálmi zahrnujú napríklad alanín, valín, leucín, izoleucín, fenylalanín, metionín. Hydrofóbna interakcia medzi vedľajšími radikálmi valínových a alanínových zvyškov.
Aby sa zabránilo kontaktu s vodou, nepolárne radikály aminokyselinových zvyškov majú tendenciu sa zhlukovať do vnútra molekuly proteínu. Proteín sa skladá do kompaktného tela - globule (latinsky „globulus“ - guľa). Vo vnútri globule sa tvorí hydrofóbne jadro a mimo neho sa nachádzajú polárne radikály zvyškov aminokyselín, ktoré interagujú s vodou. Polárnymi radikálmi sú napríklad kyslé a zásadité aminokyseliny, serín, treonín, tyrozín, asparagín, glutamín.
Každý proteínový glóbus je teda obklopený hydratačným plášťom, reprezentovaným takzvaným „vodným plášťom“, ktorý tiež zahŕňa štruktúrované molekuly vody schopné zadržať až polovicu hydrofóbnych radikálov prítomných v polypeptidovom reťazci na povrchu globule. Je to spôsobené rozpustnosťou proteínu.
Vzhľadom na množstvo interradikálnych interakcií sú jednotlivé časti molekuly proteínu priestorovo blízke a navzájom fixované. Pri tvorbe terciárnej štruktúry proteínu sa tvorí jeho aktívne centrum. Vďaka tomu proteín získava schopnosť vykonávať svoju biologickú funkciu.
Prvým proteínom, ktorého terciárna štruktúra bola stanovená, je myoglobín.
Terciárne gule môžu navzájom interagovať, takže sa objaví jedna molekula. Takéto gule sa nazývajú podjednotky a ich kombinácia sa nazýva kvartérna štruktúra molekuly proteínu.
Kvartérna štruktúra proteínu môže byť vytvorená z rôzneho počtu podjednotiek držaných spolu, hlavne prostredníctvom slabých interakcií. Je obsiahnutý v mnohých proteínoch.
Podjednotky, ktoré sú typicky vzájomne oddelené, tvoria oligomérny (multimérny) komplex. Schopnosť bielkovín vytvárať takéto štruktúry umožňuje kombinovať niekoľko aktívnych centier a navzájom súvisiacich funkcií do jedného celku, čo je veľmi dôležité pre zabezpečenie priebehu komplexných metabolických procesov v bunke.
Kvartérne štruktúry bielkovín je možné zostaviť z 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24 a viacerých podjednotiek a zriedkavo z nepárneho počtu. Napríklad kvartérna štruktúra hemoglobínu je tvorená štyrmi párovo identickými podjednotkami.
Kvartérna štruktúra molekuly proteínu je rovnako unikátna ako ostatné jej štruktúry. V tomto prípade je celé trojrozmerné balenie polypeptidového reťazca v priestore určené jeho primárnou štruktúrou. Špecifická priestorová štruktúra (konformácia), v ktorej majú molekuly bielkovín biologickú aktivitu, sa nazýva nativioi(lat.nativus - vrodený).
Typy väzieb medzi aminokyselinami v molekule proteínu
1. Kovalentné väzby sú obvyklé silné chemické väzby.
a) peptidová väzba
b) disulfidová väzba
2. Nekovalentné (slabé) typy väzieb - fyzikálno -chemické interakcie príbuzných štruktúr. Je desaťkrát slabší ako obvyklá chemická väzba. Sú veľmi citlivé na fyzikálne a chemické podmienky životného prostredia. Sú nešpecifické, to znamená, že nie sú navzájom prísne definované chemické skupiny, ale široká škála chemických skupín, ale spĺňa určité požiadavky.
a) Vodíková väzba
b) Iónová väzba
c) Hydrofóbna interakcia
PEPTIDE BOND.
Je tvorená skupinou COOH jednej aminokyseliny a skupinou NH2 susednej aminokyseliny. V názve peptidu sa konce názvov všetkých aminokyselín, okrem posledného umiestneného na konci „C“ molekuly, zmenia na „bahno“
Tetrapeptid: valyl-asparagyl-lysyl-serín
 |
Peptidová väzba je vytvorená iba vďaka alfa-aminoskupine a susednej cooh-skupine fragmentu molekuly spoločného pre všetky aminokyseliny! Ak sú súčasťou radikálu karboxylové a aminoskupiny, potom oni nikdy nezúčastňujú sa na tvorbe peptidovej väzby v molekule proteínu.
Akýkoľvek proteín je dlhý nerozvetvený polypeptidový reťazec obsahujúci desiatky, stovky a niekedy aj viac ako tisíc aminokyselinových zvyškov. Ale bez ohľadu na to, ako dlhý je polypeptidový reťazec, vždy je založený na jadre molekuly, ktoré je pre všetky proteíny úplne rovnaké. Každý polypeptidový reťazec má N-koniec obsahujúci voľnú koncovú aminoskupinu a C-koniec tvorený koncovou voľnou karboxylovou skupinou. Na tejto tyči sedia aminokyselinové radikály ako bočné vetvy. Jeden proteín sa od druhého líši počtom, pomerom a striedaním týchto radikálov. Samotná peptidová väzba je čiastočne dvojitá v dôsledku tautomerizmu laktim-laktám. Rotácia okolo neho je preto nemožná a sama osebe je jedenapolkrát silnejšia ako obvyklá kovalentná väzba. Obrázok ukazuje, že z každých troch kovalentných väzieb v tyčinke molekuly peptidu alebo proteínu sú dve jednoduché a umožňujú rotáciu, takže sa tyč (celý reťazec polypeptidu) môže ohýbať v priestore.
Napriek tomu, že je peptidová väzba dosť silná, dá sa relatívne ľahko zničiť chemickými prostriedkami - varením proteínu v silnom roztoku kyseliny alebo zásady po dobu 1-3 dní.
Okrem peptidových väzieb zahŕňajú aj kovalentné väzby v molekule proteínu disulfidová väzba .
Cysteín je aminokyselina, ktorá má v radikáli skupinu SH, vďaka ktorej sa vytvárajú disulfidové väzby.
 |
Disulfidová väzba je kovalentná väzba. Biologicky je však oveľa menej stabilný ako peptidová väzba. Je to spôsobené tým, že v tele sa intenzívne vyskytujú redoxné procesy. Disulfidová väzba môže nastať medzi rôznymi časťami rovnakého polypeptidového reťazca, potom udržiava tento reťazec v ohnutom stave. Ak dôjde k disulfidovej väzbe medzi dvoma polypeptidmi, spojí ich do jednej molekuly.
Slabé druhy kravátJe desaťkrát slabší ako kovalentné väzby. Nejde o špecifické typy väzieb, ale o nešpecifické interakcie, ktoré vznikajú medzi rôznymi chemickými skupinami, ktoré majú k sebe vysokú afinitu (afinita je schopnosť interagovať). Napríklad: opačne nabité radikály.
Slabé typy väzieb sú teda fyzikálno -chemické interakcie. Preto sú veľmi citlivé na zmeny podmienok prostredia (teplota, pH média, iónová sila roztoku atď.).
Vodíková väzba - Toto je väzba, ktorá vzniká medzi dvoma elektronegatívnymi atómami v dôsledku atómu vodíka, ktorý je kovalentne spojený s jedným z elektronegatívnych atómov (pozri obrázok).
 |
Vodíková väzba je asi 10 -krát slabšia ako kovalentná väzba. Ak sa vodíkové väzby opakujú mnohokrát, potom držia polypeptidové reťazce s vysokou pevnosťou. Vodíkové väzby sú veľmi citlivé na podmienky prostredia a prítomnosť látok v nich, ktoré sú samy schopné vytvárať takéto väzby (napríklad močovina).
Iónová väzba - vyskytuje sa medzi pozitívne a negatívne nabitými skupinami (ďalšie karboxylové a aminoskupiny), ktoré sa nachádzajú v radikáloch lyzínu, arginínu, histidínu, asparágovej a glutámovej kyseliny.
 |
Hydrofóbna interakcia - nešpecifická príťažlivosť, ktorá sa vyskytuje v molekule proteínu medzi radikálmi hydrofóbnych aminokyselín - je spôsobená silami van der Waalsa a je doplnená vztlakovou silou vody. Hydrofóbna interakcia je oslabená alebo narušená v prítomnosti rôznych organických rozpúšťadiel a niektorých detergentov. Napríklad niektoré dôsledky pôsobenia etylalkoholu pri jeho prenikaní do tela sú spôsobené tým, že pod jeho vplyvom sú hydrofóbne interakcie v proteínových molekulách oslabené.
Priestorová organizácia molekuly proteínu
Každý proteín je založený na polypeptidovom reťazci. Nie je len natiahnutý v priestore, ale je usporiadaný do trojrozmernej štruktúry. Preto existuje koncept 4 úrovní priestorovej organizácie proteínu, a to primárnej, sekundárnej, terciárnej a kvartérnej štruktúry proteínových molekúl.
ZÁKLADNÁ ŠTRUKTÚRAŠtruktúra primárneho proteínu- sekvencia fragmentov aminokyselín, tesne (a počas celého obdobia existencie proteínu) spojená peptidovými väzbami. Polčas rozpadu proteínových molekúl je - pre väčšinu bielkovín asi 2 týždne. Ak je porušená aspoň jedna peptidová väzba, vytvorí sa ďalší proteín.
SEKUNDÁRNA ŠTRUKTÚRASekundárna štruktúra je priestorová organizácia jadra polypeptidového reťazca. Existujú tri hlavné typy sekundárnej štruktúry:
1) Alfa špirála - má určité vlastnosti: šírka, vzdialenosť medzi dvoma závitmi špirály. Bielkoviny sa vyznačujú pravotočivou špirálou. Táto špirála má 36 aminokyselinových zvyškov na 10 otáčok. Pre všetky peptidy uložené v takej špirále je táto skrutkovica úplne rovnaká. Alfa-skrutkovice je fixovaná pomocou vodíkových väzieb medzi NH-skupinami jedného závitu špirály a C = O skupinami susedného závitu. Tieto vodíkové väzby sú rovnobežné s osou špirály a mnohokrát sa opakujú, preto pevne držia špirálovitú štruktúru. Navyše sú držané v trochu napnutom stave (ako stlačená pružina).
Beta skladacia štruktúra - alebo štruktúra skladaného listu. Je tiež fixovaný vodíkovými väzbami medzi skupinami C = O a NH. Opravuje dve sekcie polypeptidového reťazca. Tieto obvody môžu byť paralelné alebo antiparalelné. Ak sa také väzby vytvoria v rámci rovnakého peptidu, potom sú vždy antiparalelné a ak medzi rôznymi polypeptidmi, potom sú rovnobežné.
3) Nepravidelná štruktúra - druh sekundárnej štruktúry, v ktorej vzájomné umiestnenie rôznych častí polypeptidového reťazca navzájom nemá pravidelný (konštantný) charakter, preto môžu mať nepravidelné štruktúry rôznu konformáciu.
TERÉNNA ŠTRUKTÚRAJedná sa o trojrozmernú architektúru polypeptidového reťazca - špeciálne vzájomné usporiadanie v priestore špirálových, skladaných a nepravidelných sekcií polypeptidového reťazca. Rôzne proteíny majú rôzne terciárne štruktúry. Na vytváraní terciárnej štruktúry sa podieľajú disulfidové väzby a všetky slabé typy väzieb.
Existujú dva všeobecné typy terciárnej štruktúry:
1) Vo fibrilárnych proteínoch (napríklad kolagéne, elastíne), ktorých molekuly sú predĺžené a zvyčajne tvoria štruktúry vláknitých tkanív, je terciárna štruktúra reprezentovaná buď trojitou alfa skrutkovicou (napríklad v kolagéne) alebo beta-skladanými štruktúrami.
2) V globulárnych proteínoch, ktorých molekuly sú vo forme gule alebo elipsy ( Latinský názov: GLOBULA-lopta), existuje kombinácia všetkých troch typov štruktúr: vždy existujú nepravidelné oblasti, existujú beta-skladané štruktúry a alfa-helixy.
V globulárnych proteínoch sú hydrofóbne oblasti molekuly obvykle umiestnené hlboko v molekule. Hydrofóbne radikály navzájom spájajú hydrofóbne zhluky (centrá). Vytvorenie hydrofóbneho klastra prinúti molekulu primerane sa ohýbať v priestore. Molekula globulárneho proteínu obvykle obsahuje niekoľko hydrofóbnych zhlukov hlboko v molekule. Toto je prejav duality vlastností proteínovej molekuly: na povrchu molekuly sú hydrofilné skupiny, preto je molekula ako celok hydrofilná a hydrofóbne radikály sú skryté v hĺbke molekuly.
KVARTÉRNA ŠTRUKTÚRANachádza sa nie vo všetkých proteínoch, ale iba v tých, ktoré pozostávajú z dvoch alebo viacerých polypeptidových reťazcov. Každý takýto reťazec sa nazýva podjednotka danej molekuly (alebo protoméru). Proteíny s kvartérnou štruktúrou sa preto nazývajú oligomérne proteíny. Molekula proteínu môže obsahovať rovnaké alebo rôzne podjednotky. Molekula hemoglobínu „A“ napríklad pozostáva z dvoch podjednotiek jedného typu a dvoch podjednotiek iného typu, to znamená, že ide o tetramér. Kvartérne štruktúry bielkovín sú fixované všetkými druhmi slabých väzieb a niekedy aj disulfidickými väzbami.
KONFIGURÁCIA A KONFORMÁCIA MOLEKÚLU PROTEÍNUZo všetkého, čo bolo povedané, môžeme usúdiť, že priestorová organizácia bielkovín je veľmi zložitá. V chémii existuje koncept - priestorová konfigurácia - priestorové vzájomné usporiadanie častí molekuly pevne fixovaných kovalentnými väzbami (napríklad: patriace do radu L stereoizomérov alebo do radu D).
V prípade proteínov sa používa aj koncept konformácie molekuly proteínu - určité, ale nie zmrazené, nemenné vzájomné usporiadanie častí molekuly. Pretože je konformácia molekuly proteínu vytvorená za účasti slabých typov väzieb, je mobilná (schopná zmien) a proteín môže meniť svoju štruktúru. V závislosti od podmienok vonkajšieho prostredia môže molekula existovať v rôznych konformačných stavoch, ktoré do seba ľahko prechádzajú. Iba jeden alebo niekoľko konformačných stavov, medzi ktorými existuje rovnováha, je energeticky priaznivých pre skutočné podmienky. Prechody z jedného konformačného stavu do druhého zaisťujú fungovanie molekuly proteínu. Ide o reverzibilné konformačné zmeny (vyskytujú sa v tele napríklad pri vedení nervového impulzu, pri prenose kyslíka hemoglobínom). Keď sa konformácia zmení, niektoré zo slabých väzieb sa zničia a vytvoria sa nové slabé väzby.
LIGANDSInterakcia proteínu s nejakou látkou niekedy vedie k väzbe molekuly tejto látky na molekulu proteínu. Tento jav je známy ako „sorpcia“ (väzba). Opačný proces - uvoľnenie ďalšej molekuly z proteínovej - sa nazýva „desorpcia“.
Ak u akéhokoľvek páru molekúl prevažuje sorpčný proces nad desorpciou, potom je to už špecifická sorpcia a sorbovaná látka sa nazýva „ligand“.
Druhy ligandov:
1) Ligand proteín -enzým - substrát.
2) Transportný proteínový ligand - transportovaná látka.
3) Protilátkový (imunoglobulínový) ligand - antigén.
4) Hormonálny receptor alebo neurotransmiterový ligand - hormón alebo neurotransmiter.
Proteín môže zmeniť svoju konformáciu nielen pri interakcii s ligandom, ale aj v dôsledku akejkoľvek chemickej interakcie. Príkladom takejto interakcie je pridanie zvyšku kyseliny fosforečnej.
V prírodných podmienkach majú proteíny niekoľko termodynamicky priaznivých konformačných stavov. Ide o pôvodné štáty (prírodné). Natura (lat.) - príroda.
ROZROVANIE MOLEKÚLU PROTEÍNOVNativita je jedinečný komplex fyzikálnych, fyzikálno -chemických, chemických a biologických vlastností molekuly proteínu, ktorý k nej patrí, keď je molekula proteínu v prirodzenom, prirodzenom (natívnom) stave.
Napríklad: bielok šošovky oka - kryštalický - má vysokú priehľadnosť iba v pôvodnom stave).
DENATURÁCIA PROTEÍNOVTermín denaturácia sa používa na označenie procesu, pri ktorom dochádza k strate prirodzených vlastností proteínu.
Denaturácia je zbavenie proteínu jeho prirodzených, natívnych vlastností, sprevádzané deštrukciou kvartérnej (ak existuje), terciárnej a niekedy aj sekundárnej štruktúry molekuly proteínu, ku ktorej dochádza vtedy, keď sú disulfidové a slabé typy väzieb zapojené do tvorba týchto štruktúr je zničená. Zároveň je zachovaná primárna štruktúra, pretože je tvorená silnými kovalentnými väzbami. Deštrukcia primárnej štruktúry môže nastať iba v dôsledku hydrolýzy molekuly proteínu predĺženým varom v roztoku kyseliny alebo zásady.
FAKTORY SPÔSOBUJÚCE DENATURÁCIU PROTEÍNOVFaktory, ktoré spôsobujú denaturáciu bielkovín, možno rozdeliť na fyzikálne a chemické.
Fyzikálne faktory
1. Vysoké teploty. Rôzne proteíny majú rôznu citlivosť na teplo. Niektoré z bielkovín sú denaturované už pri 40-50 ° C. Takéto proteíny sa nazývajú termolabilné... Ostatné proteíny denaturujú pri oveľa vyšších teplotách a sú termostabilný.
2. Ultrafialové ožarovanie
3. Röntgenové a rádioaktívne ožarovanie
4. Ultrazvuk
5. Mechanický náraz (napr. Vibrácie).
Chemické faktory
1. Koncentrované kyseliny a zásady. Napríklad kyselina trichlóroctová (organická), kyselina dusičná (anorganická).
2. Soli ťažkých kovov (napríklad CuSO 4).
3. Organické rozpúšťadlá ( etanolu(acetón)
4. Rastlinné alkaloidy.
5. Močovina vo vysokých koncentráciách
 |
5. Iné látky schopné prerušiť slabé typy väzieb v molekulách bielkovín.
Vystavenie denaturačným faktorom sa používa na sterilizáciu zariadení a nástrojov, ako aj antiseptík.
Reverzibilita denaturácieV skúmavke (in vitro) je to najčastejšie nevratný proces. Ak je denaturovaný proteín umiestnený do podmienok blízkych natívnym, potom môže renaturovať, ale veľmi pomaly a tento jav nie je typický pre všetky proteíny.
In vivo je v tele možná rýchla renaturácia. Je to spôsobené produkciou špecifických bielkovín v živom organizme, ktoré „rozpoznajú“ štruktúru denaturovaného proteínu, prichytia sa k nemu pomocou slabých typov väzieb a vytvoria optimálne podmienky pre renaturáciu. Také špecifické proteíny sú známe ako „proteíny tepelného šoku“ alebo „stresové proteíny“.
Stresové proteínyExistuje niekoľko rodín týchto bielkovín, líšia sa molekulovou hmotnosťou.
Známy je napríklad hsp 70, proteín z tepelného šoku s hmotnosťou 70 kDa.
Tieto proteíny sa nachádzajú vo všetkých bunkách tela. Vykonávajú tiež funkciu transportu polypeptidových reťazcov cez biologické membrány a podieľajú sa na tvorbe terciárnych a kvartérnych štruktúr proteínových molekúl. Uvedené funkcie stresových bielkovín sa nazývajú chaperonické. Pri rôznych druhoch stresu dochádza k indukcii syntézy takýchto bielkovín: keď sa telo prehrieva (40-44 ° C), s vírusovými ochoreniami, otravou soľami ťažkých kovov, etanolom atď.
V organizme južných národov bol v porovnaní so severnou rasou stanovený zvýšený obsah stresových bielkovín.
Molekula proteínového tepelného šoku pozostáva z dvoch kompaktných guľôčok spojených voľným reťazcom:
Rôzne proteíny tepelného šoku majú spoločný konštrukčný plán. Všetky obsahujú kontaktné domény.
Rôzne proteíny s rôznymi funkciami môžu obsahovať rovnaké domény. Napríklad rôzne proteíny viažuce vápnik majú pre všetky rovnakú doménu, ktorá je zodpovedná za väzbu Ca +2.
Úlohou štruktúry domény je to, že poskytuje proteínu veľké príležitosti na vykonávanie svojej funkcie v dôsledku pohybu jednej domény vo vzťahu k druhej. Spojovacie miesta týchto dvoch domén sú štruktúrne najslabším miestom v molekule takýchto proteínov. Práve tu najčastejšie dochádza k hydrolýze väzieb a dochádza k zničeniu proteínu.
Bielkoviny- organické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou pozostávajúce z a-aminokyselinových zvyškov.
V. zloženie bielkovín zahŕňa uhlík, vodík, dusík, kyslík, síru. Niektoré proteíny tvoria komplexy s inými molekulami obsahujúcimi fosfor, železo, zinok a meď.
Bielkoviny majú vysokú molekulovú hmotnosť: vaječný albumín - 36 000, hemoglobín - 152 000, myozín - 500 000. Na porovnanie: molekulová hmotnosť alkoholu je 46, kyseliny octovej je 60, benzénu je 78.
Aminokyselinové zloženie bielkovín
Bielkoviny- nevsádzkové polyméry, ktorých monoméry sú α-aminokyseliny... Obvykle sa 20 typov a-aminokyselín nazýva proteínové monoméry, aj keď viac ako 170 z nich sa našlo v bunkách a tkanivách.
V závislosti od toho, či je možné aminokyseliny syntetizovať v ľudskom tele a iných zvieratách, existujú: neesenciálne aminokyseliny- môžu byť syntetizované; esenciálne aminokyseliny- nemožno syntetizovať. Esenciálne aminokyseliny je potrebné prijímať v potrave. Rastliny syntetizujú všetky druhy aminokyselín.
V závislosti od zloženia aminokyselín bielkoviny sú: kompletné- obsahujú celú sadu aminokyselín; podradný- niektoré aminokyseliny vo svojom zložení chýbajú. Ak sú proteíny tvorené iba aminokyselinami, nazývajú sa jednoduché... Ak bielkoviny obsahujú okrem aminokyselín aj neaminokyselinovú zložku (protetická skupina), nazývajú sa komplexné... Protetickú skupinu môžu predstavovať kovy (metaloproteíny), uhľohydráty (glykoproteíny), lipidy (lipoproteíny), nukleové kyseliny (nukleoproteíny).
Všetko aminokyseliny obsahujú: 1) karboxylová skupina (-COOH), 2) aminoskupina (-NH2), 3) radikál alebo R-skupina (zvyšok molekuly). Štruktúra radikálu je pre rôzne druhy aminokyselín odlišná. V závislosti od počtu aminoskupín a karboxylových skupín, ktoré tvoria aminokyseliny, existujú: neutrálne aminokyseliny majúci jednu karboxylovú skupinu a jednu aminoskupinu; esenciálne aminokyseliny majúci viac ako jednu aminoskupinu; kyslé aminokyseliny majúce viac ako jednu karboxylovú skupinu.
Aminokyseliny sú amfotérne zlúčeniny pretože v roztoku môžu pôsobiť ako kyseliny aj zásady. V. vodné roztoky aminokyseliny existujú v rôznych iónových formách.
Peptidová väzba
Peptidy- organické látky pozostávajúce z aminokyselinových zvyškov spojených peptidovou väzbou.
K tvorbe peptidov dochádza v dôsledku kondenzačnej reakcie aminokyselín. Keď aminoskupina jednej aminokyseliny interaguje s karboxylovou skupinou druhej, vzniká medzi nimi kovalentná väzba dusík-uhlík, ktorá sa nazýva peptid... V závislosti od počtu aminokyselinových zvyškov, ktoré tvoria peptid, sa rozlišuje dipeptidy, tripeptidy, tetrapeptidy atď. Vytvorenie peptidovej väzby sa môže opakovať mnohokrát. To vedie k vzdelávaniu polypeptidy... Na jednom konci peptidu je voľná aminoskupina (nazývaná N-koniec) a na druhom konci je voľná karboxylová skupina (nazývaná C-koniec).
Priestorová organizácia molekúl bielkovín
Výkon určitých špecifických funkcií proteínmi závisí od priestorovej konfigurácie ich molekúl; okrem toho je pre bunku energeticky nevýhodné uchovávať proteíny v rozloženej forme, vo forme reťazca, a preto sa polypeptidové reťazce skladajú a získavajú istá trojrozmerná štruktúra alebo konformácia. Prideľte 4 úrovne priestorová organizácia bielkovín.
Štruktúra primárneho proteínu- sekvencia usporiadania aminokyselinových zvyškov v polypeptidovom reťazci, ktorý tvorí molekulu proteínu. Spojenie medzi aminokyselinami je peptid.
Ak molekula proteínu pozostáva iba z 10 aminokyselinových zvyškov, potom je počet teoreticky možných variantov molekúl proteínu, ktoré sa líšia v poradí striedania aminokyselín, 10 20. S 20 aminokyselinami môžete vytvoriť ich ešte rozmanitejšie kombinácie. V ľudskom tele bolo nájdených asi desaťtisíc rôznych bielkovín, ktoré sa navzájom líšia aj od bielkovín iných organizmov.
Je to primárna štruktúra molekuly proteínu, ktorá určuje vlastnosti molekúl proteínu a jeho priestorovú konfiguráciu. Substitúcia iba jednej aminokyseliny za inú v polypeptidovom reťazci vedie k zmene vlastností a funkcií proteínu. Napríklad nahradenie šiestej aminokyseliny glutámovej valínom v β -podjednotke hemoglobínu vedie k tomu, že molekula hemoglobínu ako celok nemôže vykonávať svoju hlavnú funkciu - transport kyslíka; v takýchto prípadoch sa u človeka vyvinie choroba - kosáčikovitá anémia.
Sekundárna štruktúra- usporiadané skladanie polypeptidového reťazca do špirály (vyzerá ako predĺžený prameň). Závity skrutkovice sú posilnené vodíkovými väzbami, ktoré vznikajú medzi karboxylovými skupinami a aminoskupinami. Takmer všetky skupiny CO a NH sa podieľajú na tvorbe vodíkových väzieb. Sú slabšie ako peptidové, ale opakujú sa mnohokrát, dodávajú tejto konfigurácii stabilitu a tuhosť. Na úrovni sekundárnej štruktúry sú proteíny: fibroín (hodváb, pavučina), keratín (vlasy, nechty), kolagén (šľachy).
Terciárna štruktúra- skladanie polypeptidových reťazcov do globúl, ktoré je výsledkom vzniku chemických väzieb (vodíkových, iónových, disulfidových) a vytvorenia hydrofóbnych interakcií medzi radikálmi aminokyselinových zvyškov. Hlavnú úlohu pri tvorbe terciárnej štruktúry zohrávajú hydrofilné-hydrofóbne interakcie. Vo vodných roztokoch majú hydrofóbne radikály tendenciu skrývať sa pred vodou a zoskupovať sa do guľôčky, zatiaľ čo hydrofilné radikály sa v dôsledku hydratácie (interakcia s vodnými dipólmi) zvyčajne nachádzajú na povrchu molekuly. V niektorých proteínoch je terciárna štruktúra stabilizovaná disulfidovými kovalentnými väzbami medzi atómami síry dvoch cysteínových zvyškov. Na úrovni terciárnej štruktúry sú enzýmy, protilátky a niektoré hormóny.
Kvartérna štruktúra charakteristické pre komplexné proteíny, ktorých molekuly sú tvorené dvoma alebo viacerými guličkami. Podjednotky sú v molekule držané iónovými, hydrofóbnymi a elektrostatickými interakciami. Niekedy počas tvorby kvartérnej štruktúry vzniknú medzi podjednotkami disulfidové väzby. Najštudovanejším proteínom s kvartérnou štruktúrou je hemoglobín... Je tvorený dvoma a-podjednotkami (141 aminokyselinových zvyškov) a dvoma p-podjednotkami (146 aminokyselinových zvyškov). S každou podjednotkou je spojená molekula hemu obsahujúca železo.
Ak sa z nejakého dôvodu priestorová konformácia bielkovín líši od normálu, proteín nemôže vykonávať svoje funkcie. Napríklad choroba šialených kráv (spongiformná encefalopatia) je spôsobená abnormálnou konformáciou priónov, povrchových bielkovín nervových buniek.
Vlastnosti bielkovín
Určuje to zloženie aminokyselín a štruktúra molekuly proteínu vlastnosti... Bielkoviny spájajú zásadité a kyslé vlastnosti, určené radikálom aminokyselín: čím viac kyslých aminokyselín je v bielkovine, tým výraznejšie sú jej kyslé vlastnosti. Schopnosť dávať a prikladať H + je určená pufrovacie vlastnosti bielkovín; jedným z najsilnejších pufrov je hemoglobín v erytrocytoch, ktorý udržiava pH krvi na konštantnej úrovni. Existujú rozpustné proteíny (fibrinogén), existujú nerozpustné proteíny, ktoré vykonávajú mechanické funkcie (fibroín, keratín, kolagén). Existujú chemicky aktívne proteíny (enzýmy), existujú chemicky neaktívne, odolné voči rôznym podmienkam prostredia a extrémne nestabilné.
Vonkajšie faktory (teplo, ultrafialové žiarenie, ťažké kovy a ich soli, zmeny pH, žiarenie, dehydratácia)
môže spôsobiť narušenie štruktúrnej organizácie molekuly proteínu. Nazýva sa proces straty trojrozmernej konformácie, obsiahnutej v danej molekule proteínu denaturácia... Denaturácia je spôsobená prerušením väzieb, ktoré stabilizujú určitú štruktúru proteínu. Na začiatku sú najslabšie väzby prerušené a v náročnejších podmienkach aj silnejšie. Preto sa najskôr stratia kvartéry, potom terciárne a sekundárne štruktúry. Zmena priestorovej konfigurácie vedie k zmene vlastností proteínu a v dôsledku toho znemožňuje proteínu vykonávať svoje biologické funkcie. Ak denaturácia nie je sprevádzaná deštrukciou primárnej štruktúry, potom to môže byť reverzibilné v tomto prípade dochádza k samoobnoveniu konformácie inherentnej proteínu. Proteíny membránových receptorov napríklad podliehajú takej denaturácii. Nazýva sa proces obnovy štruktúry proteínu po denaturácii renaturácia... Ak nie je možné obnoviť priestorovú konfiguráciu proteínu, nazýva sa denaturácia nevratné.
Proteínové funkcie
| Funkcia | Príklady a vysvetlenia |
|---|---|
| Konštrukcia | Bielkoviny sa podieľajú na tvorbe bunkových a extracelulárnych štruktúr: sú súčasťou bunkových membrán (lipoproteíny, glykoproteíny), vlasov (keratín), šliach (kolagénu) atď. |
| Doprava | Krvný proteín hemoglobín prichytáva kyslík a transportuje ho z pľúc do všetkých tkanív a orgánov a z nich do pľúc prenáša oxid uhličitý; zloženie bunkových membrán zahŕňa špeciálne proteíny, ktoré poskytujú aktívny a prísne selektívny prenos určitých látok a iónov z bunky do vonkajšieho prostredia a naopak. |
| Regulačné | Proteínové hormóny sa podieľajú na regulácii metabolických procesov. Hormón inzulín napríklad reguluje hladinu glukózy v krvi, podporuje syntézu glykogénu a zvyšuje tvorbu tukov zo sacharidov. |
| Ochranné | V reakcii na prenikanie cudzích proteínov alebo mikroorganizmov (antigénov) do tela sa vytvárajú špeciálne proteíny - protilátky, ktoré ich môžu viazať a neutralizovať. Fibrín, vytvorený z fibrinogénu, pomáha zastaviť krvácanie. |
| Motor | Kontraktilné proteíny aktin a myozin zaisťujú svalové kontrakcie u mnohobunkových zvierat. |
| Signál | Molekuly proteínu sú zabudované do povrchovej membrány bunky, ktoré sú schopné meniť svoju terciárnu štruktúru v reakcii na pôsobenie environmentálnych faktorov, čím vykonávajú príjem signálov z vonkajšieho prostredia a prenos príkazov do bunky. |
| Skladovanie | V tele zvierat sa proteíny spravidla neukladajú, s výnimkou vaječného albumínu a mliečneho kazeínu. Ale vďaka bielkovinám v tele môžu byť niektoré látky uložené v rezerve, napríklad počas rozpadu hemoglobínu sa železo z tela nevylučuje, ale ukladá sa a tvorí komplex s proteínom feritín. |
| Energia | Keď sa 1 g bielkovín rozloží na konečné produkty, uvoľní sa 17,6 kJ. Bielkoviny sa najskôr rozpadnú na aminokyseliny a potom na konečné produkty - vodu, oxid uhličitý a amoniak. Proteíny ako zdroj energie sa však používajú iba vtedy, ak sú vyčerpané iné zdroje (uhľohydráty a tuky). |
| Katalytický | Jedna z najdôležitejších funkcií bielkovín. Obsahuje proteíny - enzýmy, ktoré urýchľujú biochemické reakcie v bunkách. Napríklad ribulóza bifosfát karboxyláza katalyzuje fixáciu C02 počas fotosyntézy. |
Enzýmy
Enzýmy, alebo enzýmy Je špeciálnou triedou bielkovín, ktoré sú biologickými katalyzátormi. Vďaka enzýmom prebiehajú biochemické reakcie obrovskou rýchlosťou. Rýchlosť enzymatických reakcií je desaťtisíckrát (a niekedy aj milióny) vyššia ako rýchlosť reakcií zahŕňajúcich anorganické katalyzátory. Látka, na ktorú enzým pôsobí, sa nazýva substrát.
Enzýmy - globulárne proteíny štrukturálne vlastnosti Enzýmy možno rozdeliť do dvoch skupín: jednoduché a komplexné. Jednoduché enzýmy sú jednoduché bielkoviny, t.j. pozostávajú iba z aminokyselín. Komplexné enzýmy sú komplexné proteíny, t.j. okrem proteínovej časti zahŕňajú skupinu nebielkovinovej povahy - kofaktor... U niektorých enzýmov pôsobia vitamíny ako kofaktory. V molekule enzýmu sa uvoľňuje špeciálna časť, ktorá sa nazýva aktívne centrum. Aktívne centrum- malá časť enzýmu (od troch do dvanástich aminokyselinových zvyškov), kde sa substrát alebo substráty viažu a vytvárajú komplex enzým-substrát. Po dokončení reakcie sa komplex enzým-substrát rozloží na enzým a reakčný produkt (produkty). Niektoré enzýmy majú (okrem aktívnych) alosterické centrá- miesta, ku ktorým sú pripojené regulátory rýchlosti enzýmov ( alosterické enzýmy).
Reakcie enzymatickej katalýzy sa vyznačujú: 1) vysokou účinnosťou, 2) prísnou selektivitou a smerom účinku, 3) špecifickosťou substrátu, 4) jemnou a presnou reguláciou. Substrátová a reakčná špecifickosť reakcií enzymatickej katalýzy je vysvetlená hypotézami E. Fischera (1890) a D. Koshlanda (1959).
E. Fisher (hypotéza „uzamknutia kľúča“) naznačil, že priestorové konfigurácie aktívneho centra enzýmu a substrátu by mali navzájom presne zodpovedať. Substrát sa porovnáva s „kľúčom“, enzým sa porovnáva so „zámkom“.
D. Koshland (hypotéza „rukavica“) naznačil, že priestorová zhoda štruktúry substrátu a aktívneho centra enzýmu sa vytvára iba v okamihu ich vzájomnej interakcie. Táto hypotéza sa tiež nazýva hypotéza indukovanej korešpondencie.
Rýchlosť enzymatických reakcií závisí od: 1) teploty, 2) koncentrácie enzýmu, 3) koncentrácie substrátu, 4) pH. Je potrebné zdôrazniť, že keďže enzýmy sú proteíny, ich aktivita je najvyššia za fyziologicky normálnych podmienok.
Väčšina enzýmov môže fungovať iba pri teplotách od 0 do 40 ° C. V rámci týchto limitov sa reakčná rýchlosť zvýši asi dvakrát so zvýšením teploty na každých 10 ° C. Pri teplotách nad 40 ° C proteín prechádza denaturáciou a aktivita enzýmu klesá. Pri teplotách blízkych bodu mrazu sú enzýmy deaktivované.
S nárastom množstva substrátu sa rýchlosť enzymatickej reakcie zvyšuje, až kým sa počet molekúl substrátu nerovná počtu molekúl enzýmu. S ďalším zvýšením množstva substrátu sa rýchlosť nebude zvyšovať, pretože dôjde k nasýteniu aktívnych centier enzýmu. Zvýšenie koncentrácie enzýmu vedie k zvýšeniu katalytickej aktivity, pretože väčší počet molekúl substrátu prechádza transformáciou za jednotku času.
Pre každý enzým existuje optimálna hodnota pH, pri ktorej vykazuje maximálnu aktivitu (pepsín - 2,0, slinná amyláza - 6,8, pankreatická lipáza - 9,0). Pri vyšších alebo nižších hodnotách pH aktivita enzýmu klesá. Pri prudkých zmenách pH enzým denaturuje.
Rýchlosť práce alosterických enzýmov je regulovaná látkami, ktoré sa viažu na alosterické centrá. Ak tieto látky urýchlia reakciu, nazývajú sa aktivátory ak spomalia - inhibítory.
Klasifikácia enzýmov
Podľa typu katalyzovaných chemických transformácií sú enzýmy rozdelené do 6 tried:
- oxyreduktáza(prenos atómov vodíka, kyslíka alebo elektrónov z jednej látky do druhej - dehydrogenázy),
- transferázy(prenos metylovej, acylovej, fosfátovej alebo aminoskupiny z jednej látky do druhej - transaminázy),
- hydrolázy(hydrolytické reakcie, pri ktorých sa zo substrátu tvoria dva produkty - amyláza, lipáza),
- lyázy(nehydrolytické naviazanie na substrát alebo eliminácia skupiny atómov z neho, pričom väzby C-C, C-N, C-O, C-S-dekarboxyláza môžu byť prerušené),
- izomeráza(intramolekulárne preusporiadanie - izomeráza),
- ligázy(kombinácia dvoch molekúl ako výsledok tvorby C-C odkazy, C-N, C-O, C-S-syntetáza).
Triedy sú ďalej rozdelené na podtriedy a podtriedy. V súčasnej medzinárodnej klasifikácii má každý enzým špecifickú šifru pozostávajúcu zo štyroch čísel oddelených bodkami. Prvé číslo je trieda, druhé je podtrieda, tretie je podtrieda, štvrté je poradové číslo enzýmu v tejto podtriede, napríklad šifra arginázy je 3.5.3.1.
Ísť do prednášky číslo 2„Štruktúra a funkcia uhľohydrátov a lipidov“
Ísť do prednášky č"Štruktúra a funkcia nukleových kyselín ATP"
Ide o biopolyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny.
Aminokyseliny sú organické zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou obsahujúce karboxylové (-COOH) a amínové (-NH2) skupiny, ktoré sú viazané na rovnaký atóm uhlíka. K atómu uhlíka je pripojený bočný reťazec - radikál, ktorý dáva každej aminokyseline určité vlastnosti.
Väčšina aminokyselín má jednu karboxylovú skupinu a jednu aminoskupinu; tieto aminokyseliny sa nazývajú neutrálny... Existujú však a esenciálne aminokyseliny- s viac ako jednou aminoskupinou a kyslé aminokyseliny- s viac ako jednou karboxylovou skupinou.
Je známe, že v živých organizmoch sa nachádza asi 200 aminokyselín, ale iba 20 z nich je súčasťou bielkovín. Ide o tzv hlavný alebo proteinogénny aminokyseliny.
V závislosti od radikálov sú hlavné aminokyseliny rozdelené do 3 skupín:
- Nepolárne (alanín, metionín, valín, prolín, leucín, izoleucín, tryptofán, fenylalanín);
- Polárne nenabité (asparagín, glutamín, serín, glycín, tyrozín, treonín, cysteín);
- Nabité (arginín, histidín, lyzín - pozitívne; kyselina asparágová a kyselina glutámová - negatívne).
Bočné reťazce aminokyselín (radikál) môžu byť hydrofóbne a hydrofilné a dodávajú proteínom zodpovedajúce vlastnosti.
V rastlinách sú všetky esenciálne aminokyseliny syntetizované z primárnych produktov fotosyntézy. Ľudia a zvieratá nie sú schopní syntetizovať množstvo proteinogénnych aminokyselín a musia ich prijať hotová forma spolu s jedlom. Tieto aminokyseliny sa nazývajú esenciálne. Patria sem lyzín, valín, leucín, izoleucín, treonín, fenylalanín, tryptofán, metionín; arginín a histidín sú pre deti nepostrádateľné.
V roztoku môžu aminokyseliny pôsobiť ako kyseliny aj ako zásady, to znamená, že sú to amfotérne zlúčeniny. Karboxylová skupina (-COOH) je schopná darovať protón, ktorý funguje ako kyselina, a amínová skupina (-NH2) prijíma protón, čím vykazuje vlastnosti zásady.
Aminoskupina jednej aminokyseliny je schopná reagovať s karboxylovou skupinou inej aminokyseliny. Výsledná molekula je dipeptid a väzba -CO -NH- sa nazýva peptidová väzba.
Na jednom konci dipeptidovej molekuly je voľná aminoskupina a na druhom voľná karboxylová skupina. Vďaka tomu môže dipeptid na seba naviazať ďalšie aminokyseliny za vzniku oligopeptidov. Ak sa týmto spôsobom spojí mnoho aminokyselín (viac ako 10), potom polypeptid.
Peptidy hrajú v tele dôležitú úlohu. Mnoho aligopeptidov je hormónov. Ide o oxytocín, vazopresín, tyroliberín, tyreotropín atď. K oligopeptidom patrí aj bradykidín (bolestivý peptid) a niektoré opiáty („prírodné lieky“ osoby), ktoré vykonávajú funkciu úľavy od bolesti. Užívanie drog ničí opiátový systém tela, takže závislý bez dávky liekov zažije 1 silnú bolesť - „vysadenie“, ktoré za normálnych okolností odstránia opiáty.
Oligopeptidy zahŕňajú niektoré antibiotiká (napríklad gramicidín S).
Polypeptidy sú mnohé hormóny (inzulín, adrenokortikotropný hormón atď.), Antibiotiká (napríklad gramicidín A), toxíny (napríklad toxín záškrtu).
Proteíny sú polypeptidy, ktorých molekula obsahuje od 50 do niekoľko tisíc aminokyselín s molekulovou hmotnosťou viac ako 10 000.
Každý proteín má v určitom prostredí svoju špeciálnu priestorovú štruktúru. Pri charakterizácii priestorovej (trojrozmernej) štruktúry sa rozlišujú štyri úrovne organizácie proteínových molekúl.
Primárna štruktúra- sekvencia aminokyselín v polypeptidovom reťazci. Primárna štruktúra je špecifická pre každý proteín a je daná genetickou informáciou, t.j. závisí od sekvencie nukleotidov v oblasti molekuly DNA, ktorá kóduje daný proteín. Všetky vlastnosti a funkcie bielkovín závisia od primárnej štruktúry. Nahradenie jednej jedinej aminokyseliny v molekulách proteínu alebo zmena ich umiestnenia zvyčajne znamená zmenu funkcie proteínu. Pretože zloženie bielkovín obsahuje 20 typov aminokyselín, počet variantov ich kombinácií v rodovom a peptidovom reťazci je skutočne neobmedzený, čo poskytuje obrovské množstvo typov bielkovín v živých bunkách.
V živých bunkách nie sú molekuly proteínu alebo ich jednotlivé sekcie predĺženým reťazcom, ale sú skrútené do špirály pripomínajúcej predĺžený prameň (toto je takzvaná α-helix) alebo sú zložené do skladanej vrstvy (β-vrstvy). Sekundárna štruktúra vzniká v dôsledku tvorby vodíkových väzieb medzi skupinami -CO- a -NH2 dvoch peptidových väzieb v rámci jedného polypeptidového reťazca (helikálna konfigurácia) alebo medzi dvoma polypeptidovými reťazcami (skladané vrstvy).
Keratínový proteín má úplne α-helikálnu konfiguráciu. Je to štrukturálny proteín vlasov, srsti, nechtov, pazúrov, zobáka, peria a rohov. Špirálová sekundárna štruktúra je okrem keratínu charakteristická pre fibrilárne (vláknité) proteíny, ako je myozín, fibrinogén, kolagén.
Vo väčšine bielkovín sa špirálové a nešpirálové oblasti polypeptidového reťazca skladajú do trojrozmernej formácie sférického tvaru-gule (charakteristická pre globulárne proteíny). Glóbus určitej konfigurácie je terciárna štruktúra veverička. Terciárna štruktúra je stabilizovaná iónovými, vodíkovými väzbami, kovalentnými disulfidovými väzbami (ktoré sa tvoria medzi atómami síry, ktoré tvoria cysteín), ako aj hydrofóbnymi interakciami. Najdôležitejšie pri vzniku terciárnej štruktúry sú hydrofóbne interakcie; V tomto prípade proteín koaguluje takým spôsobom, že jeho hydrofóbne bočné reťazce sú skryté vo vnútri molekuly, to znamená, že sú chránené pred kontaktom s vodou a hydrofilné bočné reťazce sú naopak vystavené vonkajšej strane.
Mnoho proteínov s obzvlášť komplexnou štruktúrou pozostáva z niekoľkých polypeptidových reťazcov držaných pohromade v molekule hydrofóbnymi interakciami, ako aj vodíkovými a iónovými väzbami - vzniká kvartérna štruktúra... Takáto štruktúra sa nachádza napríklad v globulárnom proteíne hemoglobín. Jeho molekula pozostáva zo štyroch samostatných polypeptidových podjednotiek (protomérov) umiestnených v terciárnej štruktúre a z neproteínovej časti - hemu. Len v takejto štruktúre je hemoglobín schopný vykonávať svoju transportnú funkciu.
Pod vplyvom rôznych chemických a fyzikálne faktory(ošetrenie alkoholom, acetónom, kyselinami, zásadami, vysokou teplotou, žiarením, vysoký tlak atď.) dochádza k zmene terciárnej a kvartérnej štruktúry proteínu v dôsledku roztrhnutia vodíkových a iónových väzieb. Nazýva sa proces narušenia natívnej (prirodzenej) štruktúry proteínu denaturácia... V tomto prípade dochádza k zníženiu rozpustnosti proteínu, zmene tvaru a veľkosti molekúl, strate enzymatická aktivita atď. Denaturačný proces je niekedy reverzibilný, tj. návratnosť normálnych podmienkach prostredie môže sprevádzať spontánna obnova prirodzenej štruktúry proteínu. Tento proces sa nazýva renaturácia. Z toho vyplýva, že všetky vlastnosti štruktúry a fungovania proteínovej makromolekuly sú určené jej primárnou štruktúrou.
Od chemické zloženie emitujú jednoduché a komplexné proteíny. TO jednoduché zahŕňajú proteíny pozostávajúce iba z aminokyselín a komplikované- obsahujúce bielkoviny a neproteínové (prostatické) - ióny kovov, uhľohydráty, lipidy atď. Jednoduchými proteínmi sú sérový albumín krvi, imunoglobulín (protilátky), fibrín, niektoré enzýmy (trypsín) atď. Komplexné proteíny sú všetky proteolipidy a glykoproteíny , hemoglobín, väčšina enzýmov atď.
Proteínové funkcie
Štrukturálne.
Bielkoviny sú súčasťou bunkových membrán a bunkových organel. Steny ciev, chrupaviek, šliach, vlasov, nechtov a pazúrov u vyšších zvierat pozostávajú predovšetkým z bielkovín.
Katalytický (enzymatický).
Proteínové enzýmy katalyzujú všetky chemické reakcie v tele. Poskytujú rozklad živín v tráviacom trakte, fixáciu uhlíka počas fotosyntézy, reakcie syntézy matrice atď.
Doprava.
Bielkoviny sa dokážu prichytiť a prenášať rôzne látky... Transport krvného albumínu mastné kyseliny, globulíny - ióny kovov a hormóny. Hemoglobín prenáša kyslík a oxid uhličitý.
Molekuly bielkovín, ktoré tvoria plazmatickú membránu, sa zúčastňujú transportu látok do a von z bunky.
Ochranné.
Vykonávajú ho imunoglobulíny (protilátky) v krvi, ktoré poskytujú imunitnú obranu tela. Fibrinogén a trombín sa podieľajú na zrážaní krvi a predchádzajú krvácaniu.
Kontraktilný.
Je to zabezpečené vzájomným pohybom vlákien aktínových a myozínových proteínov vo svaloch a vo vnútri buniek. Kĺzanie mikrotubulov, zostavených z proteínového tubulínu, sa vysvetľuje pohybom mihalníc a bičíkov.
Regulačné.
Mnoho hormónov sú oligopeptidy alebo proteíny, napríklad: inzulín, glukagón, adenokortikotropný hormón atď.
Receptor.
Niektoré proteíny vložené do bunkovej membrány sú schopné zmeniť svoju štruktúru na pôsobenie vonkajšieho prostredia. Takto sa prijímajú signály z vonkajšieho prostredia a informácie sa prenášajú do bunky. Príkladom je fytochróm- na svetlo citlivý proteín, ktorý reguluje fotoperiodickú odozvu rastlín, a opsin - zložka rodopsín, pigment nachádzajúci sa v bunkách sietnice.