Elementarna analiza beljakovin daje naslednje povprečne vrednosti: 55% ogljika, 7% vodika in 16% dušika; jasno je, da se beljakovine med seboj razlikujejo, vendar se njihova povprečna sestava elementov malo razlikuje od zgoraj navedenih vrednosti .
Po ustavi so beljakovine makromolekule, ki nastanejo iz naravnih α-aminokislin; aminokisline se pridružijo prek amidne vezi, ki se vzpostavi z reakcijo med amino skupino a-aminokisline in karboksil druge a-aminokisline.
Ta vez (-CO-NH-) se imenuje tudi peptidna vez, saj veže peptide (aminokisline v kombinaciji):
dobljeni je dipeptid, ker je sestavljen iz dveh aminokislin. Ker dipeptid vsebuje prosto amino skupino na enem koncu (NH2) in karboksil na drugem (COOH), lahko reagira z eno ali več aminokislinami in podaljša verigo tako z desne kot z leve strani z isto reakcijo videno zgoraj.
Zaporedje reakcij (ki mimogrede niso tako preproste) se lahko nadaljuje v nedogled: dokler ne pride do polimera, imenovanega polipeptid ali beljakovine. Razlikovanje med peptidi in beljakovinami je povezano z molekulsko maso: običajno pri molekulski masi nad 10.000 govorimo o beljakovinah.
Vezava aminokislin skupaj za pridobivanje celo majhnih beljakovin je težka naloga, čeprav je bila pred kratkim razvita avtomatska metoda pridobivanja beljakovin iz aminokislin, ki daje odlične rezultate.
Najenostavnejša beljakovina je torej sestavljena iz dveh aminokislin: po mednarodni konvenciji se urejeno oštevilčenje aminokislin v strukturi beljakovin začne iz aminokisline s prosto a-amino skupino.
kodiranje te beljakovine), ki naleti na zanemarljive kemične težave.
Urejeno zaporedje aminokislin je bilo mogoče določiti z Edmanovo razgradnjo: beljakovina reagira s fenilizotiocianatom (FITC); najprej dušik α-amino dušika napade fenilizotiocianat in tvori derivat tiokarbamila; nato dobljeni produkt ciklizira in daje fluorescenten derivat feniltiohidantoina.
Edman je razvil stroj, imenovan sekvencer, ki samodejno prilagodi parametre (čas, reagenti, pH itd.) Za razgradnjo in zagotovi primarno strukturo beljakovin (za to je prejel Nobelovo nagrado).
Primarna struktura ne zadostuje za popolno interpretacijo lastnosti proteinskih molekul; menijo, da so te lastnosti bistveno odvisne od prostorske konfiguracije, ki jo proteinske molekule običajno prevzamejo, in se zložijo na različne načine: to je ob predpostavki, ki je bila opredeljena kot sekundarna struktura beljakovin.
Sekundarna struktura beljakovin utripa, se pravi, da se s segrevanjem razpade; nato se proteini denaturirajo in izgubijo številne značilne lastnosti. Poleg segrevanja nad 70 ° C lahko denaturacijo povzroči tudi obsevanje ali delovanje reaktantov (na primer iz močnih kislin).
Denaturacijo beljakovin zaradi toplotnega učinka opazimo na primer s segrevanjem beljaka: opazi se, da izgubi želatinast videz in se spremeni v netopno belo snov. Vendar denaturacija beljakovin vodi do uničenja njihove sekundarne strukture, njihova primarna struktura pa ostane nespremenjena (združevanje različnih aminokislin).
Beljakovine prevzamejo terciarno strukturo, ko se njihova veriga, čeprav je kljub upogibanju sekundarne strukture še vedno prožna, zloži tako, da nastane izkrivljena tridimenzionalna razporeditev v obliki trdnega telesa. Za terciarno strukturo so odgovorne predvsem disulfidne vezi, ki jih je mogoče vzpostaviti med cisteinom -SH, razpršenim po molekuli.
Četrtinska struktura pa pripada le beljakovinam, ki jih tvorita dve ali več podenot. Hemoglobin je na primer sestavljen iz dveh parov beljakovin (to je v vseh štirih beljakovinskih verigah), ki se nahajajo na ogliščih tetraedra, tako da nastane sferična struktura; štiri beljakovinske verige držijo skupaj ionske sile in nekovalentne vezi.
Drug primer četrtinske strukture je inzulin, ki je sestavljen iz kar šestih beljakovinskih podenot, razporejenih v parih na ogliščih trikotnika, v središču katerega sta dva atoma cinka.
Vlaknate beljakovine
So beljakovine z določeno togostjo in imajo veliko daljšo os kot druga; vlaknasti protein, ki je v naravi v večjih količinah, je kolagen (ali kolagen).
Vlaknasti protein lahko prevzame različne sekundarne strukture: α-vijačnico, β-list in v primeru kolagena trojno vijačnico; α-vijačnica je najbolj stabilna struktura, sledi β-list, medtem ko je najmanj stabilna trojna vijačnica.
prav če se po glavnem ogrodju (usmerjenem od spodaj navzgor) izvede gib, podoben privijanju desnega vijaka; medtem ko je vijačnica od levo roko če je gibanje analogno privijanju levega vijaka. V desnih α-vijakih so -R substituenti aminokislin pravokotni na glavno os proteina in so obrnjeni navzven, medtem ko so v levi- roko a -vijačnice -R substituenti obrnjeni navznoter. Desni a-vijaki so bolj stabilni kot levičarji, ker je med vati -R c "manj interakcije in manjše sterične ovire. Vse a-spirale, ki jih najdemo v beljakovinah, so dekstrorotalne.
Strukturo α-vijačnice stabilizirajo vodikove vezi (vodikovi mostovi), ki nastanejo med karboksilno skupino (-C = O) vsake aminokisline in amino skupino (-NH), ki so jo kasneje našli v štirih ostankih. linearno zaporedje.
Primer proteina, ki ima strukturo α-vijačnice, je keratin za lase.
S podaljšanjem strukture α-vijačnice se izvede prehod iz α-vijačnice v β-list; tudi toplota ali mehanska obremenitev omogočata prehod iz α-vijačnice v strukturo β-lista.
Običajno so v beljakovinah strukture β-listov blizu drug drugemu, ker je mogoče med deli samega proteina vzpostaviti medverižne vodikove vezi.
V vlaknastih beljakovinah je večina proteinske strukture organizirana v α-vijačnico ali β-list.
Globularne beljakovine
Imajo skoraj sferično prostorsko strukturo (zaradi številnih sprememb v smeri polipeptidne verige); nekatere dele bivanja lahko zasledimo do strukture α-vijačnice ali β-lista, drugi deli pa se ne pripisujejo tem oblikam: razporeditev ni naključna, ampak organizirana in se ponavlja.
Dosedanje beljakovine so snovi popolnoma homogene sestave: to so čiste sekvence kombiniranih aminokislin; pravijo takšni proteini preprosto; obstajajo beljakovine, sestavljene iz beljakovinskega dela in nebeljakovinskega dela (skupina prostate), imenovanih beljakovine konjugirati.
, v nohtih, v roženici in v očesni leči, med vmesnimi prostori nekaterih organov (npr. jeter) itd.
Njegova struktura mu daje posebne mehanske sposobnosti; ima veliko mehansko trdnost, povezano z visoko elastičnostjo (npr. v tetivah) ali visoko togostjo (npr.v kosteh), odvisno od funkcije, ki jo mora opravljati.
Ena najbolj zanimivih lastnosti kolagena je njegova sestavina preprostost: sestavljen je iz približno 30% prolina in približno 30% glicina; preostalih 18 aminokislin mora deliti le preostalih 40% proteinske strukture. Aminokislinsko zaporedje kolagena je izjemno pravilno: za vsake tri ostanke je tretji glicin.
Prolin je ciklična aminokislina, v kateri se skupina R veže na α-amino dušik, kar ji daje določeno togost.
Končna struktura je ponavljajoča se veriga, ki ima obliko "vijačnice"; v verigi kolagena vodikove vezi niso prisotne. Kolagen je "leva vijačnica z nagibom (dolžina ustreza enemu obratu vijačnice) večji od" α-vijačnice; kolagena vijačnica je tako ohlapna, da se lahko tri beljakovinske verige ovijejo druga okoli druge in tvorijo " enojna vrv: trojna vijačna struktura.
Trojna vijačnica kolagena pa je manj stabilna kot struktura α-vijačnice in β-plošče.
Poglejmo zdaj mehanizem, po katerem se proizvaja kolagen; razmislite na primer o razpoki krvne žile: to rupturo spremlja nešteto signalov, katerih namen je zapreti posodo in tako tvoriti strdek.
Za koagulacijo je potrebno najmanj trideset specializiranih encimov. Po strdku je treba nadaljevati s popravljanjem tkiva; celice blizu rane proizvajajo tudi kolagen. Za to se najprej inducira ekspresija gena, to je organizmov, ki izhajajoč iz informacij o genu lahko proizvedejo beljakovine (genetske informacije se prepišejo na mRNA, ki zapusti jedro in doseže ribosome v citoplazmo, kjer se genetske informacije prevedejo v beljakovine). Nato se kolagen sintetizira v ribosomih (izgleda kot leva vijačnica, sestavljena iz približno 1200 aminokislin in ima molekulsko maso približno 150.000 d), nato pa se nabira v lumnih, kjer postane substrat za encime, ki lahko izvajajo post-translacijske modifikacije (spremembe jezika, prevedene z "mRNA"); v kolagenu te spremembe sestavljajo hidroksilacijo nekaterih stranskih verig, zlasti prolina in lizina.
Neuspeh encimov, ki vodijo do teh sprememb, povzroči skorbut: to je bolezen, ki sprva povzroči zlom krvnih žil, zlom zob, ki mu lahko sledijo medcelične krvavitve in smrt; lahko je posledica stalne uporabe dolgotrajne hrane.
Nato se zaradi delovanja drugih encimov pojavijo druge modifikacije, ki so sestavljene iz glikozidacije hidroksilnih skupin prolina in lizina (sladkor se veže na kisik OH); ti encimi se nahajajo na drugih področjih, razen v lumnu, zato se beljakovine, medtem ko se spreminjajo, selijo v endoplazemski retikulum in končajo v vrečkah (mehurčkih), ki se zaprejo in ločijo od retikuluma: v njih je glikozidiran pro -kolagenski monomer; slednji doseže Golgijev aparat, kjer določeni encimi prepoznajo cistein, ki je prisoten v karboksi terminalnem delu glikozidiranega pro-kolagena, in povzročijo, da se različne verige med seboj približujejo in tvorijo disulfidne mostove: na ta način tri verige glikozidiran pro-kolagen dobimo povezani skupaj in to je izhodišče, pri katerem tri verige, ki se medsebojno prodirajo, nato spontano povzročijo trojno vijačnico. Tri verige glikoksidiranega pro-kolagena, povezane skupaj, dosežejo, nato pa vezikel, ki zaduši se, se loči od Golgijevega aparata in prenese tri verige proti obrobju celice, kjer skozi fuzo ion s plazemsko membrano se trimeter izloči iz celice.
V zunajceličnem prostoru obstajajo posebni encimi, pro-kolagenske peptidaze, ki iz vrst, ki so izločene iz celice, odstranijo tri fragmente (po enega za vsako vijačnico) 300 aminokislin l "ena, iz terminalnega karboksi dela in tri fragmenti (po en za vsako vijačnico) vsakega s približno 100 aminokislinami iz aminoterminalnega dela: ostane trojna vijačnica, sestavljena iz približno 800 aminokislin na vijačnico, znano kot tropokolagen.
Tropokolagen ima videz dokaj toge palice; različni trimerji se povezujejo s kovalentnimi vezmi, da nastanejo večje strukture: mikrofibrile. V mikrofibrilah so različni trimerji razporejeni v vrstnem redu; mnogi mikrofibrili tvorijo snope tropokolagena.
V kosteh med kolagenskimi vlakni so intersticijski prostori, v katerih se odlagajo sulfati in fosfati kalcija in magnezija: te soli pokrivajo tudi vsa vlakna; zaradi tega se kosti trdijo.
V kitah so vmesni prostori manj bogati s kristali kot v kosteh, medtem ko so prisotne manjše beljakovine kot v tropokolagenu: to daje tetivam elastičnost.
Osteoporoza je bolezen, ki jo povzroča pomanjkanje kalcija in magnezija, zaradi česar soli v intersticijskih območjih vlaken tropokolagena ni mogoče pritrditi.
