Et kikk på kjemi
Proteiner kan plasseres i første omgang i den "biologiske verden" siden, i lys av deres mange funksjoner, ville det ikke være noe liv uten dem.
Elementanalyse av proteiner gir følgende gjennomsnittsverdier: 55% karbon, 7% hydrogen og 16% nitrogen; Det er klart at proteiner avviker fra hverandre, men deres gjennomsnittlige elementære sammensetning avviker lite fra de angitte verdiene ovenfor.
Konstitusjonelt er proteiner makromolekyler dannet fra naturlige a-aminosyrer; Aminosyrene kombineres gjennom amidbindingen som er opprettet ved reaksjon mellom en aminogruppe av en a-aminosyre og karboksylen av en annen a-aminosyre. Denne bindingen (-CO-NH-) kalles også peptidbinding fordi den binder peptider (aminosyrer i kombinasjon):
Den oppnådde er et dipeptid fordi det dannes av to aminosyrer. Siden et dipeptid inneholder en fri aminogruppe i den ene enden (NH2) og en karboksylgruppe på den andre (COOH), kan den reagere med en eller flere aminosyrer og strekke kjeden både fra høyre og fra venstre, med samme reaksjon sett ovenfor.
Sekvensen av reaksjoner (som i alle fall ikke er så enkle) kan fortsette på ubestemt tid: inntil det er en polymer som kalles polypeptid eller protein . Sondringen mellom peptider og proteiner er knyttet til molekylvekt: vanligvis for molekylvekter større enn 10.000 kalles det protein.
Binding sammen aminosyrer for å oppnå like små proteiner er en vanskelig operasjon, selv om det nylig er utviklet en automatisk metode for å produsere proteiner fra aminosyrer som gir gode resultater.
Det enkleste proteinet består derfor av 2 aminosyrer: Ved en internasjonal konvensjon starter den ordnede nummereringen av aminosyrer i en proteinstruktur fra aminosyren med den frie a-aminogruppen.
Proteinstruktur
Proteinmolekylene er formet slik at vi kan se opptil fire forskjellige organisasjoner: de er generelt utpreget, en primær struktur, en sekundær, en tertiær og en kvaternær.
Primær- og sekundærstrukturer er essensielle for proteiner, mens tertiære og kvaternære strukturer er "tilbehøret" (i den forstand at ikke alle proteiner kan utstyres med dem).
Den primære strukturen bestemmes av antall, type og sekvens av aminosyrer i proteinkjeden; Det er derfor nødvendig å bestemme den ordnede sekvensen for aminosyrene som utgjør proteinet (for å vite dette betyr å kjenne den eksakte sekvensen av DNA-baser som kodifiserer for dette proteinet) som møter ikke-ubetydelige kjemiske vanskeligheter.
Det var mulig å bestemme den bestilte sekvensen av aminosyrer gjennom Edman-nedbrytning: proteinet reageres med fenylisotiocyanat (FITC); i utgangspunktet angriper doblet av a-aminokvivalent fenylisotiocyanatet som danner tiokarbamylderivatet; Deretter sykliseres det oppnådde produkt som gir fenyltioidantoinderivatet som er fluorescerende.
Edman har utformet en maskin som kalles sequencer som automatisk justerer parametrene (tid, reagenser, pH etc.) for nedbrytning og gir den primære strukturen av proteiner (for dette fikk han Nobelprisen).
Den primære strukturen er ikke tilstrekkelig til å fullstendig tolke egenskapene til proteinmolekyler; Det antas at disse egenskapene avhenger på en vesentlig måte på den romlige konfigurasjonen som molekylene av proteiner har en tendens til å anta, bøyer på forskjellige måter: det vil si å anta hva som er definert som en sekundær struktur av proteiner. Den sekundære strukturen av proteiner er tremolabile, det vil si å kaste bort på grunn av oppvarming; da denatureres proteinene, og mister mange av deres karakteristiske egenskaper. I tillegg til oppvarming over 70 ° C, kan denaturering også skyldes bestråling eller ved virkningen av reagenser (for eksempel sterke syrer).
Denaturering av proteiner ved termisk effekt blir observert, for eksempel ved oppvarming av hvite hvitt: det er sett å miste sitt gelatinøse utseende og omdanne til en uoppløselig hvit substans. Imidlertid fører denatureringen av proteiner til ødeleggelsen av deres sekundære struktur, men etterlater den primære strukturen (sammenkoblingen av de forskjellige aminosyrer) uendret.
Proteiner tar på den tertiære strukturen når kjeden, mens den er fleksibel til tross for sammenleggingen av den sekundære strukturen, brettes opp for å skape et vridet tredimensjonalt arrangement i form av en solid kropp. Disulfidbindingene som kan etableres mellom cystein -SH spredt langs molekylet, er hovedsakelig ansvarlig for den tertiære strukturen.
Den kvaternære strukturen, derimot, konkurrerer bare om proteiner dannet av to eller flere underenheter. Hemoglobin, for eksempel, består av to par proteiner (det vil si i alle fire proteinkjeder) som er plassert ved en tetraeder på en slik måte at den gir en struktur av sfærisk form; De fire proteinkjedene holdes sammen av ioniske krefter og ikke ved kovalente bindinger.
Et annet eksempel på en kvaternær struktur er den for insulin, som ser ut til å bestå av så mange som seks proteinunderenheter anordnet parvis i trekantene av en trekant i midten av hvilke to sinkatomer er lokalisert.
PROTEINSFIBROSE: De er proteiner med en viss stivhet og har en akse langt lenger enn den andre; Det mest omfattende fibrøse proteinet i naturen er kollagen (eller kollagen).
Et fibrøst protein kan ta flere sekundære strukturer: a-helix, p-leaflet og, når det gjelder kollagen, trippelhelix; a-helix er den mest stabile strukturen, etterfulgt av p-brikken, mens de minst stabile av de tre er trippelhelixen.
α-heliks
Propellen sies å være høyrehendt dersom man følger hovedskjelettet (orientert fra bunnen oppover), utfører en bevegelse som ligner skruen på en høyrehendt skrue; mens propellen er til venstre hvis bevegelsen er analog med skruen på en venstrehendt skrue. I høyre a-helikser er -R- substituenter av aminosyrene vinkelrett på proteinets hovedakse og vendt utover, mens i venstre hånd a-helikser substituentene -R vender innover. Høyre a-helikene er mer stabile enn de venstre hånden, fordi mellom karene -R er mindre interaksjon og mindre sterisk hindring. Alle a-helixene som finnes i proteiner er dextroginøse.
Strukturen av a-helix stabiliseres av hydrogenbindinger (hydrogenbroer) som dannes mellom karboksylgruppen (-C = O) i hver aminosyre og aminogruppen (-NH) som er fire rester senere i lineær sekvens.
Et eksempel på et protein som har en a-helixstruktur er hårkeratin.
β-ark
I p-brikke-strukturen kan hydrogenbindinger dannes mellom aminosyrer som tilhører forskjellige, men parallelle polypeptidkjeder eller mellom aminosyrer av samme protein, selv tverrlig fjernt fra hverandre, men strømmer i antiparallelle retninger. Men hydrogenbindinger er svakere enn de som stabiliserer a-helixformen.
Et eksempel på en p-brikkestruktur er silkefibrin (det finnes også i spindelvev).
Ved å utvide a-helixstrukturen blir overgangen fra a-helix til p-brikke utført; Også varmen eller det mekaniske stresset tillater å passere fra a-helixstrukturen til p-arkstrukturen.
Vanligvis er i p-piller strukturer i nærheten av hverandre fordi hydrogenbindinger mellom proteinpartiene kan etableres.
I fibrøse proteiner er det meste av proteinstrukturen organisert som a-helix eller p-leaflet.
GLOBULARE PROTEINER: De har en nesten sfærisk romlig struktur (på grunn av de mange endringer i retningen av polypeptidkjeden); Noen deler av å være kan spores tilbake til en a-helix eller p-brikke struktur og andre porsjoner er ikke i stedet henførbare til disse skjemaene: arrangementet er ikke tilfeldig, men organisert og repeterende.
Proteinene referert til så langt er stoffer av en helt homogen konstitusjon: det vil si rene sekvenser av kombinerte aminosyrer; disse proteinene kalles enkle ; Det er proteiner som består av en proteindel og en ikke-proteindel (prostata-gruppe) kalt konjugerte proteiner.
kollagen
Det er det mest overflødige proteinet i naturen: Det er tilstede i bein, negler, hornhinne og øyelinsen, mellom de mellomliggende mellomromene i enkelte organer (f.eks. Lever), etc.
Dens struktur gir det spesielle mekaniske evner; Den har stor mekanisk motstand forbundet med høy elastisitet (f.eks. i sener) eller høy stivhet (f.eks. i beinene) avhengig av hvilken funksjon den skal utføre.
En av de mest nysgjerrige egenskapene til kollagen er dens konstitutive enkelhet: den er dannet for ca. 30% av prolin og for ca. 30% av glycin ; de andre 18 aminosyrene må deles bare de resterende 40% av proteinstrukturen. Aminosyresekvensen av kollagen er bemerkelsesverdig vanlig: hver tredje rest, den tredje er glycin.
Prolin er en cyklisk aminosyre der R- gruppen binder til a-aminokvivalent, og dette gir en viss stivhet.
Den endelige strukturen er en repeterende kjede som har form av en spiral; i kollagenkjeden er hydrogenbindinger fraværende. Kollagen er en venstre helix med et trinn (lengde som svarer til en spiralrevolusjon) større enn a-helixen; Kollagenens helix er så løs at tre proteinkjeder er i stand til å vikle mellom dem som danner et enkelt tau: tredobbelt helixstruktur.
Den tredobbelte helixen av kollagen er imidlertid mindre stabil enn både a-helixstrukturen og p-brosjyrestrukturen.
La oss nå se mekanismen som kollagen er produsert av ; Tenk for eksempel brudd på et blodkar: dette bruddet er ledsaget av et myriade av signaler for å lukke fartøyet og danner dermed koaguleringen. Koagulasjon krever minst tretti spesialiserte enzymer. Etter klumpen er det nødvendig å fortsette med reparasjon av vevet; cellene nær såret produserer også kollagen. For å gjøre dette, blir først uttrykket av et gen fremkalt, det vil si at organismer som starter fra informasjonen til et gen, er i stand til å produsere proteinet (genetisk informasjon transkriberes på mRNA som kommer fra kjernen og når ribosomene i cytoplasmaen hvor den genetiske informasjonen blir oversatt til protein). Deretter syntetiseres kollagenet i ribosomene (det vises som en venstrehelikix sammensatt av ca. 1200 aminosyrer og har en molekylvekt på ca. 150000 d) og akkumuleres deretter i lumene hvor det blir substrat for enzymer som er i stand til å gjøre postmodifikasjoner -radisjonelle (språkmodifikasjoner oversatt av mRNA); i kollagen består disse modifikasjonene av oksydasjonen av noen sidekjeder, spesielt prolin og lysin.
Mislykket av enzymer som fører til disse modifikasjonene forårsaker skjørbuk: det er en sykdom som i første omgang fører til brudd på blodårene, brudd på tennene som kan følges av tarmblødning og dødsfall; Det kan skyldes kontinuerlig bruk av lang levetidsmat.
Senere, ved virkningen av andre enzymer, oppstår andre modifikasjoner som består i glykosidering av hydroksylgruppene av prolin og lysin (et sukker er bundet til oksygen ved OH); disse enzymene er funnet i andre områder enn lumen derfor, mens proteinet gjennomgår modifikasjoner, migrerer det inne i endoplasmatisk retikulum for å ende opp i sacs (vesikler) som nærmer seg seg og løsner fra gitteret: inne er de inneholdt den glykosiderte prokollagenmonomeren; sistnevnte når Golgi-apparatet hvor bestemte enzymer gjenkjenner cysteinet tilstede i karboksydelen av det glykosiderte prokollagen og forårsaker at de forskjellige kjedene nærmer seg hverandre og danner disulfidbroer: tre kjeder av pro glykosidert kollagen koblet sammen, og dette er utgangspunktet som de tre kjedene, interpenetrerende, da spontant gir opphav til trippelhelixen. De tre glycidoksiderte prokollaginkjedene som er bundet til hverandre når, en vesikkel som, kveler seg selv, løsner seg fra Golgi-apparatet, transporterer de tre kjedene mot periferien av cellen der, gjennom fusjonen med plasmamembranen, trimetro blir utvist fra cellen.
I det ekstracellulære rommet er det spesielle enzymer, prokollagenpeptidasene, som fjerner fra artene utvist fra cellen, tre fragmenter (en for hver helix) på 300 aminosyrer hver, på karboksyterminalsiden og tre fragmenter (en for hvert helix) på ca. 100 aminosyrer hver, fra den aminoterminale delen: en triple helix gjenstår, bestående av ca. 800 aminosyrer for helix kjent som tropokollagen .
Tropokollagenet har utseendet til en ganske stiv pinne; De forskjellige trimerene er forbundet med kovalente bindinger for å gi større strukturer: mikrofibriller . I mikrofibrillene er de forskjellige trimerene arrangert på en forskjøvet måte; så mange mikrofibriller er tropokollagenbunter.
I beinene, blant kollagenfibrene, er det mellomliggende mellomrom hvor kalsium- og magnesiumsulfater og fosfater deponeres: disse salter dekker også alle fibrene; dette gjør beinene stive.
I senene er de interstitielle rom mindre rik på krystaller enn beinene, mens mindre proteiner er tilstede i forhold til tropokollagen: dette gir elastisitet til senene.
Osteoporose er en sykdom forårsaket av mangel på kalsium og magnesium som gjør det umulig å fikse salter i de interstitiale områdene av tropokollagenfibre.
