4. Proteini I: 4.A. Aminokiseline

Transcript

1 4. Proteini I: 4.A. Aminokiseline Aminokiselina: organski spoj koji je istovremeno karboksilna kiselina (sadrži karboksilnu skupinu COOH vezanu na ugljikov atom) i amin (sadrži amino skupinu vezanu na ugljikov atom). Amino skupina u aminokiselinama je najčešće nesupstituirana (neprotonirana NH 2 ili protonirana NH 3+ ), a rjeďe supstituirana (1-4 H atoma su zamjenjeni radikalima ili pobočnim lancima R1, R2, R3, R4). Alfa-aminokiselina (α-aminokiselina): karboksilna i amino skupine jesu vezane na isti ugljikov atom, koji se označava kao prvi ili početni C atom (Cα atom). Beta-aminokiselina (β-aminokiselina): ove skupine su vezane na susjedne C atome (-COOH na C α, a amino na C β atom). Analogna je logika za složenije aminokiseline (γ-aminokiseline, δ-aminokiseline, itd.). Opća strukturna formula α-aminokiseline, β-aminokiseline i γ-aminokiseline u standardnoj orijentaciji.

2 L-α-aminokiselina: α-aminokiselina koja zakreće ravninu polariziranog svjetla ulijevo (D-α-aminokiselina zakreće udesno ). Radi se o optičkim izomerima molekulama se koje se meďusobno odnose kao predmet i zrcalna slika predmeta: Oblik L-α-aminokiseline ovisi o ph otopine: -kisela (acidična) otopina: protonirane skupine, COOH, NH 3 + kation -neutralna otopina: disocirane ( COO - ) i protonirane ( NH 3+ ) skupine zwitterion (dipolarni ion) -lužnata (bazična, alkalna) otopina: disocirane ( COO - ) i neprotonirane ( NH 2 ) skupine anion Skupine R mogu sadržavati COOH, NH 2 ili druge skupine koje se disociraju ili protoniraju, ovisno o ph otopine. Karboksilna skupina označava se i u drugim oblicima: CO 2 H, C(O)OH.

3 Podjela i funkcija aminokiselina u čovjekovom organizmu: 1. Proteinogene aminokiseline: prirodne α-l-aminokiseline koje izgrađuju sve proteine i razne peptide prema zapisu u genetskom kodu, od kojih je 1 nestandardna (selenocistein), a 20 su standardne aminokiseline, tj. ima ih ukupno Neproteinogene aminokiseline (od kojih, prirodne aminokiseline sudjeluju u važnim metaboličkim procesima), ima ih na stotine: a) druge prirodne α-l-aminokiseline: neke ulaze naknadno u sastav proteina (npr. hidroksiprolin), neke su intermedijarni proizvodi biokemijski procesa, imaju posebne biokemijske funkcije (npr. L-ornitin i L-citrulin u ciklusu ureje tj. proizvodnji amonijaka za amonijačni pufer), ili su sastavni dijelovi raznih organskih spojeva b) neke prirodne α-d-aminokiseline: poznate su kao neurotransmiteri (D-serin, D-asparaginska kiselina, jedan derivat D-aspartata) c) lijekovi: neki antibiotici (npr. cikloserin, azaserin, L-fenilserin, L-kloramfenikol) i dr. d) prirodne β-aminokiseline: β-alanin (intermedijar u biosintezi vitamina B 5, sastavni je dio peptida karnozina i anserina u mišićima i mozgu), β-aminomaslačna kiselina i dr., koje sudjeluju u raznim metaboličkim procesima e) neke prirodne γ-aminokiseline i δ-aminokiseline: γ-aminomaslačna kiselina ili GABA (neurotransmiter), δ-aminolevulinska kiselina (intermedijar u biosintezi porfirinskih spojeva - hema i vitamina B i dr.) itd.

4 Građa 21 proteinogenih aminokiselina (L-α-aminokiselina koje izgrađuju proteine prema genetskom kodu) u čovjekovom organizmu: -elementarni sastav: ugljik, vodik, dušik, kisik, sumpor, selen -molekulska graďa: centralni C α atom i 4 supstituenta amino skupina, karboksilna skupina, vodikov atom, te pobočni lanac R (radikal) -ove aminokiseline obično se dijele u 4 skupine, prema kemijskim svojstvima pobočnog lanca; u literaturi postoje razne podjele, npr. jednostavna podjela: a) pobočni R je nepolaran, tj. R je H ili ugljikovodik (takve aminokiseline su hidrofobne, tj. molekule se meďusobno privlače preko hidrofobnih lanaca čineći grozdove - tzv. hidrofobne interakcije, dok su susjedne molekule vode u vrlo slaboj interakciji s grozdom): glicin, alanin, valin, leucin, izoleucin, fenilalanin, prolin; ove aminokiseline jesu neutralne tj. u obliku dipolnog iona u većini tjelesnih tekućina b) pobočni R je polaran (sadrži polarne skupine unutar kojih se nalaze atomi O, N, S, Se), ali se ne disocira: serin, treonin, cistein, selenocistein, metionin, triptofan, tirozin, asparagin, glutamin; ove aminokiseline jesu neutralne (dipolni ioni) u većini tjelesnih tekućina c) pobočni R je kiseo tj. sadrži CO 2 H skupine koje disociraju u većini tjelesnih tekućina, i molekule se nalaze kao anioni: asparaginska i glutaminska kiselina d) pobočni R je bazičan (alkalan) tj. sadrži jednu ili više amino skupina koje se protoniraju u većini tjelesnih tekućina, i molekule se nalaze kao kationi: lizin, arginin, histidin

5 21 proteinogena aminokiselina: Arginin (Arg, R) -Histidin (His, H) -Lizin (Lsy, K) -Asparaginska kiselina Ili Aspartat (Asp, D) -Glutaminska kiselina ili Glutamat (Glu, E) Serin (Ser, S) -Treonin (Thr, T) -Asparagin (Asn, N) -Glutamin (Gln, Q) Cistein (Cys, C) -Selenocistein (Sec, U) -Glicin (Gly, G) -Prolin (Pro, P) Alanin (Ala, A) -Valin (Val, V) -Ileucin (Ile, I) -Leucin (Leu, L) -Metionin (Met, M) -Fenilalanin (Phe, F) -Tirozin (Tyr, Y) -Triptofan (Trp, W)

6 21 proteinogena aminokiselina: Glicin (Gly, G) -Alanin (Ala, A) -Valin (Val, V) -Leucin (Leu, L) -Izoleucin (Ile, I) Prolin (Pro, P) -Fenilalanin (Phe, F) -Tirozin (Tyr, Y) -Triptofan (Trp, W) -Metionin (Met, M) Serin (Ser, S) -Treonin (Thr, T) -Cistein (Cys, C) -Selenocistein (Sec, U) -Asparagin (Asn, N) -Glutamin (Gln, Q) Asparaginska kiselina Ili Aspartat (Asp, D) -Glutaminska kiselina Ili Glutamat (Glu, E) -Arginin (Arg, R) -Histidin (His, H) -Lizin (Lsy, K)

7 Nutricijska važnost 21 proteinogene aminokiseline za čovjeka: 1-nutrijcijski esencijalne aminokiseline: 8 aminokiselina, koje se moraju unositi hranom ili dodacima prehrani, jer ih ljudski organizam ne može sintetizirati: valin (Val), leucin (Leu), izoleucin (Ile), fenilalanin (Phe), triptofan (Trp), metionin (Met), treonin (Thr), lizin (Lys) 2-nutrijcijski esencijalne aminokiseline samo za djecu, a nutrijcijski neesencijalne za odrasle osobe: 2 aminokiseline, koje se moraju unositi hranom ili dodacima prehrani, jer ih dječji organizam ne može sintetizirati: arginin (Arg), histidin (His) 3-nutricijski neesencijalne aminokiseline: 11 aminokiselina, koje se ne moraju unositi hranom ili dodacima prehrani, jer ih ljudski organizam može sintetizirati iz drugih aminokiselina i kemijskih spojeva u hrani: glicin (Gly), alanin (ala), prolin (Pro), serin (Ser), cistein (Cys), selenocistein (Sec), tirozin (Tyr), asparaginska kiselina (Asp), glutaminska kiselina (Glu), asparagin (Asn), glutamin (Glu) Metabolizam 20 proteinogenih aminokiselina: -unos: nutricijski esencijalne hranom, nutricijski neesencijalne hranom i vlastitom biosintezom, druge aminokiseline hranom i/ili biosintezom; aminokiseline se unose hranom direktno ili indirektno - raspadom proteina i dr. spojeva u probavnom sustavu i stanicama -izlučivanje mokraćom: konačni produkti razgradnje aminokiselina H 2 O, CO 2, NH i amonijačne soli, urea i dr., a aminokiseline u niskim koncentracijama

8 -Važnost aminokiselina: građa i normalno funkcioniranje organizma, izvor dušika, biosinteza raznih spojeva (npr. hema i dr. porfirina, žučnih boja, nekih hormona, peptida i proteina i dr.), izvor energije (Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline u mitohondrijima); alanin je prijenosnik dušika u organizmu; glutamat je izvor amonijaka za amonijačni pufer u bubrezima Metabolizam selenocisteina: -unos Se: u obliku anorganskih spojeva Se i organskih spojeva Se (npr. aminokiselina selenometionin) koje sadrže odreďene vrste namirnina (žitarice, soja, mahunarke, meso, ribe, mlijeko i dr.) -pohrana: akumulacija se u raznim tkivima, posebno kao selenometionin -važnost Se spojeva: poznato je barem 25 proteina koji sadrže selen selenoproteina, koji su važni enzimi; referentna koncentracija Se u krvi je µg/l -selenocistein: selenska aminokiselina koja je sastavni dio selenoproteina -izlučivanje: raspadom selenocisteina i dr. spojeva selena, mokraćom se izlučuju različiti anorganski i organski spojevi selena Najčešći nasljednji metabolički poremećaji s aminokiselinama: -aminoacidurija: povećano izlučivanje odreďenih aminokiselina mokraćom, zbog nemogućnosti organizma da ih potpuno metabolizira -aminoacidemija: povećana koncentracija odreďenih aminokiselina u krvi, zbog nemogućnosti organizma da ih normalno razgradi

9 4. Proteini I: 4.B. Peptidi Peptidi: spojevi nastali kondenzacijskom polimerizacijom aminokiselina (posredstvom enzima), pri čemu karboksilna jedne i amino skupina druge aminokiseline kemijski reagiraju stvarajući tzv. peptidnu vezu, uz izdvajanje molekule vode: H 3 N + C(H)R1 COO - + H 3 N + C(H)R2 COO - H 3 N + C(H)R1 CO NH C(H)R2 COO - + H 2 O peptidna veza Peptidna veza: veza između karbonilne C=O i amino N(H) skupine

10 Peptidi prema broju sastavnih aminokiselina: -dipeptid: 2 aminokiseline -tripeptid: 3 aminokiseline -tetrapeptid: 4 aminokiseline -pentapeptid: 5 aminokiselina itd. -oligopeptidi: 6-30 aminokiselina, molekule srednje veličine -polipeptidi: manji polipetidi (30-50 aminokiselina) razlikuju se od proteina, a za veće polipeptide ( aminokiselina pa i više) razlike u odnosu na proteine nisu jasno odreďene (mnogi spojevi se u literaturi su i peptidi i proteini) U literaturi, pod polipeptidom se takoďer podrazumijeva spoj nastao kondenzacijom mnoštva aminokiselina u neprekinuti i nerazgranati lanac - polipeptidni lanac. Općenito, peptidni lanac može biti kratak (2 aminokiseline) do jako dug (oko aminokiselina u mišićnom proteinu titinu), a sastoji se od perioda -NH-CO-CH- na kojima vise pobočni lanci R. Prema osnovnoj kemijskoj graďi, svi proteini su polipeptidi, ali obrat ne vrijedi. U stručnoj terminologiji, iako nema oštrih granica, veći peptidi i proteini se razlikuju po nizu svojstava: a) proteini su obično veći tj. imaju dulji peptidni lanac; b) proteini i veći peptidi imaju primarnu, sekundarnu i tercijarnu strukturu tj. više razine ureďenosti, dok kvaternu strukturu imaju samo proteini kada se sastoje od dvaju ili više polipeptidnih lanaca; c) peptidi mogu uključivati druge prirodne aminokiseline uz 20 standardnih; d) proteini su često složenije graďe: vežu ligande (koenzime, kofaktore, dr. proteine, nukleinske kiseline) ili se vežu na složene supramolekule; e) proteini imaju neka fizičko-kemijska svojstva koja veći peptidi obično nemaju, npr. koagulacija toplinom.

11 Početak i kraj peptida: -početak: amino kraj (N-terminus) -kraj: karboksilni kraj (C-terminus) Tripeptid glicil-seril-valin Gly-Ser-Val, gdje je glicin N-terminalna, a valin je C-terminalna aminokiselina. Shematski prikaz strukture polipeptidnog lanca

12 Prirodni peptidi imaju mnoge važne fiziološke funkcije: A) u čovjeku 1- peptidi cijepanja tj. nastali cijepanjem duljih polipeptidnih lanaca, npr.: -neaktivni prekursori enzima tzv. proenzimi se aktiviraju cijepanjem, pri čemu su peptidi nusprodukti (npr. za vrijeme probave u probavnom sustavu): proenzim aktivni enzim + peptidi -sazrijevanjem kolagena nastaju peptidi kao nusprodukti: prokolagen kolagensko vlakno (tropokolagen) + peptidi -prilikom zgrušavanja krvi, nastaju peptidi kao nusprodukti: fibrinogen fibrinopeptidi fibrin + peptidi 2- peptidni hormoni: neki primjeri peptidnih hormona Hormon Aminokis. Veličina Funkcije vazopresin Da regulacija prometa vode, glukoze i soli, te krvnog tlaka inzulin Da metabolizam šećera i masti glukagon Da regulacija prometa glukoze oksitocin Da neuromodulacija (refleks otpuštanja mlijeka, bonding majka-dijete) gastrin Da regulacija klorovodične kiseline u želucu

13 3- neuropeptidi (peptidi u mozgu, ima ih oko 90): peptidni neurotransmiteri (npr. neuropeptid Y), opioidni neuropeptidi (endorfini, dinorfini, enkefalini) i dr. 4- glutation: tripeptid, antioksidans, važan biološki redoks sustav 5- β-alanil peptidi u mišićima i mozgu: peptidi karnozin i anserin sadrže β-alanin 6- antimikrobni peptidi dijelovi nesprecifičnog (prirođenog) imunog sustava: dermcidin (štiti kožu od mikroba), katelicidini (štite protiv bakterijskih infekcija), defensini (djeluju protiv bakterija, gljivica i virusa) i dr. 7- peptidi u dijagnostici: a) endogeni: inzulin, C-peptid i dr.; b) egzogeni: ciklosporin (ciklički peptid, imunosupresiv) i dr. itd. B) u drugim organizmima, a utječu na ljudski organizam 1- peptidni antibiotici: penicilin (struktura: Val + Cys + kiselinski ostatak), bacitracin, aktinomicin, valinomicin, gramicidin D (sadrži D-fenilalanin), gramicidin S, i mnogi drugi sintetski penicilini, cefalosporini i dr. lijekovi 2- mnogi otrovi: -otrovi iz gljiva (npr. amatoksini i falotoksini iz roda Amanita) -peptidi apitoksina, otrova pčele (melitin, apamin, tertiapin, adolapin i dr.) -zmijski otrovi (često su neurotoskini) -otrovi morskih beskralježnjaka itd.

14 4. Proteini I: 4.C. Sastav i građa proteina Proteini: spojevi nastali enzimskom kondenzacijskom polimerizacijom mnoštva aminokiselina (tzv. proteinogenih aminokiselina), uz stvaranje peptidnih veza i izdvajanje molekula vode. Proteini se u pravilu sastoje od više aminokiselina nego veći peptidi (u literaturi se navode dvije moguće granice, 50 i 100 aminokiselina), složenije su građe i funkcije, te imaju drugačija neka fizičko-kemijska svojstva nego veći peptidi. Do sada je poznata 21 proteinogena aminokiselina u čovjekovom organizmu. Metabolizam proteina: -unos: hranom i dodacima prehrani -razlaganje: u probavnom sustavu i stanicama proteini se razlažu na građevne blokove aminokiseline -priprema materijala za sintezu proteina i peptida: aminokiseline se stvaraju raspadom proteina, peptida i drugih tvari iz hrane i dodataka prehrani; u nedostatku dovoljne količine neesencijalnih aminokiselina, ove će se sintetizirati u organizmu; selenovi spojevi iz hrane i dodataka prehrani poslužit će za stvaranje aminokiseline selenocisteina -biosinteza proteina i peptida: na ribosomima (translacija: sinteza prema genetskom zapisu) -izlučivanje mokraćom: proteini se ne izlučuju mokraćom; izlučuju se aminokiseline u niskim koncentracijama i produkti njihove konačne razgradnje

15 Primarna struktura proteina ili sekvencija proteina: slijed aminokiselina u proteinskom lancu, koji se piše slijeva nadesno, od N-terminalne do zaključno C-terminalne aminokiseline. Primjer 1: Primarna struktura epidermalnog faktora rasta (RGF) malog proteina od 53 aminokiseline (6045 Da); aminokiseline cisteini (Cys) meďusobno su vezane trima kovalentnim vezama S S (disulfidna veza važna u proteinima). Sekvencija (1-3) i prostorni prikaz (4) proteina

16 Primjer 2: Primarna struktura hormona rasta somatropina proteina od 191 aminokiseline (22129 Da); aminokiseline cisteini (Cys) meďusobno su vezane dvjema kovalentnim vezama S S (disulfidnim vezama). Sekvencija (1-3) proteina. 2: sekvencija prikazana simbolima aminokiselina 1: shematski prikaz sekvencije FPTIPLSRLFDNAMLRAHRLHQLAFDTYQEFEEAYI PKEQKYSFLQNPQTSLCFSESIPTPSNREETQQN LELLRISLLLIQSWLEPVQFLRSVFANSLVYGASDS NVYDLLKDLEEGIQTLMGRLEDGSPRTGQIFQTYS KFDTNSHNDDALLKNYGLLYCFRKDMDKVETFRIV QCRSVEGSCGF 3: sekvencija prikazana kratkim simbolima aminokiselina

17 Primjer 3: Primarna struktura hemoglobinskih jedinica α (142 aminokiselina) i β (147 aminokiselina). Svaka jedinica vezana je na prostetsku skupinu hem. Sekvencija (α: 1) i (β: 2), te oblik (3) i raspored (4) proteinskih jedinica. 1: sekvencija jedinice α MVLSPADKTN VKAAWGKVGA HAGEYGAEAL ERMFLSFPTT KTYFPHFDLS 50 HGSAQVKGHG KKVADALTNA VAHVDDMPNA LSALSDLHAH KLRVDPVNFK 100 LLSHCLLVTL AAHLPAEFTP AVHASLDKFL ASVSTVLTSK YR 142 2: sekvencija jedinice β MVHLTPEEKS AVTALWGKVN VDEVGGEALG RLLVVYPWTQ RFFESFGDLS 50 TPDAVMGNPK VKAHGKKVLG AFSDGLAHLD NLKGTFATLS ELHCDKLHVD 100 PENFRLLGNV LVCVLAHHFG KEFTPPVQAA YQKVVAGVAN ALAHKYH 147 3: struktura jedinice i veza s hemom 4

18 Sekundarna struktura proteina: konformacija polipeptidnog lanca u smislu vrste nabiranja peptidnih veza; sastoji se od različitih odsječaka ili jedinica (struktura), od kojih svaki ima svojstvenu geometriju ovisno o vrsti nabiranja; stabilizirajuće vodikove veze između peptidnih veza unutar odsječka daju osnovni oblik odsječku. Sekundarne strukture: A. Čvrste strukture (maksimalne privlačne sile: vodikove veze i dr. interakcije): 1- α-uzvojnica: desna spirale tj. desni navoj, koji je stabiliziran vodikovim vezama tipa C=O H N izmeďu svake 1. ( C=O) i 4. (H N ) aminokiseline (osim prolina koji ne može biti u uzvojnici); skupine R strše izvan spirale 2- β-nabrana ploča (paralelna ili antiparalelna, povezuje 2 ili više dijelova polipeptidnog lanca vodikovim vezama tipa C=O H N ); sastoji se od pločica koje su definirane ravninama peptidnih veza i vodikovim vezama B. Polučvrste strukture (većinom smještene na površini proteina): 1- petlja: povezuje čvrste strukture; mijenja lokalnu orijentaciju proteinskog lanca; stabilizirana je nekim vodikovim vezama tipa C=O H N ) 2- okret (jednostavan ili višestruk; ukosnica i dr. oblici): ima istu ulogu i sličnu strukturu kao i petlja, jednostavnije je graďe; mijenja lokalnu orijentaciju lanca C. Labilne strukture (smještene na površini proteina): 1- vrpca 2- drugi izduženi oblici polipeptidnog lanca 3- nasumične zavojnice, tj. labilne zavojnice s neodreďenim, nasumičnim (slučajnim) trodimenzionalnim rasporedom aminokiselina

19 α-uzvojnica: desna uzvojnica tj. desni navoj (sadrži L-aminokiseline) Smjer desne α-uzvojnice Geometrija α-uzvojnice Vodikove veze u α-uzvojnici Pobočni lanci R α-uzvojnice

20 β-nabrana ploča: nabrana ploča dvaju ili više dijelova polipeptidnog lanca, koji su meďusobno povezani vodikovim vezama Antiparalelna β-nabrana ploča s tri dijela polipeptidnog lanca Pobočni lanci R β-nabrane ploče Složena β-nabrana ploča Paralelna β-nabrana ploča s tri dijela polipeptidnog lanca Jednostavna β-nabrana ploča

21 Petlje i okreti primjeri: petlje i okreti jesu tipa α- ili β- kada povezuju respektivno α- uzvojnice ili β-nabrane ploče, a mogu biti i mješoviti tj. α, β β-petlja β-ukosnica Primjer strukture β-okreta Jednostavni β-okret Primjer sekundarne 3D strukture jednog polipeptidnog lanca Petlje i okreti mijenjaju orijetaciju uzvojnica i ploča tj. smjer od N-terminusa prema C-terminusu. α-okret

22 Petlje: imaju važne biološke funkcije petlje u enzimima sudjeluju u vezivanju enzima sa supstratom i katalitičkim reakcijama; dostupne su otapalu i supstratu jer se obično nalaze na površini proteina. Supersekundarna struktura proteina: strukturni motivi - kompaktne, dobro definirane proteinske strukture, nastale povezivanjem sekundarnih struktura u odreďene kombinacije; strukturni motivi imaju odreďenu topologiju, koja može biti jednostavna (npr. uzvojnica-petlja-uzvojnica, uzvojnica-okret-nabrana ploča) ali i vrlo složena (npr. β-bačva, grčki ključ). Motiv Ω-petlja Tipični motivi u proteinima Motiv Grčki ključ Motiv β-bačva

23 Tercijarna struktura proteina: cjelokupna trodimenzionalna konformacija polipeptidnog lanca povezivanje svih sekundarnih struktura i strukturnih motiva u prostoru; sve strukture se povezuju putem raznih veza (vodikove, elektrostatske, hidrofobne i druge, disulfidne kemijske veze) u kojima sudjeluju i pobočni lanci R. Tercijarna struktura proteina sastoji se od jedne ili više domena i ostatka proteina. Domena: kompaktna, strukturno i funkcionalno definirana jedinica proteina, dovoljna za obavljanje odreďene fizičke ili kemijske zadaće (npr. vezanje supstrata ili dr. liganda). Mioglobin sadrži samo jednu domenu, a isto vrijedi i za polipeptidni lanac hemoglobina: zadatak domene je prijenos kisika O 2. Mali proteini, npr. mioglobin, sastoje se od jednog polipeptidnog lanca, to su monomerni proteini, i oni nemaju kvaternu strukturu. Veći proteini postoje u obliku više polipeptidnih lanaca (protomera) koji se udružuju u funkcionalni kompleks. Takvi proteini imaju kvaternu strukturu, npr. hemoglobin. Ovisno o protomerima, takvi proteini mogu biti dimeri, trimeri, tetrameri, itd. jer sadrže respektivno 2, 3, 4 itd. polipeptidna lanca (do najviše 22 protomera); mogu biti homodimeri ili heterodimeri ako sadrže respektivno 2 jednaka ili 2 različita polipeptidna lanca, a analogno vrijedi i za složenije proteine. Kvaterna struktura proteina: struktura kompleksa dvaju ili više polipeptidnih lanaca, koji se međusobno povezuju putem raznih veza (vodikove, elektrostatske, hidrofobne i druge, disulfidne kemijske veze).

24 Primjer: Sekundarna, tercijarna i kvaterna struktura hemoglobina. Sekundarna struktura jedinica (protomera) α i β. Crveni cilindri su α-uzvojnice uzduž brojevnog pravca (primarna struktura polipeptidnog lanca). Tercijarna struktura protomera α i β (crveno, bijelo), u kompleksu s oksidiranim hemom (hem=zeleno, O 2 =žuto). Kvaterna struktura funkcionalnog hemoglobina, heterotetramera (αβ) 2.

25 4. Proteini I: 4.D. Podjela i funkcije proteina Proteini se mogu podijeliti na više načina, ovisno o značajkama koje su od posebnog interesa. Interpretacija funkcije proteina uvelike ovisi o podjeli. Proteini prema porijeklu: 1) Prirodni: nastali prirodnim putem, u organizmima 2) Umjetni: a) derivati prirodnih: dobiveni iz prirodnih djelovanjem kemijskim (enzimi, kemikalije) ili fizičkim metodama (npr. toplinom) b) sintetički: dobiveni u laboratoriju, uzastopnim povezivanjem aminokiselina u peptidni lanac c) rekombinantni: nastali genetskim manipulacijama, pri čemu se prvo načini tzv. rekombinantna DNK, a daljnji je postupak kao kod prirodne biosinteze Prirodni proteini prema sastavu: 1) Jednostavni: sastoje se samo od proteinskog materijala tj. od aminokiselina raspadom tj. hidrolizom daju samo aminokiseline 2) Složeni ili konjugirani (apoproteini, proteidi): sastoje se od proteinskog dijela (holoproteina) i neproteinskog dijela (prostetične skupine) koji su meďusobno povezani meďumolekulskim silama kao i kovalentnim vezama raspadom tj. hidrolizom daju aminokiseline i druge materijale (anorganske metalne i nemetalne ione, te organske razne male i velike molekule)

26

27 Slično proteinima, i peptidi se mogu podijeliti na jednostavne i konjugirane. Treba spomenuti peptidoglikane, glikopeptide, lipopeptide i peptidolipide. Prirodni proteini prema obliku i funkcijama: 1-globularni proteini (sferoproteini): -imaju kompaktan, zatvoren oblik (sfera, elipsoid, disk, prsten i dr.) -uglavnom su djelomično topljivi u vodi (nastaju koloidi), dok su neki potpuno topljivi (npr. albumini); razlog tome je tercijarna struktura unutrašnjost proteina je više hidrofobna ( boji se vode ) a površina je više hidrofilna ( voli vodu ) -uglavnom ne polimeriziraju, a samo neki polimeriziraju u duga vlakna (npr. aktin, tubulin) -imaju razne funkcije: enzimske (npr. citokromi), prijenos signala (proteinski hormoni, npr. prolaktin, gonadotropini), transport (npr. hemoglobin, mioglobin, transferin), pohrana aminokiselina (npr. kazein) i metala (feritin); regulacijske (npr. albumini), strukturne (npr. aktin, tubulin) i zaštitne funkcije (npr. imunoglobulini IgA, IgD, IgE, IgG i IgM; α- β- i γ-globulini) 2-fibrilarni ili vlaknasti proteini (skleroproteini): -imaju izduženi oblik (štapić, šipka, žica, vlakno); mnogi su proteini jako dugi, a neki su kraći (npr. fibrinogen) -uglavnom nisu topljivi u vodi (izvana su više hidrofobni), a neki jesu (npr. fibrinogen); iznutra su više hidrofilni jače su veze meďu peptidnim lancima

28 Osim nabrojenih funkcija proteini imaju i dr. uloge u ljudskom organizmu: -proteini iz prehrane i dodataka prehrani: raspadaju se u probavnom sustavu na aminokiseline, koje će poslužiti za sintezu raznih spojeva, posebno proteina i peptida, te za dobivanje energije -polimeriziraju u duge, linearne strukture -imaju graďevnu, potpornu i zaštitnu ulogu: izgraďuju vezivna i mišićna tkiva, tetive i koštanu osnovu, te kožu (npr. kolagen, elastin, keratin); zaštita npr. zgrušavanje krvi (fibrinogen); pohrana aminokiselina 3- membranski proteini: -različitog su oblika, ovisno o odnosu prema membrani: a) integralni membranski proteini jesu stalno vezani za membranu, od kojih se transmembranski proteini protežu od jedne strane membrane do druge obično su izduženog oblika (štapić, cijev, gljiva, bačva, ploča i dr.); b) periferni membranski proteini jesu obično privremeno vezanu za membranu obično su kompaktnog oblika kao globularni proteini; c) membranski toksini topljivi u vodi, ali mogu se ireverzibilno vezati za membranu u obliku transmembranskog kanala -uglavnom nisu topljivi u vodi, a neki jesu (membranski toksini) -imaju razne funkcije: transport kroz membranu, regulacijska, enzimatska, receptorska (prijenos signala), interakcija s izvanstaničnim matriksom i susjednim stanicama, zaštitna funkcija (npr. membranski toksini)

29 -zaliha goriva: skeletni mišići služe kao zaliha goriva tj. troše se, u slučaju da se potroše rezerve ugljikohidrata (glikogen) i masti (trigliceridi u masnom tkivu) za vrijeme dugog gladovanja -dijagnostičke svrhe: mnogi enzimi (ceruloplazmin, citokromi, laktatdehidrogenaza i mnogi dr.), hemoglobin, albumin, mioglobin, methemoglobin, apolipoproteini, čimbenici zgrušavanja krvi, i mnogi dr. -proteinski lijekovi: eritropoietin, abatacept, infliksimab i dr. -kozmetička industrija: botoks (botulinski toksin A), kolagen, elastin, keratin -ostalo Dnevni protok goriva i udio u potrošnji energije. Tri su glavne vrste goriva u ljudskom organizmu: proteini koji se razlažu na aminokiseline, trigliceridi koji se cijepaju na glicerol i slobodne masne kiseline, te ugljikohidrati koji se raspadaju na glukozu (glikogen nastaje sintezom iz glukoze).

30 Zadnja promjena: