Elementæranalysen av proteiner gir følgende gjennomsnittsverdier: 55% karbon, 7% hydrogen og 16% nitrogen; det er klart at proteiner skiller seg fra hverandre, men deres gjennomsnittlige elementære sammensetning skiller seg lite fra verdiene angitt ovenfor .
Konstitusjonelt er proteiner makromolekyler dannet av naturlige a-aminosyrer; aminosyrene går sammen gjennom amidbindingen som etableres ved reaksjonen mellom en aminogruppe av en a-aminosyre og karboksylen til en annen a-aminosyre.
Denne bindingen (-CO-NH-) kalles også en peptidbinding siden den binder peptider (aminosyrer i kombinasjon):
den som er oppnådd er et dipeptid fordi det består av to aminosyrer. Siden et dipeptid inneholder en fri aminogruppe i den ene enden (NH2) og en karboksyl i den andre (COOH), kan det reagere med en eller flere aminosyrer og forlenge kjeden både fra høyre og fra venstre, med samme reaksjon sett ovenfor.
Reaksjonsrekkefølgen (som forresten egentlig ikke er så enkel) kan fortsette på ubestemt tid: inntil det er en polymer som heter polypeptid eller protein. Skillet mellom peptider og proteiner er knyttet til molekylvekten: vanligvis for molekylvekter høyere enn 10 000 snakker vi om proteiner.
Å binde aminosyrer sammen for å få til og med små proteiner er en vanskelig oppgave, selv om det nylig har blitt utviklet en automatisk metode for å produsere proteiner fra aminosyrer som gir utmerkede resultater.
Det enkleste proteinet består derfor av 2 aminosyrer: etter internasjonal konvensjon starter den ordnede nummereringen av aminosyrer i en proteinstruktur fra aminosyren med den frie a-aminogruppen.
koding for dette proteinet) som møter ikke-ubetydelige kjemiske vanskeligheter.
Det var mulig å bestemme den ordnede sekvensen av aminosyrer gjennom Edman-nedbrytning: proteinet reageres med fenylisotiocyanat (FITC); opprinnelig angriper a-aminogenitrogen-dubletten fenylisotiocyanatet som danner tiokarbamylderivatet; deretter sykliserer det oppnådde produktet og gir fenyltiohydantoinderivatet som er fluorescerende.
Edman har utviklet en maskin som kalles en sequencer som automatisk justerer parametrene (tid, reagenser, pH, etc.) for nedbrytning og gir den primære strukturen til proteiner (for dette mottok han Nobelprisen).
Den primære strukturen er ikke tilstrekkelig til å tolke egenskapene til proteinmolekylene fullt ut; Det antas at disse egenskapene på en vesentlig måte er avhengige av den romlige konfigurasjonen som proteinmolekylene har en tendens til å anta, og bretter seg på forskjellige måter: det vil si at man antar det som er definert som sekundær struktur av proteiner.
Den sekundære strukturen til proteiner flimrer, det vil si at den har en tendens til å gå i oppløsning ved oppvarming; da denaturerer proteinene seg selv og mister mange av sine karakteristiske egenskaper. I tillegg til oppvarming over 70 ° C, kan denaturering også skyldes bestråling eller virkning av reaktanter (for eksempel fra sterke syrer).
Denaturering av proteiner på grunn av den termiske effekten observeres, for eksempel ved oppvarming av eggehviten: det ses å miste sitt geléaktig utseende og bli til et uoppløselig hvitt stoff. Denaturering av proteiner fører imidlertid til ødeleggelse av deres sekundære struktur, men etterlater deres primære struktur uendret (sammenkoblingen av de forskjellige aminosyrene).
Proteiner tar på seg den tertiære strukturen når kjeden deres, selv om den fortsatt er fleksibel til tross for bøyningen av den sekundære strukturen, bretter seg på en slik måte at den oppstår et forvrengt tredimensjonalt arrangement i form av en solid kropp. Ansvarlig for den tertiære strukturen er fremfor alt disulfidbindinger som kan etableres mellom cystein -SH spredt langs molekylet.
Den kvartære strukturen, derimot, tilhører bare proteiner dannet av to eller flere underenheter. Hemoglobin, for eksempel, består av to par proteiner (det vil si i alle fire proteinkjeder) plassert ved et tetraeders hjørner for å gi opphav til en sfærisk struktur; de fire proteinkjedene holdes sammen av krefter ioniske og ikke-kovalente bindinger.
Et annet eksempel på en kvaternær struktur er insulin, som ser ut til å bestå av så mange som seks proteinunderenheter arrangert i par ved hjørnene av en trekant i midten av som er to sinkatomer.
Fiberproteiner
De er proteiner med en viss stivhet og har en mye lengre akse enn den andre; det fibrøse proteinet som finnes i større mengder i naturen er kollagen (eller kollagen).
Et fibrøst protein kan anta forskjellige sekundære strukturer: α-helix, β-ark og, for kollagen, trippel helix; α-helix er den mest stabile strukturen, etterfulgt av β-arket, mens den minst stabile av de tre er triple helix.
Ikke sant hvis, etter hovedskjelettet (orientert fra bunn til topp), utføres en bevegelse som ligner på skruing av en høyre skrue; mens helixen er av venstre hand hvis bevegelsen er analog med skruing av en venstrehendt skrue. I de høyre α-helixene er -R-substituentene i aminosyrene vinkelrett på proteinets hovedakse og vender utover, mens de er i venstre- hånd a -spiraler -R -substituentene vender innover. Høyrehendte a-spiraler er mer stabile enn venstrehendte fordi mellom vati -R c "er det mindre interaksjon og mindre sterisk hindring. Alle a-spiraler som finnes i proteiner er dextrorotale.
Strukturen til a-helixen stabiliseres av hydrogenbindinger (hydrogenbroer) som dannes mellom karboksylgruppen (-C = O) i hver aminosyre og aminogruppen (-NH) som ble funnet fire rester senere i lineær sekvens.
Et eksempel på et protein som har en α-helixstruktur er hårkeratin.
Ved å forlenge a-helixstrukturen utføres overgangen fra a-helix til β-ark; også varmen eller den mekaniske belastningen tillater å passere fra a-helixen til β-arkstrukturen.
Vanligvis, i et protein, er β-arkstrukturene nær hverandre fordi hydrogenkjeder mellom kjeder kan etableres mellom deler av selve proteinet.
I fibrøse proteiner er det meste av proteinstrukturen organisert i et α-helix eller β-ark.
Kuleproteiner
De har en nesten sfærisk romlig struktur (på grunn av de mange endringene i retning av polypeptidkjeden); noen deler av væren kan spores tilbake til en α-helix eller β-arkstruktur, og andre deler kan i stedet ikke tilskrives disse formene: arrangementet er ikke tilfeldig, men organisert og repeterende.
Proteinene det er referert til nå, er stoffer med en helt homogen konstitusjon: det vil si rene sekvenser av kombinerte aminosyrer; slike proteiner sies enkel; det er proteiner som består av en proteindel og en ikke-proteindel (prostatagruppe) som kalles proteiner konjugere.
, i neglene, i hornhinnen og i øyelinsen, mellom mellomliggende mellomrom i noen organer (f.eks. lever) og så videre.
Dens struktur gir den spesielle mekaniske evner; den har stor mekanisk styrke forbundet med høy elastisitet (f.eks. i sener) eller høy stivhet (f.eks. i bein) avhengig av funksjonen den må utføre.
En av de mest nysgjerrige egenskapene til kollagen er dens konstituerende enkelhet: den består av omtrent 30% prolin og omtrent 30% glycin; de andre 18 aminosyrene trenger bare å dele de resterende 40% av proteinstrukturen. Aminosyresekvensen for kollagen er bemerkelsesverdig regelmessig: for hver tre rest er den tredje glycin.
Proline er en syklisk aminosyre der R-gruppen binder seg til α-aminogenitrogen, og dette gir den en viss stivhet.
Den endelige strukturen er en repeterende kjede som har formen som en "helix; i kollagenkjeden er hydrogenbindinger fraværende. Kollagen er en "venstre spiral med en stigning (lengde som tilsvarer en sving av spiralen) større enn" α-helixen; kollagenhelixen er så løs at tre proteinkjeder er i stand til å vikle rundt hverandre og danne en " enkelt tau: trippel spiralstruktur.
Den tredobbelte helixen til kollagen er imidlertid mindre stabil enn både a-helixen og β-arkstrukturen.
La oss nå se mekanismen for hvordan kollagen produseres; Tenk for eksempel på brudd på et blodkar: dette bruddet ledsages av et mylder av signaler med det formål å lukke karet og dermed danne blodproppen.
Koagulering krever minst tretti spesialiserte enzymer. Etter blodproppen er det nødvendig å fortsette med reparasjonen av vevet; celler nær såret produserer også kollagen. For å gjøre dette, blir ekspresjonen av et gen først indusert, det vil si organismer som starter fra informasjonen til et gen er i stand til å produsere proteinet (den genetiske informasjonen transkriberes på mRNA som forlater kjernen og når ribosomene i cytoplasma der den genetiske informasjonen blir oversatt til protein). Da blir kollagenet syntetisert i ribosomene (det ser ut som en venstre helix sammensatt av omtrent 1200 aminosyrer og har en molekylvekt på omtrent 150 000 d) og akkumuleres deretter i lumen hvor det blir et substrat for enzymer som er i stand til å utføre posttranslasjonelle modifikasjoner (modifikasjoner av språket oversatt med "mRNA); i kollagen består disse modifikasjonene i hydroksylering av noen sidekjeder, spesielt prolin og lysin.
Svikt i enzymene som fører til disse endringene forårsaker skjørbuk: det er en sykdom som i utgangspunktet forårsaker brudd på blodårene, brudd på tennene som kan etterfølges av interintestinale blødninger og død; det kan være forårsaket av kontinuerlig bruk av mat med lang levetid.
På grunn av virkningen av andre enzymer skjer det deretter andre modifikasjoner som består i glykosidering av hydroksylgruppene av prolin og lysin (et sukker binder seg til oksygenet til OH); disse enzymene finnes i andre områder enn lumen, og derfor vandrer proteinet mens det gjennomgår modifikasjoner inne i det endoplasmatiske retikulum for å ende opp i sekker (vesikler) som lukker seg selv og løsner fra retikulumet: inne i dem er det inneholdt det glykosiderte pro -kollagenmonomer; sistnevnte når Golgi-apparatet der bestemte enzymer gjenkjenner cystein som er tilstede i den karboksyterminale delen av det glykosiderte pro-kollagenet og får de forskjellige kjedene til å nærme seg hverandre og danne disulfidbroer: på denne måten tre kjeder av glykosidert pro-kollagen oppnås koblet sammen, og dette er utgangspunktet hvor de tre kjedene, som penetrerer, spontant gir opphav til den tredobbel helix.De tre kjedene av glykoksidert pro-kollagen som er koblet sammen når, deretter en vesikkel som, kveles av seg selv, løsner seg fra Golgi -apparatet og transporterer de tre kjedene mot cellens periferi hvor det gjennom sikringen ion med plasmamembranen, blir trimeteret utvist fra cellen.
I det ekstra cellulære rommet er det spesielle enzymer, pro-kollagenpeptidaser, som fjerner fra artene som blir utvist fra cellen, tre fragmenter (en for hver helix) av 300 aminosyrer l "en, fra den terminale karboksydelen og tre fragmenter (en for hver helix) på omtrent 100 aminosyrer hver, fra den aminoterminale delen: det gjenstår en trippel helix som består av omtrent 800 aminosyrer per helix kjent som tropokollagen.
Tropocollagen ser ut som en ganske stiv stang; de forskjellige trimerer forbinder kovalente bindinger for å gi større strukturer: mikrofibriller. I mikrofibrilene er de forskjellige trimerne arrangert på en forskjøvet måte; mange mikrofibriller utgjør tropokollagenbunter.
I beinene, mellom kollagenfibrene, er det mellomliggende mellomrom der sulfater og fosfater av kalsium og magnesium avsettes: disse saltene dekker også alle fibrene; dette gjør beinene stive.
I sener er interstitielle mellomrom mindre rike på krystaller enn i bein mens mindre proteiner er tilstede enn i tropokollagen: dette gir sener elastisitet.
Osteoporose er en sykdom forårsaket av mangel på kalsium og magnesium, noe som gjør det umulig å fikse salter i interstitielle områder av tropokollagenfibrene.
