Vaata keemiat
Proteiine võib paigutada "bioloogilises maailmas" esmajärjekorras, kuna nende palju funktsioone silmas pidades ei oleks ilma nendeta elu.
Valkude elementanalüüs annab järgmised keskmised väärtused: 55% süsinikku, 7% vesinikku ja 16% lämmastikku; on selge, et valgud erinevad üksteisest, kuid nende keskmine elementide koostis erineb vähe eespool toodud väärtustest.
Põhimõtteliselt on valgud makromolekulid, mis on moodustatud looduslikest a-aminohapetest; Aminohapped kombineeruvad amiidsideme kaudu, mis saadakse a-aminohappe aminorühma ja teise a-aminohappe karboksüüli vahelise reaktsiooni abil. Seda sidet (-CO-NH-) nimetatakse ka peptiidsidemeks, kuna see seob peptiide (aminohapped koos):
saadud on dipeptiid, sest see on moodustatud kahe aminohappe poolt. Kuna dipeptiid sisaldab ühest otsast vaba aminorühma (NH2) ja teise karboksüülrühma (COOH), võib see reageerida ühe või enama aminohappega ja venitada ahelat nii paremalt kui vasakult, samasuguse reaktsiooniga ülalpool.
Reaktsioonide järjestus (mis igal juhul ei ole nii lihtne) võib jätkuda määramata ajaks: kuni on olemas polüpeptiid või valk . Peptiidide ja valkude eristamine on seotud molekulmassiga: tavaliselt molekulmassi puhul, mis on suurem kui 10 000, nimetatakse seda valkuks.
Aminohapete sidumine isegi väikeste valkude saamiseks on raske operatsioon, kuigi hiljuti on välja töötatud automaatne meetod aminohapetest valkude tootmiseks, mis annab suurepäraseid tulemusi.
Kõige lihtsam valk koosneb seega kahest aminohappest: rahvusvahelise konventsiooni kohaselt algab aminohapete järjestatud numeratsioon valgu struktuuris aminohappest vaba a-aminorühmaga.
Valgu struktuur
Valgu molekulid on kujundatud nii, et näeme kuni nelja erinevat organisatsiooni: neid eristatakse üldiselt, primaarset struktuuri, sekundaarset, tertsiaarset ja kvaternaarset struktuuri.
Primaarsed ja sekundaarsed struktuurid on valkude jaoks hädavajalikud, samal ajal kui tertsiaarsed ja kvaternaarsed struktuurid on "lisavarustus" (selles mõttes, et nendega ei saa varustada kõiki valke).
Primaarset struktuuri määravad aminohapete arv, tüüp ja järjestus valgusahelas; seetõttu on vaja määrata valgu moodustavate aminohapete järjestatud järjestus (teades, et see tähendab seda valku kodifitseerivate DNA-aluste täpse järjestuse tundmist), mis tekitab ebaolulisi keemilisi raskusi.
Aminohapete järjestatud järjestuse oli võimalik määrata läbi Edmani lagunemise: valk reageeritakse fenüülisotiotsüanaadiga (FITC); esialgu a-amino lämmastiku dublett ründab fenüülisotiotsüanaati, moodustades tiokarbamüüli derivaadi; seejärel saadakse saadud produkttsüklid, andes fenüültioidantoiini derivaadi, mis on fluorestseeruv.
Edman on välja töötanud masina, mida nimetatakse sekveneerijaks, mis reguleerib automaatselt parameetreid (aeg, reaktiivid, pH jne) degradeerumiseks ja annab valkude primaarse struktuuri (selle eest sai ta Nobeli auhinna).
Primaarne struktuur ei ole piisav valgu molekulide omaduste täielikuks tõlgendamiseks; arvatakse, et need omadused sõltuvad olulisel viisil ruumilisest konfiguratsioonist, mida valkude molekulid kalduvad eeldama, painutades neid mitmel viisil: see tähendab, eeldades, et see on määratletud proteiinide sekundaarstruktuurina. Valkude sekundaarne struktuur on tremolabiilne, st see kipub kuumutamise tõttu ära visata; siis valgud denatureeritakse, kaotades paljud oma iseloomulikud omadused. Lisaks kuumutamisele üle 70 ° C võib denatureerimist põhjustada ka kiiritamine või reagentide (näiteks tugevad happed) toime.
Valkude denatureerimist termilise mõjuga täheldatakse näiteks munavalged kuumutades: seda nähakse kaotades oma želatiinse välimuse ja muutudes lahustumatuks valguks aineks. Kuid valkude denatureerimine viib nende sekundaarse struktuuri hävitamiseni, kuid jätab primaarse struktuuri (erinevate aminohapete kokkusegamise) muutumatuks.
Proteiinid võtavad tertsiaarse struktuuri, kui nende kett, olgugi et see on paindlik, vaatamata sekundaarstruktuuri kokkuklapitamisele, voldib üles nii, et tekib väänatud kolmemõõtmeline paigutus tahke keha kujul. Molekulil hajutatud tsüsteiini -SH vahel moodustuvad disulfiidsidemed vastutavad peamiselt tertsiaarse struktuuri eest.
Kvaternaarne struktuur konkureerib seevastu ainult kahe või enama allüksuse poolt moodustatud valkude puhul. Hemoglobiin koosneb näiteks kahest valgupaarist (mis on kõigis neljas valgusahelas), mis paiknevad tetraeedri tippudel sellisel viisil, mis tekitab kerakujulise struktuuri; nelja valguahelat hoiavad koos ioonjõud ja mitte kovalentsed sidemed.
Kvaternaarse struktuuri teine näide on insuliini näide, mis näib koosnevat kuuest valgu subühikust, mis on paigutatud paaridena kolmnurga tippude keskele, mille keskel on kaks tsink-aatomit.
PROTEENID FIBROSE: nad on teatud jäikusega valgud, mille telg on teistest palju pikem; looduses on kõige rohkem küllastunud kiudvalku kollageen (või kollageen).
Kiuline valk võib võtta mitmeid sekundaarseid struktuure: α-heeliks, β-infoleht ja kollageeni puhul kolmekordne spiraal; α-heeliks on kõige stabiilsem struktuur, millele järgneb β-infoleht, samas kui kõige vähem stabiilne on kolmekordne spiraal.
α-heeliksi
Propellerit peetakse parempoolseks, kui pärast põhiskere (põhjast ülespoole) teostatakse parempoolse kruvi kruvimisega sarnane liikumine; kui propeller on vasakul käel, kui liikumine on analoogne vasakpoolse kruvi kruvimisega. Parempoolsetes α-helikides on aminohapete -R- asendajad risti valgu põhiteljega ja nägu väljapoole, samas kui vasakus käes on a-heliksid asendajad -R sissepoole. Parempoolsed a-heliksid on stabiilsemad kui vasaku käega, sest vaakumite -R vahel on vähem interaktsiooni ja vähem steeriline takistus. Kõik valkudes leitud a-heeliksid on dekstrogeensed.
A-heeliksi struktuuri stabiliseeritakse vesiniksidemetega (vesinik sillad), mis moodustuvad iga aminohappe karboksüülrühma (-C = O) ja aminorühma (-NH) vahel, mis on neli jääki hiljem. lineaarne järjestus.
Α-heeliksi struktuuriga valgu näide on juuste keratiin.
β-leht
Β-infolehe struktuuris võib vesiniksidemeid moodustada erinevatesse, kuid paralleelsetesse polüpeptiidahelatesse kuuluvate aminohapete vahel või sama valgu aminohapete vahel, mis on isegi üksteisest kaugelt kaugel, kuid voolavad antiparalleelsetes suundades. Kuid vesiniksidemed on nõrgemad kui need, mis stabiliseerivad a-heeliksi vormi.
Β-infolehe struktuuri näide on siidifibriin (seda leidub ka hobuvõrkudes).
Α-heeliksi struktuuri laiendamisega viiakse läbi üleminek a-heeliksist β-infolehele; ka soojus või mehaaniline koormus võimaldavad läbida a-heeliksi struktuurist β-lehe struktuuri.
Tavaliselt on proteiinis β-infolehe struktuurid üksteisele lähedal, kuna saab kindlaks määrata vesiniksidemed valgu osade vahel.
Kiudvalkudes on enamik valgu struktuurist organiseeritud α-heeliksi või β-infolehena.
GLOBULAR PROTEINS: neil on peaaegu sfääriline ruumiline struktuur (polüpeptiidahela suundade arvukate muutuste tõttu); mõningaid osi võib seostada a-heeliksi või β-infolehe struktuuriga ja teised osad ei ole seostatavad nende vormidega: paigutus ei ole juhuslik, vaid organiseeritud ja korduv.
Siiani mainitud valgud on täielikult homogeense koostisega ained, st kombineeritud aminohapete puhtad järjestused; neid valke nimetatakse lihtsaks ; on valke, mis koosneb valgu osast ja mitte-valgu osast (eesnäärme rühm), mida nimetatakse konjugeeritud valkudeks.
kollageen
See on looduses kõige enam levinud valk: see esineb luudes, naelades, sarvkestas ja silmaläätses mõnede elundite (nt maksa) interstitsiaalsete ruumide vahel.
Selle struktuur annab talle konkreetsed mehaanilised võimalused; tal on suur mehaaniline vastupidavus, mis on seotud suure elastsusega (nt kõõlustes) või kõrge jäikusega (nt luudes) sõltuvalt funktsioonist, mida see peab täitma.
Kollageeni üks kõige huvitavamaid omadusi on selle konstitutiivne lihtsus: see moodustub umbes 30% proliini ja umbes 30% glütsiiniga ; ülejäänud 18 aminohapet tuleb jagada ainult ülejäänud 40% valgu struktuurist. Kollageeni aminohappejärjestus on märkimisväärselt tavaline: iga kolmas jääk, kolmas on glütsiin.
Proliin on tsükliline aminohape, milles R- rühm seondub a-amino lämmastikuga ja see annab sellele teatud jäikuse.
Lõplik struktuur on korduv ahel, millel on heliiksi kuju; kollageeni ahelas puuduvad vesiniksidemed. Kollageen on vasakpoolne heeliks, mille etapp (pikkus vastab spiraali pöörlemisele) on suurem kui a-heeliks; kollageeni spiraal on nii lahti, et kolm valguahelat suudavad omavahel mähkida, moodustades ühe trossi: kolmekordse spiraalstruktuuri.
Kollageeni kolmekordne spiraal on siiski vähem stabiilne kui a-heeliksi struktuur ja β-infolehe struktuur.
Vaatame nüüd mehhanismi, mille abil kollageeni toodetakse ; kaaluge näiteks veresooni purunemist: selle purunemisega kaasneb hulgaliselt signaale, et sulgeda anum, moodustades seeläbi trombi. Koagulatsioon nõuab vähemalt kolmkümmend spetsialiseeritud ensüümi. Pärast hüübimist on vaja jätkata koe parandamist; haava lähedased rakud toodavad ka kollageeni. Selleks indutseeritakse kõigepealt geeni ekspressioon, st geeni informatsioonist lähtuvad organismid on võimelised valku tootma (geneetiline informatsioon transkribeeritakse mRNA-st, mis pärineb tuum ja jõuab tsütoplasmas ribosoomidesse, kus geneetiline informatsioon on teisendatud valkudeks). Seejärel sünteesitakse kollageen ribosoomides (see näib vasakpoolse helixina, mis koosneb umbes 1200 aminohappest ja mille molekulmass on umbes 150000 d), ning seejärel akumuleerub luumenitesse, kus see muutub substraadiks ensüümidele, mis on võimelised postmodifikatsioone tegema -traditsiooniline (mRNA poolt tõlgitud keele modifikatsioonid); kollageenis sisaldavad need modifikatsioonid mõnede kõrvalahelate, eriti proliini ja lüsiini oksüdatsiooni.
Nende modifikatsioonide põhjustavate ensüümide ebaõnnestumine põhjustab skurdi: see on haigus, mis põhjustab esialgu veresoonte rebenemist, hammaste rebenemist, millele võib järgneda intrintestinaalne verejooks ja surm; see võib olla tingitud pikaajalise toidu pidevast kasutamisest.
Järgnevalt toimub teiste ensüümide toimel muud modifikatsioonid, mis koosnevad proliini ja lüsiini hüdroksüülrühmade glükosidatsioonist (suhkur on hapnikuga seotud OH-ga); need ensüümid on leitud muudes piirkondades kui luumen, mistõttu valk läbib modifikatsioone, see migreerub endoplasmaatilise retikuliini sees, et lõpuks sabidesse (vesiikulidesse), mis sulguvad endist ja lahti: glükosideeritud pro-kollageenmonomeer; viimane jõuab Golgi seadmesse, kus teatud ensüümid tunnevad ära glükosidaaditud pro-kollageeni karboksüosas oleva tsüsteiini ja põhjustavad erinevate ahelate üksteisele lähenemise ja disulfiidsildade moodustumise: kolm pro-ahelat glükosideeritud kollageen, mis on omavahel seotud, ja see on lähtepunkt, millest kolm ahelat läbivad, seejärel spontaanselt tekitavad kolmekordse spiraali. Kolm glükidoksüdeeritud pro-kollageeni ahelat, mis on omavahel ühendatud, siis vesiikula, mis lämmatab ennast, eraldub Golgi seadmest, transportides kolme ahelat raku perifeeria suunas, kus plasmamembraaniga sulandumise teel trimetro eemaldatakse rakust.
Eriti rakulises ruumis on teatud ensüüme, pro-kollageeni peptiide, mis eemaldatakse rakust välja viidud liikidest, kolm fragmenti (üks iga heeliksi kohta) 300 aminohapet iga karboksüterminali küljel ja kolm fragmenti (üks igale helixile) ja kolm fragmenti (üks iga üksiku kohta). helix), mis on umbes 100 aminohapet, aminopäälliosast : kolmekordne spiraal jääb, mis koosneb umbes 800 aminohappest, mida tuntakse tropokollageeni nime all .
Tropokollageenil on üsna jäik kleep; erinevad trimeerid on seotud kovalentsete sidemetega, et saada suuremaid struktuure: mikrofibrillid . Mikrofibrillides on erinevad trimerid paigutatud järk-järgult; nii paljud mikrofibrillid on tropokollageeni kimbud.
Luudes on kollageeni kiudude hulgas interstitsiaalseid ruume, kus ladestatakse kaltsiumi ja magneesiumsulfaate ja fosfaate: need soolad hõlmavad ka kõiki kiude; see muudab luid jäigaks.
Kõõlustes on interstitsiaalsed ruumid kristallide poolest vähem kui luud, samas kui väiksemad valgud on võrreldes tropokollageeniga: see annab kõõlustele elastsuse.
Osteoporoos on haigus, mida põhjustab kaltsiumi ja magneesiumi puudus, mistõttu tropokollageeni kiudude interstitsiaalsetes piirkondades ei ole võimalik soolasid kinnitada.
