PRIMÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ: CHARAKTERISTIKA - BIOLOGIE - 2025

Primární struktura proteinů je pořadí, ve kterém jsou uspořádány aminokyselin polypeptidu nebo polypeptidů, které je tvoří. Protein je biopolymer vytvořený z monomerů a-aminokyselin spojených peptidovými vazbami. Každý protein má definovanou sekvenci těchto aminokyselin.

Proteiny vykonávají celou řadu biologických funkcí, včetně tvarování a udržování integrity buněk prostřednictvím cytoskeletu, obrany těla před cizími činiteli prostřednictvím protilátek a katalyzování chemických reakcí v těle prostřednictvím enzymů.

Primární, sekundární, terciární a kvartérní struktury proteinů, trojrozměrná konformace. Převzato a upraveno od: Alejandro Porto.

Dnes je určování složení proteinů a pořadí, ve kterém jsou aminokyseliny uspořádány (sekvenování), rychlejší než před lety. Tyto informace jsou uloženy v mezinárodních elektronických databázích, ke kterým lze přistupovat prostřednictvím internetu (mezi jinými GenBank, PIR).

Aminokyseliny

Aminokyseliny jsou molekuly, které obsahují aminoskupinu a skupinu karboxylové kyseliny. V případě a-aminokyselin mají centrální atom uhlíku (a uhlík), ke kterému jsou připojeny jak aminoskupina, tak karboxylová skupina, navíc k atomu vodíku a rozlišovací skupina R, která se nazývá postranní řetěz.

Díky této konfiguraci a-uhlíku jsou vytvořené aminokyseliny, známé jako a-aminokyseliny, chirální. Vyrábějí se dvě formy, které jsou zrcadlovými obrazy navzájem a nazývají se L a D enantiomery.

Všechny proteiny v živých bytostech se skládají z 20 a-aminokyselin v konfiguraci L. Boční řetězce těchto 20 aminokyselin jsou různé a mají velkou rozmanitost chemických skupin.

V podstatě mohou být a-aminokyseliny seskupeny (libovolně) v závislosti na typu postranního řetězce následujícím způsobem.

Alifatické aminokyseliny

Do této skupiny patří podle některých autorů glycin (Gli), alanin (Ala), Valine (Val), Leucin (Leu) a isoleucin (Ile). Další autoři také zahrnují Methionin (Met) a Proline (Pro).

Aminokyseliny s postranními řetězci obsahujícími hydroxyl nebo síru

Obsahuje serin (Ser), cystein (Cys), Threonin (Thr) a také methionin. Podle některých autorů by skupina měla zahrnovat pouze Ser a Thr.

Cyklické aminokyseliny

Tvoří jej pouze prolin, který, jak již bylo uvedeno, je mezi alifatické aminokyseliny zařazen jinými autory.

Aromatické aminokyseliny

Fenylalanin (Phe), tyrosin (Tyr) a tryptofan (Trp).

Zásadité aminokyseliny

Histidin (His), lysin (Lys) a arginin (Arg)

Kyselé aminokyseliny a jejich amidy

Obsahuje kyseliny asparagové (Asp) a glutamové (Glu) a také amidy asparginu (Asn) a glutaminu (Gln). Někteří autoři oddělují tuto poslední skupinu do dvou; na jedné straně to na kyselé aminokyseliny (první dvě), a na druhé straně ty, které obsahují karboxylamid (zbývající dvě).

Peptidové vazby

Aminokyseliny mohou být navzájem spojeny peptidovými vazbami. Tyto vazby, také nazývané amidové vazby, jsou vytvořeny mezi a-aminoskupinou jedné aminokyseliny a a-karboxylovou skupinou jiné. Toto spojení je vytvořeno se ztrátou molekuly vody.

Spojení mezi dvěma aminokyselinami vede k tvorbě dipeptidu, a pokud se přidají nové aminokyseliny, mohou se postupně tvořit tripeptidy, tetrapeptidy atd.

Polypeptidy tvořené malým počtem aminokyselin se obecně nazývají oligopeptidy, a pokud je počet aminokyselin vysoký, pak se nazývají polypeptidy.

Každá aminokyselina, která je přidána do polypeptidového řetězce, uvolňuje jednu molekulu vody. Část aminokyseliny, která během vazby ztratila H + nebo OH-, se nazývá aminokyselinový zbytek.

Většina z těchto oligopeptidových a polypeptidových řetězců bude mít na jednom konci amino-terminální skupinu (N-terminál) a na druhém konci karboxylovou skupinu (C-terminál). Dále mohou obsahovat mnoho ionizovatelných skupin mezi postranními řetězci aminokyselinových zbytků, které je tvoří. Z tohoto důvodu jsou považovány za polyampolity.

Tvorba peptidové vazby mezi dvěma aminokyselinami. Převzato a upraveno od: Alejandro Porto.

Aminokyselinová sekvence

Každý protein má určitou sekvenci svých aminokyselinových zbytků. Toto pořadí je známé jako primární struktura proteinu.

Každý jednotlivý protein v každém organismu je druhově specifický. To znamená, že myoglobin lidské bytosti je totožný s myoglobinem jiné lidské bytosti, ale má malé rozdíly s myoglobiny jiných savců.

Množství a typy aminokyselin, které protein obsahuje, jsou stejně důležité jako umístění těchto aminokyselin v polypeptidovém řetězci. Abychom pochopili proteiny, musí biochemici nejprve izolovat a vyčistit každý konkrétní protein, poté provést analýzu obsahu aminokyselin a nakonec určit jeho sekvenci.

K izolaci a čištění proteinů existují různé metody, mezi něž patří: centrifugace, chromatografie, gelová filtrace, dialýza a ultrafiltrace, jakož i použití rozpustných vlastností sledovaného proteinu.

Stanovení aminokyselin přítomných v proteinech se provádí po třech krocích. Prvním je rozbití peptidových vazeb hydrolýzou. Následně se oddělí různé typy aminokyselin ve směsi; a nakonec je každý z získaných typů aminokyselin kvantifikován.

K určení primární struktury proteinu lze použít různé metody; ale v současné době je nejrozšířenější Edmanova metoda, která v podstatě spočívá ve značení a separaci N-terminální aminokyseliny od zbytku řetězce opakovaně a identifikaci každé uvolněné aminokyseliny jednotlivě.

Proteinové kódování

Primární struktura proteinů je kódována v genech organismů. Genetická informace je obsažena v DNA, ale pro její translaci do proteinů musí být nejprve přepsána do molekul mRNA. Každý nukleotidový triplet (kodon) kóduje aminokyselinu.

Protože existuje 64 možných kodonů a při konstrukci proteinů se používá pouze 20 aminokyselin, lze každou aminokyselinu kódovat více než jedním kodonem. Prakticky všechny živé věci používají stejné kodony pro kódování stejných aminokyselin. Proto je genetický kód považován za téměř univerzální jazyk.

V tomto kódu jsou kodony používané ke spuštění a také k zastavení translace polypeptidu. Stop kodony nekódují žádné aminokyseliny, ale zastavují translaci na C-konci řetězce a jsou reprezentovány triplety UAA, UAG a UGA.

Na druhé straně AUG kodon normálně funguje jako počáteční signál a také kóduje methionin.

Po translaci mohou proteiny podstoupit určité zpracování nebo modifikace, jako je zkrácení fragmentací, aby se dosáhlo jejich konečné konfigurace.

Reference

1. CK Mathews, KE van Holde a KG Ahern. 2002. Biochemestry. 3 ^th edition. Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc.
2. Murray, P. Mayes, DC Granner a VW Rodwell. 1996. Harper's Biochemestry. Appleton a Lange
3. JM Berg, JL Tymoczko a L. Stryer (nd). Biochemie. 5 ^th edition. WH Freeman and Company.
4. J. Koolman a K.-H. Roehm (2005). Barevný atlas biochemie. 2 ^nd edition. Thieme.
5. A. Lehninger (1978). Biochemie. Ediciones Omega, SA
6. L. Stryer (1995). Biochemie. WH Freeman and Company, New York.