Протеин: Разлика между версии

За първи път през [[1789]] г. френският химик [[Антоан Фуркроа]] прави разграничение между белтъците и другите известни органични субстанции. Класифицира познатите дотогава [[албумин]], [[фибрин]] и [[желатин]] като самостоятелни съединения с животински произход. От тази начална стъпка до формулирането на концепция за това, какво представляват белтъците, е извървян дълъг път, минаващ през грубо характеризиране на химичния състав, опити за клинично приложение на белтъчни екстракти, до все по -прецизното дефиниране на структурата и функциите на всеки отделен белтък.

Протеините представляват линейни полимери (поликондензати), изградени от поредица от до 20 различни вида L-α-[[аминокиселини]]. Всички аминокиселини притежават общи структурни характеристики, включително α-въглерод, който е свързан с аминогрупа, карбоксилна група, и странична верига, различна за всеки вид аминокиселина. Само пролин се различава от тази основна структура, тъй като тя съдържа необичаен пръстен в N-амино-групата, която поставя CO-NH амида във фиксиран конформация.<ref name=Nelson2005>{{cite book |author=Nelson DL, Cox MM |year=2005 |title=Lehninger's Principles of Biochemistry |edition=4th |publisher=W. H. Freeman and Company |location=New York, New York}}</ref> Страничните вериги на претогенните (канонични) аминокиселини, имат голямо разнообразие на химическите структури и свойства. Комбинираният ефект на всички странични вериги на аминокиселините в един протеин, в крайна сметка определя неговата триизмерна структура, химическихимическа реактивност и биологична функция.<ref name=Gutteridge2005>{{cite journal |author=Gutteridge A, Thornton JM |title=Understanding nature's catalytic toolkit |journal=Trends in Biochemical Sciences |volume=30 |issue=11 |pages=622–29 |year=2005 |pmid=16214343 |doi=10.1016/j.tibs.2005.09.006}}</ref> Аминокиселините са свързват в полипептидна верига посредством [[пептидна връзка]]. Веднъж свързана във веригата на протеин, индивидуалната аминокиселина се нарича остатък, а поредицата от въглеродни, азотни и кислородни атоми е известна като основна верига или гръбнак на протеина.<ref name="Murray">{{cite book |author=Murray RF, Harper HW, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW |title=Harper's Illustrated Biochemistry |publisher=Lange Medical Books/McGraw-Hill |location=New York |year=2006 |isbn=0-07-146197-3}}</ref>

ПептидинатаПептидната връзка има две резонансни форми, за които способстват няколко двойни връзки и възпрепятстват въртенето около оста и&nbsp;, така че α-въглеродните атоми са приблизително в една равнина. Другите два ъгъла в полипептидната верига, между α-въглеродните атоми и двете съседни пептидни групи (ъгли на Рамачандран), определят локалната форма на протеиновия гръбнак.<ref name="Murray"/> КраяКраят на протеина със свободна карбоксилна група е познат като C-края или карбокси край, а краякраят със свободна аминогрупа е известен като N-края или аминокрай. Термините протеин, полипептид и пептид са малко двусмислендвусмислени и могат да се застъпват по смисъл. Протеин се използва обикновено за биологичнобиологична молекула в стабилна конформация, докато пептид обикновено се отнася за кратки аминокиселинни олигомери, при които често липсва стабилна триизмерна структура. Въпреки това, границата между двете не е добре дефинирана и обикновено се намира в близост до 20-30 аминокиселинни остатъка.<ref name=Lodish2004/> Полипептид може да се отнася до всяка една линейна верига от аминокиселини, обикновено независимо от дължината, но често предполага липсата на определена конформация.

Протеините се изграждат от [[аминокиселини]], използвайки информацията, кодирана в [[ген]]ите. Всеки протеин има своя собствена уникална аминокиселинна последователност, която се определя от [[нуклеотид]]ната последователност на гена кодиращ този протеин. [[генетичен код|Генетичният код]] е набор от [[триплет]]ни комплекти, наречени [[кодон]]и и всяка комбинация от три нуклеотида определиопределя аминокиселина, например триплетатриплетът AUG ([[аденин]]-[[урацил]]-[[гуанин]]) е кодон за [[метионин]]. Тъй като [[ДНК]] съдържа четири различни нуклеотида, общият брой на възможните кодони (триплети) е 64, следователно, има известен излишък в генетичния код. Някои аминокиселини се кодират от повече от един кодон.<ref name="Van Holde">{{cite book |author=Van Holde KE, Mathews CK |title=Biochemistry |publisher=Benjamin/Cummings Pub. Co., Inc|location=Menlo Park, California |year=1996 |isbn=0-8053-3931-0}}</ref> Гените, кодирани в ДНК, първо се [[транскрипция (биология)|транскрибират]] в пре-иРНК от протеини като [[РНК-полимераза]]та. Повечето организми след това обработват пре-иРНКите (известни като първичен транскрипт), използвайки различни форми на посттранскрипционни модификации, за да формират зряла [[иРНК]], която след това се използва като матрица за синтеза на протеини от [[рибозома]]та. При [[прокариот]]ите иРНК може да се [[транслация (биология)|транслира]] веднага след началото на транскрипцията или да бъде свързана с рибозома, след като се отдалечи от бактериалната хромозома. За разлика от тях, [[еукариот]]ите синтезират иРНК в [[ядро]]то на [[клетка]]та и след това преминавапреминават през [[ядрена мембрана|ядрената мембрана]] в [[цитоплазма]]та, където се извършва синтезасинтезът на протеини. Скоростта на синтеза на протеини е по-висок в прокариоти отколкото при еукариоти и може да достигне до 20 аминокиселини в секунда.<ref name=Pain2000>{{cite book |editor=Pain RH (ed.) |author=Dobson CM |title=Mechanisms of Protein Folding |chapter=The nature and significance of protein folding |publisher=Oxford University Press |location=Oxford, Oxfordshire |year=2000 |pages=1–28 |isbn=0-19-963789-X}}</ref>

Къси протеини могат да бъдат синтезирани химически чрез съвкупност от методи известни като пептиден синтез, които използват органични техники за синтез като химическо легиране, за да се произвеждат пептиди с висока ефективност.<ref name=Bruckdorfer2004>{{cite journal |author=Bruckdorfer T, Marder O, Albericio F |title=From production of peptides in milligram amounts for research to multi-tons quantities for drugs of the future |journal=Current Pharmaceutical Biotechnology |volume=5 |issue=1 |pages=29–43 |year=2004 |pmid=14965208 |doi=10.2174/1389201043489620}}</ref> Химичният синтез дава възможност за въвеждане на не-естествени аминокиселини в полипептидните вериги, като такива съдържащи флуоресцентни сонди като страничен радикал на аминокиселина.<ref name=Schwarzer2005>{{cite journal |author=Schwarzer D, Cole P |title=Protein semisynthesis and expressed protein ligation: chasing a protein's tail |journal=Current Opinions in Chemical Biology |volume=9 |issue=6 |pages=561–69 |year=2005 |pmid=16226484 |doi=10.1016/j.cbpa.2005.09.018}}</ref> Тези методи са полезни в лабораторната практика в биохимията и клетъчната биология, но като цяло не се използват за търговски приложения. Химичният синтез е неефективен за полипептиди по-дълги от около 300 аминокиселини, а синтезираните протеини не могат лесно да приемат естествената си, функционално активна третична структура. Повечето химични методи за синтез, изграждат полипептидната верига от C-края на N-края, в противовес на биохимичната реакция.<ref name=Kent2009>{{cite journal |author=Kent SB |title=Total chemical synthesis of proteins |journal=Chemical Society Reviews |volume=38 |issue=2 |pages=338–51 |year=2009 |pmid=19169452 |doi=10.1039/b700141j}}</ref>

Тези модификации може да бъдат универсални (добавяне на вериги, състоящи се от мономери на убиквитин, сигнал за влошаване на този протеин и насочване към [[протеазома]])., Кактокакто и специфични за протеина.<ref>''Demartino GN, Gillette TG.'' Proteasomes: machines for all reasons. Cell. 2007 May 18. 129(4):659—662</ref>.

Синтезираните от рибозоми в цитоплазмата протеини трябва да попадат в различни отделения на клетката - ядро, митохондрии, ендоплазмен ретикулум, както и апарат на Голджи, лизозоми, и други; както и някои протеини, трябва се интегрират в клетъчната мембрана или да бъдат насочени към извънклетъчната среда. За да се насочи към определен компартмент, протеинапротеинът трябва да има специална сигнална последователност. В повечето случаи, този последователност е част от веригата на аминокиселините на протеините. В някои случаи, тези сигнали са добавени посттранскационно към протеина и представляват олигозахариди компоненти. Транспортът на протеини към ендоплазмения ретикулум се извършва паралелно с техния синтез, като сигналната последователност се разпознава от транслокационен комплекс изграден от РНК и протеинени, който свързва рибозомата и я придвижва до ЕПР. От ЕПР протеините могат да преминат в апарата Голджи и след това дадо лизозоми, или към външната мембрана или екстрацелуларната среда постредством везикуларния транспорт. Протеините предназначени да функционират в клетъчното ядро имат сигнална последователност NLS (nuclear localisation signal) за насочване към ядрото, като се въвеждат през ядрените поритепори. В митохондриите и хлоропластите протеините попадат при наличие на сигнални последователности, които ги насочват към специфични протеини пори-транслокатори с участието на шаперони.