Протеин: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
м без изпуснат интервал преди точка; козметични промени |
|||
Ред 1:
{{от пренасочване|Белтък|частта на яйцето|Яйчен белтък}}
[[
[[Файл:Myoglobin.png|250п|мини|Компютърно изображение на белтъка [[миоглобин]] с оцветени [[алфа-спирала|алфа-спирали]]. Това е първият белтък чиято структура е разкрита чрез [[рентгеноструктурен анализ]].]]
Ред 13:
== История ==
[[
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.
Ред 27:
== Биохимия на протеините ==
[[
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, химическа 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>
[[
Пептидната връзка има две резонансни форми, за които способстват няколко двойни връзки и възпрепятстват въртенето около оста и , 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"/> Краят на протеина със свободна карбоксилна група е познат като C-края или карбокси край, а краят със свободна аминогрупа е известен като N-края или аминокрай. Термините протеин, полипептид и пептид са малко двусмислени и могат да се застъпват по смисъл. Протеин се използва обикновено за биологична 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.
== Синтез ==
[[
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 определя аминокиселина, например триплетът 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 [[клетъчно ядро|
Процесът на синтезиране на белтък от иРНК матрица е известен като транслация. иРНК се товарят на рибозомата и се четат по три нуклеотида в даден момент чрез разпознаване на всеки кодон от иРНК с антикодон от [[тРНК]], която носи аминокиселината, съответстваща на кодона, когото тя разпознава. Ензимът [[аминоацил-тРНК синтетаза]] свързва тРНК молекулите с правилните аминокиселини. Растящият [[полипептид]] често се нарича зараждащата се верига. Протеините винаги се синтезират от N-края към C-края.<ref name="Van Holde" />
Ред 44:
== Пост-транслационни модификации ==
[[
След завършване на транслацията и освобождаването на протеина от рибозомата, аминокиселините в полипептидните верига са изложени на разнообразни химични изменения, известни като пост-транслационни модификации. Те биват многообразни по своята химична природа и в огромна степен начертават биологичната съдба на протеина, която обаче, е предопределена на първо място от неговата първична структура. Пост-транслационните модификации биват:
* Добавяне на различни [[функционална група|функционални групи]] ([[оцетна киселина|ацетилни]], [[метилиране|метилни]], [[фосфорна киселина|фосфатни]] и други групи)
Ред 61:
== Структура на белтъците ==
[[
Основният компонент на всички белтъци са [[аминокиселина|аминокиселини]], подредени последователно в дълги [[полипептид]]ни вериги. Броя на каноничните α-аминокиселини в живата природа е 20, макар че в някои белтъци се срещат и други α-аминолиселини като 3- и 4-хидроксипролин, 5-хидроксилизин и други, така също при определени условия аминокиселината [[селеноцистеин]] се кодида от [[стоп кодон]]а UAG.
Ред 70:
Към първичната структура на белтъците се отнася и така наречения [[дисулфиден мост]]. Извън пептидната връзка дисулфидният мост е единствената друга [[ковалентна връзка]] в белтъчната молекула. Той се формира при свързването на две сулхидрилни (тиолови) групи на [[цистеин]]ови остатъци. Свързването се осъществява чрез отделянето на два атома [[водород]] (дехидрогениране). Свързаните два цистеинови остатъка образуват един общ цистин. Дисулфидният мост може да бъде както между две отделни полипептидни вериги (междуверижен), така и от два цистеинови остатъка принадлежащи на една верига (вътрешноверижен).<ref name="БХ">{{cite book |author=Ангелов А., Гачев Е., Николов Т |editor1-first=Николов |editor1-last=Тодор |title=''Биохимия за медици и стоматолози'' |year=1996 |publisher=Университетско издателство „Св.Климент Охридски“ |location=София }}</ref>
[[
=== Вторично ниво ===
Ред 77:
* α-Спирала – α-спиралата се получава при възникването на водородни връзки между всяка пептидна група и третата следваща след нея. Това води до огъване на полипептидната верига на мястото на a-въглеродния атом. Един пълен оборот на такава спирала включва 3.6 аминокиселинни остатъка, а ходът и е 0,54 nm. α-спиралата е възможно най-компактната форма на полипептидната верига. Обикновено природните α-спирали са дясно завити. α-спирали могат да се получат и при възникване на водородни мостове между всяка пептидна група и втората или четвъртата след нея, но се срещат сравнително рядко (напр. [[колаген]]).<ref name="БХ" />
[[
* β-Лист – β-лист се формира, когато две сравнително опънати полипептидни вериги се намират близо една до друга и техните пептидни групи образуват междуверижни (вътрешноверижни) водородни мостове. Това е сравнително най-опънатата форма на полипептидна верига. Гръбнакът на полипептидната верига се извива зигзагообразно и наподобява хармоника, в чийто краища се намират a-въглеродните атоми. β-структура се формира в рамките на една полипептидна верига, когато гръбнакът на веригата се извие в обратна посока при наличие на пролинова инверсия. За да формират β-лист няколко вериги те имат антипаралелен ход, тоест ако в дадена посока едната започва с азотния си край, то съседната трябва да започне с въглеродния си край. Макар и рядко срещат и природни β-листи с паралелни вериги.<ref name="БХ" />
Ред 91:
* Взаимодействия с p-връзки – Получават се, когато ароматни пръстени на фенилаланин, тирозин и триптофан се окажат паралелно разположени между техните p-електрони се зараждат слаби взаимодействия.<ref name="БХ" />
* Дипол-диполни взаимодействия – Нямат пряко отношение към поддържането на конформацията, но а важни са взаимодействията с други молекули. Белтъците имат много висок диполен момент: 310 D (дебай) за инсулин, 1100 D за g-глобулин. За сравнение водата има диполен момент 1,8 D.<ref name="БХ" />
=== Четвъртично ниво ===
Ред 101:
== Денатурация ==
[[
Белтъците са молекули много чувствителни към факторите на заобикалящата ги среда. На тяхната функция и структура могат да повлияят множество фактори като например промяна в pH на средата, температурата, налягането, концентрацията на определени вещества (тежки метали, детергенти и други), йонизиращи лъчения. Когато даден протеин бъде подложен на подобна промяна следва денатурация. Това е процес на разкъсване на връзките поддържащи четвъртичната, третичната и вторичната структура. По-податливи на денатурация са глобуларните белтъци, защото техните свойства за много зависими от вторичната и особено третичната им структура. При продължително въздействие на вредния фактор и неговото естество процеса е необратим. При възстановяване на хомеостазата следва обратния процес – ренатурация, при който се възстановява нативната физиологично активна конформация на белтъка. В клетката този процес се спомага от други протеини известни като [[шаперон]]и и [[шаперонин]]и. При дълго и продължително въздействие на денатуриращия фактор може да се достигне до необратима денатурация, при което настъпва и утаяване на белтъците процес известен като коагулация. Коагулацията и денатурацията, обаче не са тъждествени процеси, така например нативни белтъци могат да се утаят (при процес известен като изсолване), както и не всички денатурирали белтъци задължително се утаяват. Прозаичен пример е термичната обработка на кокоше [[Яйце (зоология)|яйце]], при което консистенцията се променя. Но в този случай не става въпрос единствено за денатурация, тъй като системата е многокомпонентна.
Ред 116:
В структурата на много протеини в допълнение към пептидни вериги са включени и неаминокиселинни компоненти. По този критерий белтъците се разделя на две големи групи – прости и комплексни протеини (протеиди). Простите протеини, съдържат само аминокиселинна верига, а комплексните протеини съдържат различни небелтъчни фрагменти. Тези фрагменти не са с протеинова природа и са наречени „простетични групи“. В зависимост от химическата природа на простетичните групи комплексните протеини се делят на следните класове:
* Гликопротеини, съдържащи ковалентно свързани [[въглехидрат]]ни остатъци и техния подклас – протеогликани свързани с мукополизахариди. Въглехидратните остатъци обикновено са свързани в хидроксилни групи на [[серин]] и [[треонин]] (О гликозилиране) или [[аспаргин]] (N гликозилиране). По-голямата част от екстрацелуларната протеини са гликопротеини. Въглехидрати част от протеогликани, основен компонент на извънклетъчната матрица, е около 95%.
* Липопротеини, съдържащи като небелтъчна част нековалентно свързани [[липид]]и. Липопротеините и техните липидни комплекси аполипопротеинте изпълняват функция на липиден транспорт
* Металопротеини, съдържщи не-хемово координативно свързани метални йони. Сред металопротеините са протеини, които извършват депониране и транспорт на метали (например, [[феритин]] и [[трансферин]] за желязо) и ензими (например, цинк, съдържащата [[карбоанхидраза]]; [[супероксид дисмутаза]] съдържаща в активните си центрове на йоните на мед, манган, желязо и/или други метали)
* Нуклеопротеини, съдържащи ковалентно свързани ДНК или РНК, по-специално, [[хроматин]].
* Фосфопротеиди, съдържащи ковалентно свързани остатъци от [[фосфорна киселина]]. В образуването на естерната връзка с фосфата са включени хидроксилните групи на серин или треонин. Фосфопротеид е казеина в мляко.
* Хромоптотеини – колективното име на комплексни протеини с цветни групи от различен химичен характер. Те включват много протеини съдържащи порфиринова група, изпълнявайки различни функции – хемопротеини (протеини, съдържащи хем група – [[хемоглобин]], [[миоглобин]], [[цитохром]]и и т.н.), [[хлорофил]], флавопротеини с флавонова група и т.н.
== Функция на белтъците ==
Ред 135:
=== Каталитична функция ===
{{основна|Ензим}}
[[
Най-добре позната роля на протеините в тялото е тази на катализа на различни биохимични реакции. Ензимите са група протеини, притежаващи специфични каталитични свойства, което означава, че всеки ензим катализира една или няколко подобни реакции. Ензимите катализират разграждането на сложни молекули (катаболизъм) и синтеза им (анаболизъм), както и [[репликация]]та и [[репарацията]] на [[ДНК]], синтеза на [[РНК]]. Има няколко хиляди ензими и около 4000 реакции, катализирани от протеини. <ref>{{cite journal|url=http://www.expasy.org/NAR/enz00.pdf|author= Bairoch A.|year= 2000|title= The ENZYME database in 2000 |journal=Nucleic Acids Res|volume=28|pages=304 – 305|id= PMID 10592255 }}</ref> Ускоряване на реакция в резултат на ензимна катализа понякога е огромна: например, реакция катализирана от ензима оротат-карбоксилаза, се осъществява 10<sup>17</sup> пъти по-бързо от некатализираната (78 милиона години без ензим, 18 милисекунди с ензим) <ref>{{cite journal |author=Radzicka A, Wolfenden R.|year= 1995|title= A proficient enzyme|journal= Science |volume=6|issue=267|pages=90 – 93|id= PMID 7809611}}</ref>. Молекулите, които се свързват към ензима и се променят в ход на реакцията се наричат [[субстрат (биохимия)|
Въпреки че, ензимите обикновено са съставени от стотици аминокиселини, само една малка част от тях си взаимодейства със субстрата – средно 3 – 4 аминокиселини, често разположени далеч една от друга в основната последователност на аминокиселините – са пряко ангажирани в катализата <ref>[http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CSA/ The Catalytic Site Atlas at The European Bioinformatics Institute]</ref>. Частта от ензима, в която се осъществява каталитичния акт се нарича активен център на ензима.
=== Структурна функция ===
[[
Структурни протеини са тези на [[цитоскелет]]а, които като вид арматура придават форма на клетките и [[органела|органелите]] и са отговорни за промените на формата на [[клетка]]. Повечето структурни протеини са фибриларни, така например мономерите на [[актин]]а и [[туболин]]а са глобуларни, разтворими протеини, но след полимеризация, образуват дълги нишки, които формират цитоскелета, което позволява на клетките да поддържат форма <ref>''Erickson HP.'' Evolution of the cytoskeleton. Bioessays. 2007:668 – 677</ref>. Структурни протеини са и [[колаген]]а и [[еластин]]а – основните компоненти на междуклетъчното вещество на съединителната тъкан (напр. хрущял) и [[кератин]]а участващ в състава на коса, нокти, пера, а някои черупки.
=== Защитна функция ===
[[
Има няколко типа защитни функции на протеини:
Ред 159:
=== Сигнална функция ===
[[
Протеините служат като сигнализиращи вещества, пренасящи сигнали между клетките, тъканите, органите и различните организми. Често сигналната функция е комбинирана с регулаторна, тъй като много вътреклетъчни регулаторните протеини също така участват в сигналната трансдукция.
Ред 171:
=== Транспортна функция ===
[[
Разтворимите протеини, участват в транспорта на малки молекули, към които имат висок афинитет и свързват, когато се намират във висока концентрация, както и лесно освобождават в места с ниска концентрация. Пример за транспортните протеини е [[хемоглобин]]а, който пренася [[кислород]]а от белите дробове до други тъкани и [[въглероден диоксид]] от тъканите към белите дробове. Съществуват редица хомоложни протеини пренасящи кислород, които присъства във всички еукариотни организми. <ref>''Wittenberg JB.'' On optima: the case of myoglobin-facilitated oxygen diffusion. Gene. 2007 Aug 15. 398(1 – 2):156 – 161.</ref>
Транспортна функция осъществяват и някои мембранни протеини, които участват в транспорта на малки молекули през [[клетъчна мембрана|клетъчната мембрана]], чрез промяната в пропускливостта
=== Рецепторна функция ===
[[
Протеините рецептори могат да бъдат едновременно в [[цитоплазма]]та и/или включени в клетъчната мембрана. Една част от рецептора молекула получава сигнал, който често може да е химично вещество, а в някои случаи – светлина, механични ефекти (напр., разтягане) и други стимули. Под влияние на сигнала в определена част на молекулата (протеинов рецептор) нейната конформация се изменя. В резултат на това изменение друга част на молекула предава сигнала към други клетъчни компоненти. Има няколко механизма на предаване на сигнала. Някои рецептори катализира химична реакция, докато други са йонни канали, които под влияние на сигнала се отварят или затварят, третата група свързват специален вътреклетъчен молекулен медиатор (посредник). При мембранните рецептори част от молекулата, които се свързват сигнала се намира на повърхността на клетката, а домена, който изпраща сигнал – в клетката. <ref>''Dupré DJ, Hébert TE.'' Biosynthesis and trafficking of seven transmembrane receptor signalling complexes. Cell Signal. 2006;18(10):1549 – 1559</ref>
=== Двигателна функция ===
[[
Класа на моторните протеини осигурява движение на тялото, като мускулно съкращение, ([[миозин]]), движението на клетките в организма (например, амебовидното движение на левкоцитите), движението на ресничките и камщичетата, както и активния вътреклетъчнен транспорт ([[кинезин]], [[динеин]]). Кинезин и динеин осъществяват превоз на молекулите по [[микротубули]]те използвайки АТФ хидролиза като източник на енергия. Динеина придвижва молекули и органели от периферните части на клетката към [[центрозома]]та, а кинезина – в обратна посока. <ref>''Karp G.'' Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments, Fourth ed, pp. 346 – 358. John Wiley and Sons, Hoboken, NJ. 2005.</ref><ref>''Schroer, Trina A. Dynactin.'' Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2004 20, 759 – 779. PMID 15473859</ref> Динеина е отговорен и за движението на ресничките и камшичетата на еукариотите. Цитоплазматични вариантина миозина могат да участват в транспортирането на молекули и органели чрез [[микрофиламенти]]те.
| |||