Proteinele (proteinele) sunt compuși polimeri cu molecul mare de natură peptidică (poliheteroaminoacizi).

Structura primară proteinele sunt o secvență de resturi alternante de aminoacizi într-un lanț polipeptidic (PPC).

Structura primară a proteinelor este covalent structura, deoarece se bazează pe peptidă legătura dintre grupările a-amino și a-carboxil ale aminoacizilor. Ca rezultat, lanțurile polipeptidice sunt neramificate.

Scheletul (coloana vertebrală, scheletul) unui lanț polipeptidic este format din elemente structurale care se repetă în mod regulat

Lanțul polipeptidic are vectorialitate, direcția lanțului este de la capătul N-terminal (începutul lanțului) la capătul C-terminal (capătul lanțului), capătul N-terminal este capătul la care gruparea a-amino liberă. este situat. Capătul C-terminal este capătul care conține gruparea a-carboxil liberă. Secvența de aminoacizi a proteinelor este desemnată pornind de la capătul N-terminal folosind nume de aminoacizi abreviate din trei litere, de exemplu: gly-ala-cis-pro. De asemenea, poate fi utilizată o desemnare cu o literă pentru reziduurile de aminoacizi dintr-o proteină.

Terminalele N- și C-terminale ale proteinelor pot fi modificate. Gruparea amino de la capătul N-terminal poate fi acetilată, formilată sau metilată. Într-un număr de proteine, reziduul N-terminal este un carbonat de pirolidonă (piroglutamat), care nu conține o grupare amino liberă. Capătul C-terminal poate fi amidat. Modificările C-terminale sunt mai rare în comparație cu modificările N-terminale.

Coeficientul de policondensare al proteinelor variază în intervalul de la 50 la 2500. De obicei, o proteină conține 100-300 de resturi de aminoacizi. Deoarece greutatea moleculară medie a unui singur rest de aminoacid este de aproximativ 110 Da, greutatea moleculară a proteinelor variază de la 6000 la milioane de Da.

Fiecare proteină individuală are o structură primară unică. Prima proteină a cărei structură primară a fost stabilită a fost insulina. Sanger a reușit să facă asta. Strategia lui a fost următoarea. El a separat mai întâi cele două lanțuri de polipeptide și apoi a efectuat scindarea lor enzimatică specifică în peptide mici care conțin secvențe suprapuse. Reziduurile N-terminale au fost apoi identificate folosind 1-fluor-2,4-dinitrobenzen. În plus, el a determinat compoziția de aminoacizi a peptidelor și în cele din urmă a reușit să determine structura lor comparând secvențele de peptide suprapuse. În termeni generali, strategia lui Sanger și-a păstrat semnificația până astăzi. Cu toate acestea, au fost propuse și alte abordări. Edman a dezvoltat o metodă pentru o procedură automată pentru scindarea secvențială și identificarea reziduurilor de aminoacizi N-terminal. Analiza de difracție cu raze X poate fi utilizată pentru a descifra structura primară. Secvența resturilor de aminoacizi poate fi determinată din secvența de nucleotide a ARN-ului mesager.

În prezent, structura primară a peste 2000 de proteine ​​a fost stabilită. Teoretic numărul diverse opțiuni structura primară a proteinelor este nelimitată. Chiar și pentru o polipeptidă de 20 de aminoacizi diferiți, numărul de secvențe posibile este 20'10 18 . În natura vie, doar o mică parte din secvențele posibile sunt realizate, număr total care la toate tipurile de organisme vii este estimat la 10 10 -10 12. .

Structura primară a proteinelor este determinată genetic, adică. secvența de aminoacizi dintr-o proteină este determinată de secvența de nucleotide în ADN. Distorsiunile secvenței de nucleotide ADN duc la apariția unor proteine ​​anormale cu proprietăți biologice modificate, care este cauza patologiei moleculare. În special, anemia falciforme este cauzată de o mutație punctuală a genei care controlează lanțul b al hemoglobinei. Consecința acestui lucru este înlocuirea reziduului de glutamat din poziția a 6-a a lanțului b cu valină. Această substituție are ca rezultat pierderea unei sarcini negative în fiecare dintre cele două lanțuri B, ceea ce duce la o modificare a conformației hemoglobinei și la pierderea funcției sale biologice.

Proteinele omoloage sunt proteine ​​care funcționează diferite tipuri functii identice. Un exemplu este hemoglobina: la toate vertebratele îndeplinește aceeași funcție legată de transportul oxigenului. Proteinele omoloage se caracterizează prin prezența acelorași aminoacizi în multe poziții. După cum sa dovedit, numărul de resturi de aminoacizi la care diferă proteinele omoloage este proporțional cu diferența filogenetică dintre aceste specii. De exemplu, moleculele de citocrom C ale calului și drojdiei diferă în 48 de reziduuri de aminoacizi, în timp ce aceleași molecule de pui și rață diferă doar în 2 reziduuri. În ceea ce privește citocromii C de la pui și curcan, aceștia au secvențe de aminoacizi identice. Informațiile privind numărul de diferențe în secvențele de aminoacizi ale proteinelor omoloage de la diferite specii sunt folosite pentru a construi hărți evolutive care reflectă etapele succesive de origine și dezvoltare. diverse tipuri animale și plante în proces de evoluție.

Structura primară a unei proteine ​​este un lanț liniar de resturi de α-aminoacizi situate într-o secvență specifică într-un lanț polipeptidic și conectate între ele prin legături peptidice.

Astfel, structura primară a unei proteine ​​se referă la numărul, compoziția și ordinea de aranjare a resturilor de aminoacizi într-un lanț polipeptidic. Fiecare proteină are o structură specifică, care este determinată de informația genetică. Structura primară se bazează pe legături peptidice covalente. Numărul de soiuri de molecule proteice din natură este enorm diversitatea lor este asociată cu setul diferit de aminoacizi care alcătuiesc proteina și ordinea alternanței lor în lanțul polipeptidic. Deci, din doar patru aminoacizi se pot construi 24 de tetrapeptide diferite, din cinci - 120 de pentapeptide, din unsprezece - 40 de milioane de izomeri, iar din 20 de aminoacizi diferiți se poate forma teoretic un număr astronomic de izomeri (2x1018), ținând cont de faptul că fiecare dintre acești aminoacizi apare o singură dată. Numărul de izomeri crește și mai mult dacă avem în vedere că proteina conține nu o moleculă dintr-un anumit aminoacid, ci mai multe. În plus, unii aminoacizi pot lipsi cu totul. Dar în natura vie se realizează doar o mică parte din posibilii izomeri. Toate proteinele sunt diferite în structura lor primară. După cum sa menționat deja, numărul potențial posibil de astfel de structuri este practic nelimitat. Ei cred asta cantitate totală diverse tipuri proteinele din toate tipurile de organisme vii este de ordinul 1010 -1012. În corpul uman, conform unei estimări aproximative, există aproximativ 100 de mii de proteine ​​diferite.

Coloana vertebrală a unei molecule de proteine ​​este caracterizată de uniformitatea absolută a structurii. În acest caz, radicalii (R) ai resturilor de aminoacizi sunt localizați în exterior, pe ambele părți ale lanțului polipeptidic în poziția trans. Valorile standard ale distanțelor interatomice și unghiurilor de legătură din acesta sunt prezentate în Fig. 2.

Aici, coloana vertebrală sau miezul tuturor lanțurilor polipeptidice este construită în același mod și reprezintă o alternanță a unui atom de azot și a doi atomi de carbon, dintre care un atom de hidrogen și un radical al acidului corespunzător (R) sunt atașați la primul carbon. , și o grupare oxo (reziduul carbonil al unui a-aminoacid) este atașată la a doua. Acest model face posibilă înregistrarea cu ușurință a structurii primare a lanțului polipeptidic al unei proteine, schimbând doar radicalii reziduurilor de aminoacizi. Deci, fiecare verigă a unui astfel de lanț este reprezentată de restul unuia sau altui aminoacid, iar întregul lanț este în același plan. Dacă o grupare imino prolină este implicată în formarea unei legături peptidice, atunci lanțul polipeptidic capătă un aspect ușor diferit.

Lanțul polipeptidic din zona în care se află prolina este ușor îndoit, ceea ce afectează formarea structurilor spațiale.

Lanțurile polipeptidice sunt uneori modificate cu grupuri terminale. Acest lucru are loc, de exemplu, în timpul acetilării (adăugarea unui rest de acid acetic) la gruparea a-KN2 în actină, miozină, citocrom c, lactat dehidrogenază etc.; formylyuvanni (venin de albine, Melitin), metilare în proteine ​​ribozomale coli. La capătul C-terminal al lanțului polipeptidic, în unele cazuri, poate avea loc amidarea pentru a forma o grupare amidă (unii hormoni, venin de albine). În prezent, a fost descifrată secvența de aminoacizi a aproximativ 2500 de proteine: hemoglobine, imunoglobuline, citocromi, proteine ​​ribozomale, cantitate mare enzime (pepsină, chimotripsină, lizozimă, aldolază etc.).

Studiul cu succes al structurii primare a proteinelor a condus la sinteza lor chimică (de exemplu, insulină, ribonuclează etc.).

Astfel, structura primară a unei proteine ​​(lanțul polipeptidic) este generală formula structurala proteine. Cu toate acestea, structura unei molecule de proteine ​​este mai complexă, ceea ce este asociat cu organizarea sa spațială și formele conformaționale. Fiecare rest de aminoacid are un atom de carbon a, care determină prezența a două legături identice (N-Sp și Sp-C).

Deoarece L-aminoacizii naturali care alcătuiesc lanțul polipeptidic (cu excepția glicinei) sunt asimetrici, devine posibil ca aceștia să se rotească în jurul atomului de carbon α, ceea ce duce la răsucirea lanțurilor peptidice în elice cilindrice, menținute în elice. o anumită poziție prin fascicule intramoleculare n ". Ca urmare a acestei rotații, apar formațiuni structurale sterice - conformații. Această proprietate a reziduurilor de aminoacizi din lanțurile peptidice joacă un rol important în asigurarea labilității substanțelor proteice, a individualității lor ridicate și servește ca un factor important în formarea situsurilor active (centrelor) de molecule care asigură funcții biologice.

Combinarea aminoacizilor prin legături peptidice creează un lanț polipeptidic liniar numit structura proteinei primare

Având în vedere că 20 de aminoacizi sunt implicați în sinteza proteinelor și proteina medie conține 500 de reziduuri de aminoacizi, putem vorbi despre un număr inimaginabil de potențiale proteine. Aproximativ 100 de mii de proteine ​​diferite au fost găsite în corpul uman.

De exemplu, 2 aminoacizi (alanină și serină) formează 2 peptide Ala-Ser și Ser-Ala; 3 aminoacizi vor da deja 6 variante ale tripeptidei; 20 de aminoacizi – 1018 peptide diferite în doar 20 de aminoacizi (presupunând că fiecare aminoacid este folosit o singură dată).

Cea mai mare proteină cunoscută în prezent este titin- este o componentă a sarcomerelor miocitelor, greutatea moleculară a diferitelor izoforme ale sale variază de la 3000 la 3700 kDa. Titina umană soleus constă din 38.138 de aminoacizi.

Structura primară a proteinelor, adică secvența de aminoacizi din acesta este programată de secvența de nucleotide din ADN. Pierderea, inserarea sau înlocuirea unei nucleotide în ADN duce la o modificare a compoziției aminoacizilor și, în consecință, a structurii proteinei sintetizate.

O secțiune a unui lanț proteic lung de 6 aminoacizi (Ser-Cys-Tyr-Lei-Glu-Ala)
(legăturile peptidice sunt evidențiate cu un fundal galben, aminoacizii sunt evidențiați cu un cadru)

Dacă modificarea secvenței de aminoacizi nu este letală, ci adaptivă sau cel puțin neutră, atunci noua proteină poate fi moștenită și rămâne în populație. Ca rezultat, apar noi proteine ​​cu funcții similare. Acest fenomen se numește polimorfism proteine.

De exemplu, în anemia falciformă, a șasea poziție a lanțului β al hemoglobinei este înlocuită. acid glutamic pe valină. Aceasta duce la sinteza hemoglobina S (HbS)- o hemoglobina care polimerizeaza sub forma deoxi si formeaza cristale. Ca urmare, globulele roșii se deformează, capătă o formă de seceră (banană), își pierd elasticitatea și sunt distruse la trecerea prin capilare. Acest lucru duce în cele din urmă la scăderea oxigenării țesuturilor și la necroză.

Pentru multe proteine, este detectat un conservatorism structural pronunțat. De exemplu, hormonul insulina persoană diferit de urcator doar trei aminoacizi, din porc– pe un aminoacid (alanina in loc de treonina).

Apariție Grupele sanguine AB0 este asociat cu trei variante ale enzimei care leagă fie N-acetilgalactoza (grupa A) fie galactoza (grupa B) la oligozaharida membranelor eritrocitare, fie enzima nu atașează grupări zaharide suplimentare (grupa 0).

Secvența și raportul de aminoacizi din structura primară determină formarea secundar, terţiarŞi cuaternar structurilor.

Structura proteinei poate fi reprezentată de una dintre cele patru opțiuni. Fiecare opțiune are propriile sale caracteristici. Deci, există cuaternar, ternar, secundar și primar

Ultimul nivel din această listă este un lanț polipeptidic liniar de aminoacizi. Aminoacizii sunt legați între ei prin legături peptidice. Primar este cel mai simplu nivel de organizare al moleculei. Prin legăturile peptidice covalente dintre gruparea alfa-amino dintr-un aminoacid și gruparea alfa-carboxil dintr-un altul, molecula este foarte stabilă.

Când se formează legături peptidice în celule, gruparea carboxil este activată mai întâi. Ulterior are loc conexiunea cu gruparea amino. Sinteza de laborator a polipeptidelor se realizează aproximativ în același mod.

O legătură peptidică, care este un fragment repetat al unui lanț polipeptidic, are o serie de caracteristici. Sub influența acestor caracteristici, nu se formează doar structura primară a proteinei. Ele influențează, de asemenea, nivelurile organizaționale superioare ale lanțului polipeptidic. Printre principalele caracteristici distinctive se numără coplanaritatea (abilitatea tuturor atomilor care fac parte dintr-o grupare peptidică de a fi în același plan), transpunerea substituenților în raport cu legătura C-N și capacitatea de a exista în 2 forme de rezonanță. Caracteristicile legăturii peptidice includ, de asemenea, capacitatea de a forma legături de hidrogen. În acest caz, fiecare grupare peptidică poate forma două legături de hidrogen cu alte grupări (inclusiv grupări peptidice). Cu toate acestea, există și excepții. Acestea includ grupări peptidice cu grupări amino de hidroxiprolină sau prolină. Ele pot forma doar una. Aceasta afectează formarea unei structuri proteice secundare. Astfel, în zona în care se află hidroxiprolina sau prolina, lanțul peptidic se îndoaie ușor, datorită faptului că nu există o a doua legătură de hidrogen care să o țină (ca de obicei).

Numele peptidelor este format din numele aminoacizilor incluși în ele. O dipeptidă dă doi aminoacizi, o tripeptidă dă trei, o tetrapeptidă dă patru și așa mai departe. Fiecare lanț polipeptidic (sau peptidă) de orice lungime conține un aminoacid N-terminal, care conține o grupare amino liberă și un aminoacid C-terminal, care conține o grupare carboxil liberă.

Proprietățile proteinelor.

Când au studiat acești compuși, oamenii de știință au fost interesați de mai multe întrebări. Cercetătorii, în primul rând, au căutat să determine dimensiunea, forma și masa moleculelor de proteine. Trebuie menționat că acestea au fost sarcini destul de complexe. Dificultatea a fost că determinarea prin creșterea soluțiilor proteice (cum se face cu alte substanțe) este imposibilă, din cauza faptului că soluțiile proteice nu pot fi fierte. Și determinarea indicatorului în conformitate cu scăderea temperaturii de îngheț dă rezultate inexacte. În plus, proteinele din formă pură să nu se întâlnească niciodată. Cu toate acestea, folosind metodele dezvoltate, s-a constatat că variază de la 14 la 45 de mii și mai mult.

Unul dintre caracteristici importante compușii este sărarea fracționată. Acest proces este izolarea proteinelor din soluții după adăugare soluții sărate cu concentratii diferite.

O altă caracteristică importantă este denaturarea. Acest proces are loc atunci când proteinele sunt precipitate de metalele grele. Denaturarea este pierderea proprietăților naturale. Acest proces implică diverse transformări ale moleculei, pe lângă ruperea lanțului polipeptidic. Cu alte cuvinte, structura primară a proteinei rămâne neschimbată în timpul denaturarii.