14.03.2020.
Prve velike biomolekule koje su nastale za Zemlji tokom njenog razvoja
(grč. proteos – prvi)
Zajednička karakteristika – svi su polimeri 20 proteinskih aminokiselina
Manji polimeri – peptidi – molarna masa do <105
Da
Veći polimeri – proteini – molarna masa >105
Da
Vrsta amidske veze, pri nastajanju se izdvaja molekul vode –
reakcija dehidracije
Nastaje reakcijom između α-karboksilne grupe jedne ak i
α-amino grupe druge ak
di, tri, tetra-peptid......
Izuzetno niska hemijska reaktivnost –
usled toga vrlo velika stabilnost peptida
i proteina
Hormoni – insulin i glukagon – regulacija nivoa
glukoze u krvi; metabolizam šećera i masti
Kalcitonin i
parathormon –
metabolizam
kalcijuma,
magnezijuma i
fosfata
Oksitocin –
kontrakcije
uterusa
Glutation –
endogeni
antioksidans –
postoji u svim
ćelijama, a
najviše
koncentracije
su u
hepatocitima
Antibiotici, otrovi biljaka
(pečuraka), otrovi životinja
(zmijski, pčelinji)
Četiri nivoa strukture proteina
Primarna
Sekundarna
Tercijarna
Kvatenerna
Određuje vrstu, broj i redosled aminokiselina u nekom
proteinu
Direktno zavisi od informacije koju nosi DNK
Izmene DNK usled mutacije mogu dovesti do sinteze
izmenjenih proteina
Zamena aminokiseline sličnom aminokiselinom se primećuje
tek nakon dugog vremenskog perioda – evolucija
Zamena aminokiseline različitom aminokiselinom (npr.
hidrofobna hidrofilnom) daje nefunkcionalan protein i
moguće bolest
Srpasta anemija –
gen za Hb – na
položaju 6
glutaminska
kiselina se
zamenjuje
valinom
(hidrofilna
zamenjena
hidrofobnom) –
disfunkcionalan
molekul Hb – ne
može da veže O2
Prvi korak je razlaganje proteina – oslobađanje
aminokiselina – hidroliza proteina
Hidroliza – jake kiseline i visoke temperature uz
dodatak enzima po potrebi
Pojedinačne aminokiseline se razdvajaju metodom
hromatografije, a količina se određuje
fotometrijskom reakcijom sa ninhidrinom
Molekule proteina zauzimaju različte oblike u
prostoru
Sekundarna struktura
α-heliks
β-nabrana struktura
Nastaje uvijanjem polipeptidskog
lanca u spiralu – heliks
U prirodi postoji samo uvijanje
udesno
1 navoj = 3,6 aminokiselinskih
ostataka
Stabilnost heliksa ostvaruje se
pomoću vodoničnih veza
Nastaje postavljanjem
polipeptidskih lanaca ili njihovih
delova jednog do drugog, pri čemu
nastaju slojevi (nabori)
Stabilizovana formiranjem
vodoničnih veza
Može da se formira
Unutar jednog polipeptidskog lanca
Između dva lanca
Paralelno – lanci orjentisani u istom
smeru
Antiparalelno – lanci orjentisani u
suprotnom smeru
Određuje konačan izgled proteina u prostoru –
trodimenzionalnu strukturu (3D)
Prema ovoj strukturi ustanovljena je i prva podela proteina na
globularne (oblik lopte) i fibrilarne (oblik niti)
Tercijarna struktura se stabilizuje sledećim interakcijama
Hidrofobne interakcije – između hidrofobnih grupa bočnih nizova
aminokiselina
Vodonične veze
Jonske interakcije
Disulfidna veza – jedina kovalentan veza
Najviši stepen organizacije
Postoji kod složenih proteina koji se sastoje iz više
polipeptidskih lanaca
Naelektrisanje proteina – u vodenim rastvorima su naelektrisani
zahvaljujući polarnim bočnim grupama aminokiselina
Rastvorljivost proteina – ukoliko su rastvorljivi grade koloidne
rastvore – polarne grupe gomilaju se na spoljašnjoj strani
globularne molekule – vodonične veze sa molekulima vode –
nastaje hidratacioni omotač – čini molekulu rastvorljivom i
onemogućava međusobno elektrostatičko privlačenje
Izoelektrična tačka proteina – pH vrednosti pri kojoj je molekula
proteina nenaelektrisana, nerastvorljiva u vodi i nepokretna u
električnom polju – korisna osobina za razdvajanje proteina
izoelektričnim fokusiranjem
Nativna konformacija proteina – jedinstvo strukture, fizičko-
hemijskih osobina i biološke funkcije jednog proteina; samo u
ovom stanju molekula je funkcionalna
Denaturacija proteina – ukoliko iz bilo kog razloga dođe do
promena u strukturi, osobinama i funkciji proteina, odnosno
do gubitka nativne konformacije; raskidaju se veze
(ne peptidske, već one koje održavaju sekundarnu i tercijarnu
strukturu) – najčešće dolazi do smanjena rastvorljivosti
proteina i taloženja
Taloženje može biti reverzibilno i ireverzibilno
Nakon denaturacije molekulu je moguće ponovo
dovesti u prvobitno, funkcionalno stanje
Bitno u procesu izolovanja proteina iz kompleksnih
smeša
Isoljavanje („salting out“) – dodavanjem koncentrovanih
rastvora soli koji će „oduzeti“ vodu od proteina i posledično
taloženje proteina
Taloženje postizanjem pI – podešavanje pH rastvora na
vrednosti izoelektrične tačke – dolazi do gubitka
naelektrisanja molekule – molekula postaje neutralna – gubi
sposobnost interakcija sa molekulima vode i taloži se
Promene koje su trajno narušile nativnu konformaciju
proteina
Dodatak jakih kiselina ili baza – drastične promene menjaju
naelektrisanje grupa u proteinu, raskidanje vodoničnih i jonskih veza,
promene u sekundarnoj i tercijarnoj strukturi i biološkoj funkciji –
primena – uklanjanje proteina iz uzoraka krvne plazme ili seruma (tzv.
deproteinizacija) – trihlorsirćetna kiselina (TCA)
Temperatura – izlaganje umerenim temperaturama (do 40°C) povećava
rastvorljivost; izlaganje proteina visokim temperaturama (iznad 50°C)
dovodi do trajne denaturacije
Joni teških metala – živa ili olovo
dovode do ireverzibilne denaturacije
proteina – mehanizam se zasniva na
vezivanju za SH grupu u ak cistein –
osnov toksičnog delovanja ovih
metala
Organski rastvarači – organski
rastvarači koji se mešaju sa vodom
smanjuju rastvorljivost proteina i
dovode do njihove denaturacije –
etanol, metanol, aceton, acetonitril –
primena u deproteiniziranju bioloških
uzoraka
Mehanički (fizički) uticaji – mešanje ili
mućkanje rastvora proteina može
izazvati denaturaciju proteina
Prema
Tercijarnoj strukturi
Sastavu
Funkciji
Globularni
Fibrilarni
Homoproteini – u svojoj strukturi sadrže samo
aminokiseline
Heteroproteini – u svojoj strukturi pored
aminokiseline sadrže i tzv. prostetičnu grupu
Albumini – rastvorljivi u čistoj destilovanoj vodi; albumin krvne plazme
Globulini – nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u razblaženim rastvorima soli;
velika raznorodna i rasprostranjena grupa proteina
Prolamini – biljni proteini; zrno žitarica i pirinča
Protamini – proteini koji se nalaze u ćelijskim jedrima
Histoni – proteini koji se nalaze u ćelijskim jedrima
Skleroproteini – nerastvorljiva grupa proteina, raznorodna,
rasprostranjena, nalazi se u mnogim tkivima i organima (kosti, koža, nokti,
kosa ...)
Hemoproteini – prostetična grupa je hem
(hemoglobin, mioglobin...)
Metaloproteini – prostetična grupa je jon metala
Glikoproteini – prostetična grupa je gliko ili
oligosaharid
Fosfoproteini – prostetična grupa je fosfatna grupa
Lipoproteini – prostetična grupa je lipid
Nukleoproteini – prostetična grupa je nukleinska
kiselina
Enzimi –
biokatalizatori,
ubrzavaju biohemijske
reakcije
Transportni proteini –
prenose različite
molekule kroz
organizam – npr.
hemoglobin, transferin,
albumin i dr
Kontraktilni proteini – učestvuju u
kontrakciji mišića, aktin i miozin
Strukturni proteini – učestvuju u
izgradnji različitih struktura – kolagen,
keratin, fibroin svile i dr
Proteohormoni – važna grupa peptida
koji učestvuju u hormonskoj regulaciji
svih procesa u organizmu
Receptori – učestvuju u
komunikaciji, prijemu i prenošenju
poruka u i između ćelija
Antitela – važna uloga u
imunosistemu
Faktori rasta – učestvuju
u regulaciji procesa
deobe i diferencijacije
ćelija
Gen-regulatorni proteini –
regulišu aktivnost gena i
njihovu ekspresiju
Toksini – otrovi – štetno
utiču na celokupnu
funkciju ćelije (otrov
zmija, pčela, gljiva...)