proteiners byggesten er aminosyrer - nucleus fra...proteiner og enzymer 73 proteiners byggesten er...
TRANSCRIPT
-
PROTEINER OG ENZ YMER
73
Proteiners byggesten er aminosyrerLad os se på den kemiske opbygning af et protein. Proteiner er store molekyler der er opbygget af mindre molekyler, som man kalder ami-nosyrer. Der findes naturligt tyve forskellige aminosyrer. Et protein er sammensat af en blanding af de tyve aminosyrer og består typisk af fra 50 til flere tusinde aminosyrer. Når vi fordøjer vores mad i mave-tarmsystemet, nedbrydes proteinerne til deres aminosyrer som vi optager til blodet og fordeler til enten leveren eller kroppens celler. Otte af de tyve aminosyrer er essentielle for mennesket. Det vil sige at kroppen ikke selv kan danne dem, og de skal derfor tilføres krop-pen i den mængde der er brug for dem. De øvrige 12 aminosyrer kan kroppen selv danne eller omdanne i leveren ud fra andre aminosyrer tilført med kosten. Den generelle formel for en aminosyre er vist i figur 85. Man kan se at den er opbygget med et centralt stillet carbonatom, hvortil der er bundet en ladet aminogruppe (-NH3+) og en ladet carboxylgruppe (-COO-). En aminosyre er derfor en såkaldt amfo-ion, en betegnelse man bruger for en ion der både har en positiv og en negativ ladning. Aminosyren indeholder desuden et hydrogenatom samt en sidekæde med betegnelsen R. Forskellen mellem de tyve aminosyrer består i sidekædens struktur. Figur 87 side 74 viser strukturen af de tyve aminosyrer. Som man kan se, er sidekæderne ret forskellige, og de har fået forskellige farver efter deres kemiske egenskaber. Således er nogle sidekæder upolære og dermed hydrofobe, mens andre er enten polære eller negativt eller positivt ladede ved neutral pH. De tre sidstnævnte typer er ligeledes hydrofile. På figuren kan man også se navnet på den enkelte aminosyre samt både en tre-bogstavs-forkortelse og en et-bogstavs-forkortelse. Disse forkortelser har man brug for når man skal opskrive eller selv læse rækkefølgen af aminosyrer i et protein. Sidekæderne har betyd-ning for hvilken egenskab og funktion proteinerne får når de sam-mensættes af aminosyrerne.
Sammensætning af aminosyrerHvert protein har sin unikke sammensætning af aminosyrer, og men-nesket danner op mod 100.000 forskellige proteiner. Aminosyrerne bindes sammen med peptidbindinger. En peptidbinding er en elek-tronparbinding mellem carboxylgruppen i en aminosyre og amino-gruppen i en anden aminosyre, se figur 86. Idet bindingen dannes, fraspaltes der vand, og man kalder reaktionstypen en kondensations-reaktion. Når bindingen mellem to aminosyrer er etableret, har man et dipeptid. Bindes flere aminosyrer sammen, dannes et polypeptid. Et protein kan indeholde én eller flere polypeptidkæder. Uanset om
CN+
C
H
O-
OH
H R
H CN+
C
H
O-
OH
H R
H+
CN+
C
HH
H R
H
O
N C C
O-
O
H
H
R
+ H2O
N-terminal C-terminal
Peptidbinding
Amino-gruppe
Carboxyl-gruppe
CH3N+ C
H
O-
O
R
Ladet carboxylgruppe
Ladet aminogruppe
Variabel gruppe, specifik for hver aminosyre
Figur 85. Generel formel for aminosyre.
Figur 86. Dannelse af en peptidbinding.
-
K APITEL 3
74
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
OH
NH3+
C C
H
CH O-
O
OH CH3
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
SH
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
OH
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CNH2 O
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CH2
CNH2 O
-
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CH2
CH2
CH2
NH3+
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CH2
CH2
NH
C
NH2
NH2+
Upolæresidekæder
Polæresidekæder
Elektriskladede sidekæder
NH3+
C
H
H O-
O
Glycin (G)Gly
NH3+
C
H
CH3O
-
O
Alanin (A)Ala
NH3+
C
H
CH O-
O
CH3 CH3
*Valin (V)Val
NH3+
C
H
CH2O
-
O
CHCH3 CH3
*Leucin (L)Leu
NH3+
C
H
CH O-
O
CH2
CH3
CH3
*Isoleucin (I)Ile
NH3+
C C
H
O-
O
CH2
CH2
S
CH3
*Methionin (M)Met
NH3+
C C
H
O-
O
CH2
*Phenylalanin (F)Phe
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
NH
*Tryptophan (W)Trp
Prolin (P)Pro
Serin (S)Ser
*Threonin (T)Thr
Cystein (C)Cys
Tyrosin (Y)Tyr
Asparagin (N)Asn
Sure Basiske
Aspartat (D)Asp
Glutamat (E)Glu
*Lysin (K)Lys
Arginin (R)Arg
Histidin (H)His
Glutamin (Q)Gln
C
O-
ONH2
+
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CO O
-
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
CH2
CO O
-
NH3+
C C
H
CH2O
-
O
NH
+
NH
Figur 87. Struktur af de tyve aminosyrer. Sidekæderne har forskellig farve efter deres kemiske egenskaber. Essentielle aminosyrer er angivet med stjerne.
-
PROTEINER OG ENZ YMER
75
en peptidkæde består af få eller mange aminosyrer, så vil den have en fri aminogruppe i den forreste ende og en fri carboxylgruppe i den bageste ende. På den måde er man aldrig i tvivl om angivelse af rækkefølgen af aminosyrerne. På grund af nitrogenatomet i den frie aminogruppe kalder man forenden af peptidet for N-terminalen, mens bagenden af peptidet på grund af carbonatomet i den frie carboxyl-gruppe kaldes for C-terminalen.
Proteiners strukturniveauerProteiners molekylære struktur kan beskrives på tre-fire forskellige niveauer. Primærstrukturen af et protein angiver selve rækkefølgen af amino-syrer fra N-terminalen mod C-terminalen. Denne rækkefølge er helt unik for det enkelte protein, og er bestemt ud fra et specifikt gen i den organisme hvor proteinet dannes. På figur 88 ses primærstukturen af proteinet lysozym der blandt andet forekommer i æggehvide. Som
Lys
Tyr
TryTry
Thr
Thr
Thr
Thr
ThrPro
Thr
Thr
Lys
Lys
Lys
Phe
Phe
Lys
Lys
AlaAla
Ala
Ala
Arg
TyrGln
Gln
Glu
Ala Ala
Ala
Ala
Ala
AlaAer
Val
Val
ileu
ileu
Val
ileu
ileu
ileu
ileu
Ala
AlaTry
Val
Val
Val
Ser100
10
1
20
40
50
60
70
80
90
110
120
129
30
Ser
SerAsn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Asn
Ser
Gly
Gly
Gly
Gly
Gly Gly
Gly
Gly
Gly
Gly
Gly
Arg
Arg
Arg
Arg
Arg
Arg
Arg
ArgAsp
Asp Asp
SerSer
Ser
SerPro
Met
His
Met
Gln
Gly
Glu
Cys
Cys
Cys
Cys
Cys
Cys Cys
Cys
Cys
Arg
ArgAspAsp
Asp
Asp
AspTyr
Try
TryTry
Leu
LeuLeu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Phe
CO- O
SS
S S
SS
SS
H HN
H+
Figur 88. Primærstrukturen af proteinet lysozym.
-
K APITEL 3
76
man kan se, er aminosyrerne vist som kugler, og deres navn er angivet med tre-bogstavs-forkortelser. Man kan se at proteinet indeholder 129 aminosyrer, hvilket er et forholdsvist lille protein. Desuden kan man se at der fire steder er bindinger mellem sidekæder fra aminosy-ren cystein. Cystein indeholder et svovlatom i sin sidekæde, og når to cysteinmolekyler kommer i nærheden af hinanden, fraspaltes et hydrogenatom fra hver sidekæde. Herved dannes en elektronparbin-ding mellem et svovlatom fra hver sin sidekæde – som man kalder en disulfidbinding, se figur 89. Antallet og placeringen af disulfidbindinger hører med til at beskrive et proteins primærstruktur. Sekundærstrukturen beskriver lokale områder af polypeptidkæden hvor aminosyrer, der sidder sæt på hinanden, danner nogle karak-teristiske foldninger af kæden. Der er to typiske strukturer: α-helix og β-foldeblad, se figur 90. Som man kan se, er det karakteristisk for en α-helixstruktur at den danner en spiralstruktur. Det sker idet der dannes en hydrogenbinding mellem en CO-gruppe fra en peptidbin-ding og en NH-gruppe fra en anden peptidbinding, der sidder i den aminosyre som er placeret præcis fire aminosyrer længere henne i peptidkæden. I β-foldebladsstrukturen ligger områder af peptidkæden i parallelle eller antiparallelle lag, så det ligner en hårnål eller et zig-
C C
NH
C
SH
O
H
H
H
CC
NH
C
SH
O
H
H
H
+
2H+ + 2e-
C C
NH
C
S
O
H CC
NH
C
S
O
H
H
H
H
H
N-terminal
C-terminal
RR
CC
CCOO
NN
NN
HH
HHHH
Figur 3.8 a. Alfahelix
Figur 3.8 b. Betafoldeblad
N-terminal
C-terminal
Figur 89. Dannelse af disulfidbinding mel-lem sidekæder fra to cysteinmolekyler.
Figur 90. a. α-helix. b. β-foldeblad.
a
b
-
PROTEINER OG ENZ YMER
77
zag-foldet papirark. Derved opstår der hydrogenbindinger mellem CO- og NH-grupper der sidder i lag over for hinanden. Tertiærstrukturen angiver den overordnede rumlige opbygning af hele peptidkæden. Den opstår når der dannes forskellige typer bin-dinger mellem sidekæder af aminosyrer, der sidder langt fra hinanden i primærstrukturen, se figur 91. Disulfidbindinger mellem cystein-sidekæder er allerede nævnt i forbindelse med primærstrukturen, men de hører også med til at beskrive tertiærstrukturen som de medvirker til at stabilisere. Endvidere dannes ionbindinger mellem aminosyrer med ladede sidegrupper. Fx vil aminosyren lysin hvis sidegruppe
CH2
S
S
CH2
CH2
OH
......
.
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3+
CH2
OO-
OH
CH2
Elektronparbinding
Hydrogenbinding Ionbinding
Figur 91. a. Forskellige typer bindinger der
medvirker til dannelse af et pro-teins tertiære struktur.
b. Den tertiære struktur af lysozym fra høns.
a
b