Beberapa protein rusak ketika sel mati dan dihancurkan. Ini terjadi sepanjang waktu, misalnya, dengan sel darah merah dan sel epitel yang melapisi permukaan bagian dalam usus. Selain itu, pemecahan dan resintesis protein juga terjadi pada sel hidup. Anehnya, lebih sedikit yang diketahui tentang pemecahan protein daripada tentang sintesisnya. Apa yang jelas, bagaimanapun, adalah bahwa enzim proteolitik terlibat dalam pemecahan, mirip dengan yang memecah protein menjadi asam amino di saluran pencernaan.

Waktu paruh protein yang berbeda berbeda - dari beberapa jam hingga berbulan-bulan. Satu-satunya pengecualian adalah molekul kolagen. Setelah terbentuk, mereka tetap stabil dan tidak diperbarui atau diganti. Namun, seiring waktu, beberapa sifatnya, khususnya elastisitas, berubah, dan karena tidak diperbarui, perubahan terkait usia tertentu adalah akibat dari ini, misalnya, munculnya kerutan pada kulit.

Tiket 2. 1. Faktor nutrisi penting yang bersifat lipid. Beberapa lipid tidak disintesis dalam tubuh manusia dan karena itu merupakan faktor nutrisi yang sangat diperlukan. Ini termasuk asam lemak dengan dua atau lebih ikatan rangkap (poliena) - asam lemak esensial. Beberapa asam ini adalah substrat untuk sintesis hormon lokal - eicosanoids (topik 8.10).

Vitamin larut lemak melakukan berbagai fungsi: vitamin A berpartisipasi dalam proses penglihatan, serta pertumbuhan dan diferensiasi sel; kemampuannya untuk menghambat pertumbuhan jenis tumor tertentu telah terbukti; vitamin K berpartisipasi dalam pembekuan darah; vitamin D berpartisipasi dalam pengaturan metabolisme kalsium; vitamin E- antioksidan, menghambat pembentukan radikal bebas dan dengan demikian melawan kerusakan sel akibat peroksidasi lipid.

Dokumen

2. Struktur dan tingkat organisasi struktural protein

Ada empat tingkat organisasi struktural protein: primer, sekunder, tersier dan kuaterner. Setiap tingkat memiliki karakteristiknya sendiri.

Struktur primer protein

Struktur utama protein adalah rantai polipeptida linier asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Struktur primer adalah tingkat paling sederhana dari organisasi struktural molekul protein. Stabilitas tinggi diberikan kepadanya oleh ikatan peptida kovalen antara gugus -amino dari satu asam amino dan gugus -karboksil dari asam amino lain. [menunjukkan].

Jika gugus imino prolin atau hidroksiprolin terlibat dalam pembentukan ikatan peptida, maka ia memiliki bentuk yang berbeda [menunjukkan].

Ketika ikatan peptida terbentuk dalam sel, gugus karboksil dari satu asam amino pertama kali diaktifkan, dan kemudian bergabung dengan gugus amino yang lain. Kira-kira sama dilakukan sintesis laboratorium polipeptida.

Ikatan peptida adalah fragmen berulang dari rantai polipeptida. Ini memiliki sejumlah fitur yang tidak hanya memengaruhi bentuk struktur primer, tetapi juga tingkat organisasi tertinggi dari rantai polipeptida:

koplanaritas - semua atom dalam kelompok peptida berada di bidang yang sama;

kemampuan untuk eksis dalam dua bentuk resonansi (bentuk keto atau enol);

posisi trans substituen terhadap ikatan C-N;

kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen, dan masing-masing kelompok peptida dapat membentuk dua ikatan hidrogen dengan kelompok lain, termasuk yang peptida.

Pengecualian adalah kelompok peptida dengan partisipasi gugus amino prolin atau hidroksiprolin. Mereka hanya mampu membentuk satu ikatan hidrogen (lihat di atas). Hal ini mempengaruhi pembentukan struktur sekunder protein. Rantai polipeptida di tempat prolin atau hidroksiprolin berada mudah ditekuk, karena tidak terikat, seperti biasa, oleh ikatan hidrogen kedua.

Tatanama peptida dan polipeptida. Nama peptida dibentuk dari nama asam amino penyusunnya. Dua asam amino membuat dipeptida, tiga tripeptida, empat tetrapeptida, dll. Setiap rantai peptida atau polipeptida dengan panjang berapa pun memiliki asam amino terminal-N yang mengandung gugus amino bebas dan asam amino terminal-C yang mengandung gugus karboksil bebas. Saat menamai polipeptida, semua asam amino dicantumkan secara berurutan, mulai dari N-terminal, menggantikan namanya, kecuali untuk C-terminal, akhiran -in hingga -yl (karena asam amino dalam peptida tidak lagi memiliki gugus karboksil, tapi karbonil). Misalnya, nama yang ditunjukkan pada Gambar. 1 tripeptida - leuc lanau fenilalan lanau treon di.

Fitur struktur utama protein. Di tulang punggung rantai polipeptida, struktur kaku (gugus peptida datar) bergantian dengan daerah yang relatif bergerak (-CHR) yang mampu berputar di sekitar ikatan. Ciri-ciri struktur rantai polipeptida seperti itu memengaruhi pengemasannya di ruang angkasa.

Struktur sekunder protein

Struktur sekunder adalah cara peletakan rantai polipeptida menjadi suatu struktur yang teratur karena terbentuknya ikatan hidrogen antara gugus peptida dari satu rantai atau rantai polipeptida yang berdekatan. Berdasarkan konfigurasi, struktur sekunder dibagi menjadi heliks (α-helix) dan berlapis-lipat (β-struktur dan cross-β-bentuk).

-Helix. Ini adalah sejenis struktur sekunder protein, yang memiliki bentuk heliks reguler, terbentuk karena ikatan hidrogen interpeptida dalam rantai polipeptida tunggal. Model struktur -helix (Gbr. 2), yang memperhitungkan semua sifat ikatan peptida, diusulkan oleh Pauling dan Corey. Fitur utama dari -helix:

konfigurasi heliks dari rantai polipeptida yang memiliki simetri heliks;

pembentukan ikatan hidrogen antara gugus peptida dari masing-masing residu asam amino pertama dan keempat;

keteraturan putaran spiral;

kesetaraan semua residu asam amino dalam -helix, terlepas dari struktur radikal sampingnya;

radikal samping asam amino tidak berpartisipasi dalam pembentukan -helix.

Dari luar, heliks tampak seperti heliks kompor listrik yang sedikit memanjang. Keteraturan ikatan hidrogen antara kelompok peptida pertama dan keempat juga menentukan keteraturan lilitan rantai polipeptida. Ketinggian satu putaran, atau nada heliks , adalah 0,54 nm; itu termasuk 3,6 residu asam amino, yaitu, setiap residu asam amino bergerak sepanjang sumbu (ketinggian satu residu asam amino) sebesar 0,15 nm (0,54:3,6 = 0,15 nm), yang memungkinkan kita untuk berbicara tentang kesetaraan semua asam amino residu di -heliks. Periode keteraturan -helix adalah 5 putaran atau 18 residu asam amino; panjang satu periode adalah 2,7 nm. Beras. 3. Model -heliks Pauling-Corey

-Struktur. Ini adalah jenis struktur sekunder yang memiliki konfigurasi rantai polipeptida yang sedikit melengkung dan dibentuk menggunakan ikatan hidrogen interpeptida dalam bagian individu dari satu rantai polipeptida atau rantai polipeptida yang berdekatan. Ini juga disebut struktur berlapis-lipat. Ada jenis struktur . Daerah berlapis terbatas yang dibentuk oleh satu rantai polipeptida protein disebut bentuk silang (struktur pendek). Ikatan hidrogen dalam bentuk cross-β terbentuk antara kelompok peptida dari loop rantai polipeptida. Tipe lain, struktur lengkap, adalah karakteristik dari keseluruhan rantai polipeptida, yang memiliki bentuk memanjang dan dipegang oleh ikatan hidrogen interpeptida antara rantai polipeptida paralel yang berdekatan (Gbr. 3). Struktur ini mengingatkan pada bellow akordeon. Selain itu, varian struktur dimungkinkan: mereka dapat dibentuk oleh rantai paralel (terminal N dari rantai polipeptida diarahkan ke arah yang sama) dan antiparalel (terminal N diarahkan ke arah yang berbeda). Radikal samping dari satu lapisan ditempatkan di antara radikal samping dari lapisan lain.

Dalam protein, transisi dari struktur ke struktur dan sebaliknya dimungkinkan karena penataan ulang ikatan hidrogen. Alih-alih ikatan hidrogen interpeptida reguler di sepanjang rantai (karena mereka, rantai polipeptida dipelintir menjadi spiral), bagian spiral tidak dipilin dan ikatan hidrogen ditutup di antara fragmen rantai polipeptida yang memanjang. Transisi semacam itu ditemukan dalam keratin, protein rambut. Saat mencuci rambut dengan deterjen alkali, struktur heliks -keratin mudah dihancurkan dan masuk ke -keratin (rambut keriting diluruskan).

Penghancuran struktur sekunder reguler protein (-heliks dan -struktur), dengan analogi dengan pencairan kristal, disebut "pelelehan" polipeptida. Dalam hal ini, ikatan hidrogen terputus, dan rantai polipeptida berbentuk kumparan acak. Oleh karena itu, stabilitas struktur sekunder ditentukan oleh ikatan hidrogen interpeptida. Jenis ikatan lain hampir tidak mengambil bagian dalam hal ini, kecuali ikatan disulfida di sepanjang rantai polipeptida di lokasi residu sistein. Peptida pendek karena ikatan disulfida ditutup dalam siklus. Banyak protein secara bersamaan memiliki daerah -heliks dan struktur . Hampir tidak ada protein alami yang terdiri dari 100% -helix (pengecualian adalah paramyosin, protein otot yang 96-100% -helix), sedangkan polipeptida sintetik memiliki 100% helix.

Protein lain memiliki tingkat heliksitas yang tidak sama. Frekuensi tinggi struktur -heliks diamati pada paramiosin, mioglobin, dan hemoglobin. Sebaliknya, dalam tripsin, ribonuklease, bagian penting dari rantai polipeptida cocok dengan struktur berlapis. Protein jaringan pendukung: keratin (protein rambut, wol), kolagen (protein tendon, kulit), fibroin (protein sutera alam) memiliki konfigurasi rantai polipeptida. Tingkat helikalisasi yang berbeda dari rantai polipeptida protein menunjukkan bahwa, jelas, ada kekuatan yang sebagian mengganggu heliksisasi atau "mematahkan" lipatan reguler rantai polipeptida. Alasan untuk ini adalah pengemasan yang lebih kompak dari rantai polipeptida protein dalam volume tertentu, yaitu, dalam struktur tersier.

Struktur tersier protein

Struktur tersier protein adalah cara rantai polipeptida dilipat dalam ruang. Menurut bentuk struktur tersier, protein dibagi terutama menjadi globular dan fibrillar. Protein globular paling sering memiliki bentuk elips, dan protein fibrillar (berfilamen) memanjang (bentuk batang, gelendong).

Namun, konfigurasi struktur tersier protein belum memberikan alasan untuk berpikir bahwa protein fibrilar hanya memiliki struktur , dan globular -heliks. Ada protein fibrillar yang memiliki struktur sekunder heliks daripada berlapis-lipat. Misalnya, -keratin dan paramyosin (protein otot obturator moluska), tropomiosin (protein otot rangka) adalah protein fibrilar (memiliki bentuk batang), dan struktur sekundernya adalah -heliks; sebaliknya, protein globular dapat mengandung sejumlah besar struktur .

Spiralisasi rantai polipeptida linier mengurangi ukurannya sekitar 4 kali; dan pengepakan ke dalam struktur tersier membuatnya puluhan kali lebih kompak daripada rantai aslinya.

Ikatan yang menstabilkan struktur tersier protein. Dalam stabilisasi struktur tersier, ikatan antara radikal samping asam amino berperan. Koneksi ini dapat dibagi menjadi:

kuat (kovalen) [menunjukkan].

lemah (polar dan van der Waals) [menunjukkan].

Banyak ikatan antara radikal samping asam amino menentukan konfigurasi spasial molekul protein.

Fitur organisasi struktur tersier protein. Konformasi struktur tersier dari rantai polipeptida ditentukan oleh sifat-sifat radikal samping dari asam amino penyusunnya (yang tidak memiliki efek nyata pada pembentukan struktur primer dan sekunder) dan lingkungan mikro, yaitu lingkungan. Ketika dilipat, rantai polipeptida dari suatu protein cenderung mengambil bentuk yang disukai secara energetik, yang dicirikan oleh energi bebas yang minimum. Oleh karena itu, gugus R non-polar, "menghindari" air, seolah-olah membentuk bagian dalam struktur tersier protein, di mana bagian utama residu hidrofobik dari rantai polipeptida berada. Hampir tidak ada molekul air di tengah globul protein. Gugus-R polar (hidrofilik) dari asam amino terletak di luar inti hidrofobik ini dan dikelilingi oleh molekul air. Rantai polipeptida secara aneh membengkok dalam ruang tiga dimensi. Ketika ditekuk, konformasi heliks sekunder rusak. Rantai "putus" pada titik lemah di mana prolin atau hidroksiprolin berada, karena asam amino ini lebih mobile dalam rantai, hanya membentuk satu ikatan hidrogen dengan kelompok peptida lainnya. Tempat tikungan lain adalah glisin, yang gugus R-nya kecil (hidrogen). Oleh karena itu, gugus-R dari asam amino lain, ketika ditumpuk, cenderung menempati ruang bebas di lokasi glisin. Sejumlah asam amino - alanin, leusin, glutamat, histidin - berkontribusi pada pelestarian struktur heliks yang stabil dalam protein, dan seperti metionin, valin, isoleusin, asam aspartat, mendukung pembentukan struktur-β. Pada molekul protein dengan konfigurasi tersier, terdapat bagian-bagian berupa -heliks (spiral), -struktur (berlapis) dan kumparan acak. Hanya lipatan spasial yang benar dari protein yang membuatnya aktif; pelanggarannya menyebabkan perubahan sifat protein dan hilangnya aktivitas biologis.

Struktur protein kuarter

Protein yang terdiri dari rantai polipeptida tunggal hanya memiliki struktur tersier. Ini termasuk mioglobin, protein jaringan otot yang terlibat dalam pengikatan oksigen, sejumlah enzim (lisozim, pepsin, tripsin, dll.). Namun, beberapa protein dibangun dari beberapa rantai polipeptida, yang masing-masing memiliki struktur tersier. Untuk protein seperti itu, konsep struktur kuaterner telah diperkenalkan, yang merupakan organisasi dari beberapa rantai polipeptida dengan struktur tersier menjadi satu molekul protein fungsional. Protein dengan struktur kuaterner seperti itu disebut oligomer, dan rantai polipeptidanya dengan struktur tersier disebut protomer atau subunit (Gbr. 4).

Pada tingkat organisasi kuartener, protein mempertahankan konfigurasi dasar struktur tersier (globular atau fibrilar). Misalnya, hemoglobin adalah protein yang memiliki struktur kuartener dan terdiri dari empat subunit. Masing-masing subunit adalah protein globular dan, secara umum, hemoglobin juga memiliki konfigurasi globular. Protein rambut dan wol - keratin, terkait dalam struktur tersier dengan protein fibrilar, memiliki konformasi fibrilar dan struktur kuaterner.

Stabilisasi struktur kuartener protein. Semua protein dengan struktur kuaterner diisolasi sebagai makromolekul individu yang tidak terurai menjadi subunit. Kontak antara permukaan subunit hanya dimungkinkan karena gugus polar residu asam amino, karena selama pembentukan struktur tersier dari masing-masing rantai polipeptida, radikal samping asam amino nonpolar (yang merupakan mayoritas dari semua proteinogenik asam amino) tersembunyi di dalam subunit. Banyak ikatan ionik (garam), hidrogen, dan, dalam beberapa kasus, ikatan disulfida terbentuk di antara gugus polarnya, yang dengan kuat menahan subunit dalam bentuk kompleks yang terorganisir. Penggunaan zat yang memutuskan ikatan hidrogen, atau zat yang mengembalikan jembatan disulfida, menyebabkan disagregasi protomer dan penghancuran struktur kuaterner protein. Di meja. 1 merangkum data tentang ikatan yang menstabilkan berbagai tingkat organisasi molekul protein [menunjukkan].

Fitur organisasi struktural beberapa protein fibrillar

Organisasi struktural protein fibrilar memiliki sejumlah fitur dibandingkan dengan protein globular. Fitur-fitur ini dapat ditelusuri pada contoh keratin, fibroin dan kolagen. Keratin ada di - dan -konformasi. -Keratin dan fibroin memiliki struktur sekunder berlapis-lipat, namun, pada keratin, rantainya paralel, dan pada fibroin mereka antiparalel (lihat Gambar 3); selain itu, ikatan disulfida antar rantai terdapat pada keratin, sedangkan ikatan tersebut tidak ada pada fibroin. Putusnya ikatan disulfida menyebabkan pemisahan rantai polipeptida di keratin. Sebaliknya, pembentukan jumlah maksimum ikatan disulfida dalam keratin oleh aksi agen pengoksidasi menciptakan struktur spasial yang kuat. Secara umum, dalam protein fibrilar, berbeda dengan protein globular, kadang-kadang sulit untuk membedakan secara ketat antara berbagai tingkat organisasi. Jika kita menerima (seperti untuk protein globular) bahwa struktur tersier harus dibentuk dengan menumpuk satu rantai polipeptida di ruang angkasa, dan struktur kuaterner harus dibentuk oleh beberapa rantai, maka dalam protein fibrilar beberapa rantai polipeptida sudah terlibat dalam pembentukan struktur sekunder. Contoh khas dari protein fibrilar adalah kolagen, yang merupakan salah satu protein paling melimpah di tubuh manusia (sekitar 1/3 dari massa semua protein). Ini ditemukan di jaringan dengan kekuatan tinggi dan ekstensibilitas rendah (tulang, tendon, kulit, gigi, dll.). Dalam kolagen, sepertiga dari residu asam amino adalah glisin, dan sekitar seperempat atau sedikit lebih adalah prolin atau hidroksiprolin.

Rantai polipeptida kolagen terisolasi (struktur primer) terlihat seperti garis putus-putus. Ini mengandung sekitar 1000 asam amino dan memiliki berat molekul sekitar 105 (Gbr. 5, a, b). Rantai polipeptida dibangun dari triplet berulang asam amino (triplet) dari komposisi berikut: gli-A-B, di mana A dan B adalah asam amino apa pun kecuali glisin (paling sering prolin dan hidroksiprolin). Rantai polipeptida kolagen (atau rantai ) selama pembentukan struktur sekunder dan tersier (Gbr. 5, c dan d) tidak dapat membentuk -heliks tipikal dengan simetri heliks. Ini dicegah oleh prolin, hidroksiprolin dan glisin (asam amino anti-heliks). Oleh karena itu, tiga rantai seolah-olah membentuk spiral terpilin, seperti tiga benang yang melingkari silinder. Tiga rantai heliks membentuk struktur kolagen berulang yang disebut tropocollagen (Gbr. 5d). Tropocollagen dalam organisasinya merupakan struktur tersier dari kolagen. Cincin datar prolin dan hidroksiprolin, secara teratur bergantian sepanjang rantai, memberikan kekakuan, seperti halnya ikatan antar rantai antara rantai tropokolagen (oleh karena itu, kolagen tahan terhadap peregangan). Tropocollagen pada dasarnya adalah subunit dari fibril kolagen. Subunit Tropocollagen ditumpuk dalam struktur kuaterner kolagen secara bertahap (Gbr. 5e).

Stabilisasi struktur kolagen terjadi karena ikatan antar rantai hidrogen, ionik dan van der Waals dan sejumlah kecil ikatan kovalen.

Rantai kolagen memiliki struktur kimia yang berbeda. Ada 1 -rantai dari berbagai jenis (I, II, III, IV) dan 2 -rantai. Bergantung pada rantai 1 - dan 2 mana yang terlibat dalam pembentukan heliks tiga untai tropokolagen, empat jenis kolagen dibedakan:

tipe pertama - dua 1 (I) dan satu 2 -rantai;

tipe kedua - tiga rantai 1 (II);

tipe ketiga - tiga 1 (III)-rantai;

tipe keempat - tiga 1 (IV)-rantai.

Kolagen yang paling umum dari jenis pertama: ditemukan di jaringan tulang, kulit, tendon; kolagen tipe 2 ditemukan di tulang rawan, dan seterusnya.Bisa ada berbagai jenis kolagen dalam jenis jaringan yang sama.

Agregasi struktur kolagen yang teratur, kekakuan dan kelembamannya memberikan kekuatan serat kolagen yang tinggi. Protein kolagen juga mengandung komponen karbohidrat, yaitu kompleks protein-karbohidrat.

Kolagen adalah protein ekstraseluler yang dibentuk oleh sel-sel jaringan ikat yang merupakan bagian dari semua organ. Oleh karena itu, dengan kerusakan kolagen (atau pelanggaran pembentukannya), terjadi banyak pelanggaran fungsi pendukung jaringan ikat organ.

Rantai polipeptida alfa berakhir dengan kombinasi asam amino valin-leusin, dan rantai polipeptida beta berakhir dengan kombinasi valin-histidin-leusin. Rantai polipeptida alfa dan beta dalam molekul hemoglobin tidak ditempatkan secara linier, ini adalah struktur primer. Karena adanya kekuatan intramolekul, rantai polipeptida berputar dalam bentuk heliks alfa-heliks khas protein (struktur sekunder). Heliks alfa-heliks itu sendiri untuk setiap rantai polipeptida alfa dan beta membungkus secara spasial, membentuk pleksus berbentuk bulat telur (struktur tersier). Bagian individu dari heliks alfa-heliks dari rantai polipeptida ditandai dalam huruf Latin dari A hingga H. Keempat rantai polipeptida alfa dan beta bengkok tersier terletak secara spasial dalam rasio tertentu - struktur kuaterner. Mereka terhubung satu sama lain bukan oleh ikatan kimia nyata, tetapi oleh gaya antarmolekul.

Ternyata seseorang memiliki tiga jenis utama hemoglobin normal: embrionik - U, janin - F dan hemoglobin dewasa - A. HbU (dinamai dengan huruf awal kata rahim) terjadi pada embrio antara 7 dan 12 minggu kehidupan , kemudian menghilang dan muncul hemoglobin janin, yang setelah bulan ketiga adalah hemoglobin janin utama. Ini diikuti oleh hemoglobin dewasa normal bertahap, yang disebut HbA, setelah huruf awal kata bahasa Inggris "dewasa". Jumlah hemoglobin janin berangsur-angsur berkurang sehingga pada saat lahir 80% hemoglobin adalah HbA dan hanya 20% HbF. Setelah lahir, hemoglobin janin terus menurun dan pada usia 2-3 tahun hanya 1-2%. Jumlah hemoglobin janin yang sama pada orang dewasa. Jumlah HbF melebihi 2% dianggap patologis untuk orang dewasa dan untuk anak-anak yang lebih tua dari 3 tahun.

Selain jenis hemoglobin normal, lebih dari 50 varian patologisnya saat ini diketahui. Mereka pertama kali dinamai dalam huruf Latin. Huruf B tidak ada dalam penunjukan jenis hemoglobin, karena awalnya disebut HbS.

Hemoglobin (Hb)- Kromoprotein yang ada dalam eritrosit dan terlibat dalam pengangkutan oksigen ke jaringan. Hemoglobin dewasa disebut hemoglobin A (HbA). Berat molekulnya sekitar 65.000 Da. Molekul Hb A memiliki struktur kuartener dan mencakup empat subunit - rantai polipeptida (dilambangkan 1, 2, 1 dan 2), yang masing-masing terkait dengan heme.

Ingatlah bahwa hemoglobin adalah protein alosterik, molekulnya dapat berubah secara reversibel dari satu konformasi ke konformasi lainnya. Ini mengubah afinitas protein untuk ligan. Konformasi dengan afinitas terkecil untuk ligan disebut regangan, atau konformasi-T. Konformasi dengan afinitas tertinggi untuk ligan disebut konformasi santai, atau R-.

R- dan T-konformasi molekul hemoglobin berada dalam keadaan kesetimbangan dinamis:

Berbagai faktor lingkungan dapat menggeser keseimbangan ini ke satu arah atau lainnya. Regulator alosterik yang mempengaruhi afinitas Hb terhadap O2 adalah: 1) oksigen; 2) konsentrasi H+ (pH medium); 3) karbon dioksida (CO2); 4) 2,3-difosfogliserat (DPG). Perlekatan molekul oksigen ke salah satu subunit hemoglobin mendorong transisi konformasi tegang ke konformasi santai dan meningkatkan afinitas oksigen subunit lain dari molekul hemoglobin yang sama. Fenomena ini disebut efek kooperatif. Sifat kompleks dari pengikatan hemoglobin ke oksigen tercermin dalam kurva saturasi hemoglobin O2, yang memiliki bentuk-S (Gambar 3.1).

Gambar 3.1. Kurva saturasi mioglobin (1) dan hemoglobin (2) dengan oksigen.

Bentuk molekul hemoglobin berbeda satu sama lain dalam struktur rantai polipeptida. Contoh variasi hemoglobin yang ada dalam kondisi fisiologis adalah hemoglobin janin (HbF), hadir dalam darah pada tahap embrio perkembangan manusia. Tidak seperti HbA, molekulnya mengandung 2 rantai dan 2 (yaitu, rantai digantikan oleh rantai ). hemoglobin tersebut memiliki afinitas yang lebih tinggi untuk oksigen. Inilah yang memungkinkan embrio menerima oksigen dari darah ibu melalui plasenta. Tak lama setelah lahir, HbF dalam darah bayi digantikan oleh HbA.

Sebagai contoh hemoglobin abnormal atau patologis, kita dapat menyebutkan hemoglobin S yang telah disebutkan (lihat 2.4.), ditemukan pada pasien dengan anemia sel sabit. Seperti yang sudah Anda ketahui, ini berbeda dari hemoglobin A dengan mengganti glutamat dengan valin di rantai . Substitusi asam amino ini menyebabkan penurunan kelarutan HbS dalam air dan penurunan afinitasnya terhadap O2.

1. Mengapa protein dianggap polimer?

Menjawab. Protein adalah polimer, yaitu molekul yang dibangun seperti rantai dari unit monomer berulang, atau subunit, yang terdiri dari asam amino yang terhubung dalam urutan tertentu oleh ikatan peptida. Mereka adalah komponen dasar dan penting dari semua organisme.

Ada protein sederhana (protein) dan protein kompleks (protein). Protein adalah protein yang molekulnya hanya mengandung komponen protein. Dengan hidrolisis lengkap mereka, asam amino terbentuk.

Protein disebut protein kompleks, molekul-molekulnya berbeda secara signifikan dari molekul protein karena, selain komponen protein itu sendiri, mereka mengandung komponen dengan berat molekul rendah yang bersifat non-protein.

2. Apa fungsi protein yang kamu ketahui?

Menjawab. Protein melakukan fungsi-fungsi berikut: membangun, energi, katalitik, pelindung, transportasi, kontraktil, pensinyalan, dan lain-lain.

Pertanyaan setelah 11

1. Zat apa yang disebut protein?

Menjawab. Protein, atau protein, adalah polimer biologis yang monomernya adalah asam amino. Semua asam amino memiliki gugus amino (-NH2) dan gugus karboksil (-COOH) dan berbeda dalam struktur dan sifat radikal. Asam amino dihubungkan bersama oleh ikatan peptida, sehingga protein juga disebut polipeptida.

Menjawab. Molekul protein dapat mengambil berbagai bentuk spasial - konformasi, yang mewakili empat tingkat organisasi mereka. Urutan linier asam amino dalam komposisi rantai polipeptida mewakili struktur utama protein. Ini unik untuk protein apa pun dan menentukan bentuk, sifat, dan fungsinya.

3. Bagaimana struktur protein sekunder, tersier dan kuartener terbentuk?

Menjawab. Struktur sekunder protein dibentuk oleh pembentukan ikatan hidrogen antara gugus -CO- dan -NH-. Dalam hal ini, rantai polipeptida dipelintir menjadi spiral. Heliks dapat memperoleh konfigurasi globul, karena berbagai ikatan muncul antara radikal asam amino dalam heliks. Globule adalah struktur tersier dari protein. Jika beberapa globul digabungkan menjadi satu kompleks kompleks, maka struktur kuartener muncul. Misalnya, hemoglobin darah manusia dibentuk oleh empat globul.

4. Apa yang dimaksud dengan denaturasi protein?

Menjawab. Pelanggaran terhadap struktur alami protein disebut denaturasi. Di bawah pengaruh sejumlah faktor (kimia, radioaktif, suhu, dll.), struktur kuaterner, tersier dan sekunder protein dapat dihancurkan. Jika aksi faktor berhenti, protein dapat memulihkan strukturnya. Jika aksi faktor meningkat, struktur utama protein, rantai polipeptida, juga dihancurkan. Ini sudah merupakan proses yang tidak dapat diubah - protein tidak dapat mengembalikan strukturnya

5. Atas dasar apa protein dibagi menjadi sederhana dan kompleks?

Menjawab. Protein sederhana terdiri secara eksklusif dari asam amino. Protein kompleks dapat mencakup zat organik lainnya: karbohidrat (kemudian disebut glikoprotein), lemak (lipoprotein), asam nukleat (nukleoprotein).

6. Apa fungsi protein yang kamu ketahui?

Menjawab. Fungsi konstruksi (plastik). Protein adalah komponen struktural membran biologis dan organel sel, dan juga merupakan bagian dari struktur pendukung tubuh, rambut, kuku, pembuluh darah. fungsi enzimatik. Protein berfungsi sebagai enzim, yaitu, katalis biologis yang mempercepat laju reaksi biokimia hingga puluhan dan ratusan juta kali. Contohnya adalah amilase, yang memecah pati menjadi monosakarida. Fungsi kontraktil (motorik). Ini dilakukan oleh protein kontraktil khusus yang memastikan pergerakan sel dan struktur intraseluler. Berkat mereka, kromosom bergerak selama pembelahan sel, dan flagela dan silia menggerakkan sel-sel protozoa. Sifat kontraktil protein aktin dan miosin mendasari fungsi otot. fungsi transportasi. Protein terlibat dalam pengangkutan molekul dan ion di dalam tubuh (hemoglobin membawa oksigen dari paru-paru ke organ dan jaringan, albumin serum terlibat dalam pengangkutan asam lemak). fungsi pelindung. Ini terdiri dalam melindungi tubuh dari kerusakan dan invasi protein dan bakteri asing. Protein antibodi yang diproduksi oleh limfosit menciptakan pertahanan tubuh terhadap infeksi asing, trombin dan fibrin terlibat dalam pembentukan bekuan darah, sehingga membantu tubuh menghindari kehilangan banyak darah. fungsi regulasi. Ini dilakukan oleh protein hormon. Mereka terlibat dalam pengaturan aktivitas sel dan semua proses vital tubuh. Dengan demikian, insulin mengatur gula darah dan mempertahankannya pada tingkat tertentu. Fungsi sinyal. Protein yang tertanam dalam membran sel mampu mengubah strukturnya sebagai respons terhadap iritasi. Dengan demikian, sinyal ditransmisikan dari lingkungan eksternal ke dalam sel. Fungsi energi. Ini sangat jarang dalam protein. Dengan pemecahan lengkap 1 g protein, 17,6 kJ energi dapat dilepaskan. Padahal, protein merupakan senyawa yang sangat berharga bagi tubuh. Oleh karena itu, pembelahan protein biasanya terjadi pada asam amino, dari mana rantai polipeptida baru dibangun. Hormon protein mengatur aktivitas sel dan semua proses vital tubuh. Jadi, dalam tubuh manusia, somatotropin terlibat dalam pengaturan pertumbuhan tubuh, insulin mempertahankan tingkat glukosa yang konstan dalam darah.

7. Apa peran protein hormon?

Menjawab. Fungsi regulasi melekat pada protein hormon (regulator). Mereka mengatur berbagai proses fisiologis. Misalnya, hormon yang paling terkenal adalah insulin, yang mengatur kadar glukosa darah. Dengan kekurangan insulin dalam tubuh, penyakit yang dikenal sebagai diabetes mellitus terjadi.

8. Apa fungsi protein enzim?

Menjawab. Enzim adalah katalis biologis, yaitu, akselerator reaksi kimia ratusan juta kali. Enzim memiliki spesifisitas yang ketat sehubungan dengan zat yang bereaksi. Setiap reaksi dikatalisis oleh enzimnya sendiri.

9. Mengapa protein jarang digunakan sebagai sumber energi?

Menjawab. Monomer protein asam amino adalah bahan baku yang berharga untuk membangun molekul protein baru. Oleh karena itu, pembelahan lengkap polipeptida menjadi zat anorganik jarang terjadi. Akibatnya, fungsi energi, yang terdiri dari pelepasan energi selama pemecahan sempurna, sangat jarang dilakukan oleh protein.

Putih telur adalah protein khas. Cari tahu apa yang akan terjadi jika terkena air, alkohol, aseton, asam, alkali, minyak sayur, suhu tinggi, dll.

Menjawab. Sebagai akibat dari aksi suhu tinggi pada protein telur, denaturasi protein akan terjadi. Di bawah aksi alkohol, aseton, asam atau basa, kira-kira hal yang sama terjadi: protein terlipat. Ini adalah proses di mana ada pelanggaran struktur tersier dan kuaterner protein karena pemutusan ikatan hidrogen dan ionik.

Dalam air dan minyak sayur, protein mempertahankan strukturnya.

Giling umbi kentang mentah menjadi bubur. Ambil tiga tabung reaksi dan masukkan sedikit kentang cincang ke dalamnya.

Tempatkan tabung reaksi pertama di freezer lemari es, yang kedua - di rak paling bawah lemari es, dan yang ketiga - dalam toples air hangat (t = 40 °C). Setelah 30 menit, keluarkan tabung reaksi dan masukkan sedikit hidrogen peroksida ke masing-masing tabung. Amati apa yang akan terjadi pada masing-masing tabung reaksi. Jelaskan hasil Anda

Menjawab. Percobaan ini menggambarkan aktivitas enzim katalase sel hidup pada hidrogen peroksida. Sebagai hasil dari reaksi, oksigen dilepaskan. Dinamika sekresi vesikel dapat digunakan untuk menilai aktivitas enzim.

Pengalaman memungkinkan kami untuk memperbaiki hasil berikut:

Aktivitas katalase tergantung pada suhu:

1. Tabung reaksi 1: tidak ada gelembung - ini karena sel kentang hancur pada suhu rendah.

2. Tabung 2: ada beberapa gelembung - karena aktivitas enzim pada suhu rendah rendah.

3. Tabung 3: banyak gelembung, suhu optimal, katalase sangat aktif.

Masukkan beberapa tetes air ke dalam tabung reaksi pertama dengan kentang, beberapa tetes asam (cuka meja) ke dalam tabung kedua, dan alkali ke dalam tabung ketiga.

Amati apa yang akan terjadi pada masing-masing tabung reaksi. Jelaskan hasil Anda. Buatlah kesimpulan Anda sendiri.

Menjawab. Saat menambahkan air, tidak ada yang terjadi, saat menambahkan asam, beberapa penggelapan terjadi, saat menambahkan alkali, "berbusa" - hidrolisis alkali.

Deskripsi Singkat:

Sebuah fragmen dari buku teks: Kimia biologi dengan latihan dan tugas: buku teks / ed. anggota yang sesuai RAMN S.E. Severin. M.: GEOTAR-Media, 2011. - 624 hal.: sakit. MODUL 1: STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN

MODUL 1: STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN

Unit modular 1 ORGANISASI STRUKTUR PROTEIN MONOMER DAN DASAR FUNGSINYA

Tujuan Pembelajaran Untuk dapat:

1. Gunakan pengetahuan tentang fitur struktural protein dan ketergantungan fungsi protein pada strukturnya untuk memahami mekanisme perkembangan proteinopati herediter dan didapat.

2. Menjelaskan mekanisme kerja terapeutik obat tertentu sebagai ligan yang berinteraksi dengan protein dan mengubah aktivitasnya.

3. Gunakan pengetahuan tentang struktur dan labilitas konformasi protein untuk memahami ketidakstabilan struktural dan fungsionalnya dan kecenderungan untuk denaturasi dalam kondisi yang berubah.

4. Jelaskan penggunaan bahan denaturasi sebagai sarana untuk mensterilkan bahan dan instrumen medis, serta antiseptik.

Tahu:

1. Tingkat organisasi struktural protein.

2. Pentingnya struktur primer protein, yang menentukan keragaman struktural dan fungsionalnya.

3. Mekanisme pembentukan pusat aktif dalam protein dan interaksi spesifiknya dengan ligan, yang mendasari fungsi protein.

4. Contoh pengaruh ligan eksogen (obat, toksin, racun) terhadap konformasi dan aktivitas fungsional protein.

5. Penyebab dan akibat denaturasi protein, faktor penyebab denaturasi.

6. Contoh penggunaan faktor denaturasi dalam pengobatan sebagai antiseptik dan alat untuk mensterilkan alat kesehatan.

TOPIK 1.1. ORGANISASI STRUKTURAL PROTEIN. TAHAP PEMBENTUKAN NATIVE

KONFORMASI PROTEIN

tupai adalah heteropolimer. molekul (yaitu terdiri dari berbagai monomer). Monomer protein adalah 20 jenis asam -amino, saling berhubungan oleh ikatan peptida.

Himpunan dan urutan koneksi asam amino dalam protein ditentukan oleh struktur gen yang sesuai dalam DNA individu. Setiap protein, sesuai dengan struktur spesifiknya, melakukan fungsinya sendiri. Himpunan protein dari organisme tertentu ( proteom) menentukan fitur fenotipiknya, serta adanya penyakit keturunan atau kecenderungan untuk perkembangannya.

1. Asam amino yang menyusun protein. ikatan peptida.

Protein adalah heteropolimer yang dibangun dari monomer - 20 asam -amino.

Rumus umum asam amino ditunjukkan di bawah ini.

Asam amino berbeda dalam struktur, ukuran, sifat fisikokimia radikal yang terikat pada atom karbon-. Gugus fungsi asam amino menentukan ciri-ciri sifat asam -amino yang berbeda. Radikal yang ditemukan dalam asam -amino dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:

prolin, tidak seperti 19 monomer protein lainnya, bukan asam amino, tetapi asam imino, radikal dalam prolin dikaitkan dengan atom -karbon dan gugus imino.

Asam amino berbeda dalam kelarutannya dalam air. Hal ini disebabkan kemampuan radikal untuk berinteraksi dengan air (untuk terhidrasi).

Ke hidrofilik termasuk radikal yang mengandung gugus fungsional tak bermuatan anionik, kationik dan polar.

Ke hidrofobik termasuk radikal yang mengandung gugus metil, rantai atau siklus alifatik.

2. Ikatan peptida menghubungkan asam amino menjadi peptida. Selama sintesis peptida, gugus -karboksil dari satu asam amino berinteraksi dengan gugus -amino dari asam amino lain untuk membentuk ikatan peptida:

Protein adalah polipeptida, yaitu polimer linier asam -amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida (Gbr. 1.1.)

Beras. 1.1. Istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan struktur peptida

Monomer asam amino yang menyusun polipeptida disebut residu asam amino. Rantai kelompok berulang - NH-CH-CO- formulir tulang punggung peptida. Residu asam amino yang memiliki gugus -amino bebas disebut terminal-N, dan residu yang memiliki gugus -karboksil bebas disebut terminal-C. Peptida ditulis dan dibaca dari ujung-N ke ujung-C.

Ikatan peptida yang dibentuk oleh gugus imino prolin berbeda dari ikatan peptida lainnya: atom nitrogen dari gugus peptida tidak memiliki hidrogen,

sebaliknya, ada ikatan dengan radikal, akibatnya, satu sisi siklus termasuk dalam tulang punggung peptida:

Peptida berbeda dalam komposisi asam amino, jumlah asam amino dan urutan asam amino, misalnya, Ser-Ala-Glu-Gis dan His-Glu-Ala-Ser adalah dua peptida yang berbeda.

Ikatan peptida sangat kuat, dan hidrolisis kimia non-enzimatiknya memerlukan kondisi yang parah: protein yang akan dianalisis dihidrolisis dalam asam klorida pekat pada suhu sekitar 110°C selama 24 jam. Dalam sel hidup, ikatan peptida dapat diputus oleh enzim proteolitik, ditelepon protease atau hidrolase peptida.

3. Struktur primer protein. Residu asam amino dalam rantai peptida protein yang berbeda tidak bergantian secara acak, tetapi diatur dalam urutan tertentu. Urutan linier atau urutan residu asam amino dalam rantai polipeptida disebut struktur utama suatu protein.

Struktur utama setiap protein individu dikodekan dalam molekul DNA (di wilayah yang disebut gen) dan diimplementasikan selama transkripsi (menulis ulang informasi pada mRNA) dan translasi (sintesis struktur primer protein). Akibatnya, struktur utama protein individu adalah informasi yang diwarisi dari orang tua kepada anak-anak yang menentukan fitur struktural protein organisme tertentu, di mana fungsi protein yang ada bergantung (Gbr. 1.2.).

Beras. 1.2. Hubungan antara genotipe dan konformasi protein yang disintesis dalam tubuh individu

Masing-masing dari sekitar 100.000 protein individu dalam tubuh manusia memiliki unik struktur utama. Molekul dari satu jenis protein (misalnya, albumin) memiliki pergantian residu asam amino yang sama, yang membedakan albumin dari protein individu lainnya.

Urutan residu asam amino dalam rantai peptida dapat dianggap sebagai bentuk pencatatan informasi. Informasi ini menentukan pelipatan spasial rantai peptida linier menjadi struktur tiga dimensi yang lebih kompak yang disebut konformasi tupai. Proses pembentukan konformasi protein yang aktif secara fungsional disebut Melipat.

4. Konformasi protein. Rotasi bebas pada tulang punggung peptida dimungkinkan antara atom nitrogen dari gugus peptida dan atom karbon yang berdekatan, serta antara atom karbon dan karbon gugus karbonil. Karena interaksi gugus fungsi residu asam amino, struktur primer protein dapat memperoleh struktur spasial yang lebih kompleks. Dalam protein globular, dua tingkat utama lipatan konformasi rantai peptida dibedakan: sekunder dan struktur tersier.

Struktur sekunder protein- ini adalah struktur spasial yang terbentuk sebagai hasil dari pembentukan ikatan hidrogen antara gugus fungsi -C=O dan -NH- dari tulang punggung peptida. Dalam hal ini, rantai peptida dapat memperoleh struktur reguler dari dua jenis: -heliks dan struktur.

PADA -heliks ikatan hidrogen terbentuk antara atom oksigen dari gugus karbonil dan hidrogen dari nitrogen amida dari asam amino ke-4 darinya; rantai samping residu asam amino

terletak di sepanjang pinggiran heliks, tidak berpartisipasi dalam pembentukan struktur sekunder (Gbr. 1.3.).

Radikal besar atau radikal yang membawa muatan yang sama mencegah pembentukan heliks-α. Residu prolin, yang memiliki struktur cincin, mengganggu heliks , karena karena kurangnya hidrogen pada atom nitrogen dalam rantai peptida, tidak mungkin untuk membentuk ikatan hidrogen. Ikatan antara nitrogen dan atom -karbon adalah bagian dari siklus prolin, sehingga tulang punggung peptida memperoleh tikungan di tempat ini.

-Struktur terbentuk antara daerah linier tulang punggung peptida dari satu rantai polipeptida, sehingga membentuk struktur terlipat. Rantai polipeptida atau bagiannya dapat terbentuk paralel atau struktur antiparalel. Dalam kasus pertama, N- dan C-terminal dari rantai peptida berinteraksi bertepatan, dan dalam kasus kedua, mereka memiliki arah yang berlawanan (Gbr. 1.4).

Beras. 1.3. Struktur sekunder protein - -helix

Beras. 1.4. Struktur -lipit paralel dan antiparalel

-struktur ditunjukkan oleh panah lebar: A - -struktur antiparalel. B - Struktur -lipit paralel

Pada beberapa protein, struktur dapat terbentuk karena pembentukan ikatan hidrogen antara atom-atom tulang punggung peptida dari rantai polipeptida yang berbeda.

Juga ditemukan dalam protein daerah dengan sekunder tidak teratur struktur, yang meliputi tikungan, loop, putaran tulang punggung polipeptida. Mereka sering terletak di tempat-tempat di mana arah rantai peptida berubah, misalnya, selama pembentukan struktur lembaran- paralel.

Dengan adanya -heliks dan -struktur, protein globular dapat dibagi menjadi empat kategori.

Beras. 1.5. Struktur sekunder mioglobin (A) dan rantai hemoglobin (B), mengandung delapan -heliks

Beras. 1.6. Struktur sekunder triosa fosfat isomerase dan domain piruvat kinase

Beras. 1.7. Struktur sekunder domain konstan imunoglobulin (A) dan enzim superoksida dismutase (B)

PADA kategori keempat termasuk protein yang dalam komposisinya memiliki sejumlah kecil struktur sekunder reguler. Protein ini termasuk protein kecil yang kaya sistein atau metaloprotein.

Struktur tersier protein- jenis konformasi yang terbentuk karena interaksi antara radikal asam amino, yang dapat ditempatkan pada jarak yang cukup jauh satu sama lain dalam rantai peptida. Dalam hal ini, sebagian besar protein membentuk struktur spasial yang menyerupai globul (protein globular).

Karena radikal hidrofobik asam amino cenderung bergabung dengan bantuan yang disebut interaksi hidrofobik dan gaya van der Waals antarmolekul, inti hidrofobik padat terbentuk di dalam globul protein. Radikal terionisasi dan non-terionisasi hidrofilik terutama terletak di permukaan protein dan menentukan kelarutannya dalam air.

Beras. 1.8. Jenis ikatan yang timbul antara radikal asam amino selama pembentukan struktur tersier protein

1 - ikatan ion- terjadi antara gugus fungsi bermuatan positif dan negatif;

2 - ikatan hidrogen- terjadi antara gugus hidrofilik yang tidak bermuatan dan gugus hidrofilik lainnya;

3 - interaksi hidrofobik- terjadi antara radikal hidrofobik;

4 - ikatan disulfida- terbentuk karena oksidasi gugus SH dari residu sistein dan interaksinya satu sama lain

Residu asam amino hidrofilik di dalam inti hidrofobik dapat berinteraksi satu sama lain menggunakan ionik dan ikatan hidrogen(Gbr. 1.8).

Ikatan ionik dan hidrogen, serta interaksi hidrofobik, termasuk yang lemah: energinya sedikit melebihi energi gerakan termal molekul pada suhu kamar. Konformasi protein dipertahankan dengan terjadinya banyak ikatan lemah seperti itu. Karena atom-atom penyusun protein bergerak secara konstan, beberapa ikatan lemah dapat diputus dan membentuk ikatan lain, yang mengarah pada pergerakan kecil bagian-bagian individu dari rantai polipeptida. Sifat protein untuk mengubah konformasi sebagai akibat dari pemutusan beberapa ikatan dan pembentukan ikatan lemah lainnya disebut labilitas konformasi.

Tubuh manusia memiliki sistem yang mendukung homeostasis- keteguhan lingkungan internal dalam batas-batas tertentu yang dapat diterima untuk organisme yang sehat. Dalam kondisi homeostasis, perubahan kecil dalam konformasi tidak mengganggu keseluruhan struktur dan fungsi protein. Konformasi protein yang aktif secara fungsional disebut konformasi asli. Perubahan lingkungan internal (misalnya, konsentrasi glukosa, ion Ca, proton, dll.) menyebabkan perubahan konformasi dan gangguan fungsi protein.

Struktur tersier dari beberapa protein distabilkan ikatan disulfida, dibentuk oleh interaksi gugus -SH dari dua residu

Beras. 1.9. Pembentukan ikatan disulfida dalam molekul protein

sistein (Gbr. 1.9). Sebagian besar protein intraseluler tidak memiliki ikatan kovalen disulfida dalam struktur tersiernya. Kehadiran mereka adalah karakteristik protein yang disekresikan oleh sel, yang memastikan stabilitas yang lebih besar dalam kondisi ekstraseluler. Jadi, ikatan disulfida hadir dalam molekul insulin dan imunoglobulin.

Insulin- hormon protein yang disintesis di sel pankreas dan disekresikan ke dalam darah sebagai respons terhadap peningkatan konsentrasi glukosa dalam darah. Dalam struktur insulin, ada dua ikatan disulfida yang menghubungkan rantai polipeptida A- dan B, dan satu ikatan disulfida di dalam rantai-A (Gbr. 1.10).

Beras. 1.10. Ikatan disulfida dalam struktur insulin

5. Struktur protein super sekunder. Dalam protein yang berbeda dalam struktur dan fungsi utama, kadang-kadang kombinasi serupa dan interposisi struktur sekunder, yang disebut struktur supersekunder. Ini menempati posisi perantara antara struktur sekunder dan tersier, karena merupakan kombinasi spesifik dari elemen struktur sekunder selama pembentukan struktur tersier protein. Struktur supersekunder memiliki nama spesifik seperti "α-helix-turn-a-helix", "leusin ritsleting", "jari seng", dll. Struktur supersekunder semacam itu merupakan karakteristik protein pengikat DNA.

"ritsleting leusin". Struktur super sekunder semacam ini digunakan untuk menghubungkan dua protein. Pada permukaan protein yang berinteraksi terdapat daerah -heliks yang mengandung setidaknya empat residu leusin. Residu leusin di -helix terletak enam asam amino terpisah satu sama lain. Karena setiap belokan -helix mengandung 3,6 residu asam amino, radikal leusin ditemukan di permukaan setiap belokan lainnya. Residu leusin dari -helix dari satu protein dapat berinteraksi dengan residu leusin dari protein lain (interaksi hidrofobik), menghubungkan mereka bersama-sama (Gbr. 1.11.). Banyak protein pengikat DNA berfungsi sebagai bagian dari kompleks oligomer, di mana subunit individu dihubungkan satu sama lain oleh "ritsleting leusin".

Beras. 1.11. "Leusin ritsleting" antara daerah -heliks dari dua protein

Histon adalah contoh protein tersebut. histon- protein nuklir, yang mencakup sejumlah besar asam amino bermuatan positif - arginin dan lisin (hingga 80%). Molekul histon digabungkan menjadi kompleks oligomer yang mengandung delapan monomer dengan bantuan "pengikat leusin", meskipun muatan homonim yang signifikan dari molekul-molekul ini.

"jari seng"- varian dari struktur supersekunder, karakteristik protein pengikat DNA, memiliki bentuk fragmen memanjang pada permukaan protein dan mengandung sekitar 20 residu asam amino (Gbr. 1.12). Bentuk "jari terentang" didukung oleh atom seng yang terkait dengan empat radikal asam amino - dua residu sistein dan dua residu histidin. Dalam beberapa kasus, alih-alih residu histidin, ada residu sistein. Dua residu sistein yang berjarak dekat dipisahkan dari dua residu Gisili lainnya oleh urutan Cys sekitar 12 residu asam amino. Daerah protein ini membentuk -helix, radikal yang secara khusus dapat mengikat daerah pengatur alur utama DNA. Kekhususan pengikatan individu

Beras. 1.12. Struktur utama dari bagian protein pengikat DNA yang membentuk struktur "jari seng" (huruf menunjukkan asam amino yang membentuk struktur ini)

protein pengikat DNA pengatur tergantung pada urutan residu asam amino yang terletak di "jari seng". Struktur tersebut mengandung, khususnya, reseptor untuk hormon steroid yang terlibat dalam regulasi transkripsi (membaca informasi dari DNA ke RNA).

TOPIK 1.2. FUNGSI DASAR PROTEIN. OBAT SEBAGAI LIGAN YANG MEMPENGARUHI FUNGSI PROTEIN

1. Pusat aktif protein dan interaksinya dengan ligan. Selama pembentukan struktur tersier, pada permukaan protein yang aktif secara fungsional, biasanya dalam reses, sebuah situs dibentuk oleh radikal asam amino yang berjauhan dalam struktur primer. Situs ini, yang memiliki struktur unik untuk protein tertentu dan mampu secara khusus berinteraksi dengan molekul tertentu atau sekelompok molekul serupa, disebut situs pengikatan protein dengan ligan atau situs aktif. Ligan adalah molekul yang berinteraksi dengan protein.

Spesifisitas tinggi Interaksi protein dengan ligan dipastikan oleh komplementaritas struktur pusat aktif dengan struktur ligan.

komplementaritas adalah korespondensi spasial dan kimia dari permukaan yang berinteraksi. Pusat aktif tidak hanya harus secara spasial sesuai dengan ligan yang termasuk di dalamnya, tetapi ikatan (interaksi ionik, hidrogen, dan hidrofobik) juga harus terbentuk antara gugus fungsi radikal yang termasuk dalam pusat aktif dan ligan, yang menjaga ligan tetap berada di dalamnya. pusat aktif (Gbr. 1.13).

Beras. 1.13. Interaksi komplementer protein dengan ligan

Beberapa ligan, ketika melekat pada pusat aktif protein, memainkan peran tambahan dalam fungsi protein. Ligan semacam itu disebut kofaktor, dan protein yang memiliki bagian non-protein dalam komposisinya disebut protein kompleks(berbeda dengan protein sederhana, yang hanya terdiri dari bagian protein). Bagian non protein yang melekat erat pada protein disebut kelompok prostetik. Misalnya, komposisi mioglobin, hemoglobin, dan sitokrom mengandung gugus prostetik yang melekat erat pada pusat aktif - heme yang mengandung ion besi. Protein kompleks yang mengandung heme disebut hemoprotein.

Ketika ligan tertentu melekat pada protein, fungsi protein ini terwujud. Jadi, albumin, protein terpenting dalam plasma darah, menunjukkan fungsi transpornya dengan mengikat ligan hidrofobik ke pusat aktif, seperti asam lemak, bilirubin, beberapa obat, dll. (Gbr. 1.14).

Ligan yang berinteraksi dengan struktur tiga dimensi rantai peptida tidak hanya dapat berupa molekul organik dan anorganik bermolekul rendah, tetapi juga makromolekul:

DNA (contoh yang dibahas di atas dengan protein pengikat DNA);

Polisakarida;

Beras. 1.14. Hubungan antara genotipe dan fenotipe

Struktur utama protein manusia yang unik, yang dikodekan dalam molekul DNA, diwujudkan dalam sel dalam bentuk konformasi unik, struktur situs aktif, dan fungsi protein.

Dalam kasus ini, protein mengenali wilayah spesifik ligan yang sepadan dengan dan melengkapi tempat pengikatan. Jadi pada permukaan hepatosit terdapat protein reseptor untuk hormon insulin, yang juga memiliki struktur protein. Interaksi insulin dengan reseptor menyebabkan perubahan konformasi dan aktivasi sistem sinyal, yang menyebabkan akumulasi nutrisi di hepatosit setelah makan.

Dengan demikian, Fungsi protein didasarkan pada interaksi spesifik pusat aktif protein dengan ligan.

2. Struktur domain dan perannya dalam fungsi protein. Rantai polipeptida panjang dari protein globular sering kali terlipat menjadi beberapa daerah yang kompak dan relatif independen. Mereka memiliki struktur tersier independen, menyerupai protein globular, dan disebut domain. Karena struktur domain protein, struktur tersiernya lebih mudah dibentuk.

Dalam protein domain, situs pengikatan ligan sering terletak di antara domain. Jadi, tripsin adalah enzim proteolitik yang diproduksi oleh bagian eksokrin pankreas dan diperlukan untuk pencernaan protein makanan. Ini memiliki struktur dua domain, dan situs pengikatan tripsin dengan ligan - protein makanan - terletak di alur antara dua domain. Di pusat aktif, kondisi yang diperlukan untuk pengikatan efektif dari situs spesifik protein makanan dan hidrolisis ikatan peptidanya dibuat.

Domain yang berbeda dalam protein dapat bergerak relatif satu sama lain ketika pusat aktif berinteraksi dengan ligan (Gbr. 1.15).

Heksokinase- enzim yang mengkatalisis fosforilasi glukosa dengan bantuan ATP. Situs aktif enzim terletak di celah antara dua domain. Ketika heksokinase mengikat glukosa, domain sekitarnya menutup dan substrat terperangkap, di mana fosforilasi terjadi (lihat Gambar 1.15).

Beras. 1.15. Pengikatan domain heksokinase menjadi glukosa

Dalam beberapa protein, domain melakukan fungsi independen dengan mengikat berbagai ligan. Protein semacam itu disebut multifungsi.

3. Obat – ligan yang mempengaruhi fungsi protein. Interaksi protein dengan ligan bersifat spesifik. Namun, karena labilitas konformasi protein dan situs aktifnya, dimungkinkan untuk memilih zat lain yang juga dapat berinteraksi dengan protein di situs aktif atau bagian lain dari molekul.

Suatu zat yang strukturnya mirip dengan ligan alami disebut analog struktural ligan atau ligan tidak alami. Ini juga berinteraksi dengan protein di situs aktif. Analog struktural ligan dapat meningkatkan fungsi protein (agonis) dan kurangi (antagonis). Ligan dan analog strukturalnya bersaing satu sama lain untuk pengikatan protein pada tempat yang sama. Zat seperti itu disebut modulator kompetitif(pengatur) fungsi protein. Banyak obat bertindak sebagai penghambat protein. Beberapa di antaranya diperoleh dengan modifikasi kimia ligan alami. Penghambat fungsi protein dapat berupa obat dan racun.

Atropin adalah inhibitor kompetitif reseptor M-kolinergik. Asetilkolin adalah neurotransmitter untuk transmisi impuls saraf melalui sinapsis kolinergik. Untuk melakukan eksitasi, asetilkolin yang dilepaskan ke celah sinaptik harus berinteraksi dengan protein - reseptor membran postsinaptik. Dua jenis ditemukan reseptor kolinergik:

reseptor-M selain asetilkolin, secara selektif berinteraksi dengan muskarin (toksin lalat agaric). Reseptor M - kolinergik terdapat pada otot polos dan, ketika berinteraksi dengan asetilkolin, menyebabkan kontraksinya;

reseptor H mengikat secara khusus pada nikotin. Reseptor N-kolinergik ditemukan di sinapsis otot rangka lurik.

penghambat spesifik Reseptor M-kolinergik adalah atropin. Ini ditemukan di tanaman belladonna dan henbane.

Atropin memiliki gugus fungsi dan susunan spasialnya mirip dengan asetilkolin dalam strukturnya, oleh karena itu termasuk inhibitor kompetitif reseptor M-kolinergik. Mengingat bahwa pengikatan asetilkolin ke reseptor M-kolinergik menyebabkan kontraksi otot polos, atropin digunakan sebagai obat yang meredakan kejangnya. (antispasmodik). Dengan demikian, diketahui penggunaan atropin untuk mengendurkan otot mata saat melihat fundus, serta untuk meredakan kejang pada kolik gastrointestinal. Reseptor M-kolinergik juga ada di sistem saraf pusat (SSP), sehingga dosis besar atropin dapat menyebabkan reaksi yang tidak diinginkan dari sistem saraf pusat: agitasi motorik dan mental, halusinasi, kejang.

Ditilin adalah agonis kompetitif reseptor H-cholinergic yang menghambat fungsi sinapsis neuromuskular.

Sinapsis neuromuskular otot rangka mengandung reseptor H-kolinergik. Interaksi mereka dengan asetilkolin menyebabkan kontraksi otot. Dalam beberapa operasi bedah, serta dalam studi endoskopi, obat-obatan digunakan yang menyebabkan relaksasi otot rangka. (pelemas otot). Ini termasuk dithylin, yang merupakan analog struktural asetilkolin. Ini menempel pada reseptor H-kolinergik, tetapi tidak seperti asetilkolin, sangat lambat dihancurkan oleh enzim asetilkolinesterase. Akibat pembukaan saluran ion yang berkepanjangan dan depolarisasi membran yang persisten, konduksi impuls saraf terganggu dan terjadi relaksasi otot. Awalnya, sifat-sifat ini ditemukan dalam racun curare, oleh karena itu obat semacam itu disebut kurariformis.

TOPIK 1.3. DENATURASI PROTEIN DAN KEMUNGKINAN RENATIFASI SPONTANNYA

1. Karena konformasi asli protein dipertahankan karena interaksi yang lemah, perubahan komposisi dan sifat lingkungan di sekitar protein, dampak reagen kimia dan faktor fisik menyebabkan perubahan konformasi mereka (sifat labilitas konformasi). Pecahnya sejumlah besar ikatan menyebabkan penghancuran konformasi asli dan denaturasi protein.

Denaturasi protein- ini adalah penghancuran konformasi asli mereka di bawah aksi agen denaturasi, yang disebabkan oleh pemutusan ikatan lemah yang menstabilkan struktur spasial protein. Denaturasi disertai dengan penghancuran struktur tiga dimensi yang unik dan pusat aktif protein dan hilangnya aktivitas biologisnya (Gbr. 1.16).

Semua molekul terdenaturasi dari satu protein memperoleh konformasi acak yang berbeda dari molekul lain dari protein yang sama. Radikal asam amino yang membentuk pusat aktif ternyata secara spasial berjauhan satu sama lain, mis. situs pengikatan spesifik protein dengan ligan dihancurkan. Selama denaturasi, struktur utama protein tetap tidak berubah.

Penggunaan agen denaturasi dalam penelitian biologi dan kedokteran. Dalam studi biokimia, sebelum penentuan senyawa dengan berat molekul rendah dalam bahan biologis, protein biasanya dikeluarkan dari larutan terlebih dahulu. Untuk tujuan ini, asam trikloroasetat (TCA) paling sering digunakan. Setelah menambahkan TCA ke dalam larutan, protein terdenaturasi mengendap dan mudah dihilangkan dengan penyaringan (Tabel 1.1.)

Dalam kedokteran, bahan pendenaturasi sering digunakan untuk mensterilkan alat dan bahan medis dalam autoklaf (bahan pendenaturasi - suhu tinggi) dan sebagai antiseptik (alkohol, fenol, kloramin) untuk merawat permukaan terkontaminasi yang mengandung mikroflora patogen.

2. Regenerasi protein spontan- bukti determinisme struktur primer, konformasi dan fungsi protein. Protein individu adalah produk dari satu gen yang memiliki urutan asam amino yang identik dan memperoleh konformasi yang sama di dalam sel. Kesimpulan mendasar bahwa struktur primer suatu protein sudah mengandung informasi tentang konformasi dan fungsinya dibuat berdasarkan kemampuan beberapa protein (khususnya, ribonuklease dan mioglobin) untuk renaktivasi spontan - pemulihan konformasi asli mereka setelah denaturasi.

Pembentukan struktur spasial protein dilakukan dengan metode self-assembly - proses spontan di mana rantai polipeptida, yang memiliki struktur primer yang unik, cenderung mengadopsi konformasi dengan energi bebas terendah dalam larutan. Kemampuan untuk meregenerasi protein yang mempertahankan struktur utamanya setelah denaturasi dijelaskan dalam percobaan dengan enzim ribonuklease.

Ribonuklease adalah enzim yang memutuskan ikatan antara nukleotida individu dalam molekul RNA. Protein globular ini memiliki satu rantai polipeptida, struktur tersiernya distabilkan oleh banyak ikatan lemah dan empat disulfida.

Perlakuan ribonuklease dengan urea, yang memutus ikatan hidrogen dalam molekul, dan zat pereduksi, yang memutus ikatan disulfida, menyebabkan denaturasi enzim dan hilangnya aktivitasnya.

Penghapusan agen denaturasi dengan dialisis mengarah pada pemulihan konformasi dan fungsi protein, mis. untuk menghidupkan kembali. (Gbr. 1.17).

Beras. 1.17. Denaturasi dan renaktivasi ribonuklease

A - konformasi asli ribonuklease, dalam struktur tersier yang memiliki empat ikatan disulfida; B - molekul ribonuklease yang terdenaturasi;

B - molekul ribonuklease renatif dengan struktur dan fungsi yang dipulihkan

1. Lengkapi tabel 1.2.

Tabel 1.2. Klasifikasi asam amino menurut polaritas radikal

2. Tuliskan rumus tetrapeptida:

Asp - Pro - Fen - Liz

a) mengisolasi gugus berulang dalam peptida yang membentuk tulang punggung peptida dan gugus variabel yang diwakili oleh radikal asam amino;

b) tentukan N- dan C-termini;

c) menggarisbawahi ikatan peptida;

d) tulis peptida lain yang terdiri dari asam amino yang sama;

e) menghitung jumlah kemungkinan varian tetrapeptida dengan komposisi asam amino yang serupa.

3. Jelaskan peran struktur utama protein dengan menggunakan contoh analisis komparatif dari dua hormon peptida yang mirip secara struktural dan evolusioner dekat dari neurohipofisis mamalia - oksitosin dan vasopresin (Tabel 1.3).

Tabel 1.3. Struktur dan fungsi oksitosin dan vasopresin

Untuk ini:

a) membandingkan komposisi dan urutan asam amino dari kedua peptida;

b) menemukan kesamaan struktur utama dari dua peptida dan kesamaan tindakan biologis mereka;

c) temukan perbedaan struktur kedua peptida dan perbedaan fungsinya;

d) menarik kesimpulan tentang pengaruh struktur primer peptida terhadap fungsinya.

4. Jelaskan tahapan utama dalam pembentukan konformasi protein globular (struktur sekunder, tersier, konsep struktur supersekunder). Tentukan jenis ikatan yang terlibat dalam pembentukan struktur protein. Radikal asam amino mana yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan interaksi hidrofobik, ionik, ikatan hidrogen.

Berikan contoh.

5. Tentukan konsep "labilitas konformasi protein", tunjukkan alasan keberadaan dan signifikansinya.

6. Jelaskan arti dari frasa berikut: “Protein berfungsi berdasarkan interaksi spesifiknya dengan ligan”, menggunakan istilah dan menjelaskan artinya: konformasi protein, situs aktif, ligan, komplementaritas, fungsi protein.

7. Dengan menggunakan salah satu contoh, jelaskan apa itu domain dan apa perannya dalam fungsi protein.

TUGAS UNTUK PENGENDALIAN DIRI

1. Tetapkan kecocokan.

Gugus fungsi dalam radikal asam amino:

A. Gugus karboksil B. Gugus hidroksil C Guanidin Gugus D. Gugus tiol E. Gugus amino

2. Pilihlah jawaban yang benar.

Asam amino dengan radikal bebas polar adalah:

A. Tsis B. Asn

B. Glu G. Tiga

3. Pilihlah jawaban yang benar.

Radikal asam amino:

A. Memberikan kekhususan struktur primer B. Ikut serta dalam pembentukan struktur tersier

B. Berada di permukaan protein, mempengaruhi kelarutannya D. Membentuk pusat aktif

D. Berpartisipasi dalam pembentukan ikatan peptida

4. Pilihlah jawaban yang benar.

Interaksi hidrofobik dapat terbentuk antara radikal asam amino:

A. Tre Lay B. Pro Tiga

B. Met Ile G. Tir Ala D. Val Fen

5. Pilihlah jawaban yang benar.

Ikatan ionik dapat terbentuk antara radikal asam amino:

A. Gln Asp B. Apr Liz

B. Liz Glu G. Angsa Asp D. Asn Apr

6. Pilihlah jawaban yang benar.

Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara radikal asam amino:

A. Ser Gln B. Cis Tre

B. Asp Liz G. Glu Asp D. Asn Tre

7. Tetapkan kecocokan.

Jenis ikatan yang terlibat dalam pembentukan struktur protein:

A. Struktur primer B. Struktur sekunder

B. Struktur tersier

D. Struktur supersekunder E. Konformasi.

1. Ikatan hidrogen antara atom-atom tulang punggung peptida

2. Ikatan lemah antara gugus fungsi radikal asam amino

3. Ikatan antara gugus -amino dan -karboksil dari asam amino

8. Pilihlah jawaban yang benar. Tripsin:

A. Enzim proteolitik B. Berisi dua domain

B. Menghidrolisis pati

D. Pusat aktif terletak di antara domain. D. Terdiri dari dua rantai polipeptida.

9. Pilihlah jawaban yang benar. Atropin:

A. Neurotransmitter

B. Analog struktural asetilkolin

B. Berinteraksi dengan reseptor H-kolinergik

G. Meningkatkan konduksi impuls saraf melalui sinapsis kolinergik

D. Inhibitor kompetitif reseptor M-kolinergik

10. Pilih pernyataan yang benar. Dalam protein:

A. Struktur utama berisi informasi tentang struktur situs aktifnya

B. Pusat aktif terbentuk pada tingkat struktur primer

B. Konformasi difiksasi secara kaku oleh ikatan kovalen

D. Situs aktif dapat berinteraksi dengan sekelompok ligan serupa

karena labilitas konformasi protein D. Mengubah lingkungan dapat mempengaruhi afinitas yang aktif

pusat ke ligan

1. 1-C, 2-D, 3-B.

3. A, B, C, D.

7. 1-B, 2-D, 3-A.

8. A, B, C, D.

SYARAT DAN KONSEP DASAR

1. Protein, polipeptida, asam amino

2. Struktur protein primer, sekunder, tersier

3. Konformasi, konformasi protein asli

4. Ikatan kovalen dan ikatan lemah pada protein

5. Labilitas konformasional

6. Situs aktif protein

7. Ligan

8. Lipatan protein

9. Analog struktural ligan

10. Protein domain

11. Protein sederhana dan kompleks

12. Denaturasi protein, agen denaturasi

13. Regenerasi protein

Menyelesaikan masalah

"Organisasi struktural protein dan dasar fungsinya"

1. Fungsi utama protein - hemoglobin A (HbA) - adalah pengangkutan oksigen ke jaringan. Dalam populasi manusia, berbagai bentuk protein ini dengan sifat dan fungsi yang berubah diketahui - yang disebut hemoglobin abnormal. Misalnya, hemoglobin S yang ditemukan dalam eritrosit pasien dengan anemia sel sabit (HbS) ditemukan memiliki kelarutan yang rendah dalam kondisi tekanan parsial oksigen yang rendah (seperti yang terjadi pada darah vena). Ini mengarah pada pembentukan agregat protein ini. Protein kehilangan fungsinya, mengendap, dan bentuk sel darah merah menjadi tidak beraturan (beberapa di antaranya berbentuk sabit) dan dihancurkan lebih cepat dari biasanya di limpa. Akibatnya, anemia sel sabit berkembang.

Satu-satunya perbedaan dalam struktur utama HvA ditemukan di wilayah terminal-N dari rantai hemoglobin. Bandingkan daerah terminal-N dari rantai dan tunjukkan bagaimana perubahan struktur primer protein mempengaruhi sifat dan fungsinya.

Untuk ini:

a) tuliskan rumus asam amino yang membedakan HvA dan bandingkan sifat-sifat asam amino ini (polaritas, muatan).

b) menarik kesimpulan tentang alasan penurunan kelarutan dan pelanggaran transportasi oksigen dalam jaringan.

2. Gambar tersebut menunjukkan diagram struktur protein yang memiliki pusat pengikatan ligan (pusat aktif). Jelaskan mengapa protein selektif dalam memilih ligan. Untuk ini:

a) ingat apa pusat aktif protein itu, dan perhatikan struktur pusat aktif protein yang ditunjukkan pada gambar;

b) tuliskan rumus radikal asam amino yang membentuk pusat aktif;

c) menggambar ligan yang secara khusus dapat berinteraksi dengan situs aktif protein. Tunjukkan padanya gugus fungsi yang mampu membentuk ikatan dengan radikal asam amino yang membentuk pusat aktif;

d) menunjukkan jenis ikatan yang muncul antara ligan dan radikal asam amino dari pusat aktif;

e) Menjelaskan dasar kekhususan interaksi protein dengan ligan.

3. Gambar tersebut menunjukkan situs aktif protein dan beberapa ligan.

Tentukan ligan mana yang paling mungkin berinteraksi dengan situs aktif protein dan alasannya.

Jenis ikatan apa yang muncul selama pembentukan kompleks protein-ligan?

4. Analog struktural ligan protein alami dapat digunakan sebagai obat untuk mengubah aktivitas protein.

Asetilkolin adalah mediator transmisi eksitasi di sinapsis neuromuskular. Ketika asetilkolin berinteraksi dengan protein - reseptor membran postsinaptik otot rangka, saluran ion terbuka dan kontraksi otot terjadi. Dithylin adalah obat yang digunakan dalam beberapa operasi untuk mengendurkan otot, karena mengganggu transmisi impuls saraf melalui sinapsis neuromuskular. Jelaskan mekanisme kerja dithylin sebagai obat relaksan otot. Untuk ini:

a) tuliskan rumus asetilkolin dan ditilin dan bandingkan strukturnya;

b) jelaskan mekanisme kerja relaksasi dithylin.

5. Pada beberapa penyakit, suhu tubuh pasien meningkat, yang dianggap sebagai reaksi perlindungan tubuh. Namun, suhu tinggi merusak protein tubuh. Jelaskan mengapa pada suhu di atas 40 °C fungsi protein terganggu dan muncul ancaman bagi kehidupan manusia. Untuk melakukan ini, ingat:

1) Struktur protein dan ikatan yang menahan strukturnya dalam konformasi asli;

2) Bagaimana struktur dan fungsi protein berubah dengan meningkatnya suhu?;

3) Apa itu homeostasis dan mengapa penting untuk menjaga kesehatan manusia.

Unit modular 2 PROTEIN OLIGOMERIK SEBAGAI TARGET UNTUK PENGARUH REGULASI. VARIETAS PROTEIN STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL. PEMISAHAN PROTEIN DAN METODE PURIFIKASI

Tujuan Pembelajaran Untuk dapat:

1. Gunakan pengetahuan tentang fitur struktur dan fungsi protein oligomer untuk memahami mekanisme adaptif regulasi fungsinya.

2. Menjelaskan peran pendamping dalam sintesis dan pemeliharaan konformasi protein dalam sel.

3. Menjelaskan keanekaragaman manifestasi kehidupan dengan keanekaragaman struktur dan fungsi protein yang disintesis dalam tubuh.

4. Analisis hubungan antara struktur protein dan fungsinya dengan membandingkan hemoprotein terkait - mioglobin dan hemoglobin, serta perwakilan dari lima kelas protein dari keluarga imunoglobulin.

5. Menerapkan pengetahuan tentang ciri-ciri sifat fisikokimia protein untuk memilih metode pemurniannya dari protein dan kotoran lain.

6. Menginterpretasikan hasil komposisi kuantitatif dan kualitatif protein plasma darah untuk mengkonfirmasi atau memperjelas diagnosis klinis.

Tahu:

1. Fitur struktur protein oligomer dan mekanisme adaptif pengaturan fungsinya pada contoh hemoglobin.

2. Struktur dan fungsi pendamping dan pentingnya mereka untuk menjaga konformasi asli protein dalam sel.

3. Prinsip pengelompokan protein ke dalam famili menurut kesamaan konformasi dan fungsinya pada contoh imunoglobulin.

4. Metode pemisahan protein berdasarkan ciri-ciri sifat fisikokimianya.

5. Elektroforesis plasma darah sebagai metode untuk menilai komposisi kualitatif dan kuantitatif protein.

TOPIK 1.4. FITUR STRUKTUR DAN FUNGSI PROTEIN OLIGOMERIK PADA CONTOH HEMOGLOBIN

1. Banyak protein mengandung beberapa rantai polipeptida. Protein semacam itu disebut oligomer, dan sirkuit individu protomer. Protomer dalam protein oligomer dihubungkan oleh banyak ikatan non-kovalen yang lemah (hidrofobik, ionik, hidrogen). Interaksi

protomer dilakukan berkat komplementaritas permukaan kontak mereka.

Jumlah protomer dalam protein oligomer dapat sangat bervariasi: hemoglobin mengandung 4 protomer, enzim aspartat aminotransferase - 12 protomer, dan protein virus mosaik tembakau mencakup 2120 protomer yang dihubungkan oleh ikatan non-kovalen. Oleh karena itu, protein oligomer dapat memiliki berat molekul yang sangat tinggi.

Interaksi satu protomer dengan yang lain dapat dianggap sebagai kasus khusus interaksi protein dengan ligan, karena setiap protomer berfungsi sebagai ligan untuk protomer lainnya. Jumlah dan cara penyambungan protomer pada protein disebut struktur protein kuartener.

Protein dapat mengandung protomer dengan struktur yang sama atau berbeda, misalnya, homodimer adalah protein yang mengandung dua protomer yang identik, dan heterodimer adalah protein yang mengandung dua protomer yang berbeda.

Jika protein mengandung protomer yang berbeda, maka pusat pengikatan dengan ligan berbeda yang strukturnya berbeda dapat terbentuk pada mereka. Ketika ligan mengikat ke pusat aktif, fungsi protein ini terwujud. Pusat yang terletak pada protomer yang berbeda disebut alosterik (selain aktif). Menghubungi ligan alosterik atau efektor, ia melakukan fungsi pengaturan (Gbr. 1.18). Interaksi pusat alosterik dengan efektor menyebabkan perubahan konformasi pada struktur seluruh protein oligomer karena labilitas konformasinya. Ini mempengaruhi afinitas situs aktif untuk ligan tertentu dan mengatur fungsi protein itu. Perubahan konformasi dan fungsi semua protomer selama interaksi protein oligomer dengan setidaknya satu ligan disebut perubahan konformasi kooperatif. Efektor yang meningkatkan fungsi protein disebut aktivator dan efektor yang menekan fungsinya - inhibitor.

Jadi, dalam protein oligomer, serta protein dengan struktur domain, properti baru muncul dibandingkan dengan protein monomer - kemampuan untuk mengatur fungsi secara alosterik (pengaturan dengan menempelkan ligan yang berbeda ke protein). Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan struktur dan fungsi dari dua protein kompleks yang terkait erat mioglobin dan hemoglobin.

Beras. 1.18. Diagram struktur protein dimer

2. Pembentukan struktur spasial dan fungsi mioglobin.

Mioglobin (Mb) adalah protein yang ditemukan di otot merah, fungsi utamanya adalah menciptakan cadangan O2 yang diperlukan untuk kerja otot yang intens. MB adalah protein kompleks yang mengandung bagian protein - apoMB dan bagian non-protein - heme. Struktur utama apoMB menentukan konformasi globular yang kompak dan struktur pusat aktif, tempat bagian non-protein mioglobin, heme, melekat. Oksigen dari darah ke otot mengikat Fe + 2 heme dalam komposisi mioglobin. MB adalah protein monomer dengan afinitas yang sangat tinggi untuk O2, oleh karena itu, oksigen dilepaskan oleh mioglobin hanya selama kerja otot yang intens, ketika tekanan parsial O2 menurun tajam.

Pembentukan konformasi MB. Pada otot merah, pada ribosom selama translasi, sintesis struktur utama MB, yang diwakili oleh urutan spesifik dari 153 residu asam amino, berlangsung. Struktur sekunder Mv berisi delapan -heliks, yang disebut huruf Latin dari A sampai H, di antaranya ada bagian non-spiral. Struktur tersier Mv memiliki bentuk globul kompak, di mana sebuah pusat aktif terletak di antara heliks-F dan E (Gbr. 1.19).

Beras. 1.19. Struktur mioglobin

3. Fitur struktur dan fungsi pusat aktif MV. Pusat aktif Mv dibentuk terutama oleh radikal asam amino hidrofobik yang berjauhan satu sama lain dalam struktur primer (misalnya, Tri 3 9 dan Phen 138) Ligan yang sukar larut dalam air, heme dan O2, melekat pada pusat aktif. Heme adalah ligan apoMv spesifik (Gbr. 1.20), yang didasarkan pada empat cincin pirol yang dihubungkan oleh jembatan metenil; di tengah, ada atom Fe+ 2 yang terhubung ke atom nitrogen dari cincin pirol oleh empat ikatan koordinasi. Selain radikal hidrofobik asam amino, pusat aktif Mv juga mengandung residu dua asam amino dengan radikal hidrofilik - Gis E 7(Gi 64) dan Gis F 8(Nya 93) (Gbr. 1.21).

Beras. 1.20. Struktur heme - bagian non-protein dari mioglobin dan hemoglobin

Beras. 1.21. Lokasi heme dan O2 di situs aktif apomioglobin dan protomer hemoglobin

Heme secara kovalen terikat pada F8-nya melalui atom besi. O2 menempel pada besi di sisi lain bidang heme. E 7-nya diperlukan untuk orientasi O 2 yang benar dan memfasilitasi penambahan oksigen ke Fe + 2 heme

Gis F 8 membentuk ikatan koordinasi dengan Fe+ 2 dan mengikat heme dengan kuat di pusat aktif. Gis E 7 diperlukan untuk orientasi yang benar di pusat aktif ligan lain - O 2 selama interaksinya dengan Fe + 2 heme. Lingkungan mikro heme menciptakan kondisi untuk pengikatan O 2 dengan Fe + 2 yang kuat tetapi dapat dibalik dan mencegah air memasuki pusat aktif hidrofobik, yang dapat menyebabkan oksidasinya menjadi Fe + 3 .

Struktur monomer MB dan pusat aktifnya menentukan afinitas protein yang tinggi untuk O2.

4. Struktur oligomer Hb dan regulasi afinitas Hb terhadap O2 oleh ligan. hemoglobin manusia- keluarga protein, serta mioglobin yang terkait dengan protein kompleks (hemoprotein). Mereka memiliki struktur tetramerik dan mengandung dua rantai , tetapi berbeda dalam struktur dua rantai polipeptida lainnya (rantai 2α-, 2x). Struktur rantai polipeptida kedua menentukan fitur fungsi bentuk Hb ini. Sekitar 98% hemoglobin dalam eritrosit dewasa adalah hemoglobin A(2α-, 2p-rantai).

Selama perkembangan janin, ada dua jenis utama hemoglobin: HB embrionik(2α, 2ε), yang ditemukan pada tahap awal perkembangan janin, dan hemoglobin F (janin)- (2α, 2γ), yang menggantikan hemoglobin janin awal pada bulan keenam perkembangan janin dan digantikan oleh Hb A hanya setelah lahir.

Hv A adalah protein yang terkait dengan mioglobin (Mv) yang ditemukan pada eritrosit dewasa. Struktur protomer individunya mirip dengan mioglobin. Struktur sekunder dan tersier dari mioglobin dan protomer hemoglobin sangat mirip, meskipun faktanya hanya 24 residu asam amino yang identik dalam struktur primer rantai polipeptidanya (struktur sekunder protomer hemoglobin, seperti mioglobin, mengandung delapan -heliks, dilambangkan dengan huruf Latin dari A sampai H , dan struktur tersier memiliki bentuk globul kompak). Tetapi tidak seperti mioglobin, hemoglobin memiliki struktur oligomer, terdiri dari empat rantai polipeptida yang dihubungkan oleh ikatan non-kovalen (Gambar 1.22).

Setiap protomer Hb dikaitkan dengan bagian non-protein - heme dan protomer tetangga. Hubungan bagian protein Hb dengan heme mirip dengan mioglobin: di pusat aktif protein, bagian hidrofobik heme dikelilingi oleh radikal asam amino hidrofobik, dengan pengecualian His F 8 dan His E 7 , yang terletak di kedua sisi bidang heme dan memainkan peran serupa dalam fungsi protein dan pengikatannya dengan oksigen (lihat struktur mioglobin).

Beras. 1.22. Struktur oligomer hemoglobin

Di samping itu, Gis E 7 melakukan yang penting peran tambahan dalam fungsi NV. Heme bebas memiliki afinitas 25.000 kali lebih tinggi untuk CO daripada O2. CO dibentuk dalam jumlah kecil di dalam tubuh dan karena afinitasnya yang tinggi terhadap heme, CO dapat mengganggu pengangkutan O2 yang diperlukan untuk kehidupan sel. Namun, dalam komposisi hemoglobin, afinitas heme untuk karbon monoksida melebihi afinitas untuk O2 hanya 200 kali karena adanya E7 di pusat aktif His. Residu asam amino ini menciptakan kondisi optimal untuk pengikatan heme ke O2 dan melemahkan interaksi heme dengan CO.

5. Fungsi utama Hb adalah pengangkutan O2 dari paru-paru ke jaringan. Tidak seperti mioglobin monomer, yang memiliki afinitas sangat tinggi terhadap O2 dan melakukan fungsi penyimpanan oksigen di otot merah, struktur oligomer hemoglobin menyediakan:

1) saturasi cepat Hb dengan oksigen di paru-paru;

2) kemampuan Hb untuk melepaskan oksigen dalam jaringan pada tekanan parsial O2 yang relatif tinggi (20-40 mm Hg);

3) kemungkinan mengatur afinitas Hb ke O 2 .

6. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer hemoglobin mempercepat pengikatan O2 di paru-paru dan kembalinya ke jaringan. Di paru-paru, tekanan parsial O2 yang tinggi mendorong pengikatannya ke Hb di situs aktif empat protomer (2α dan 2β). Pusat aktif setiap protomer, seperti pada mioglobin, terletak di antara dua -heliks (F dan E) dalam kantong hidrofobik. Ini mengandung bagian non-protein - heme, melekat pada bagian protein oleh banyak interaksi hidrofobik lemah dan satu ikatan kuat antara Fe 2 + heme dan F 8-nya (lihat Gambar 1.21).

Dalam deoksihemoglobin, karena hubungan ini dengan F 8 nya, atom Fe 2 + menonjol dari bidang heme menuju histidin. Pengikatan O 2 ke Fe 2 + terjadi di sisi lain heme di wilayah His E 7 dengan bantuan ikatan koordinasi bebas tunggal. E 7-nya memberikan kondisi optimal untuk pengikatan O 2 dengan besi heme.

Penambahan O2 ke atom Fe +2 dari satu protomer menyebabkannya bergerak ke bidang heme, dan di belakangnya residu histidin yang terkait dengannya

Beras. 1.23. Perubahan konformasi protomer hemoglobin bila dikombinasikan dengan O2

Hal ini menyebabkan perubahan konformasi semua rantai polipeptida karena labilitas konformasinya. Mengubah konformasi rantai lain memfasilitasi interaksi mereka dengan molekul O2 berikutnya.

Molekul O2 keempat menempel pada hemoglobin 300 kali lebih mudah daripada yang pertama (Gbr. 1.24).

Beras. 1.24. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer hemoglobin selama interaksinya dengan O2

Dalam jaringan, setiap molekul O2 berikutnya lebih mudah dibelah daripada yang sebelumnya, juga karena perubahan kooperatif dalam konformasi protomer.

7. CO 2 dan H +, terbentuk selama katabolisme zat organik, mengurangi afinitas hemoglobin terhadap O 2 sebanding dengan konsentrasinya. Energi yang diperlukan untuk fungsi sel diproduksi terutama di mitokondria selama oksidasi zat organik menggunakan O2 yang dikirim dari paru-paru oleh hemoglobin. Sebagai hasil dari oksidasi zat organik, produk akhir pembusukannya terbentuk: CO 2 dan K 2 O, yang jumlahnya sebanding dengan intensitas proses oksidasi yang sedang berlangsung.

CO 2 berdifusi dari sel ke dalam darah dan memasuki eritrosit, di mana, di bawah aksi enzim karbanhidrase, ia berubah menjadi asam karbonat. Asam lemah ini berdisosiasi menjadi proton dan ion bikarbonat.

H+ dapat bergabung dengan radikal GIS 14 6 dalam - dan -rantai hemoglobin, yaitu di daerah yang jauh dari heme. Protonasi hemoglobin mengurangi afinitasnya terhadap O2, mendorong eliminasi O2 dari oxyHb, pembentukan deoxyHb, dan meningkatkan suplai oksigen ke jaringan sebanding dengan jumlah proton yang terbentuk (Gbr. 1.25).

Peningkatan jumlah oksigen yang dilepaskan tergantung pada peningkatan konsentrasi H + dalam eritrosit disebut efek Bohr (setelah ahli fisiologi Denmark Christian Bohr, yang pertama kali menemukan efek ini).

Di paru-paru, tekanan parsial oksigen yang tinggi mendorong ikatannya dengan deoksiHb, yang mengurangi afinitas protein terhadap H+. Proton yang dilepaskan di bawah aksi karbanhidrase berinteraksi dengan bikarbonat untuk membentuk CO2 dan H2O

Beras. 1.25. Ketergantungan afinitas Hb terhadap O 2 pada konsentrasi CO 2 dan proton (efek Bohr):

TETAPI- pengaruh konsentrasi CO 2 dan H+ terhadap pelepasan O 2 dari kompleks dengan Hb (efek Bohr); B- oksigenasi deoxyhemoglobin di paru-paru, pembentukan dan pelepasan CO2 .

CO2 yang dihasilkan memasuki ruang alveolar dan dikeluarkan dengan udara yang dihembuskan. Dengan demikian, jumlah oksigen yang dilepaskan oleh hemoglobin dalam jaringan diatur oleh produk katabolisme zat organik: semakin intens penguraian zat, misalnya, selama aktivitas fisik, semakin tinggi konsentrasi CO 2 dan H + dan semakin banyak. oksigen yang diterima jaringan sebagai akibat dari penurunan afinitas H terhadap O2.

8. Regulasi alosterik afinitas Hb untuk O2 oleh ligan - 2,3-bisfosfogliserat. Dalam eritrosit, ligan alosterik hemoglobin, 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), disintesis dari produk oksidasi glukosa - 1,3-bifosfogliserat. Dalam kondisi normal, konsentrasi 2,3-BPG tinggi dan sebanding dengan Hb. 2,3-BPG memiliki muatan negatif kuat -5.

Bifosfogliserat dalam kapiler jaringan, dengan mengikat deoxyhemoglobin, meningkatkan keluaran oksigen dalam jaringan, mengurangi afinitas Hb ke O2.

Ada rongga di tengah molekul hemoglobin tetramerik. Ini dibentuk oleh residu asam amino dari keempat protomer (lihat Gambar 1.22). Dalam kapiler jaringan, protonasi Hb (efek Bohr) memutuskan ikatan antara besi heme dan O 2 . Dalam sebuah molekul

deoxyhemoglobin, dibandingkan dengan oxyhemoglobin, ikatan ion tambahan muncul yang menghubungkan protomer, akibatnya ukuran rongga pusat meningkat dibandingkan dengan oxyhemoglobin. Rongga tengah adalah tempat perlekatan 2,3-BPG ke hemoglobin. Karena perbedaan ukuran rongga pusat, 2,3-BPG hanya dapat menempel pada deoxyhemoglobin.

2,3-BPG berinteraksi dengan hemoglobin di daerah yang jauh dari situs aktif protein dan milik alosterik ligan (pengatur), dan rongga pusat Hb adalah pusat alosterik. 2,3-BPG memiliki muatan negatif yang kuat dan berinteraksi dengan lima gugus bermuatan positif dari dua rantai Hb: gugus N-terminal -amino Val dan radikal Lys 82 Gis 143 (Gbr. 1.26).

Beras. 1.26. BPG di rongga pusat deoxyhemoglobin

BPG mengikat tiga kelompok bermuatan positif di setiap -strand.

Dalam kapiler jaringan, deoxyhemoglobin yang dihasilkan berinteraksi dengan 2,3-BPG, dan ikatan ionik terbentuk antara radikal bermuatan positif dari rantai dan ligan bermuatan negatif, yang mengubah konformasi protein dan mengurangi afinitas Hb untuk O2. Penurunan afinitas Hb terhadap O2 berkontribusi pada pelepasan O2 yang lebih efisien ke dalam jaringan.

Di paru-paru, pada tekanan parsial tinggi, oksigen berinteraksi dengan Hb, bergabung dengan besi heme; dalam hal ini, konformasi protein berubah, rongga pusat berkurang, dan 2,3-BPG dipindahkan dari pusat alosterik

Dengan demikian, protein oligomer memiliki sifat baru dibandingkan dengan protein monomer. Lampiran ligan di situs,

jarak spasial satu sama lain (alosterik), mampu menyebabkan perubahan konformasi di seluruh molekul protein. Karena interaksi dengan ligan pengatur, konformasi berubah dan fungsi molekul protein beradaptasi dengan perubahan lingkungan.

TOPIK 1.5. PEMELIHARAAN KONFORMASI ASLI PROTEIN DALAM KONDISI SEL

Dalam sel, selama sintesis rantai polipeptida, pengangkutannya melalui membran ke bagian sel yang sesuai, dalam proses pelipatan (pembentukan konformasi asli) dan selama perakitan protein oligomer, serta selama fungsinya, perantara , konformasi yang rawan agregasi, tidak stabil muncul dalam struktur protein. Radikal hidrofobik, biasanya tersembunyi di dalam molekul protein dalam konformasi aslinya, muncul di permukaan dalam konformasi yang tidak stabil dan cenderung bergabung dengan kelompok protein lain yang sama-sama sukar larut dalam air. Dalam sel semua organisme yang dikenal, protein khusus telah ditemukan yang menyediakan pelipatan protein sel yang optimal, menstabilkan konformasi asli mereka selama berfungsi, dan, yang paling penting, mempertahankan struktur dan fungsi protein intraseluler jika terjadi gangguan homeostasis. Protein ini disebut "pendamping" yang berarti "pengasuh" dalam bahasa Prancis.

1. Molekul pendamping dan perannya dalam mencegah denaturasi protein.

Pendamping (III) diklasifikasikan menurut massa subunit. Pendamping dengan berat molekul tinggi memiliki massa 60 hingga 110 kD. Di antara mereka, tiga kelas telah dipelajari paling banyak: Sh-60, Sh-70 dan Sh-90. Setiap kelas mencakup keluarga protein terkait. Dengan demikian, Sh-70 mengandung protein dengan berat molekul 66 hingga 78 kD. Pendamping dengan berat molekul rendah memiliki berat molekul 40 hingga 15 kD.

Di antara pendamping ada pokok protein yang sintesis basalnya tinggi tidak bergantung pada efek stres pada sel-sel tubuh, dan diinduksi, sintesis yang dalam kondisi normal lemah, tetapi meningkat tajam di bawah pengaruh stres. Pendamping yang dapat diinduksi juga disebut "protein kejutan panas" karena mereka pertama kali ditemukan dalam sel yang terpapar suhu tinggi. Dalam sel, karena konsentrasi protein yang tinggi, regenerasi spontan dari protein yang terdenaturasi sebagian sulit dilakukan. Sh-70 dapat mencegah proses denaturasi yang telah dimulai dan membantu mengembalikan konformasi asli protein. pendamping molekuler-70- kelas protein yang sangat terkonservasi yang ditemukan di semua bagian sel: sitoplasma, nukleus, retikulum endoplasma, mitokondria. Pada ujung karboksil dari satu-satunya rantai polipeptida Sh-70, terdapat daerah berupa alur yang dapat berinteraksi dengan peptida panjang.

dari 7 hingga 9 residu asam amino yang diperkaya dengan radikal hidrofobik. Situs seperti itu dalam protein globular terjadi kira-kira setiap 16 asam amino. Sh-70 mampu melindungi protein dari inaktivasi termal dan mengembalikan konformasi dan aktivitas protein yang terdenaturasi sebagian.

2. Peran pendamping dalam pelipatan protein. Selama sintesis protein pada ribosom, wilayah terminal-N polipeptida disintesis sebelum wilayah terminal-C. Urutan asam amino lengkap dari protein diperlukan untuk membentuk konformasi asli. Dalam proses sintesis protein, chaperone-70, karena struktur pusat aktifnya, mampu menutup area rawan agregasi dari polipeptida yang diperkaya radikal asam amino hidrofobik hingga sintesis selesai (Gambar 1.27, A).

Beras. 1.27. Keterlibatan pendamping dalam pelipatan protein

A - partisipasi pendamping-70 dalam pencegahan interaksi hidrofobik antara situs polipeptida yang disintesis; B - pembentukan konformasi asli protein di kompleks pendamping

Banyak protein dengan berat molekul tinggi dengan konformasi kompleks, seperti struktur domain, terlipat dalam ruang khusus yang dibentuk oleh W-60. Sh-60 berfungsi sebagai kompleks oligomer yang terdiri dari 14 subunit. Mereka membentuk dua cincin berongga, yang masing-masing terdiri dari tujuh subunit, cincin ini terhubung satu sama lain. Setiap subunit III-60 terdiri dari tiga domain: apikal (apikal), diperkaya dengan radikal hidrofobik yang menghadap rongga cincin, menengah dan ekuatorial (Gbr. 1.28).

Beras. 1.28. Struktur kompleks pendamping yang terdiri dari 14 Sh-60

A - tampilan samping; B - tampilan atas

Protein yang disintesis dengan karakteristik elemen permukaan dari molekul yang tidak dilipat, khususnya radikal hidrofobik, memasuki rongga cincin pendamping. Dalam lingkungan spesifik dari rongga-rongga ini, penghitungan kemungkinan konformasi terjadi sampai satu-satunya yang paling disukai secara energetik ditemukan (Gbr. 1.27, B). Pembentukan konformasi dan pelepasan protein disertai dengan hidrolisis ATP di daerah ekuator. Biasanya, pelipatan yang bergantung pada pendamping seperti itu membutuhkan sejumlah besar energi.

Selain berpartisipasi dalam pembentukan struktur tiga dimensi protein dan renativasi protein yang terdenaturasi sebagian, pendamping juga diperlukan untuk proses mendasar seperti perakitan protein oligomer, pengenalan dan pengangkutan protein terdenaturasi ke dalam lisosom, pengangkutan protein melintasi membran, dan partisipasi dalam regulasi aktivitas kompleks protein.

TOPIK 1.6. BERBAGAI PROTEIN. KELUARGA PROTEIN PADA CONTOH IMUNOGLOBULIN

1. Protein memainkan peran yang menentukan dalam kehidupan sel individu dan seluruh organisme multiseluler, dan fungsinya sangat beragam. Hal ini ditentukan oleh kekhasan struktur primer dan konformasi protein, struktur unik dari pusat aktif, dan kemampuan untuk mengikat ligan tertentu.

Hanya sebagian kecil dari semua kemungkinan varian rantai peptida yang dapat mengadopsi struktur spasial yang stabil; mayoritas

dari mereka dapat mengambil banyak konformasi dengan energi Gibbs yang kira-kira sama, tetapi dengan sifat yang berbeda. Struktur utama protein yang paling dikenal, dipilih oleh evolusi biologis, memberikan stabilitas luar biasa dari salah satu konformasi, yang menentukan fitur fungsi protein ini.

2. Keluarga protein. Dalam spesies biologis yang sama, substitusi residu asam amino dapat menyebabkan munculnya protein berbeda yang melakukan fungsi terkait dan memiliki urutan asam amino yang homolog. Protein terkait ini memiliki konformasi yang sangat mirip: jumlah dan susunan -heliks dan/atau struktur , dan sebagian besar lilitan dan lipatan rantai polipeptida serupa atau identik. Protein dengan daerah homolog dari rantai polipeptida, konformasi serupa dan fungsi terkait diisolasi ke dalam keluarga protein. Contoh keluarga protein: proteinase serin, keluarga imunoglobulin, keluarga mioglobin.

Proteinase serin- keluarga protein yang menjalankan fungsi enzim proteolitik. Ini termasuk enzim pencernaan - chymotrypsin, trypsin, elastase dan banyak faktor pembekuan darah. Protein ini memiliki 40% asam amino identik dan konformasi yang sangat mirip (Gbr. 1.29).

Beras. 1.29. Struktur spasial elastase (A) dan chymotrypsin (B)

Beberapa substitusi asam amino telah menyebabkan perubahan spesifisitas substrat protein ini dan munculnya keragaman fungsional dalam keluarga.

3. Keluarga imunoglobulin. Protein dari superfamili imunoglobulin, yang mencakup tiga keluarga protein, memainkan peran besar dalam fungsi sistem kekebalan:

Antibodi (imunoglobulin);

reseptor limfosit T;

Protein dari kompleks histokompatibilitas utama - kelas 1 dan 2 MHC (Kompleks Histokompatibilitas Utama).

Semua protein ini memiliki struktur domain, terdiri dari domain mirip imun homolog dan melakukan fungsi serupa: mereka berinteraksi dengan struktur asing, baik yang terlarut dalam darah, getah bening atau cairan antar sel (antibodi), atau terletak di permukaan sel (sendiri atau luar negeri).

4. Antibodi- protein spesifik yang diproduksi oleh limfosit B sebagai respons terhadap konsumsi struktur asing yang disebut antigen.

Fitur struktur antibodi

Molekul antibodi paling sederhana terdiri dari empat rantai polipeptida: dua rantai ringan identik - L, mengandung sekitar 220 asam amino, dan dua rantai berat identik - H, terdiri dari 440-700 asam amino. Keempat rantai dalam molekul antibodi dihubungkan oleh banyak ikatan non-kovalen dan empat ikatan disulfida (Gbr. 1.30).

Rantai ringan antibodi terdiri dari dua domain: variabel (VL), yang terletak di wilayah terminal-N dari rantai polipeptida, dan konstanta (CL), yang terletak di terminal-C. Rantai berat biasanya memiliki empat domain: satu variabel (VH) di N-terminus dan tiga konstanta (CH1, CH2, CH3) (lihat Gambar 1.30). Setiap domain imunoglobulin memiliki superstruktur -lipit di mana dua residu sistein dihubungkan oleh ikatan disulfida.

Antara dua domain konstan CH1 dan CH2 ada wilayah yang mengandung sejumlah besar residu prolin, yang mencegah pembentukan struktur sekunder dan interaksi rantai-H tetangga di segmen ini. Daerah engsel ini memberikan fleksibilitas molekul antibodi. Di antara domain variabel rantai berat dan ringan terdapat dua situs pengikatan antigen yang identik (situs aktif untuk mengikat antigen), sehingga antibodi semacam itu sering disebut bivalen. Pengikatan antigen ke antibodi tidak melibatkan seluruh rangkaian asam amino dari daerah variabel kedua rantai, tetapi hanya 20-30 asam amino yang terletak di daerah hipervariabel dari setiap rantai. Area inilah yang menentukan kemampuan unik setiap jenis antibodi untuk berinteraksi dengan antigen komplementer yang sesuai.

Antibodi adalah salah satu garis pertahanan tubuh terhadap serangan organisme asing. Fungsinya dapat dibagi menjadi dua tahap: tahap pertama adalah pengenalan dan pengikatan antigen pada permukaan organisme asing, yang dimungkinkan karena adanya situs pengikatan antigen dalam struktur antibodi; tahap kedua adalah inisiasi proses inaktivasi dan penghancuran antigen. Spesifisitas tahap kedua tergantung pada kelas antibodi. Ada lima kelas rantai berat yang berbeda satu sama lain dalam struktur domain konstan: , , , dan , yang dengannya lima kelas imunoglobulin dibedakan: A, D, E, G dan M.

Fitur struktural rantai berat memberikan daerah engsel dan daerah terminal-C dari rantai berat karakteristik konformasi masing-masing kelas. Setelah antigen mengikat antibodi, perubahan konformasi dalam domain konstan menentukan jalur untuk menghilangkan antigen.

Beras. 1. 30. Struktur domain IgG

Imunoglobulin M

Imunoglobulin M memiliki dua bentuk.

Bentuk monomer- Antibodi kelas 1 yang diproduksi oleh limfosit B yang sedang berkembang. Selanjutnya, banyak sel B beralih untuk memproduksi kelas antibodi lain, tetapi dengan tempat pengikatan antigen yang sama. IgM dimasukkan ke dalam membran dan bertindak sebagai reseptor yang mengenali antigen. Penggabungan IgM ke dalam membran sel dimungkinkan karena adanya 25 residu asam amino hidrofobik di bagian ekor wilayah tersebut.

Bentuk sekretori IgM mengandung lima subunit monomer yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan disulfida dan rantai-J polipeptida tambahan (Gbr. 1.31). Monomer rantai berat dari bentuk ini tidak mengandung ekor hidrofobik. Pentamer memiliki 10 situs pengikatan antigen dan karena itu efektif dalam mengenali dan mengeluarkan antigen yang pertama kali masuk ke dalam tubuh. Bentuk sekretori IgM adalah kelas utama antibodi yang disekresikan ke dalam darah selama respon imun primer. Pengikatan IgM ke antigen mengubah konformasi IgM dan menginduksi pengikatannya ke komponen protein pertama dari sistem komplemen (sistem komplemen adalah satu set protein yang terlibat dalam penghancuran antigen) dan aktivasi sistem ini. Jika antigen terletak di permukaan mikroorganisme, sistem komplemen menyebabkan pelanggaran integritas membran sel dan kematian sel bakteri.

Imunoglobulin G

Secara kuantitatif, kelas imunoglobulin ini mendominasi dalam darah (75% dari semua Ig). IgG - monomer, kelas utama antibodi yang disekresikan ke dalam darah selama respons imun sekunder. Setelah interaksi IgG dengan antigen permukaan mikroorganisme, kompleks antigen-antibodi mampu mengikat dan mengaktifkan protein sistem komplemen atau dapat berinteraksi dengan reseptor spesifik pada makrofag dan neutrofil. interaksi dengan fagosit

Beras. 1.31. Struktur bentuk sekretori IgM

terhadap absorpsi kompleks antigen-antibodi dan penghancurannya dalam fagosom sel. IgG adalah satu-satunya kelas antibodi yang dapat melewati sawar plasenta dan melindungi janin dari infeksi di dalam rahim.

Imunoglobulin A

Kelas utama antibodi hadir dalam sekresi (susu, air liur, pernapasan dan sekresi usus). IgA disekresikan terutama dalam bentuk dimer, di mana monomer dihubungkan satu sama lain melalui rantai-J tambahan (Gbr. 1.32).

IgA tidak berinteraksi dengan sistem komplemen dan sel fagosit, tetapi dengan mengikat mikroorganisme, antibodi mencegahnya menempel pada sel epitel dan menembus ke dalam tubuh.

Imunoglobulin E

Imunoglobulin E diwakili oleh monomer yang mengandung rantai berat, serta rantai imunoglobulin M, satu variabel dan empat domain konstan. IgE setelah sekresi mengikat dengan mereka sendiri

Beras. 1.32. Struktur IgA

Daerah terminal-C dengan reseptor yang sesuai pada permukaan sel mast dan basofil. Akibatnya, mereka menjadi reseptor untuk antigen pada permukaan sel-sel ini (Gbr. 1.33).

Beras. 1.33. Interaksi IgE dengan antigen pada permukaan sel mast

Setelah antigen melekat pada situs IgE pengikat antigen yang sesuai, sel menerima sinyal untuk mengeluarkan zat aktif biologis (histamin, serotonin), yang sebagian besar bertanggung jawab untuk pengembangan reaksi inflamasi dan manifestasi dari reaksi alergi seperti asma, urtikaria, demam.

Imunoglobulin D

Imunoglobulin D ditemukan dalam serum dalam jumlah yang sangat kecil, mereka adalah monomer. Rantai berat memiliki satu variabel dan tiga domain konstan. IgD bertindak sebagai reseptor untuk limfosit B, fungsi lainnya masih belum diketahui. Interaksi antigen spesifik dengan reseptor pada permukaan limfosit B (IgD) mengarah pada transmisi sinyal ini ke dalam sel dan aktivasi mekanisme yang memastikan reproduksi klon limfosit ini.

TOPIK 1.7. SIFAT-SIFAT FISIK-KIMIA PROTEIN DAN METODE PEMISAHANNYA

1. Protein individu berbeda dalam sifat fisikokimianya:

Bentuk molekul;

Berat molekul;

Muatan total, yang nilainya tergantung pada rasio gugus anionik dan kationik asam amino;

Rasio radikal asam amino polar dan non-polar pada permukaan molekul;

Derajat resistensi terhadap berbagai agen denaturasi.

2. Kelarutan protein tergantung pada sifat-sifat protein yang tercantum di atas, serta pada komposisi media di mana protein larut (nilai pH, komposisi garam, suhu, adanya zat organik lain yang dapat berinteraksi dengan protein). Besarnya muatan molekul protein merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutannya. Ketika muatan hilang pada titik isoelektrik, protein lebih mudah beragregasi dan mengendap. Hal ini terutama berlaku untuk protein terdenaturasi, yang memiliki radikal asam amino hidrofobik pada permukaannya.

Pada permukaan molekul protein, terdapat radikal asam amino bermuatan positif dan negatif. Jumlah kelompok ini, dan karenanya muatan total protein, tergantung pada pH medium, yaitu. perbandingan konsentrasi gugus H + - dan OH -. Dalam lingkungan asam peningkatan konsentrasi H+ menyebabkan penekanan disosiasi gugus karboksil -COO - + H+ > -COOH dan penurunan muatan negatif protein. Dalam lingkungan basa, pengikatan kelebihan OH - proton yang terbentuk selama disosiasi gugus amino -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O dengan pembentukan air, menyebabkan penurunan muatan positif protein. Nilai pH di mana protein memiliki muatan bersih nol disebut titik isoelektrik (IEP). Dalam IET, jumlah gugus bermuatan positif dan negatif adalah sama, yaitu protein dalam keadaan isoelektrik.

3. Pemisahan protein individu. Fitur struktur dan fungsi tubuh tergantung pada set protein yang disintesis di dalamnya. Studi tentang struktur dan sifat protein tidak mungkin dilakukan tanpa isolasi dari sel dan pemurnian dari protein lain dan molekul organik. Tahapan isolasi dan pemurnian protein individu:

penghancuran sel dari jaringan dipelajari dan mendapatkan homogenat.

Pemisahan homogenat menjadi pecahan sentrifugasi, memperoleh fraksi nuklir, mitokondria, sitosol atau lainnya yang mengandung protein yang diinginkan.

Denaturasi panas selektif- pemanasan jangka pendek dari larutan protein, di mana bagian dari pengotor protein yang terdenaturasi dapat dihilangkan (jika protein relatif stabil secara termal).

Menggaramkan. Protein yang berbeda mengendap pada konsentrasi garam yang berbeda dalam larutan. Dengan meningkatkan konsentrasi garam secara bertahap, dimungkinkan untuk memperoleh sejumlah fraksi individu dengan kandungan dominan protein yang disekresikan di salah satunya. Fraksinasi protein yang paling umum digunakan adalah amonium sulfat. Protein dengan kelarutan terendah mengendap pada konsentrasi garam yang rendah.

Filtrasi gel- metode penyaringan molekul melalui butiran Sephadex yang membengkak (rantai polisakarida dekstran tiga dimensi dengan pori-pori). Tingkat perjalanan protein melalui kolom yang diisi dengan Sephadex akan tergantung pada berat molekulnya: semakin kecil massa molekul protein, semakin mudah mereka menembus ke dalam butiran dan tinggal di sana lebih lama, semakin besar massa, semakin cepat mereka terelusi dari kolom.

Ultrasentrifugasi- metode yang terdiri dari fakta bahwa protein dalam tabung centrifuge ditempatkan di rotor ultracentrifuge. Ketika rotor berputar, laju sedimentasi protein sebanding dengan berat molekulnya: fraksi protein yang lebih berat terletak lebih dekat ke bagian bawah tabung, yang lebih ringan lebih dekat ke permukaan.

elektroforesis- metode berdasarkan perbedaan kecepatan pergerakan protein dalam medan listrik. Nilai ini sebanding dengan muatan protein. Elektroforesis protein dilakukan di atas kertas (dalam hal ini, kecepatan protein hanya sebanding dengan muatannya) atau dalam gel poliakrilamida dengan ukuran pori tertentu (kecepatan protein sebanding dengan muatan dan berat molekulnya).

Kromatografi pertukaran ion- metode fraksinasi berdasarkan pengikatan gugus protein terionisasi dengan gugus resin penukar ion yang bermuatan berlawanan (bahan polimer tidak larut). Kekuatan pengikatan protein ke resin sebanding dengan muatan protein. Protein yang teradsorpsi pada polimer penukar ion dapat dicuci dengan meningkatnya konsentrasi larutan NaCl; semakin rendah muatan protein, semakin rendah konsentrasi NaCl yang diperlukan untuk membersihkan protein yang terkait dengan gugus ionik resin.

Kromatografi afinitas- metode yang paling spesifik untuk mengisolasi protein individu Ligan dari protein terikat secara kovalen pada polimer inert. Ketika larutan protein dilewatkan melalui kolom dengan polimer, karena ikatan komplementer protein dengan ligan, hanya protein spesifik untuk ligan ini yang teradsorpsi pada kolom.

Dialisis- metode yang digunakan untuk menghilangkan senyawa dengan berat molekul rendah dari larutan protein yang diisolasi. Metode ini didasarkan pada ketidakmampuan protein untuk melewati membran semipermeabel, tidak seperti zat dengan berat molekul rendah. Ini digunakan untuk memurnikan protein dari pengotor dengan berat molekul rendah, misalnya, dari garam setelah pengasinan.

TUGAS UNTUK KERJA EKSTRAKURIKULUM

1. Isi tabel. 1.4.

Tabel 1.4. Analisis perbandingan struktur dan fungsi protein terkait - mioglobin dan hemoglobin

a) mengingat struktur pusat aktif Mb dan Hb. Apa peran radikal hidrofobik asam amino dalam pembentukan pusat aktif protein ini? Jelaskan struktur pusat aktif Mb dan Hb dan mekanisme perlekatan ligan padanya. Peran apa yang dimainkan oleh residu F 8 dan E 7-nya dalam fungsi situs aktif Mv dan Hv?

b) sifat baru apa dibandingkan dengan mioglobin monomer yang dimiliki oleh protein oligomerik yang terkait erat, hemoglobin,? Jelaskan peran perubahan kooperatif dalam konformasi protomer dalam molekul hemoglobin, efek konsentrasi CO2 dan proton pada afinitas hemoglobin terhadap oksigen, dan peran 2,3-BPG dalam regulasi alosterik fungsi Hb.

2. Mendeskripsikan ciri-ciri molekul pendamping, memperhatikan hubungan antara struktur dan fungsinya.

3. Protein apa yang dikelompokkan ke dalam keluarga? Dengan menggunakan contoh famili imunoglobulin, tentukan ciri-ciri struktural yang serupa dan fungsi terkait dari protein famili ini.

4. Seringkali, protein individu yang dimurnikan diperlukan untuk aplikasi biokimia dan medis. Jelaskan tentang sifat fisikokimia protein yang mendasari metode yang digunakan untuk pemisahan dan pemurniannya.

TUGAS UNTUK PENGENDALIAN DIRI

1. Pilihlah jawaban yang benar.

Fungsi hemoglobin :

A. Pengangkutan O2 dari paru-paru ke jaringan B. Pengangkutan H+ dari jaringan ke paru-paru

B. Mempertahankan pH darah yang konstan D. Transportasi CO2 dari paru-paru ke jaringan

D. Transportasi CO2 dari jaringan ke paru-paru

2. Pilihlah jawaban yang benar. liganα -Protomer Hb adalah: A. Heme

B. Oksigen

B. CO D. 2,3-BPG

D. -Protomer

3. Pilihlah jawaban yang benar.

Hemoglobin berbeda dari mioglobin:

A. Memiliki struktur kuartener

B. Struktur sekunder hanya diwakili oleh -heliks

B. Mengacu pada protein kompleks

D. Berinteraksi dengan ligan alosterik D. Terikat secara kovalen dengan heme

4. Pilihlah jawaban yang benar.

Afinitas Hb untuk O2 menurun:

A. Ketika satu molekul O2 terikat B. Ketika satu molekul O2 dihilangkan

B. Saat berinteraksi dengan 2,3-BPG

D. Saat menempel pada protomer H + D. Saat konsentrasi 2,3-BPG menurun

5. Tetapkan kecocokan.

Untuk tipe Hb ciri-cirinya :

A. Membentuk agregat fibrilar dalam bentuk deoksi B. Berisi dua - dan dua -rantai

B. Bentuk dominan Hb dalam eritrosit dewasa D. Mengandung heme dengan Fe + 3 di pusat aktif

D. Berisi dua - dan dua -rantai 1. HvA 2.

6. Tetapkan kecocokan.

Ligan Hb:

A. Mengikat Hb di pusat alosterik

B. Memiliki afinitas yang sangat tinggi untuk situs aktif Hb

B. Bergabung, meningkatkan afinitas Hb ke O 2 D. Mengoksidasi Fe + 2 menjadi Fe + 3

D. Membentuk ikatan kovalen dengan hysF8

7. Pilihlah jawaban yang benar.

pendamping:

A. Protein terdapat di semua bagian sel

B. Sintesis ditingkatkan di bawah pengaruh stres

B. Berpartisipasi dalam hidrolisis protein terdenaturasi

D. Berpartisipasi dalam menjaga konformasi asli protein

D. Membuat organel di mana konformasi protein terbentuk

8. Pertandingan. Imunoglobulin:

A. Bentuk sekretorinya adalah pentamerik

B. Kelas Ig yang melewati sawar plasenta

B. Ig - reseptor sel mast

D. Kelas utama Ig hadir dalam sekresi sel epitel. D. Reseptor limfosit B, aktivasi yang memastikan reproduksi sel

9. Pilihlah jawaban yang benar.

Imunoglobulin E:

A. Diproduksi oleh makrofag B. Memiliki rantai yang berat.

B. Tertanam dalam membran limfosit-T

D. Bertindak sebagai reseptor membran untuk antigen pada sel mast dan basofil

D. Bertanggung jawab atas manifestasi reaksi alergi

10. Pilihlah jawaban yang benar.

Metode untuk memisahkan protein didasarkan pada perbedaan berat molekulnya:

A. Filtrasi gel

B. Ultrasentrifugasi

B. Elektroforesis gel poliakrilamida D. Kromatografi pertukaran ion

D. Kromatografi afinitas

11. Pilih jawaban yang benar.

Metode pemisahan protein didasarkan pada perbedaan kelarutannya dalam air:

A. Filtrasi gel B. Salting out

B. Kromatografi pertukaran ion D. Kromatografi afinitas

E. Elektroforesis gel poliakrilamida

STANDAR JAWABAN "TUGAS UNTUK PENGENDALIAN DIRI"

1. A, B, C, D

2. A, B, C, D

5. 1-B, 2-A, 3-D

6. 1-C, 2-B, 3-A

7. A, B, D, D

8. 1-G; 2-B, 3-C

SYARAT DAN KONSEP DASAR

1. Protein oligomer, protomer, struktur protein kuartener

2. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer

3. Efek Bohr

4. Regulasi alosterik fungsi protein, pusat alosterik dan efektor alosterik

5. Pendamping molekuler, protein kejutan panas

6. Keluarga protein (protease serin, imunoglobulin)

7. IgM-, G-, E-, A-koneksi struktur dengan fungsi

8. Muatan total protein, titik isoelektrik protein

9. Elektroforesis

10. Menggaramkan

11. Filtrasi gel

12. Kromatografi pertukaran ion

13. Ultrasentrifugasi

14. Kromatografi afinitas

15. Elektroforesis protein plasma

TUGAS UNTUK PEKERJAAN AUDITIONAL

1. Bandingkan ketergantungan derajat kejenuhan hemoglobin (Hb) dan mioglobin (Mb) dengan oksigen pada tekanan parsialnya di jaringan

Beras. 1.34. Ketergantungan saturasi MV danHboksigen dari tekanan parsialnya

Harap dicatat bahwa bentuk kurva saturasi oksigen protein berbeda: untuk mioglobin - hiperbola, untuk hemoglobin - bentuk sigmoid.

1. Bandingkan nilai tekanan parsial oksigen di mana Mb dan Hb dijenuhkan dengan O2 sebesar 50%. Manakah dari protein berikut yang memiliki afinitas lebih tinggi terhadap O2?

2. Fitur struktural apa dari MB yang menentukan afinitasnya yang tinggi terhadap O 2 ?

3. Ciri-ciri struktural apa dari Hb yang memungkinkannya melepaskan O2 dalam kapiler jaringan yang beristirahat (pada tekanan parsial O2) yang relatif tinggi dan secara tajam meningkatkan pengembalian ini pada otot yang bekerja? Sifat protein oligomer apa yang memberikan efek ini?

4. Hitung berapa jumlah O2 (dalam%) yang memberikan hemoglobin teroksigenasi ke otot yang sedang istirahat dan bekerja?

5. Menarik kesimpulan tentang hubungan antara struktur protein dan fungsinya.

2. Jumlah oksigen yang dilepaskan oleh hemoglobin dalam kapiler tergantung pada intensitas proses katabolisme dalam jaringan (efek Bohr). Bagaimana perubahan metabolisme jaringan mengatur afinitas Hb untuk O 2 ? Pengaruh CO2 dan H+ terhadap afinitas Hb terhadap O2

1. Jelaskan efek Bohr.

2. ke arah mana proses yang ditunjukkan dalam diagram mengalir:

a) di kapiler paru-paru;

b) di kapiler jaringan?

3. Apa signifikansi fisiologis dari efek Bohr?

4. Mengapa interaksi Hb dengan H+ pada tempat yang jauh dari heme mengubah afinitas protein terhadap O2 ?

3. Afinitas Hb terhadap O2 bergantung pada konsentrasi ligan-nya, 2,3-bifosfogliserat, yang merupakan pengatur afinitas Hb terhadap O2 secara alosterik. Mengapa interaksi ligan pada situs yang jauh dari situs aktif mempengaruhi fungsi protein? Bagaimana 2,3-BPG mengatur afinitas Hb untuk O2? Untuk memecahkan masalah, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut:

1. Di mana dan dari apa 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG) disintesis? Tulis rumusnya, tunjukkan muatan molekul ini.

2. Dalam bentuk apa hemoglobin (oksi atau deoksi) berinteraksi dengan BPG dan mengapa? Di bagian molekul Hb manakah interaksi berlangsung?

3. ke arah mana proses yang ditunjukkan pada diagram berlangsung?

a) di kapiler jaringan;

b) di kapiler paru-paru?

4. di mana seharusnya konsentrasi tertinggi dari kompleks

Nv-2,3-BFG:

a) di kapiler otot saat istirahat,

b) di kapiler otot yang bekerja (dengan asumsi konsentrasi BPG yang sama dalam eritrosit)?

5. Bagaimana afinitas Hb terhadap oksigen berubah ketika seseorang beradaptasi dengan kondisi ketinggian, jika konsentrasi BPG dalam eritrosit meningkat? Apa signifikansi fisiologis dari fenomena ini?

4. Penghancuran 2,3-BPG selama penyimpanan darah yang diawetkan mengganggu fungsi Hb. Bagaimana afinitas Hb terhadap O2 dalam darah yang diawetkan akan berubah jika konsentrasi 2,3-BPG dalam eritrosit dapat diturunkan dari 8 menjadi 0,5 mmol/l. Apakah mungkin untuk mentransfusikan darah seperti itu kepada pasien yang sakit parah jika konsentrasi 2,3-BPG dipulihkan tidak lebih awal dari setelah tiga hari? Apakah mungkin mengembalikan fungsi eritrosit dengan menambahkan 2,3-BPG ke dalam darah?

5. Ingat struktur molekul imunoglobulin paling sederhana. Apa peran imunoglobulin dalam sistem kekebalan? Mengapa Igs sering disebut sebagai bivalen? Bagaimana struktur Igs terkait dengan fungsinya? (Jelaskan menggunakan contoh kelas imunoglobulin.)

Sifat fisika-kimia protein dan metode pemisahannya.

6. Bagaimana muatan bersih protein mempengaruhi kelarutannya?

a) tentukan muatan total peptida pada pH 7

Ala-Glu-Tre-Pro-Asp-Liz-Cis

b) bagaimana muatan peptida ini akan berubah pada pH >7, pH<7, рН <<7?

c) apa titik isoelektrik protein (IEP) dan di lingkungan apa ia berada?

IET peptida ini?

d) pada nilai pH berapakah kelarutan peptida ini akan terlihat.

7. Mengapa susu asam, tidak seperti susu segar, "menggumpal" saat direbus (yaitu, protein susu kasein mengendap)? Molekul kasein dalam susu segar memiliki muatan negatif.

8. Filtrasi gel digunakan untuk memisahkan protein individu. Campuran yang mengandung protein A, B, C dengan massa molekul masing-masing sama dengan 160.000, 80.000 dan 60.000, dianalisis dengan filtrasi gel (Gbr. 1.35). Granula gel yang membengkak bersifat permeabel terhadap protein dengan berat molekul kurang dari 70.000. Prinsip apa yang mendasari metode pemisahan ini? Manakah dari grafik yang benar mewakili hasil fraksinasi? Tentukan urutan pelepasan protein A, B dan C dari kolom.

Beras. 1.35. Menggunakan Metode Filtrasi Gel untuk Memisahkan Protein

9. pada gambar. 1.36, A menunjukkan diagram elektroforesis di atas kertas protein dalam serum darah orang sehat. Jumlah relatif fraksi protein yang diperoleh dengan menggunakan metode ini adalah: albumin 54-58%, 1 -globulin 6-7%, 2 -globulin 8-9%, -globulin 13%, -globulin 11-12% .

Beras. 1.36 Elektroforesis di atas kertas protein plasma darah orang sehat (A) dan pasien (B)

I - -globulin; II - -globulin; AKU AKU AKU -α 2 - globulin; IV-α 2 - globulin; V - albumin

Banyak penyakit disertai dengan perubahan kuantitatif dalam komposisi protein whey (disproteinemia). Sifat dari perubahan ini diperhitungkan saat membuat diagnosis dan menilai tingkat keparahan dan stadium penyakit.

Seperti yang Anda ketahui, protein adalah dasar bagi asal usul kehidupan di planet kita. Tapi itu adalah coacervate drop, yang terdiri dari molekul peptida, yang menjadi dasar kelahiran makhluk hidup. Ini tidak diragukan lagi, karena analisis komposisi internal dari setiap perwakilan biomassa menunjukkan bahwa zat-zat ini ditemukan dalam segala hal: tumbuhan, hewan, mikroorganisme, jamur, virus. Selain itu, mereka sangat beragam dan bersifat makromolekul.

Struktur ini memiliki empat nama, semuanya sinonim:

• protein;
• protein;
• polipeptida;
• peptida.

molekul protein

Jumlah mereka benar-benar tak terhitung. Dalam hal ini, semua molekul protein dapat dibagi menjadi dua kelompok besar:

• sederhana - hanya terdiri dari rangkaian asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida;
• kompleks - struktur dan struktur protein dicirikan oleh kelompok protolitik (prostetik) tambahan, yang juga disebut kofaktor.

Selain itu, molekul kompleks juga memiliki klasifikasi sendiri.

Gradasi peptida kompleks

1. Glikoprotein adalah senyawa yang berkaitan erat dengan protein dan karbohidrat. Kelompok prostetik mukopolisakarida dijalin ke dalam struktur molekul.
2. Lipoprotein adalah senyawa kompleks protein dan lipid.
3. Metalloprotein - ion logam (besi, mangan, tembaga, dan lainnya) bertindak sebagai gugus prostetik.
4. Nukleoprotein - koneksi protein dan asam nukleat (DNA, RNA).
5. Fosfoprotein - konformasi protein dan residu asam ortofosfat.
6. Kromoprotein sangat mirip dengan metaloprotein, namun, elemen yang merupakan bagian dari kelompok prostetik adalah kompleks berwarna utuh (merah - hemoglobin, hijau - klorofil, dan sebagainya).

Setiap kelompok dianggap memiliki struktur dan sifat protein yang berbeda. Fungsi yang mereka lakukan juga bervariasi tergantung pada jenis molekul.

Struktur kimia protein

Dari sudut pandang ini, protein adalah rantai residu asam amino yang panjang dan masif yang saling berhubungan oleh ikatan spesifik yang disebut ikatan peptida. Dari struktur samping asam meninggalkan cabang - radikal. Struktur molekul ini ditemukan oleh E. Fischer pada awal abad ke-21.

Kemudian, protein, struktur dan fungsi protein dipelajari secara lebih rinci. Menjadi jelas bahwa hanya ada 20 asam amino yang membentuk struktur peptida, tetapi mereka dapat digabungkan dengan berbagai cara. Oleh karena itu keragaman struktur polipeptida. Selain itu, dalam proses kehidupan dan kinerja fungsinya, protein dapat mengalami sejumlah transformasi kimia. Akibatnya, mereka mengubah struktur, dan jenis koneksi yang sama sekali baru muncul.

Untuk memutuskan ikatan peptida, yaitu, untuk memutuskan protein, struktur rantai, Anda harus memilih kondisi yang sangat keras (aksi suhu tinggi, asam atau alkali, katalis). Hal ini disebabkan kekuatan molekul yang tinggi, yaitu pada gugus peptida.

Deteksi struktur protein di laboratorium dilakukan dengan menggunakan reaksi biuret - paparan polipeptida (II) yang baru diendapkan. Kompleks kelompok peptida dan ion tembaga memberikan warna ungu cerah.

Ada empat organisasi struktural utama, yang masing-masing memiliki fitur struktural proteinnya sendiri.

Tingkat organisasi: struktur utama

Seperti disebutkan di atas, peptida adalah urutan residu asam amino dengan atau tanpa inklusi, koenzim. Jadi nama utamanya adalah struktur molekul yang demikian, yang alami, alami, benar-benar asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida, dan tidak lebih. Artinya, polipeptida dari struktur linier. Pada saat yang sama, fitur struktural protein dari rencana semacam itu adalah bahwa kombinasi asam seperti itu menentukan kinerja fungsi molekul protein. Karena adanya fitur-fitur ini, dimungkinkan tidak hanya untuk mengidentifikasi peptida, tetapi juga untuk memprediksi sifat dan peran yang sama sekali baru, yang belum ditemukan. Contoh peptida dengan struktur primer alami adalah insulin, pepsin, kimotripsin, dan lain-lain.

Konformasi sekunder

Struktur dan sifat protein dalam kategori ini agak berubah. Struktur seperti itu dapat terbentuk awalnya dari alam atau ketika struktur utama terkena hidrolisis parah, suhu, atau kondisi lain.

Konformasi ini memiliki tiga varietas:

1. Kumparan halus, teratur, stereoreguler yang dibuat dari residu asam amino yang berputar di sekitar sumbu utama sambungan. Mereka disatukan hanya oleh mereka yang timbul antara oksigen dari satu kelompok peptida dan hidrogen dari yang lain. Selain itu, strukturnya dianggap benar karena fakta bahwa belokan diulang secara merata setiap 4 tautan. Struktur seperti itu dapat berupa tangan kiri atau tangan kanan. Tetapi pada sebagian besar protein yang dikenal, isomer dekstrorotatori mendominasi. Konformasi seperti itu disebut struktur alfa.
2. Komposisi dan struktur protein jenis berikut ini berbeda dari yang sebelumnya karena ikatan hidrogen terbentuk bukan antara residu yang berdekatan dengan satu sisi molekul, tetapi antara jarak yang signifikan, dan pada jarak yang cukup jauh. Karena alasan ini, seluruh struktur berbentuk beberapa rantai polipeptida serpentin yang bergelombang. Ada satu ciri yang harus ditunjukkan oleh protein. Struktur asam amino pada cabang harus sesingkat mungkin, seperti glisin atau alanin, misalnya. Jenis konformasi sekunder ini disebut lembaran beta karena kemampuannya untuk tampak saling menempel saat membentuk struktur umum.
3. Biologi mengacu pada jenis struktur protein ketiga sebagai fragmen yang kompleks, tersebar, tidak teratur yang tidak memiliki stereoregularitas dan mampu mengubah struktur di bawah pengaruh kondisi eksternal.

Tidak ada contoh protein yang memiliki struktur sekunder secara alami telah diidentifikasi.

Pendidikan Tinggi

Ini adalah konformasi yang cukup kompleks yang disebut "bola". Apa itu protein? Strukturnya didasarkan pada struktur sekunder, namun, jenis interaksi baru antara atom-atom dari gugus ditambahkan, dan seluruh molekul tampaknya menggulung, sehingga berfokus pada fakta bahwa gugus hidrofilik diarahkan di dalam globul, dan yang hidrofobik berada di luar.

Ini menjelaskan muatan molekul protein dalam larutan koloid air. Jenis interaksi apa yang ada di sini?

1. Ikatan hidrogen - tetap tidak berubah antara bagian yang sama seperti pada struktur sekunder.
2. interaksi - terjadi ketika polipeptida dilarutkan dalam air.
3. Daya tarik ionik - terbentuk antara kelompok residu asam amino yang bermuatan berbeda (radikal).
4. Interaksi kovalen - dapat terbentuk di antara situs asam tertentu - molekul sistein, atau lebih tepatnya, ekornya.

Dengan demikian, komposisi dan struktur protein dengan struktur tersier dapat digambarkan sebagai rantai polipeptida yang terlipat menjadi globul-globul yang mempertahankan dan menstabilkan konformasinya karena berbagai jenis interaksi kimia. Contoh peptida tersebut: phosphoglycerate kease, tRNA, alpha-keratin, silk fibroin, dan lain-lain.

Struktur Kuarter

Ini adalah salah satu globul paling kompleks yang dibentuk oleh protein. Struktur dan fungsi protein jenis ini sangat serbaguna dan spesifik.

Apa konformasi seperti itu? Ini adalah beberapa (dalam beberapa kasus lusinan) rantai polipeptida besar dan kecil yang terbentuk secara independen satu sama lain. Tapi kemudian, karena interaksi yang sama yang kami pertimbangkan untuk struktur tersier, semua peptida ini berputar dan terjalin satu sama lain. Dengan cara ini, globul konformasi kompleks diperoleh, yang dapat mengandung atom logam, gugus lipid, dan gugus karbohidrat. Contoh protein tersebut adalah DNA polimerase, amplop virus tembakau, hemoglobin, dan lain-lain.

Semua struktur peptida yang telah kami pertimbangkan memiliki metode identifikasinya sendiri di laboratorium, berdasarkan kemungkinan modern menggunakan kromatografi, sentrifugasi, mikroskop elektron dan optik, dan teknologi komputer tinggi.

Fungsi yang dilakukan

Struktur dan fungsi protein berhubungan erat satu sama lain. Artinya, setiap peptida memainkan peran tertentu, unik dan spesifik. Ada juga yang mampu melakukan beberapa operasi penting dalam satu sel hidup sekaligus. Namun, dimungkinkan untuk mengekspresikan dalam bentuk umum fungsi utama molekul protein dalam organisme makhluk hidup:

1. Memastikan gerakan. Organisme uniseluler, atau organel, atau beberapa jenis sel mampu bergerak, berkontraksi, bergerak. Ini disediakan oleh protein yang merupakan bagian dari struktur alat motorik mereka: silia, flagela, membran sitoplasma. Jika kita berbicara tentang sel yang tidak mampu bergerak, maka protein dapat berkontribusi pada kontraksinya (miosin otot).
2. Fungsi nutrisi atau cadangan. Ini adalah akumulasi molekul protein dalam telur, embrio dan biji tanaman untuk lebih mengisi nutrisi yang hilang. Ketika dibelah, peptida memberikan asam amino dan zat aktif biologis yang diperlukan untuk perkembangan normal organisme hidup.
3. Fungsi energi. Selain karbohidrat, protein juga bisa memberi kekuatan pada tubuh. Dengan pemecahan 1 g peptida, 17,6 kJ energi bermanfaat dilepaskan dalam bentuk asam adenosin trifosfat (ATP), yang dihabiskan untuk proses vital.
4. Sinyal dan Ini terdiri dari implementasi pemantauan yang cermat terhadap proses yang sedang berlangsung dan transmisi sinyal dari sel ke jaringan, dari mereka ke organ, dari yang terakhir ke sistem, dan seterusnya. Contoh tipikal adalah insulin, yang secara ketat memperbaiki jumlah glukosa dalam darah.
5. fungsi reseptor. Ini dilakukan dengan mengubah konformasi peptida pada satu sisi membran dan melibatkan ujung lainnya dalam restrukturisasi. Pada saat yang sama, sinyal dan informasi yang diperlukan ditransmisikan. Paling sering, protein semacam itu dibangun ke dalam membran sitoplasma sel dan melakukan kontrol ketat atas semua zat yang melewatinya. Mereka juga mengingatkan Anda akan perubahan kimia dan fisik di lingkungan.
6. Fungsi transportasi peptida. Ini dilakukan oleh protein saluran dan protein pembawa. Peran mereka jelas - mengangkut molekul yang diperlukan ke tempat-tempat dengan konsentrasi rendah dari bagian-bagian dengan konsentrasi tinggi. Contoh tipikal adalah pengangkutan oksigen dan karbon dioksida melalui organ dan jaringan oleh protein hemoglobin. Mereka juga melakukan pengiriman senyawa dengan berat molekul rendah melalui membran sel di dalamnya.
7. fungsi struktural. Salah satu yang paling penting dari yang protein lakukan. Struktur semua sel, organelnya disediakan dengan tepat oleh peptida. Mereka, seperti bingkai, mengatur bentuk dan struktur. Selain itu, mereka mendukungnya dan memodifikasinya jika perlu. Oleh karena itu, untuk pertumbuhan dan perkembangan, semua organisme hidup membutuhkan protein dalam makanannya. Peptida tersebut antara lain elastin, tubulin, kolagen, aktin, keratin dan lain-lain.
8. fungsi katalitik. Enzim melakukannya. Banyak dan beragam, mereka mempercepat semua reaksi kimia dan biokimia dalam tubuh. Tanpa partisipasi mereka, apel biasa di perut dapat dicerna hanya dalam dua hari, dengan kemungkinan pembusukan yang tinggi. Di bawah aksi katalase, peroksidase dan enzim lainnya, proses ini memakan waktu dua jam. Secara umum, berkat peran protein inilah anabolisme dan katabolisme dilakukan, yaitu plastik dan

Peran pelindung

Ada beberapa jenis ancaman yang protein dirancang untuk melindungi tubuh dari.

Pertama, reagen traumatis, gas, molekul, zat dari berbagai spektrum aksi. Peptida dapat masuk ke dalam interaksi kimia dengan mereka, mengubahnya menjadi bentuk yang tidak berbahaya atau hanya menetralkannya.

Kedua, ada ancaman fisik dari luka - jika protein fibrinogen tidak berubah menjadi fibrin pada waktunya di lokasi cedera, maka darah tidak akan membeku, yang berarti penyumbatan tidak akan terjadi. Kemudian, sebaliknya, Anda akan membutuhkan peptida plasmin, yang mampu memecahkan gumpalan dan memulihkan patensi pembuluh darah.

Ketiga, ancaman kekebalan. Struktur dan signifikansi protein yang membentuk pertahanan kekebalan sangat penting. Antibodi, imunoglobulin, interferon adalah elemen penting dan signifikan dari sistem limfatik dan kekebalan manusia. Setiap partikel asing, molekul berbahaya, bagian sel yang mati atau seluruh struktur harus segera diselidiki oleh senyawa peptida. Itulah sebabnya seseorang dapat secara mandiri, tanpa bantuan obat-obatan, setiap hari melindungi dirinya dari infeksi dan virus sederhana.

Properti fisik

Struktur protein sel sangat spesifik dan tergantung pada fungsi yang dilakukan. Tetapi sifat fisik semua peptida serupa dan bermuara pada karakteristik berikut.

1. Berat molekulnya mencapai 1.000.000 Dalton.
2. Sistem koloid terbentuk dalam larutan berair. Di sana, struktur memperoleh muatan yang dapat bervariasi tergantung pada keasaman medium.
3. Ketika terkena kondisi yang keras (iradiasi, asam atau alkali, suhu, dan sebagainya), mereka dapat berpindah ke tingkat konformasi lain, yaitu denaturasi. Proses ini tidak dapat diubah pada 90% kasus. Namun, ada juga pergeseran terbalik - renaturasi.

Ini adalah sifat utama dari karakteristik fisik peptida.