Struktur primer - urutan asam amino dalam rantai polipeptida. Dalam molekul protein, ketika bagian kaku (ikatan peptida) dan fleksibel (atom α-karbon) bergantian, susunan rantai yang kompak dalam ruang terbentuk.

Metode Akobori adalah menggunakan fenilhidrazin. Phenylhydrazine memecah ikatan peptida dalam protein dan menempel pada semua asam amino kecuali C-terminal. Analisis kromatografi selanjutnya memungkinkan untuk mengenali asam amino terminal-C dalam protein.

Studi tentang struktur primer itu penting signifikansi biologis dan medis secara umum:

1. struktur primer menentukan struktur protein selanjutnya.
2. pengetahuan tentang struktur utama protein diperlukan untuk sintesis protein buatan.
3. struktur primer menentukan spesifisitas spesies, misalnya, pada protein insulin, biasanya di tengah molekul pada berbagai spesies hewan dan manusia, biasanya terjadi penggantian 3 asam amino yang setara.
4. Perubahan struktur primer dapat menyebabkan banyak penyakit, misalnya anemia sel sabit, dimana pada hemoglobin pada rantai β pada posisi 6, asam glutamat digantikan oleh valin. Penggantian asam amino yang tidak seimbang ini menyebabkan terganggunya fungsi hemoglobin dan munculnya sel darah merah berbentuk sabit.

Struktur sekunder - pola susunan rantai polipeptida yang berulang secara teratur di ruang angkasa. Paling sering, 2 jenis struktur sekunder ditemukan dalam protein: α - heliks dan β - struktur.

α - heliks pada tahun 1951 dipelajari oleh L. Pauling dengan menggunakan metode difraksi sinar-X. Ini adalah struktur heliks kanan, dalam satu putaran terdapat 3,6 asam amino. Jarak spiral (jarak antara belokan yang berdekatan) adalah 0,54 nm. α-heliks diikat oleh ikatan hidrogen, yang tertutup antara ikatan peptida yang dibentuk oleh setiap asam amino ke-4. Struktur α sekunder terlipat secara spontan dan ditentukan oleh struktur primer protein. Proporsi daerah yang tersusun dalam struktur heliks bervariasi pada protein yang berbeda. Misalnya, dalam hemoglobin dan mioglobin, lipatan struktural α mendominasi, yang mengurangi ukuran molekul protein sebanyak 4 kali lipat.

struktur β berbentuk "akordeon" dan distabilkan oleh ikatan hidrogen antara bagian jauh dari satu rantai polipeptida atau antara beberapa molekul protein. Ada struktur β paralel, di mana ujung N dan C bersesuaian satu sama lain, dan struktur antiparalel. Contoh protein yang sebagian besar mengandung struktur β adalah imunoglobulin.

Struktur sekunder dipelajari dengan analisis difraksi sinar-X dan dengan mempelajari penyerapan sinar ultraviolet oleh protein (semakin besar proporsi struktur α, semakin besar penyerapannya).

Struktur sekunder hancur selama denaturasi.

Struktur tersier - dengan suatu bentuk susunan spasial rantai polipeptida yang spesifik untuk setiap protein. Struktur ini terbentuk secara spontan dan ditentukan oleh struktur primer. Struktur tersier secara signifikan meningkatkan kekompakan protein hingga puluhan. Ikatan non-kovalen (hidrofobik, ionik) dan ikatan kovalen (disulfida) terlibat dalam pembentukan struktur tersier.

Struktur tersier menentukan aktivitas biologis dan sifat fisikokimia protein. Jika struktur tersiernya terganggu, protein kehilangan aktivitas biologisnya.

Metode untuk mempelajari struktur tersier adalah analisis difraksi sinar-X dan penentuan aktivitas kimia radikal asam amino individu dalam suatu protein. Struktur tersier protein mioglobin pertama kali dipelajari oleh J. Kendrew (1957). M. Perutz (1959) mempelajari struktur hemoglobin.

Struktur tersier protein meliputi α - heliks, β - struktur terlipat, β - loop (di mana rantai polipeptida dibengkokkan 180 0) dan apa yang disebut kumparan tidak teratur. Misalnya, protein insulin mengandung 57% α - daerah heliks, 6% β - struktur terlipat, 10% molekul tersusun dalam bentuk β - loop dan 27% molekul berbentuk kumparan tidak beraturan.

Totalitas primer, sekunder, tersier adalah konformasi molekul protein. Konformasi seumur hidup (asli) terbentuk secara spontan dan pembentukannya disebut pelipatan. Konformasi protein sangat tidak stabil dan terbentuk dengan partisipasi protein khusus - pendamping(sahabat). Pendamping mampu mengikat protein terdenaturasi sebagian yang berada dalam keadaan tidak stabil dan mengembalikan konformasi aslinya. Pendamping diklasifikasikan berdasarkan berat molekul (60 - 100 cd.). Yang paling banyak dipelajari adalah Sh-60, Sh-70 dan Sh-90. Misalnya, Sh-70 berinteraksi dengan protein yang kaya akan radikal hidrofobik dan melindunginya dari denaturasi suhu tinggi. Secara umum, pendamping melindungi protein utama tubuh, mencegah denaturasi dan mendorong pembentukan konformasi, memfasilitasi pengangkutan protein terdenaturasi ke lisosom, dan berpartisipasi dalam proses sintesis protein.

Menurut konformasinya, semua protein dibagi menjadi tiga kelompok:

• protein fibrilar: kolagen, elastin, fibroin.
• Protein globular: hemoglobin, albumin, globulin.
• Protein campuran: miosin.

Struktur tersier melekat pada semua protein. Hanya protein oligomer, yang mengandung beberapa subunit, protomer, yang memiliki struktur kuaterner. Protomer dianggap sebagai rantai polipeptida terpisah, subunit adalah bagian aktif secara fungsional dari protein oligomer. Sebuah subunit dapat berisi satu atau beberapa protomer.

Struktur Kuarter - jumlah dan susunan relatif subunit dalam protein oligomer. Hanya protein oligomer, yang mengandung beberapa subunit, protomer, yang memiliki struktur kuaterner. Protomer dianggap sebagai rantai polipeptida terpisah, subunit adalah bagian aktif secara fungsional dari protein oligomer. Sebuah subunit mungkin berisi satu protomer atau beberapa protomer.

Pembentukan struktur kuaterner melibatkan ikatan non-kovalen yang lemah (hidrofobik, ionik, hidrogen). Struktur kuaterner protein terbentuk secara spontan dan mudah rusak bila didenaturasi. Subunit individu dalam protein oligomer berinteraksi satu sama lain, yang menyebabkan perubahan struktur tersier dari masing-masing protomer. Fenomena ini disebut perubahan kooperatif pada konformasi protomer dan biasanya disertai dengan peningkatan aktivitas protein.

Protein oligomer memiliki sejumlah keistimewaan dibandingkan dengan protein monomer.

• Mereka memiliki kemasan yang sangat kompak dan permukaan antarmuka yang relatif kecil, oleh karena itu, karena letaknya di intraseluler, mereka mengikat lebih sedikit air
• Aktivitas mereka diatur di dalam tubuh. Protomer biasanya tidak aktif, namun protein oligomer jauh lebih aktif.
• Jika jenis protomer yang sama terlibat dalam sintesis protein oligomer, hal ini menghemat materi genetik (beberapa protomer identik “dicap” pada bagian pendek DNA)
• Mereka secara fungsional lebih disesuaikan dengan kondisi tubuh.

Fungsi protein oligomer diilustrasikan dengan membandingkan protein hemoglobin dan mioglobin, yang terlibat dalam pengangkutan oksigen ke jaringan. Hemoglobin eritrosit adalah protein oligomer yang mencakup 4 rantai polipeptida. Mioglobin otot adalah protein monomer yang mencakup 1 rantai polipeptida. Kurva saturasi oksigen mioglobin menunjukkan ketergantungan langsungnya pada konsentrasi oksigen. Untuk hemoglobin, kurva saturasi oksigen berbentuk S. Hal ini disebabkan oleh perubahan bertahap bertahap dalam struktur (konformasi) masing-masing dari 4 protomer dalam komposisi hemoglobin, akibatnya afinitas hemoglobin terhadap oksigen meningkat tajam. Sifat saturasi hemoglobin dengan oksigen secara tajam meningkatkan kapasitas oksigennya dibandingkan dengan mioglobin.

Posisi khusus di antara protein ditempati oleh protein domain .

Domain adalah bagian yang terpisah secara struktural dan fungsional dari satu rantai polipeptida. Domain dapat bertanggung jawab atas interaksi protein dengan berbagai zat - ligan (zat bermolekul rendah, DNA, RNA, polisakarida, dll.). Contoh protein domain adalah albumin serum, imunoglobulin, dan beberapa enzim (tripsin pankreas).

Karena selektivitas protein yang tinggi, mereka dapat digabungkan menjadi kompleks, yang paling sering disebut kompleks multienzim - ini adalah asosiasi struktural dari beberapa enzim yang mengkatalisis tahapan individu dari proses kimia yang kompleks. Contoh: piruvat dehidrogenase kompleks (PDC), kompleks tiga jenis enzim yang mengkatalisis oksidasi asam piruvat (PVA).

Dimungkinkan untuk secara khusus menggabungkan tidak hanya protein individu, tetapi juga protein dengan lipid (lemak) selama pembentukan membran sel, dan protein dengan asam nukleat selama pembentukan kromatin.

Sifat fisikokimia protein.

Mereka sangat ditentukan oleh konformasi molekul protein (struktur protein primer - tersier). Sifat fisikokimia protein muncul dalam larutan.

Kelarutan protein bervariasi dari satu protein ke protein lainnya.

Secara umum, kelarutan protein tinggi, namun bervariasi antar jenis protein. Hal ini dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:

• bentuk molekul protein (protein globular lebih mudah larut dibandingkan protein fibrilar)
• sifat radikal asam amino protein, perbandingan radikal polar non polar (semakin banyak radikal hidrofilik polar dalam protein maka kelarutannya semakin baik)
• sifat pelarut, adanya garam. Konsentrasi garam yang rendah (KCL, NaCl) terkadang meningkatkan kelarutan protein. Misalnya, albumin lebih larut dalam air suling murni, globulin hanya larut dengan adanya garam 10% (KCL, NaCl). Protein jaringan ikat kolagen dan elastin tidak larut dalam air atau larutan garam.

Massa molekul proteinnya cukup besar, berkisar antara 6.000 hingga 1.000.000. Misalnya berat molekul hemoglobin 68.000, albumin 100.000, ribonuklease sekitar 14.000, miosin 500.000.

Metode untuk menentukan massa molar protein harus lembut dan tidak merusak molekul protein. Misalnya, metode ebullioskopik, yang didasarkan pada pengukuran titik didih larutan, tidak dapat diterapkan pada protein. Metode yang paling akurat untuk menentukan berat molekul protein adalah metode ultrasentrifugasi dan metode difraksi sinar-X.

Metode ultrasentrifugasi(sedimentasi) didasarkan pada perubahan laju sedimentasi protein dengan berat molekul berbeda ketika larutan protein diputar dengan kecepatan tinggi. Berat molekul protein yang ditemukan dengan metode ini ditentukan oleh satuan Svedberg (S = 10 -13 c.)

Metode difraksi sinar-X memungkinkan Anda menghitung berat molekul dengan menganalisis beberapa gambar sinar-X dari molekul protein.

Metode elektroforesis didasarkan pada ketergantungan kecepatan pergerakan protein dalam medan listrik konstan pada berat molekul protein (mobilitas elektroforesis lebih tinggi untuk protein dengan berat molekul lebih rendah)

Metode kromatografi didasarkan pada perbedaan laju pelepasan protein yang berbeda melalui “saringan” gel molekuler.

Molekul besar yang lebih besar dari ukuran pori gel melewati gel lebih cepat dibandingkan molekul protein kecil yang tertahan di dalam butiran gel.

Metode mikroskopis elektron dilakukan dengan membandingkan ukuran molekul protein dengan sampel referensi yang massanya diketahui.

Metode kimia terkait dengan karakteristik komposisi kimia protein

Bentuk molekul protein berbeda. Molekul protein dapat berbentuk fibrilar atau globular. Protein fibrilar memiliki bentuk molekul seperti benang. Umumnya tidak larut dalam air dan larutan garam encer. Protein fibrilar mencakup protein struktural utama jaringan ikat: kolagen, keratin, elastin. Pada protein globular, rantai polipeptida melingkar erat menjadi struktur bola kompak. Kebanyakan protein globular sangat larut dalam air dan larutan garam lemah. Protein globular meliputi enzim, antibodi, albumin, dan hemoglobin. Beberapa protein memiliki tipe molekul perantara, yang mengandung daerah seperti benang dan bola. Contoh protein tersebut adalah protein otot miosin, yang larut dalam larutan garam.

Ukuran molekul protein berada dalam kisaran dari 1 hingga 100 nm, mendekati ukuran partikel koloid. Oleh karena itu, larutan protein mempunyai sifat larutan sejati dan larutan koloid.

Banyak sifat kinetik molekul larutan protein yang mirip dengan sifat-sifat larutan koloid .

• Lambatnya laju difusi protein yang diperlukan untuk pertukarannya.
• Ketidakmampuan protein untuk melewati membran semipermeabel. Dalam kompartemen dengan konsentrasi protein tinggi, tekanan hidrostatik berlebih tercipta karena pergerakan satu arah molekul air melalui membran semipermeabel menuju konsentrasi protein tinggi. Tekanan berlebih yang diciptakan oleh protein disebut tekanan onkotik. Ini merupakan faktor penting yang menentukan pergerakan air antara jaringan, darah, dan usus.
• Tingginya viskositas protein disebabkan oleh berbagai interaksi antarmolekul molekul protein besar. Peningkatan kekentalan darah, khususnya, meningkatkan beban pada otot jantung.
• Beberapa protein mampu membentuk gel, sehingga meningkatkan kekuatan protein (misalnya kolagen).

Sifat optik protein ditentukan oleh ukuran molekul protein, struktur radikal asam amino dalam protein, adanya ikatan peptida dan daerah alfa-heliks dalam protein.

• Solusi protein punya pengaruh pembiasan cahaya (refraksi) dan hamburan cahaya. Sifat-sifat ini disebabkan oleh ukuran molekul protein yang besar, sepadan dengan panjang gelombang bagian spektrum yang terlihat. Dalam hal ini, sinar biru pendek dihamburkan lebih besar daripada sinar merah dengan panjang gelombang lebih panjang. Derajat pembiasan sebanding dengan konsentrasi larutan protein.
• Solusi protein menyerap sinar ultraviolet pada kisaran 190-230 nm karena adanya ikatan peptida dan pada kisaran 260-280 nm karena adanya asam amino siklik pada protein. Derajat serapan UV sebanding dengan konsentrasi protein dalam larutan.
• Larutan protein bisa memutar bidang cahaya terpolarisasi, Hal ini disebabkan oleh aktivitas optik asam amino yang terkandung dalam protein dan adanya bagian alfa-heliks di dalamnya. Ada hubungan langsung antara polarisasi cahaya dan konsentrasi protein dalam larutan.

Protein, sebagai solusi molekuler, memiliki sifat-sifat solusi yang sebenarnya . Sebagai solusi sejati, solusi protein sangat stabil.

MODUL 1 STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN

MODUL 1 STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN

Struktur modul	Tema
Unit modular 1	1.1. Organisasi struktural protein. Tahapan pembentukan konformasi protein asli 1.2. Dasar-dasar fungsi protein. Obat sebagai ligan mempengaruhi fungsi protein 1.3. Denaturasi protein dan kemungkinan renativasi spontannya
Unit modular 2	1.4. Ciri-ciri struktur dan fungsi protein oligomer pada contoh hemoglobin 1.5. Pemeliharaan konformasi protein asli dalam kondisi seluler 1.6. Berbagai protein. Keluarga protein menggunakan contoh imunoglobulin 1.7. Sifat fisikokimia protein dan metode pemisahannya

Unit modular 1 ORGANISASI STRUKTUR PROTEIN MONOMER DAN DASAR FUNGSINYA

Tujuan pembelajaran Mampu:

1. Menggunakan pengetahuan tentang ciri-ciri struktural protein dan ketergantungan fungsi protein pada strukturnya untuk memahami mekanisme perkembangan proteinopati herediter dan didapat.

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

3. Menggunakan pengetahuan tentang struktur dan labilitas konformasi protein untuk memahami ketidakstabilan struktural dan fungsionalnya serta kecenderungan denaturasinya dalam kondisi yang berubah.

4. Menjelaskan kegunaan bahan denaturasi sebagai alat untuk mensterilkan bahan dan instrumen kesehatan, serta sebagai antiseptik.

Tahu:

1. Tingkat organisasi struktural protein.

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

3. Mekanisme pembentukan pusat aktif pada protein dan interaksi spesifiknya dengan ligan yang mendasari berfungsinya 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 sterilisasi alat kesehatan.

TOPIK 1.1. ORGANISASI STRUKTUR PROTEIN. TAHAP PEMBENTUKAN ASLI

KONFORMASI PROTEIN

Protein adalah molekul polimer yang monomernya hanya 20 asam α-amino. Himpunan dan urutan kombinasi asam amino dalam suatu protein ditentukan oleh struktur gen dalam DNA individu. Setiap protein, sesuai dengan struktur spesifiknya, menjalankan fungsinya masing-masing. Kumpulan protein suatu organisme menentukan karakteristik fenotipiknya, serta adanya penyakit keturunan atau kecenderungan perkembangannya.

1. Asam amino penyusun protein. Ikatan peptida. Protein adalah polimer yang dibangun dari monomer - 20 asam α-amino, rumus umumnya adalah

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

prolin, Berbeda dengan 19 monomer protein lainnya, ini bukanlah asam amino, melainkan asam imino; radikal dalam prolin dikaitkan dengan atom karbon α dan gugus imino

Asam amino bervariasi dalam kelarutan dalam air. Hal ini disebabkan kemampuan radikal berinteraksi dengan air (hidrat).

KE hidrofilik termasuk radikal yang mengandung gugus fungsi tak bermuatan anionik, kationik, dan polar.

KE hidrofobik termasuk radikal yang mengandung gugus metil, rantai atau cincin alifatik.

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

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

Beras. 1.1. Istilah yang digunakan untuk menggambarkan struktur peptida

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

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

sebaliknya, terdapat ikatan dengan radikal, akibatnya salah satu sisi cincin termasuk dalam tulang punggung peptida:

Peptida berbeda dalam komposisi asam amino, jumlah asam amino dan urutan ikatan 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 keras: protein yang dianalisis dihidrolisis dalam asam klorida pekat pada suhu sekitar 110° 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 tersusun dalam urutan tertentu. Urutan linier atau urutan pergantian residu asam amino dalam rantai polipeptida disebut struktur utama protein.

Struktur utama setiap protein individu dikodekan dalam molekul DNA (di wilayah yang disebut gen) dan diwujudkan selama transkripsi (menyalin informasi ke mRNA) dan translasi (sintesis struktur primer protein). Akibatnya, struktur utama protein seseorang adalah informasi yang diturunkan secara turun-temurun dari orang tua ke anak-anak, yang menentukan ciri-ciri struktural protein suatu organisme tertentu, yang menjadi sandaran fungsi protein yang ada (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 miliki unik struktur primer. Molekul dari jenis protein yang sama (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 α yang berdekatan, serta antara atom karbon α dan karbon dari gugus karbonil. Karena interaksi gugus fungsi residu asam amino, struktur primer protein dapat memperoleh struktur spasial yang lebih kompleks. Dalam protein globular, ada dua tingkat utama pelipatan konformasi rantai peptida: sekunder Dan struktur tersier.

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

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

terletak di sepanjang pinggiran spiral, tanpa berpartisipasi dalam pembentukan struktur sekunder (Gbr. 1.3.).

Radikal curah, atau radikal yang membawa muatan yang sama, mencegah pembentukan α-helix. Residu prolin, yang memiliki struktur cincin, memutus α-heliks, karena kurangnya hidrogen pada atom nitrogen dalam rantai peptida, tidak mungkin terbentuk ikatan hidrogen. Ikatan antara nitrogen dan atom karbon α merupakan bagian dari cincin prolin, sehingga tulang punggung peptida menjadi bengkok pada titik ini.

β-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 β antiparalel. Dalam kasus pertama, ujung N dan C dari rantai peptida yang berinteraksi bertepatan, dan pada kasus kedua, keduanya memiliki arah yang berlawanan (Gbr. 1.4).

Beras. 1.3. Struktur sekunder protein adalah α-heliks

Beras. 1.4. Struktur lembaran β paralel dan antiparalel

Struktur β ditunjukkan dengan panah lebar: A - Struktur β Antiparalel. B - Struktur lembaran β paralel

Pada beberapa protein, struktur β 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 beraturan struktur, yang meliputi tikungan, putaran, dan putaran tulang punggung polipeptida. Mereka sering kali terletak di lokasi di mana arah rantai peptida berubah, misalnya ketika struktur lembaran β paralel terbentuk.

Berdasarkan keberadaan heliks α dan struktur β, protein globular dapat dibagi menjadi empat kategori.

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

Beras. 1.6. Struktur sekunder domain triosefosfat isomerase dan piruvat kinase

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

DI DALAM kategori keempat termasuk protein yang mengandung sejumlah kecil struktur sekunder biasa. Protein ini termasuk protein kecil yang kaya sistein atau metalloprotein.

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. Kebanyakan protein membentuk struktur spasial menyerupai globule (protein globular).

Karena radikal asam amino hidrofobik cenderung bergabung melalui apa yang disebut interaksi hidrofobik dan gaya van der Waals antarmolekul, inti hidrofobik padat terbentuk di dalam globul protein. Radikal hidrofilik terionisasi dan non-terionisasi 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 suatu protein

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

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

3 - interaksi hidrofobik- timbul di antara radikal hidrofobik;

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

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

Ikatan ionik dan hidrogen, serta interaksi hidrofobik, lemah: energinya tidak jauh lebih tinggi daripada energi gerak termal molekul pada suhu kamar. Konformasi protein dipertahankan dengan pembentukan banyak ikatan lemah. Karena atom-atom yang menyusun protein terus bergerak, beberapa ikatan lemah dapat diputus dan membentuk ikatan lain, yang menyebabkan sedikit pergerakan pada masing-masing bagian rantai polipeptida. Sifat protein yang mengubah konformasi sebagai akibat putusnya sebagian dan pembentukan ikatan lemah lainnya disebut labilitas konformasi.

Tubuh manusia mempunyai sistem yang mendukung homeostatis- keteguhan lingkungan internal dalam batas-batas tertentu yang dapat diterima untuk kesehatan tubuh. Dalam kondisi homeostatis, perubahan kecil pada 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 terganggunya fungsi protein.

Struktur tersier beberapa protein menjadi stabil ikatan disulfida, terbentuk karena interaksi gugus -SH dari dua residu

Beras. 1.9. Pembentukan ikatan disulfida dalam molekul protein

sistein (Gbr. 1.9). Kebanyakan protein intraseluler tidak memiliki ikatan kovalen disulfida pada struktur tersiernya. Kehadiran mereka merupakan karakteristik protein yang disekresikan oleh sel, yang menjamin stabilitasnya yang lebih besar dalam kondisi ekstraseluler. Dengan demikian, ikatan disulfida terdapat 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, terdapat dua ikatan disulfida yang menghubungkan rantai polipeptida A dan B, dan satu ikatan disulfida dalam rantai A (Gbr. 1.10).

Beras. 1.10. Ikatan disulfida dalam struktur insulin

5. Struktur protein supersekunder. Pada protein dengan struktur dan fungsi primer yang berbeda, terkadang terdeteksi kombinasi serupa dan posisi relatif struktur sekunder, yang disebut struktur supersekunder. Ia menempati posisi perantara antara struktur sekunder dan tersier, karena merupakan kombinasi spesifik elemen struktur sekunder dalam pembentukan struktur tersier protein. Struktur supersekunder memiliki nama spesifik, seperti “α-helix-turn-a-helix”, “leucine ritsleting”, “jari seng”, dll. Struktur supersekunder tersebut merupakan karakteristik protein pengikat DNA.

"Ritsleting leusin." Jenis struktur supersekunder ini digunakan untuk menggabungkan dua protein menjadi satu. Pada permukaan protein yang berinteraksi terdapat daerah heliks α yang mengandung setidaknya empat residu leusin. Residu leusin dalam α-heliks terletak terpisah enam asam amino. Karena setiap putaran α-heliks mengandung 3,6 residu asam amino, radikal leusin terletak di permukaan setiap putaran kedua. Residu leusin dari α-heliks suatu protein dapat berinteraksi dengan residu leusin dari protein lain (interaksi hidrofobik), menghubungkan keduanya (Gbr. 1.11.). Banyak protein pengikat DNA berfungsi dalam kompleks oligomer di mana masing-masing subunit dihubungkan satu sama lain melalui “ritsleting leusin”.

Beras. 1.11. "Ritsleting leusin" antara daerah heliks α dari dua protein

Contoh protein tersebut adalah histon. sejarah- protein inti, yang mengandung sejumlah besar asam amino bermuatan positif - arginin dan lisin (hingga 80%). Molekul histon digabungkan menjadi kompleks oligomer yang mengandung delapan monomer menggunakan “ritsleting leusin”, meskipun molekul-molekul ini memiliki muatan homonim yang signifikan.

"jari seng"- varian struktur supersekunder, karakteristik protein pengikat DNA, berbentuk fragmen memanjang pada permukaan protein dan mengandung sekitar 20 residu asam amino (Gbr. 1.12). Bentuk “jari terentang” didukung oleh atom seng yang terikat pada empat radikal asam amino - dua residu sistein dan dua residu histidin. Dalam beberapa kasus, selain residu histidin, terdapat residu sistein. Dua residu sistein yang letaknya berdekatan dipisahkan dari dua residu Gisili lainnya melalui rangkaian Cys yang terdiri dari sekitar 12 residu asam amino. Wilayah protein ini membentuk α-heliks, yang radikalnya dapat secara spesifik berikatan dengan wilayah pengatur alur utama DNA. Kekhususan pengikatan individu

Beras. 1.12. Struktur utama wilayah protein pengikat DNA yang membentuk struktur “jari seng” (huruf menunjukkan asam amino yang menyusun struktur ini)

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

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

1. Pusat aktif protein dan interaksinya dengan ligan. Selama pembentukan struktur tersier, suatu daerah terbentuk pada permukaan protein yang aktif secara fungsional, biasanya dalam suatu ceruk, dibentuk oleh radikal asam amino yang berjauhan satu sama lain dalam struktur primer. Wilayah ini, yang memiliki struktur unik untuk protein tertentu dan mampu berinteraksi secara spesifik dengan molekul tertentu atau kelompok molekul serupa, disebut situs pengikatan protein-ligan atau situs aktif. Ligan adalah molekul yang berinteraksi dengan protein.

Spesifisitas tinggi Interaksi protein dengan ligan dijamin oleh struktur pusat aktif yang saling melengkapi dengan struktur ligan.

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

Beras. 1.13. Interaksi komplementer protein dengan ligan

Beberapa ligan, ketika melekat pada pusat aktif suatu protein, memainkan peran tambahan dalam fungsi protein. Ligan seperti itu disebut kofaktor, dan protein yang mengandung bagian non-protein disebut protein kompleks(berlawanan dengan protein sederhana, hanya terdiri dari bagian protein). Bagian bukan protein yang terikat kuat pada protein disebut kelompok prostetik. Misalnya, mioglobin, hemoglobin, dan sitokrom mengandung gugus prostetik, heme, yang mengandung ion besi, terikat kuat pada pusat aktif. 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 menempelkan ligan hidrofobik, seperti asam lemak, bilirubin, obat-obatan tertentu, dll. ke pusat aktif (Gbr. 1.14)

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

DNA (contoh protein pengikat DNA dibahas di atas);

Polisakarida;

Beras. 1.14. Hubungan antara genotipe dan fenotipe

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

Dalam kasus ini, protein mengenali wilayah tertentu dari ligan yang sepadan dan saling melengkapi dengan tempat pengikatan. Jadi, pada permukaan hepatosit terdapat protein reseptor hormon insulin, yang juga memiliki struktur protein. Interaksi insulin dengan reseptor menyebabkan perubahan konformasi dan aktivasi sistem sinyal, yang menyebabkan penyimpanan 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, mengingatkan pada struktur protein globular, dan disebut domain. Berkat struktur domain protein, struktur tersiernya lebih mudah dibentuk.

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

Domain yang berbeda dalam suatu protein dapat berpindah 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 pada celah antara dua domain. Ketika heksokinase berikatan dengan glukosa, domain di sekitarnya menutup dan substrat menjadi terperangkap, tempat terjadinya fosforilasi (lihat Gambar 1.15).

Beras. 1.15. Pengikatan domain heksokinase ke glukosa

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

3. Obat adalah ligan yang mempengaruhi fungsi protein. Interaksi protein dengan ligan bersifat spesifik. Namun, karena labilitas konformasi protein dan pusat aktifnya, zat lain dapat dipilih yang juga dapat berinteraksi dengan protein di pusat aktif atau bagian lain dari molekul.

Suatu zat yang strukturnya mirip dengan ligan alami disebut analog struktural ligan atau ligan non-alami. Ia juga berinteraksi dengan protein di situs aktif. Analog struktural ligan dapat meningkatkan fungsi protein (agonis), dan menguranginya (antagonis). Ligan dan analog strukturalnya bersaing satu sama lain untuk berikatan dengan protein di tempat yang sama. Zat yang demikian 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 penghambat 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. Ditemukan dua jenis reseptor kolinergik:

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

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

Penghambat spesifik Reseptor M-kolinergik adalah atropin. Hal ini ditemukan di tanaman belladonna dan henbane.

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

Ditilin adalah agonis kompetitif reseptor H-kolinergik, menghambat fungsi sinapsis neuromuskular.

Sinapsis neuromuskular otot rangka mengandung reseptor H-kolinergik. Interaksi mereka dengan asetilkolin menyebabkan kontraksi otot. Selama beberapa operasi bedah, serta dalam pemeriksaan endoskopi, obat-obatan digunakan yang menyebabkan relaksasi otot rangka (relaksan otot). Ini termasuk dithiline, yang merupakan analog struktural asetilkolin. Ia menempel pada reseptor H-kolinergik, tetapi tidak seperti asetilkolin, ia dihancurkan dengan sangat lambat oleh enzim asetilkolinesterase. Akibat pembukaan saluran ion yang berkepanjangan dan depolarisasi membran yang terus-menerus, konduksi impuls saraf terganggu dan terjadi relaksasi otot. Awalnya, sifat-sifat ini ditemukan dalam racun curare, itulah sebabnya obat tersebut disebut seperti curare.

TOPIK 1.3. DENATURASI PROTEIN DAN KEMUNGKINAN RENATIVASI SPONTANNYA

1. Karena konformasi asli protein dipertahankan karena interaksi yang lemah, perubahan komposisi dan sifat lingkungan sekitar protein, paparan reagen kimia dan faktor fisik menyebabkan perubahan konformasi (sifat labilitas konformasi). Pemutusan ikatan dalam jumlah besar menyebabkan rusaknya konformasi asli dan denaturasi protein.

Denaturasi protein- ini adalah penghancuran konformasi aslinya di bawah pengaruh zat denaturasi, yang disebabkan oleh putusnya ikatan lemah yang menstabilkan struktur spasial protein. Denaturasi disertai dengan rusaknya struktur tiga dimensi unik dan pusat aktif protein serta 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 berjauhan secara spasial satu sama lain, yaitu. situs pengikatan spesifik protein dengan ligan dihancurkan. Selama denaturasi, struktur utama protein tetap tidak berubah.

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

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

2. Reaktivasi protein secara 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 berisi informasi tentang konformasi dan fungsinya dibuat berdasarkan kemampuan beberapa protein (khususnya, ribonuklease dan mioglobin) untuk reaktifasi spontan - mengembalikan konformasi aslinya setelah denaturasi.

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

Ribonuklease adalah enzim yang memecah ikatan antara nukleotida individu dalam molekul RNA. Protein globular ini mempunyai satu rantai polipeptida, struktur tersiernya distabilkan oleh banyak ikatan lemah dan empat ikatan 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 melalui dialisis mengarah pada pemulihan konformasi dan fungsi protein, yaitu untuk kelahiran kembali. (Gbr. 1.17).

Beras. 1.17. Denaturasi dan renativasi ribonuklease

A - konformasi asli ribonuklease, dalam struktur tersiernya terdapat empat ikatan disulfida; B - molekul ribonuklease terdenaturasi;

B - molekul ribonuklease yang diaktifkan kembali dengan struktur dan fungsi yang dipulihkan

1. Isi tabel 1.2.

Tabel 1.2. Klasifikasi asam amino menurut polaritas radikalnya

2. Tuliskan rumus tetrapeptida:

Asp - Pro - Fen - Liz

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

b) memberi label pada ujung N dan C;

c) menyorot 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 primer protein dengan menggunakan contoh analisis komparatif dua hormon peptida neurohipofisis mamalia yang serupa secara struktural dan dekat secara evolusioner - 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 dua peptida;

b) menemukan kesamaan struktur utama kedua peptida dan kesamaan tindakan biologisnya;

c) menemukan perbedaan struktur dua peptida dan perbedaan fungsinya;

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

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

Berikan contoh.

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

6. Perluas arti dari frasa berikut: “Fungsi protein didasarkan pada interaksi spesifiknya dengan ligan”, dengan menggunakan istilah dan penjelasan maknanya: konformasi protein, pusat aktif, ligan, saling melengkapi, fungsi protein.

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

TUGAS PENGENDALIAN DIRI

1. Cocok.

Gugus fungsi dalam radikal asam amino:

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

2. Pilihlah jawaban yang benar.

Asam amino dengan radikal tak bermuatan polar adalah:

A. Cis B. Asn

B. Glu G. Tiga

3. Pilihlah jawaban yang benar.

Radikal asam amino:

A. Memberikan kekhususan struktur primer B. Berpartisipasi dalam pembentukan struktur tersier

B. Terletak di permukaan protein, mereka mempengaruhi kelarutannya D. Mereka 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. Bertemu 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.Gis 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. Cocok.

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 antar atom tulang punggung peptida

2. Lemahnya ikatan antar gugus fungsi radikal asam amino

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

8. Pilihlah jawaban yang benar. Tripsin:

A. Enzim proteolitik B. Berisi dua domain

B. Menghidrolisis pati

D. Situs 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

D. Memperkuat konduksi impuls saraf melalui sinapsis kolinergik

D. Penghambat kompetitif reseptor M-kolinergik

10. Pilihlah pernyataan yang benar. Dalam protein:

A. Struktur primer berisi informasi tentang struktur situs aktifnya

B. Pusat aktif terbentuk pada tingkat struktur primer

B. Konformasinya ditetapkan secara kaku oleh ikatan kovalen

D. Situs aktif dapat berinteraksi dengan sekelompok ligan serupa

karena labilitas konformasi protein D. Perubahan lingkungan dapat mempengaruhi afinitas zat aktif

pusat ke ligan

1.1-B, 2-G, 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 lemah pada protein

5. Labilitas konformasi

6. Situs aktif protein

7. Ligan

8. Pelipatan protein

9. Analog struktur ligan

10. Protein domain

11. Protein sederhana dan kompleks

12. Denaturasi protein, zat pendenaturasi

13. Reaktivasi 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 telah diketahui - yang disebut hemoglobin abnormal. Misalnya, hemoglobin S, yang ditemukan dalam sel darah merah pasien dengan penyakit sel sabit (HbS), diketahui memiliki kelarutan yang rendah dalam kondisi tekanan parsial oksigen yang rendah (seperti halnya pada darah vena). Hal ini mengarah pada pembentukan agregat protein ini. Protein kehilangan fungsinya, mengendap, dan 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 primer HbA ditemukan di wilayah N-terminal rantai β hemoglobin. Bandingkan daerah N-terminal dari untai β dan tunjukkan bagaimana perubahan struktur primer protein mempengaruhi sifat dan fungsinya.

Untuk ini:

a) tuliskan rumus asam amino yang membedakan HbA dan bandingkan sifat asam amino tersebut (polaritas, muatan).

b) menarik kesimpulan tentang penyebab penurunan kelarutan dan terganggunya pengangkutan oksigen ke jaringan.

2. Gambar tersebut menunjukkan diagram struktur protein yang mempunyai pusat pengikatan dengan ligan (pusat aktif). Jelaskan mengapa protein bersifat selektif dalam pemilihan ligannya. Untuk ini:

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

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

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

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

e) menjelaskan kekhususan interaksi protein-ligan berdasarkan apa.

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 timbul selama pembentukan kompleks protein-ligan?

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

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

a) tuliskan rumus asetilkolin dan ditilin serta bandingkan strukturnya;

b) menjelaskan mekanisme efek relaksasi ditilin.

5. Pada beberapa penyakit, suhu tubuh penderita 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 timbul ancaman bagi kehidupan manusia. Untuk melakukan ini, ingatlah:

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

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

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

Unit modular 2 PROTEIN OLIGOMERICK SEBAGAI TARGET PENGARUH REGULASI. KEANEKARAGAMAN STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL PROTEIN. METODE PEMISAHAN DAN PEMURNIKAN PROTEIN

Tujuan pembelajaran Mampu:

1. Menggunakan pengetahuan tentang ciri-ciri struktur dan fungsi protein oligomer untuk memahami mekanisme adaptif pengaturan fungsinya.

2. Jelaskan peran pendamping dalam sintesis dan pemeliharaan konformasi protein dalam kondisi seluler.

3. Menjelaskan keragaman manifestasi kehidupan melalui keragaman struktur dan fungsi protein yang disintesis dalam tubuh.

4. Menganalisis hubungan antara struktur protein dan fungsinya menggunakan contoh perbandingan hemoprotein terkait - mioglobin dan hemoglobin, serta perwakilan dari lima kelas protein dari keluarga imunoglobulin.

5. Menerapkan pengetahuan tentang kekhasan sifat fisik dan kimia protein untuk memilih metode pemurniannya dari protein dan pengotor lain.

6. Menafsirkan hasil komposisi kuantitatif dan kualitatif protein plasma darah untuk memastikan atau memperjelas diagnosis klinis.

Tahu:

1. Ciri-ciri struktur protein oligomer dan mekanisme adaptif untuk mengatur fungsinya menggunakan contoh hemoglobin.

2. Struktur dan fungsi pendamping dan pentingnya menjaga konformasi asli protein dalam kondisi seluler.

3. Prinsip penggabungan protein ke dalam famili berdasarkan kesamaan konformasi dan fungsinya dengan menggunakan contoh imunoglobulin.

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

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

TOPIK 1.4. FITUR STRUKTUR DAN FUNGSI PROTEIN OLIGOMER MENGGUNAKAN CONTOH HEMOGLOBIN

1. Banyak protein mengandung beberapa rantai polipeptida. Protein seperti ini disebut oligomer, dan rantai individu - protomer. Protomer dalam protein oligomer dihubungkan oleh banyak ikatan non-kovalen 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 memiliki 12 protomer, dan protein virus mosaik tembakau mengandung 2.120 protomer yang dihubungkan melalui ikatan non-kovalen. Akibatnya, protein oligomer dapat memiliki berat molekul yang sangat tinggi.

Interaksi satu protomer dengan protomer lainnya dapat dianggap sebagai kasus khusus interaksi protein-ligan, karena setiap protomer berfungsi sebagai ligan bagi protomer lainnya. Jumlah dan cara bergabungnya protomer dalam suatu protein disebut struktur protein kuaterner.

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

Jika protein mengandung protomer yang berbeda, maka pusat pengikatan dengan ligan berbeda yang strukturnya berbeda dapat terbentuk pada protein tersebut. Ketika ligan berikatan dengan situs aktif, fungsi protein ini terwujud. Pusat yang terletak pada protomer berbeda disebut alosterik (berbeda dengan protomer aktif). Menghubungi ligan atau efektor alosterik, ia melakukan fungsi pengaturan (Gbr. 1.18). Interaksi pusat alosterik dengan efektor menyebabkan perubahan konformasi pada struktur seluruh protein oligomer karena labilitas konformasinya. Hal ini mempengaruhi afinitas situs aktif untuk ligan tertentu dan mengatur fungsi protein tersebut. 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 menghambat fungsinya adalah penghambat.

Jadi, protein oligomer, serta protein dengan struktur domain, memiliki sifat baru dibandingkan dengan protein monomer - kemampuan untuk mengatur fungsi secara alosterik (regulasi dengan menempelkan ligan berbeda ke protein). Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan struktur dan fungsi dua protein kompleks yang berkaitan erat, mioglobin dan hemoglobin.

Beras. 1.18. Skema struktur protein dimer

2. Pembentukan struktur spasial dan fungsi mioglobin.

Mioglobin (Mb) adalah protein yang terdapat pada otot merah, yang 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 kompaknya dan struktur pusat aktif, tempat melekatnya bagian non-protein mioglobin, heme. Oksigen yang berasal dari darah ke otot berikatan dengan heme Fe+2 di mioglobin. Mb merupakan protein monomer yang memiliki afinitas sangat tinggi terhadap O 2, sehingga pelepasan oksigen oleh mioglobin hanya terjadi selama kerja otot yang intens, ketika tekanan parsial O 2 menurun tajam.

Pembentukan konformasi Mv. Di otot merah, pada ribosom, selama translasi, struktur utama MB disintesis, diwakili oleh urutan spesifik 153 residu asam amino. Struktur sekunder Mb mengandung delapan heliks α, yang disebut dengan huruf Latin dari A sampai H, di antaranya terdapat daerah non-heliks. Struktur tersier Mb berbentuk globul kompak, di dalam ceruknya terdapat pusat aktif antara heliks F dan E (Gbr. 1.19).

Beras. 1.19. Struktur mioglobin

3. Ciri-ciri struktur dan fungsi pusat aktif MV. Pusat aktif Mb dibentuk terutama oleh radikal asam amino hidrofobik, yang berjarak jauh satu sama lain dalam struktur primer (misalnya, Tri 3 9 dan Fen 138) Ligan yang sukar larut dalam air - heme dan O 2 - menempel pada pusat aktif. Heme adalah ligan spesifik apoMB (Gbr. 1.20), yang dasarnya terdiri dari empat cincin pirol yang dihubungkan oleh jembatan metenil; di tengahnya terdapat atom Fe+ 2 yang terhubung ke atom nitrogen pada cincin pirol melalui empat ikatan koordinasi. Di pusat aktif Mb, selain radikal asam amino hidrofobik, juga terdapat residu dua asam amino dengan radikal hidrofilik - Gis E 7(Gis 64) dan GIS F 8(93 miliknya) (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 terikat secara kovalen ke F8-Nya melalui atom besi. O 2 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 pengikatan O2 ke Fe+2 yang kuat namun reversibel dan mencegah air memasuki situs aktif hidrofobik, yang dapat menyebabkan oksidasi menjadi Fe+3.

Struktur monomer Mb dan pusat aktifnya menentukan tingginya afinitas protein terhadap O2.

4. Struktur oligomer Hb dan pengaturan afinitas Hb terhadap ligan O2. Hemoglobin manusia- keluarga protein, seperti mioglobin, yang berhubungan dengan protein kompleks (hemoprotein). Mereka memiliki struktur tetramerik dan mengandung dua rantai α, tetapi berbeda dalam struktur dua rantai polipeptida lainnya (rantai 2α-, 2x). Struktur rantai polipeptida kedua menentukan ciri-ciri fungsi bentuk Hb ini. Sekitar 98% hemoglobin dalam sel darah merah orang dewasa adalah hemoglobin A(rantai 2α-, 2p).

Selama perkembangan janin, ada dua jenis utama hemoglobin yang berfungsi: 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 intrauterin dan hanya setelah lahir digantikan oleh Hb A.

HB A adalah protein terkait mioglobin (MB) yang ditemukan pada sel darah merah manusia dewasa. Struktur masing-masing protomernya mirip dengan mioglobin. Struktur sekunder dan tersier dari protomer mioglobin dan hemoglobin sangat mirip, meskipun faktanya dalam struktur primer rantai polipeptidanya hanya 24 residu asam amino yang identik (struktur sekunder protomer hemoglobin, seperti mioglobin, mengandung delapan heliks α, ditunjuk dengan huruf latin dari A sampai H , dan struktur tersiernya berbentuk bola kompak). Namun berbeda dengan mioglobin, hemoglobin memiliki struktur oligomer, terdiri dari empat rantai polipeptida yang dihubungkan melalui ikatan non-kovalen (Gambar 1.22).

Setiap protomer Hb dikaitkan dengan bagian non-protein - heme dan protomer tetangganya. Hubungan bagian protein Hb dengan heme mirip dengan mioglobin: pada pusat aktif protein, bagian hidrofobik heme dikelilingi oleh radikal asam amino hidrofobik kecuali 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 hal yang penting peran tambahan dalam berfungsinya Nv. Heme bebas memiliki afinitas 25.000 kali lebih tinggi terhadap CO dibandingkan O2. CO terbentuk dalam jumlah kecil di dalam tubuh dan, mengingat afinitasnya yang tinggi terhadap heme, CO dapat mengganggu pengangkutan O2 yang diperlukan untuk kehidupan sel. Namun, dalam komposisi hemoglobin, afinitas heme terhadap karbon monoksida melebihi afinitas terhadap O 2 hanya 200 kali lipat karena adanya His E 7 di pusat aktif. Sisa asam amino ini menciptakan kondisi optimal untuk pengikatan heme ke O2 dan melemahkan interaksi heme dengan CO.

5. Fungsi utama HB adalah mengangkut O2 dari paru-paru ke jaringan. Berbeda dengan mioglobin monomer, yang memiliki afinitas sangat tinggi terhadap O2 dan berfungsi menyimpan oksigen di otot merah, struktur oligomer hemoglobin menyediakan:

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

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

3) kemungkinan mengatur afinitas Hb terhadap O2.

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

Dalam deoksihemoglobin, karena ikatan dengan F 8 His, 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 menggunakan ikatan koordinasi bebas tunggal. E 7 miliknya memberikan kondisi optimal untuk pengikatan O 2 ke besi heme.

Penambahan O2 pada atom Fe+2 dari salah satu protomer menyebabkan pergerakannya ke bidang heme, diikuti oleh 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 interaksinya dengan molekul O2 berikutnya.

Molekul O2 keempat menempel pada hemoglobin 300 kali lebih mudah daripada molekul 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 molekul sebelumnya, juga karena perubahan kooperatif dalam konformasi protomer.

7. CO 2 dan H+, yang terbentuk selama katabolisme zat organik, mengurangi afinitas hemoglobin terhadap O 2 sebanding dengan konsentrasinya. Energi yang dibutuhkan untuk fungsi sel diproduksi terutama di mitokondria selama oksidasi zat organik menggunakan O2 yang dikirim dari paru-paru melalui hemoglobin. Sebagai hasil oksidasi zat organik, produk akhir penguraiannya 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 menembus ke dalam sel darah merah, di mana, di bawah aksi enzim karbanhidrase, CO2 diubah menjadi asam karbonat. Asam lemah ini terdisosiasi menjadi proton dan ion bikarbonat.

H+ mampu bergabung dengan radikal-radikalnya 14 6 dalam rantai α- dan β hemoglobin, mis. di daerah yang jauh dari heme. Protonasi hemoglobin mengurangi afinitasnya terhadap O2, mendorong pembuangan O2 dari oksiHb, pembentukan deoksiHb, 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 sel darah merah disebut efek Bohr (dinamai menurut ahli fisiologi Denmark Christian Bohr, yang pertama kali menemukan efek ini).

Di paru-paru, tekanan parsial oksigen yang tinggi mendorong pengikatannya dengan deoksiHb, yang mengurangi afinitas protein terhadap H+. Proton yang dilepaskan di bawah pengaruh asam karbonat bereaksi dengan bikarbonat membentuk CO 2 dan H 2 O

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

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

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

8. Regulasi alosterik afinitas Hb terhadap O2 oleh ligan - 2,3-bifosfogliserat. 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 konsentrasi Hb. 2,3-BPG memiliki muatan negatif kuat -5.

Bifosfogliserat di kapiler jaringan, berikatan dengan deoksihemoglobin, meningkatkan pelepasan oksigen ke jaringan, mengurangi afinitas Hb terhadap O2.

Di tengah molekul hemoglobin tetramerik terdapat rongga. Ini dibentuk oleh residu asam amino dari keempat protomer (lihat Gambar 1.22). Di kapiler jaringan, protonasi Hb (efek Bohr) menyebabkan putusnya ikatan antara besi heme dan O2. Dalam sebuah molekul

deoksihemoglobin, dibandingkan dengan oksihemoglobin, muncul ikatan ion tambahan yang menghubungkan protomer, akibatnya dimensi rongga pusat meningkat dibandingkan dengan oksihemoglobin. Rongga sentral merupakan tempat melekatnya 2,3-BPG pada hemoglobin. Karena perbedaan ukuran rongga tengah, 2,3-BPG hanya dapat menempel pada deoksihemoglobin.

2,3-BPG berinteraksi dengan hemoglobin di tempat yang jauh dari pusat aktif protein dan termasuk dalam alosterik ligan (pengaturan), dan rongga tengah Hb adalah pusat alosterik. 2,3-BPG memiliki muatan negatif yang kuat dan berinteraksi dengan lima gugus bermuatan positif dari dua rantai β Hb: gugus N-terminal α-amino dari Val dan radikal Lys 82 His 143 (Gbr. 1.26).

Beras. 1.26. BPG di rongga tengah deoksihemoglobin

BPG berikatan dengan tiga gugus bermuatan positif pada setiap untai β.

Dalam kapiler jaringan, deoksihemoglobin yang dihasilkan berinteraksi dengan 2,3-BPG dan ikatan ionik terbentuk antara radikal rantai β bermuatan positif dan ligan bermuatan negatif, yang mengubah konformasi protein dan mengurangi afinitas Hb terhadap O2. . Penurunan afinitas Hb terhadap O2 mendorong 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. Perlekatan ligan di situs

berjauhan secara spasial satu sama lain (alosterik), dapat menyebabkan perubahan konformasi pada seluruh molekul protein. Akibat interaksi dengan ligan pengatur, terjadi perubahan konformasi dan adaptasi fungsi molekul protein terhadap 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, selama proses pelipatan (pembentukan konformasi asli) dan selama perakitan protein oligomer, serta selama fungsinya, zat antara , konformasi yang rawan agregasi dan tidak stabil muncul dalam struktur protein. Radikal hidrofobik, biasanya tersembunyi di dalam molekul protein dalam konformasi asli, muncul di permukaan dalam konformasi tidak stabil dan cenderung bergabung dengan kelompok protein lain yang sulit larut dalam air. Protein khusus telah ditemukan dalam sel semua organisme yang diketahui yang memastikan pelipatan protein sel yang optimal, menstabilkan konformasi aslinya selama berfungsi dan, yang paling penting, mempertahankan struktur dan fungsi protein intraseluler ketika homeostasis terganggu. Protein-protein ini disebut "pendamping" yang berarti "pengasuh" dalam bahasa Perancis.

1. Pendamping molekuler dan perannya dalam mencegah denaturasi protein.

Pendamping (CH) diklasifikasikan menurut massa subunitnya. Pendamping dengan berat molekul tinggi memiliki massa 60 hingga 110 kDa. Diantaranya, tiga kelas yang paling banyak dipelajari: Sh-60, Sh-70 dan Sh-90. Setiap kelas mencakup keluarga protein terkait. Jadi, Sh-70 mengandung protein dengan berat molekul 66 hingga 78 kDa. Pendamping dengan berat molekul rendah memiliki berat molekul 40 hingga 15 kDa.

Di antara para pendamping ada pokok protein, sintesis basalnya yang tinggi tidak bergantung pada efek stres pada sel-sel tubuh, dan dapat diinduksi, sintesisnya lemah dalam kondisi normal, tetapi meningkat tajam di bawah tekanan. Pendamping yang dapat diinduksi juga disebut “protein kejutan panas” karena pertama kali ditemukan dalam sel yang terkena suhu tinggi. Dalam sel, karena tingginya konsentrasi protein, reaktivasi spontan protein yang terdenaturasi sebagian sulit dilakukan. Sh-70 dapat mencegah timbulnya denaturasi 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 rantai polipeptida tunggal Ш-70 terdapat daerah berupa alur yang mampu berinteraksi dengan peptida yang panjangnya

dari 7 hingga 9 residu asam amino yang diperkaya dengan radikal hidrofobik. Daerah seperti itu pada protein globular terdapat kira-kira setiap 16 asam amino. Sh-70 mampu melindungi protein dari inaktivasi suhu dan memulihkan konformasi serta aktivitas protein yang terdenaturasi sebagian.

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

Beras. 1.27. Partisipasi pendamping dalam pelipatan protein

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

Banyak protein bermolekul tinggi yang memiliki konformasi kompleks, seperti struktur domain, terlipat dalam ruang khusus yang dibentuk oleh Sh-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 Sh-60 terdiri dari tiga domain: apikal (apikal), diperkaya dengan radikal hidrofobik yang menghadap rongga cincin, perantara dan khatulistiwa (Gbr. 1.28).

Beras. 1.28. Struktur kompleks pendamping terdiri dari 14 Ш-60

A - tampak samping; B - tampilan atas

Protein yang disintesis, yang memiliki unsur-unsur pada permukaan yang merupakan karakteristik molekul yang tidak terlipat, khususnya radikal hidrofobik, memasuki rongga cincin pendamping. Dalam lingkungan spesifik rongga-rongga ini, kemungkinan konformasi dicari sampai satu-satunya konformasi 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 membutuhkan banyak energi.

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

TOPIK 1.6. VARIETAS PROTEIN. KELUARGA PROTEIN: CONTOH IMUNOGLOBULIN

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

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

diantaranya dapat mengambil banyak konformasi dengan energi Gibbs yang kira-kira sama, tetapi dengan sifat yang berbeda. Struktur utama dari sebagian besar protein yang diketahui, dipilih melalui evolusi biologis, memastikan stabilitas luar biasa dari salah satu konformasi, yang menentukan karakteristik fungsi protein ini.

2. Keluarga protein. Dalam spesies biologis yang sama, substitusi residu asam amino dapat menyebabkan munculnya protein berbeda yang menjalankan fungsi terkait dan memiliki rangkaian asam amino homolog. Protein terkait tersebut memiliki konformasi yang sangat mirip: jumlah dan posisi relatif heliks α dan/atau struktur β, sebagian besar putaran dan lengkungan rantai polipeptida serupa atau identik. Protein dengan daerah rantai polipeptida homolog, konformasi serupa dan fungsi terkait diklasifikasikan 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 asam amino yang identik pada 40% posisinya dan konformasi yang sangat mirip (Gbr. 1.29).

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

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

3. Keluarga imunoglobulin. Dalam berfungsinya sistem kekebalan tubuh, protein dari superfamili imunoglobulin memainkan peran besar, yang mencakup tiga keluarga protein:

Antibodi (imunoglobulin);

Reseptor limfosit T;

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

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

4. Antibodi- protein spesifik yang diproduksi oleh limfosit B sebagai respons terhadap masuknya struktur asing ke dalam tubuh, 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: domain variabel (VL), yang terletak di wilayah terminal-N rantai polipeptida, dan domain konstan (CL), yang terletak di terminal-C. Rantai berat biasanya memiliki empat domain: satu variabel (VH), terletak di ujung N, dan tiga domain konstan (CH1, CH2, CH3) (lihat Gambar 1.30). Setiap domain imunoglobulin memiliki superstruktur lembaran β di mana dua residu sistein dihubungkan oleh ikatan disulfida.

Di antara dua domain konstan CH1 dan CH2 terdapat wilayah yang mengandung sejumlah besar residu prolin, yang mencegah pembentukan struktur sekunder dan interaksi rantai H yang berdekatan 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), oleh karena itu antibodi semacam itu sering disebut bivalen. Tidak seluruh rangkaian asam amino dari daerah variabel kedua rantai terlibat dalam pengikatan antigen ke antibodi, tetapi hanya 20-30 asam amino yang terletak di daerah hipervariabel dari setiap rantai. Wilayah inilah yang menentukan kemampuan unik setiap jenis antibodi untuk berinteraksi dengan antigen komplementer terkait.

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 permulaan proses inaktivasi dan penghancuran antigen. Spesifisitas tahap kedua bergantung pada kelas antibodi. Ada lima kelas rantai berat yang berbeda satu sama lain dalam struktur domain konstan: α, δ, ε, γ dan μ, yang menurutnya lima kelas imunoglobulin dibedakan: A, D, E, G dan M.

Ciri-ciri struktural rantai berat memberikan daerah engsel dan daerah terminal-C rantai berat suatu karakteristik konformasi dari setiap kelas. Setelah antigen berikatan dengan antibodi, perubahan konformasi dalam domain konstan menentukan jalur penghilangan antigen.

Beras. 1. 30. Struktur domain IgG

Imunoglobulin M

Imunoglobulin M memiliki dua bentuk.

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

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

Imunoglobulin G

Secara kuantitatif, kelas imunoglobulin ini mendominasi dalam darah (75% dari seluruh Ig). IgG - monomer, kelas utama antibodi yang disekresikan ke dalam darah selama respon 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 makrofag dan neutrofil. Interaksi dengan fagosit mengarah

Beras. 1.31. Struktur bentuk sekretori IgM

untuk penyerapan kompleks antigen-antibodi dan penghancurannya dalam fagosom sel. IgG merupakan satu-satunya golongan antibodi yang mampu menembus penghalang plasenta dan memberikan perlindungan intrauterin pada janin dari infeksi.

Imunoglobulin A

Kelas utama antibodi terdapat dalam sekret (susu, air liur, sekret saluran pernafasan dan saluran usus). IgA disekresi 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 mencegah perlekatan mereka pada sel epitel dan penetrasi ke dalam tubuh.

Imunoglobulin E

Imunoglobulin E diwakili oleh monomer yang mengandung rantai ε berat, seperti rantai μ imunoglobulin M, satu variabel dan empat domain konstan. IgE setelah sekresi berikatan dengannya

Beras. 1.32. Struktur IgA

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

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

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

Imunoglobulin D

Imunoglobulin D ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil dalam serum; Rantai δ berat memiliki satu domain 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) menyebabkan transmisi sinyal-sinyal ini ke dalam sel dan aktivasi mekanisme yang memastikan proliferasi klon limfosit tertentu.

TOPIK 1.7. SIFAT FISIK DAN KIMIA PROTEIN SERTA METODE PEMISAHANNYA

1. Protein individu berbeda dalam sifat fisik dan kimia:

Bentuk molekul;

Berat molekul;

Muatan total, yang besarnya bergantung pada perbandingan gugus asam amino anionik dan kationik;

Rasio radikal asam amino polar dan nonpolar pada permukaan molekul;

Tingkat resistensi terhadap berbagai agen denaturasi.

2. Kelarutan protein tergantung tentang sifat-sifat protein yang disebutkan di atas, serta tentang komposisi media di mana protein dilarutkan (nilai pH, komposisi garam, suhu, keberadaan zat organik lain yang dapat berinteraksi dengan protein). Besarnya muatan molekul protein merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutannya. Ketika muatan pada titik isoelektrik hilang, protein lebih mudah berkumpul dan mengendap. Hal ini terutama terjadi pada protein terdenaturasi, di mana radikal asam amino hidrofobik muncul di permukaan.

Pada permukaan molekul protein terdapat radikal asam amino bermuatan positif dan negatif. Jumlah gugus ini, dan muatan total protein, bergantung 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 - oleh 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 dimana suatu protein mempunyai muatan nol disebut titik isoelektrik (IEP). Dalam IET, jumlah gugus bermuatan positif dan negatif adalah sama, yaitu. protein berada dalam keadaan isoelektrik.

3. Pemisahan protein individu. Ciri-ciri struktur dan fungsi tubuh bergantung pada kumpulan protein yang disintesis di dalamnya. Mempelajari struktur dan sifat protein tidak mungkin dilakukan tanpa mengisolasinya dari sel dan memurnikannya dari protein lain dan molekul organik. Tahapan isolasi dan pemurnian protein individu:

Penghancuran sel jaringan yang sedang dipelajari dan memperoleh homogenat.

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

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

Mengasinkan. Protein yang berbeda mengendap pada konsentrasi garam yang berbeda dalam larutan. Dengan meningkatkan konsentrasi garam secara bertahap, dimungkinkan untuk memperoleh sejumlah fraksi terpisah dengan kandungan dominan protein terisolasi di salah satunya. Amonium sulfat paling sering digunakan untuk fraksinasi protein. Protein dengan kelarutan paling kecil akan mengendap pada konsentrasi garam rendah.

Filtrasi gel- metode menyaring molekul melalui butiran Sephadex yang membengkak (rantai polisakarida tiga dimensi dari dekstran yang memiliki pori-pori). Kecepatan protein melewati kolom yang diisi dengan Sephadex akan bergantung pada berat molekulnya: semakin kecil massa molekul protein, semakin mudah mereka menembus ke dalam butiran dan bertahan di sana lebih lama; semakin besar massanya, semakin cepat mereka terelusi dari butiran kolom.

Ultrasentrifugasi- metode yang melibatkan penempatan protein dalam tabung sentrifus ke dalam rotor ultrasentrifugasi. Ketika rotor berputar, laju sedimentasi protein sebanding dengan berat molekulnya: fraksi protein yang lebih berat terletak lebih dekat ke dasar tabung reaksi, fraksi protein yang lebih ringan terletak lebih dekat ke permukaan.

Elektroforesis- metode yang didasarkan pada perbedaan kecepatan pergerakan protein dalam medan listrik. Nilai ini sebanding dengan muatan protein. Elektroforesis protein dilakukan di atas kertas (dalam hal ini kecepatan pergerakan protein hanya sebanding dengan muatannya) atau dalam gel poliakrilamida dengan ukuran pori tertentu (kecepatan pergerakan 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 pada resin sebanding dengan muatan protein. Protein yang teradsorpsi pada polimer penukar ion dapat tersapu dengan meningkatnya konsentrasi larutan NaCl; semakin rendah muatan protein, semakin rendah konsentrasi NaCl yang diperlukan untuk menghilangkan protein yang terikat pada gugus ionik resin.

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

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 garam setelah penggaraman.

TUGAS KERJA EKSTRAKURIKULER

1. Isi tabelnya. 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 asam amino hidrofobik dalam pembentukan pusat aktif protein ini? Jelaskan struktur pusat aktif Mb dan Hb serta mekanisme perlekatan ligan padanya. Apa peran residu His F 8 dan His E 7 dalam berfungsinya pusat aktif Mv iHv?

b) sifat baru apa yang dimiliki protein oligomer, hemoglobin, yang berkerabat dekat dengan mioglobin monomer? Jelaskan peran perubahan kooperatif dalam konformasi protomer dalam molekul hemoglobin, pengaruh CO2 dan konsentrasi proton terhadap afinitas hemoglobin terhadap oksigen, serta peran 2,3-BPG dalam regulasi alosterik fungsi Hb .

2. Ciri-ciri pendamping molekuler, dengan memperhatikan hubungan antara struktur dan fungsinya.

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

4. Protein individu yang dimurnikan seringkali diperlukan untuk tujuan biokimia dan pengobatan. Jelaskan sifat fisikokimia protein yang menjadi dasar metode pemisahan dan pemurniannya.

TUGAS PENGENDALIAN DIRI

1. Pilihlah jawaban yang benar.

Fungsi hemoglobin:

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

B. Mempertahankan pH darah yang konstan D. Transportasi CO 2 dari paru-paru ke jaringan

D. Transportasi CO 2 dari jaringan ke paru-paru

2. Pilihlah jawaban yang benar. Liganα -protomer Hb adalah: A.Heme

B.Oksigen

B.CO G.2,3-BPG

D. β-Protomer

3. Pilihlah jawaban yang benar.

Hemoglobin berbeda dengan mioglobin:

A. Memiliki struktur kuaterner

B. Struktur sekunder hanya diwakili oleh heliks α

B. Milik protein kompleks

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

4. Pilihlah jawaban yang benar.

Afinitas Hb terhadap O2 menurun:

A. Ketika satu molekul O 2 ditambahkan B. Ketika satu molekul O 2 dihilangkan

B. Saat berinteraksi dengan 2,3-BPG

D. Bila dilekatkan pada protomer H + D. Bila konsentrasi 2,3-BPG menurun

5. Cocok.

Tipe HB mempunyai ciri-ciri :

A. Dalam bentuk deoksi membentuk agregat fibrilar B. Berisi dua rantai α- dan dua rantai δ

B. Bentuk Hb yang dominan pada eritrosit dewasa D. Mengandung heme dengan Fe+3 pada pusat aktifnya

D. Berisi dua rantai α- dan dua γ 1. HbA 2.

6. Cocok.

Ligan Hb:

A. Berikatan dengan Hb di pusat alosterik

B. Memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap situs aktif Hb

B. Dengan bergabung, meningkatkan afinitas Hb terhadap O 2 G. Mengoksidasi Fe+ 2 menjadi Fe+ 3

D. Membentuk ikatan kovalen dengan F8 miliknya

7. Pilihlah jawaban yang benar.

Pendamping:

A. Protein terdapat di seluruh bagian sel

B. Sintesis meningkat di bawah tekanan

B. Berpartisipasi dalam hidrolisis protein terdenaturasi

D. Berpartisipasi dalam mempertahankan konformasi asli protein

D. Mereka menciptakan organel di mana konformasi protein terbentuk.

8. Cocokkan. Imunoglobulin:

A. Bentuk sekretorinya adalah pentamerik.

B. Kelas Ig yang menembus sawar plasenta

B. Ig - reseptor sel mast

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

9. Pilihlah jawaban yang benar.

Imunoglobulin E:

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

B. Tertanam dalam membran limfosit T

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

D. Bertanggung jawab atas reaksi alergi

10. Pilihlah jawaban yang benar.

Metode pemisahan protein didasarkan pada perbedaan berat molekulnya:

A. Filtrasi gel

B. Ultrasentrifugasi

B. Elektroforesis gel poliakrilamida D. Kromatografi penukar ion

D. Kromatografi afinitas

11. Pilih jawaban yang benar.

Metode pemisahan protein didasarkan pada perbedaan kelarutannya dalam air:

A. Filtrasi gel B. Pengasinan

B. Kromatografi penukar ion D. Kromatografi afinitas

D. Elektroforesis dalam gel poliakrilamida

STANDAR JAWABAN TERHADAP “TUGAS PENGENDALIAN DIRI”

1.A,B,C,D

2.A,B,C,D

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

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

7.A,B,D,D

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

SYARAT DAN KONSEP DASAR

1. Protein oligomer, protomer, struktur protein kuaterner

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 (serin protease, imunoglobulin)

7. Hubungan IgM-, G-, E-, A-struktur-fungsi

8. Muatan total protein, titik isoelektrik protein

9. Elektroforesis

10. Pengasinan

11. Filtrasi gel

12. Kromatografi pertukaran ion

13. Ultrasentrifugasi

14. Kromatografi afinitas

15. Elektroforesis protein plasma darah

TUGAS UNTUK PEKERJAAN KELAS

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

Beras. 1.34. Ketergantungan saturasi Mv danNHoksigen 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 dimana Mb dan Hb jenuh dengan O 2 sebesar 50%. Manakah dari protein berikut yang memiliki afinitas lebih tinggi terhadap O2?

2. Ciri-ciri struktural Mb apa yang menentukan afinitasnya yang tinggi terhadap O 2?

3. Ciri-ciri struktural HB apa yang memungkinkannya melepaskan O2 di kapiler jaringan istirahat (dengan tekanan parsial O2 yang relatif tinggi) dan secara tajam meningkatkan pelepasan ini pada otot yang bekerja? Sifat protein oligomer apa yang memberikan efek ini?

4. Hitung berapa jumlah O2 (dalam%) hemoglobin teroksigenasi yang diberikan kepada otot istirahat dan bekerja?

5. menarik kesimpulan tentang hubungan antara struktur suatu protein dan fungsinya.

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

1. jelaskan efek Bohr.

2. ke arah mana proses yang ditunjukkan pada diagram berlangsung:

a) di kapiler paru-paru;

b) di kapiler jaringan?

3. Apa arti fisiologis dari efek Bohr?

4. Mengapa interaksi Hb dengan H+ pada tempat yang jauh dari heme mengubah afinitas protein terhadap O 2?

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

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

2. Bentuk hemoglobin (oksi atau deoksi) manakah yang berinteraksi dengan BPG dan mengapa? Di bagian molekul Hb manakah interaksi terjadi?

3. ke arah manakah proses yang ditunjukkan pada diagram terjadi?

a) di kapiler jaringan;

b) di kapiler paru-paru?

4. dimana konsentrasi kompleks harus lebih tinggi

Nv-2,3-BFG:

a) di kapiler otot saat istirahat,

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

5. Bagaimana afinitas HB terhadap oksigen berubah ketika seseorang beradaptasi dengan kondisi dataran tinggi, 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 O 2 berubah dalam darah yang diawetkan jika konsentrasi 2,3-BPG dalam eritrosit dapat menurun dari 8 menjadi 0,5 mmol/l. Apakah mungkin untuk mentransfusikan darah tersebut ke pasien yang sakit parah jika konsentrasi 2,3-BPG pulih tidak lebih awal dari setelah tiga hari? Apakah mungkin mengembalikan fungsi sel darah merah dengan menambahkan 2,3-BPG ke dalam darah?

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

Sifat fisikokimia protein dan metode pemisahannya.

6. Bagaimana muatan bersih suatu protein mempengaruhi kelarutannya?

a) tentukan muatan total peptida pada pH 7

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

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

c) berapa titik isoelektrik suatu protein (IEP) dan di lingkungan manakah letaknya?

IET dari peptida ini?

d) pada nilai pH berapa kelarutan terendah dari peptida ini akan diamati.

7. Mengapa susu asam, tidak seperti susu segar, “mengental” ketika direbus (yaitu, kasein protein susu mengendap)? Dalam susu segar, molekul kasein mempunyai muatan negatif.

8. Filtrasi gel digunakan untuk memisahkan protein individu. Campuran yang mengandung protein A, B, C dengan berat molekul masing-masing sebesar 160.000, 80.000 dan 60.000, dianalisis dengan filtrasi gel (Gbr. 1.35). Butiran gel yang membengkak dapat ditembus oleh protein dengan berat molekul kurang dari 70.000. Prinsip apa yang mendasari metode pemisahan ini? Grafik manakah yang mencerminkan hasil fraksinasi dengan benar? Tunjukkan urutan pelepasan protein A, B, dan C dari kolom.

Beras. 1.35. Menggunakan Filtrasi Gel untuk Pemisahan Protein

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

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

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

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

Menggunakan data yang diberikan dalam tabel. 1.5, tebak penyakitnya, yang ditandai dengan profil elektroforesis yang ditunjukkan pada Gambar. 1.36.

Tabel 1.5. Perubahan konsentrasi protein serum pada patologi

Protein adalah zat organik. Senyawa bermolekul tinggi ini dicirikan oleh komposisi tertentu dan, setelah hidrolisis, terurai menjadi asam amino. Molekul protein dapat hadir dalam berbagai bentuk, banyak di antaranya terdiri dari beberapa rantai polipeptida. Informasi tentang struktur protein dikodekan dalam DNA, dan proses sintesis molekul protein disebut translasi.

Komposisi kimia protein

Rata-rata protein mengandung:

• 52% karbon;
• 7% hidrogen;
• 12% nitrogen;
• 21% oksigen;
• 3% belerang.

Molekul protein adalah polimer. Untuk memahami strukturnya, perlu diketahui apa monomernya - asam amino -.

Asam amino

Mereka biasanya dibagi menjadi dua kategori: terjadi terus-menerus dan kadang-kadang terjadi. Yang pertama mencakup 18 dan 2 Amida lagi: asam aspartat dan glutamat. Terkadang hanya ditemukan tiga asam.

Asam-asam ini dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara: berdasarkan sifat rantai sampingnya atau muatan radikalnya, dan juga dapat dibagi berdasarkan jumlah gugus CN dan COOH.

Struktur protein primer

Urutan pergantian asam amino dalam rantai protein menentukan tingkat organisasi, sifat, dan fungsinya selanjutnya. Yang utama di antara monomer adalah peptida. Ini dibentuk oleh abstraksi hidrogen dari satu asam amino dan gugus OH dari asam amino lainnya.

Tingkat pertama pengorganisasian suatu molekul protein adalah urutan asam amino di dalamnya, secara sederhana suatu rantai yang menentukan struktur molekul protein. Ini terdiri dari “kerangka” yang memiliki struktur teratur. Ini adalah urutan berulang -NH-CH-CO-. Rantai samping individu diwakili oleh radikal asam amino (R), sifatnya menentukan komposisi struktur protein.

Sekalipun struktur molekul proteinnya sama, sifat-sifatnya mungkin berbeda hanya karena monomernya memiliki urutan rantai yang berbeda. Urutan asam amino dalam suatu protein ditentukan oleh gen dan menentukan fungsi biologis tertentu pada protein tersebut. Urutan monomer dalam molekul yang bertanggung jawab atas fungsi yang sama seringkali serupa pada spesies yang berbeda. Molekul semacam itu memiliki organisasi yang identik atau serupa dan melakukan fungsi yang sama pada berbagai jenis organisme - protein homolog. Struktur, sifat dan fungsi molekul masa depan sudah terbentuk pada tahap sintesis rantai asam amino.

Beberapa fitur umum

Struktur protein telah dipelajari sejak lama, dan analisis struktur primernya memungkinkan dilakukannya beberapa generalisasi. Sejumlah besar protein dicirikan oleh adanya kedua puluh asam amino, yang terutama banyak terdapat glisin, alanin, glutamin dan sedikit triptofan, arginin, metionin, dan histidin. Satu-satunya pengecualian adalah beberapa kelompok protein, misalnya histon. Mereka dibutuhkan untuk pengemasan DNA dan mengandung banyak histidin.

Segala jenis pergerakan organisme (kerja otot, pergerakan protoplasma dalam sel, kerlipan silia pada protozoa, dll.) dilakukan oleh protein. Struktur protein memungkinkan mereka bergerak, membentuk serat dan cincin.

Fungsi transpor adalah banyak zat diangkut melintasi membran sel oleh protein pembawa khusus.

Peran hormonal dari polimer ini segera jelas: sejumlah hormon berstruktur protein, misalnya insulin, oksitosin.

Fungsi cadangan ditentukan oleh fakta bahwa protein mampu membentuk endapan. Misalnya, valgumin telur, kasein susu, protein biji tanaman - mereka menyimpan banyak nutrisi.

Semua tendon, sendi artikular, tulang rangka, dan kuku dibentuk oleh protein, yang membawa kita ke fungsi selanjutnya - pendukung.

Molekul protein adalah reseptor yang melakukan pengenalan selektif terhadap zat tertentu. Glikoprotein dan lektin terkenal karena peran ini.

Faktor imunitas yang paling penting adalah antibodi dan berasal dari protein. Misalnya, proses pembekuan darah didasarkan pada perubahan protein fibrinogen. Dinding bagian dalam kerongkongan dan lambung dilapisi dengan lapisan pelindung protein mukosa - lycins. Racun juga berasal dari protein. Dasar kulit yang melindungi tubuh hewan adalah kolagen. Semua fungsi protein ini bersifat protektif.

Nah, fungsi terakhir adalah regulasi. Ada protein yang mengontrol fungsi genom. Artinya, mereka mengatur transkripsi dan terjemahan.

Betapapun pentingnya peran protein, struktur protein telah diungkap oleh para ilmuwan sejak lama. Dan sekarang mereka menemukan cara baru untuk menggunakan pengetahuan ini.

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

Vitamin yang larut dalam lemak melakukan berbagai fungsi: vitamin A berpartisipasi dalam proses penglihatan, serta pertumbuhan dan diferensiasi sel; kemampuannya dalam 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 sehingga 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 mempunyai ciri khasnya masing-masing.

Struktur protein primer

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

Jika gugus imino prolin atau hidroksiprolin terlibat dalam pembentukan ikatan peptida, maka bentuknya berbeda. [menunjukkan].

Ketika ikatan peptida terbentuk di dalam sel, gugus karboksil dari satu asam amino diaktifkan terlebih dahulu, dan kemudian bergabung dengan gugus amino asam amino lainnya. Sintesis polipeptida di laboratorium dilakukan dengan cara yang kira-kira sama.

Ikatan peptida adalah fragmen berulang dari rantai polipeptida. Ia memiliki sejumlah ciri yang tidak hanya mempengaruhi bentuk struktur primer, tetapi juga tingkat organisasi rantai polipeptida yang lebih tinggi:

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

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

posisi trans substituen relatif terhadap ikatan C-N;

kemampuan membentuk ikatan hidrogen, dan masing-masing gugus peptida dapat membentuk dua ikatan hidrogen dengan gugus lain, termasuk gugus peptida.

Pengecualiannya adalah gugus peptida yang melibatkan 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 daerah di mana prolin atau hidroksiprolin berada mudah tertekuk, karena tidak terikat, seperti biasanya, oleh ikatan hidrogen kedua.

Tatanama peptida dan polipeptida. Nama peptida terdiri dari nama asam amino penyusunnya. Dua asam amino membentuk dipeptida, tiga asam amino membentuk tripeptida, empat asam amino membentuk tetrapeptida, dan seterusnya. 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 karboksil bebas. kelompok. Saat memberi nama polipeptida, semua asam amino dicantumkan secara berurutan, dimulai dengan terminal-N, menggantikan namanya, kecuali terminal-C, dengan akhiran -in dengan -il (karena asam amino dalam peptida tidak lagi memiliki a gugus karboksil, tetapi gugus karbonil). Misalnya, nama yang ditunjukkan pada Gambar. 1 tripeptida - leuc lanau fenilalana lanau tigaon di dalam.

Ciri-ciri 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 struktural rantai polipeptida tersebut mempengaruhi penataan ruangnya.

Struktur sekunder protein

Struktur sekunder adalah cara pelipatan rantai polipeptida menjadi struktur teratur akibat terbentuknya ikatan hidrogen antara gugus peptida dari rantai yang sama atau rantai polipeptida yang berdekatan. Menurut konfigurasinya, struktur sekunder dibagi menjadi heliks (α-heliks) dan berlapis-lipat (struktur β dan bentuk silang).

α-Heliks. Ini adalah jenis struktur protein sekunder yang terlihat seperti heliks biasa, terbentuk karena ikatan hidrogen interpeptida dalam satu rantai polipeptida. Model struktur α-helix (Gbr. 2), yang memperhitungkan semua sifat ikatan peptida, diusulkan oleh Pauling dan Corey. Fitur utama α-heliks:

konfigurasi heliks dari rantai polipeptida yang memiliki simetri heliks;

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

keteraturan putaran spiral;

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

radikal samping asam amino tidak berpartisipasi dalam pembentukan α-helix.

Secara eksternal, α-helix tampak seperti spiral kompor listrik yang agak memanjang. Keteraturan ikatan hidrogen antara gugus peptida pertama dan keempat menentukan keteraturan putaran rantai polipeptida. Ketinggian satu putaran, atau tinggi nada heliks α, adalah 0,54 nm; itu mencakup 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 berbicara tentang kesetaraan semua residu asam amino dalam α-heliks. Periode keteraturan suatu α-heliks adalah 5 putaran atau 18 residu asam amino; panjang satu periode adalah 2,7 nm. Beras. 3. Model a-heliks Pauling-Corey

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

Dalam protein, transisi dari struktur α ke struktur β dan sebaliknya dimungkinkan karena penataan ulang ikatan hidrogen. Alih-alih ikatan hidrogen interpeptida biasa di sepanjang rantai (yang menyebabkan rantai polipeptida dipelintir menjadi spiral), bagian heliks terlepas dan ikatan hidrogen menutup di antara fragmen rantai polipeptida yang memanjang. Transisi ini ditemukan pada keratin, protein rambut. Saat mencuci rambut dengan deterjen alkaline, struktur heliks β-keratin mudah rusak dan berubah menjadi α-keratin (meluruskan rambut keriting).

Penghancuran struktur sekunder protein yang teratur (heliks α dan struktur β), dengan analogi dengan peleburan kristal, disebut “peleburan” polipeptida. Dalam hal ini, ikatan hidrogen terputus, dan rantai polipeptida berbentuk kusut acak. Akibatnya, 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 ditutup menjadi siklus karena ikatan disulfida. Banyak protein mengandung daerah heliks α dan struktur β. Hampir tidak ada protein alami yang terdiri dari 100% α-heliks (kecuali paramyosin, protein otot yang 96-100% α-heliks), sedangkan polipeptida sintetik memiliki 100% heliks.

Protein lain memiliki tingkat penggulungan yang berbeda-beda. Frekuensi tinggi struktur heliks α diamati pada paramiosin, mioglobin, dan hemoglobin. Sebaliknya, pada trypsin, suatu ribonuklease, sebagian besar rantai polipeptida dilipat menjadi struktur β berlapis. Protein jaringan pendukung: keratin (protein rambut, wol), kolagen (protein tendon, kulit), fibroin (protein sutra alam) memiliki konfigurasi rantai polipeptida β. Perbedaan derajat helisitas rantai polipeptida protein menunjukkan bahwa, jelas, terdapat kekuatan yang mengganggu sebagian helisitas atau “memutus” lipatan teratur rantai polipeptida. Alasannya adalah pelipatan rantai polipeptida protein yang lebih kompak dalam volume tertentu, yaitu menjadi struktur tersier.

Struktur tersier protein

Struktur tersier suatu protein adalah cara rantai polipeptida tersusun dalam ruang. Berdasarkan bentuk struktur tersiernya, protein dibedakan menjadi globular dan fibrilar. Protein globular paling sering berbentuk ellipsoid, sedangkan protein fibrilar (seperti benang) berbentuk memanjang (bentuk batang atau gelendong).

Namun, konfigurasi struktur tersier protein belum memberikan alasan untuk berpikir bahwa protein fibrilar hanya memiliki struktur β, dan protein globular memiliki struktur heliks α. Ada protein fibrilar yang memiliki struktur sekunder terlipat heliks, bukan berlapis. Misalnya, α-keratin dan paramyosin (protein otot obturator moluska), tropomiosin (protein otot rangka) termasuk dalam protein fibrillar (berbentuk batang), dan struktur sekundernya adalah α-helix; sebaliknya, protein globular mungkin mengandung sejumlah besar struktur β.

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

Ikatan yang menstabilkan struktur tersier suatu protein. Ikatan antar radikal samping asam amino berperan dalam menstabilkan struktur tersier. Koneksi ini dapat dibagi menjadi:

kuat (kovalen) [menunjukkan].

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

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

Fitur organisasi struktur tersier protein. Konformasi struktur tersier rantai polipeptida ditentukan oleh sifat radikal samping asam amino yang termasuk di dalamnya (yang tidak memiliki pengaruh nyata pada pembentukan struktur primer dan sekunder) dan lingkungan mikro, yaitu lingkungan mikro. lingkungan. Ketika dilipat, rantai polipeptida suatu protein cenderung mengambil bentuk yang menguntungkan secara energi, ditandai dengan energi bebas yang minimal. Oleh karena itu, gugus R nonpolar, yang “menghindari” air, seolah-olah membentuk bagian dalam struktur tersier protein, tempat bagian utama residu hidrofobik 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 dibengkokkan secara rumit dalam ruang tiga dimensi. Ketika ditekuk, konformasi heliks sekunder terganggu. 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. Situs tikungan lainnya adalah glisin, yang memiliki gugus R kecil (hidrogen). Oleh karena itu, gugus R dari asam amino lain, ketika ditumpuk, cenderung menempati ruang kosong 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 . Dalam molekul protein dengan konfigurasi tersier terdapat daerah berupa heliks α (heliks), struktur β (berlapis) dan kumparan acak. Hanya pelipatan spasial protein yang benar yang membuatnya aktif; pelanggarannya menyebabkan perubahan sifat protein dan hilangnya aktivitas biologis.

Struktur protein kuarter

Protein yang terdiri dari satu rantai polipeptida hanya memiliki struktur tersier. Ini termasuk mioglobin - protein jaringan otot yang terlibat dalam pengikatan oksigen, sejumlah enzim (lisozim, pepsin, trypsin, dll.). Namun, beberapa protein dibangun dari beberapa rantai polipeptida, yang masing-masing memiliki struktur tersier. Untuk protein tersebut, konsep struktur kuaterner telah diperkenalkan, yaitu pengorganisasian 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 kuaterner, protein mempertahankan konfigurasi dasar struktur tersier (globular atau fibrilar). Misalnya, hemoglobin adalah protein dengan struktur kuaterner dan terdiri dari empat subunit. Masing-masing subunitnya merupakan 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 kuaterner protein. Semua protein yang mempunyai struktur kuaterner diisolasi dalam bentuk 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 non-polar (yang merupakan mayoritas) semua asam amino proteinogenik) tersembunyi di dalam subunit. Banyak ikatan ionik (garam), hidrogen, dan dalam beberapa kasus disulfida terbentuk di antara gugus polarnya, yang dengan kuat menahan subunit dalam bentuk kompleks yang terorganisir. Penggunaan zat yang memutus ikatan hidrogen atau zat yang mereduksi jembatan disulfida menyebabkan disagregasi protomer dan rusaknya struktur kuaterner protein. Di meja 1 merangkum data tentang ikatan yang menstabilkan berbagai tingkat organisasi molekul protein [menunjukkan].

Fitur organisasi struktural beberapa protein fibrilar

Organisasi struktural protein fibrilar memiliki sejumlah ciri dibandingkan dengan protein globular. Ciri-ciri tersebut dapat dilihat pada contoh keratin, fibroin dan kolagen. Keratin ada dalam konformasi α- dan β. α-Keratin dan fibroin memiliki struktur sekunder berlapis-lipat, namun pada keratin rantainya paralel, dan pada fibroin bersifat antiparalel (lihat Gambar 3); Selain itu, keratin mengandung ikatan disulfida antar rantai, sedangkan fibroin tidak memilikinya. Putusnya ikatan disulfida menyebabkan pemisahan rantai polipeptida pada keratin. Sebaliknya, pembentukan jumlah maksimum ikatan disulfida pada keratin melalui paparan zat pengoksidasi menciptakan struktur spasial yang kuat. Secara umum, pada protein fibrilar, tidak seperti protein globular, terkadang sulit untuk membedakan secara tegas berbagai tingkat organisasi. Jika kita menerima (untuk protein globular) bahwa struktur tersier harus dibentuk dengan meletakkan satu rantai polipeptida di ruang angkasa, dan struktur kuaterner dengan beberapa rantai, maka dalam protein fibrilar beberapa rantai polipeptida sudah terlibat selama pembentukan struktur sekunder. . Contoh khas protein fibrilar adalah kolagen, yang merupakan salah satu protein paling melimpah di tubuh manusia (sekitar 1/3 massa seluruh protein). Ditemukan pada jaringan yang memiliki kekuatan tinggi dan ekstensibilitas rendah (tulang, tendon, kulit, gigi, dll). Dalam kolagen, sepertiga residu asam amino adalah glisin, dan sekitar seperempat atau lebih adalah prolin atau hidroksiprolin.

Rantai polipeptida kolagen yang terisolasi (struktur primer) tampak seperti garis putus-putus. Ini mengandung sekitar 1000 asam amino dan memiliki berat molekul sekitar 10 5 (Gbr. 5, a, b). Rantai polipeptida dibangun dari trio asam amino berulang (triplet) dengan komposisi berikut: gli-A-B, di mana A dan B adalah asam amino apa pun selain glisin (paling sering prolin dan hidroksiprolin). Rantai polipeptida kolagen (atau rantai α) selama pembentukan struktur sekunder dan tersier (Gbr. 5, c dan d) tidak dapat menghasilkan heliks α khas dengan simetri heliks. Prolin, hidroksiprolin, dan glisin (asam amino antiheliks) mengganggu hal ini. Oleh karena itu, tiga rantai α seolah-olah membentuk spiral yang bengkok, seperti tiga benang yang membungkus sebuah silinder. Tiga rantai α heliks membentuk struktur kolagen berulang yang disebut tropocollagen (Gbr. 5d). Tropocollagen dalam organisasinya merupakan struktur tersier dari kolagen. Cincin datar prolin dan hidroksiprolin yang bergantian secara teratur di sepanjang rantai memberikan kekakuan, begitu pula ikatan antar rantai antara rantai α tropokolagen (itulah sebabnya kolagen tahan terhadap peregangan). Tropocollagen pada dasarnya adalah subunit fibril kolagen. Peletakan subunit tropokolagen ke dalam struktur kuaterner kolagen terjadi secara bertahap (Gbr. 5e).

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

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

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

tipe kedua - tiga rantai α 1 (II);

tipe ketiga - tiga rantai α 1 (III);

tipe keempat - tiga rantai α 1 (IV).

Kolagen yang paling umum adalah jenis pertama: ditemukan di jaringan tulang, kulit, tendon; kolagen tipe kedua ditemukan di jaringan tulang rawan, dll. Terdapat berbagai jenis kolagen dalam satu jenis jaringan.

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

Kolagen merupakan protein ekstraseluler yang dibentuk oleh sel-sel jaringan ikat yang terdapat di seluruh organ. Oleh karena itu, ketika kolagen rusak (atau terganggunya pembentukannya), terjadi banyak pelanggaran fungsi pendukung jaringan ikat organ.

Rantai polipeptida alfa diakhiri dengan kombinasi asam amino valin-leusin, dan rantai polipeptida beta diakhiri dengan kombinasi valin-histidin-leusin. Rantai polipeptida alfa dan beta dalam molekul hemoglobin tidak tersusun secara linier; ini adalah struktur utama. Karena adanya gaya intramolekul, rantai polipeptida dipelintir dalam bentuk heliks alfa-heliks (struktur sekunder) khas protein. Heliks alfa-heliks itu sendiri membengkok secara spasial untuk setiap rantai polipeptida alfa dan beta, membentuk pleksus berbentuk bulat telur (struktur tersier). Bagian individu dari heliks alfa-heliks rantai polipeptida ditandai dengan huruf Latin dari A hingga H. Keempat rantai polipeptida alfa dan beta lengkung tersier terletak secara spasial dalam hubungan tertentu - struktur kuaterner. Mereka terhubung bukan oleh ikatan kimia nyata, tetapi oleh gaya antarmolekul.

Ternyata manusia memiliki tiga jenis utama hemoglobin normal: embrionik - U, janin - F, dan hemoglobin dewasa - A. HbU (dinamai berdasarkan huruf awal kata uterus) terjadi pada embrio antara minggu ke 7 dan 12 kehidupan, kemudian hilang dan muncul hemoglobin janin, yang setelah bulan ketiga merupakan hemoglobin utama janin. Setelah itu, hemoglobin dewasa biasa secara bertahap muncul, yang disebut HbA, setelah huruf awal dari kata bahasa Inggris “adult”. Jumlah hemoglobin janin berangsur-angsur menurun, sehingga pada saat lahir, 80% hemoglobin adalah HbA dan hanya 20% yang merupakan HbF. Setelah lahir, hemoglobin janin terus menurun dan pada usia 2-3 tahun hanya tinggal 1-2%. Jumlah hemoglobin janin yang sama terdapat pada orang dewasa. Jumlah HbF yang melebihi 2% dianggap patologis untuk orang dewasa dan anak di atas 3 tahun.

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

Hemoglobin (Hb)- kromoprotein yang ada dalam sel darah merah dan terlibat dalam pengangkutan oksigen ke jaringan. Hemoglobin pada orang dewasa disebut hemoglobin A (Hb A). Berat molekulnya sekitar 65.000 Da. Molekul Hb A memiliki struktur kuaterner dan mencakup empat subunit - rantai polipeptida (disebut α1, α2, β1 dan β2, yang masing-masing berasosiasi dengan heme.

Ingatlah bahwa hemoglobin adalah protein alosterik; molekulnya dapat berubah secara reversibel dari satu konformasi ke konformasi lainnya. Ini mengubah afinitas protein terhadap ligan. Konformasi yang afinitasnya paling kecil terhadap ligan disebut konformasi tense, atau konformasi T. Konformasi yang memiliki afinitas terbesar terhadap ligan disebut konformasi relaks atau konformasi R.

Konformasi R dan T molekul hemoglobin berada dalam keadaan keseimbangan 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 sedang); 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 subunit lain dari molekul hemoglobin yang sama terhadap oksigen. Fenomena ini disebut efek kooperatif. Sifat kompleks pengikatan hemoglobin dengan oksigen tercermin dari kurva saturasi hemoglobin O2 yang berbentuk S (Gambar 3.1).

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

Bentuk molekul hemoglobin berbeda satu sama lain dalam struktur rantai polipeptida. Contoh dari keragaman hemoglobin yang ada dalam kondisi fisiologis adalah hemoglobin janin (HbF), hadir dalam darah selama tahap embrio perkembangan manusia. Berbeda dengan HbA, molekulnya mengandung 2 rantai α dan 2 rantai (yaitu, rantai β digantikan oleh rantai γ). Hemoglobin semacam itu memiliki afinitas yang lebih tinggi terhadap oksigen. Hal inilah yang memungkinkan embrio menerima oksigen dari darah ibu melalui plasenta. Segera setelah lahir, HbF dalam darah bayi digantikan oleh HbA.

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

Struktur kimia protein diwakili oleh asam alfa amino yang dihubungkan dalam rantai melalui ikatan peptida. Pada organisme hidup, komposisinya ditentukan oleh kode genetik. Dalam proses sintesis, dalam banyak kasus, 20 asam amino tipe standar digunakan. Banyaknya kombinasi mereka membentuk molekul protein dengan beragam sifat. Residu asam amino sering kali mengalami modifikasi pasca translasi. Mereka dapat muncul sebelum protein mulai menjalankan fungsinya, dan selama aktivitasnya di dalam sel. Dalam organisme hidup, beberapa molekul sering kali membentuk kompleks kompleks. Contohnya adalah asosiasi fotosintesis.

Tujuan koneksi

Protein dianggap sebagai komponen penting nutrisi manusia dan hewan karena fakta bahwa tubuh mereka tidak dapat mensintesis semua asam amino yang diperlukan. Beberapa di antaranya harus disertai dengan makanan berprotein. Sumber utama senyawa ini adalah daging, kacang-kacangan, susu, ikan, dan biji-bijian. Pada tingkat lebih rendah, protein terdapat dalam sayuran, jamur, dan buah beri. Selama pencernaan melalui enzim, protein yang dikonsumsi dipecah menjadi asam amino. Mereka sudah digunakan dalam biosintesis proteinnya sendiri di dalam tubuh atau mengalami pemecahan lebih lanjut untuk memperoleh energi.

Referensi sejarah

Urutan struktur protein insulin pertama kali ditentukan oleh Frederij Senger. Atas karyanya ia menerima Hadiah Nobel pada tahun 1958. Sanger menggunakan metode sequencing. Dengan menggunakan difraksi sinar-X, struktur tiga dimensi mioglobin dan hemoglobin kemudian diperoleh (pada akhir 1950-an). Pekerjaan itu dilakukan oleh John Kendrew dan Max Perutz.

Struktur molekul protein

Ini termasuk polimer linier. Mereka, pada gilirannya, terdiri dari residu asam alfa amino, yang merupakan monomer. Selain itu, struktur protein dapat mencakup komponen yang bersifat non-asam amino dan residu asam amino yang dimodifikasi. Saat menentukan komponen, singkatan 1 atau 3 huruf digunakan. Senyawa yang mengandung dua hingga beberapa lusin residu sering disebut sebagai “polipeptida”. Sebagai hasil interaksi gugus alfa-karboksil dari satu asam amino dengan gugus alfa-amino asam amino lainnya, ikatan muncul (selama pembentukan struktur protein). Ujung terminal C dan N senyawa dibedakan, bergantung pada kelompok residu asam amino mana yang bebas: -COOH atau -NH 2 . Dalam proses sintesis protein pada ribosom, residu terminal pertama biasanya berupa residu metionin; yang berikutnya dipasang ke terminal-C yang sebelumnya.

Tingkat organisasi

Mereka diusulkan oleh Lindrem-Lang. Meskipun pembagian ini dianggap agak ketinggalan jaman, namun tetap digunakan. Diusulkan untuk membedakan empat tingkat organisasi koneksi. Struktur utama molekul protein ditentukan oleh kode genetik dan karakteristik gen. Tingkat yang lebih tinggi ditandai dengan pembentukan selama pelipatan protein. Struktur spasial suatu protein ditentukan secara keseluruhan oleh rantai asam amino. Namun demikian, hal ini cukup labil. Hal ini mungkin dipengaruhi oleh faktor eksternal. Dalam hal ini, lebih tepat untuk berbicara tentang konformasi senyawa yang paling disukai dan disukai secara energetik.

Tingkat 1

Ini diwakili oleh urutan residu asam amino dari rantai polipeptida. Biasanya, hal ini dijelaskan menggunakan notasi satu atau tiga huruf. Struktur utama protein dicirikan oleh kombinasi residu asam amino yang stabil. Mereka melakukan tugas-tugas tertentu. “Motif konservatif” seperti itu tetap dipertahankan selama evolusi spesies. Mereka sering kali dapat digunakan untuk memprediksi masalah protein yang tidak diketahui. Dengan menilai derajat kemiripan (homologi) rantai asam amino dari organisme yang berbeda, dimungkinkan untuk menentukan jarak evolusi yang terbentuk antara taksa yang menyusun organisme tersebut. Struktur primer protein ditentukan dengan pengurutan atau kompleks asli mRNA menggunakan tabel kode genetik.

Pemesanan lokal dari bagian rantai

Ini adalah tingkat organisasi berikutnya - struktur sekunder protein. Ada beberapa jenisnya. Urutan lokal dari sebagian rantai polipeptida distabilkan oleh ikatan hidrogen. Jenis yang paling populer adalah:

Struktur spasial

Struktur tersier protein mencakup unsur-unsur tingkat sebelumnya. Mereka distabilkan oleh berbagai jenis interaksi. Ikatan hidrofobik sangat penting. Stabilisasi melibatkan:

• Interaksi kovalen.
• Ikatan ionik terbentuk antara gugus samping asam amino yang mempunyai muatan berlawanan.
• Interaksi hidrogen.
• Ikatan hidrofobik. Dalam proses interaksi dengan unsur H 2 O di sekitarnya, protein terlipat sehingga gugus asam amino nonpolar samping diisolasi dari larutan berair. Gugus hidrofilik (polar) muncul pada permukaan molekul.

Struktur tersier protein ditentukan dengan metode resonansi magnetik (nuklir), jenis mikroskop tertentu dan metode lainnya.

Prinsip peletakan

Penelitian telah menunjukkan bahwa akan lebih mudah untuk mengidentifikasi satu tingkat lagi antara tingkat 2 dan 3. Disebut “arsitektur”, “motif peletakan”. Hal ini ditentukan oleh posisi relatif komponen struktur sekunder (untai beta dan heliks alfa) dalam batas globul kompak - domain protein. Itu bisa ada secara mandiri atau dimasukkan dalam protein yang lebih besar bersama dengan protein serupa lainnya. Telah diketahui bahwa motif penataannya cukup konservatif. Mereka ditemukan dalam protein yang tidak memiliki hubungan evolusioner maupun fungsional. Pengertian arsitektur menjadi dasar klasifikasi rasional (fisik).

Organisasi domain

Dengan susunan timbal balik beberapa rantai polipeptida dalam satu kompleks protein, struktur kuaterner protein terbentuk. Unsur-unsur penyusunnya dibentuk secara terpisah pada ribosom. Hanya setelah sintesis selesai barulah struktur protein ini mulai terbentuk. Ini dapat berisi rantai polipeptida yang berbeda dan identik. Struktur protein kuaterner distabilkan karena interaksi yang sama seperti pada tingkat sebelumnya. Beberapa kompleks mungkin mencakup beberapa lusin protein.

Struktur protein: tugas perlindungan

Polipeptida sitoskeleton, yang bertindak sebagai penguat, memberi bentuk pada banyak organel dan berpartisipasi dalam perubahannya. Protein struktural memberikan perlindungan bagi tubuh. Misalnya, kolagen adalah suatu protein. Ini membentuk dasar dalam substansi antar sel jaringan ikat. Keratin juga memiliki fungsi pelindung. Ini membentuk dasar tanduk, bulu, rambut dan turunan lain dari epidermis. Ketika protein mengikat racun, dalam banyak kasus terjadi detoksifikasi. Ini adalah bagaimana tugas perlindungan kimiawi tubuh tercapai. Enzim hati memainkan peran yang sangat penting dalam proses menetralkan racun dalam tubuh manusia. Mereka mampu memecah racun atau mengubahnya menjadi bentuk larut. Ini memfasilitasi pengangkutannya lebih cepat dari tubuh. Protein yang ada dalam darah dan cairan tubuh lainnya memberikan pertahanan kekebalan dengan memicu respons terhadap serangan patogen dan cedera. Imunoglobulin (antibodi dan komponen sistem komplemen) mampu menetralisir bakteri, protein asing, dan virus.

Mekanisme regulasi

Molekul protein, yang tidak bertindak sebagai sumber energi atau sebagai bahan pembangun, mengontrol banyak proses intraseluler. Jadi, karena mereka, translasi, transkripsi, pemotongan, dan aktivitas polipeptida lain diatur. Mekanisme pengaturannya didasarkan pada aktivitas enzimatik atau memanifestasikan dirinya karena ikatan spesifik dengan molekul lain. Misalnya, faktor transkripsi, polipeptida aktivator, dan protein penekan mampu mengendalikan intensitas transkripsi gen. Dengan demikian, mereka berinteraksi dengan rangkaian pengatur gen. Peran paling penting dalam mengendalikan jalannya proses intraseluler diberikan pada protein fosfatase dan protein kinase. Enzim ini memicu atau menghambat aktivitas protein lain dengan menambah atau menghilangkan gugus fosfat darinya.

Tugas sinyal

Hal ini sering dikombinasikan dengan fungsi regulasi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa banyak polipeptida intraseluler dan ekstraseluler dapat mengirimkan sinyal. Faktor pertumbuhan, sitokin, hormon dan senyawa lainnya memiliki kemampuan ini. Steroid diangkut melalui darah. Interaksi hormon dengan reseptor bertindak sebagai sinyal yang memicu respon sel. Steroid mengontrol kandungan senyawa dalam darah dan sel, reproduksi, pertumbuhan dan proses lainnya. Contohnya adalah insulin. Ini mengatur kadar glukosa. Interaksi sel dilakukan melalui sinyal senyawa protein yang ditransmisikan melalui zat antar sel.

Transportasi elemen

Protein larut yang terlibat dalam pergerakan molekul kecil memiliki afinitas tinggi terhadap substrat, yang hadir dalam konsentrasi yang meningkat. Mereka juga memiliki kemampuan untuk melepaskannya dengan mudah di area yang kandungannya rendah. Contohnya adalah protein transpor hemoglobin. Ia memindahkan oksigen dari paru-paru ke jaringan lain, dan dari sana ia mentransfer karbon dioksida. Beberapa protein membran juga terlibat dalam pengangkutan molekul kecil melalui dinding sel, mengubahnya. Lapisan lipid sitoplasma kedap air. Ini mencegah difusi molekul bermuatan atau polar. Sambungan transpor membran biasanya dibagi menjadi pembawa dan saluran.

Koneksi cadangan

Protein-protein ini membentuk apa yang disebut cadangan. Mereka terakumulasi, misalnya, pada benih tanaman dan telur hewan. Protein tersebut bertindak sebagai sumber cadangan materi dan energi. Beberapa senyawa digunakan oleh tubuh sebagai reservoir asam amino. Mereka, pada gilirannya, adalah prekursor zat aktif yang terlibat dalam pengaturan metabolisme.

Reseptor seluler

Protein tersebut dapat ditempatkan langsung di sitoplasma atau tertanam di dinding. Salah satu bagian dari koneksi menerima sinyal. Biasanya, ini adalah zat kimia, dan dalam beberapa kasus merupakan efek mekanis (peregangan, misalnya), cahaya dan rangsangan lainnya. Dalam proses pemaparan sinyal ke fragmen molekul tertentu - reseptor polipeptida - perubahan konformasinya dimulai. Mereka memprovokasi perubahan konformasi bagian lain yang meneruskan rangsangan ke komponen sel lainnya. Mengirim sinyal dapat dilakukan dengan berbagai cara. Beberapa reseptor mampu mengkatalisis reaksi kimia, sementara yang lain bertindak sebagai saluran ion yang menutup atau terbuka di bawah pengaruh suatu stimulus. Beberapa senyawa secara khusus mengikat molekul pembawa pesan di dalam sel.

Polipeptida motorik

Ada seluruh kelas protein yang memberikan pergerakan pada tubuh. Protein motorik terlibat dalam kontraksi otot, pergerakan sel, dan aktivitas flagela dan silia. Mereka juga menyediakan transportasi terarah dan aktif. Kinesin dan dynein mengangkut molekul sepanjang mikrotubulus menggunakan hidrolisis ATP sebagai sumber energi. Yang terakhir memindahkan organel dan elemen lain menuju sentrosom dari area seluler perifer. Kinesin bergerak ke arah yang berlawanan. Dynein juga bertanggung jawab atas aktivitas flagela dan silia.