Ordet "protein" kommer av det grekiska ordet proteios, som betyder "den främsta av sitt slag". Det myntades 1838, och visar bra på hur viktiga proteiner är.
Proteiner består av långa kedjor av aminosyror (eller egentligen α-aminosyror).
En lång aminosyrakedja kallas också för en polypeptid eller peptidkedja.
En aminosyra har både en amingrupp (-NH2) och en karboxylgrupp (-COOH)
En α-aminosyra har följande generella struktur:
- "R" kan vara en väteatom eller en mer eller mindre komplicerad kolkedja.
Hur stora är proteiner?
Bovint (= från ko) insulin är ett ganska litet protein
Insulin reglerar hur socker tas upp från blodet till muskler och fettvänad
Molekylvikt: 5733 g/mol
Antal aminosyrerester: 51 st
Antal peptidkedjor: 2 st
Bovint glutamatdehydrogenas är ett stort protein
Molekylvikt: c:a 1000000 g/mol
Antal aminosyrerester: c:a 8300 st
Antal peptidkedjor: c:a 40 st
En del proteiner har så många peptidkedjor, att de kanske snarast bör kallas proteinkomplex.
Proteinerna styr nästan allt som sker i cellen!
Man kan dela in proteinerna i åtta olika grupper beroende på deras biologiska funktion
1. Enzymer
Katalyserar reaktioner i cellen
Den absolut största delen av alla reaktioner som sker i cellen katalyseras av enzymer
2. Transportproteiner
Exempel
Hemoglobin
- Transporterar O2 i blodet
Lipoproteiner
- Bär lipider (fetter) i blodet från levern till andra organ.
Membranbundna transportproteiner
- Transporterar olika ämnen över cellmembranet
3. Näringsproteiner (upplagringsproteiner)
Lagrar näring åt organismen
Exempelvis ovalbumin (i fågelägg), kasein (i mjölk)
4. Kontraktila och motila proteiner
- Kontraktil = som drar sig samman (jfr kontrahera = dra samman)
- Motil = som rör sig
Aktin och myosin i musklerna, gör att de kan dra samman sig (kontrahera)
Flageller (både hos pro- och eukaryota organismer) är uppbyggda av proteiner
5. Strukturproteiner
Proteinerna som bygger upp senor, hud, hår & naglar
Läder, t.ex., består nästan helt av kollagen
6. Försvars-/attackproteiner
Blodleveringsproteiner
- Fibrinogen, trombin
Gift hos ormar, grodor, spindlar etc. Dess toxiska komponent består ofta av proteiner.
7. Regulatoriska proteiner
Styr cellulära eller fysiologiska aktiviteten i cellerna
- Ex: hormoner
DNA-bindande proteiner
8. Övriga proteiner
Nyupptäckta, vars funktion man ännu ej förstår
Anti-frys-proteiner hos fiskar i kalla hav
Övrigt, helt enkelt.
Ett protein har fyra strukturnivåer
- Primärstruktur
- Sekundärstruktur
- Tertiärstruktur
- Kvartärstruktur
1. Primärstruktur
Själva aminosyrasekvensen.
Exempel: -Arg-Thr-Trp-Lys-Gly-Ala-Ile-
2. Sekundärstruktur
Vanligt förekommande strukturer av intilliggande aminosyror
Exempel:
- α-helixar (röda)
- β-plattor (gula)
- Svängar (blå)
3. Tertiärstruktur
En polypeptids hela tredimensionella struktur
4. Kvartärstruktur
Om proteinet består av flera polypeptider (subenheter), benämns deras sammansättning kvartärstruktur.
Om proteinet består av två exakt likadana subenheter kallas det en homodimer.
Om proteinet består av två olika subenheter kallas det en heterodimer
Många proteiner består av många olika subenheter. Ofta kallar man det då för ett helt proteinkomplex.
Ett proteins funktion beror på aminosyrasekvensen
Vi skall nu titta närmare på proteinernas primärstruktur: Deras aminosyrasekvens.
Varje protein eller proteintyp har en unik aminosyrasekvens.
- Intuitiv slutsats: aminosyrasekvensen bestämmer proteinets funktion
Är detta sant?
Ja, ty:
- Som redan sagt, Varje protein eller proteintyp har en unik aminosyrasekvens.
- Många humana sjukdomar har kunnat kopplas till en förändring i en enda aminosyra i ett protein
- Proteiner med samma funktion i olika arter har ändå samma eller mycket snarlika aminosyrasekvenser
- Exempel: Ubiquitin (reglerar nedbrytning av andra proteiner i cellen).
Exakt likadan aminosyrasekvens i så pass skilda arter som bananflugan och människan. (Vilket naturligtvis också påvisar ett visst släktskap mellan de båda arterna – viktigare i detta sammanhanget kan dock kvävebassekvensen i DNA-kedjan vara).
- Exempel: Ubiquitin (reglerar nedbrytning av andra proteiner i cellen).
Hela aminosyrasekvensen behöver inte vara nödvändig för proteinets funktion
- Ett protein kan vara polymorft, d.v.s. hos en och samma art kan det finnas olika varianter med likvärdig funktion
- 20%-30% av människans proteiner har bedömts vara polymorfa
Vissa delar av aminosyrasekvensen är essentiella för proteinets funktion.
- Hur stor, och vilken del som är så viktig, varierar från protein till protein.
Proteiner syntetiseras av ribosomer med mRNA som mall
Kom ihåg: Molekylärgenetikens centrala dogm: DNA ska föra arvet vidare, och vara mall för proteiner.
När nytt protein syntetiseras med mRNA som mall, kallas det för translation. Vi ska nu titta närmare på hur translationen går till!
Det finns tre huvudaktörer i translationen:
- mRNA - bär på informationen från DNA-molekylen
- tRNA - bär på aminosyror, som ska kopplas ihop till protein
- ribosomen - innehåller rRNA, sköter hela proteinsyntesen.
Ribosomen
Består av en liten (30S) och en stor (50S) subenhet
- "S" är sedimentationsenhet eller Svedbergenhet
I ribosomen finns det två platser, där det kan sitta en tRNA-molekyl: P-platsen och A-platsen
- P-plats: Här sitter en tRNA-molekyl med det växande Proteinet
- A-plats: Här kommer det in nya tRNA-molekyler med Aminosyra som ska kopplas på på resten av proteinet.
Proteinsyntesen steg för steg: Initiering (start) av translationen
Vi tittar på ett stycke mRNA med sekvensen 5'-AUGUUCUGGCAGUAG-3'
Translationen startar med att ribosomens lilla subenhet binder till mRNA
Ribosomens P-plats binder över kodonet AUG
- Det första kodonet att translateras är alltid AUG hos eukaryoter.
Ribosomens A-plats binder över kodonet UUC
En tRNA-molekyl med aminosyran N-formylmetionin (fMet-tRNA) har ett antikodon (UAC) som passar med kodonet AUG
- fMet-tRNA basparar med kodonet AUG, och sätter sig därmed på P-platsen
Stora subenheten binder till alltsammans
Elongering (förlängning) av aminosyrakedjan
En tRNA med påkopplad Aminosyra (Phe, fenylalanin) kommer in till A-platsen.
mRNA-molekylens kodon UUC kodar alltså för aminosyran Phe (fenylalanin)
- Phe-tRNA, med antikodonet AAG, basparar med kodonet UUC
Den föregående aminosyran (fMet) släpper från sin tRNA-molekyl, binder istället till Phe
Ribosomen flyttar sig en triplett framåt (i 5'→3'-riktning).
- Den växande aminosyrakedjan (proteinet) finns nu på P-plats
En ny tRNA-molekyl med påkopplad aminosyra (i det här fallet Trp (tryptofan)) kan komma in på A-plats
Terminering (avslutning) av proteinsyntesen
Hela elongeringsproceduren upprepas till ett stoppkodon translateras!
Nästa kodon i sekvensen är UAA - kodar för stopp!
En släppfaktor binder till mRNA
Allt släpper från vartannat
mRNA återanvänds och translateras till ytterligare ett protein eller degraderas av RNas
OBS!
I mitt enkla exempel här bildas bara ett protein med tre aminosyror – vanligtvis är de mycket längre än så!