Protein

Proteiner ( gresk : πρωτεῖος [ prōteîos  ]  'fundamental, main' ) [ 1 ] eller protider [ 2 ] er makromolekyler bygd opp av lineære kjeder av aminosyrer . Proteiner består av aminosyrer , og denne sekvensen bestemmes av nukleotidsekvensen til deres tilsvarende gen (kalt strukturelle gener ). Genetisk informasjon bestemmer hvilke proteiner en celle , et vev og en organisme har . [ 3 ]​ [ 4 ]

Proteinsyntese skjer gjennom ribosomal translasjon , det vil si at den utføres av ribosomer og ledes av informasjon fra et mRNA- molekyl som fungerer som en mal. [ 5 ]

Mange proteiner er sammensatt av en enkelt polypeptidkjede , og det er derfor de kalles monomere proteiner . På den annen side har oligomere proteiner mer enn én kjede, som kan være en ekstra kopi av samme eller en annen kjede, og hver polypeptidkjede kalles en underenhet . Oligomere proteiner har en kvartær struktur . Myoglobin er et eksempel på et monomert protein og hemoglobin et oligomert protein.

Proteiner kan i tillegg presentere et organisk molekyl eller ett eller flere ioner [ 6 ] for å være fullt funksjonelle, slik tilfellet er med de fleste enzymer . Protetiske grupper er disse ikke-proteinorganiske komponentene som er tett bundet til protein og gjør dets funksjoner mulig. På den annen side er ioner bundet til proteiner kofaktorer .

De er svært forskjellige biomolekyler og er avgjørende for livet. De fleste proteiner utfører mer enn én funksjon (se nedenfor).

De er polymerer som består av strukturelle enheter kalt aminosyrer. [ 7 ] Proteiner er nødvendige for livet, spesielt for deres plastiske funksjon (de utgjør 80 % av den dehydrerte protoplasmaen til hver celle), men også for deres bioregulerende funksjoner (de er en del av enzymer ) og forsvar ( antistoffer ). er proteiner . ). [ 8 ] Av denne grunn er vekst, reparasjon og vedlikehold av organismen avhengig av dem. [ 9 ] De står for omtrent 50 % av tørrvekten til vev. [ 10 ]

De er klassifisert etter ulike kriterier for generell form, plassering, funksjon, sammensetning eller strukturelle elementer. Til dags dato er det ikke et enkelt klassifiseringssystem.

Den romlige og tidsmessige lokaliseringen av proteiner avhenger av reguleringen av genuttrykk . Derfor er de mottakelige for eksterne signaler eller faktorer. Settet med proteiner uttrykt i en gitt omstendighet kalles et proteom.

Mange organismer har andre biomolekyler som består av aminosyrer [ 11 ] , men hvis biosyntese ikke er avhengig av ribosomet, slik er tilfellet med noen antimikrobielle peptider av ikke-ribosomal syntese , peptidene som kobler sammen polysakkarider i peptidoglykan (bakteriell cellevegg) og giftstoffer fra forskjellige organismer, slik som mikrocystiner .

Proteinmolekyler omfatter et ekstraordinært mangfold: finnes i enzymer, hormoner, lagringsproteiner som fugleegg og frø, transportproteiner som hemoglobin, kontraktile proteiner som muskelproteiner, immunoglobuliner (antistoffer), membranproteiner og mange andre typer strukturproteiner. I forhold til funksjonene deres er mangfoldet overveldende, men med tanke på deres struktur følger de alle den samme veldig enkle generelle planen fordi de alle er polymerer av aminosyrer ordnet i lineære sekvenser. [ 12 ]

Biokjemi

Protider eller proteiner er biopolymerer som består av et stort antall enkle strukturelle enheter kalt aminosyrer , koblet sammen med peptidbindinger . Dannelsen av hver peptidbinding skjer ved en kondensasjonsreaksjon mellom karboksylgruppen (-COOH) og aminogruppen (-NH 2 ) av påfølgende aminosyrer, ledsaget av frigjøring av et vannmolekyl, som er grunnen til at det kalles for aminosyrer . syrerester . [ 13 ]

Aminosyrene som er inkorporert under translasjon er de stereoisomere L-α-aminosyrene. De fleste organismer som er studert har proteiner som består av kombinasjoner av 20 aminosyrer, som er spesifisert i standard genetisk kode . Ulike modifiserte aminosyrer, som 4-hydroksyprolin, 5-hydroksylysin, 6-N-metyl-lysin, desmosin, y-karboksyglutamat og desmosin, kan også finnes i forskjellige proteiner. [ 14 ] Mange andre organismer har modifiserte kodoner for inkorporering av selenocystein eller pyrrolysin .

På grunn av deres store størrelse, når disse molekylene er dispergert i et passende løsningsmiddel , danner de alltid kolloidale dispersjoner , med egenskaper som skiller dem fra løsninger av mindre molekyler. Mange proteiner har en nettoladning i visse pH - områder i mediet. Av denne grunn kan de betraktes som ionomerer .

Ved hydrolyse brytes proteinmolekyler ned til mange relativt enkle forbindelser med liten molekylmasse, som er de grunnleggende bestanddelene i makromolekylet . Disse enhetene er aminosyrene , som det er tjue forskjellige arter av og som er bundet sammen med peptidbindinger . Alt fra titusener til tusenvis av aminosyrer kan delta i dannelsen av det store polymere molekylet til et protein.

Alle proteiner har karbon , hydrogen , oksygen og nitrogen , og nesten alle har svovel også . Selv om det er små variasjoner i forskjellige proteiner, representerer nitrogeninnholdet i gjennomsnitt 16 % av molekylets totale masse ; det vil si at hver 6,25 g protein inneholder 1 g N. Faktoren 6,25 brukes til å estimere mengden protein i en prøve fra N-målingen. [ 15 ]

Proteinsyntese er en kompleks prosess utført av celler [ 16 ] i henhold til retningslinjene for informasjonen fra gener . Aminosyresekvensen i et protein er kodet i genet (et stykke DNA) av den genetiske koden. rester i et protein gjennomgår noen ganger kjemiske modifikasjoner ved post-translasjonell modifikasjon . Slike modifikasjoner skjer før proteinet blir funksjonelt i cellen eller som en del av kontrollmekanismer. Proteiner kan også fungere sammen for å oppfylle en bestemt funksjon, ofte assosierer de for å danne stabile proteinkomplekser . Proteiner er satt sammen på en rekke måter, slik at de kan delta som viktige strukturelle komponenter i celler og vev.

På grunn av deres fysisk-kjemiske egenskaper kan proteiner klassifiseres i enkle proteiner ( holoproteider ), kun dannet av aminosyrer eller deres derivater; eller konjugerte proteiner ( heteroproteider ), dannet av aminosyrer ledsaget av forskjellige stoffer, og avledede proteiner, stoffer dannet ved denaturering og spaltning av de tidligere.

Syntese

Biosyntese

Proteiner er satt sammen fra deres aminosyrer ved hjelp av informasjon kodet i gener . Hvert protein har sin egen aminosyresekvens som er spesifisert av nukleotidsekvensen til genet som koder for det. Den genetiske koden består av et sett med tri-nukleotider kalt kodoner . Hvert kodon (kombinasjon av tre nukleotider) angir en aminosyre, for eksempel AUG (adenin-uracil-guanin) er koden for metionin. Siden DNA inneholder fire forskjellige nukleotider, er det totale antallet mulige kodoner 64; derfor er det en viss redundans i den genetiske koden, med noen aminosyrer som er kodet av mer enn ett kodon. DNA -kodede gener blir først transkribert til pre-messenger-RNA av proteiner som RNA-polymerase . De fleste organismer behandler deretter dette pre-mRNA (også kjent som det primære transkriptet) ved å bruke forskjellige former for post-transkripsjonell modifikasjon for å danne modne mRNA-er, som brukes som maler for proteinsyntese i ribosomet . I prokaryoter kan mRNA brukes så snart det er produsert, eller det kan binde seg til ribosomet etter at det har beveget seg bort fra nukleoidet . I motsetning til dette syntetiserer eukaryoter mRNA i cellekjernen og translokerer det gjennom kjernekonvolutten til cytoplasmaet der proteinsyntesen finner sted. Hastigheten av proteinsyntese er høyere i prokaryoter enn i eukaryoter og kan nå 20 aminosyrer per sekund. [ 17 ]

Prosessen med å syntetisere et protein fra en mRNA -mal kalles translasjon. mRNA - en lastes på ribosomet og leses, tre nukleotider om gangen, og parer hvert kodon med dets komplementære antikodon lokalisert på et overførings-RNA - molekyl som bærer aminosyren som tilsvarer kodonet det gjenkjenner. Enzymet aminoacyl tRNA syntetase "lader" overføre RNA (tRNA) molekyler med de riktige aminosyrene. Det voksende polypeptidet kalles den begynnende kjeden. Proteiner biosyntetiseres alltid fra N-terminalen til C-terminalen .

På denne måten oppnås den primære strukturen til proteinet, det vil si aminosyresekvensen . Nå må den brettes på riktig måte for å nå sin opprinnelige struktur, den som utfører funksjonen. Anfinsen postulerte i sitt arbeid med ribonuklease A sin hypotese som sier at all informasjonen som er nødvendig for å brette er inneholdt utelukkende i primærstrukturen. [ 18 ] Dette førte til at Levinthal i 1969 antydet eksistensen av et paradoks kjent som Levinthals paradoks : Hvis et protein folder seg ved å tilfeldig utforske alle mulige konformasjoner, vil det ta lengre tid enn alderen til selve proteinet. Siden proteiner foldes i rimelig tid og spontant, har dette paradokset blitt løst ved å indikere at proteiner ikke prøver alle mulige konformasjoner, men heller velger en spesifikk foldevei med et begrenset antall trinn, det vil si at de reduserer det potensielle foldehyperrommet . Det er også verdt å nevne eksistensen av molekylære chaperones, proteiner som hjelper andre å brette seg med energiforbruk (ATP). [ 19 ]

Størrelsen på det syntetiserte proteinet kan måles ved antall aminosyrer det inneholder og ved dets totale molekylmasse , som vanligvis uttrykkes i dalton (Da) (synonymt med atommasseenhet ), eller dens avledede enhet kilodalton (kDa). For eksempel har gjærproteiner et gjennomsnitt på 466 aminosyrer og en masse på 53 kDa. De lengste kjente proteinene er titiner, en komponent av muskelsarkomeren , med en molekylmasse på ca. 3000 kDa og en total lengde på ca. 27.000 aminosyrer. [ 20 ]

Kjemisk syntese

Ved hjelp av en familie av metoder kalt peptidsyntese , er det mulig å kjemisk syntetisere små proteiner. Disse metodene er avhengige av organiske synteseteknikker som ligering for å produsere peptider i store mengder. [ 21 ] Kjemisk syntese gjør at unaturlige aminosyrer kan introduseres i polypeptidkjeden, slik som aminosyrer med fluorescerende prober festet til sidekjedene. [ 22 ] Disse metodene er nyttige i biokjemi- og cellebiologilaboratorier, men mindre for kommersielle applikasjoner. Kjemisk syntese er ineffektiv for polypeptider som er lengre enn 300 aminosyrer, og syntetiserte proteiner kan ikke lett adoptere sin opprinnelige tredimensjonale struktur. De fleste kjemiske syntesemetoder går fra C-terminalen til N-terminalen, og dermed i motsatt retning av den biologiske reaksjonen. [ 23 ]

Proteinnedbrytning

I likhet med proteinsyntese er proteinnedbrytning en kompleks og nøye regulert prosess. konjugering av proteiner med 74-aminosyrepolypeptidet ubiquitin markerer dem for nedbrytning. Dette polypeptidet har vært svært konservert gjennom hele evolusjonen og er tilstede i arter som spenner fra bakterier til mennesker. Det har blitt hevdet at en terminal fri NH2-gruppe er avgjørende for ubiquitinbinding, men konformasjonen som er ansvarlig for prosessen er for tiden gjenstand for debatt og aktiv forskning. [ 24 ]

Proteome

Proteomet er alle proteinene som uttrykkes av et genom , celle eller vev . [ 25 ]

Funksjoner

Alle proteiner utfører grunnleggende funksjoner for cellelivet , men det er proteiner som har mer enn én aktivitet. Blant de forskjellige funksjonene er følgende:

Katalyse : Proteinenzymene som er ansvarlige for å utføre kjemiske reaksjoner på en raskere og mer effektiv måte. Prosesser som er av største betydning for kroppen. For eksempel pepsin , dette enzymet finnes i fordøyelsessystemet og er ansvarlig for å bryte ned mat. Regulatorisk : Proteinhormoner bidrar til å opprettholde homeostase i kroppen. Slik er tilfellet med insulin , som er ansvarlig for å regulere glukosen som finnes i blodet . Strukturelt : Mange proteiner bestemmer formen eller støtten i celler og vev, siden de danner kabler eller skinner for å dirigere bevegelse og dannes ved sammenstilling av underenheter. [ 26 ] Dette er tilfellet for tubulin funnet i cytoskjelettet . Andre proteiner har også funksjonen til å gi motstand og elastisitet som tillater dannelse av vev samt å gi støtte til andre strukturer. For eksempel er kollagen hovedkomponenten i den ekstracellulære matrisen av bindevev. Defensiv : De er ansvarlige for å forsvare kroppen. Immunglobuliner er glykoproteiner som forsvarer kroppen mot fremmedlegemer. Andre eksempler er keratin , som beskytter huden , samt fibrinogen og protrombin , som danner blodpropper . Transport : Funksjonen til disse proteinene er å frakte stoffer gjennom kroppen dit de er nødvendige. For eksempelfrakter hemoglobin oksygen gjennom blodet. Andre proteiner tillater eller fremmer passasje av oppløste stoffer over cellemembraner . I denne andre kategorien er translokatorer , permeaser , ionekanaler og membranporer . Reseptorer : Disse typer proteiner finnes i cellemembranen og utfører funksjonen med å motta signaler slik at cellen kan utføre sin funksjon, for eksempel acetylkolinreseptoren som mottar signaler om å produsere muskelsammentrekning. motoriske proteiner . Disse proteinene fungerer som motorer i nanometerskala som beveger andre cellulære komponenter. For eksempel, i muskelfibre, utgjør aktin mikrofilamentene til cellene, og myosin aktiverer bevegelse under muskelsammentrekning. Reserve- og lagringsfunksjoner . De er råstoff som en kilde til karbon og kjemisk energi i forskjellige organismer. Eksempler: ovalbumin i egg, eller kasein i melk. Ferritin danner en hul struktur der jern lagres. Så godt som alle biologiske prosesser avhenger av tilstedeværelsen eller aktiviteten til disse typer molekyler. Mange proteiner som finnes i cytoplasmaet bidrar også til å opprettholde pH , siden de fungerer som en kjemisk buffer .

Struktur

Det er måten et protein er organisert for å få en bestemt form, de presenterer et karakteristisk arrangement under fysiologiske forhold, men hvis disse forholdene endres, som temperatur eller pH , mister det sin konformasjon og funksjon, en prosess som kalles denaturering . Funksjonen avhenger av konformasjonen og denne bestemmes av sekvensen av aminosyrer i et gitt miljø. En hypotese foreslår at bare én konformasjon er termodynamisk funksjonell.

Og det er denne organiseringsmåten som hvert protein har som vil definere dets biologiske egenskaper som immunologiske, enzymatiske eller hormonelle. Hvis en modifikasjon eller tap av den "native" konfigurasjonen skjer, vil endringer skje i miljøet og derfor endringer i egenskapene. [ 27 ]

For studiet av strukturen er det vanlig å vurdere en inndeling i fire organisasjonsnivåer, selv om det fjerde ikke alltid er tilstede.

Strukturelle nivåer

For å beskrive et protein: [ 28 ]

Proteiner får sin struktur umiddelbart, de går ikke gjennom hver av strukturene.

I den tredimensjonale formen av et kuleprotein kan vi identifisere følgende elementer i proteinets sekundære struktur :

Turns

De er sammensatt av tre eller fire aminosyrer, de er svinger som finnes på overflaten av et protein, og danner lukkede kurver som omdirigerer polypeptidryggraden tilbake innover, glycin og prolin er vanligvis tilstede i svingene, de er definerte strukturer. [ 29 ]

Loops

De kan ha forskjellige former, dette er deler av polypeptidskjelettet, de er kurver lengre enn svinger. [ 29 ]

Motiver

De er spesielle kombinasjoner av sekundær struktur, de akkumuleres i den tertiære strukturen til et protein. I noen tilfeller er motivene for en spesifikk tilknyttet funksjon, de tre hovedmotivene [ 29 ] er:

Domener

De er en del av den tertiære strukturen til proteiner , det er en kompakt foldet region av polypeptidet, som ikke er avhengig av andre deler av proteinet for å opprettholde stabiliteten. De kan være forskjellige kombinasjoner av motiver, for eksempel har den virale membranen to typer domener, et globulært domene og et fibrøst domene.

Egenskaper til proteiner

Det er fem hovedegenskaper som tillater eksistensen og sikrer funksjonen til proteiner:

Disse egenskapene er resultatet av tre hovedaktiviteter som vises av forskjellige proteiner: [ 26 ]

  1. binder seg til andre biomolekyler , inkludert andre proteiner
  2. katalysere kjemiske reaksjoner
  3. de brettes for å danne en kanal eller en pore.

Denaturering

Oppfyllelsen av dets funksjon av et protein avhenger av opprettholdelsen av en adekvat konformasjon, som igjen krever at dets strukturer (primær, sekundær, tertiær og kvartær) forblir uendret. Uorganiseringen i molekylstrukturen fører til tap av proteinets naturlige egenskaper og funksjoner. Det er derfor denne prosessen kalles denaturering. [ 30 ]

Når proteiner mister sin funksjon og struktur på grunn av plutselige og drastiske endringer i miljøforhold, sies de å være denaturert . Enzymer mister sine katalytiske egenskaper, enten ved tap av strukturen på det aktive stedet eller av koenzymet . Denne konformasjonsvariasjonen kalles denaturering. Denaturering påvirker ikke peptidbindinger : ved retur til normale forhold kan det være tilfelle at proteinet gjenoppretter sin opprinnelige konformasjon, som kalles renaturering .

Endringer som forårsaker denaturering kan være plutselige variasjoner i temperatur , pH , ionestyrke , osmotisk trykk eller hydrostatisk trykk , eller tilsetning av organiske løsningsmidler (f.eks. aceton, heksaner, toluen). Disse faktorene som forårsaker denaturering kalles denaturerende midler .

I globulære proteiner antas det at den native konformasjonen til et protein er den funksjonelle strukturen, som består av en kompakt form, med hydrofobe rester lokalisert i det indre av strukturen og med polare eller ladede rester eksponert på overflaten av strukturen. protein. Men den denaturerte konformasjonen er den der disse hydrofobe restene blir eksponert. Både konformasjoner, native og denaturerte, tilsvarer strukturer med minimumsenergi, siden interaksjonene mellom de forskjellige delene av proteinet og løsningsmidlet er stabilisert. [ 31 ] Ved mange anledninger danner denaturerte proteiner uspesifikke aggregater og utfelles . På denne måten dekker ikke laget av vannmolekyler helt proteinmolekylene, som har en tendens til å gå sammen, noe som gir opphav til store partikler som utfelles.

Denatureringsmidlene nevnt ovenfor destabiliserer proteiner og får dem til å miste foldingen , eller hva som er det samme, de går tilbake til den mer gunstige denaturerte tilstanden sammenlignet med den kompakte foldede tilstanden. Ulike destataturanter virker ved forskjellige mekanismer, men det er sannsynlig at mange (som organiske løsningsmidler, salter, syrer og baser) virker gjennom gunstige koblinger med peptidbindingsryggraden. På denne måten stabiliserer de den denaturerte formen, siden den har et større antall av disse bindingene. [ 31 ] Noen av disse denatureringsmidlene forårsaker spaltning av kovalent binding når de er i svært høye konsentrasjoner (f.eks. syrehydrolyse av peptidbindinger), og under disse omstendighetene er gjenvinning av den native konformasjonen umulig.

Under kontrollerte forhold er det mulig å forårsake mild eller langsom denaturering av proteinene og deretter bruke en omvendt metode for renaturering av proteinene i prøven. Dette er kun mulig med enkelte proteiner, som ribonuklease A (RNase A, se Anfinsens eksperiment ).

Eksempler på denaturering er koagulert melk som følge av denaturering av kasein , utfelling av eggehvite når ovalbumin denatureres av varmeeffekt , eller fiksering av en frisyre ved varmepåvirkning på hårkeratinene . [ 32 ]

Bestemmelse av proteinstabilitet

Bestemmelsen av proteinstabilitet kan utføres med forskjellige teknikker. Den eneste av dem som direkte måler energiparametere er kalorimetri (vanligvis i form av differensiell skanningskalorimetri). Dette måler mengden varme som absorberes av en proteinløsning når den varmes opp, slik at når temperaturen øker, skjer det en overgang mellom den opprinnelige tilstanden og den denaturerte tilstanden, som er assosiert med absorpsjonen av en stor mengde varme.

Alle andre teknikker måler egenskaper til proteiner som er forskjellige i den opprinnelige tilstanden og i den utfoldede tilstanden. Blant dem kan vi nevne fluorescensen til tryptofaner og tyrosiner , sirkulær dikroisme , hydrodynamisk radius, infrarød spektroskopi og kjernemagnetisk resonans . Når vi har valgt egenskapen som vi skal måle for å følge denatureringen av proteinet, kan vi skille mellom to modaliteter: De som bruker temperaturøkningen som et denatureringsmiddel og de som bruker kjemiske midler (som urea , guanidiniumklorid , tiocyanat av guanidinium , alkoholer , etc.). Sistnevnte relaterer konsentrasjonen av midlet som brukes til energien som kreves for denaturering. En av teknikkene som har dukket opp i studiet av proteiner er atomkraftmikroskopi, denne teknikken er kvalitativt forskjellig fra de andre, siden den ikke fungerer med makroskopiske systemer, men med individuelle molekyler. Den måler stabiliteten til proteinet gjennom arbeidet som kreves for å denaturere det når en kraft påføres den ene enden mens den andre enden holdes festet til en overflate.

Betydningen av studiet av proteinstabilitet ligger i dens biomedisinske og bioteknologiske implikasjoner. Således er sykdommer som Alzheimers eller Parkinsons relatert til dannelsen av amyloider (polymerer av denaturerte proteiner). Den effektive behandlingen av disse sykdommene kan bli funnet i utviklingen av legemidler som destabiliserer de amyloidogene formene eller som stabiliserer de opprinnelige formene. På den annen side blir stadig flere proteiner brukt som medikamenter. Det er åpenbart at legemidler må ha en stabilitet som gir dem lang holdbarhet og begrenset holdbarhet når de utfører sin handling i menneskekroppen.

Deres bruk i bioteknologiske applikasjoner er vanskelig fordi, til tross for deres ekstreme katalytiske effektivitet, har de lav stabilitet, siden mange proteiner av potensiell interesse knapt opprettholder sin opprinnelige og funksjonelle konfigurasjon i noen timer.

Klassifisering

Ulike kriterier kan brukes for å klassifisere proteiner, og det er ikke noe universelt klassifiseringssystem. De oftest siterte tilbys.

I henhold til formen

I henhold til oppløseligheten: [ 26 ]

Globulære proteiner (se ovenfor) Fibrøse proteiner (se ovenfor) Integrerte membranproteiner (eller transmembranproteiner): de presenterer sekvenser av hydrofobe rester, som vanligvis vedtar konformasjoner av alfa-helix eller beta-tråder relatert til den hydrofobe delen av cellemembraner. De følger andre foldemekanismer enn cytoplasmatiske proteiner. egenforstyrrede proteiner . De har en fleksibel struktur som endres avhengig av deres interaksjoner med løsningsmidlet eller med andre molekyler som fungerer som ligander. De har vanligvis en sammensetning rik på ladede rester (lysin, arginin, glutamat, aspartat og histidin) og finnes oftere i eukaryote celler enn i prokaryoter. Mange proteiner har iboende forstyrrede domener (som p53 ), men andre mangler stiv struktur helt (f.eks. ribosomale eller spleiseosomproteiner ). [ 34 ]

I henhold til dens kjemiske sammensetning

Proteiner i henhold til deres kjemiske sammensetning kan klassifiseres i:

  1. Enkle proteiner eller holoproteiner : i sin hydrolyse produserer den bare aminosyrer. Eksempler på disse er insulin og kollagen (globulært og fibrøst), albuminer. enkelt protein
  2. Konjugerte proteiner eller heteroprotein : Disse proteinene inneholder polypeptidkjeder og en protesegruppe. Ikke-aminosyredelen kalles protesegruppen, disse kan være en nukleinsyre, et lipid, et sukker eller et uorganisk ion. Eksempler på disse er myoglobin og cytokromer . Konjugerte proteiner eller heteroproteiner er klassifisert i henhold til arten av deres protesegruppe:

Ernæring

Proteinkilder

Kostholdskilder til protein inkluderer kjøtt, egg, belgfrukter, nøtter, korn, grønnsaker og meieriprodukter som ost eller yoghurt . Både animalske og vegetabilske proteinkilder har de 20 aminosyrene som er nødvendige for menneskelig ernæring.

Proteinkvalitet

Ulike proteiner har forskjellige nivåer av biologisk familie for menneskekroppen. Mange indekser er definert for å måle hastigheten på utnyttelse og retensjon av proteiner hos mennesker. Disse inkluderer biologisk verdi, NPU (Net Protein Utilization), NPR (Net Protein Ratio) og PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acids Score), som ble utviklet av FDA for å forbedre PER (Protein Efficiency Ratio). Disse metodene undersøker hvilke proteiner som brukes mest effektivt av kroppen.

Gjenkjennelsesreaksjoner

Biuret-reagenset dannes av en løsning av kobbersulfat i et alkalisk medium , det gjenkjenner peptidbindingen til proteiner gjennom dannelsen av et koordinasjonskompleks mellom Cu 2+ -ionene og de udelte elektronparene i nitrogenet som det danner. peptidbindingene, som gir en rød-fiolett farge.

Det avsløres ved dannelsen av et svartaktig bunnfall av blysulfid. Denne reaksjonen er basert på separasjonen ved hjelp av et alkali, av svovelet til aminosyrene, som ved reaksjon med en løsning av blyacetat danner blysulfid.

Den gjenkjenner fenolrester , det vil si de proteinene som inneholder tyrosin . Proteiner utfelles av de sterke uorganiske syrene i reagenset, og gir et hvitt bunnfall som gradvis blir rødt ved oppvarming.

Gjenkjenner aromatiske grupper , det vil si de proteinene som inneholder tyrosin eller fenylalanin , som salpetersyre danner gule nitrete forbindelser med

Kostholdsproteinbehov etter alder og kjønn

Anbefalte diettmengder protein (g/dag) basert på alder og kjønn. [ 36 ]
Alder

(år)

Vekt

(kg)

protein

(g/dag)

spedbarn 0-0,5

0,5

6

9

1. 3

14

Barn 1-3

4-6

7-10

1. 3

tjue

28

16

24

28

Menn 11-14

15-18

19-24

25-50

mer enn 50

Fire fem

66

72

79

77

Fire fem

59

58

63

63

Kvinner 11-14

15-18

19-24

25-50

mer enn 50

46

55

58

63

65

46

44

46

femti

femti

Proteinmangel

Proteinmangel i utviklingsland

Proteinmangel er en viktig årsak til sykdom og død i utviklingsland . Proteinmangel spiller en rolle i sykdommen kjent som kwashiorkor . Krig , hungersnød , overbefolkning og andre faktorer økte frekvensen av underernæring og proteinmangel. Proteinmangel kan føre til redusert intelligens eller mental retardasjon .

Protein-kalori underernæring påvirker 500 millioner mennesker og mer enn 10 millioner årlig. I alvorlige tilfeller reduseres antall hvite blodlegemer , på samme måte reduseres evnen til leukocytter til å bekjempe en infeksjon drastisk .

Proteinmangel i utviklede land

Proteinmangel er sjelden i utviklede land, men et lite antall mennesker har problemer med å få i seg nok protein på grunn av fattigdom. Proteinmangel kan også forekomme i utviklede land hos personer som slanker seg for å gå ned i vekt, eller hos eldre voksne som kan ha dårlig kosthold. Personer som rekonvalererer, kommer seg etter operasjoner, traumer eller sykdom kan ha proteinmangel hvis de ikke øker inntaket for å støtte deres økte behov. En mangel kan også oppstå hvis proteinet som konsumeres av en person er ufullstendig og ikke klarer å gi alle de essensielle aminosyrene.

Overflødig proteinforbruk

Siden kroppen ikke er i stand til å lagre protein, fordøyes overflødig protein og omdannes til sukker eller fettsyrer . Leveren fjerner nitrogen fra aminosyrer , en måte at de kan konsumeres som drivstoff, og nitrogenet er inkorporert i urea , stoffet som skilles ut av nyrene. Disse organene kan normalt håndtere eventuell ekstra overbelastning, men hvis nyresykdom er tilstede, vil en reduksjon i protein ofte bli foreskrevet.

Overdreven proteininntak kan også forårsake kalsiumtap fra kroppen, noe som kan føre til langvarig bentap. Imidlertid er ulike proteintilskudd supplert med forskjellige mengder kalsium per porsjon, slik at de kan motvirke effekten av kalsiumtap.

Noen leger mistenker [ hvem? ] at overdreven proteinforbruk er knyttet til flere problemer:

I slike tilfeller er proteinforbruk anabole for bein. Noen forskere [ hvem? ] tror at et overdreven forbruk av proteiner gir en tvungen økning i utskillelsen av kalsium. Hvis det er for høyt proteininntak, antas det at et regelmessig inntak av kalsium vil kunne stabilisere, eller til og med øke, kalsiumopptaket i tynntarmen , [ relevant referanse ] som ville være mer fordelaktig hos eldre kvinner. [ referanse nødvendig ]

Proteiner er ofte årsaken til allergier og allergiske reaksjoner på visse matvarer . Dette skjer fordi strukturen til hver form for protein er litt forskjellig. Noen kan utløse en respons fra immunsystemet , mens andre forblir helt trygge. Mange mennesker er allergiske mot kasein (proteinet i melk), gluten (proteinet i hvete og andre korn), det spesielle proteinet som finnes i peanøtter , eller de som finnes i skalldyr og annen sjømat.

Det er ekstremt uvanlig for samme person å reagere negativt på mer enn to forskjellige typer proteiner, på grunn av mangfoldet mellom proteintyper eller aminosyrer . Bortsett fra det hjelper proteiner med dannelsen av muskelmasse .

Proteinanalyse i mat

Proteiner i mat er en viktig parameter fra et økonomisk synspunkt og fra kvaliteten og organoleptiske og ernæringsmessige kvaliteter. På grunn av dette er målingen inkludert i den proksimale kjemiske analysen av mat (der innholdet av fuktighet , fett , protein og aske hovedsakelig måles ). [ 37 ]

Den klassiske analysen for å måle proteinkonsentrasjon i matvarer er Kjeldahl-metoden . Denne testen bestemmer det totale nitrogenet i en prøve. Den eneste komponenten i de fleste matvarer som inneholder nitrogen er protein (fett, karbohydrater og kostfiber inneholder ikke nitrogen). Hvis mengden nitrogen multipliseres med en faktor avhengig av hvilken type protein som forventes i fôret, kan den totale mengden protein bestemmes. På matvareetiketter uttrykkes protein som nitrogen multiplisert med 6,25, fordi det gjennomsnittlige nitrogeninnholdet i protein er omtrent 16 %. Kjeldahl-metoden brukes fordi det er metoden som AOAC International har tatt i bruk og derfor brukes av ulike matvarebyråer rundt om i verden. [ 38 ]

Det er andre tester utført for å kvantifisere proteininnhold, og de er basert på forskjellige prinsipper:

Proteinfordøyelse

Proteinfordøyelsen begynner vanligvis i magen , når pepsinogen omdannes til pepsin ved virkningen av saltsyre , og fortsetter ved virkningen av trypsin og chymotrypsin i tarmen . Kostproteiner brytes ned til mindre og mindre peptider , og disse til aminosyrer og deres derivater, som absorberes av mage - tarmepitelet . Absorpsjonshastigheten av individuelle aminosyrer er svært avhengig av proteinkilden. For eksempel er fordøyeligheten av mange aminosyrer hos mennesker forskjellig mellom soyaprotein og melkeprotein [ 39 ] og mellom individuelle melkeproteiner, som beta - laktoglobulin og kasein . [ 40 ] For melkeproteiner absorberes omtrent 50 % av inntatt protein i tolvfingertarmen eller jejunum , [ 41 ] og 90 % er allerede absorbert når inntatt mat når ileum . [ 42 ]

I tillegg til deres rolle i proteinsyntesen, er aminosyrer også en viktig ernæringskilde for nitrogen. Proteiner, som karbohydrater , inneholder fire kilokalorier per gram, mens lipider inneholder ni kcal og alkoholer sju kcal. Aminosyrer kan omdannes til glukose gjennom en prosess som kalles glukoneogenese .

Studiemetoder

Proteinstrukturer og aktiviteter kan studeres in vitro , in vivo og in silico . In vitro - studier av rensede proteiner i kontrollerte miljøer er nyttige for å forstå hvordan et protein utfører sin funksjon: for eksempel utforsker enzymkinetikkstudier de kjemiske mekanismene til et enzyms katalytiske aktivitet og dets relative affinitet for forskjellige enzymer.molekylære substrater. For sin del kan in vivo - eksperimenter gi informasjon om den fysiologiske rollen til et bestemt enzym i sammenheng med cellen eller til og med en hel organisme . I silico- studier bruker man beregningsmetoder for å studere proteiner. [ 43 ]

Proteinrensing

For å utføre in vitro-analyse av et protein, må det separeres fra andre cellulære komponenter. Denne prosessen begynner vanligvis med cellelyse , der cellemembranen ødelegges og innholdet frigjøres for å danne en løsning som kalles rålysat . Den resulterende blandingen kan renses ved hjelp av differensiell sentrifugering , som separerer de forskjellige cellulære komponentene i fraksjoner som inneholder løselige proteiner; membranlipider og proteiner; celleorganeller og nukleinsyrer . Utfelling ved en metode som er avhengig av bruk av høye saltkonsentrasjoner kan konsentrere proteinene i lysatet. Ulike typer kromatografi brukes for å isolere proteinet(e) av interesse basert på egenskaper som molekylmasse, nettoladning eller bindingsaffinitet. Rensingsnivået kan overvåkes ved bruk av forskjellige typer gelelektroforese hvis molekylmassen og isoelektriske punktet til proteinet som studeres er kjent, ved spektroskopi hvis proteinet har spektroskopiske egenskaper, eller ved enzymanalyser hvis proteinet har en enzymatisk aktivitet. Videre kan proteiner isoleres i henhold til deres ladning ved hjelp av den isoelektriske fokuseringsteknikken .

For naturlige proteiner kan det være nødvendig med flere rensetrinn for å få protein som er rent nok til bruk i laboratorier. For å forenkle denne prosessen, brukes genteknologi ofte for å tilføre proteinet kjemiske egenskaper som letter rensingen, uten å endre strukturen eller funksjonen. Som et eksempel kan et merke som består av en spesifikk aminosyresekvens, ofte en serie med " histidin "-rester , festes til enden av proteinet . Som et resultat, når lysatet føres gjennom en nikkelholdig kromatografikolonne, binder histidinrestene seg til nikkelen og forankrer proteinet til kolonnen mens umerkede komponenter i lysatet passerer uhindret.

Cellelokalisering

Studiet av proteiner in vivo forsøker å bestemme plasseringen og stedet for proteinsyntese i cellen. Selv om mange intracellulære proteiner syntetiseres i cytoplasma og membran eller utskilles proteiner i det endoplasmatiske retikulum , er detaljene om hvordan proteinene er målrettet mot spesifikke cellulære strukturer eller organeller ikke godt forstått. En nyttig teknikk for å estimere cellulær lokalisering bruker genteknologi for å uttrykke i cellen et fusjonsprotein eller kimær som består av det naturlige proteinet av interesse knyttet til en reporter som grønt fluorescerende protein . Plasseringen i cellen til det smeltede proteinet kan tydelig og effektivt visualiseres ved mikroskopi , som vist i eksemplet i figuren.

En annen metode for å belyse den cellulære lokaliseringen av kjente kompartmentmarkørproteiner for regioner som endoplasmatisk retikulum , golgi-apparat , lysosomer , vakuoler , mitokondrier , kloroplaster , plasmamembran , etc. Bruken av fluorescensmerkede versjoner av disse markørene eller av antistoffer mot kjente markører letter cellulær lokalisering av et protein av interesse. For eksempel tillater indirekte immunfluorescens fluorescenskolokalisering og demonstrasjon av lokalisering. Fluorescerende flekker brukes til å merke cellulære rom for et lignende formål.

Det finnes andre muligheter. For eksempel bruker immunhistokjemi et antistoff spesifikt for ett eller flere proteiner av interesse som er konjugert til enzymer som produserer luminescerende eller kromogene signaler som kan påvises og sammenlignes mellom prøver, og gir informasjon om den cellulære lokaliseringen av proteiner. En annen anvendelig teknikk er kofraksjonering i sukrose (eller annet materiale) gradienter ved bruk av isopyknisk eller differensiell sentrifugering.

Tidslinje for studiet av proteiner

Se også

Referanser

  1. ↑ Royal Spanish Academy og Association of Academies of the Spanish Language. "protein " Ordbok for det spanske språket (23. utgave). 
  2. ↑ Royal Spanish Academy og Association of Academies of the Spanish Language. "proteid " Ordbok for det spanske språket (23. utgave). 
  3. ↑ "Fra gen til protein." . 
  4. ↑ Ernæring i folkehelsen . 2007-09. doi : 10.4321/repisalud.4997 . Hentet 2. juni 2022 . 
  5. ^ Martinez Silva, A.; Dinkova, T. (september, 2010). "Mekanismer for translasjonsregulering formidlet av initieringsfaktoren 4e: de to sidene av mynten." Journal of Biochemical Education 29 (3): 82:91. 
  6. ↑ Feil "Ion" med selvreferanse ( hjelp ) . |url= 
  7. ↑ White and White, Food Chemistry (2012). "3". Proteiner . Athenaeum. s. 120. ISBN  978-970-260-670-3 . 
  8. ↑ Garcia, Tomas (2010). The Little Larousse Illustrated 2010 (Sekstende utgave). Mexico: Larousse. s. 1824. ISBN  978-607-4-00139-6 . Hentet 20. oktober 2011 . "Protein". 
  9. ^ Solomon (2013). «Livets kjemi; organiske forbindelser. Biologi . Cengage. 
  10. ↑ Badui Dergal, Food Chemistry (2006). «kapittel 3» . I Enrique Quintanar Duarte, red. Matkjemi . Teknisk skolebibliotek 4-005 Josefa Capdivila Balcarce 96 San Martín: Pearson Education. s. 209. ISBN  970-26-0670-5 . Hentet 5. juli 2019 . 
  11. ↑ «Hva er proteiner? Typer, funksjoner og fordeler - PharmaSalud.net» . 20. november 2021 . Hentet 30. januar 2022 . 
  12. ↑ Curtis, Helena (1991). "Kapittel 3. Organiske molekyler." Biologi . Pan American Medical Publishing House. s. 87. 
  13. ^ "DEFINISJON AV BIOKJEMI" . 
  14. ^ Lehninger, Albert L.; Cox, Michael M. (2005). Lehningers prinsipper for biokjemi (fjerde utgave). W.H. Freeman. ISBN  0-7167-4339-6 . OCLC  55476414 . Hentet 9. april 2020 . 
  15. ↑ Badui Dergal, Salvador.; Valdes Martinez, Sara Esther. (2006). Food Chemistry (4. utgave). PearsonEducation. ISBN  970-26-0670-5 . OCLC  503249720 . Hentet 9. april 2020 . 
  16. ^ "Cellulære strukturer: eukaryoter og prokaryoter" . ok daglig . 27.03.2017 18:59 . Hentet 1. juni 2020 . 
  17. ↑ Dobson, CM . Smerte, RH, red. Mekanismer for proteinfolding . Oxford University Press . s. 1-28. ISBN  0-19-963789-X . 
  18. ^ "Proteiner: fra primær til kvartær struktur" . 
  19. ↑ Groves Brihuega, David (2011). "Anfinsens postulat og Levinthal-paradokset og følgende" . Strukturelt hierarki av proteiner . Alicante, Spania: Editorial Club Universitario. s. 99 og oppover. ISBN  9788499484556 . Hentet 1. juli 2016 . 
  20. ↑ Fulton, A; Isaacs W. (1991). "Titin, et enormt, elastisk sarkomerisk protein med en sannsynlig rolle i morfogenese" . BioEssays 13 (4): 157-61. PMID  1859393 . doi : 10.1002/bies.950130403 . 
  21. ↑ Bruckdorfer, T; Marder O; Albericio F (2004). «Fra produksjon av peptider i milligrammengder for forskning til multitonns mengder for fremtidens medikamenter». Current Pharmaceutical Biotechnology 5 (1): 29-43. PMID  14965208 . doi : 10.2174/1389201043489620 . 
  22. ↑ Schwarzer, D; Cole P. (2005). "Proteinsemisyntese og uttrykt proteinligering: jage etter et proteins hale". Current Opinions in Chemical Biology 9 (6): 561-69. PMID  16226484 . doi : 10.1016/j.cbpa.2005.09.018 . 
  23. ^ Kent, S.B. (2009). "Total kjemisk syntese av proteiner" . Chemical Society Reviews 38 (2): 338-51. PMID  19169452 . doi : 10.1039/b700141j . 
  24. ^ Ganong, William F. (1995). «Energibalanse, metabolisme og ernæring». Medisinsk fysiologi . Moderne håndbok. s. 332. 
  25. ↑ [1]
  26. ↑ abc Lodish , Harvey F.,; Kaiser, Chris; Krieger, Monty; Bretscher, Anthony; Ploegh, Hidde L.,; Amon, Angelika; Martin, Kelsey C.,. Molekylær cellebiologi (åttende utgave). ISBN  978-1-4641-8339-3 . OCLC  949909675 . Hentet 7. april 2020 . 
  27. ↑ Badui Dergal, Food Chemistry (2006). "Proteiner." Strukturell organisering . Pearson. s. 153. ISBN  9702606705 . 
  28. ^ Watson, James D., 1928-. Genets molekylærbiologi (syvende utgave). ISBN  978-0-321-76243-6 . OCLC  824087979 . Hentet 9. april 2020 . 
  29. ↑ a b c Molecular cell biology, Lodish H., Berk A., Matsudaira P., Kaiser C., Krieger M., Scott M., Zipursky S., Darnell J.(2004) 5th Edition.RR Donelley & Sons Company . 59-72 s.
  30. ^ White, Antonio (1993). "Proteiner." Biologisk kjemi . Athenaeum. s. 46. 
  31. ^ a b Williamson, Mike (Michael Paul) (2012). Hvordan proteiner fungerer . Garland Science. ISBN  978-0-8153-4446-9 . OCLC  668196960 . Hentet 9. april 2020 . 
  32. ↑ Jimeno, Antonio; Ballesteros Vazquez, Manuel; Ugedo Ucar, Luis. Biologi . Fuenlabrada: Santillana, 1997. ISBN 978-84-294-8385-7
  33. ^ a b  
  34. ^ "Det ordnede kaoset av proteiner" . Vitenskapelig amerikansk . Hentet 9. april 2020 . 
  35. ↑ Teijon Rivera, Jose Maria (2005). "5". Grunnlaget for strukturell biokjemi . Mexico: Alfaomega. s. 72. 
  36. ↑ Villaverde, Carmen (2007). "1. 3". Grunnleggende om metabolsk biokjemi . Mexico: Alfaomega. s. 156. 
  37. ↑ «Manual for teknikker for ernæringslaboratorium for fisk og krepsdyr...» . FAO dokumentlager . Hentet 6. september 2014 . 
  38. ↑ Matissek, Schnepel, Steiner. "3: Proteiner, peptider, aminosyrer." Matanalyse. Fundamentals-Methods - Applications . Acribia SA s. 93. 
  39. ^ Gaudichon C, Bos C, Morens C, Petzke KJ, Mariotti F, Everwand J, Benamouzig R, Dare S, Tome D, Metges CC. (2002). Ilealtap av nitrogen og aminosyrer hos mennesker og deres betydning for vurdering av aminosyrebehov. Gastroenterology 123(1):50-9.
  40. ^ Mahe S, Roos N, Benamouzig R, Davin L, Luengo C, Gagnon L, Gausseunrges N, Rautureau J, Tome D. (1996). Gastrojejunal kinetikk og fordøyelsen av 15Nbeta-laktoglobulin og kasein hos mennesker: påvirkningen av proteinets natur og mengde. Am J Clin Nutr 63(4):546-52.
  41. ↑ Sanitærhjelpemidler (klinikkassistenter). Gruppe IV. Agenda for Xunta de Galicia.e-boken . MAD-Eduforma. ISBN  9788466557580 . Hentet 23. januar 2018 . 
  42. ↑ Mahe S, Marteau P, Huneau JF, Thuillier F, Tome D. (1994). Intestinale nitrogen- og elektrolyttbevegelser etter inntak av fermentert melk hos mennesker. Br J Nutr 71(2):169-80.
  43. ^ Alberts, Bruce (1992). "4". Cellens molekylærbiologi (2. utgave). Omega. s. 172-190. ISBN  84-282-0896-4 . 
  44. ↑ Alberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. "Introduksjon til cellebiologi". Andre utgave

Bibliografi

Eksterne lenker