Proteiini

Wikipedia

Myoglobiinin 3D-rakenne, jossa on eri väreillä kuvattu alfa-heliksit. Tämän proteiinin rakenne saatiin selville röntgenkristallografian avulla.

Proteiini eli valkuaisaine on yhdestä tai useammasta aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdiste. Proteiineja muodostavia aminohappoja tunnetaan 22, joista 2 tuoreinta löydöstä esiintyvät vain yhdellä mikrobilla, molemmat eri lajilla. Aminohapot ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidoksin. Aminohappoketjuja kutsutaan myös polypeptideiksi. Muutaman aminohapon ketju on oligopeptidi. Aminohappoketjujen katsotaan aina alkavan siitä päästä, jossa on vapaa aminoryhmä (nk. N-pää tai N-terminus) ja loppuvan päähän, jossa on vapaa karboksyyliryhmä (nk. C-pää tai C-terminus). Proteiinit löysi Jöns Jacob Berzelius vuonna 1838.

[muokkaa] Proteiinien tehtäviä

Proteiinit ovat kaikkien solujen rakennusainetta. Suurin osa solun kuivamassasta koostuu proteiineista. Rakennusaineina olemisen lisäksi proteiinit suorittavat lähes kaikki solun toiminnot ja ovat siten välttämättömiä elintoiminnoille.^[1] Proteiineja tarvitaan elimistössä sen typpi-, neste-, happo-, emäs- sekä kaliumin ja natriumin tasapainon ylläpitämiseen. Proteiinit mahdollistavat solujen liikkumisen, yhteenliittämisen, signaalivälityksen ja immuunipuolustuksen. Ne myös säätelevät geenejä eli toimivat transkriptiotekijöinä. Jotkin proteiinit toimivat entsyymeinä.

Solukalvoissa sijaitsevat proteiinit toimivat kanavina ja pumppuina, joiden avulla kontrolloidaan pienten molekyylien kulkua solusta ulos ja sisään soluun, sekä reseptoreina, jotka välittävät viestejä solun ulkopuolelta solun sisälle. Proteiinit voivat olla ikään kuin molekulaarisia koneita: Solunsisäiset moottoriproteiinit, esimerkiksi kinesiini, huolehtivat molekyylien kuljetuksesta sytoplasmassa ja topoisomeraasit kykenevät muuttamaan DNA:n rakennetta. Proteiinit voivat erikoistua moniin vaihteleviin tehtäviin: Vasta-aineiksi mahdollistamaan elimistölle vieraiden kappaleiden ja solujen, esimerkiksi bakteerien ja virusten, tuhoamisen, toksiineiksi, hormoneiksi, kuten insuliini ja glukagoni, jäätymisenestoproteiineiksi, soluväliaineen elastisiksi säikeiksi tai luminesenssin lähteiksi. Proteiineja muodostuu elimistössä DNA:n koodaamina aminohapoista translaatiossa.^[1]

[muokkaa] Proteiinit ravinnossa

Proteiinit ovat myös tärkeitä ravintoaineita. Proteiinien ravitsemuksellinen laatu määritellään sen sisältämien aminohappojen mukaan. Lihaproteiinin laatu on hyvä, koska se sisältää kaikkia yhdeksää aikuiselle ihmiselle välttämätöntä aminohappoa, joita aikuisen ihmisen elimistö ei pysty itse tuottamaan. Liiallinen proteiinien syönti voi rasittaa munuaisia ja aiheuttaa kehon kuivumista. Liiallinen nautittu proteiini varastoituu rasvaksi. Myös proteiinien liian vähäisestä saannista on vakavia seurauksia. Esimerkiksi kehitysmaissa yleinen kvasiorkor on pienillä lapsilla esiintyvä proteiinin puutteellisesta saannista aiheutuva vakava sairaus. Toinen tunnettu proteiinin puutostauti marasmi johtuu riittämättömästä energian ja proteiinin saannista. Oireina ovat lihasten heikkeneminen, kasvun pysähtyminen sekä kehon kyvyttömyys säilyttää lämpöä.

[muokkaa] Rakenne

Pääartikkeli: proteiinin rakenne

Proteiinien rakennetta luokitellaan neljästä näkökulmasta:^[2]

• Primaarirakenne on aminohappojen järjestys polypeptidiketjussa. Aminohapot liittyvät toisiinsa peptidisidoksin.
• Sekundaarirakenteella viitataan muun muassa proteiinin muotoon vaikuttaviin rikkisiltoihin ja vetysidoksiin, joilla on vaikutusta atomien järjestykseen polypeptidiketjun selkärangassa. Tunnetuimmat sekundaarirakenteet ovat α-kierteet eli alfa-heliksit ja β-laskokset eli beeta-levyt (lamelli). α-heliksi on yleinen rakenne pallomaisilla eli globulaarisilla proteiineilla.
• Tertiaarirakenne tarkoittaa proteiinin avaruudellista rakennetta kokonaisuudessaan. Tertiaarirakenteen muodostumiselle tärkeitä ovat etenkin vetysidokset ja rikkisillat. Proteiinin denaturoituessa lämpötilan tai kemikaalin vaikutuksesta sen tertiaarirakenne hajoaa.
• Kvaternaarirakenne tarkoittaa usean aminohappoketjun ryhmittymää. Esimerkiksi hemoglobiini on neljän yhteenliittyneen proteiinin muodostama tetrameeri.

Edellä mainittujen rakenteiden lisäksi löyhempänä rakenteena voidaan pitää erilaisia proteiinien muodostamia toiminnallisia komplekseja, kuten DNA:n replikaatiosta vastaava kompleksi. Kompleksin osat ovat erillisiä proteiineja.

Proteiinit ovat niin pieniä, ettei niiden rakennetta voida tutkia tavallisella valomikroskoopilla. Proteiinien tai proteiinikompleksien karkea rakenne voidaan selvittää elektronikryomikroskopialla. Proteiinien atomitason rakenne saadaan selville röntgenkristallografialla tai ydinmagneettisella resonanssispektroskopialla (NMR-spektroskopia). Proteiinien röntgenkristallografista tutkimusta varten proteiini on kiteytettävä, mikä on usein työlästä ja vaikeaa. Kiteytetyn proteiinin muoto voi lisäksi olla erilainen kuin luonnollisessa tilassa. NMR-tekniikassa proteiinit ovat vapaita liikkumaan toisin kuin kiteessä, mutta sillä saadaan selville vain pienten proteiinien tai peptidien rakenne tarkasti. Rakennetta voidaan myös estimoida erilaisten ohjelmien avulla, kun aminohapposekvenssi tunnetaan.

Proteiinien kolmiulotteiset rakenteet tallennetaan Protein Data Bank -tietokantaan.

[muokkaa] Lähteet

[muokkaa] Aiheesta muualla

• Protein Data Bank (englanniksi)