Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Proteiners struktur & funktion. Proteinsyntesen.

Artikelindex

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).

Proteiner består av långa kedjor av aminosyrorProteiner består av långa kedjor av 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:

En generell aminosyraEn generell aminosyra.

  • "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

Modell av peptidkedjan i bovint insulin.Modell av peptidkedjan i bovint insulin.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

Bovint glutamatdehydrogenas. Bovint glutamatdehydrogenas. 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

HemoglobinHemoglobin. 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

Aktin och myosinAktin och myosin.

  • 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

 
Immunoglobuliner (antikroppar), m.fl. immunförsvarsproteiner

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

  1. Primärstruktur
  2. Sekundärstruktur
  3. Tertiärstruktur
  4. Kvartärstruktur

1. Primärstruktur

Själva aminosyrasekvensen.

Exempel: -Arg-Thr-Trp-Lys-Gly-Ala-Ile-

Primärstruktur hos alkoholdehydrogenas hos hästPrimärstruktur hos alkoholdehydrogenas hos häst.

 

2. Sekundärstruktur

Vanligt förekommande strukturer av intilliggande aminosyror

Exempel:

  1. α-helixar (röda)
  2. β-plattor (gula)
  3. Svängar (blå)

Sekundärstruktur hos alkoholdehydrogenas från hästSekundärstruktur hos alkoholdehydrogenas från häst.

3. Tertiärstruktur

En polypeptids hela tredimensionella struktur

Tertiärstruktur hos alkoholdehydrogenas från hästTertiärstruktur hos alkoholdehydrogenas från häst.

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.

Kvartärstruktur hos alkoholdehydrogenas från hästKvartärstruktur hos alkoholdehydrogenas från häst.

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:

  1. Som redan sagt, Varje protein eller proteintyp har en unik aminosyrasekvens.
  2. Många humana sjukdomar har kunnat kopplas till en förändring i en enda aminosyra i ett protein
  3. 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).

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.

Molekylärgenetikens centrala dogmMolekylärgenetikens centrala dogm. 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:

  1. mRNA - bär på informationen från DNA-molekylen
  2. tRNA - bär på aminosyror, som ska kopplas ihop till protein
  3. 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

proteinsyntesen 1 initiering

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

Elongering: Phe-tRNA anländer till A-platsen

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

Metionin binder till fenylalanin

Den föregående aminosyran (fMet) släpper från sin tRNA-molekyl, binder istället till Phe

Ribosomen flyttar sig en triplett framåt

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!

Translationen termineras

Nästa kodon i sekvensen är UAA - kodar för stopp!

En släppfaktor binder till mRNA

När  translationen avslutats (terminerats) kan antingen mRNA-molekylen användas igen, eller klippas upp i sina beståndsdelar av enzymet RNas.

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!

Proteinsyntesen

 

   

Också intressant: