Hvernig er uppbygging prótína?

Svar

Upphafleg spurning var:

Hvað eru: Primær- sekundær- tertiær og kvartanær form þegar talað er um prótín?

Prótín geta haft flókna þrívíða byggingu sem er einstök fyrir hvert prótín. Þessi uppbygging er prótínunum oftast nauðsynleg til þess að þau geti gegnt hlutverki sínu. Árið 1951 skilgreindi danski efnafræðingurinn Linderstrøm-Lang fjögur mismunandi stig í byggingu prótína og er þetta kerfi enn notað í dag.


Mismunandi byggingarstig prótína.
1. stigs bygging prótína er einföld röð amínósýra. Amínósýrurnar tengjast saman í keðju með því að mynda svokölluð peptíðtengi á milli sín, þar sem karboxylhópur (COOH) einnar amínósýru tengist amínóhóp (NH₂) þeirrar næstu (sjá mynd). Keðja amínósýra er stundum kölluð peptíðkeðja. Röðin byrjar alltaf á N-enda þar sem amínóhópur fyrstu amínósýrunnar myndar ekki peptíðtengi.

Amínósýruröð prótíns ákvarðast af DNA-röðinni, það er geni, sem er forskrift að prótíninu. Gen er umritað í mRNA og mRNA er svo þýtt yfir í prótín í ríbósómum. Amínósýruröðina er hægt að greina með ýmsum aðferðum, til dæmis með því að skoða DNA-röðina, með massagreiningu eða með svokölluðu Edman-niðurbroti.

2. stigs bygging er þegar vetnistengi myndast á milli atóma, aðallega innan stofnkeðju prótínsins, þannig að peptíðkeðjan tekur á sig þrívíða mynd. Það var lífefnafræðingurinn og nóbelsverðlaunahafinn Linus Pauling sem árið 1951 átti hugmyndina að fyrstu 2. stigs byggingarformum prótína, α-helixnum og β-fletinum. α-helixar og β-fletir metta, það er fullnýta, öll möguleg vetnistengi innan þess hluta keðjunnar sem mynda þá og það gerir þessi byggingarform mjög stöðug.

3. stigs bygging er þrívíð heildarbygging prótíns. Mótun peptíða í 3. stigs mynd er að miklu leyti vegna svokallaðra vatnsfælinna hrifa. Þau lýsa sér þannig að vatnsfælnar hliðarkeðjur leita inn að miðju prótínsins og við það mynda vatnssæknar (skautaðar) hliðarkeðjur yfirborð prótínsins. Þetta byggingarform er gert stöðugt með vetnistengjum meðal stofnkeðju og hliðarkeðja, og stundum einnig með tvísúlfíðbrúm milli systein-amínósýra (e. cysteine). Oftast er 3. stigs bygging nauðsynleg fyrir prótínið til þess að það geti gegnt hlutverki sínu.

4. stigs bygging prótína er þegar tvær eða fleiri peptíðkeðjur með 3. stigs byggingu raðast saman og mynda það sem kallað er prótínflóki. Margar eins eða ólíkar prótíneiningar mynda þá stærri heild með því að bindast með ósamgildum kröftum. Ekki hafa öll prótín 4. stigs byggingu en þekkt dæmi um prótín með slíka byggingu eru hemóglóbín, einnig kallað blóðrauði, og ensímið DNA-pólýmerasi.

Frekara lesefni á Vísindavefnum

• Hvernig myndast prótín í líkamanum? eftir Þuríður Þorbjarnardóttir.
• Hvort varð til fyrr, prótín eða DNA? eftir Guðmund Eggertsson.

Heimildir, frekara lesefni og mynd

• Protein structure. Wikipedia: The Free Encyclopedia.
• Voet, D. & Voet, J. 2004. Biochemistry Vol. 1., Wiley (John) & sons Ltd.
• Three-dimensional protein structure. City University of New York.