STRUKTUR PROTEIN
Dalam struktur protein, ada empat tingkat organisasi molekul: struktur primer, sekunder, tersier, dan kuaterner. Dua tingkat pertama adalah karakteristik semua protein. Struktur tersier dan kuaterner hanya terdapat pada protein globular.
Struktur primer protein
|
Pembentukan ikatan peptida |
Struktur utama protein adalah urutan residu asam amino dalam rantai polipeptida. Urutan asam amino dalam suatu protein ditentukan secara genetik oleh urutan nukleotida dalam DNA. Polipeptida dibentuk oleh interaksi gugus karboksil dari satu asam amino dengan gugus amino dari asam amino lain - ikatan peptida.
Kepala (NH2-) suatu asam amino terikat pada ekor (-COOH) asam amino lain. Ikatan peptida (-CO-NH-) terbentuk antara asam amino, yang merupakan satu-satunya jenis ikatan dalam struktur primer protein. Seperti terlihat pada diagram di atas, ketika ikatan peptida terbentuk, air dilepaskan. Pemutusan ikatan peptida selama hidrolisis disertai dengan penambahan air pada lokasi pemutusan ikatan. Produk akhir hidrolisis protein dan polipeptida adalah asam amino bebas.
Ikatan peptidanya lebih kuat obligasi tunggal antara karbon dan nitrogen, karena tautomerisme yang dihasilkan adalah 40% dua kali lipat. Untuk alasan yang sama, dalam rantai polipeptida, rotasi hanya mungkin terjadi di sekitar atom karbon yang terikat pada radikal
Kerangka semua polipeptida adalah sama. Rantai polipeptida berbeda dalam sifat dan urutan radikal. Polipeptida disebut berdasarkan jumlah residu asam amino yang menyusunnya: dipeptida, tripeptida, dll.
Protein adalah polipeptida yang mengandung lebih dari 50 residu asam amino. Protein paling sederhana adalah insulin. Ini hanya mengandung 51 residu asam amino. Ribonuklease mencakup 124 residu, hemoglobin 574.
Dalam protein, urutan asam amino, yaitu struktur primer, ditentukan secara ketat. Mengganti satu residu asam amino dengan yang lain menghasilkan protein baru. Jadi, pada insulin sapi terdapat residu serin di posisi kesembilan, dan pada insulin domba terdapat residu glisin. Pada insulin manusia dan kuda, perbedaannya berkaitan dengan tiga residu asam amino - yang kedelapan, kesembilan dan kesepuluh. Semua insulin yang terdaftar memiliki struktur primer yang berbeda. Tupai organisme yang berbeda dengan fungsi yang sama disebut homolog.
Struktur sekunder protein
Ada dua jenis utama struktur sekunder protein: lapisan spiral dan terlipat.
spiral . Karena rotasi bebas ikatan di sekitar atom karbon α dalam rantai polipeptida, linearitas rantai polipeptida terganggu. Hal ini menyebabkan terbentuknya spiral. Ada 3 jenis spiral.
1. Ciri-ciri keratin α-с piral. Rantai polipeptida keratin seolah-olah dililitkan pada silinder imajiner. Kumparannya bersebelahan disatukan oleh ikatan hidrogen antara oksigen dari satu ikatan peptida dan hidrogen dari ikatan peptida lainnya. Ikatan hidrogen 20 kali lebih lemah dibandingkan ikatan kovalen antara oksigen dan hidrogen, namun karena banyaknya ikatan tersebut, ikatan tersebut menahan heliks dengan cukup kuat.
2. β -spiral ditemukan pada protein bakteri. Satu putaran p-heliks terdiri dari 22 residu asam amino, β-heliks berupa tabung berongga, dan α-heliks berupa silinder berisi.
3. Spiralnya rusak ciri khas kolagen. Heliks jenis ini merupakan konsekuensi dari tingginya kandungan glisin dan prolin dengan hidroksiprolin dalam kolagen - asam amino yang mengganggu “kebenaran” heliks.
DENGAN lapisan batu karakteristik protein sutra - fibroin. Arah rantai yang berdekatan pada lapisan lipatan berlawanan (antiparalel) Rantai terletak bersebelahan dipegang oleh ikatan hidrogen.
Heliks dan lapisan terlipat pada protein fibrilar sering kali menimbulkan struktur super-sekunder atau superkoil. Jadi, 7 α-heliks keratin menghasilkan superheliks. Pada gilirannya, 11 superspiral keratin membentuk mikrofibril rambut.
Struktur sekunder protein globular tidak seragam seperti protein fibrilar. Jadi, dalam molekul mioglobin, 77% rantai polipeptida berbentuk heliks dan 23% tidak heliks. Derajat penggulungan insulin 60%, albumin telur 40%, pepsin 28%. Rantai polipeptida kimotripsin hampir tidak mengandung daerah heliks, tetapi terdapat lipatan, lapisan, lengkung, lekukan, dll.
Dalam struktur protein globular dengan berat molekul lebih dari 20 ribu Ya, konsepnya dibedakan domain - area kecil dengan 100-150 residu asam amino dengan struktur yang khas. Mereka disebut domain struktural.
Antara domain dan elemen struktural individu dalam suatu domain ada yang disebut bagian engsel . Seringkali, beberapa domain serupa dengan tipe yang sama ditemukan dalam satu protein.
Ada juga konsepnya domain fungsional . Dalam kasus terakhir, satu atau beberapa domain struktural bersama-sama membentuk daerah yang terisolasi secara fungsional dalam molekul protein: situs substrat, lingkungan pusat aktif enzim atau inhibitor, saluran ion di membran, dll.
Struktur tersier- lokasi rantai polipeptida (spiral, sedikit heliks atau non-heliks) dalam ruang tiga dimensi.
Meskipun bola globular terlihat tidak teratur, strukturnya sangat jelas dan memiliki beberapa keteraturan.
1. Rantai polipeptida dalam globul tersusun sangat rapat.
2. Biasanya gugus polar protein berada pada permukaan globul, dan radikal hidrofobik tersembunyi di dalamnya.
Aseton" href="/text/category/atceton/" rel="bookmark">aseton, protein mengendap. Pengendapan ini disebut pengasinan keluar. Mekanisme penggaraman adalah ion garam dan molekul alkohol dan aseton, yang memiliki cangkang hidrasi yang kuat, mengambil air dari molekul protein. Protein yang berbeda diasinkan pada konsentrasi garam yang berbeda. Globulin diasinkan dalam larutan amonium sulfat setengah jenuh, dan albumin hanya dalam larutan jenuh garam ini. Pengasinan fraksional digunakan untuk memisahkan dan memurnikan protein.
Beberapa protein mengendap pada pH yang sesuai titik isoelektrik. Jadi, kasein mengendap pada pH 4,7, karena pada nilai pH ini molekul tidak memiliki muatan dan dengan cepat berkumpul menjadi partikel besar yang tidak stabil dalam larutan. Protein lain lebih stabil, dan pengendapannya memerlukan tindakan pada kedua faktor stabilitas protein.
Dialisis protein
Terimakasih untuk ukuran besar, molekul protein tidak menembus beberapa lapisan film; plastik, kandung kemih ikan, dll. Sifat ini digunakan untuk memurnikan protein dari pengotor dengan berat molekul rendah, yaitu untuk dialisis.
Larutan protein yang dicampur garam dituangkan ke dalam kantong plastik, kantong tersebut ditempatkan dalam wadah yang dilalui air suling. Ion garam kecil dan zat lain menembus plastik ke dalam air dan dikeluarkan, sedangkan larutan protein tetap berada di dalam kantong.
Biaya protein
Dalam protein, sebagai suatu peraturan, jumlah asam amino yang bersifat asam dan bermuatan negatif (glutamat, aspartat) tidak sama dengan jumlah asam amino basa yang bermuatan positif (lisin, arginin, histidin). Oleh karena itu, protein dalam air mempunyai muatan positif atau negatif. Ketika larutan protein tersebut diasamkan (melebihi H+), ionisasi gugus karboksil akan ditekan dan saatnya tiba ketika jumlah gugus bermuatan positif akan sama dengan jumlah gugus bermuatan negatif. Dalam hal ini, molekul protein secara keseluruhan tidak bermuatan. Keadaan protein ini disebut iso eh listrik, dan pH terjadinya keadaan isoelektrik disebut titik isoelektrik (IEP). IET adalah salah satu karakteristik protein yang paling penting.
Dengan pengasaman lebih lanjut dari larutan, protein menjadi bermuatan positif. Molekul protein diisi ulang. Jika Anda mengambil protein bermuatan positif, maka ketika dialkalisasi, pertama-tama ia memperoleh keadaan isoelektrik, dan kemudian menjadi bermuatan negatif.
Aturan umumnya adalah: pada pH di bawah IET, protein bermuatan positif dan merupakan kation, dan pada pH di atas IET, protein bermuatan negatif dan merupakan anion.
Perbedaan muatan protein memungkinkan mereka dipisahkan dalam medan listrik konstan. Metode pemisahan ini disebut elektroforesis.
Kromatografi penukar ion juga didasarkan pada perbedaan muatan zat-zat yang dipisahkan dalam campuran.
Denaturasi protein
Denaturasi adalah setiap perubahan non-hidrolitik pada struktur protein, yang disertai dengan perubahan aktivitas dan fungsi biologisnya. Denaturasi dapat disebabkan oleh banyak faktor: titik didih, suhu tinggi, sinar ultraviolet dan radiasi pengion, tekanan berlebih, garam logam berat, nilai pH ekstrim (asam kuat dan basa), beberapa senyawa organik.
Pemanasan dan berbagai jenis radiasi menghancurkan hidrogen dan ikatan ionik. Asam kuat, basa, dan larutan garam pekat memutus ikatan ionik. Logam berat membentuk ikatan kuat dengan karboksianion dan memutus ikatan ionik. Pelarut organik dan deterjen mengganggu interaksi hidrofobik dan memutus ikatan hidrogen dalam protein.
Selama denaturasi, semua ikatan lemah pada protein diubah atau dihancurkan: hidrogen, elektrostatis, hidrofobik, dll., tetapi ikatan peptida tetap utuh.
Tanda-tanda denaturasi adalah:
1) perubahan kelarutan. Protein yang dilarutkan dalam air akan mengendap atau, sebaliknya, protein yang tidak larut akan menjadi larutan;
2) perubahan aktivitas optik, misalnya sudut rotasi bidang sinar terpolarisasi;
3) munculnya gugus reaktif baru yang tersembunyi sebelum denaturasi di dalam globul protein;
4) tanda utama dan pertama dari denaturasi adalah hilangnya fungsi. Struktur protein menjadi longgar, enzim kehilangan aktivitas katalitiknya, dll.
Setelah dibebaskan dari zat denaturasi, protein secara bertahap mendapatkan kembali sifat aslinya. Proses ini disebut renaturasi.
Sifat optik protein
Kecuali kromoprotein, protein tidak mempunyai warna. Protein menyerap sinar ultraviolet dengan maksimum pada λ=280 nm karena asam amino aromatik. Penyerapan maksimum kedua pada λ=216 nm termasuk dalam ikatan peptida.
Larutan protein transparan, tetapi memiliki opalesensi - kekeruhan terlihat jika disinari dari samping. Sifat-sifat yang tercantum digunakan untuk penentuan kuantitatif protein.
MONONUKLEOTIDA
Purin Guanin Adenin
Pirimidin Sitosin Timin Urasil
Selain basa yang terdaftar, terdapat basa nitrogen yang dimetilasi, mengandung belerang, dan turunan lainnya. Mereka disebut pangkalan kecil. Misalnya, pada prokariota terdapat: ribotimidin, inosin, xantin, hipoksantin, dll. Secara total, sekitar 60 basa nitrogen diketahui.
Basa nitrogen dan senyawa yang dibuat darinya secara intensif menyerap cahaya di wilayah ultraviolet (260-280 nm). Properti ini digunakan untuk penentuan kuantitatif zat yang mengandung basa nitrogen.
https://pandia.ru/text/78/240/images/image009_58.jpg" alt="http://*****/biohimija_severina/img/B5873p267-a1.jpg" align="left" width="289" height="203 src=">Важным производным нуклеозидов является !} kamp. Ini terbentuk dari ATP dengan partisipasi enzim adenilat siklase. cAMP terlibat dalam pengaturan proses metabolisme dalam sel. Secara khusus, ia bertindak sebagai pembawa pesan kedua dalam aksi hormon tertentu pada sel. .
Senyawa yang dibangun seperti nukleotida adalah bagian dari beberapa enzim kompleks, yang menjalankan peran tersebut koenzim. Seringkali, koenzim tersebut mengandung zat nitrogen yang strukturnya berbeda dari basa purin dan pirimidin. Mereka tidak disintesis di dalam tubuh hewan, tetapi berasal dari makanan (vitamin).
Flavin mononukleotida ( FMN) - terfosforilasi riboflavin(vitamin B2).
Flavin adenin dinukleotida ( MODE) terdiri dari dua nukleotida AMP dan FMN.
Koenzim A mengaktifkan dan mengangkut radikal asil, yang menempel pada gugus SH menggunakan ikatan tioeter.
Tergantung pada asam yang dibawanya, senyawa tersebut disebut: asetil-koenzim A, malonil-koenzim A, suksinil-koenzim A.
ASAM NUKLEAT
Asam nukleat- Asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA) masing-masing merupakan polimer deoksiribonukleotida dan ribonukleotida. Mononukleotida dalam asam nukleat dihubungkan melalui residu asam fosfat di antara karbon kelima dari ribosa Dan karbon ketiga ribosa nukleotida tetangga.
struktur DNA
Pada tahun 1950, Chargaff menemukan sejumlah pola komposisi nukleotida DNA, yang kemudian disebut aturan Chargaff. Berikut aturannya: 1) Pur=Pir, 2) A=T, 3) G=C, 4) A+C=G+T. Aturan Chargaff membantu merumuskan model struktur DNA yang saling melengkapi.
Struktur primer DNA diwakili oleh rantai polinukleotida.
|
struktur DNAAda sejumlah pola dalam rantai DNA:
1) Pada virus dan prokariota, hampir seluruh rangkaian DNA adalah unik; pada eukariota, 30-40% DNA terdiri dari rangkaian berulang, terutama banyak bagian DNA berulang di wilayah sentromer.
2) Rantai DNA tidak memiliki cabang.
3) Ada banyak (ribuan) urutan berjalan terbalik dalam DNA - palindrom, “pembalikan”. Contoh shifter dalam bahasa Rusia: “babi hutan menekan terung”. Palindrom membentuk struktur berbentuk salib - jepit rambut, yang memainkan peran penting dalam pengaturan ekspresi gen (kerja).
Struktur sekunder DNA
Pada tahun 1953, J. Watson dan F. Crick menetapkan bahwa DNA adalah heliks ganda antiparalel rantai polinukleotida. Rantai-rantai tersebut diikat berdekatan satu sama lain oleh ikatan hidrogen yang terbentuk antara basa nitrogen, dengan ikatan rangkap antara adenin dan timin, dan ikatan rangkap tiga antara sitosin dan guanin. Di luar heliks ganda DNA terdapat tulang punggung gula fosfat.
Basa nitrogen berikatan komplementer menghadap ke dalam. Dalam tumpukan, basa nitrogen berpindah relatif satu sama lain. Ada beberapa jenis heliks DNA:
1) heliks tipe B, ditemukan selama replikasi DNA;
2) heliks tipe A, diamati selama transkripsi;
3) spiral tipe Z, memutar ke kiri, dan bukan ke kanan seperti spiral A atau B, terjadi pada saat pindah silang.
4) Heliks tipe C dan SBS juga telah dijelaskan. Yang terakhir ini tidak dipelintir.
Virus dapat mengandung DNA beruntai tunggal.
Struktur DNA tersier
Pada prokariota, molekul DNA berbentuk lingkaran. Pada eukariota, ujung DNA bebas - ini dia bentuk linier DNA. Virus memiliki DNA linier dan sirkular.
Prokariota tidak memiliki inti. Di dalamnya, DNA bersama dengan protein melekat pada membran sitoplasma, membentuk nukleoid.
Pada eukariota, DNA dipisahkan dari sisa sel oleh membran inti. Selama interfase, DNA eukariotik terkonsentrasi di benang kromatin. Kromatin mengandung protein selain DNA. 50% protein kromatin - histon. Histon mengandung jumlah yang besar residu asam diaminokarboksilat: arginin dan lisin. Ini adalah protein globular yang sangat konservatif yang hampir sama pada semua eukariota. Paruh kedua protein kromatin adalah protein non-histon, yang ditandai dengan keragaman yang besar.
Chromatin memiliki beberapa tingkatan organisasi:
1) Nukleosom. Hampir dua putaran DNA dililitkan pada inti empat pasang molekul histon. Ini - inti. Terletak di antara kerak penghubung- 40 pasang nukleotida, sebagian ditutupi oleh protein histon dan (atau) non-histon atau tidak ditutupi oleh protein sama sekali. Histon terlibat dalam aktivasi dan represi gen pada tingkat transkripsi.
2) Solenoida: 6-10 nukleosom memberikan satu putaran solenoid.
3) loop. Pada tulang punggung protein non-histon, ditemukan loop 30-90 ribu pasangan basa, yang awal dan akhir terletak berdekatan.
4) Level tertinggi Organisasi DNA pada eukariota adalah kromosom. Dasar kromosom adalah matriks protein tempat DNA melekat. Di ujung kromosom terdapat bagian DNA yang disebut telomer. Replikasi dapat dimulai dari telomer; telomer melindungi ujung kromosom dari degradasi.
Dengan setiap replikasi, telomer memendek. Setelah mencapai ukuran telomer tertentu yang sangat kecil, sel tersebut mati. Telomerase adalah enzim yang mengembalikan panjang telomer, membuat sel abadi. Telomerase hadir di organ reproduksi, batang Dan sel kanker, tetapi tidak pada sel lain. Di tengah-tengah kromosom adalah sentromer- juga DNA non-coding, yang memastikan pemisahan kromosom yang benar selama pembelahan sel.
Sebagian besar DNA berbentuk loop. Di sinilah letak gen. Setiap loop berisi satu atau lebih gen. Loop berinteraksi dengan matriks kromosom melalui daerah DNA non-coding.
Sifat fisikokimia DNA
Kromosom adalah satu molekul DNA. Prokariota hanya memiliki satu kromosom. Ukuran DNA bervariasi dari 5.000 nukleotida pada virus hingga 5 miliar (panjangnya 8 cm) pada manusia. Panjang DNA semua kromosom dalam satu sel manusia adalah sekitar 2 m.
DNA adalah massa berserat putih. Solusinya sangat kental. Viskositas meningkat seiring bertambahnya berat molekul. Larutan DNA menyerap sinar ultraviolet dengan maksimum pada 260 nm. DNA dalam air bermuatan negatif.
Dalam lingkungan asam, basa pada suhu ° C dengan adanya formamida, urea dan sejumlah faktor lainnya, terjadi divergensi rantai polinukleotida DNA - denaturasi. Denaturasi memecah ikatan hidrogen - DNA" meleleh Suhu leleh dianggap sebagai suhu di mana DNA terdenaturasi setengahnya (setengah dari ikatan hidrogen hancur). Selama peleburan, peningkatan kerapatan optik larutan diamati pada 260 nm - efek hiperkromik.
Semakin banyak pasangan G-C dalam DNA, semakin tinggi titik lelehnya, karena pasangan G-C lebih kuat dari A-T karena keduanya disatukan oleh tiga ikatan hidrogen.
Setelah penurunan suhu, DNA yang didenaturasi oleh panas mengembalikan struktur sekundernya, terjadi renaturasi, atau anil, asam.
Jika DNA sumber yang berbeda jika campuran tersebut mengalami denaturasi dan anil, maka akan terjadi hibridisasi rantai DNA asing menurut hukum saling melengkapi. Hibridisasi rantai DNA dan RNA dimungkinkan. Dalam hal ini, hibrida terbentuk asam nukleat, di mana satu untai adalah RNA, yang lainnya adalah DNA.
Asam amino merupakan senyawa amfoter yang dihubungkan satu sama lain dalam molekul protein menggunakan ikatan peptida.
Asam α-Amino dapat dihubungkan secara kovalen satu sama lain menggunakan ikatan peptida
Sehubungan satu sama lain, kelompok peptida terletak pada suatu sudut.
Urutan linier residu asam amino dalam rantai polipeptida disebut “struktur primer protein”.
Spesifisitas spesies protein
Individualitas molekul protein ditentukan oleh urutan pergantian asam amino dalam protein. Namun, banyak protein, meskipun menjalankan fungsi yang sama, strukturnya sedikit berbeda di antara perwakilan berbeda dari spesies yang sama. Contohnya adalah protein golongan darah pada manusia. Keragaman protein ini menentukan kekhususan individu organisme.
Perubahan herediter pada struktur primer. Polimorfisme protein
P Struktur utama protein diprogram oleh urutan nukleotida dalam DNA. Penghapusan, penyisipan, atau penggantian nukleotida dalam DNA menyebabkan perubahan struktur protein yang disintesis. Jika perubahan urutan aA tidak mematikan, tetapi adaptif atau setidaknya netral, maka protein baru tersebut dapat diwariskan dan tetap berada dalam populasi. Akibatnya, muncul protein baru dengan fungsi serupa. Ini polimorfisme protein. contoh polimorfisme: hemoglobin manusia (hemoglobin A embrio, janin, dan dewasa
Proteinopati herediter: anemia sel sabit, contoh lainnya.
Proteinopati herediter berkembang sebagai akibat dari kerusakan pada peralatan genetik, dan juga pada protein
anemia dengan ditemukannya sel darah merah berbentuk bulan sabit di dalam darahnya. Penyakit ini disebut anemia sel sabit dan disebabkan oleh perubahan struktur primer HLA.
Pada molekul hemoglobin S, 2 rantai ternyata bermutasi, dimana glutamat pada posisi 6 digantikan oleh valin yang mengandung radikal hidrofobik. Sel darah merah yang “berbentuk sabit” tidak dapat melewati kapiler jaringan dengan baik, sering kali menyumbat pembuluh darah dan menyebabkan hipoksia lokal.
Hiperkolesterolemia familial adalah penyakit genetik yang ditandai dengan tingginya kadar kolesterol dalam darah dan LDL, serta timbulnya penyakit kardiovaskular secara dini. Banyak pasien mengalami mutasi pada gen reseptor LDL, yang mengkode protein reseptor LDL yang sesuai atau apolipoprotein B (apo-B), yang merupakan bagian LDL yang berikatan dengan reseptor.
2. Konformasi molekul protein (struktur sekunder dan tersier)
Struktur sekunder Protein adalah metode peletakan rantai polipeptida di mana gugus peptida berinteraksi dengan pembentukan ikatan hidrogen di antara mereka.Pada protein globular, α-heliks mendominasi, pada protein fibrilar, struktur β mendominasi. 
α-Heliks adalah heliks tangan kanan, dibentuk oleh ikatan hidrogen antara gugus peptida 1 dan 4, 4 dan 7, 7 dan 10 karena pembentukan ikatan hidrogen antara atom oksigen dari gugus karbonil dan atom nitrogen dari gugus amino.
β-Struktur terbentuk karena terbentuknya banyak ikatan hidrogen antara atom-atom gugus peptida pada daerah linier dari satu rantai polipeptida yang membuat tikungan, atau antara rantai polipeptida yang berbeda.
Jika rantai polipeptida yang terhubung diarahkan ke arah yang berlawanan, struktur β antiparalel muncul, tetapi jika ujung N dan C dari rantai polipeptida bertepatan, struktur lapisan lipatan β paralel terbentuk ( 
Struktur protein tersier
Struktur tersier protein merupakan struktur spasial tiga dimensi yang terbentuk akibat interaksi antar radikal asam amino
Obligasi terlibat dalam pembentukan struktur tersier protein
Interaksi hidrofobik
radikal asam amino hidrofobik cenderung bergabung dalam struktur globular
Ikatan ionik dan hidrogen Dan Ikatan kovalen
ikatan disulfida, terbentuk karena interaksi gugus SH dari dua residu sistein.
Situs aktif protein- bagian tertentu dari molekul protein, yang terletak di ceruknya, dibentuk oleh radikal yang dikumpulkan selama pembentukan struktur tersier, berinteraksi dengan molekul substrat
labilitas konformasi- kecenderungan perubahan konformasi karena putusnya sebagian dan terbentuknya ikatan lemah lainnya. Konformasi protein berubah ketika sifat kimia dan fisik lingkungan berubah, ketika protein berinteraksi dengan molekul lain. Dalam hal ini terjadi perubahan struktur spasial dan konformasi protein secara keseluruhan.
3 . Struktur protein kuarter. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer. Contoh struktur dan fungsi protein oligomer: hemoglobin (dibandingkan dengan mioglobin, enzim alosterik).
Jumlah dan posisi relatif rantai polipeptida dalam ruang disebut “struktur protein kuaterner”. Rantai polipeptida individu dalam protein tersebut adalah protomer, atau subunit. Mereka menggabungkan hidrofobik, ionik, hidrogen.
Setiap protomer berinteraksi satu sama lain di banyak titik. Subunit dalam oligomer berinteraksi sangat erat satu sama lain, maka setiap perubahan konformasi pada salah satu subunit tentu memerlukan perubahan pada subunit lainnya. Efek ini disebut interaksi kooperatif.
Misalnya, pada hemoglobin, interaksi subunit di paru-paru mempercepat penambahan O2 ke hemoglobin sebanyak 300 kali lipat.
mioglobin termasuk dalam kelas protein yang mengandung heme, yaitu. itu mengandung kelompok prostetik - heme, yang terkait dengan bagian protein apomioglobin. Mioglobin diklasifikasikan sebagai protein globular; ia hanya memiliki satu rantai polipeptida. Mioglobin terlibat dalam penyimpanan oksigen.
Struktur tersier tampak seperti bola kompak 
Hemoglobin, seperti mioglobin, diklasifikasikan sebagai hemoprotein, tetapi memiliki struktur kuaterner (terdiri dari 4 rantai polipeptida), yang memungkinkan pengaturan fungsinya.
Hemoglobin A adalah hemoglobin utama tubuh orang dewasa, membentuk sekitar 98% dari jumlah total hemoglobin, tetramer, terdiri dari 2 rantai polipeptida α dan 2 β (2α2β).
Hemoglobin A 2 2%. Terdiri dari 2 rantai α- dan 2 δ.
Protomer hemoglobin, seperti apomioglobin, terdiri dari 8 heliks yang digulung menjadi struktur globular padat yang mengandung inti hidrofobik internal dan “kantong” untuk pengikatan heme. tetapi struktur tetramerik hemoglobin merupakan kompleks yang lebih kompleks dibandingkan mioglobin.
Enzim alosterik adalah enzim yang aktivitasnya diatur tidak hanya oleh jumlah molekul substrat, tetapi juga oleh zat lain yang disebut efektor; mereka memiliki pusat alosterik yang jauh dari pusat katalitik pusat aktif; efektor menempel pada enzim secara non-kovalen di pusat alosterik (peraturan);
4 . Konsep enzim. Kekhususan kerja enzim. Kofaktor enzim. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi substrat, enzim, suhu dan pH. Prinsip kuantifikasi enzim. Unit kegiatan.
Enzim adalah protein. mereka meningkatkan laju reaksi kimia, tetapi tidak dikonsumsi.
Enzim sederhana hanya terdiri dari AA, dan enzim kompleks terdiri dari 2 bagian: protein (apoenzim) dan non-protein (kofaktor). Jika suatu kofaktor terikat erat pada apoenzim, maka disebut gugus prostetik; jika terikat secara longgar, maka disebut koenzim.
Dalam rantai polipeptida. Ciri penting dari struktur primer adalah motif yang dilestarikan—kombinasi asam amino yang memainkan peran penting dalam fungsi protein. Motif yang dilestarikan dilestarikan sepanjang evolusi spesies dan sering kali dapat digunakan untuk memprediksi fungsi protein yang tidak diketahui. Motif konservatif- rangkaian pendek nukleotida dalam DNA atau asam amino dalam protein yang dipertahankan selama proses evolusi, karena nukleotida atau asam amino ini sangat diperlukan untuk melakukan proses apa pun di dalam sel.
Struktur sekunder- keteraturan lokal dari sebuah fragmen rantai polipeptida, yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. α-heliks- putaran padat di sekitar sumbu panjang molekul, satu putaran adalah 3,6 residu asam amino, dan nada heliks adalah 0,54 nm, heliks distabilkan oleh ikatan hidrogen antara gugus peptida H dan O, berjarak 4 unit terpisah. - lembaran(lapisan terlipat) - beberapa rantai polipeptida zigzag di mana ikatan hidrogen terbentuk antara asam amino atau rantai protein berbeda yang relatif jauh satu sama lain (0,347 nm per residu asam amino) dalam struktur primer.
Struktur tersier— struktur spasial rantai polipeptida (seperangkat koordinat spasial atom-atom penyusun protein). Secara struktural terdiri dari elemen struktur sekunder yang distabilkan berbagai jenis interaksi di mana interaksi hidrofobik memainkan peran penting. Berikut ini yang berperan dalam menstabilkan struktur tersier: ikatan kovalen(antara dua residu sistein terdapat jembatan disulfida); ikatan ionik antara gugus samping residu asam amino yang bermuatan berlawanan; ikatan hidrogen; interaksi hidrofilik-hidrofobik ketika berinteraksi dengan molekul air di sekitarnya, molekul protein “cenderung” melipat sehingga gugus samping asam amino non-polar diisolasi dari larutan berair; gugus samping hidrofilik polar muncul pada permukaan molekul.
Struktur Kuarter- (subunit, domain) — pengaturan bersama beberapa rantai polipeptida sebagai bagian dari kompleks protein tunggal. Molekul protein, yang merupakan bagian dari protein dengan struktur kuaterner, dibentuk secara terpisah pada ribosom dan hanya setelah sintesis selesai membentuk struktur supramolekul yang sama.
Komposisi protein AK, ikatan peptida dan fisika-kimianya. karakter
Bagian utama dan struktural Komponen molekul protein adalah asam amino. Produk makanan mengandung 20 asam amino, 8 di antaranya tidak disintesis dalam tubuh manusia dan merupakan faktor nutrisi penting (valin, leusin, isoleusin, treonin, fenilalanin, triptofan, metionin, lisin). Untuk anak-anak asam amino esensial adalah histidin. Asam amino yang tersisa bersifat tergantikan, yaitu dapat disintesis di dalam tubuh (alanin, asam aspartat, glikol, glisin, asam glutamat, prolin, serin, tirosin, sistin, sistein)
Kebutuhan asam amino non-esensial dipenuhi terutama melalui sintesis di dalam tubuh dan sebagian lagi melalui asupan makanan. Untuk mempelajari komposisi asam amino protein, kombinasi asam (HC1), basa [Ba(OH)2] dan, yang lebih jarang, hidrolisis enzimatik digunakan. Hidrofobik(non-polar, tidak bermuatan): glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin, metionin, prolin, fenilalanin, triptofan. Hidrofilik(kutub, tidak bermuatan): asparagin, glutamin, serin, treonin, tirosin, sistein. Hidrofilik (muatan negatif): aspartat, asam glutamat. Hidrofilik(biaya pol): lisin, arginin, histidin.
Ikatan peptida- sejenis ikatan amino yang terjadi selama pembentukan protein dan peptida sebagai akibat interaksi gugus α-amino (-NH 2) dari satu asam amino dengan gugus α-karboksil (-COOH) dari asam amino lain . Ikatan peptida mempunyai ciri ikatan rangkap parsial, sehingga lebih pendek dibandingkan ikatan lain pada tulang punggung peptida sehingga mobilitasnya kecil. Struktur elektronik Ikatan peptida menentukan struktur kelompok peptida yang datar dan kaku. Bidang kelompok peptida terletak pada sudut satu sama lain. Ikatan peptida sangat kuat dan tidak putus secara spontan kondisi normal ada di dalam sel (lingkungan netral, suhu tubuh). Dalam kondisi laboratorium, hidrolisis ikatan peptida protein dilakukan dalam ampul tertutup dengan konsentrasi (6 mol/l) asam hidroklorik, pada suhu lebih dari 105 ° C, dan hidrolisis lengkap protein menjadi asam amino bebas terjadi dalam waktu sekitar satu hari. Pada organisme hidup, ikatan peptida pada protein diputus dengan bantuan enzim proteolitik khusus (dari bahasa Inggris, protein- protein, lisis- kehancuran), juga disebut protease atau hidrolase peptida.
Reaksi warna terhadap asam amino.
Reaksi ninhidrin: larutan warna asam a-amino bila dipanaskan (warna biru).
Reaksi Xantoprotein , warna kuning bila direbus dengan pekat asam sendawa. Setelah ditambahkan alkali pekat, warna kuning berubah menjadi oranye. AA aromatik (fenilalanin, tirosin, dan triptofan).
R-tion Adamkiewicz, triptofan dalam lingkungan asam, berinteraksi dengan aldehida asam, membentuk produk kondensasi merah-ungu.
R-tion kebodohan , Asam amino yang mengandung gugus sulfhidril - SH, mengalami hidrolisis basa membentuk natrium sulfida Na2S. Yang terakhir, berinteraksi dengan natrium plumbite (terbentuk selama reaksi antara timbal asetat dan NaOH), membentuk endapan timbal sulfida PbS berwarna hitam atau coklat.
R-tion Millona, Ini adalah reaksi terhadap asam amino tirosin. Reagen Millon (larutan HgNO 3 dan Hg(NO 2) 2 dalam HNO 3 encer yang mengandung campuran HNO 2) bereaksi dengan tirosin membentuk garam merkuri dari turunan nitro tirosin, berwarna merah muda-merah.
Ketergantungan konformasi protein pada struktur utamanya.
Setiap protein didasarkan pada rantai polipeptida. Ia tidak sekedar memanjang dalam ruang, tetapi disusun menjadi struktur tiga dimensi. Dengan menggunakan analisis difraksi sinar-X, Pauling dan Corey menentukan sudut ikatan peptida, membuktikan adanya struktur rantai polipeptida yang kaku dan planar (datar). Meskipun mobilitas konformasinya terbatas, mobilitas di sekitar ikatan tunggal pada atom karbon alfa dimungkinkan. Sudut rotasi ikatan tunggal disebut torsi: sudut rotasi di sekitar ikatan N-C dilambangkan dengan φ, sudut rotasi di sekitar koneksi S-S- ψ. Substituen terhadap ikatan peptida dapat berada pada posisi cis atau trans, dengan ikatan trans peptida lebih stabil.
Konfigurasi- susunan relatif spasial dari bagian-bagian molekul yang diikat secara kaku oleh ikatan kovalen (misalnya: termasuk dalam stereoisomer seri-L atau seri-D). Untuk protein konsep ini juga digunakan Konformasi molekul protein - susunan relatif yang pasti, tetapi tidak beku, dan tidak dapat diubah dari bagian-bagian molekul. Karena konformasi molekul protein terbentuk dengan partisipasi jenis ikatan yang lemah, ia bersifat mobile (mampu berubah), dan protein dapat mengubah strukturnya. Bergantung pada kondisi lingkungan, sebuah molekul dapat berada dalam keadaan konformasi berbeda, yang dengan mudah berubah menjadi satu sama lain. Yang menguntungkan secara enerjik untuk kondisi nyata hanyalah satu atau beberapa keadaan konformasi yang di antara keduanya terdapat keseimbangan.
Transisi dari satu keadaan konformasi ke keadaan konformasi lainnya memastikan berfungsinya molekul protein. Ini adalah perubahan konformasi yang dapat dibalik (ditemukan di dalam tubuh, misalnya, selama konduksi impuls saraf, selama transfer oksigen oleh hemoglobin). Ketika konformasi berubah, beberapa ikatan lemah hancur dan ikatan baru terbentuk tipe lemah. Protein fibrilar adalah zat yang stabil dan tidak larut dalam air dan larutan garam encer. Tersusun sejajar satu sama lain sepanjang satu sumbu, rantai polipeptida membentuk serat panjang (fibril) atau lapisan dengan konformasi struktur-b. Contoh protein fibrilar: kolagen tendon dan jaringan tulang, keratin rambut, formasi tanduk, kulit, kuku dan bulu, elastin jaringan ikat elastis.
Protein globular adalah senyawa yang rantai polipeptidanya melingkar erat menjadi struktur bola atau globular kompak dengan konformasi a-heliks. Sebagian besar protein globular larut dalam larutan berair dan berdifusi dengan mudah. Ini mencakup hampir semua enzim yang dikenal saat ini, serta antibodi, beberapa hormon dan banyak protein yang melakukan fungsi transportasi, misalnya albumin serum dan hemoglobin. Beberapa protein termasuk dalam tipe perantara. Seperti protein fibrilar, mereka terdiri dari struktur panjang berbentuk batang, dan pada saat yang sama, seperti protein globular, mereka larut dalam larutan garam berair. Protein tersebut antara lain: miosin - elemen struktural otot, fibrinogen adalah prekursor fibrin yang terlibat dalam pembekuan darah.
Menggabungkan asam amino melalui ikatan peptida menciptakan rantai polipeptida linier yang disebut struktur protein primer
Mengingat 20 asam amino terlibat dalam sintesis protein dan rata-rata protein mengandung 500 residu asam amino, kita dapat berbicara tentang jumlah protein potensial yang tak terbayangkan. Sekitar 100 ribu protein berbeda telah ditemukan di tubuh manusia.
Misalnya, 2 asam amino (alanin dan serin) membentuk 2 peptida Ala-Ser dan Ser-Ala; 3 asam amino sudah menghasilkan 6 varian tripeptida; 20 asam amino – 1018 peptida berbeda hanya dalam 20 asam amino (dengan asumsi setiap asam amino hanya digunakan sekali).
Protein terbesar yang diketahui saat ini adalah titin- Merupakan komponen sarkomer miosit, berat molekul berbagai isoformnya berkisar antara 3000 hingga 3700 kDa. Titin soleus manusia terdiri dari 38.138 asam amino.
Struktur utama protein, mis. urutan asam amino di dalamnya diprogram oleh urutan nukleotida dalam DNA. Hilangnya, penyisipan, atau penggantian nukleotida dalam DNA menyebabkan perubahan komposisi asam amino dan, akibatnya, struktur protein yang disintesis.
Bagian dari rantai protein sepanjang 6 asam amino (Ser-Cys-Tyr-Lei-Glu-Ala)
(ikatan peptida disorot dengan latar belakang kuning, asam amino disorot dengan bingkai)
Jika perubahan urutan asam amino tidak mematikan, tetapi adaptif atau setidaknya netral, maka protein baru tersebut dapat diwariskan dan tetap berada dalam populasi. Akibatnya, muncul protein baru dengan fungsi serupa. Fenomena ini disebut polimorfisme protein.
Banyak protein menunjukkan konservatisme struktural yang nyata. Misalnya saja hormon insulin orang berbeda dari bullish hanya tiga asam amino, dari babi– per satu asam amino (alanin bukan treonin).
Urutan dan rasio asam amino dalam struktur primer menentukan pembentukannya sekunder, tersier Dan kuaterner struktur.
Heterogenitas genotipe
Sebagai akibat dari kenyataan bahwa setiap gen pada manusia terdapat dalam dua salinan (alel) dan dapat mengalami mutasi (penggantian, penghapusan, penyisipan) dan rekombinasi yang tidak terlalu mempengaruhi fungsi protein yang dikodekan, maka terjadilah polimorfisme gen dan, karenanya, polimorfisme protein. Muncul seluruh keluarga protein terkait yang memiliki sifat dan fungsi serupa tetapi berbeda.
Misalnya ada tentang 300 jenis yang berbeda hemoglobin, beberapa di antaranya diperlukan untuk tahapan yang berbeda Ontogenesis: misalnya, HbP bersifat embrionik, terbentuk pada bulan pertama perkembangan, HbF bersifat janin, diperlukan pada tahap akhir perkembangan janin, HbA dan HbA2 adalah hemoglobin dewasa. Keanekaragaman dipastikan oleh polimorfisme rantai globin: hemoglobin P mengandung rantai 2ξ dan 2ε, HbF mengandung rantai 2α dan 2γ, HbA mengandung rantai 2α dan 2β, dan HbA2 mengandung rantai 2α dan 2δ.
Pada anemia sel sabit di posisi keenam rantai β hemoglobin, asam glutamat digantikan oleh valin. Hal ini mengarah pada sintesis hemoglobin S (HbS)- hemoglobin yang berpolimerisasi dalam bentuk deoksi dan membentuk untaian. Akibatnya sel darah merah berubah bentuk, berbentuk sabit (pisang), kehilangan elastisitasnya dan hancur saat melewati kapiler. Hal ini pada akhirnya menyebabkan penurunan oksigenasi jaringan dan nekrosis.
Golongan darah AB0 bergantung pada struktur karbohidrat khusus pada membran sel darah merah. Perbedaan struktur karbohidrat disebabkan oleh perbedaan spesifisitas dan aktivitas enzim glikosil transferase, mampu memodifikasi oligosakarida asli. Enzim mempunyai tiga varian dan menempelkan N-asetilgalaktosa atau galaktosa ke oligosakarida membran eritrosit, atau enzim tidak menempelkan gugus sakarida tambahan (gugus 0).
Akibatnya, orang bergolongan darah A0 mempunyai oligosakarida dengan N-asetilgalaktosamin yang melekat pada sel darah merahnya, orang bergolongan darah B0 mempunyai oligosakarida dengan galaktosa, 00 hanya mempunyai oligosakarida “murni”, orang bergolongan darah AB mempunyai oligosakarida dan N-asetilgalaktosamin, dan dengan galaktosa.
MODUL 1 STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN
MODUL 1 STRUKTUR, SIFAT DAN FUNGSI PROTEIN
Struktur modul | Tema |
Unit modular 1 | 1.1. Organisasi struktural protein. Tahapan pembentukan konformasi protein asli 1.2. Dasar-dasar fungsi protein. Obat sebagai ligan mempengaruhi fungsi protein 1.3. Denaturasi protein dan kemungkinan renativasi spontannya |
Unit modular 2 | 1.4. Ciri-ciri struktur dan fungsi protein oligomer pada contoh hemoglobin 1.5. Pemeliharaan konformasi protein asli dalam kondisi seluler 1.6. Berbagai protein. Keluarga protein menggunakan contoh imunoglobulin 1.7. Sifat fisikokimia protein dan metode pemisahannya |
Unit modular 1 ORGANISASI STRUKTUR PROTEIN MONOMER DAN DASAR FUNGSINYA
Tujuan pembelajaran Mampu:
1. Menggunakan pengetahuan tentang ciri-ciri struktural protein dan ketergantungan fungsi protein pada strukturnya untuk memahami mekanisme perkembangan proteinopati herediter dan didapat.
2. Menjelaskan mekanisme kerja terapeutik beberapa obat sebagai ligan yang berinteraksi dengan protein dan mengubah aktivitasnya.
3. Menggunakan pengetahuan tentang struktur dan labilitas konformasi protein untuk memahami ketidakstabilan struktural dan fungsionalnya serta kecenderungan denaturasinya dalam kondisi yang berubah.
4. Menjelaskan kegunaan bahan denaturasi sebagai alat untuk mensterilkan bahan dan instrumen kesehatan, serta sebagai antiseptik.
Tahu:
1. Tingkat organisasi struktural protein.
2. Pentingnya struktur primer protein, yang menentukan keanekaragaman struktural dan fungsionalnya.
3. Mekanisme pembentukan pusat aktif pada protein dan interaksi spesifiknya dengan ligan yang mendasari berfungsinya protein.
4. Contoh pengaruh ligan eksogen (obat, toksin, racun) terhadap konformasi dan aktivitas fungsional protein.
5. Penyebab dan akibat denaturasi protein, faktor penyebab denaturasi.
6. Contoh penggunaan faktor denaturasi dalam pengobatan sebagai antiseptik dan alat sterilisasi alat kesehatan.
TOPIK 1.1. ORGANISASI STRUKTUR PROTEIN. TAHAP PEMBENTUKAN ASLI
KONFORMASI PROTEIN
Protein adalah molekul polimer yang monomernya hanya 20 asam α-amino. Himpunan dan urutan kombinasi asam amino dalam suatu protein ditentukan oleh struktur gen dalam DNA individu. Setiap protein, sesuai dengan struktur spesifiknya, menjalankan fungsinya masing-masing. Kumpulan protein suatu organisme menentukan karakteristik fenotipiknya, serta adanya penyakit keturunan atau kecenderungan perkembangannya.
1. Asam amino penyusun protein. Ikatan peptida. Protein adalah polimer yang dibangun dari monomer - 20 asam α-amino, rumus umumnya adalah
Asam amino berbeda dalam struktur, ukuran, dan sifat fisikokimia radikal yang terikat pada atom karbon α. Gugus fungsi asam amino menentukan karakteristik sifat-sifat asam α-amino yang berbeda. Radikal yang terdapat pada asam α-amino dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:
prolin, Berbeda dengan 19 monomer protein lainnya, prolin bukanlah asam amino, melainkan asam imino; radikal dalam prolin berasosiasi dengan atom karbon α dan gugus imino.
Asam amino bervariasi dalam kelarutan dalam air. Hal ini disebabkan kemampuan radikal berinteraksi dengan air (hidrat).
KE hidrofilik termasuk radikal yang mengandung anionik, kationik dan polar tidak bermuatan kelompok fungsional.
KE hidrofobik termasuk radikal yang mengandung gugus metil, rantai atau cincin alifatik.
2. Ikatan peptida menghubungkan asam amino membentuk peptida. Selama sintesis peptida, gugus α-karboksil dari satu asam amino berinteraksi dengan gugus α-amino dari asam amino lain untuk membentuk ikatan peptida:
Protein adalah polipeptida, mis. polimer linier asam α-amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida (Gbr. 1.1.)
Beras. 1.1. Istilah yang digunakan untuk menggambarkan struktur peptida
Monomer asam amino yang menyusun polipeptida disebut residu asam amino. Rantai kelompok yang berulang - NH-CH-CO- formulir tulang punggung peptida. Residu asam amino yang mempunyai gugus α-amino bebas disebut terminal-N, dan yang mempunyai gugus α-karboksil bebas disebut terminal-C. Peptida ditulis dan dibaca dari N-terminus ke C-terminus.
Ikatan peptida yang dibentuk oleh gugus imino prolin berbeda dari ikatan peptida lainnya: atom nitrogen pada gugus peptida kekurangan hidrogen,
sebaliknya, terdapat ikatan dengan radikal, akibatnya salah satu sisi cincin termasuk dalam tulang punggung peptida:
Peptida berbeda dalam komposisi asam amino, jumlah asam amino dan urutan ikatan asam amino, misalnya Ser-Ala-Glu-Gis dan His-Glu-Ala-Ser adalah dua peptida yang berbeda.
Ikatan peptida sangat kuat, dan hidrolisis kimia non-enzimatiknya memerlukan kondisi yang keras: protein yang dianalisis dihidrolisis dalam asam klorida pekat pada suhu sekitar 110° selama 24 jam. Dalam sel hidup, ikatan peptida dapat diputus oleh enzim proteolitik, ditelepon protease atau hidrolase peptida.
3. Struktur primer protein. Residu asam amino dalam rantai peptida protein yang berbeda tidak bergantian secara acak, tetapi tersusun dalam urutan tertentu. Urutan linier atau urutan pergantian residu asam amino dalam rantai polipeptida disebut struktur utama protein.
Struktur utama setiap protein individu dikodekan dalam molekul DNA (di wilayah yang disebut gen) dan diwujudkan selama transkripsi (menyalin informasi ke mRNA) dan translasi (sintesis struktur primer protein). Akibatnya, struktur utama protein seseorang adalah informasi yang diturunkan secara turun-temurun dari orang tua ke anak-anak, yang menentukan ciri-ciri struktural protein suatu organisme tertentu, yang menjadi sandaran fungsi protein yang ada (Gbr. 1.2.).
Beras. 1.2. Hubungan antara genotipe dan konformasi protein yang disintesis dalam tubuh individu
Masing-masing dari sekitar 100.000 protein individu dalam tubuh manusia miliki unik struktur primer. Molekul dari jenis protein yang sama (misalnya albumin) memiliki pergantian residu asam amino yang sama, yang membedakan albumin dari protein individu lainnya.
Urutan residu asam amino dalam rantai peptida dapat dianggap sebagai bentuk pencatatan informasi. Informasi ini menentukan susunan spasial rantai peptida linier menjadi struktur tiga dimensi yang lebih kompak yang disebut konformasi tupai. Proses pembentukan konformasi protein yang aktif secara fungsional disebut Melipat
4. Konformasi protein. Rotasi bebas pada tulang punggung peptida dimungkinkan antara atom nitrogen dari gugus peptida dan atom karbon α yang berdekatan, serta antara atom karbon α dan karbon dari gugus karbonil. Karena interaksi gugus fungsi residu asam amino, struktur primer protein dapat memperoleh struktur spasial yang lebih kompleks. Dalam protein globular, ada dua tingkat utama pelipatan konformasi rantai peptida: sekunder Dan struktur tersier.
Struktur sekunder protein adalah struktur spasial yang terbentuk sebagai hasil pembentukan ikatan hidrogen antara gugus fungsi -C=O dan -NH- dari tulang punggung peptida. Dalam hal ini, rantai peptida dapat memperoleh dua jenis struktur teratur: α-heliks Dan struktur β.
DI DALAM α-heliks ikatan hidrogen terbentuk antara atom oksigen dari gugus karbonil dan hidrogen dari nitrogen amino dari asam amino ke-4 darinya; rantai samping residu asam amino
terletak di sepanjang pinggiran spiral, tanpa berpartisipasi dalam pembentukan struktur sekunder (Gbr. 1.3.).
Radikal curah, atau radikal yang membawa muatan yang sama, mencegah pembentukan α-helix. Residu prolin, yang memiliki struktur cincin, memutus α-heliks, karena kurangnya hidrogen pada atom nitrogen dalam rantai peptida, tidak mungkin terbentuk ikatan hidrogen. Ikatan antara nitrogen dan atom karbon α merupakan bagian dari cincin prolin, sehingga tulang punggung peptida menjadi bengkok pada titik ini.
β-Struktur terbentuk antara daerah linier tulang punggung peptida dari satu rantai polipeptida, sehingga membentuk struktur terlipat. Rantai polipeptida atau bagiannya dapat terbentuk paralel atau struktur β antiparalel. Dalam kasus pertama, ujung N dan C dari rantai peptida yang berinteraksi bertepatan, dan pada kasus kedua, keduanya memiliki arah yang berlawanan (Gbr. 1.4).
Beras. 1.3. Struktur sekunder protein adalah α-heliks
Beras. 1.4. Struktur lembaran β paralel dan antiparalel
Struktur β ditunjukkan dengan panah lebar: A - Struktur β Antiparalel. B - Struktur lembaran β paralel
Pada beberapa protein, struktur β dapat terbentuk karena pembentukan ikatan hidrogen antara atom-atom tulang punggung peptida dari rantai polipeptida yang berbeda.
Juga ditemukan dalam protein daerah dengan sekunder tidak beraturan struktur, yang meliputi tikungan, putaran, dan putaran tulang punggung polipeptida. Mereka sering terletak di tempat di mana arah rantai peptida berubah, misalnya, ketika struktur lembaran β paralel terbentuk.
Berdasarkan keberadaan heliks α dan struktur β, protein globular dapat dibagi menjadi empat kategori.
Beras. 1.5. Struktur sekunder mioglobin (A) dan rantai β hemoglobin (B), mengandung delapan heliks α
Beras. 1.6. Struktur sekunder domain triosefosfat isomerase dan piruvat kinase
Beras. 1.7. Struktur sekunder dari domain konstan imunoglobulin (A) dan enzim superoksida dismutase (B)
DI DALAM kategori keempat termasuk protein yang mengandung sejumlah kecil struktur sekunder biasa. Protein ini termasuk protein kecil yang kaya sistein atau metaloprotein.
Struktur tersier protein- jenis konformasi yang terbentuk karena interaksi antara radikal asam amino, yang dapat ditempatkan pada jarak yang cukup jauh satu sama lain dalam rantai peptida. Kebanyakan protein membentuk struktur spasial menyerupai globule (protein globular).
Karena radikal asam amino hidrofobik cenderung bergabung melalui apa yang disebut interaksi hidrofobik dan gaya van der Waals antarmolekul, inti hidrofobik padat terbentuk di dalam globul protein. Radikal terionisasi hidrofilik dan non-terionisasi terutama terletak di permukaan protein dan menentukan kelarutannya dalam air.
Beras. 1.8. Jenis ikatan yang timbul antara radikal asam amino selama pembentukan struktur tersier suatu protein
1 - ikatan ionik- terjadi antara gugus fungsi yang bermuatan positif dan negatif;
2 - ikatan hidrogen- terjadi antara gugus hidrofilik tak bermuatan dan gugus hidrofilik lainnya;
3 - interaksi hidrofobik- timbul di antara radikal hidrofobik;
4 - ikatan disulfida- terbentuk karena oksidasi gugus SH residu sistein dan interaksinya satu sama lain
Residu asam amino hidrofilik yang terletak di dalam inti hidrofobik dapat berinteraksi satu sama lain menggunakan ionik Dan ikatan hidrogen(Gbr. 1.8).
Ikatan ionik dan hidrogen, serta interaksi hidrofobik, lemah: energinya tidak jauh lebih tinggi daripada energi gerak termal molekul pada suhu kamar. Konformasi protein dipertahankan dengan pembentukan banyak ikatan lemah. Karena atom-atom yang menyusun protein terus bergerak, beberapa ikatan lemah dapat diputus dan membentuk ikatan lain, yang menyebabkan sedikit pergerakan pada masing-masing bagian rantai polipeptida. Sifat protein untuk mengubah konformasi sebagai akibat putusnya sebagian dan pembentukan ikatan lemah lainnya disebut labilitas konformasi.
Tubuh manusia mempunyai sistem yang mendukung homeostatis- konsistensi lingkungan internal dalam batas tertentu yang dapat diterima untuk kesehatan tubuh. Dalam kondisi homeostatis, perubahan kecil pada konformasi tidak mengganggu keseluruhan struktur dan fungsi protein. Konformasi protein yang aktif secara fungsional disebut konformasi asli. Perubahan lingkungan internal (misalnya konsentrasi glukosa, ion Ca, proton, dll) menyebabkan perubahan konformasi dan terganggunya fungsi protein.
Struktur tersier beberapa protein menjadi stabil ikatan disulfida, terbentuk karena interaksi gugus -SH dari dua residu
Beras. 1.9. Pembentukan ikatan disulfida dalam molekul protein
sistein (Gbr. 1.9). Kebanyakan protein intraseluler tidak memiliki ikatan kovalen disulfida pada struktur tersiernya. Kehadiran mereka merupakan karakteristik protein yang disekresikan oleh sel, yang menjamin stabilitasnya yang lebih besar dalam kondisi ekstraseluler. Dengan demikian, ikatan disulfida terdapat dalam molekul insulin dan imunoglobulin.
Insulin- hormon protein yang disintesis di sel pankreas dan disekresikan ke dalam darah sebagai respons terhadap peningkatan konsentrasi glukosa dalam darah. Dalam struktur insulin, terdapat dua ikatan disulfida yang menghubungkan rantai polipeptida A dan B, dan satu ikatan disulfida dalam rantai A (Gbr. 1.10).
Beras. 1.10. Ikatan disulfida dalam struktur insulin
5. Struktur protein supersekunder. Pada protein dengan struktur dan fungsi primer yang berbeda, terkadang terdeteksi kombinasi serupa dan posisi relatif struktur sekunder, yang disebut struktur supersekunder. Ia menempati posisi perantara antara struktur sekunder dan tersier, karena merupakan kombinasi spesifik elemen struktur sekunder dalam pembentukan struktur tersier protein. Struktur supersekunder memiliki nama spesifik, seperti “α-helix-turn-a-helix”, “leucine ritsleting”, “jari seng”, dll. Struktur supersekunder tersebut merupakan karakteristik protein pengikat DNA.
"Ritsleting leusin." Jenis struktur supersekunder ini digunakan untuk menggabungkan dua protein menjadi satu. Pada permukaan protein yang berinteraksi terdapat daerah heliks α yang mengandung setidaknya empat residu leusin. Residu leusin dalam α-heliks terletak terpisah enam asam amino. Karena setiap putaran α-heliks mengandung 3,6 residu asam amino, radikal leusin terletak di permukaan setiap putaran kedua. Residu leusin dari α-heliks suatu protein dapat berinteraksi dengan residu leusin dari protein lain (interaksi hidrofobik), menghubungkan keduanya (Gbr. 1.11.). Banyak protein pengikat DNA berfungsi dalam kompleks oligomer di mana masing-masing subunit dihubungkan satu sama lain melalui “ritsleting leusin”.
Beras. 1.11. "Ritsleting leusin" antara daerah heliks α dari dua protein
Contoh protein tersebut adalah histon. sejarah- protein nuklir, yang meliputi sejumlah besar asam amino bermuatan positif - arginin dan lisin (hingga 80%). Molekul histon digabungkan menjadi kompleks oligomer yang mengandung delapan monomer menggunakan “ritsleting leusin”, meskipun molekul-molekul ini memiliki muatan homonim yang signifikan.
"jari seng"- varian struktur supersekunder, karakteristik protein pengikat DNA, berbentuk fragmen memanjang pada permukaan protein dan mengandung sekitar 20 residu asam amino (Gbr. 1.12). Bentuk “jari terentang” didukung oleh atom seng yang terikat pada empat radikal asam amino - dua residu sistein dan dua residu histidin. Dalam beberapa kasus, selain residu histidin, terdapat residu sistein. Dua residu sistein yang letaknya berdekatan dipisahkan dari dua residu Gisili lainnya melalui rangkaian Cys yang terdiri dari sekitar 12 residu asam amino. Wilayah protein ini membentuk α-heliks, yang radikalnya dapat secara spesifik berikatan dengan wilayah pengatur alur utama DNA. Kekhususan pengikatan individu
Beras. 1.12. Struktur utama wilayah protein pengikat DNA yang membentuk struktur “jari seng” (huruf menunjukkan asam amino yang menyusun struktur ini)
Protein pengikat DNA pengatur bergantung pada urutan residu asam amino yang terletak di daerah jari seng. Struktur tersebut mengandung, khususnya, reseptor hormon steroid yang terlibat dalam regulasi transkripsi (membaca informasi dari DNA ke RNA).
TOPIK 1.2. DASAR FUNGSI PROTEIN. OBAT SEBAGAI LIGAND YANG MEMPENGARUHI FUNGSI PROTEIN
1. Pusat aktif protein dan interaksinya dengan ligan. Selama pembentukan struktur tersier, suatu daerah terbentuk pada permukaan protein yang aktif secara fungsional, biasanya dalam ceruk, dibentuk oleh radikal asam amino yang berjauhan satu sama lain dalam struktur primer. Wilayah ini, yang memiliki struktur unik untuk protein tertentu dan mampu berinteraksi secara spesifik dengan molekul tertentu atau kelompok molekul serupa, disebut situs pengikatan protein-ligan atau situs aktif. Ligan adalah molekul yang berinteraksi dengan protein.
Spesifisitas tinggi Interaksi protein dengan ligan dijamin oleh struktur pusat aktif yang saling melengkapi dengan struktur ligan.
Komplementaritas- ini adalah korespondensi spasial dan kimia dari permukaan yang berinteraksi. Pusat aktif tidak hanya harus sesuai secara spasial dengan ligan yang termasuk di dalamnya, tetapi juga ikatan (interaksi ionik, hidrogen, dan hidrofobik) harus terbentuk antara gugus fungsi radikal yang termasuk dalam pusat aktif dan ligan yang menahan ligan. di pusat aktif (Gbr. 1.13 ).
Beras. 1.13. Interaksi komplementer protein dengan ligan
Beberapa ligan, ketika melekat pada pusat aktif suatu protein, memainkan peran tambahan dalam fungsi protein. Ligan seperti itu disebut kofaktor, dan protein yang mengandung bagian non-protein disebut protein kompleks(berlawanan dengan protein sederhana, hanya terdiri dari bagian protein). Bagian bukan protein yang terikat kuat pada protein disebut kelompok prostetik. Misalnya, mioglobin, hemoglobin, dan sitokrom mengandung gugus prostetik, heme, yang mengandung ion besi, terikat kuat pada pusat aktif. Protein kompleks yang mengandung heme disebut hemoprotein.
Ketika ligan tertentu melekat pada protein, fungsi protein ini terwujud. Jadi, albumin, protein terpenting dalam plasma darah, menunjukkan fungsi transpornya dengan menempelkan ligan hidrofobik, seperti asam lemak, bilirubin, obat-obatan tertentu, dll. ke pusat aktif (Gbr. 1.14)
Ligan yang berinteraksi dengan struktur tiga dimensi rantai peptida tidak hanya berupa molekul organik dan anorganik dengan berat molekul rendah, tetapi juga makromolekul:
DNA (contoh protein pengikat DNA dibahas di atas);
Polisakarida;
Beras. 1.14. Hubungan antara genotipe dan fenotipe
Struktur primer unik protein manusia, yang dikodekan dalam molekul DNA, diwujudkan dalam sel dalam bentuk konformasi unik, struktur pusat aktif, dan fungsi protein.
Dalam kasus ini, protein mengenali wilayah tertentu dari ligan yang sepadan dan saling melengkapi dengan tempat pengikatan. Jadi, pada permukaan hepatosit terdapat protein reseptor untuk hormon insulin, yang juga dimilikinya struktur protein. Interaksi insulin dengan reseptor menyebabkan perubahan konformasi dan aktivasi sistem sinyal, yang menyebabkan penyimpanan nutrisi di hepatosit setelah makan.
Dengan demikian, Fungsi protein didasarkan pada interaksi spesifik pusat aktif protein dengan ligan.
2. Struktur domain dan perannya dalam fungsi protein. Rantai polipeptida panjang dari protein globular sering kali terlipat menjadi beberapa daerah yang kompak dan relatif independen. Mereka memiliki struktur tersier independen, mengingatkan pada struktur protein globular, dan disebut domain. Karena struktur domain protein, struktur tersiernya lebih mudah dibentuk.
Dalam protein domain, situs pengikatan ligan sering kali terletak di antara domain. Jadi, trypsin adalah enzim proteolitik yang diproduksi oleh bagian eksokrin pankreas dan diperlukan untuk pencernaan protein makanan. Ia memiliki struktur dua domain, dan pusat pengikatan trypsin dengan ligannya - protein makanan - terletak di alur antara dua domain. Di pusat aktif, kondisi yang diperlukan untuk pengikatan efektif bagian tertentu dari protein makanan dan hidrolisis ikatan peptidanya tercipta.
Domain yang berbeda dalam suatu protein dapat berpindah relatif satu sama lain ketika pusat aktif berinteraksi dengan ligan (Gbr. 1.15).
Heksokinase- enzim yang mengkatalisis fosforilasi glukosa menggunakan ATP. Situs aktif enzim terletak pada celah antara dua domain. Ketika heksokinase berikatan dengan glukosa, domain di sekitarnya menutup dan substrat menjadi terperangkap, tempat terjadinya fosforilasi (lihat Gambar 1.15).
Beras. 1.15. Pengikatan domain heksokinase ke glukosa
Pada beberapa protein, domain menjalankan fungsi independen dengan mengikat berbagai ligan. Protein semacam itu disebut multifungsi.
3. Obat adalah ligan yang mempengaruhi fungsi protein. Interaksi protein dengan ligan bersifat spesifik. Namun, karena labilitas konformasi protein dan pusat aktifnya, zat lain dapat dipilih yang juga dapat berinteraksi dengan protein di pusat aktif atau bagian lain dari molekul.
Suatu zat yang strukturnya mirip dengan ligan alami disebut analog struktural ligan atau ligan non-alami. Ia juga berinteraksi dengan protein di situs aktif. Analog struktural ligan dapat meningkatkan fungsi protein (agonis), dan menguranginya (antagonis). Ligan dan analog strukturalnya bersaing satu sama lain untuk berikatan dengan protein di tempat yang sama. Zat yang demikian disebut modulator kompetitif(pengatur) fungsi protein. Banyak obat bertindak sebagai penghambat protein. Beberapa di antaranya diperoleh dengan modifikasi kimia ligan alami. Penghambat fungsi protein dapat berupa obat dan racun.
Atropin adalah penghambat kompetitif reseptor M-kolinergik. Asetilkolin adalah neurotransmitter untuk transmisi impuls saraf melalui sinapsis kolinergik. Untuk melakukan eksitasi, asetilkolin yang dilepaskan ke celah sinaptik harus berinteraksi dengan protein reseptor membran postsinaptik. Ditemukan dua jenis reseptor kolinergik:
reseptor M selain asetilkolin, ia secara selektif berinteraksi dengan muscarine (toksin lalat agaric). M - reseptor kolinergik terdapat pada otot polos dan, ketika berinteraksi dengan asetilkolin, menyebabkan kontraksinya;
reseptor H secara khusus mengikat nikotin. Reseptor N-kolinergik ditemukan di sinapsis otot rangka lurik.
Penghambat spesifik Reseptor M-kolinergik adalah atropin. Hal ini ditemukan di tanaman belladonna dan henbane.
Atropin memiliki gugus fungsi yang mirip strukturnya dengan asetilkolin dan susunan spasialnya, oleh karena itu atropin merupakan penghambat kompetitif reseptor M-kolinergik. Mengingat pengikatan asetilkolin dengan reseptor M-kolinergik menyebabkan kontraksi otot polos, maka atropin digunakan sebagai obat yang meredakan kejangnya. (antispasmodik). Oleh karena itu, diketahui penggunaan atropin untuk mengendurkan otot mata saat melihat fundus, serta untuk meredakan kejang pada kolik gastrointestinal. Reseptor M-kolinergik juga terdapat di pusat sistem saraf(SSP), oleh karena itu atropin dosis besar dapat menyebabkan reaksi yang tidak diinginkan dari sistem saraf pusat: agitasi motorik dan mental, halusinasi, kejang.
Ditilin adalah agonis kompetitif reseptor H-kolinergik, menghambat fungsi sinapsis neuromuskular.
Sinapsis neuromuskular otot rangka mengandung reseptor H-kolinergik. Interaksi mereka dengan asetilkolin menyebabkan kontraksi otot. Selama beberapa operasi bedah, serta dalam pemeriksaan endoskopi, obat-obatan digunakan yang menyebabkan relaksasi otot rangka (relaksan otot). Ini termasuk dithiline, yang merupakan analog struktural asetilkolin. Ia menempel pada reseptor H-kolinergik, tetapi tidak seperti asetilkolin, ia dihancurkan dengan sangat lambat oleh enzim asetilkolinesterase. Akibat pembukaan saluran ion yang berkepanjangan dan depolarisasi membran yang terus-menerus, konduksi impuls saraf terganggu dan terjadi relaksasi otot. Awalnya, sifat-sifat ini ditemukan dalam racun curare, itulah sebabnya obat tersebut disebut seperti curare.
TOPIK 1.3. DENATURASI PROTEIN DAN KEMUNGKINAN RENATIVASI SPONTANNYA
1. Karena konformasi asli protein dipertahankan karena interaksi yang lemah, perubahan komposisi dan sifat lingkungan sekitar protein, paparan reagen kimia dan faktor fisik menyebabkan perubahan konformasi (sifat labilitas konformasi). Pemutusan ikatan dalam jumlah besar menyebabkan rusaknya konformasi asli dan denaturasi protein.
Denaturasi protein- ini adalah penghancuran konformasi aslinya di bawah pengaruh zat denaturasi, yang disebabkan oleh putusnya ikatan lemah yang menstabilkan struktur spasial protein. Denaturasi disertai dengan rusaknya struktur tiga dimensi unik dan pusat aktif protein serta hilangnya aktivitas biologisnya (Gbr. 1.16).
Semua molekul terdenaturasi dari satu protein memperoleh konformasi acak yang berbeda dari molekul lain dari protein yang sama. Radikal asam amino yang membentuk pusat aktif ternyata berjauhan secara spasial satu sama lain, yaitu. situs pengikatan spesifik protein dengan ligan dihancurkan. Selama denaturasi, struktur utama protein tetap tidak berubah.
Penerapan agen denaturasi dalam penelitian biologi dan kedokteran. Dalam studi biokimia, sebelum menentukan senyawa dengan berat molekul rendah dalam bahan biologis, protein biasanya dihilangkan terlebih dahulu dari larutan. Asam trikloroasetat (TCA) paling sering digunakan untuk tujuan ini. Setelah menambahkan TCA ke dalam larutan, protein yang terdenaturasi mengendap dan mudah dihilangkan dengan penyaringan (Tabel 1.1.)
Dalam pengobatan, bahan pendenaturasi sering digunakan untuk mensterilkan peralatan dan bahan medis dalam autoklaf (bahan pendenaturasi adalah suhu tinggi) dan sebagai antiseptik (alkohol, fenol, kloramin) untuk merawat permukaan terkontaminasi yang mengandung mikroflora patogen.
2. Reaktivasi protein secara spontan- bukti determinisme struktur primer, konformasi dan fungsi protein. Protein individu adalah produk dari satu gen yang memiliki urutan asam amino yang identik dan memperoleh konformasi yang sama di dalam sel. Kesimpulan mendasar bahwa struktur primer suatu protein sudah berisi informasi tentang konformasi dan fungsinya dibuat berdasarkan kemampuan beberapa protein (khususnya, ribonuklease dan mioglobin) untuk melakukan reaktifasi secara spontan - mengembalikan konformasi aslinya setelah denaturasi.
Pembentukan struktur protein spasial dilakukan dengan metode self-assembly - suatu proses spontan di mana rantai polipeptida, yang memiliki struktur primer unik, cenderung mengadopsi konformasi dengan energi bebas terendah dalam larutan. Kemampuan untuk mengaktifkan kembali protein yang mempertahankan struktur primernya setelah denaturasi dijelaskan dalam percobaan dengan enzim ribonuklease.
Ribonuklease adalah enzim yang memecah ikatan antara nukleotida individu dalam molekul RNA. Protein globular ini mempunyai satu rantai polipeptida, struktur tersiernya distabilkan oleh banyak ikatan lemah dan empat ikatan disulfida.
Perlakuan ribonuklease dengan urea, yang memutus ikatan hidrogen dalam molekul, dan zat pereduksi, yang memutus ikatan disulfida, menyebabkan denaturasi enzim dan hilangnya aktivitasnya.
Penghapusan agen denaturasi melalui dialisis mengarah pada pemulihan konformasi dan fungsi protein, yaitu untuk kelahiran kembali. (Gbr. 1.17).
Beras. 1.17. Denaturasi dan renativasi ribonuklease
A - konformasi asli ribonuklease, dalam struktur tersiernya terdapat empat ikatan disulfida; B - molekul ribonuklease terdenaturasi;
B - molekul ribonuklease yang diaktifkan kembali dengan struktur dan fungsi yang dipulihkan
1. Isi tabel 1.2.
Tabel 1.2. Klasifikasi asam amino menurut polaritas radikalnya
2. Tuliskan rumus tetrapeptida:
Asp - Pro - Fen - Liz
a) menyoroti gugus berulang dalam peptida yang membentuk tulang punggung peptida dan gugus variabel yang diwakili oleh radikal asam amino;
b) memberi label pada ujung N dan C;
c) menyorot ikatan peptida;
d) tulis peptida lain yang terdiri dari asam amino yang sama;
e) menghitung jumlah kemungkinan varian tetrapeptida dengan komposisi asam amino yang serupa.
3. Jelaskan peran struktur primer protein dengan menggunakan contoh analisis komparatif dua hormon peptida neurohipofisis mamalia yang serupa secara struktural dan dekat secara evolusioner - oksitosin dan vasopresin (Tabel 1.3).
Tabel 1.3. Struktur dan fungsi oksitosin dan vasopresin
Untuk ini:
a) membandingkan komposisi dan urutan asam amino dari dua peptida;
b) menemukan kesamaan struktur utama kedua peptida dan kesamaan tindakan biologisnya;
c) menemukan perbedaan struktur dua peptida dan perbedaan fungsinya;
d) menarik kesimpulan tentang pengaruh struktur primer peptida terhadap fungsinya.
4. Jelaskan tahapan utama pembentukan konformasi protein globular (sekunder, struktur tersier, konsep struktur supersekunder). Tunjukkan jenis ikatan yang terlibat dalam pembentukan struktur protein. Radikal asam amino manakah yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan interaksi hidrofobik, ionik, ikatan hidrogen.
Berikan contoh.
5. Definisikan konsep "labilitas konformasi protein", tunjukkan alasan keberadaan dan signifikansinya.
6. Perluas arti dari frasa berikut: “Fungsi protein didasarkan pada interaksi spesifiknya dengan ligan”, dengan menggunakan istilah dan penjelasan maknanya: konformasi protein, pusat aktif, ligan, saling melengkapi, fungsi protein.
7. Dengan menggunakan satu contoh, jelaskan apa itu domain dan apa perannya dalam fungsi protein.
TUGAS PENGENDALIAN DIRI
1. Cocok.
Gugus fungsi dalam radikal asam amino:
A. Gugus karboksil B. Gugus hidroksil C Gugus guanidin D. Gugus tiol E. Gugus amino
2. Pilihlah jawaban yang benar.
Asam amino dengan radikal tak bermuatan polar adalah:
A. Cis B. Asn
B. Glu G. Tiga
3. Pilihlah jawaban yang benar.
Radikal asam amino:
A. Memberikan kekhususan struktur primer B. Berpartisipasi dalam pembentukan struktur tersier
B. Terletak di permukaan protein, mempengaruhi kelarutannya D. Membentuk pusat aktif
D. Berpartisipasi dalam pembentukan ikatan peptida
4. Pilihlah jawaban yang benar.
Interaksi hidrofobik dapat terbentuk antara radikal asam amino:
A. Tre Lay B. Pro Tiga
B. Bertemu Ile G. Tir Ala D. Val Fen
5. Pilihlah jawaban yang benar.
Ikatan ionik dapat terbentuk antara radikal asam amino:
A. Gln Asp B. Apr Liz
B.Liz Glu G.Gis Asp D.Asn Apr
6. Pilihlah jawaban yang benar.
Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara radikal asam amino:
A. Ser Gln B. Cis Tre
B. Asp Liz G. Glu Asp D. Asn Tre
7. Cocok.
Jenis ikatan yang terlibat dalam pembentukan struktur protein:
A. Struktur primer B. Struktur sekunder
B. Struktur tersier
D. Struktur Supersekunder E. Konformasi.
1. Ikatan hidrogen antar atom tulang punggung peptida
2. Lemahnya ikatan antar gugus fungsi radikal asam amino
3. Ikatan antara gugus α-amino dan α-karboksil asam amino
8. Pilihlah jawaban yang benar. Tripsin:
A. Enzim proteolitik B. Berisi dua domain
B. Menghidrolisis pati
D. Situs aktif terletak di antara domain. D. Terdiri dari dua rantai polipeptida.
9. Pilihlah jawaban yang benar. Atropin:
A.Neurotransmitter
B. Analog struktural asetilkolin
B. Berinteraksi dengan reseptor H-kolinergik
D. Memperkuat konduksi impuls saraf melalui sinapsis kolinergik
D. Penghambat kompetitif reseptor M-kolinergik
10. Pilihlah pernyataan yang benar. Dalam protein:
A. Struktur primer berisi informasi tentang struktur situs aktifnya
B. Pusat aktif terbentuk pada tingkat struktur primer
B. Konformasinya ditetapkan secara kaku oleh ikatan kovalen
D. Situs aktif dapat berinteraksi dengan sekelompok ligan serupa
karena labilitas konformasi protein D. Perubahan lingkungan, dapat mempengaruhi afinitas aktif
pusat ke ligan
1.1-B, 2-G, 3-B.
3.A,B,C,D.
7. 1-B, 2-D, 3-A.
8.A,B,C,D.
SYARAT DAN KONSEP DASAR
1. Protein, polipeptida, asam amino
2. Struktur protein primer, sekunder, tersier
3. Konformasi, konformasi protein asli
4. Ikatan kovalen dan lemah pada protein
5. Labilitas konformasi
6. Situs aktif protein
7. Ligan
8. Pelipatan protein
9. Analog struktur ligan
10. Protein domain
11. Protein sederhana dan kompleks
12. Denaturasi protein, zat pendenaturasi
13. Reaktivasi protein
Menyelesaikan masalah
“Organisasi struktural protein dan dasar fungsinya”
1. Fungsi utama protein - hemoglobin A (HbA) adalah pengangkutan oksigen ke jaringan. Dalam populasi manusia, berbagai bentuk protein ini diketahui mengalami perubahan sifat dan fungsi - yang disebut hemoglobin abnormal. Misalnya, hemoglobin S, yang ditemukan dalam sel darah merah pasien dengan penyakit sel sabit (HbS), diketahui memiliki kelarutan yang rendah dalam kondisi tekanan parsial oksigen yang rendah (seperti halnya pada darah vena). Hal ini mengarah pada pembentukan agregat protein ini. Protein kehilangan fungsinya, mengendap, dan sel darah merah bertambah bentuknya tidak beraturan(beberapa di antaranya berbentuk sabit) dan dihancurkan lebih cepat dari biasanya di limpa. Akibatnya, anemia sel sabit berkembang.
Satu-satunya perbedaan dalam struktur primer HbA ditemukan di wilayah N-terminal rantai β hemoglobin. Bandingkan daerah N-terminal dari untai β dan tunjukkan bagaimana perubahan struktur primer protein mempengaruhi sifat dan fungsinya.
Untuk ini:
a) tuliskan rumus asam amino yang membedakan HbA dan bandingkan sifat asam amino tersebut (polaritas, muatan).
b) menarik kesimpulan tentang penyebab penurunan kelarutan dan terganggunya pengangkutan oksigen ke jaringan.
2. Gambar tersebut menunjukkan diagram struktur protein yang mempunyai pusat pengikatan dengan ligan (pusat aktif). Jelaskan mengapa protein bersifat selektif dalam pemilihan ligannya. Untuk ini:
a) ingat apa itu pusat aktif suatu protein dan perhatikan struktur pusat aktif protein yang ditunjukkan pada gambar;
b) tuliskan rumus radikal asam amino yang menyusun pusat aktif;
c) menggambar ligan yang secara spesifik dapat berinteraksi dengan situs aktif protein. Tunjukkan gugus fungsi yang dapat membentuk ikatan dengan radikal asam amino yang membentuk pusat aktif;
d) menunjukkan jenis ikatan yang timbul antara ligan dan radikal asam amino pusat aktif;
e) menjelaskan kekhususan interaksi protein-ligan berdasarkan apa.
3.
Gambar tersebut menunjukkan situs aktif protein dan beberapa ligan.
Tentukan ligan mana yang paling mungkin berinteraksi dengan situs aktif protein dan alasannya.
Jenis ikatan apa yang timbul selama pembentukan kompleks protein-ligan?
4. Analog struktural ligan protein alami dapat digunakan sebagai obat untuk memodifikasi aktivitas protein.
Asetilkolin adalah mediator transmisi eksitasi pada sinapsis neuromuskular. Ketika asetilkolin berinteraksi dengan protein - reseptor membran postsinaptik otot rangka, saluran ion terbuka dan terjadi kontraksi otot. Ditilin adalah obat yang digunakan dalam beberapa operasi untuk mengendurkan otot, karena mengganggu transmisi impuls saraf melalui sinapsis neuromuskular. Jelaskan mekanisme kerja ditilin sebagai pelemas otot. Untuk ini:
a) tuliskan rumus asetilkolin dan ditilin serta bandingkan strukturnya;
b) menjelaskan mekanisme efek relaksasi ditilin.
5. Pada beberapa penyakit, suhu tubuh penderita meningkat, yang dianggap sebagai reaksi perlindungan tubuh. Namun suhu tinggi merusak protein tubuh. Jelaskan mengapa pada suhu di atas 40 °C fungsi protein terganggu dan timbul ancaman bagi kehidupan manusia. Untuk melakukan ini, ingatlah:
1) Struktur protein dan ikatan yang menjaga strukturnya dalam konformasi asli;
2) Bagaimana struktur dan fungsi protein berubah seiring dengan meningkatnya suhu?;
3) Apa itu homeostatis dan mengapa penting untuk menjaga kesehatan manusia.
Unit modular 2 PROTEIN OLIGOMERICK SEBAGAI TARGET PENGARUH REGULASI. KEANEKARAGAMAN STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL PROTEIN. METODE PEMISAHAN DAN PEMURNIKAN PROTEIN
Tujuan pembelajaran Mampu:
1. Menggunakan pengetahuan tentang ciri-ciri struktur dan fungsi protein oligomer untuk memahami mekanisme adaptif pengaturan fungsinya.
2. Jelaskan peran pendamping dalam sintesis dan pemeliharaan konformasi protein dalam kondisi seluler.
3. Menjelaskan keragaman manifestasi kehidupan melalui keragaman struktur dan fungsi protein yang disintesis dalam tubuh.
4. Menganalisis hubungan antara struktur protein dan fungsinya menggunakan contoh perbandingan hemoprotein terkait - mioglobin dan hemoglobin, serta perwakilan dari lima kelas protein dari keluarga imunoglobulin.
5. Menerapkan pengetahuan tentang kekhasan sifat fisik dan kimia protein untuk memilih metode pemurniannya dari protein dan pengotor lain.
6. Menafsirkan hasil kuantitatif dan komposisi berkualitas protein plasma darah untuk mengkonfirmasi atau memperjelas diagnosis klinis.
Tahu:
1. Ciri-ciri struktur protein oligomer dan mekanisme adaptif untuk mengatur fungsinya menggunakan contoh hemoglobin.
2. Struktur dan fungsi pendamping dan pentingnya menjaga konformasi asli protein dalam kondisi seluler.
3. Prinsip penggabungan protein ke dalam famili berdasarkan kesamaan konformasi dan fungsinya dengan menggunakan contoh imunoglobulin.
4. Cara pemisahan protein berdasarkan ciri-ciri sifat fisikokimianya.
5. Elektroforesis plasma darah sebagai metode untuk menilai komposisi protein secara kualitatif dan kuantitatif.
TOPIK 1.4. FITUR STRUKTUR DAN FUNGSI PROTEIN OLIGOMER MENGGUNAKAN CONTOH HEMOGLOBIN
1. Banyak protein mengandung beberapa rantai polipeptida. Protein seperti ini disebut oligomer, dan rantai individu - protomer. Protomer dalam protein oligomer dihubungkan oleh banyak ikatan non-kovalen lemah (hidrofobik, ionik, hidrogen). Interaksi
protomer dilakukan berkat komplementaritas permukaan kontak mereka.
Jumlah protomer dalam protein oligomer dapat sangat bervariasi: hemoglobin mengandung 4 protomer, enzim aspartat aminotransferase memiliki 12 protomer, dan protein virus mosaik tembakau mengandung 2.120 protomer yang dihubungkan melalui ikatan non-kovalen. Akibatnya, protein oligomer dapat memiliki berat molekul yang sangat tinggi.
Interaksi satu protomer dengan protomer lainnya dapat dianggap sebagai kasus khusus interaksi protein-ligan, karena setiap protomer berfungsi sebagai ligan bagi protomer lainnya. Jumlah dan cara bergabungnya protomer dalam suatu protein disebut struktur protein kuaterner.
Protein dapat mengandung protomer dengan struktur yang sama atau berbeda, misalnya homodimer adalah protein yang mengandung dua protomer identik, dan heterodimer adalah protein yang mengandung dua protomer berbeda.
Jika protein mengandung protomer yang berbeda, maka pusat pengikatan dengan ligan berbeda yang strukturnya berbeda dapat terbentuk pada protein tersebut. Ketika ligan berikatan dengan situs aktif, fungsi protein ini terwujud. Pusat yang terletak pada protomer berbeda disebut alosterik (berbeda dengan protomer aktif). Menghubungi ligan atau efektor alosterik, ia melakukan fungsi pengaturan (Gbr. 1.18). Interaksi pusat alosterik dengan efektor menyebabkan perubahan konformasi pada struktur seluruh protein oligomer karena labilitas konformasinya. Hal ini mempengaruhi afinitas situs aktif untuk ligan tertentu dan mengatur fungsi protein tersebut. Perubahan konformasi dan fungsi semua protomer selama interaksi protein oligomer dengan setidaknya satu ligan disebut perubahan konformasi kooperatif. Efektor yang meningkatkan fungsi protein disebut aktivator, dan efektor yang menghambat fungsinya - penghambat.
Jadi, protein oligomer, serta protein dengan struktur domain, memiliki sifat baru dibandingkan dengan protein monomer - kemampuan untuk mengatur fungsi secara alosterik (regulasi dengan menempelkan ligan berbeda ke protein). Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan struktur dan fungsi dua protein kompleks yang berkaitan erat, mioglobin dan hemoglobin.
Beras. 1.18. Skema struktur protein dimer
2. Pembentukan struktur spasial dan fungsi mioglobin.
Mioglobin (Mb) adalah protein yang terdapat pada otot merah, yang fungsi utamanya adalah menciptakan cadangan O2 yang diperlukan untuk kerja otot yang intens. Mb adalah protein kompleks yang mengandung bagian protein - apoMb dan bagian non-protein - heme. Struktur utama apoMB menentukan konformasi globular kompaknya dan struktur pusat aktif, tempat melekatnya bagian non-protein mioglobin, heme. Oksigen yang berasal dari darah ke otot berikatan dengan heme Fe+2 di mioglobin. Mb merupakan protein monomer yang memiliki afinitas sangat tinggi terhadap O 2, sehingga pelepasan oksigen oleh mioglobin hanya terjadi selama kerja otot yang intens, ketika tekanan parsial O 2 menurun tajam.
Pembentukan konformasi Mv. Di otot merah, pada ribosom, selama translasi, struktur utama MB disintesis, diwakili oleh urutan spesifik 153 residu asam amino. Struktur sekunder Mb mengandung delapan heliks α, yang disebut dengan huruf Latin dari A sampai H, di antaranya terdapat daerah non-heliks. Struktur tersier Mb berbentuk globul kompak, di dalam ceruknya terdapat pusat aktif antara heliks F dan E (Gbr. 1.19).
Beras. 1.19. Struktur mioglobin
3. Ciri-ciri struktur dan fungsi pusat aktif MV. Pusat aktif Mb dibentuk terutama oleh radikal asam amino hidrofobik, yang berjarak jauh satu sama lain dalam struktur primer (misalnya, Tri 3 9 dan Fen 138) Ligan yang sukar larut dalam air - heme dan O 2 - menempel pada pusat aktif. Heme adalah ligan spesifik apoMB (Gbr. 1.20), yang dasarnya terdiri dari empat cincin pirol yang dihubungkan oleh jembatan metenil; di tengahnya terdapat atom Fe+ 2 yang terhubung ke atom nitrogen pada cincin pirol melalui empat ikatan koordinasi. Di pusat aktif Mb, selain radikal asam amino hidrofobik, juga terdapat residu dua asam amino dengan radikal hidrofilik - Gis E 7(Gis 64) dan GIS F 8(93 miliknya) (Gbr. 1.21).
Beras. 1.20. Struktur heme - bagian non-protein dari mioglobin dan hemoglobin
Beras. 1.21. Lokasi heme dan O2 di situs aktif apomioglobin dan protomer hemoglobin
Heme terikat secara kovalen ke F8-Nya melalui atom besi. O 2 menempel pada besi di sisi lain bidang heme. E 7-nya diperlukan untuk orientasi O 2 yang benar dan memfasilitasi penambahan oksigen ke Fe + 2 heme
GIS F 8 membentuk ikatan koordinasi dengan Fe+ 2 dan mengikat heme dengan kuat di pusat aktif. Gis E 7 diperlukan untuk orientasi yang benar di pusat aktif ligan lain - O 2 selama interaksinya dengan Fe + 2 heme. Lingkungan mikro heme menciptakan kondisi pengikatan O2 ke Fe+2 yang kuat namun reversibel dan mencegah air memasuki situs aktif hidrofobik, yang dapat menyebabkan oksidasi menjadi Fe+3.
Struktur monomer Mb dan pusat aktifnya menentukan tingginya afinitas protein terhadap O2.
4. Struktur oligomer Hb dan pengaturan afinitas Hb terhadap ligan O2. Hemoglobin manusia- keluarga protein, seperti mioglobin, yang berhubungan dengan protein kompleks (hemoprotein). Mereka memiliki struktur tetramerik dan mengandung dua rantai α, tetapi berbeda dalam struktur dua rantai polipeptida lainnya (rantai 2α-, 2x). Struktur rantai polipeptida kedua menentukan ciri-ciri fungsi bentuk Hb ini. Sekitar 98% hemoglobin dalam sel darah merah orang dewasa adalah hemoglobin A(rantai 2α-, 2p).
Selama perkembangan janin, ada dua jenis utama hemoglobin yang berfungsi: Hb embrionik(2α, 2ε), yang ditemukan pada tahap awal perkembangan janin, dan hemoglobin F (janin)- (2α, 2γ), yang menggantikan hemoglobin janin awal pada bulan keenam perkembangan intrauterin dan hanya setelah lahir digantikan oleh Hb A.
HB A adalah protein terkait mioglobin (MB) yang ditemukan pada sel darah merah manusia dewasa. Struktur masing-masing protomernya mirip dengan mioglobin. Struktur sekunder dan tersier dari protomer mioglobin dan hemoglobin sangat mirip, meskipun faktanya dalam struktur primer rantai polipeptidanya hanya 24 residu asam amino yang identik (struktur sekunder protomer hemoglobin, seperti mioglobin, mengandung delapan heliks α, ditunjuk dengan huruf latin dari A sampai H , dan struktur tersiernya berbentuk bola kompak). Namun berbeda dengan mioglobin, hemoglobin memiliki struktur oligomer, terdiri dari empat rantai polipeptida yang dihubungkan melalui ikatan non-kovalen (Gambar 1.22).
Setiap protomer Hb dikaitkan dengan bagian non-protein - heme dan protomer tetangganya. Hubungan bagian protein Hb dengan heme mirip dengan mioglobin: pada pusat aktif protein, bagian hidrofobik heme dikelilingi oleh radikal asam amino hidrofobik kecuali His F 8 dan His E 7, yang terletak di kedua sisi bidang heme dan memainkan peran serupa dalam fungsi protein dan pengikatannya dengan oksigen (lihat struktur mioglobin).
Beras. 1.22. Struktur oligomer hemoglobin
Di samping itu, Gis E 7 melakukan hal yang penting peran tambahan dalam berfungsinya Nv. Heme bebas memiliki afinitas 25.000 kali lebih tinggi terhadap CO dibandingkan O2. CO terbentuk dalam jumlah kecil di dalam tubuh dan, mengingat afinitasnya yang tinggi terhadap heme, CO dapat mengganggu pengangkutan O2 yang diperlukan untuk kehidupan sel. Namun, dalam komposisi hemoglobin, afinitas heme terhadap karbon monoksida melebihi afinitas terhadap O 2 hanya 200 kali lipat karena adanya His E 7 di pusat aktif. Sisa asam amino ini menciptakan kondisi optimal untuk pengikatan heme ke O2 dan melemahkan interaksi heme dengan CO.
5. Fungsi utama HB adalah mengangkut O2 dari paru-paru ke jaringan. Berbeda dengan mioglobin monomer, yang memiliki afinitas sangat tinggi terhadap O2 dan berfungsi menyimpan oksigen di otot merah, struktur oligomer hemoglobin menyediakan:
1) cepat saturasi HB dengan oksigen di paru-paru;
2) kemampuan HB melepaskan oksigen dalam jaringan pada tekanan parsial O 2 yang relatif tinggi (20-40 mm Hg);
3) kemungkinan mengatur afinitas Hb terhadap O2.
6. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer hemoglobin mempercepat pengikatan O2 di paru-paru dan pelepasannya ke jaringan. Di paru-paru, tekanan parsial O2 yang tinggi mendorong pengikatannya dengan Hb di situs aktif empat protomer (2α dan 2β). Pusat aktif setiap protomer, seperti pada mioglobin, terletak di antara dua heliks α (F dan E) dalam kantong hidrofobik. Ini mengandung bagian non-protein - heme, melekat pada bagian protein melalui banyak interaksi hidrofobik lemah dan satu ikatan kuat antara Fe 2 + heme dan His F 8 (lihat Gambar 1.21).
Dalam deoksihemoglobin, karena ikatan dengan F 8 His, atom Fe 2 + menonjol dari bidang heme menuju histidin. Pengikatan O 2 ke Fe 2 + terjadi di sisi lain heme di wilayah His E 7 menggunakan ikatan koordinasi bebas tunggal. E 7 miliknya memberikan kondisi optimal untuk pengikatan O 2 ke besi heme.
Penambahan O2 pada atom Fe+2 dari salah satu protomer menyebabkan pergerakannya ke bidang heme, diikuti oleh residu histidin yang terkait dengannya.
Beras. 1.23. Perubahan konformasi protomer hemoglobin bila dikombinasikan dengan O2
Hal ini menyebabkan perubahan konformasi semua rantai polipeptida karena labilitas konformasinya. Mengubah konformasi rantai lain memfasilitasi interaksinya dengan molekul O2 berikutnya.
Molekul O2 keempat menempel pada hemoglobin 300 kali lebih mudah dibandingkan molekul pertama (Gbr. 1.24).
Beras. 1.24. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer hemoglobin selama interaksinya dengan O2
Dalam jaringan, setiap molekul O2 berikutnya lebih mudah dibelah daripada molekul sebelumnya, juga karena perubahan kooperatif dalam konformasi protomer.
7. CO 2 dan H+ terbentuk selama katabolisme bahan organik, mengurangi afinitas hemoglobin terhadap O2 sebanding dengan konsentrasinya. Energi yang dibutuhkan untuk fungsi sel diproduksi terutama di mitokondria selama oksidasi zat organik menggunakan O2 yang dikirim dari paru-paru melalui hemoglobin. Sebagai hasil oksidasi zat organik, produk akhir penguraiannya terbentuk: CO 2 dan K 2 O, yang jumlahnya sebanding dengan intensitas proses oksidasi yang sedang berlangsung.
CO 2 berdifusi dari sel ke dalam darah dan menembus ke dalam sel darah merah, di mana, di bawah aksi enzim karbanhidrase, ia diubah menjadi asam karbonat. Asam lemah ini terdisosiasi menjadi proton dan ion bikarbonat.
H+ mampu bergabung dengan radikal-radikalnya 14 6 dalam rantai α- dan β hemoglobin, mis. di daerah yang jauh dari heme. Protonasi hemoglobin mengurangi afinitasnya terhadap O2, mendorong pembuangan O2 dari oksiHb, pembentukan deoksiHb, dan meningkatkan suplai oksigen ke jaringan sebanding dengan jumlah proton yang terbentuk (Gbr. 1.25).
Peningkatan jumlah oksigen yang dilepaskan tergantung pada peningkatan konsentrasi H+ dalam sel darah merah disebut efek Bohr (dinamai menurut ahli fisiologi Denmark Christian Bohr, yang pertama kali menemukan efek ini).
Di paru-paru, tekanan parsial oksigen yang tinggi mendorong pengikatannya dengan deoksiHb, yang mengurangi afinitas protein terhadap H+. Proton yang dilepaskan di bawah pengaruh asam karbonat bereaksi dengan bikarbonat membentuk CO 2 dan H 2 O
Beras. 1.25. Ketergantungan afinitas Hb terhadap O 2 pada konsentrasi CO 2 dan proton (efek Bohr):
A- pengaruh konsentrasi CO 2 dan H+ terhadap pelepasan O 2 dari kompleks dengan HB (efek Bohr); B- oksigenasi deoksihemoglobin di paru-paru, pembentukan dan pelepasan CO2.
CO 2 yang dihasilkan memasuki ruang alveolar dan dikeluarkan bersama udara yang dihembuskan. Dengan demikian, jumlah oksigen yang dilepaskan oleh hemoglobin dalam jaringan diatur oleh produk katabolisme zat organik: semakin intens pemecahan zat, misalnya selama latihan fisik, semakin tinggi konsentrasi CO 2 dan H + serta semakin banyak oksigen. jaringan menerima sebagai akibat dari penurunan afinitas Hb terhadap O2.
8. Regulasi alosterik afinitas Hb terhadap O2 oleh ligan - 2,3-bifosfogliserat. Dalam eritrosit, ligan alosterik hemoglobin, 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), disintesis dari produk oksidasi glukosa - 1,3-bifosfogliserat. Dalam kondisi normal, konsentrasi 2,3-BPG tinggi dan sebanding dengan konsentrasi Hb. 2,3-BPG memiliki muatan negatif kuat -5.
Bifosfogliserat di kapiler jaringan, berikatan dengan deoksihemoglobin, meningkatkan pelepasan oksigen ke jaringan, mengurangi afinitas Hb terhadap O2.
Di tengah molekul hemoglobin tetramerik terdapat rongga. Ini dibentuk oleh residu asam amino dari keempat protomer (lihat Gambar 1.22). Di kapiler jaringan, protonasi Hb (efek Bohr) menyebabkan putusnya ikatan antara besi heme dan O2. Dalam sebuah molekul
deoksihemoglobin, dibandingkan dengan oksihemoglobin, muncul ikatan ion tambahan yang menghubungkan protomer, akibatnya dimensi rongga pusat meningkat dibandingkan dengan oksihemoglobin. Rongga sentral merupakan tempat melekatnya 2,3-BPG pada hemoglobin. Karena perbedaan ukuran rongga tengah, 2,3-BPG hanya dapat menempel pada deoksihemoglobin.
2,3-BPG berinteraksi dengan hemoglobin di tempat yang jauh dari pusat aktif protein dan termasuk dalam alosterik ligan (pengaturan), dan rongga tengah Hb adalah pusat alosterik. 2,3-BPG memiliki muatan negatif yang kuat dan berinteraksi dengan lima gugus bermuatan positif dari dua rantai β Hb: gugus N-terminal α-amino dari Val dan radikal Lys 82 His 143 (Gbr. 1.26).
Beras. 1.26. BPG di rongga tengah deoksihemoglobin
BPG berikatan dengan tiga gugus bermuatan positif pada setiap untai β.
Dalam kapiler jaringan, deoksihemoglobin yang dihasilkan berinteraksi dengan 2,3-BPG dan ikatan ionik terbentuk antara radikal rantai β bermuatan positif dan ligan bermuatan negatif, yang mengubah konformasi protein dan mengurangi afinitas Hb terhadap O2. . Penurunan afinitas Hb terhadap O 2 mendorong pelepasan O 2 yang lebih efisien ke dalam jaringan.
Di paru-paru, pada tekanan parsial tinggi, oksigen berinteraksi dengan Hb, bergabung dengan besi heme; dalam hal ini, konformasi protein berubah, rongga pusat berkurang dan 2,3-BPG dipindahkan dari pusat alosterik
Dengan demikian, protein oligomer memiliki sifat baru dibandingkan dengan protein monomer. Perlekatan ligan di situs
berjauhan secara spasial satu sama lain (alosterik), dapat menyebabkan perubahan konformasi pada seluruh molekul protein. Akibat interaksi dengan ligan pengatur, terjadi perubahan konformasi dan adaptasi fungsi molekul protein terhadap perubahan lingkungan.
TOPIK 1.5. PEMELIHARAAN KONFORMASI ASLI PROTEIN DALAM KONDISI SEL
Dalam sel, selama sintesis rantai polipeptida, pengangkutannya melalui membran ke bagian sel yang sesuai, selama proses pelipatan (pembentukan konformasi asli) dan selama perakitan protein oligomer, serta selama fungsinya, zat antara , konformasi yang rawan agregasi dan tidak stabil muncul dalam struktur protein. Radikal hidrofobik, biasanya tersembunyi di dalam molekul protein dalam konformasi asli, muncul di permukaan dalam konformasi tidak stabil dan cenderung bergabung dengan kelompok protein lain yang sulit larut dalam air. Protein khusus telah ditemukan dalam sel semua organisme yang diketahui yang memastikan pelipatan protein sel yang optimal, menstabilkan konformasi aslinya selama berfungsi dan, yang paling penting, mempertahankan struktur dan fungsi protein intraseluler ketika homeostasis terganggu. Protein-protein ini disebut "pendamping" yang berarti "pengasuh" dalam bahasa Perancis.
1. Pendamping molekuler dan perannya dalam mencegah denaturasi protein.
Pendamping (CH) diklasifikasikan menurut massa subunitnya. Pendamping dengan berat molekul tinggi memiliki massa 60 hingga 110 kDa. Diantaranya, tiga kelas yang paling banyak dipelajari: Sh-60, Sh-70 dan Sh-90. Setiap kelas mencakup keluarga protein terkait. Jadi, Sh-70 mencakup protein dengan berat molekul 66 hingga 78 kDa. Pendamping dengan berat molekul rendah memiliki berat molekul 40 hingga 15 kDa.
Di antara para pendamping ada pokok protein, sintesis basalnya yang tinggi tidak bergantung pada efek stres pada sel-sel tubuh, dan dapat diinduksi, sintesisnya lemah dalam kondisi normal, tetapi meningkat tajam di bawah tekanan. Pendamping yang dapat diinduksi juga disebut “protein kejutan panas” karena pertama kali ditemukan dalam sel yang terkena suhu tinggi. Dalam sel, karena konsentrasi protein yang tinggi, reaktivasi spontan protein yang terdenaturasi sebagian menjadi sulit. Sh-70 dapat mencegah timbulnya denaturasi dan membantu mengembalikan konformasi asli protein. Pendamping molekuler-70- kelas protein yang sangat terkonservasi yang ditemukan di semua bagian sel: sitoplasma, nukleus, retikulum endoplasma, mitokondria. Pada ujung karboksil rantai polipeptida tunggal Ш-70 terdapat daerah berupa alur yang mampu berinteraksi dengan peptida yang panjangnya
dari 7 hingga 9 residu asam amino yang diperkaya dengan radikal hidrofobik. Daerah seperti itu pada protein globular terdapat kira-kira setiap 16 asam amino. Sh-70 mampu melindungi protein dari inaktivasi suhu dan memulihkan konformasi serta aktivitas protein yang terdenaturasi sebagian.
2. Peran pendamping dalam pelipatan protein. Selama sintesis protein di ribosom, daerah terminal-N dari polipeptida disintesis sebelum terminal-C. Untuk membentuk konformasi asli, diperlukan rangkaian asam amino lengkap dari protein. Dalam proses sintesis protein, pendamping-70 karena struktur pusat aktifnya mampu menutup area polipeptida yang rentan agregasi, diperkaya dengan radikal asam amino hidrofobik hingga sintesis selesai (Gambar 1.27, A ).
Beras. 1.27. Partisipasi pendamping dalam pelipatan protein
A - partisipasi pendamping-70 dalam pencegahan interaksi hidrofobik antara bagian polipeptida yang disintesis; B - pembentukan konformasi asli protein di kompleks pendamping
Banyak protein bermolekul tinggi yang memiliki konformasi kompleks, seperti struktur domain, terlipat dalam ruang khusus yang dibentuk oleh Sh-60. Sh-60 berfungsi sebagai kompleks oligomer yang terdiri dari 14 subunit. Mereka membentuk dua cincin berongga, yang masing-masing terdiri dari tujuh subunit, cincin ini terhubung satu sama lain. Setiap subunit Sh-60 terdiri dari tiga domain: apikal (apikal), diperkaya dengan radikal hidrofobik yang menghadap rongga cincin, perantara dan khatulistiwa (Gbr. 1.28).
Beras. 1.28. Struktur kompleks pendamping terdiri dari 14 Ш-60
A - tampak samping; B - tampilan atas
Protein yang disintesis, yang memiliki unsur-unsur pada permukaan yang merupakan karakteristik molekul yang tidak terlipat, khususnya radikal hidrofobik, memasuki rongga cincin pendamping. Dalam lingkungan spesifik rongga-rongga ini, kemungkinan konformasi dicari sampai satu-satunya konformasi yang paling disukai secara energetik ditemukan (Gbr. 1.27, B). Pembentukan konformasi dan pelepasan protein disertai dengan Hidrolisis ATP di wilayah khatulistiwa. Biasanya, pelipatan yang bergantung pada pendamping membutuhkan banyak energi.
Selain berpartisipasi dalam pembentukan struktur tiga dimensi protein dan renativasi protein yang terdenaturasi sebagian, pendamping juga diperlukan untuk terjadinya proses mendasar seperti perakitan protein oligomer, pengenalan dan pengangkutan protein terdenaturasi ke dalam lisosom, pengangkutan protein melintasi membran, dan partisipasi dalam pengaturan aktivitas kompleks protein.
TOPIK 1.6. VARIETAS PROTEIN. KELUARGA PROTEIN: CONTOH IMUNOGLOBULIN
1. Protein memainkan peran penting dalam kehidupan sel individu dan seluruh organisme multiseluler, dan fungsinya sangat beragam. Hal ini ditentukan oleh karakteristik struktur primer dan konformasi protein, struktur unik pusat aktif dan kemampuan mengikat ligan tertentu.
Hanya sebagian kecil dari semua kemungkinan varian rantai peptida yang dapat mengadopsi struktur spasial yang stabil; mayoritas
diantaranya dapat mengambil banyak konformasi dengan energi Gibbs yang kira-kira sama, tetapi dengan sifat yang berbeda. Struktur utama dari sebagian besar protein yang diketahui, dipilih melalui evolusi biologis, memastikan stabilitas luar biasa dari salah satu konformasi, yang menentukan karakteristik fungsi protein ini.
2. Keluarga protein. Dalam spesies biologis yang sama, substitusi residu asam amino dapat menyebabkan munculnya protein berbeda yang menjalankan fungsi terkait dan memiliki urutan homolog asam amino. Protein terkait tersebut mempunyai konformasi yang sangat mirip: jumlah dan posisi relatif heliks α dan/atau struktur β, dan sebagian besar putaran dan lengkungan rantai polipeptida serupa atau identik. Protein dengan daerah rantai polipeptida homolog, konformasi serupa dan fungsi terkait diklasifikasikan ke dalam keluarga protein. Contoh keluarga protein: proteinase serin, keluarga imunoglobulin, keluarga mioglobin.
Proteinase serin- keluarga protein yang menjalankan fungsi enzim proteolitik. Ini termasuk enzim pencernaan - chymotrypsin, trypsin, elastase dan banyak faktor pembekuan darah. Protein ini memiliki asam amino yang identik pada 40% posisinya dan konformasi yang sangat mirip (Gbr. 1.29).
Beras. 1.29. Struktur spasial elastase (A) dan kimotripsin (B)
Beberapa substitusi asam amino telah menyebabkan perubahan spesifisitas substrat protein ini dan munculnya keragaman fungsional dalam famili tersebut.
3. Keluarga imunoglobulin. Sedang berlangsung sistem imun Peran besar dimainkan oleh protein dari superfamili imunoglobulin, yang mencakup tiga keluarga protein:
Antibodi (imunoglobulin);
Reseptor limfosit T;
Protein dari kompleks histokompatibilitas utama - MHC kelas 1 dan 2 (Kompleks Histokompatibilitas Utama).
Semua protein ini memiliki struktur domain, terdiri dari domain mirip imun yang homolog dan melakukan fungsi serupa: mereka berinteraksi dengan struktur asing, baik yang terlarut dalam darah, getah bening atau cairan antar sel (antibodi), atau terletak di permukaan sel (milik atau luar negeri).
4. Antibodi- protein spesifik yang diproduksi oleh limfosit B sebagai respons terhadap masuknya struktur asing ke dalam tubuh, disebut antigen.
Fitur struktur antibodi
Molekul antibodi paling sederhana terdiri dari empat rantai polipeptida: dua rantai ringan identik - L, mengandung sekitar 220 asam amino, dan dua rantai berat identik - H, terdiri dari 440-700 asam amino. Keempat rantai dalam molekul antibodi dihubungkan oleh banyak ikatan non-kovalen dan empat ikatan disulfida (Gbr. 1.30).
Rantai ringan antibodi terdiri dari dua domain: domain variabel (VL), yang terletak di wilayah terminal-N rantai polipeptida, dan domain konstan (CL), yang terletak di terminal-C. Rantai berat biasanya memiliki empat domain: satu variabel (VH), terletak di ujung N, dan tiga domain konstan (CH1, CH2, CH3) (lihat Gambar 1.30). Setiap domain imunoglobulin memiliki superstruktur lembaran β di mana dua residu sistein dihubungkan oleh ikatan disulfida.
Di antara dua domain konstan CH1 dan CH2 terdapat wilayah yang mengandung sejumlah besar residu prolin, yang mencegah pembentukan struktur sekunder dan interaksi rantai H yang berdekatan di segmen ini. Daerah engsel ini memberikan fleksibilitas molekul antibodi. Di antara domain variabel rantai berat dan ringan terdapat dua situs pengikatan antigen yang identik (situs aktif untuk mengikat antigen), oleh karena itu antibodi semacam itu sering disebut bivalen. Tidak seluruh rangkaian asam amino dari daerah variabel kedua rantai terlibat dalam pengikatan antigen ke antibodi, tetapi hanya 20-30 asam amino yang terletak di daerah hipervariabel dari setiap rantai. Wilayah inilah yang menentukan kemampuan unik setiap jenis antibodi untuk berinteraksi dengan antigen komplementer terkait.
Antibodi adalah salah satu garis pertahanan tubuh terhadap serangan organisme asing. Fungsinya dapat dibagi menjadi dua tahap: tahap pertama adalah pengenalan dan pengikatan antigen pada permukaan organisme asing, yang dimungkinkan karena adanya situs pengikatan antigen dalam struktur antibodi; tahap kedua adalah permulaan proses inaktivasi dan penghancuran antigen. Spesifisitas tahap kedua bergantung pada kelas antibodi. Ada lima kelas rantai berat, berbeda satu sama lain dalam struktur domain konstan: α, δ, ε, γ dan μ, yang menurutnya lima kelas imunoglobulin dibedakan: A, D, E, G dan M.
Ciri-ciri struktural rantai berat memberikan daerah engsel dan daerah terminal-C rantai berat suatu karakteristik konformasi dari setiap kelas. Setelah antigen berikatan dengan antibodi, perubahan konformasi dalam domain konstan menentukan jalur penghilangan antigen.
Beras. 1. 30. Struktur domain IgG
Imunoglobulin M
Imunoglobulin M memiliki dua bentuk.
Bentuk monomer- Antibodi kelas 1 yang diproduksi oleh pengembangan limfosit B. Selanjutnya, banyak sel B beralih untuk memproduksi antibodi kelas lain, tetapi dengan tempat pengikatan antigen yang sama. IgM tertanam dalam membran dan bertindak sebagai reseptor pengenalan antigen. Integrasi IgM ke dalam membran sel dimungkinkan karena adanya 25 residu asam amino hidrofobik di bagian ekor.
Bentuk sekretori IgM mengandung lima subunit monomer yang dihubungkan satu sama lain melalui ikatan disulfida dan rantai J polipeptida tambahan (Gbr. 1.31). Rantai berat monomer bentuk ini tidak mengandung ekor hidrofobik. Pentamer memiliki 10 situs pengikatan antigen sehingga efektif dalam mengenali dan menghilangkan antigen yang pertama kali masuk ke dalam tubuh. Bentuk sekretori IgM adalah kelas antibodi utama yang disekresikan ke dalam darah selama respon imun primer. Pengikatan IgM ke antigen mengubah konformasi IgM dan menginduksi pengikatannya pada komponen protein pertama dari sistem komplemen (sistem komplemen adalah sekumpulan protein yang terlibat dalam penghancuran antigen) dan aktivasi sistem ini. Jika antigen terletak pada permukaan suatu mikroorganisme, sistem komplemen menyebabkan pelanggaran integritas membran sel dan kematian sel bakteri.
Imunoglobulin G
Secara kuantitatif, kelas imunoglobulin ini mendominasi dalam darah (75% dari seluruh Ig). IgG - monomer, kelas utama antibodi yang disekresikan ke dalam darah selama respon imun sekunder. Setelah interaksi IgG dengan antigen permukaan mikroorganisme, kompleks antigen-antibodi mampu mengikat dan mengaktifkan protein sistem komplemen atau dapat berinteraksi dengan reseptor spesifik makrofag dan neutrofil. Interaksi dengan fagosit mengarah
Beras. 1.31. Struktur bentuk sekretori IgM
untuk penyerapan kompleks antigen-antibodi dan penghancurannya dalam fagosom sel. IgG adalah satu-satunya kelas antibodi yang mampu menembus penghalang plasenta dan memberikan perlindungan intrauterin pada janin dari infeksi.
Imunoglobulin A
Kelas utama antibodi terdapat dalam sekret (susu, air liur, sekret saluran pernafasan dan saluran usus). IgA disekresi terutama dalam bentuk dimer, di mana monomer dihubungkan satu sama lain melalui rantai J tambahan (Gbr. 1.32).
IgA tidak berinteraksi dengan sistem komplemen dan sel fagosit, tetapi dengan mengikat mikroorganisme, antibodi mencegah perlekatan mereka pada sel epitel dan penetrasi ke dalam tubuh.
Imunoglobulin E
Imunoglobulin E diwakili oleh monomer yang mengandung rantai ε berat, seperti rantai μ imunoglobulin M, satu variabel dan empat domain konstan. Setelah disekresi, IgE berikatan dengannya
Beras. 1.32. Struktur IgA
Daerah terminal-C dengan reseptor yang sesuai pada permukaan sel mast dan basofil. Akibatnya, mereka menjadi reseptor antigen pada permukaan sel tersebut (Gbr. 1.33).
Beras. 1.33. Interaksi IgE dengan antigen pada permukaan sel mast
Setelah antigen berikatan dengan situs pengikatan antigen IgE yang sesuai, sel menerima sinyal untuk mensekresi secara biologis zat aktif(histamin, serotonin), yang sebagian besar bertanggung jawab atas perkembangan reaksi inflamasi dan manifestasi reaksi alergi seperti asma, urtikaria, demam.
Imunoglobulin D
Imunoglobulin D ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil dalam serum; mereka adalah monomer. Rantai δ berat memiliki satu domain variabel dan tiga domain konstan. IgD bertindak sebagai reseptor untuk limfosit B; fungsi lainnya masih belum diketahui. Interaksi antigen spesifik dengan reseptor pada permukaan limfosit B (IgD) menyebabkan transmisi sinyal-sinyal ini ke dalam sel dan aktivasi mekanisme yang memastikan proliferasi klon limfosit tertentu.
TOPIK 1.7. SIFAT FISIK DAN KIMIA PROTEIN SERTA METODE PEMISAHANNYA
1. Protein individu berbeda dalam sifat fisik dan kimia:
Bentuk molekul;
Berat molekul;
Muatan total, yang besarnya bergantung pada perbandingan gugus asam amino anionik dan kationik;
Rasio radikal asam amino polar dan nonpolar pada permukaan molekul;
Tingkat resistensi terhadap berbagai agen denaturasi.
2. Kelarutan protein tergantung tentang sifat-sifat protein yang disebutkan di atas, serta tentang komposisi media di mana protein dilarutkan (nilai pH, komposisi garam, suhu, keberadaan zat organik lain yang dapat berinteraksi dengan protein). Besarnya muatan molekul protein merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutannya. Ketika muatan pada titik isoelektrik hilang, protein lebih mudah berkumpul dan mengendap. Hal ini terutama terjadi pada protein terdenaturasi, di mana radikal asam amino hidrofobik muncul di permukaan.
Pada permukaan molekul protein terdapat radikal asam amino bermuatan positif dan negatif. Jumlah gugus ini, dan muatan total protein, bergantung pada pH medium, yaitu. perbandingan konsentrasi gugus H+ - dan OH -. Dalam lingkungan asam Peningkatan konsentrasi H+ menyebabkan penekanan disosiasi gugus karboksil -COO - + H+ > - COOH dan penurunan muatan negatif protein. Dalam lingkungan basa, pengikatan kelebihan OH - oleh proton yang terbentuk selama disosiasi gugus amino -NH 3 + + OH - - NH 2 + H 2 O dengan pembentukan air, menyebabkan penurunan muatan positif protein . Nilai pH dimana suatu protein mempunyai muatan bersih nol disebut titik isoelektrik (IEP). Dalam IET, jumlah gugus bermuatan positif dan negatif adalah sama, yaitu. protein berada dalam keadaan isoelektrik.
3. Pemisahan protein individu. Ciri-ciri struktur dan fungsi tubuh bergantung pada kumpulan protein yang disintesis di dalamnya. Mempelajari struktur dan sifat protein tidak mungkin dilakukan tanpa mengisolasinya dari sel dan memurnikannya dari protein lain dan molekul organik. Tahapan isolasi dan pemurnian protein individu:
Penghancuran sel jaringan yang sedang dipelajari dan memperoleh homogenat.
Pemisahan homogenat menjadi pecahan dengan sentrifugasi, memperoleh fraksi nuklir, mitokondria, sitosol atau lainnya yang mengandung protein yang diinginkan.
Denaturasi termal selektif- pemanasan jangka pendek larutan protein, di mana beberapa pengotor protein yang terdenaturasi dapat dihilangkan (jika protein relatif stabil terhadap panas).
Mengasinkan. Protein yang berbeda mengendap pada konsentrasi garam yang berbeda dalam larutan. Dengan meningkatkan konsentrasi garam secara bertahap, dimungkinkan untuk memperoleh sejumlah fraksi terpisah dengan kandungan dominan protein terisolasi di salah satunya. Amonium sulfat paling sering digunakan untuk fraksinasi protein. Protein dengan kelarutan paling kecil akan mengendap pada konsentrasi garam rendah.
Filtrasi gel- metode menyaring molekul melalui butiran Sephadex yang membengkak (rantai polisakarida tiga dimensi dari dekstran yang memiliki pori-pori). Kecepatan protein melewati kolom yang diisi dengan Sephadex akan bergantung pada berat molekulnya: semakin kecil massa molekul protein, semakin mudah mereka menembus ke dalam butiran dan bertahan di sana lebih lama; semakin besar massanya, semakin cepat mereka terelusi dari granula. kolom.
Ultrasentrifugasi- metode yang melibatkan penempatan protein dalam tabung sentrifus ke dalam rotor ultrasentrifugasi. Ketika rotor berputar, laju sedimentasi protein sebanding dengan berat molekulnya: fraksi protein yang lebih berat terletak lebih dekat ke dasar tabung reaksi, fraksi protein yang lebih ringan terletak lebih dekat ke permukaan.
Elektroforesis- metode yang didasarkan pada perbedaan kecepatan pergerakan protein dalam medan listrik. Nilai ini sebanding dengan muatan protein. Elektroforesis protein dilakukan di atas kertas (dalam hal ini kecepatan pergerakan protein hanya sebanding dengan muatannya) atau dalam gel poliakrilamida dengan ukuran pori tertentu (kecepatan pergerakan protein sebanding dengan muatan dan berat molekulnya) .
Kromatografi pertukaran ion- metode fraksinasi berdasarkan pengikatan gugus protein terionisasi dengan gugus resin penukar ion yang bermuatan berlawanan (bahan polimer tidak larut). Kekuatan pengikatan protein pada resin sebanding dengan muatan protein. Protein yang teradsorpsi pada polimer penukar ion dapat tersapu dengan meningkatnya konsentrasi larutan NaCl; semakin rendah muatan protein, semakin rendah konsentrasi NaCl yang diperlukan untuk menghilangkan protein yang terikat pada gugus ionik resin.
Kromatografi afinitas- metode paling spesifik untuk mengisolasi protein individu.Ligan suatu protein terikat secara kovalen pada polimer inert. Ketika larutan protein dilewatkan melalui kolom dengan polimer, hanya protein spesifik untuk ligan tertentu yang teradsorpsi pada kolom karena pengikatan komplementer protein ke ligan.
Dialisis- metode yang digunakan untuk menghilangkan senyawa dengan berat molekul rendah dari larutan protein yang diisolasi. Metode ini didasarkan pada ketidakmampuan protein untuk melewati membran semipermeabel, tidak seperti zat dengan berat molekul rendah. Ini digunakan untuk memurnikan protein dari pengotor dengan berat molekul rendah, misalnya garam setelah penggaraman.
TUGAS KERJA EKSTRAKURIKULER
1. Isi tabelnya. 1.4.
Tabel 1.4. Analisis perbandingan struktur dan fungsi protein terkait - mioglobin dan hemoglobin
a) mengingat struktur pusat aktif Mb dan Hb. Apa peran radikal asam amino hidrofobik dalam pembentukan pusat aktif protein ini? Jelaskan struktur pusat aktif Mb dan Hb serta mekanisme perlekatan ligan padanya. Apa peran residu His F 8 dan His E 7 dalam berfungsinya pusat aktif Mv iHv?
b) sifat baru apa yang dimiliki protein oligomer, hemoglobin, yang berkerabat dekat dengan mioglobin monomer? Jelaskan peran perubahan kooperatif dalam konformasi protomer dalam molekul hemoglobin, pengaruh CO2 dan konsentrasi proton terhadap afinitas hemoglobin terhadap oksigen, serta peran 2,3-BPG dalam regulasi alosterik fungsi Hb .
2. Ciri-ciri pendamping molekuler, dengan memperhatikan hubungan antara struktur dan fungsinya.
3. Protein apa yang dikelompokkan ke dalam keluarga? Dengan menggunakan contoh keluarga imunoglobulin, identifikasi ciri-ciri struktural serupa dan fungsi terkait dari protein keluarga ini.
4. Protein individu yang dimurnikan seringkali diperlukan untuk tujuan biokimia dan pengobatan. Jelaskan yang mana sifat fisik dan kimia protein didasarkan pada metode yang digunakan untuk pemisahan dan pemurniannya.
TUGAS PENGENDALIAN DIRI
1. Pilihlah jawaban yang benar.
Fungsi hemoglobin:
A. Pengangkutan O2 dari paru ke jaringan B. Pengangkutan H+ dari jaringan ke paru
B. Mempertahankan pH darah yang konstan D. Transportasi CO 2 dari paru-paru ke jaringan
D. Transportasi CO 2 dari jaringan ke paru-paru
2. Pilihlah jawaban yang benar. Liganα -protomer Hb adalah: A.Heme
B.Oksigen
B.CO G.2,3-BPG
D. β-Protomer
3. Pilihlah jawaban yang benar.
Hemoglobin berbeda dengan mioglobin:
A. Memiliki struktur kuaterner
B. Struktur sekunder hanya diwakili oleh heliks α
B. Milik protein kompleks
D. Berinteraksi dengan ligan alosterik D. Terikat secara kovalen dengan heme
4. Pilihlah jawaban yang benar.
Afinitas Hb terhadap O2 menurun:
A. Ketika satu molekul O 2 ditambahkan B. Ketika satu molekul O 2 dihilangkan
B. Saat berinteraksi dengan 2,3-BPG
D. Bila dilekatkan pada protomer H + D. Bila konsentrasi 2,3-BPG menurun
5. Cocok.
Tipe HB mempunyai ciri-ciri :
A. Dalam bentuk deoksi membentuk agregat fibrilar B. Berisi dua rantai α- dan dua rantai δ
B. Bentuk Hb yang dominan pada eritrosit dewasa D. Mengandung heme dengan Fe+3 pada pusat aktifnya
D. Berisi dua rantai α- dan dua γ 1. HbA 2.
6. Cocok.
Ligan Hb:
A. Berikatan dengan Hb di pusat alosterik
B. Memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap situs aktif Hb
B. Dengan bergabung, meningkatkan afinitas Hb terhadap O 2 G. Mengoksidasi Fe+ 2 menjadi Fe+ 3
D.Bentuk Ikatan kovalen dengan gisF8
7. Pilihlah jawaban yang benar.
Pendamping:
A. Protein terdapat di seluruh bagian sel
B. Sintesis meningkat di bawah tekanan
B. Berpartisipasi dalam hidrolisis protein terdenaturasi
D. Berpartisipasi dalam mempertahankan konformasi asli protein
D. Mereka menciptakan organel di mana konformasi protein terbentuk.
8. Cocokkan. Imunoglobulin:
A. Bentuk sekretorinya adalah pentamerik.
B. Kelas Ig yang menembus sawar plasenta
B.Ig - reseptor sel mast
D. Kelas utama Ig hadir dalam sekresi sel epitel. D. Reseptor limfosit B, aktivasi yang memastikan proliferasi sel
9. Pilihlah jawaban yang benar.
Imunoglobulin E:
A. Diproduksi oleh makrofag B. Memiliki rantai ε yang berat.
B. Tertanam dalam membran limfosit T
D. Bertindak sebagai reseptor antigen membran pada sel mast dan basofil
D. Bertanggung jawab atas reaksi alergi
10. Pilihlah jawaban yang benar.
Metode pemisahan protein didasarkan pada perbedaan berat molekulnya:
A. Filtrasi gel
B. Ultrasentrifugasi
B. Elektroforesis gel poliakrilamida D. Kromatografi penukar ion
D. Kromatografi afinitas
11. Pilih jawaban yang benar.
Metode pemisahan protein didasarkan pada perbedaan kelarutannya dalam air:
A. Filtrasi gel B. Pengasinan
B. Kromatografi penukar ion D. Kromatografi afinitas
D. Elektroforesis dalam gel poliakrilamida
STANDAR JAWABAN TERHADAP “TUGAS PENGENDALIAN DIRI”
1.A,B,C,D
2.A,B,C,D
5. 1-B, 2-A, 3-G
6. 1-B, 2-B, 3-A
7.A,B,D,D
8. 1-G; 2-B, 3-B
SYARAT DAN KONSEP DASAR
1. Protein oligomer, protomer, struktur protein kuaterner
2. Perubahan kooperatif dalam konformasi protomer
3. Efek Bohr
4. Regulasi alosterik fungsi protein, pusat alosterik dan efektor alosterik
5. Pendamping molekuler, protein kejutan panas
6. Keluarga protein (serin protease, imunoglobulin)
7. Hubungan IgM-, G-, E-, A-struktur-fungsi
8. Muatan total protein, titik isoelektrik protein
9. Elektroforesis
10. Pengasinan
11. Filtrasi gel
12. Kromatografi pertukaran ion
13. Ultrasentrifugasi
14. Kromatografi afinitas
15. Elektroforesis protein plasma darah
TUGAS UNTUK PEKERJAAN KELAS
1. Bandingkan ketergantungan derajat kejenuhan hemoglobin (Hb) dan mioglobin (Mb) dengan oksigen terhadap tekanan parsialnya dalam jaringan
Beras. 1.34. Ketergantungan saturasi Mv danNHoksigen dari tekanan parsialnya
Harap dicatat bahwa bentuk kurva saturasi oksigen protein berbeda: untuk mioglobin - hiperbola, untuk hemoglobin - bentuk sigmoid.
1. bandingkan nilai tekanan parsial oksigen dimana Mb dan Hb jenuh dengan O 2 sebesar 50%. Manakah dari protein berikut yang memiliki afinitas lebih tinggi terhadap O2?
2. Ciri-ciri struktural Mb apa yang menentukan afinitasnya yang tinggi terhadap O 2?
3. Ciri struktural HB apa yang memungkinkannya melepaskan O2 di kapiler jaringan istirahat (dengan tekanan parsial O2 yang relatif tinggi) dan secara tajam meningkatkan pelepasan ini pada otot yang bekerja? Sifat protein oligomer apa yang memberikan efek ini?
4. Hitung berapa jumlah O2 (dalam%) hemoglobin teroksigenasi yang diberikan kepada otot istirahat dan bekerja?
5. menarik kesimpulan tentang hubungan antara struktur suatu protein dan fungsinya.
2. Jumlah oksigen yang dilepaskan oleh hemoglobin di kapiler tergantung pada intensitas proses katabolik di jaringan (efek Bohr). Bagaimana perubahan metabolisme jaringan mengatur afinitas Hb terhadap O2? Pengaruh CO 2 dan H+ terhadap afinitas Hb terhadap O 2
1. jelaskan efek Bohr.
2. ke arah mana proses yang ditunjukkan pada diagram berlangsung:
a) di kapiler paru-paru;
b) di kapiler jaringan?
3. Apa arti fisiologis dari efek Bohr?
4. Mengapa interaksi Hb dengan H+ pada lokasi yang jauh dari heme mengubah afinitas protein terhadap O 2?
3. Afinitas Hb terhadap O2 bergantung pada konsentrasi ligannya - 2,3-bifosfogliserat, yang merupakan pengatur alosterik afinitas Hb terhadap O2. Mengapa interaksi ligan pada lokasi yang jauh dari situs aktif mempengaruhi fungsi protein? Bagaimana 2,3-BPG mengatur afinitas Hb terhadap O2? Untuk mengatasi masalah tersebut, jawablah pertanyaan berikut:
1. di mana dan dari apa 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG) disintesis? Tulis rumusnya, tunjukkan muatan molekul ini.
2. Bentuk hemoglobin (oksi atau deoksi) manakah yang berinteraksi dengan BPG dan mengapa? Di bagian molekul Hb manakah interaksi terjadi?
3. ke arah manakah proses yang ditunjukkan pada diagram terjadi?
a) di kapiler jaringan;
b) di kapiler paru-paru?
4. dimana konsentrasi kompleks harus lebih tinggi
Nv-2,3-BFG:
a) di kapiler otot saat istirahat,
b) di kapiler otot yang bekerja (asalkan konsentrasi BPG yang sama dalam eritrosit)?
5. Bagaimana afinitas HB terhadap oksigen berubah ketika seseorang beradaptasi dengan kondisi dataran tinggi, jika konsentrasi BPG dalam eritrosit meningkat? Apa signifikansi fisiologis dari fenomena ini?
4. Penghancuran 2,3-BPG selama penyimpanan darah yang diawetkan mengganggu fungsi HB. Bagaimana afinitas HB terhadap O 2 berubah dalam darah yang diawetkan jika konsentrasi 2,3-BPG dalam eritrosit dapat menurun dari 8 menjadi 0,5 mmol/l. Apakah mungkin untuk mentransfusikan darah tersebut ke pasien yang sakit parah jika konsentrasi 2,3-BPG pulih tidak lebih awal dari setelah tiga hari? Apakah mungkin mengembalikan fungsi sel darah merah dengan menambahkan 2,3-BPG ke dalam darah?
5. Ingat struktur molekul imunoglobulin paling sederhana. Apa peran imunoglobulin dalam sistem kekebalan? Mengapa Ig sering disebut bivalen? Bagaimana hubungan struktur Ig dengan fungsinya? (Jelaskan dengan menggunakan contoh kelas imunoglobulin.)
Sifat fisikokimia protein dan metode pemisahannya.
6. Bagaimana muatan bersih suatu protein mempengaruhi kelarutannya?
a) tentukan muatan total peptida pada pH 7
Ala-Glu-Tre-Pro-Asp-Liz-Cis
b) bagaimana muatan peptida ini berubah pada pH >7, pH<7, рН <<7?
c) berapa titik isoelektrik suatu protein (IEP) dan di lingkungan manakah letaknya?
IET dari peptida ini?
d) pada nilai pH berapa kelarutan terendah dari peptida ini akan diamati.
7. Mengapa susu asam, tidak seperti susu segar, “mengental” ketika direbus (yaitu, kasein protein susu mengendap)? Dalam susu segar, molekul kasein mempunyai muatan negatif.
8. Filtrasi gel digunakan untuk memisahkan protein individu. Campuran yang mengandung protein A, B, C dengan berat molekul masing-masing sebesar 160.000, 80.000 dan 60.000, dianalisis dengan filtrasi gel (Gbr. 1.35). Butiran gel yang membengkak dapat ditembus oleh protein dengan berat molekul kurang dari 70.000 Prinsip apa yang mendasari metode pemisahan ini? Grafik manakah yang mencerminkan hasil fraksinasi dengan benar? Tunjukkan urutan pelepasan protein A, B, dan C dari kolom.
Beras. 1.35. Menggunakan Filtrasi Gel untuk Pemisahan Protein
9. Pada Gambar. 1.36, A menunjukkan diagram elektroforesis di atas kertas protein serum darah orang sehat. Jumlah relatif fraksi protein yang diperoleh dengan metode ini adalah: albumin 54-58%, α 1 -globulin 6-7%, α 2 -globulin 8-9%, β-globulin 13%, γ-globulin 11-12% .
Beras. 1.36 Elektroforesis pada kertas protein plasma darah orang sehat (A) dan pasien (B)
I - γ-globulin; II - β-globulin; AKU AKU AKU -α 2 -globulin; IV -α 2 -globulin; V - albumin
Banyak penyakit disertai dengan perubahan kuantitatif komposisi protein serum (disproteinemia). Sifat perubahan ini diperhitungkan saat membuat diagnosis dan menilai tingkat keparahan dan stadium penyakit.
Menggunakan data yang diberikan dalam tabel. 1.5, tebak penyakitnya, yang ditandai dengan profil elektroforesis yang ditunjukkan pada Gambar. 1.36.
Tabel 1.5. Perubahan konsentrasi protein serum pada patologi
