Proteiny - pracovní verze
- Klára Kutová Šerých
Proteiny, nebo také bílkoviny, jsou základní stavební jednotky živé hmoty, přítomné ve všech buňkách. Jsou to složité molekuly, které hrají klíčovou roli v mnoha biologických procesech. Jsou tvořeny řetězci aminokyselin, které jsou spojeny peptidovými vazbami.
Každá aminokyselina obsahuje karboxylovou skupinu, která se skládá z jednoho atomu uhlíku (C), dvou atomů kyslíku (O) a jednoho atomu vodíku (H). Chemicky je vyjádřena jako –COOH a potom aminoskupinu, která se skládá z jednoho atomu dusíku (N) a dvou atomů vodíku (H), a chemicky je vyjádřena jako -NH₂. Mezi karboxylovou skupinou a aminoskupinou dvou aminokyselin se vytváří peptidová vazba. Proces vzniku peptidové vazby zahrnuje dehydrataci, kdy se uvolňuje molekula vody. Peptidové vazby se obvykle označují jako amidy, protože vznikají z reakce kyseliny a aminu.
Peptidové vazby jsou klíčové pro tvorbu proteinů, které jsou složeny z dlouhých řetězců aminokyselin spojených těmito vazbami. Stabilita peptidové vazby je dána její částečnou dvojí vazbou, což zajišťuje, že řetězce aminokyselin mají specifické prostorové uspořádání a funkci. Kromě toho, peptidové vazby ovlivňují sekundární, terciární a kvartérní strukturu proteinů, což je klíčové pro jejich biologickou aktivitu
V živých organismech můžeme najít dvacet různých aminokyselin, které se kombinují různými způsoby, což vede k obrovské rozmanitosti proteinů.
Struktura proteinu
Struktura proteinu se obvykle popisuje na čtyřech úrovních:
Primární struktura
To je základní úroveň, která se týká pořadí aminokyselin v řetězci proteinů. Pořadí aminokyselin určuje, jak bude protein vypadat a jakou bude mít funkci. Tato struktura je určena genetickým kódem v DNA. Primární strukturu si můžeme představit jako jednotlivé korálky v náhrdelníku, kde každý korálek, představuje jednu aminokyselinu.
Sekundární struktura
V této úrovni se protein začíná ohýbat a skládat do specifických tvarů. Nejběžnějšími tvary jsou alfa-helix (spirála) a beta-skládaný list (ploché záhyby). V přirovnání k náhrdelníku si to můžeme představit jako točení a skládání náhrdelníku na různých místech, což vytváří různé vzory.
Terciární struktura
Tato úroveň se týká celkového trojrozměrného tvaru proteinu, který vzniká, když se sekundární struktury dále skládají a ohýbají. Tento tvar je důležitý pro funkci proteinu. Terciární struktura je klíčová pro funkci proteinu, protože určuje, jak se protein skládá a jak interaguje s jinými molekulami.
Kvartérní struktura
Pokud je protein složen z více než jednoho polypeptidového řetězce ("náhrdelníků"), říkáme, že má kvartérní strukturu. Například hemoglobin, který přenáší kyslík v krvi, se skládá ze čtyř různých polypeptidových řetězců. Můžeme si to představit jako skupinu náhrdelníků, které se spojily do jednoho většího a složitějšího klenotu. Tato struktura je důležitá pro celkovou funkci proteinu.
Primární struktura je tedy pořadí aminokyselin, sekundární struktura jsou první ohyby a záhyby, terciární struktura je celkový tvar jednotlivého proteinu a kvartérní struktura je uspořádání více proteinových řetězců dohromady. Úrovně struktury proteinů jsou vzájemně propojené a jakákoli změna v primární struktuře může ovlivnit vyšší úrovně struktury a tedy i funkci proteinu.
Hlavní funkce proteinů
Stavba a podpora tkání
Proteiny, jako je kolagen a keratin, jsou základními složkami svalů, kůže, kostí a dalších tkání. Pomáhají udržovat strukturu a pevnost těchto tkání.
Enzymatická funkce
Mnoho proteinů funguje jako enzymy, které katalyzují (urychlují) chemické reakce v těle. Například trávící enzymy pomáhají rozkládat potravu na živiny.
Transport a skladování
Některé proteiny, jako je hemoglobin, přenášejí kyslík v krvi. Jiné proteiny mohou sloužit k ukládání živin, jako je feritin, který uchovává železo.
Imunitní funkce
Imunoglobuliny jsou proteiny, které pomáhají chránit tělo před infekcemi a nemocemi tím, že rozpoznávají a neutralizují škodlivé mikroorganismy a toxiny.
Regulace a signální funkce
Některé proteiny fungují jako hormony, které regulují různé biologické procesy, jako je růst, metabolismus a imunitní odpověď. Například inzulin je hormon, který pomáhá regulovat hladinu cukru v krvi.
Pohyb
Proteiny jako aktin a myosin jsou zodpovědné za kontrakci svalových vláken, což umožňuje pohyb těla.
Zásobní funkce
Některé proteiny slouží jako zdroje aminokyselin pro tělo, které je může použít, když potřebuje energii nebo stavební bloky pro nové proteiny.
Jak souvisí proteiny a genetika?
Proteiny a genetika jsou úzce propojené, protože proteiny jsou přímo ovlivněny naším DNA.
Geny a proteiny
Geny jsou segmenty DNA, které obsahují instrukce pro syntézu konkrétních proteinů. Každý gen určuje pořadí aminokyselin, které budou tvořit daný protein. Když je gen aktivován, probíhá proces transkripce, při kterém se DNA přepisuje do messenger RNA (mRNA). Tato mRNA pak slouží jako šablona pro syntézu proteinu. Více ve článku DNA a její funkce
Genetický kód
Genetický kód je systém, který určuje, jaké aminokyseliny budou použity při syntéze proteinů. Každé tři nukleotidy (základní jednotky DNA a RNA) tvoří kodon, který odpovídá jedné aminokyselině. Tento kód je univerzální pro většinu organismů, což znamená, že stejný kodon bude kódovat stejnou aminokyselinu ve většině živých bytostí.
Mutace a proteiny
Změny v DNA, nazývané mutace, mohou ovlivnit strukturu a funkci proteinů. Pokud mutace změní pořadí nukleotidů v oblasti genu, může to vést k syntéze proteinu s odlišnou sekvencí aminokyselin. To může mít za následek změny v aktivitě nebo funkci proteinu, což může mít vliv na zdraví organismu. Více o mutacích ve článku DNA a její funkce
Regulace genů
Geny nejsou vždy aktivní - jejich expresi (produkci proteinů) regulují různé faktory, jako jsou signály z okolí, hormony nebo jiné proteiny. Tato regulace umožňuje buňkám přizpůsobit produkci proteinů podle potřeb organismu, což je klíčové pro správné fungování všech biologických procesů. Více o regulaci exprese genů ve článku Regulace a exprese genu
Proteomika
Oblast vědy zaměřená na studium proteinů v organismu se nazývá proteomika. Tato disciplína pomáhá pochopit, jaké proteiny jsou přítomny v buňkách, jak jsou regulovány a jak ovlivňují biologické funkce, což je důležité pro výzkum nemocí a vývoj nových terapeutických metod.