PROTEINER OG ENZ YMER

73

Proteiners byggesten er aminosyrerLad os se på den kemiske opbygning af et protein. Proteiner er store molekyler der er opbygget af mindre molekyler, som man kalder ami-nosyrer. Der findes naturligt tyve forskellige aminosyrer. Et protein er sammensat af en blanding af de tyve aminosyrer og består typisk af fra 50 til flere tusinde aminosyrer. Når vi fordøjer vores mad i mave-tarmsystemet, nedbrydes proteinerne til deres aminosyrer som vi optager til blodet og fordeler til enten leveren eller kroppens celler. Otte af de tyve aminosyrer er essentielle for mennesket. Det vil sige at kroppen ikke selv kan danne dem, og de skal derfor tilføres krop-pen i den mængde der er brug for dem. De øvrige 12 aminosyrer kan kroppen selv danne eller omdanne i leveren ud fra andre aminosyrer tilført med kosten. Den generelle formel for en aminosyre er vist i figur 85. Man kan se at den er opbygget med et centralt stillet carbonatom, hvortil der er bundet en ladet aminogruppe (-NH3+) og en ladet carboxylgruppe (-COO-). En aminosyre er derfor en såkaldt amfo-ion, en betegnelse man bruger for en ion der både har en positiv og en negativ ladning. Aminosyren indeholder desuden et hydrogenatom samt en sidekæde med betegnelsen R. Forskellen mellem de tyve aminosyrer består i sidekædens struktur. Figur 87 side 74 viser strukturen af de tyve aminosyrer. Som man kan se, er sidekæderne ret forskellige, og de har fået forskellige farver efter deres kemiske egenskaber. Således er nogle sidekæder upolære og dermed hydrofobe, mens andre er enten polære eller negativt eller positivt ladede ved neutral pH. De tre sidstnævnte typer er ligeledes hydrofile. På figuren kan man også se navnet på den enkelte aminosyre samt både en tre-bogstavs-forkortelse og en et-bogstavs-forkortelse. Disse forkortelser har man brug for når man skal opskrive eller selv læse rækkefølgen af aminosyrer i et protein. Sidekæderne har betyd-ning for hvilken egenskab og funktion proteinerne får når de sam-mensættes af aminosyrerne.

Sammensætning af aminosyrerHvert protein har sin unikke sammensætning af aminosyrer, og men-nesket danner op mod 100.000 forskellige proteiner. Aminosyrerne bindes sammen med peptidbindinger. En peptidbinding er en elek-tronparbinding mellem carboxylgruppen i en aminosyre og amino-gruppen i en anden aminosyre, se figur 86. Idet bindingen dannes, fraspaltes der vand, og man kalder reaktionstypen en kondensations-reaktion. Når bindingen mellem to aminosyrer er etableret, har man et dipeptid. Bindes flere aminosyrer sammen, dannes et polypeptid. Et protein kan indeholde én eller flere polypeptidkæder. Uanset om

CN+

C

H

O-

OH

H R

H CN+

C

H

O-

OH

H R

H+

CN+

C

HH

H R

H

O

N C C

O-

O

H

H

R

+ H2O

N-terminal C-terminal

Peptidbinding

Amino-gruppe

Carboxyl-gruppe

CH3N+ C

H

O-

O

R

Ladet carboxylgruppe

Ladet aminogruppe

Variabel gruppe, specifik for hver aminosyre

Figur 85. Generel formel for aminosyre.

Figur 86. Dannelse af en peptidbinding.

K APITEL 3

74

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

OH

NH3+

C C

H

CH O-

O

OH CH3

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

SH

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

OH

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CNH2 O

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CH2

CNH2 O

-

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CH2

CH2

CH2

NH3+

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CH2

CH2

NH

C

NH2

NH2+

Upolæresidekæder

Polæresidekæder

Elektriskladede sidekæder

NH3+

C

H

H O-

O

Glycin (G)Gly

NH3+

C

H

CH3O

-

O

Alanin (A)Ala

NH3+

C

H

CH O-

O

CH3 CH3

*Valin (V)Val

NH3+

C

H

CH2O

-

O

CHCH3 CH3

*Leucin (L)Leu

NH3+

C

H

CH O-

O

CH2

CH3

CH3

*Isoleucin (I)Ile

NH3+

C C

H

O-

O

CH2

CH2

S

CH3

*Methionin (M)Met

NH3+

C C

H

O-

O

CH2

*Phenylalanin (F)Phe

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

NH

*Tryptophan (W)Trp

Prolin (P)Pro

Serin (S)Ser

*Threonin (T)Thr

Cystein (C)Cys

Tyrosin (Y)Tyr

Asparagin (N)Asn

Sure Basiske

Aspartat (D)Asp

Glutamat (E)Glu

*Lysin (K)Lys

Arginin (R)Arg

Histidin (H)His

Glutamin (Q)Gln

C

O-

ONH2

+

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CO O

-

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

CH2

CO O

-

NH3+

C C

H

CH2O

-

O

NH

+

NH

Figur 87. Struktur af de tyve aminosyrer. Sidekæderne har forskellig farve efter deres kemiske egenskaber. Essentielle aminosyrer er angivet med stjerne.

PROTEINER OG ENZ YMER

75

en peptidkæde består af få eller mange aminosyrer, så vil den have en fri aminogruppe i den forreste ende og en fri carboxylgruppe i den bageste ende. På den måde er man aldrig i tvivl om angivelse af rækkefølgen af aminosyrerne. På grund af nitrogenatomet i den frie aminogruppe kalder man forenden af peptidet for N-terminalen, mens bagenden af peptidet på grund af carbonatomet i den frie carboxyl-gruppe kaldes for C-terminalen.

Proteiners strukturniveauerProteiners molekylære struktur kan beskrives på tre-fire forskellige niveauer. Primærstrukturen af et protein angiver selve rækkefølgen af amino-syrer fra N-terminalen mod C-terminalen. Denne rækkefølge er helt unik for det enkelte protein, og er bestemt ud fra et specifikt gen i den organisme hvor proteinet dannes. På figur 88 ses primærstukturen af proteinet lysozym der blandt andet forekommer i æggehvide. Som

Lys

Tyr

TryTry

Thr

Thr

Thr

Thr

ThrPro

Thr

Thr

Lys

Lys

Lys

Phe

Phe

Lys

Lys

AlaAla

Ala

Ala

Arg

TyrGln

Gln

Glu

Ala Ala

Ala

Ala

Ala

AlaAer

Val

Val

ileu

ileu

Val

ileu

ileu

ileu

ileu

Ala

AlaTry

Val

Val

Val

Ser100

10

1

20

40

50

60

70

80

90

110

120

129

30

Ser

SerAsn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Asn

Ser

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Arg

Arg

Arg

Arg

Arg

Arg

Arg

ArgAsp

Asp Asp

SerSer

Ser

SerPro

Met

His

Met

Gln

Gly

Glu

Cys

Cys

Cys

Cys

Cys

Cys Cys

Cys

Cys

Arg

ArgAspAsp

Asp

Asp

AspTyr

Try

TryTry

Leu

LeuLeu

Leu

Leu

Leu

Leu

Leu

Phe

CO- O

SS

S S

SS

SS

H HN

H+

Figur 88. Primærstrukturen af proteinet lysozym.

K APITEL 3

76

man kan se, er aminosyrerne vist som kugler, og deres navn er angivet med tre-bogstavs-forkortelser. Man kan se at proteinet indeholder 129 aminosyrer, hvilket er et forholdsvist lille protein. Desuden kan man se at der fire steder er bindinger mellem sidekæder fra aminosy-ren cystein. Cystein indeholder et svovlatom i sin sidekæde, og når to cysteinmolekyler kommer i nærheden af hinanden, fraspaltes et hydrogenatom fra hver sidekæde. Herved dannes en elektronparbin-ding mellem et svovlatom fra hver sin sidekæde – som man kalder en disulfidbinding, se figur 89. Antallet og placeringen af disulfidbindinger hører med til at beskrive et proteins primærstruktur. Sekundærstrukturen beskriver lokale områder af polypeptidkæden hvor aminosyrer, der sidder sæt på hinanden, danner nogle karak-teristiske foldninger af kæden. Der er to typiske strukturer: α-helix og β-foldeblad, se figur 90. Som man kan se, er det karakteristisk for en α-helixstruktur at den danner en spiralstruktur. Det sker idet der dannes en hydrogenbinding mellem en CO-gruppe fra en peptidbin-ding og en NH-gruppe fra en anden peptidbinding, der sidder i den aminosyre som er placeret præcis fire aminosyrer længere henne i peptidkæden. I β-foldebladsstrukturen ligger områder af peptidkæden i parallelle eller antiparallelle lag, så det ligner en hårnål eller et zig-

C C

NH

C

SH

O

H

H

H

CC

NH

C

SH

O

H

H

H

+

2H+ + 2e-

C C

NH

C

S

O

H CC

NH

C

S

O

H

H

H

H

H

N-terminal

C-terminal

RR

CC

CCOO

NN

NN

HH

HHHH

Figur 3.8 a. Alfahelix

Figur 3.8 b. Betafoldeblad

N-terminal

C-terminal

Figur 89. Dannelse af disulfidbinding mel-lem sidekæder fra to cysteinmolekyler.

Figur 90. a. α-helix. b. β-foldeblad.

a

b

PROTEINER OG ENZ YMER

77

zag-foldet papirark. Derved opstår der hydrogenbindinger mellem CO- og NH-grupper der sidder i lag over for hinanden. Tertiærstrukturen angiver den overordnede rumlige opbygning af hele peptidkæden. Den opstår når der dannes forskellige typer bin-dinger mellem sidekæder af aminosyrer, der sidder langt fra hinanden i primærstrukturen, se figur 91. Disulfidbindinger mellem cystein-sidekæder er allerede nævnt i forbindelse med primærstrukturen, men de hører også med til at beskrive tertiærstrukturen som de medvirker til at stabilisere. Endvidere dannes ionbindinger mellem aminosyrer med ladede sidegrupper. Fx vil aminosyren lysin hvis sidegruppe

CH2

S

S

CH2

CH2

OH

......

.

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3+

CH2

OO-

OH

CH2

Elektronparbinding

Hydrogenbinding Ionbinding

Figur 91. a. Forskellige typer bindinger der

medvirker til dannelse af et pro-teins tertiære struktur.

b. Den tertiære struktur af lysozym fra høns.

a

b