PTEIE G EZYME Proteiners byggesten er aminosyrer Lad os se på den kemiske opbygning af et protein. Proteiner er store molekyler der er opbygget af mindre molekyler, som man kalder aminosyrer. 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. år vi fordøjer vores mad i mavetarmsystemet, nedbrydes proteinerne til deres aminosyrer som vi optager til blodet og fordeler til enten leveren eller kroppens celler. tte af de tyve aminosyrer er essentielle for mennesket. Det vil sige at kroppen ikke selv kan danne dem, og de skal derfor tilføres kroppen i den mængde der er brug for dem. De øvrige 1 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 (- 3 ) og en ladet carboxylgruppe (- - ). 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. Forskellen mellem de tyve aminosyrer består i sidekædens struktur. Figur 87 side 74 viser strukturen af de tyve aminosyrer. om man kan se, er ne ret forskellige, og de har fået forskellige farver efter deres kemiske egenskaber. åledes er nogle upolære og dermed hydrofobe, mens andre er enten polære eller negativt eller positivt ladede ved neutral p. 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. idekæderne har betydning for hvilken egenskab og funktion proteinerne får når de sammensættes af aminosyrerne. ammensætning af aminosyrer vert protein har sin unikke sammensætning af aminosyrer, og mennesket danner op mod 100.000 forskellige proteiner. Aminosyrerne bindes sammen med peptidbindinger. En peptidbinding er en elektronparbinding mellem carboxylgruppen i en aminosyre og aminogruppen i en anden aminosyre, se figur 86. Idet bindingen dannes, fraspaltes der vand, og man kalder reaktionstypen en kondensationsreaktion. år 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 Figur 85. Generel formel for aminosyre. 3 - Ladet carboxylgruppe Ladet aminogruppe Variabel gruppe, specifik for hver aminosyre Figur 86. Dannelse af en peptidbinding. - Peptidbinding - -terminal Aminogruppe arboxylgruppe - 73
KAPITEL 3 3-3 - 3 3-3 3 3-3 3 3 3-3 Upolære 3 cin (G) - nin (A) 3 - *in (V) 3 *cin (L) - *Isoleucin (I) Ile - 3 *Methionin (M) Met *Phenylalanin (F) Phe *ptophan (W) Trp Prolin (P) Pro Polære 3-3 - 3 3-3 - 3-3 - in () *eonin (T) ystein () ys Tyrosin (Y) Tyr aragin () tamin (Q) ure Basiske Elektrisk ladede 3 - - 3 - - 3-3 3-3 - artat (D) tamat (E) *in (K) inin () istidin () is Figur 87. truktur af de tyve aminosyrer. idekæderne har forskellig farve efter deres kemiske egenskaber. Essentielle aminosyrer er angivet med stjerne. 74
PTEIE G EZYME 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 en, mens bagenden af peptidet på grund af carbonatomet i den frie carboxylgruppe kaldes for -terminalen. Proteiners strukturniveauer Proteiners molekylære struktur kan beskrives på tre-fire forskellige niveauer. Primærstrukturen af et protein angiver selve rækkefølgen af aminosyrer fra en mod -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. om Figur 88. Primærstrukturen af proteinet lysozym. 40 Phe 50 Phe Tyr 110 30 ys 60 ys ys - Met 70 Pro ys 19 10 ys Tyr 100 ys Pro ys 80 ys Tyr 0 10 Phe ys Met Aer 1 is 90 75
K A P I T E L 3 e- Figur 3.8 a. Alfahelix Figur 89. Dannelse af disulfidbinding mellem fra to cysteinmolekyler. a man kan se, er aminosyrerne vist som kugler, og deres navn er angivet med tre-bogstavs-forkortelser. Man kan se at proteinet indeholder 19 aminosyrer, hvilket er et forholdsvist lille protein. Desuden kan man se at der fire steder er bindinger mellem fra aminosyren cystein. ystein indeholder et svovlatom i sin sidekæde, og når to cysteinmolekyler kommer i nærheden af hinanden, fraspaltes et hydrogenatom fra hver sidekæde. erved dannes en elektronparbinding 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. ekundærstrukturen beskriver lokale områder af polypeptidkæden hvor aminosyrer, der sidder sæt på hinanden, danner nogle karakteristiske foldninger af kæden. Der er to typiske strukturer: α-helix og β-foldeblad, se figur 90. om man kan se, er det karakteristisk for en α-helixstruktur at den danner en spiralstruktur. Det sker idet der dannes en hydrogenbinding mellem en -gruppe fra en peptidbinding og en -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 zigfigur 90. Figur 3.8 b. Betafoldeblad a. a-helix. b. β-foldeblad. b -terminal 76 -terminal
PTEIE G EZYME zag-foldet papirark. Derved opstår der hydrogenbindinger mellem - og -grupper der sidder i lag over for hinanden. Tertiærstrukturen angiver den overordnede rumlige opbygning af hele peptidkæden. Den opstår når der dannes forskellige typer bindinger mellem af aminosyrer, der sidder langt fra hinanden i primærstrukturen, se figur 91. Disulfidbindinger mellem cystein 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 a... Figur 91. a. Forskellige typer bindinger der medvirker til dannelse af et proteins tertiære struktur. b. Den tertiære struktur af lysozym fra høns. 3 Elektronparbinding - ydrogenbinding Ionbinding b 77