PROTEINI

BIOLOŠKI ZNAČAJ PROTEINA 1. ENZIMI – biokatalizatori visoke efikasnosti i preciznosti 2. REZERVNI PROTEINI – ovalbumin jajeta i kazein mleka služe kao izvor aminokiselina 3. TRANSPORTNI PROTEINI – hemoglobin (prenosi kiseonik putem krvi) – mioglobin (prenosi kiseonik u mišićima) – transferin (prenosi gvožđe kroz krvotok) – serum albumin (prenosi masne kiseonik kroz krvotok) – specifični proteini membrane (transport molekula i jona) 4. KONTRAKTILNI PROTEINI – aktin i miozin (omogućavaju pokretanje mišića) – tubulin (omogućava kretanje hromozoma ka polovima ćelije tokom deobe)

BIOLOŠKI ZNAČAJ PROTEINA 5. ZAŠTITNI PROTEIN – imunoglobulini štite organizam od patogenih agenasa – fibrinogen omogućava zgrušavanje krvi 6. TOKSINI – difterija toksin, kolera toksin, zmijski otrov 7. HORMONI – insulin, hormon rasta 8. TRANSMISIJA NERVNOG IMPULSA – rodopsin, receptor za acetilholin 9. STRUKTURNE KOMPONENTE – keratin - dlaka, nokti, rogovi – kolagen – vezivno tkivo, rožnjača – fibroin – mreža pauka, svila

STRUKTURNE FORMULE AMINOKISELINA H C COO NH 3 R Opšta formula aminokiselina a R = bočna grupa (lanac) A Aminokiseline sa nepolarnom (hidrofobnom) bočnom grupom H C COO + NH 3 CH3 H COO 1 2 3 4 5 N H C COO + NH 3 CH CH2 CH3 H C COO + NH 3 ALANIN (Ala) ( A ) PROLIN (Pro) ( P ) H C COO + NH 3 CH CH3 IZOLEUCIN (Ile) ( I ) CH2 H C COO + NH 3 GLICIN (Gly) ( G ) CH2 N H C COO + NH 3 VALIN (Val) ( V ) FENILALANIN (Phe) ( F ) H C COO + NH 3 CH2 CH CH3 CH2 S CH3 H C COO + NH 3 TRIPTOFAN (Trp) ( W ) METIONIN (Met) ( M ) LEUCIN (Leu) ( L )

STRUKTURNE FORMULE AMINOKISELINA H C COO + NH 3 R Opšta formula aminokiselina a R = bočna grupa (lanac) B Aminokiseline sa nenaelektrisanom (polarnom) bočnom grupom HO CH2 H C COO + NH 3 H3C H C COO + NH 3 CH2 HO TIROZIN (Tyr) ( Y ) TREONIN (Thr) ( T ) CH2 H2N C O H COO + NH 3 HO H C COO + NH 3 CH2 ASPARAGIN (Asn) ( N ) 3 HS H C COO + NH CH2 CH2 H2N C O H COO + NH 3 SERIN (Ser) ( S ) CISTEIN (Cys) ( C ) GLUTAMIN (Gln) ( Q )

STRUKTURNE FORMULE AMINOKISELINA AMINOKISELINE SA SUMPOROM A AROMATIČNE AMINOKISELINE Aminokiseline sa nepolarnom (hidrofobnom) bočnom grupom CH2 N H C COO + NH 3 CH2 H C COO + NH 3 CH2 S CH3 H C COO + NH 3 METIONIN (Met) ( M ) FENILALANIN (Phe) ( F ) TRIPTOFAN (Trp) ( W ) B Aminokiseline sa nenaelektrisanom (polarnom) bočnom grupom HO CH2 H C COO + NH 3 3 HS H C COO + NH CH2 CISTEIN (Cys) ( C ) TIROZIN (Tyr) ( Y )

STRUKTURNE FORMULE AMINOKISELINA H C COO + NH 3 R Opšta formula aminokiselina R = bočna grupa (lanac) C Aminokiseline sa negativno naelektrisanom (kiselom) bočnom grupom C O CH2 H COO + NH 3 GLUTAMIN (Glu) ( Q ) CH2 H2N C O H COO + NH 3 ASPARAGIN (Asn) ( N ) b ASPARAGINSKA KIS. (Asp) ( D ) GLUTAMINSKA KIS. (Glu) ( E ) C O CH2 H COO + NH 3 g

STRUKTURNE FORMULE AMINOKISELINA H C COO + NH 3 R Opšta formula aminokiselina a R = bočna grupa (lanac) D Aminokiseline sa pozitivno naelektrisanom (baznom) bočnom grupom Imidazolni prsten Sekundarna amino grupa + H C COO NH 3 HC HN CH2 1 2 4 5  + H3N CH2 H C COO NH 3 LIZIN (Lys) ( K ) Gvanido grupa HISTIDIN (His) ( H ) C NH2 + NH CH2 H COO 3 d ARGININ (Arg) ( R )

BIOLOŠKI VAŽNE OSOBINE AMINOKISELINA - Jonizaciona stanja aminokiselina - a H C COOH + NH3 R a H C COO + NH3 R a H C COO NH2 R + H + H U neutralnom pH se ponašaju kao polarni joni (zwiterjoni) Amfoterne supstance ili amfoliti (amfoterni elektroliti) R H3N-CH-COO + R H + H2N-CH-COO + Aminokiselina kao kiselina (donor protona) R H + H3N-CH-COO + R H3N-CH-COOH + Aminokiselina kao baza (akceptor protona)

4-HIDROKSIPROLIN (HO-Pro; Hyp) BIOLOŠKI VAŽNI DERIVATI AMINOKISELINA H COO N OH 1 2 3 4 5 + H C COO NH 3 HC N CH2 H3C 1 2 4 5 C CH2 H COO + NH 3 N β-CIANOALANIN 3-METILHISTIDIN 4-HIDROKSIPROLIN (HO-Pro; Hyp) CH2 COO C H + H3N SH CH2 COO C H + H3N OH + H3N CH2 H C COO NH 3 5 OH 5-HIDROKSILIZIN (HO-Lys; Lyp) HOMOCISTEIN HOMOSERIN HN CH2 H C COO + NH 3  H3C (CH2)3 NH C NH2 O COO H + H3N (CH2)3 NH3 + COO C H H3N e-METIL LIZIN CH2 COO + NH 3 C NH2 + NH O CH2 H COO 3 β-ALANIN ORNITIN CITRULIN KANAVANIN

USPOSTAVLJANJE PEPTIDNE VEZE Peptidna veza R1 H R2 HOH a R1 H C H3N + O R2 N O O H3N + + C C + H N C C a a H O H H O a R1 H C H3N + O H a Rn C N O POLIPEPTID N-terminus C-terminus

KLASIFIKACIJA PROTEINA PROSTI PROTEINI – u hidrolizi daju samo aminokiseline 2. KONJUGOVANI PROTEINI – kompleks proteina sa drugim makromolekulom ili jedinjenjem - glikoproteini – protein + saharid - lipoproteini – protein + lipid - nukleoproteini – protein + nukleinska kiselina - fosfoproteini – protein + fosforna grupa PROTEINI - subjedinična struktura

STRUKTURA PROTEINA A B C D NATIVNA KONFORMACIJA PRIMARNA STRUKTURA TERCIJERNA STRUKTURA KVARTARNA STRUKTURA SEKUNDARNA STRUKTURA NATIVNA KONFORMACIJA

SEKUNDARNA STRUKTURA PROTEINA - Organizacija α-heliksa - R N VODONIČNE VEZE VODONIČNE VEZE = ugljenik DESNOGIRI HELIKS = azot N = kiseonik = vodonik = bočna grupa R

KARAKTERISTIKE α - HELIKSA 1. DESNOGIRI – najčešća struktura u živim sistemima 2. PERIODIČNOST–u jednom okretu smešteno je 3.6 aminokiselina 3. EFEKAT AMINOKISELINA NA STABILNOST α - HELIKSA – Ala, Leu, Phe, Tyr, Trp, Met, Cys – stabilizuje α - heliks – Ser, Thr, Ile, Glu, Asp – destabilizuje α - heliks – Pro, HO-Pro - totalno narušavaju α – heliks i obrazuju mesta savijanja heliksa

SEKUNDARNA STRUKTURA PROTEINA Organizacija β-naborane ploče C N Antiparalelna β-naborana ploča VODONIČNE VEZE N C = kiseonik = vodonik C N VODONIČNE VEZE Paralelna β-naborana ploča C N

SEKUNDARNA STRUKTURA PROTEINA - Načini formiranja okreta polipeptida u β-naboranoj ploči - Tip I β -okreta Tip II β-okreta R N Ca4 R N Ca4 Ca3 β -naborana ploča β-naborana ploča y3 y3 = ugljenik Ca3 f3 f3 = azot N = kiseonik y2 = vodonik y2 Ca2 f2 = bo~na grupa R Ca2 f2 β -naborana ploča β -naborana ploča Ca1 Ca1 β -okret u istoj ravni antiparalelnih β -naboranih ploča ( ispod ravni ) ( iznad ravni ) Povezivanje paralelnih β -naboranih ploča

SEKUNDARNA STRUKTURA PROTEINA β-naborana ploča - Prostorni modeli α-heliksa i β-naborane ploče - α-heliks VODONIČNE VEZE β-naborana ploča

ODRŽAVANJE 3-D STRUKTURE PROTEINA N-terminus NH3 + C O Tyr H CH2 O C O CH2 N H Ala CH2OH CH3 C O CH2 Ser Asp C O CH3 Val Asp C O CH2 CH CH3 Ala Glu (CH3 )4 H3N + Lys CH3 Glu C O CH2 Cys Lys (CH3 )4 H3N + Ala Phe CH2 Ile CH2 CH3 CH CH2 S H CH2 S H H Lys (CH3 )4 N C O CH CH3 CH2 C-terminus CH2 Cys Phe Ile

FAKTORI KOJI UTIČU NA DENATURACIJU PROTEINA 1. TEMPERATURA – TAČKA TOPLJENJA, Tm 2. EKSTREMNI pH – dovodi do promene stanja jonizacije bočnih grupa 3. DETERDŽENTI – interaguju svojim hidrofobnim delovima sa nepolarnim glavama bočnih grupa aminokiselina – narušava se hidrofobnim bočnih grupa aminokiselina koje održavaju 3-D strukturu proteina 4. EFEKAT SOLI – primer RNaze A – (NH4)2SO4 i KH2PO4 uvećavaju Tm i stabilizuju 3-D – NCl i KCl mali efekat na Tm – KSCN i LiBr smanjuju Tm i destabilizuju 3-D HAOTROPIČNI JONI

DENATURACIJA I RENATURACIJA PROTEINA - primer RNaze A - SH DENATURISANA RNaza (neaktivna forma) 1 1 124 26 26 72 8 M urea β-merkaptoetanol 72 65 110 84 84 65 110 95 40 58 40 58 95 NATIVNA KONFORMACIJA 1 26 40 58 65 72 84 95 110 (aktivna forma) SH 95 26 40 58 65 72 84 110 1 124 DENATURISANA RNaza NEAKTIVNA FORMA RNaze 26 Postepena blaga oksidacija 40 58 110 65 1 124 95 72 84 RENATURISANA RNaza

PODELA PROTEINA PREMA NATIVNOJ KONFORMACIJI 1. FEBRIZNI – polipepridni lanci međusobno paralelani i formiraju končaste i pločaste tvorevine - strukturni elementi vezivnog tkiva viših životinja - KERATIN – dlaka, nokti, rogovi - KOLAGEN – hrskavica, kosti - ELASTIN – potporni zid krvnih sudova, alveola pluća 2. GLOBULARNI – polipepridni lanci čvrsto zamotani u sferu - imaju mobilnu ili dinamičku funkciju - ANTITELA - ENZIMI - HORMONI - HEMOGLOBIN