Biochemie
6.1 Struktura, funkce a metabolismus proteinů
Polypeptidový řetězec bílkovin je složený ze sta až několika tisíc proteinogenních aminokyselin vzájemně spojených peptidovou vazbou (viz kapitola 5). Spojením dvou, tří, několika málo (3-10) či mnoha (11-100) aminokyselin vznikají dipeptidy, tripeptidy, oligopeptidy a polypeptidy.
V organismu peptidy vznikají štěpením bílkovin nebo syntézou z aminokyselin. Mezi peptidy patří mnoho biologicky aktivních látek, jako jsou hormony (insulin, kortikotropin, endorfiny), glutation (silný antioxidant) a rovněž některá antibiotika, protinádorové léky nebo jedy.
Na rozdělení proteinů neexistuje žádný univerzální systém, můžeme je klasifikovat z několika hledisek.
Na základě rozpustnosti a tvaru dělíme proteiny na globulární - sféroproteiny (např. albumin, globuliny; jsou rozpustné ve vodě a svým tvarem se blíží kouli) a fibrilární – skleroproteiny, které jsou ve vodě nerozpustné, mají vláknitou strukturu a v organismu plní podpůrnou a strukturní funkci (např. kolagen, keratin). Podle složení dělíme proteiny na jednoduché (obsahují pouze aminokyseliny) a složené (obsahují i nebílkovinnou část - např. lipidy - lipoproteiny, sacharidy - glykoproteiny, nukleotidy - nukleoproteiny). Z hlediska výskytu v organismu je lze rozdělit na svalové, krevní (plazmatické) a mléčné. Podle funkce, kterou v organismu zajišťují, je můžeme rozdělit na:
· enzymy - katalyzují biochemické reakce (podrobněji viz kapitola 7)
· strukturální proteiny – převážně fibrilární, plní podpůrné funkce, poskytují buněčnou nebo tělesnou oporu (kosti, šlachy a kůže - kolagen, vlasy a nehty – kreatin)
· transportní proteiny – přenos látek krevním oběhem nebo přes buněčnou membránu (albumin – bilirubin, mastné kyseliny; transferin – železo; lipoproteiny – cholesterol; hemoglobin – kyslík)
· kontraktilní proteiny- aktin a myosin, fibrilární, umožňují pohyb (kontrakci a relaxaci) svalů
· protilátky – imunoglobuliny, obrana proti infekci
· hormony – regulační funkce (insulin)
Dalším kritériem pro dělení proteinů je jejich struktura, kterou lze popsat na čtyřech úrovních. Primární struktura polypeptidového řetězce je určena pořadím jednotlivých aminokyselin, je geneticky kódovaná v DNA a ovlivňuje biologickou aktivitu (náhrada jediné aminokyseliny může snížit, nebo úplně odstranit biologickou aktivitu proteinu, čímž může být příčinou mnoha dědičných poruch). Sekundární strukturu charakterizuje prostorové uspořádání řetězce aminokyselin. Vzniká tvorbou vodíkových můstků (mezi atomem kyslíku z –CO- skupiny a vodíku ze skupiny –NH-, případně –OH) a zaujímá tvar α – šroubovice (v rámci stejné oblasti řetězce) nebo β – skládaného listu (mezi dvěma řetězci nebo z různých oblastí jednoho řetězce). Sekundární struktury velkých bílkovin jsou organizovány do domén, jejichž vzájemné vztahy popisuje terciární struktura. Je to energeticky nejvýhodnější konformace, která je udržovaná disulfidovými můstky, iontovými a hydrofobními interakcemi. Bílkoviny tvořené dvěma nebo více polypeptidovými řetězci (podjednotkami) zaujímají kvartérní strukturu. Proteiny tedy dělíme na primární, sekundární, terciární a kvartérní.
Potravou přijaté proteiny jsou v trávicím traktu postupně rozštěpeny proteolytickými enzymy – proteasami na molekuly peptidů, které jsou dále hydrolyzovány působením aminopeptidas na jednotlivé aminokyseliny. Aminokyseliny můžou sloužit jako zdroj stavebních jednotek pro syntézu tělu vlastních proteinů - proteosyntézu, nebo jsou degradovány a využity jako zdroj energie.
Endogenní proteiny (uvolněné do oběhu stárnutím buněk) jsou opět katabolizovány proteolytickými enzymy až na jednotlivé aminokyseliny, které jsou dále využity pro novou proteosyntézu. V krevním oběhu proto dochází ke změnám koncentrací některých proteinů v průběhu několika hodin nebo dnů.
Za fyziologických podmínek není většina proteinů vylučována močí. Glomerulární filtrací se do moče dostávají pouze bílkoviny s molekulovou hmotností menší než 60 000 (např. amylasa). Takto mohou do moče přecházet i určité fragmenty imunoglobulinů, které jsou produkovány u některých typů kostních nádorů a jejich nález má proto značný klinický význam.