A fehérjék kialakításában a 20 féle "proteinogén" amiosav vesz részt, melyek szomszédos amino és karboxil csoportjaik között kialakuló peptidkötés révén kapcsolódnak egymáshoz, így kialakítva a fehérjék elsődleges szerkezetét, amit aminosav szekvenciának is nevezünk. A funkcióképesség megszerzéséhez, vagy a megfelelő szabályozás érdekében gyakran találkozunk az aminosav oldalláncok utólagos (poszt-transzlációs) módosításával. Egyes polipeptidek kialakításában több ezer aminosav is részt vehet, míg azokat, melyek kevesebb (<30) aminosavból épülnek fel, és nincs határozott harmadlagos szerkezetük szokás peptideknek nevezni, bár a peptid-fehérje megkülönböztetést elég lazán kezeli a tudományos nomenklatúra.

A fehérjék fontos biológiai szerepét jellemzi, hogy minden sejtben lejátszódó folyamatban részt vesznek. Számos fehérje enzimaktivitást mutat, azaz valamilyen biokémiai folyamat katalizátoraként segítik elő a sejt életben maradását. Fehérjék rendelkezhetnek stabilizáló, szerkezeti funkcióval is: sejt alakjának kialakítása (aktin, mikrotubuláris sejtváz, intermedier filamentum), sejten belüli transzportfolyamatok lebonyolítása (dinei, kinezin, miozin) mozgatás (akto-miozin rendszer). Más fehérjék a sejt és környezete közötti információ áramlás megvalósítása révén teszik lehetővé, hogy a sejt érzékelni tudja, és reagálni tudjon a külvilág ingereire.

Habár már Berzelius 1838-ban a fehérjéknek a görög eredetű protein nevet adta (melynek jelentése: "elsődleges fontosságú"), valódi szerepük felfedezéségig 1926-ig várni kellett, mikor Summer bebizonyította, hogy az ureáz nevű enzim egy fehérje. Az első fehérje, melynek aminosav szekvenciáját megismerhettük az inzulin volt. Ezért az eredményéért Frederich Sanager 1953-ban kémiai Nobel-díjat kapott. Max F. Perutz-t és John C. Kendrew-t 1962-ben kémiai Nobel díjjal jutalmazták a mioglobin szerkezetének röntgen krisztallográfiás módszerrel történő megoldásáért, mely az első megismert atomi szintű fehérje térszerkezet volt. Mára az ismert fehérje szekvenciák száma, a genomikai programoknak köszönhetően a milliós méretet is meghaladta ^[1], míg az ismert térszerkezetek száma megközelíti az ötvenezret ^[2].

Fehérjék biokémiája dióhéjban [szerkesztés]

A természetes fehérjék 20 különféle L-α-aminosavból felépülő lineáris polimerek. Ezen "proteinogén" aminosavak számos tulajdonságban megegyeznek: rendelkeznek egy α-szénatommal, melyhez aminocsoport és karboxil csoport kapcsolódik, valamint egy hidrogén atom. Csak a prolin képez ez alól kivételt: amino csoportjának visszakapcsolódásával egy rendhagyó gyűrűs szerkezet alakul ki. A többi aminosav tetraéderes α-szénatomjának negyedik liganduma más és más, így különböző tulajdonságokkal tudnak a fehérje szerkezetének, funkciójának kialakításához hozzájárulni. Vannak savas (Glu, Asp), bázikus (Arg, Lys), apoláros (Phe, Tyr, Trp, Met, Ile, Leu, Val, Ala), poláros (Ser, Thr, Cys, His, Asn, Gln) oldalláncú aminosavak, illetve a glicin az egyetlen akirális aminosav, melynek oldallánca csupán egy hidrogén. Az aminosavak összekapcsolódása vízkilépéses reakció, ami egy transz, planáris jellegű peptidkötést hoz létre. A lehetséges rezonancia szerkezetek kettős kötés jelleget adnak a peptid síknak, ami a kötés mentén történő rotációt gátolja. A kötést kialakító atomok sorából, a polimer kialakulása során jön létre az összefüggő peptid gerinc. Az oldalláncok a peptidgerincről "lelógva" egymással és a gerinccel kölcsönhatva alakítják ki a fehérjékre jellemző térszerkezet.

A fehérjék a sejten belüli szintézist követően, az oldalláncokon található változatos funkciós csoportokon keresztül, számos poszt-transzlációs módosításon átmehetnek. A leggyakoribb módosítás a foszforiláció, mely során a fehérjére specifikus kináz enzim foszfát csoportot helyez egy meghatározott Ser, Thr, Tyr ritkábban His oldalláncra. A glikoziláció szintén gyakori jelenség, ebben az esetben oligo/mono-szacharid láncok kapcsolódnak Asn, Ser, Thr, Trp láncokhoz.

Itt kell megjegyezni, hogy amid és amino csoportot tartalmazó aminosav oldalláncok között, transzglutamináz reakció eredményeként kialakulhatnak peptidkötést tartalmazó kereszthidak, mint például véralvadás vagy a tej megalvása során.

Fehérje szerkezeti szintek [szerkesztés]

Primer szerkezet [szerkesztés]

A fehérjék aminosav szekvenciája. Az aminosavakból felépülő fehérjék irányított polimerek, a peptidkötés aszimmetrikus jellegének köszönhetően. A fehérjelánc szintézisekor a legutoljára beépült aminosav karboxil csoportjához kapcsolódik a következő aminosav aminocsoprtja és így tovább. Így megkülönböztetjük a fehérjelánc "elejét" a szabad amino csoportot tartalmazó N' terminálist, valamint a "végét", a szabad karboxil csoportot tartalamzó C' terminálist.

Szekunder(másodlagos) szerkezet [szerkesztés]

A peptidgerinc lokális konformációját értjük a fehérjék másodlagos szerkezete alatt. Ezt a szerkezeti szintet a peptidsíkok egymáshoz képest történő elfordulásával jellemezhetjük, azaz a fi és pszi torziós szögértékekkel. Vannak olyan szakaszai a peptidláncnak, ahol ezek a szögértékek számos aminosavon keresztül szűk értéken belül változnak. Ezek olyan jól jellemezhető periodikus szerkezeti elemek, mint különböző α-helixek, vagy a β-láncok, kanyarok és hurkok. (A hélixek egyszeresen spirálisan feltekeredő formát mutatnak, a β-láncok, másnéven redők háztetőszerűen egymáshozkapcsolódó formát öltenek nagyjából így ^^^^^)

Tercier (harmadlagos) szerkezet [szerkesztés]

Egy peptidlánc másodlagos szerkezeteinek elrendeződése, a fehérje "kompakt feltekeredése".

Kvuaterner (negyedleges) szerkezet [szerkesztés]

Több fehérjelánc kötődésekor létrejövő komplex szerkezete. Az alkotó fehérjeláncokat alegységnek nevezzük.

Csoportosításuk [szerkesztés]

Alakjuk alapján [szerkesztés]

• 1. fibilliáris (fonalas) – ezek a másodlagos szerkezetű fehérjék
  • aktin
  • miozin
  • fibrinogén
  • kollagén

• 2. globuláris (gomolyag) – harmadlagos v. negyedleges szerkezet:
  • albumin
  • hemoglobin

Összetételük szerint [szerkesztés]

• egyszerű fehérjék: Csak aminosavak építik fel őket, hidrolízisükkor csak aminosavak keletkeznek.
• összetett fehérjék: Hidrolizátumuk egyéb alkotórészt is tartlmaz. Lehetnek
  • Metalloproteinek: Fémionokat tartalmaznak, pl. az alkohol-dehidrogenáz Zn²⁺-t, a citochrom oxidáz Cu²⁺-t.
  • Foszfoproteinek, pl. kazein
  • Hem-proteinek, pl. hemoglobin, mioglobin, citochrom-c, vas-protoporfirin részt taralmaz.
  • Glikoproteinek: Szénhidrát-részt tartalmaznak, pl γ-gloobulin.
  • Lipoproteinek, pl. β₁-lipoprotein
  • Flavoproteionek: Flavinnukleotid részt tartalmaz pl. a szukcinát dehidrogenáz
  • Nukleoproteinek: Nukleinsavakat tartalmaznak, pl. a dohánymozaik-vírus és a riboszómák RNS-t.

Funkciójuk szerint [szerkesztés]

• Enzimek, pl. tripszin, citochrom-c
• Transzportfehérjék: Feleadatuk a szervek közti szállító feladatok ellátása. pl. hemoglobin, hemocianin, szérumalbumin.
• Védőfehérjék: Lehetővé teszik, hogy a szervetet fertőzéssel vagy sérüléssel szemben védekezzen. pl. ellenanyagok, fibrinogén, trombin.
• Toxinok, pl. kígyómérgek.
• Hormonok, pl. inzulin, mellékvesekéreg-serkentő hormon (ACTH), növekedési hormon (STH).
• Struktúrfehérjék: A mozgáshoz szilárd vázat biztosítanak, és a külső védelmet szolgálják. pl. kollagén,elsztin,retikulin, aktin, miozin
• Tartalékfehérjék: Az embrionális fejlődés korai szakaszában tartalékként szolgálnak. pl. ovalbumin, kazein.