3.8. Aminokiseline, peptidi i proteini

Proteini su najraznovrsnija skupina organskih spojeva u prirodi. To su polimeri građeni od aminokiselina, a njihova struktura je ključna za njihovu funkciju.

Rogovi, kopita, dlaka, koža i mišići izgrađeni su najvećim dijelom od bjelančevina. Od bjelančevina su izgrađeni i enzimi, antitijela ili primjerice hemoglobin.

Naziv proteini (grč. protos – prvi) dao je švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius.

Sve aminokiseline koje nalazimo u proteinima imaju imaju L-konfiguraciju, na α-ugljikovom atomu. Prema apsolutnoj konfiguraciji sve aminokiseline imaju R-konfiguraciju, osim cisteina koji ima S-konfiguraciju.

Istražite koje se aminokiseline kriju iza kratice BCAA i kakav učinak imaju na ljudsko zdravlje.

Na prikazanom pokusu otapanja glicina u vodi, uočite da je glicin bijeli kristalinični prah koji se brzo otapa u vodi. Koristeći svoje predznanje o karboksilnim kiselinama i aminima obrazložite svoja zapažanja.

Promjenom pH-vrijednosti otopine, topljivost zwitteriona se povećava. Istražite zašto se to zbiva i kako izgleda titracijska krivulja neke aminokiseline. 

Na temelju fizikalno-kemijskih svojstava aminokiseline se dijele na:

• neutralne aminokiseline s nepolarnim bočnim lancem
• neutralne aminokiseline s neionizirajućim polarnim skupinama u bočnom lancu
• kisele aminokiseline koje sadrže još jednu karboksilnu skupinu
• bazične aminokiseline koje sadrže još jednu bazičnu skupinu.

U tablicama su prikazane strukturne formule aminokiselina koje ulaze u sastav proteina.

Za opisivanje sastava nekog proteina osim aminokiselina koje ga grade potrebno je znati i njihov redoslijed, odnosno sekvenciju aminokiselina. Nazivi peptida tvore se slaganjem naziva ili kratica pojedinih aminokiselina.

Na stručnim mrežnim stranicama istražite koje se tvari ubrajaju u složene proteine i kakva im je uloga. Proteini koji imaju boju nazivaju se kromoproteini, istražite koje su to tvari, od čega im potječe boja i kakva im je biološka uloga.

Prisutnost proteina u nekom uzorku jednostavno dokazujemo biuret-reakcijom. Reakcija se izvodi u lužnatom mediju pri čemu se protein hidrolizira na aminokiseline koje s bakrovim(II) ionima daju ljubičasto obojenje.

Za opisivanje nekog peptida i proteina potrebno je znati vrstu i redoslijed aminokiselina, a to se postiže hidrolizom peptidnih veza djelovanjem klorovodične kiseline (c(HCl) = 6 mol/L) i uporabom automatiziranih uređaja za određivanje sekvencije aminokiselina.

Struktura proteina može biti organizirana na četiri razine. 

Primarna struktura proteina podrazumijeva redoslijed (sekvenciju) aminokiselina povezanih peptidnim vezama.

Mioglobin je prvi protein kojem je 1957. godine određena tercijarna struktura. Sastoji se od jednog polipeptidnog lanca građenog od 153 aminokiseline i jedne prostetičke skupine hem.

Istražite kako hemoglobin veže plinove kisik, ugljikov dioksid i ugljikov monoksid te kakve su mu konformacije tijekom tih procesa. Na stručnim mrežnim stranicama pronađite i usporedite građu hemoglobina novorođenčadi s hemoglobinom kod odraslih ljudi i otkrijte zbog čega se javljaju razlike u njihovoj građi.

Prema prostornoj građi razlikujemo kuglaste (globularne) proteine poput mioglobina, hemoglobina, antitijela i brojnih enzima i vlaknaste (fibrilarne) proteine. Vlaknasti proteini su primjerice kolagen i keratin. Vlaknasti proteini nisu topljivi u vodi. Neki se kuglasti proteini poput albumina u vodi otapaju, dok se globulini samo dispergiraju.

Prostorna građa proteina važna je za njihova fizikalna svojstva i biološku aktivnost. Primarna, sekundarna, tercijarna i ponegdje kvaterna struktura omogućuju nastajanje oblika proteina koji najbolje odgovara biološkoj ulozi i naziva se nativnom (prirodnom) konformacijom.

Važno svojstvo proteina je denaturiranje. To je proces narušavanja nativne konformacije, ali se pri tom ne narušava primarna struktura proteina. Denaturiranje je najčešće nepovratno.

Proces ponovnog vraćanja proteina u nativnu konformaciju naziva se renaturiranje.

Tvari na koje enzim djeluje nazivaju se njegovim supstratima, pa se naziv enzima obično tvori dodatkom sufiksa -aza nazivu supstrata ili nazivu reakcije, npr. lipaza ili alkohol-dehidrogenaza, a za neke probavne enzime koriste se i specifična starija imena kao što su tripsin i pepsin.

Optimalna pH-vrijednost za svaki je enzim specifična. Istražite koje su optimalne pH-vrijednosti za probavne enzime. Obrazložite zašto su im te vrijednosti različite i povežite svoje argumente s mjestom proizvodnje i djelovanja pojedinog enzima.

Pri nižim temperaturama aktivnost enzima se smanjuje. Poznato je da se povećanjem temperature brzina kemijske reakcije povećava, ali kod viših temperatura enzimi se denaturiraju pa temperatura ne smije biti previsoka.

ili jednostavnije zapisano: E + S → ES → E + P

Na stručnim mrežnim stranicama istražite kako je opisan mehanizam djelovanja enzima svoje rezultate predstavite uporabom nekog prezentacijskog alata, a za bolju ilustraciju procesa izradite i prigodne animacije.

Djelotvornost enzima mjeri se obrtnim brojem koji predstavlja broj molekula supstrata koji se u jednoj sekundi preradi u produkt na jednoj molekuli enzima. Za neke enzime obrtni broj može biti čak 300 000.

Pokus: razlaganje vodikova peroksida djelovanjem enzima katalaze vidite na mrežnom mjestu 3.