Proteiini

Proteiini eli valkuaisaine on yhdestä tai useammasta aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdistella. Proteiineja muodostavia aminohappoja tunnetaan 22, joista 2 tuoreinta löydöstä esiintyvät vain yhdellä mikrobi, molemmat eri lajilla. Aminohapot ovat sitoutuneet toisiinsa peptidisidoksin. Aminohappoketjuja kutsutaan myös polypeptideiksi. Muutaman aminohapon ketju on oligopeptidi. Aminohappoketjujen katsotaan aina alkavan siitä päästä, jossa on vapaa aminoryhmä (nk. N-pää tai N-terminus) ja loppuvan päähän, jossa on vapaa karboksyyliryhmä (nk. C-pää tai C-terminus). Proteiinit löysi Jöns Jacob Berzelius vuonna 1838.

Proteiinit ovat kaikkien solujen rakennusainetta ja välttämättömiä elintoiminnoille. Proteiineja tarvitaan elimistössä sen typpi-, neste-, happo-, emäs- sekä kaliuminin ja natrium tasapainon ylläpitämiseen. Proteiinit mahdollistavat solujen liikkumisen, yhteenliittämisen, signaalivälityksen ja immuunipuolustuksen. Ne myös säätelevät geenejä eli toimivat transkriptiotekijöinä. Jotkin proteiinit toimivat entsyymeinä. Proteiineja muodostuu elimistössä DNA:n koodaamina aminohapoista translaatiossassa.

Proteiinit ovat myös tärkeitä ravintoaineita. Proteiinien ravitsemuksellinen laatu määritellään sen sisältämien aminohappojen mukaan. Lihaproteiinin laatu on hyvä, koska se sisältää kaikkia kahdeksaa aikuiselle ihmiselle välttämätöntä aminohappoa, joita aikuisen ihmisen elimistö ei pysty itse tuottamaan. Liiallinen proteiinien syönti voi rasittaa munuaisia ja aiheuttaa kehon kuivumista. Myös proteiinien liian vähäisestä saannista on vakavia seurauksia. Esimerkiksi kehitysmaissa yleinen kvasiorkor on pienillä lapsilla esiintyvä proteiinin puutteellisesta saannista aiheutuva vakava sairaus.

Rakenne

Proteiinien rakennetta luokitellaan neljästä näkökulmasta:

• Primaarirakenne on aminohappojen järjestys. Aminohapot liittyvät toisiinsa peptidisidoksin.
• Sekundaarirakenteella viitataan muun muassa proteiinin muotoon vaikuttaviin rikkisiltoihin ja vetysidoksiin. Tunnetuimmat sekundaarirakenteet ovat α-kierteet (helix) ja β-laskokset (lamelli). α-helix on yleinen rakenne pallomaisilla eli globulaarisilla proteiineilla.
• Tertiaarirakenne tarkoittaa proteiinin avaruudellista rakennetta kokonaisuudessaan. Tertiaarirakenteen muodostumiselle tärkeitä ovat etenkin vetysidokset ja rikkisillat. Proteiinin denaturoituessa lämpötilan tai kemikaalin vaikutuksesta sen tertiaarirakenne hajoaa.
• Kvaternaarirakenne tarkoittaa usean aminohappoketjun ryhmittymää. Esim. hemoglobiini on neljän yhteenliittyneen proteiinin muodostama tetrameeri.

Edellä mainittujen rakenteiden lisäksi löyhempänä rakenteena voidaan pitää erilaisia proteiinien muodostamia toiminnallisia komplekseja, kuten DNA:n replikaatiosta vastaava kompleksi. Kompleksin osat ovat erillisiä proteiineja.

Proteiinit ovat niin pieniä, ettei niiden rakennetta voida tutkia tavallisella valomikroskoopilla. Proteiinien tai proteiinikompleksien karkea rakenne voidaan selvittää elektronikryomikroskopialla. Proteiinien atomitason rakenne saadaan selville röntgenkristallografialla tai NMR:llä. Proteiinien röntgenkristallografista tutkimusta varten proteiini on kiteytettävä, mikä on usein työlästä ja vaikeaa. Kiteytetyn proteiinin muoto voi lisäksi olla erilainen kuin luonnollisessa tilassa. NMR-tekniikassa proteiinit ovat vapaita liikkumaan toisin kuin kiteessä, mutta sillä saadaan selville vain pienten proteiinien tai peptidien rakenne tarkasti. Rakennetta voidaan myös estimoida erilaisten ohjelmien avulla, kun aminohapposekvenssi tunnetaan.

Proteiinien kolmiulotteiset rakenteet tallennetaan Protein Data Bank -tietokantaan.

Aiheesta muualla

• Protein Data Bank