Hvad er polypeptider

Større polypeptider eller mere end ét polypeptid, der forekommer sammen, omtales som proteiner. Proteiner er polymerer af aminosyrer, der ofte binder til små molekyler (f.eks. ligander, coenzymer), til andre proteiner eller andre makromolekyler (DNA, RNA osv.) Derfor kaldes proteiners byggesten for aminosyrer. Proteiner har en vital rolle i biologien og fungerer som byggesten i muskler, knogler, hår, negle samt danner enzymer, antistoffer, muskler, bindevæv og meget mere. Peptider er kortere kæder af aminosyrer (to eller flere), hvilket adskiller dem fra polypeptider, der er meget længere.

 

Polypeptip struktur

En polymer produceret af en levende organisme kaldes en biopolymer. Der er fire hovedklasser af biopolymerer: (1) polysaccharider, (2) polypeptider, (3) polynukleotider og (4) fedtsyrer. Hvilke polymerer består af aminosyrer? Et polypeptid er en uforgrenet kæde af aminosyrer, der er forbundet med peptidbindinger. Peptidbindingen forbinder carboxylgruppen i en aminosyre til amingruppen i den næste aminosyre for at danne et amid. Hvad er peptider? Korte polypeptider kan navngives baseret på antallet af monomere aminosyrer, der omfatter dem. For eksempel er et dipeptid et peptid bestående af to aminosyreunderenheder, et tripeptid er et peptid bestående af tre aminosyreunderenheder, og tetrapeptid er et peptid bestående af fire aminosyreunderenheder.

 

Amino Acid definition

Aminosyrerne, som udgør polypeptider, indeholder en alkaliaminogruppe (-NH2), en sur carboxylgruppe (-COOH) og en R-gruppe (sidekæde). R-gruppen er variabel i dens komponenter og er unik for hver aminosyre. Hvert aminosyremolekyle indeholder et carbonatom (α-carbon). I de fleste tilfælde er amino- og carboxylgrupperne bundet til α-carbonet (figur 2).

 

Peptidernes forbinding definition

En peptidbinding (aminosyrebinding) er bindingen mellem aminosyrer. Dette danner den primære struktur af en lang polypeptidkæde. Proteiner består af et eller flere polypeptider, der har interageret sammen for at danne den endelige, stabile, fungerende konformation.

 

Struktur af en aminosyre

Figur 2. Strukturen af ​​en aminosyre. Kredit: Scott Henry Maxwell – (diagram), CC BY-SA 4.0

Aminosyrer kan enten være α-aminosyrer er β-aminosyrer. Hvor både carboxyl- og aminogruppen er knyttet til det centrale kulstof, er de kendt som a-aminosyrer. I β-aminosyrer er carboxyl- og aminogrupperne bundet til et andet kulstofmolekyle.

 

Der er 21 aminosyrer, der bruges af eukaryoter til at danne proteiner (proteinsyntese). Alle varierer efter forskelle i deres sidekæder. Mennesker og andre hvirveldyr kan fremstille 12 af disse, som kaldes ikke-essentielle aminosyrer. De resterende 9 aminosyrer skal indtages, da de ikke kan laves i kroppen, men er lavet af andre organismer. Disse kaldes essentielle aminosyrer.

 

Indtil for nylig var listen over aminosyrer sammensat af 20. Selenocystein blev dog tilføjet som den 21. aminosyre i 1986. Selenocystein findes i nogle sjældne proteiner i bakterier og mennesker. Endnu for nylig blev det foreslået, at pyrrolysin skulle kaldes den 22. aminosyre. Imidlertid anvendes pyrrolysin ikke i human proteinsyntese. Tabel 1 viser listerne over essentielle og ikke-essentielle aminosyrer. Figur 4 illustrerer strukturen af ​​21 aminosyrer.

 

Table 1: Essential og Nonessential Amino Acids
Essential Amino Acids	Nonessential Amino Acids
Phenylalanine	Arginine
Valine	Aspartic Acid
Threonine	Glutamic Acid
Tryptophan	Serine
Isoleucine	Asparagine
Methionine	Glutamine
Leucine	Cysteine
Histidine	Selenocysteine
Lysine	Glycine
	Proline
	Alanine
	Tyrosine
	Pyrrolysine

 

Polypeptidernes formation

Variationen af R-gruppens sidekæder ændrer kemien af aminosyremolekylet. De fleste aminosyrer har sidekæder, der er upolære (har ikke positive og negative poler). Andre har positivt eller negativt ladede sidekæder. Nogle har polære sidekæder, der er uopladede. Sidekædens kemi påvirker, hvordan aminosyrerne bindes sammen, når de danner den endelige proteinstruktur.

 

Hvis aminosyrerne har ladede sidekæder, kan de danne ionbindinger. Hvis sidekæderne er hydrofobe, kan de forbindes med van der Waals-interaktioner. Polære aminosyrer kan forbindes med hydrogenbindinger. Derfor vil sidekæde-interaktioner af en lang kæde af aminosyrer og deres rækkefølge i kæden bestemme, hvordan proteinmolekylet dannes, dvs. hvor det foldes sammen. Mere information om de forskellige bindinger og interaktioner mellem aminosyrerne vil blive diskuteret senere i dette afsnit.

 

Proteiner har 4 strukturniveauer: den primære struktur, den sekundære struktur, den tertiære struktur og den kvaternære struktur.

 

Den primære struktur

Hvad er en polypeptidsekvens? Enkelt sagt er polypeptider kæder af aminosyrer. Den primære struktur af et protein begynder med dannelse af peptidbindinger mellem aminosyrer, hvilket resulterer i dannelsen af et peptid.

 

Hvad er en peptidbinding? Peptidbindinger eksisterer mellem α-carboxylgruppen af aminosyrer og α-aminogruppen af forskellige aminosyrer. Dette danner en stabil todimensionel struktur med sidekæder, der strækker sig ud fra polypeptidkæden. Dette gør det muligt for sidekæderne at interagere med andre molekyler. Denne handling med at forbinde mindre enheder sammen for at skabe en længere polymer er kendt som polymerisation. Hvordan dannes peptidbindinger? Reaktionen mellem to aminosyrer, der forbinder sig, er en kondensationsreaktion. Dette skyldes, at et brint- og oxygenmolekyle går tabt fra carboxylgruppen på 1 aminosyre, og et brintmolekyle går tabt fra aminogruppen i en anden aminosyre. Dette producerer et vandmolekyle (H2O), deraf udtrykket kondensationsreaktion.

 

Nr. 2 primære struktur

Den sekundære struktur dannes, når der opstår hydrogenbindinger mellem atomer i polypeptidets rygrad (dette inkluderer ikke sidekæderne). To almindelige mønstre, der opstår ved gentagen foldning via hydrogenbinding, er α-helixen og den β-foldede plade.

 

I α-helix-sekundærstrukturen er spolen højrehåndet, og brintbindingerne findes mellem hver fjerde aminosyre. α-keratin er et eksempel på et protein sammensat af α-helixer. Dette protein findes i hår og negle.

 

Det β-foldede ark er den anden almindelige sekundære struktur. Dette sker, når to polypeptidkæder ligger ved siden af hinanden, og der dannes hydrogenbindinger mellem dem. Der findes to typer β-plisserede plader; disse er det parallelle β-foldede ark og det antiparallelle β-plisserede ark. I slutningen af et polypeptid er der enten en fri carboxylgruppe eller en fri aminogruppe.

 

I et parallelt β-foldet ark løber de to polypeptidkæder i samme retning med den samme gruppe i hver ende. I et anti-parallelt β-foldet ark løber polypeptiderne i forskellige retninger.

 

En mindre almindeligt kendt sekundær struktur er β-tønden. I dette tilfælde løber polypeptiderne anti-parallelt med hinanden, men har også snoet sig til en tøndeform med hydrogenbindinger mellem den første og sidste aminosyre

 

Nr. 3 primære struktur

Den tertiære struktur af polypeptidet er defineret som den 3-dimensionelle struktur. Proteinet begynder yderligere foldning som følge af sidekæde (R-gruppe) interaktioner i den primære sekvens. Dette er via hydrofobe bindinger, hydrogenbindinger, ionbindinger, disulfidbindinger og Van der Waals-interaktioner.

 

Polypeptid vs protein: på dette tidspunkt kaldes polypeptidstrukturen et protein, fordi det har dannet en funktionel konformation.

-Hydrofobe bindinger - sidekæder, der er upolære og de hydrofobe grupper sammen. De forbliver på indersiden af proteinet og efterlader hydrofile sidekæder på ydersiden, der er i kontakt med vand.

-Hydrogenbindinger - opstår mellem et elektrisk negativt atom og et brintatom, der allerede er bundet til et elektrisk negativt atom. De er svagere end kovalente bindinger og ionbindinger, men stærkere end Van der Waals interaktioner.

-Ionbindinger - en positivt ladet ion danner en binding med en negativt ladet ion. [a]Disse bindinger er stærkere på indersiden af et protein, hvor vand er udelukket, da vand kan dissociere disse bindinger.

-Van der Waals interaktioner - dette refererer til elektriske interaktioner mellem tætte atomer eller molekyler. Disse interaktioner er svage, men hvis der er flere af disse interaktioner i et protein, kan det øge dets styrke.

-Disulfidbinding - dette er en type kovalent binding og er også den stærkeste binding, der findes i proteiner. Det involverer oxidation af 2 cysteinrester, hvilket resulterer i en svovl-svovl kovalent binding. Næsten en tredjedel af eukaryote syntetiserede proteiner indeholder disulfidbindinger. Disse bindinger giver stabilitet til proteinet. Figur 8 viser de forskellige bindinger involveret i den tertiære struktur af et protein.

 

Nr.4 primære struktur

I den kvaternære struktur begynder kæder af polypeptider at interagere sammen. Disse proteinunderenheder binder sig sammen via hydrogenbindinger og van der Waals-interaktioner. Deres arrangement tillader den specifikke funktionalitet af det endelige protein. Ændringer i konformation kan være skadelige for deres biologiske handlinger. Hæmoglobin er et eksempel på et protein med en kvaternær struktur. Det er opbygget af 4 underenheder.

 

Det er værd at bemærke, at ikke alle proteiner har en kvaternær struktur, mange proteiner har kun en tertiær struktur som deres endelige konformation.

 

Er polypeptider proteiner? I nogle tilfælde bruges ordet polypeptid i flæng med ordet protein. Et protein kan dog bestå af mere end 1 kæde af polypeptider, så det er ikke altid korrekt at bruge udtrykket polypeptid for alle proteiner.

 

Polypeptides funktion som et eksempel

Polypeptider og deres resulterende proteiner findes i hele kroppen. Hvad er funktionen af et polypeptid? Polypeptidernes roller afhænger af aminosyreindholdet. Der er over 20 aminosyrer, og den gennemsnitlige længde af et polypeptid er omkring 300 aminosyrer. Disse aminosyrer kan arrangeres i en hvilken som helst given sekvens. Dette giver mulighed for et massivt antal mulige proteinvariationer. Imidlertid ville ikke alle disse proteiner have en stabil 3D-konformation. Proteinerne, der findes i celler, er ikke kun stabile i deres konformation, men også unikke for hinanden.

 

Hvad er eksempler på polypeptider? De vigtigste eksempler på proteiner omfatter transportører, enzymer, hormoner og strukturel støtte.

 

Transportere

Der er proteintransportere og peptidtransportere. Peptidtransportere findes i peptidtransporterfamilien (PTR). Deres funktion er at fungere som membranproteiner i en celle for at optage små peptider (di- eller tri-peptider). Der er 2 hovedtyper af peptidtransportører, PEPT1 og PEPT2. PEPT1 findes i tarmceller og hjælper med optagelsen af di- og tripeptider. PEPT2 på den anden side findes hovedsageligt i nyrecellerne og hjælper med reabsorption af di- og tripeptider.

 

Enzymer

Polypeptider udgør også enzymer. Enzymer initierer (katalyserer) eller fremskynder biokemiske reaktioner. De er biomolekyler, der hjælper med syntesen samt nedbrydningen af molekyler. Alle levende organismer bruger enzymer, og de er afgørende for vores overlevelse. Det menes, at enzymer katalyserer omkring 4000 forskellige biokemiske reaktioner i livet. Alle enzymer er navngivet med endelsen -ase. Der er 6 funktionelle grupper af enzymer: oxidoreduktaser, transferaser, hydrolaser, lyaser, isomeraser og ligaser. Lactase er for eksempel en hydrolase, der forårsager hydrolyse (nedbrydningsreaktion med vand) af laktose (mælkesukker) til galactose- og glucosemonomerer. Lactase findes i mennesker og dyr og har den funktion at hjælpe med fordøjelsen af mælk. Det findes også i nogle mikroorganismer.

 

Hormoner

Hormoner kan enten være steroidbaserede eller peptidbaserede. Polypeptid- og proteinhormoner varierer i deres størrelse, hvor nogle kun består af få aminosyrer, mens andre er store proteiner. De laves i celler i det ru endoplasmatiske reticulum (RER) og flyttes derefter til Golgi-apparatet. De placeres derefter i vesikler, indtil de er nødvendige/stimulerede til sekretion uden for cellen.

 

Insulin er et eksempel på et proteinhormon. Det er 51 aminosyrerester i længden og er sammensat af 2 polypeptidkæder kendt som kæde A og kæde B. Betacellerne i bugspytkirtlen syntetiserer dette hormon. Insulin hjælper kroppen med at regulere blodsukkerniveauet ved at fjerne overskydende glukose fra blodet og lade det opbevares til senere brug.

 

Strukturens beskyttelse

Endelig giver strukturelle proteiner form og støtte til levende organismer. For eksempel kan de give støtte i en cellevæg. De findes også i bindevæv, muskler, knogler og brusk. Actin er et eksempel på et strukturelt protein, der findes i celler. Det er det mest udbredte protein, der findes i eukaryote celler. I muskelceller hjælper de med at understøtte muskelsammentrækning. De danner også cytoskelettet af celler, der hjælper dem med at holde deres form. Derudover er actin involveret i celledeling, cellesignalering og organelbevægelse.

 

Referencer

-Bock, A. et al. (1991). Selenocystein: Den 21. aminosyre. Molekylær Biologi. 5 (3) 515-520. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1991.tb00722.x

-Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Proteiners form og struktur. Cellens molekylære biologi. 4. udgave. New York: Garland Science. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26830/#:~:text=Since%20each%20of%20the%2020,chains%20n%20amino%20acids%20long.

-Candotti, F. Peptide. National Human Genome Research Institute. https://www.genome.gov/genetics-glossary/Peptide

-Clark, D.P., Pazdernik, N.J., McGehee. M.R. (2019). Proteinsyntese. Molekylærbiologi, Academic Cell, tredje udgave. 397-444. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813288-3.00013-6

-Essentials af cellebiologi. (2014). Funktionerne af proteiner bestemmes af deres tredimensionelle strukturer. https://www.nature.com/scitable/ebooks/essentials-of-cell-biology-14749010/122996920/

-Lopez, M.J., Mohiuddin, S.S. (2020). Biokemi, essentielle aminosyrer. StatPearls. Treasure Island (FL). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557845/

-Maloy, S. (2013). Aminosyrer. Brenners Encyclopedia of Genetics (anden udgave), Academic Press. 108-110. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374984-0.00051-6

-Nelson, D. (2018). Hvor mange aminosyrer er der i kroppen - essentielle og ikke-essentielle. Videnskabstendenser. Hvor mange aminosyrer er der i kroppen: essentielle og ikke-essentielle | Videnskabstendenser.

-Ouellette, R.J., Rawn, J.D. (2015). Aminosyrer, peptider og proteiner. Principper for organisk kemi. 14 (371-396). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802444-7.00014-8

-Patel, A.K., Singhania, R.R., Pandey, A. (2017). Produktion, oprensning og anvendelse af mikrobielle enzymer. Bioteknologi af mikrobielle enzymer. Academic Press (2) 13-41. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803725-6.00002-9

-Pelley, J.W. (2007). Proteinstruktur og funktion. Elseviers integrerede biokemi. Mosby. 19-28. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-03410-4.50009-2

-Rajpal, G., Arvan, P. (2013). Disulfidbindingsdannelse. Håndbog for biologisk aktive peptider (anden udgave). 236 (1721-1729). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385095-9.00236-0

-Rehman, I., Farooq, M., Botelho, S. (2020). Biokemi, sekundær proteinstruktur. StatPearls. Treasure Island (FL). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470235/

-Taylor, P.M. (2016). Aminosyretransportørers rolle i proteinmetabolisme. Den molekylære ernæring af aminosyrer og proteiner, Academic Press. 5 (49-64). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802167-5.00005-0