Proteiner er langkædede molekyler, der er opbygget af små enheder, der kaldes aminosyrer. De er forbundet med hinanden med peptidbindinger.

De er biokemiske forbindelser, der består af et eller flere polypeptider, som er foldet i en rund eller fibrøs form.

Et polypeptid er en enkelt lineær polymerkæde af aminosyrer. Sekvensen af aminosyrer i et polypeptid stammer fra DNA-sekvensen i et gen. Den genetiske kode angiver 20 standardaminosyrer. Kort tid efter syntesen modificeres nogle aminosyrer kemisk. Dette ændrer proteinets foldning, stabilitet, aktivitet og funktion. Nogle gange har proteiner ikke-peptidgrupper tilknyttet, som cofaktorer.

Proteiner er vigtige for alle celler. Ligesom andre biologiske makromolekyler (polysaccharider og nukleinsyrer) deltager proteiner i stort set alle processer i cellerne:

  • Enzymatisk aktivitet: Enzymer er proteiner, der katalyserer kemiske reaktioner i cellen og øger reaktionshastighederne dramatisk uden selv at blive forbrugt.
  • Struktur og støtte: Fibrøse proteiner som collagen og keratin giver mekanisk styrke i væv, hud, sener og hår.
  • Transport og opbevaring: Proteiner som hæmoglobin transporterer ilt i blodet; andre proteiner binder og lagrer molekyler (fx ferritin til jern).
  • Signalering og receptorer: Proteiner fungerer som hormoner, receptorer og signaltransduktionskomponenter, der lader celler kommunikere og reagere på miljøet.
  • Immunforsvar: Antistoffer (immunoglobuliner) er proteiner, der genkender og neutraliserer fremmede stoffer som bakterier og vira.
  • Bevægelse: Motorproteiner som myosin og kinesin muliggør cellulær bevægelse og transport langs cytoskelettet.
  • Regulering af genekspression: Mange proteiner binder DNA og regulerer transkription, hvilket styrer hvilke gener der er aktive.
  • Cellulær opretholdelse og oprydning: Proteiner mærkes med ubiquitin og nedbrydes i proteasomer eller via autofagi for at fjerne beskadigede eller overflødige proteiner.

Struktur: fire niveauer

Proteinets funktion afhænger af dets tredimensionelle struktur, som beskrives på fire niveauer:

  • Primary struktur: Den lineære sekvens af aminosyrer bundet af peptidbindinger. Sekvensen bestemmer de næste strukturelle niveauer.
  • Secondary struktur: Lokale foldninger som alfa-helix og beta-plade, stabiliseret af hydrogenbindinger mellem backbone-atomer.
  • Tertiær struktur: Den samlede tredimensionelle foldning af et enkelt polypeptid, holdt sammen af hydrophobe interaktioner, ionbindinger, hydrogenbindinger og disulfidbroer.
  • Quaternær struktur: Når flere polypeptidkæder (subunits) samles til et funktionelt kompleks, fx hæmoglobin med fire subunits.

Aminosyrer og kemiske egenskaber

Der er 20 standardaminosyrer kodet af den genetiske kode. Hver aminosyre har en unik sidekæde (R-gruppe), som kan være:

  • Upolær (hydrofob) — fremmer indlejring i proteinets indre.
  • Polær, uden ladning — kan danne hydrogenbindinger.
  • Syre eller base (ladede) — deltager i ioniske interaktioner og katalyse.

Nogle aminosyrer er essentielle for mennesker og skal tilføres med kosten.

Proteinsyntese og foldning

Proteinsyntese foregår ved translation på ribosomer, hvor mRNA-sekvensen oversættes til en aminosyresekvens ved hjælp af tRNA. Under og efter syntesen foldes polypeptidet til sin native konformation. Molekylære chaperoner hjælper foldningen og forhindrer aggregation.

Post-translationelle modifikationer

Efter syntese kan proteiner undergå kemiske ændringer (post-translationelle modifikationer) såsom:

  • Fosforylering — regulerer aktivitet og signalering.
  • Glykosylering — påvirker stabilitet og lokalisering.
  • Acetylering, methylation — regulerer proteinfunktion og interaktioner.
  • Ubiquitinering — markerer proteiner til nedbrydning.

Disse modifikationer ændrer foldning, aktivitet, lokalisation og interaktioner.

Fejlfoldning og sygdomme

Forkert foldede proteiner kan aggregere og forårsage sygdomme som Alzheimers, Parkinsons og prionsygdomme. Celler har kvalitetskontrolsystemer (chaperoner, proteasom, autofagi) for at håndtere defekte proteiner.

Eksempler på vigtige proteiner

  • Hæmoglobin: Transporterer ilt i blodet.
  • Enzymer som lipase og amylase: Nedbryder næringsstoffer.
  • Antistoffer: Forsvar mod infektioner.
  • Collagen: Giver strukturel støtte i bindevæv.

Opsummering

Proteiner er alsidige makromolekyler, hvis struktur og funktion er bestemmende for næsten alle biologiske processer i levende organismer. Forståelsen af aminosyresekvens, foldning, modifikationer og interaktioner er central for biologi, medicin og bioteknologi.