风流倜傥群战王 大唐无双手游新男无名职业解析

Proteiinien rakennehierarkia. Prim??rinen (ylin), sekund??rinen, terti??rinen ja kvatern??rinen (alin) rakenne. Alin rakenne on proteiini nimelt? proliferoivan solun tuma-antigeeni.

百度 权之称臣，天人之意也。

Proteiinien rakenne on kolmiulotteinen. Aminohapot, joista proteiinit v?hint??n koostuvat, ovat niiss? yhdistyneet peptidisidoksin pitkiksi polymeeriketjuiksi eli polypeptideiksi. Ketjut j?rjest?ytyv?t kullekin proteiinille ominaiseen kolmiulotteiseen muotoon. J?rjestymist? sanotaan laskostumiseksi ja lopullista muotoa proteiinin natiiviksi rakenteeksi. Laskostuminen eli?iss? tapahtuu itsen?isesti, mutta sit? voivat joskus avustaa eri chaperoniini-proteiinit, joiden p??teht?v? on est?? proteiineiksi viel? kehittym?tt?mien peptidiketjujen sakkautumista yhteen eli aggregraatiota. Natiivin rakenteen hajoamisessa proteiini menett?? toimintonsa. T?t? sanotaan denaturaatioksi, joka tapahtuu vaikkapa korkeissa l?mp?tiloissa tai hyvin happamissa tai em?ksiss? oloissa.

Kaikkia proteiinirakenteita voidaan k?sitell? 4:ll? k?sitteellisell? tasolla. Alin taso eli prim??rirakenne on pepidiketjun aminohappojen j?rjestys ja muiden kovalenttisidosten sijainti peptidiketjussa. Sekund??rirakenne on peptidiketjun lyhyiden p?tkien j?rjestyminen kolmiulotteisiin muotoihin, kuten α-kierteiksi ja β-levyiksi. Terti??rirakenne koko proteiinin kolmiulotteinen rakenne, joka koostuu polypeptidiketjusta ja muista siihen kovalenttisesti liittyneist? molekyyleist? – se on pienien proteiinien ylin rakennetaso. Jotkin yksitt?isist? peptidiketjuista koostuvat proteiinit voivat liitty? toisiinsa tuottaen useiden peptidiketjujen proteiiniryhmi? – kahdesta tai useasta peptidiketjusta koostuvalla proteiinilla on kvatern??rirakenne.

Kolmiulotteisen muotonsa perusteella proteiineja voidaan luokitella lis?ksi karkeasti globulaarisiin eli pallomaisiin ja kuitumaisiin proteiineihin, joista esimerkkej? ovat vastaavasti hemoglobiinit ja kollageenit. Tarkempia rakenneluokittelussa k?ytettyj? k?sitteit? ovat useista sekund??rirakenteista koostuvat motiivit ja domeenit.

Tietyt proteiinit muovautuvat eri tavoin translaation j?lkeen eli post-translationaalisesti. Translaatiossa syntyneet peptidiketjut alkavat aitotumaisilla metioniinilla (syy t?h?n on geneettinen koodi) ja monilla bakteereilla N-formyylimetioniinilla, jotka usein poistuvat translaation j?lkeen. Aminohappojen v?lille voi my?s muodostua vaikkapa disulfidisidoksia; aminohapot voivat fosforyloitua (esim. kaseiinit), karboksyloitua (esim. protrombiini) tai muuntua muulla tavoin; niihin voi liitty? prosteettisia ryhmi?, kuten biotiini (esim. asetyyli-CoA-karboksylaasi) tai hemi (esim. hemoglobiinit); niihin voi liitty? isoprenyyleit?, hiilihydraatteja tai muita molekyylej?. N?iden perusteella proteiinirakenteita voidaan luokitella esimerkiksi sokereita sitoviin glykoproteiineihin; lipidej? sitoviin lipoproteiineihin ja nukleiinihappoja sitoviin nukleoproteiineihin.

R?ntgenkristallografia on tyypillinen proteiinirakenteen selvitt?miseen k?ytetty menetelm?. Muita v?hemm?n k?ytettyj? menetelmi? ovat muun muassa NMR-spektroskopia ja kryoelektronimikroskopia.

Peptidit ovat lyhyit? proteiineja.

Prim??rirakenne

Proteiinit koostuvat v?hint??n aminohapoista. Aminohapot ovat toisissaan per?tt?in kiinni peptidisidoksin tuottaen ketjun eli peptidiketjun. Proteiineissa on usein enint??n 20 erilaista aminohappoa, mutta joissain proteiineissa on harvinaisempiakin aminohappoja.

Esitystapaa aminohappojen j?rjestyksest? ketjussa sanotaan aminohapposekvenssiksi. J?rjestyst? ja muita ketjussa mahdollisesti olevia aminohappojen v?lisi? sidoksia sanotaan prim??rirakenteeksi. N?it? muita proteiineissa yleisi? sidoksia ovat kysteiinien disulfidisidokset. Prim??rirakenne kuvaa siis proteiinin kovalenttisidoksia, muttei proteiinin kolmiulotteista rakennetta.

Insuliinin prim??rirakenne, joka koostuu kahdesta peptidiketjusta. Aminohapot on esitetty kolmikirjaimisin lyhentein ja disulfidisidokset on viivoin (Cys–Cys).

Ketjun aminohappoja sanotaan aminohappot?hteiksi (eng. residue), sill? ne eiv?t ole peptidisidoksen muodostumisen j?lkeen en?? kokonaisia aminohappoja. Useimmissa eli?iden kudoksissa vallitsee pH-arvo, joka on noin 7. Poolisen sivuketjun omaavat aminohapot ovat n?iss? oloissa ionisoituneet, jonka takia t?hteist? puhutaan joskus niiden ionimuotojen nimill?. Esimerkiksi glutamiinihappot?hteen sijaan saatetaan puhua glutamaattit?hteest?.

Peptidiketjun toisessa p??ss? on vapaana aminoryhm? (NH₃). T?t? sanotaan N-terminaaliksi. Toisessa p??ss? on vapaana karboksyylihapporyhm? (COOH) eli C-terminaali. Yleisen k?yt?nn?n mukaan kirjoitetussa muodossa sekvenssit ja prim??rirakenteet esitet??n vasemmalta N-terminaalista lukien oikealle C-terminaaliin. Sekvenssin aminohapot esitet??n usein aminohapoista k?ytetyin kirjainsymbolein. Esimerkiksi Met-Val-Phe eli MVF on peptidi (lyhyt "proteiini"), jossa metioniinit?hde (Met, M) omaa vapaan aminoryhm?n, valiinit?hde (Val, V) on keskell? ja fenyylialaniinit?hde (Phe, F) omaa vapaan karboksyylihapporyhm?n.

Sekund??rirakenne

Peptidiketjuissa aminohappot?hteill?, paitsi glysiinill?, on sivuketju. J?tett?ess? sivuketjujen kolmiulotteiset j?rjest?ytymiset eli konformaatiot huomiotta, voidaan puhua peptidirungon konformaatiosta.

Rungon sidokset voivat kierty?, jolloin runko tuottaa verrattain vakaita kolmiulotteisia rakenteita, joita l?ytyy periaatteessa kaikista proteiineista. N?it? sanotaan sekund??rirakenteiksi. Esimerkkej? proteiineissa eritt?in yleisist? sekund??rirakenteista ovat α-kierteet ja β-levyt. N?it? kierteit? ja levyj? esitet??n yleens? vastaavasti kolmiulotteisin kiertein ja nuolin proteiinien kolmiulotteisissa rakennekaavoissa. Kokonaisen proteiinin peptidiketjusta eristettyn? jonkin sekund??rirakenteen muodostava peptidip?tk? ei silti usein pysty tuottamaan vakaata rakennetta, vaan kiertyilee liuoksissa likimain satunnaisesti.

β-hiuspinni. Nuolet ovat β-levyj? ja harmaa osa k??nn?s.

Sekund??rirakenteiden lis?ksi proteiineissa on niit? toisiinsa yhdist?vi? kierroksia tai silmukoita (eng. turns, loops). N?m? ovat usein lyhyit? – niiss? on vain muutama aminohappo, eik? niill? ole v?ltt?m?tt? tietty? kolmiulotteista muotoa. Kuitenkin esimerkiksi β-levyist? koostuvissa hiusneularakenteissa on tunnistettavissa kierroksia, jotka toistuvat eri proteiineissa.

Kiertokulmat

Rungon aminohapon sivuketjua sitovaa hiilt? sanotaan alfahiileksi C_α. Peptidisidoksen karbonyylihiilen lyhenne on C ja typen N. Sidokset voivat kierty? ja kierto-, dihedraali- eli torsiokulmille on symbolit:

• C–N on ω (oomega)
• N–C_α on φ (fii)
• C_α–C on ψ (psii)

C–N v?liset peptidisidokset omaavat kaksoissidosluonnetta resonanssin takia. Siten ne eiv?t kierry helposti, sill? t?m? edellytt?? kaksoissidoksen rikkoutumista. Siksi ne ilment?v?t cis-trans-isomeriaa. Kukin ω kiertokulma voi siis olla noin 0° (cis) tai 180° (trans). cis-sidokset ovat proteiineissa harvinaisia, sill? niiss? sivuketjut ovat l?hell? toisiaan vieden toisiltaan tilaa. Ne tuottavat toisilleen steerisen esteen ollen siis energiallisesti ep?edullisia. Poikkeuksena kuitenkin eritoten 2 per?tt?ist? proliinia voivat sivuketjun rakenteensa takia tuottaa verrattain edullisia cis-sidoksia.

Oikean k?den s??nt?. Nuolenk?rki on φ-kulmassa N ja nuolen alkuosa C_α. φ-kulma on positiivinen jos se kiertyy sormien osoittamaan suuntaan. ψ-kulmassa k?rki on Cα ja alkuosa C.

Kulmat φ ja ψ voivat olla v?lill? -180–180°. Aste on 0°, jos rungon atomit ovat kohdakkain. Kulma on positiivinen, jos se kiertyy oikean k?den s??nn?n mukaiseen suuntaan, ja negatiivinen jos p?invastaiseen suuntaan (kuva). φ ja ψ kiertyminen on sivuketjujen takia kuitenkin rajoittunutta. Mahdolliset kulmat riippuvat sekund??rirakenteesta ja jonkin proteiinin kaikkia mahdollisia rungon kiertokulmia voidaan esitt?? Ramachandran-kuvaajassa, jollaisesta ilmenee hyvin my?s mahdollisten kiertokulmien riippuvuus sekund??rirakenteesta.

• 
  Resonanssi. Kuvassa n?kyy my?s C_α:n, C:n ja N:n sijainti.
• 
  trans- (vasen) ja cis-peptidisidos. R ovat joitakin sivuryhmi?.

Terti??rinen rakenne

Terti??rinen rakenne tarkoittaa yhdest? peptidiketjusta koostuvan proteiinin kolmiulotteista rakennetta kokonaisuudessaan. Se koostuu sekund??rirakenteista. Joissain proteiineissa on tosin viel? alemmassa kappaleessa k?sitelty kvatern??rirakenne. Terti??rirakenteessa voi olla my?s translaation j?lkeen liittyneit? molekyylej?. Proteiinien pinnassa on my?s sen ymp?rist?st? tulleita vetysidoksin kiinni olevia vesimolekyylej?, ns. hydraatteeina, joiden sijainnit samanlaisten proteiinien v?lill? ovat likimain samat, jonka takia niiden ominaisuudet poikkeavat vapaana olevista vesist?. Pinnan vedet ovat usein t?rkeit? proteiinien rakenteen ja toiminnan kannalta ollen siis erottamaton osa niiden ominaisuuksia, vaikkei niit? luetakaan terti??rirakenteeseen.

"Energiasuppilo", joka kuvaa yksinkertaistetusti peptidiketjun laskostumista kohti energialtaan pienint? laskostunutta ketjua eli proteiinia.

Satunnainen peptidiketju laskostuu vesiliuoksessa rasvaliukoisen ytimen omaavaksi proteiiniksi. Mustat pallot ovat rasvaliukoisia aminohappot?hteit?, valkoiset vesiliukoisia.

Terti??rirakenteen muodostumista sanotaan laskostumiseksi. Laskostuminen tapahtuu kohti vakainta eli pienimm?n energian omaavaa rakennetta. Vesiliuoksissa rakenteen rasvaliukoisen sivuketjun omaavat aminohapot pyrkiv?t proteiinin sis?lle ja vesiliukoisen sivuketjun omaavat ulkopinnalle kosketuksiin vesimolekyylien kanssa. T?m? ns. hydrofobinen vaikutus on p??asiallinen proteiinien laskostumista ohjaava vaikutus. V?hemm?ss? m??rin tiettyyn muotoon laskostumista ajavia vaikutuksia ovat van der Waalsin voimat ja ioniset vuorovaikutukset muun muassa positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden ionisoituneiden aminohappot?hteiden sivuketjujen v?lill?. Vahvat vetysidokset osallistuvat my?s laskostumiseen. Niit? on proteiinissa paljon, mutta niiden vaikutus laskostumisessa ei usein ole erityisen merkitt?v??, sill? laskostumisessa vetysidokset vesimolekyylien ja proteiinin v?lill? rikkoutuvat ja korvautuvat proteiinin sis?isill? sidoksilla. Rikkoutuvat ja muodostuvat vetysidokset siis kumoavat toisiaan.

Kvatern??rinen rakenne

P??artikkeli: Proteiinien kvatern??rirakenne

Jotkin proteiinit koostuvat useista erillisist? proteiineiksi muotoutuneista peptidiketjuista eli proteiiniyksik?ist?. Useiden yksik?iden kokonaisuutta sanotaan kvatern??rirakenteeksi. Yksik?t voivat olla toisissaan kiinni ei-kovalenttisesti tai kovalenttisesti esimerkiksi disulfidisidoksin. Vain yhden proteiiniyksik?n omaavilla proteiineilla ei ole kvatern??rirakennetta. Esimerkiksi hemoglobiini A koostuu 4:st? erillisest? proteiinista, jotka tuottavat sille kvatern??rirakenteen. Myoglobiinissa taas on 1 yksikk?, eli sill? ei ole kvatern??rirakennetta. Kvatern??rirakenne voi olla keskeinen proteiinin toiminnan kannalta, eiv?tk? t?llaisen proteiinin yksitt?iset yksik?t toimi kunnolla erikseen.

Motiivit

Kaksi tai useampi sekund??rirakenne voi tuottaa yhdistelm?n, jota sanotaan motiiviksi. Niit? on monia ja ne toistuvat eri proteiineissa kyllin usein, jolloin ne voidaan luokitella motiiveiksi. Motiivilla voi olla jokin biologinen toiminto, muttei aina. Motiivit voivat my?s koostua erillisist? proteiineista.

Esimerkkej? motiiveista ovat (motiivien suomenkielisist? k??nn?ksist? osa on vakiintumattomia nimi?)

• kierre-k??nn?s-kierre (eng. helix-turn-helix). N?m? koostuvat 2:sta α-kierteest?, joita yhdist?? lyhyt k??nn?s. N?m? rakenteet ovat yleisi? tiettyj? DNA-sekvenssej? tunnistavissa proteiineissa. Kierteiden vaihtelevat aminohapot sitoutuvat v?lillisesti, mutta vahvasti vain tietyn j?rjestyksen omaaviin nukleiinihappoihin DNA:ssa, joka mahdollistaa tunnistuksen.
• kierre-silmukka-kierre (eng. helix-loop-helix). N?m? koostuvat 2:sta α-kierteest?, joita yhdist?? verrattain pitk? silmukaksi kiertynyt peptidip?tk?. Silmukkaan voi sitoutua ioneita, kuten kalsiumia (Ca²⁺). Motiivi on yleinen kalsiumia sitovissa proteiineissa, kuten kalmoduliinissa.
• kreikkalainen avain (eng. greek key). N?m? koostuvat 4:st? β-levyst?. Niill? ei ole tietty? toimintoa. Ne muistuttavat kreikkalaisen taiteen meanderi-koristekuviota, josta nimi juontuu.
• β-α-β-motiivi. N?m? koostuvat α-kierteest? ja 2:sta β-levyst?. N?it? on l?hes kaikissa proteiineissa. Esimerkiksi trioosifosfaatti-isomeraasissa on vain β-α-β-motiiveita, jotka tuottavat yhdess? isomman kokonaisuuden, α/β-tynnyridomeenin (katso kohta domeeni).
• kiertyneet kierteet eli superkierteet. N?m? koostuvat usein pitkist? α-kierteist?, jotka ovat sama- tai vastakkaissuuntaisia. N?m? kiertyv?t toistensa ymp?rille. Lyhyet kierteet edist?v?t suurempien proteiinikokonaisuuksien muodostumista. Esimerkiksi c-Fos ja c-Jun ovat erillisi? α-kierreproteiineja. Ne tuottavat superkierteen, joka toimii transkriptiotekij?n? tunnistaen ja sitoutuen tiettyihin DNA-sekvensseihin. Pitk?t superkierteet taas ovat yleens? osa rakenneproteiineja. Esimerkiksi rakenneproteiineihin lukeutuva α-keratiini koostuu 2:sta vasenk?tisest? α-kierteest? (katso aksiaalinen kiraalisuus). Kollageenit taas koostuvat 3:sta vasenk?tisest? kierteest?, jotka eiv?t siis ole α-kierteit?. Kierteet kiertyv?t kolmoissuperkierteeksi.
• k??retorttumotiivi (eng. jelly roll motif). N?m? koostuvat 8:sta per?tt?isest? β-levyst?, jotka kertyv?t eri tavoin sylinterim?iseksi rakenteeksi.
• vy?ti?ismotiivi (eng. armadillo motif). N?m? koostuvat 2:sta α-kierteest?, jotka ovat kierre-k??nn?s-kierre -motiivin kaltaisia. Kierteet ovat ristikk?in. 2:n kierteen yksik?t voivat toistua per?tt?in tuottaen hyvin pitki? ketjuja.

• 
  Useita kierre-silmukka-kierteit? kalmoduliinissa (pallot ovat kalsiumioneita)
• 
  Kreikkalainen avain
• 
  Kiertynyt kierre, joka koostuu c-Jun- ja c-Fos-proteiineista, jotka ovat sitoutuneena DNA:han
• 
  K??retorttumotiivi tupakan mosaiikkivruksen kapsidista
• 
  Vy?ti?ismotiivi β-kateniinissa

Domeenit

Yksi tai useampi motiivi voivat tuottaa domeenin. Sit? voidaan pit?? proteiinin osana, joka muodostaa selke?rajaisen rakenteen proteiinissa. Domeeni voi esimerkiksi liikkua kokonaisuutena muusta proteiinista riippumattomasti kolmiulotteista rakennettaan menett?m?tt? tai olla itsess??n vakaa irrotettaessa domeeni muusta proteiinista. Pieniss? proteiineissa domeeneita on vain yksi. Domeeneilla voi joskus olla my?s jokin tietty toiminto – ne voivat vaikkapa vuorovaikuttaa toisten proteiinien kanssa tai sitoa pieni? molekyylej?. Jonkin entsyymin domeeneista voi esimerkiksi olla aktiivinen kohta, mutta ne voivat olla my?s kahden domeenin v?liss?. Domeeneissa on selke? hydrofobinen ydin ja ne voivat kehitty? proteiinien evoluution my?t? itsen?isesti ja eri domeenien yhdistelm?t voivat tuottaa uusia proteiineja. Tyypillisesti domeenissa on 50–100 aminohappoa.

Esimerkkej? domeeneista ovat

• α/β-tynnyrit. N?m? ovat yleisi? entsyymeiss? ja muodostavat β-α-β-motiiveista py?re?n tynnyrim?isen rakenteen. Tynnyrin omaavissa entsyymeiss? sen keski?ss? on yleens? aktiivinen kohta, kuten trioosifosfaatti-isomeraasissa. Jotkin ei-entsymaattiset kuljetinproteiinit taas kuljettavat tynnyrin sis?ss? eri aineita eri puolille eli?t?.
• β-tynnyrit. N?m? muodostavat vastakkaissuuntaisista β-levyist? tynnyrim?isen rakenteen. Levyj? on usein noin 4–10. Niit? on kuljetinproteiineissa, entsyymeiss?, kalvoproteiineissa ja viruksissa. Esimerkiksi ihmisen superoksididismutaasi 1:ss? ja kuljetinproteiineihin lukeutuvissa retinolia sitovissa proteiineissa, kuten RBP4:ss?, on β-tynnyri. RBP4:ss? rasvaliukoinen retinoli kulkee rasvaliukoisia aminohappoja sis?lt?v?n tynnyrin sis?ss? vesiliukoisessa ymp?rist?ss?.
• β-propellerit. N?iss? kreikkalaiset avain -motiivit tuottavat potkuria muistuttavan keh?m?isen rakenteen, jossa avaimet ovat potkurin "lapoja". Avainten m??r?t vaihtelevat. Esimerkiksi neuraminidaasissa on β-propelleri, jossa on 6 avainta, joiden keski?ss? t?m?n entsyymin aktiivinen kohta.

• 
  α/β-tynnyri trioosifosfaatti-isomeraasissa
• 
  β-tynnyri RBP1:ss? (tynnyrin sis?ll? on retinoli)
• 
  β-propelleri KEAP1:ss?

L?hteet

• J Kuriyan et al: The molecules of life: physical and chemical principles. Garland science, 2013. ISBN 9780815341888
• DL Nelson et al: Lehninger principles of biochemistry. W.H. Freeman, 2008. ISBN 9780716771081
• JL Jain, S Jain, N Jain: Fundamentals of biochemistry. (6. painos) S. Chand & Co., Ltd, 2005. ISBN 9788121924535

Aiheesta muualla

• CATH - proteiinien evoluutioon perustuva tietokanta (englanniksi)
• SCOP - proteiinien rakenteeseen perustuva tietokanta (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)
• RCSB PDB - proteiinien rakenteita (englanniksi)
• AlphaFold Protein Structure Database (englanniksi)