Globulaariset proteiinit: rakenne, toiminnot ja esimerkit
Tutustu globulaaristen proteiinien rakenteeseen, toimintoihin ja esimerkkeihin (hemoglobiini, myoglobiini): roolit, vesiliukoisuus, entsyymit ja viestinviejät.
Globulaariset proteiinit ovat yleinen proteiinityyppi. Ne esiintyvät soluissa lukuisina eri lajeina ja kokoina ja osallistuvat lähes kaikkiin solun toimintoihin.
Ne ovat yksi kolmesta proteiinityypistä. Muut ovat kuitu- ja kalvoproteiinit. Globulaariset proteiinit eroavat kuituproteiineista paitsi muodollisesti myös toiminnallisesti: kuituproteiinit ovat tyypillisesti pitkiä, jäykkiä ja rakenteellisia, kun taas globulaariset ovat pallomaisia ja toiminnallisesti monipuolisia.
Rakenne ja taittuminen
Globulaaristen proteiinien tunnusomainen muoto syntyy proteiinien taittumisen seurauksena: polypeptidiketju taittuu kolmiulotteiseksi, tiiviiksi pallomaiseksi rakenteeksi. Taittumisen stabiloivat useat vuorovaikutukset, kuten vetysidokset, ionisidokset, hydrofobiset vuorovaikutukset, Van der Waalsin voimat ja joskus disulfidisillat (kystiinien väliset kovalenttiset sidokset). Tyypillisesti hydrofobiset aminohapporesidut asettuvat proteiinin sisään muodostaen sisäosan (hydrofobinen ydin), kun taas hydrofiiliset sivuketjut jäävät pinnalle, mikä selittää globulaaristen proteiinien usein hyvän vesiliukoisuuden.
Globulaaristen proteiinien rakenne voi olla yhden ketjun (monomeeri) muodossa tai useamman polypeptidiketjun muodostamana kompleksina (tetrameri, dimeri jne.). Monimutkaisempien proteiinien toiminta perustuu usein tällaiseen kvaternäärirakenteeseen, jossa subyksiköiden välinen vuorovaikutus säätelee aktiivisuutta (esim. kooperatiivisuus).
Toiminnot
- Entsyymit — Entsyymit katalysoivat biologisia reaktioita tehokkaasti ja selektiivisesti matalissa lämpötiloissa ja neutraaleissa oloissa. Ne laskevat reaktion aktivaatiokynnyksen ja mahdollistavat solun aineenvaihdunnan. Esimerkkejä ovat ruoansulatuksen entsyymit, metaboliset dehydrogenaasit ja spesifiset esteraasit.
- Viestinviejät ja hormonit — Monet globulaariset proteiinit toimivat signaalimolekyyleinä ja hormoneina, jotka välittävät viestejä solujen ja kudosten välillä. Tästä esimerkkinä ovat Viestinviejät ja hormonit kuten insuliini, jotka säätelevät aineenvaihduntaa ja solujen toimintaa.
- Kuljettajat — Globulaariset proteiinit voivat sitoutua ja kuljettaa pieniä molekyylejä tai ioneja solun sisällä tai solukalvojen läpi (kalvojen läpi). Esimerkiksi albumiini kuljettaa rasvaliukoisia aineita veressä.
- Varastointi — Jotkut globulaariset proteiinit toimivat varastoina, esimerkiksi aminohappovarastoina (Aminohappojen varastointi) tai hivenaineiden sitojina.
- Säätely — Monet säätelyproteiinit ja reseptorit ovat pallomaisia; ne osallistuvat geenien ilmentymisen, solukierroksen ja metaboliset reittien säätelyyn.
- Rakenteelliset mutta dynaamiset proteiinit — Jotkut rakenteelliset proteiinit, kuten aktiini ja tubuliini, ovat globulaarisia monomeerejä, jotka polymerisoituvat muodostaen pitkiä, jäykkiä kuituja ja solun tukirakenteita.
Lisäksi immuunijärjestelmän vasta-aineet (immunoglobuliinit) ovat globulaarisia proteiineja, jotka tunnistavat ja sitovat específicas antigeenejä, ja monet transportterit sekä reseptorit toimivat globulaarisina molekyyleinä.
Esimerkkejä ja erityispiirteitä
Globulaarisiin proteiineihin kuuluvat mm. myoglobiini ja hemoglobiini. Myoglobiini on yksikirjoinen globulaarinen proteiini, joka varastoi happea lihaksissa; hemoglobiini puolestaan on kvaternäärinen proteiini (neljä alayksikköä), joka kuljettaa happea veressä ja näyttää kooperatiivisen hapen sitoutumisen ominaisuuden.
Stabiilisuus, denaturaatiot ja tutkimusmenetelmät
Globulaariset proteiinit voivat menettää toiminnallisen rakenteensa denaturaation seurauksena. Denaturaatiota voi aiheuttaa korkea lämpötila, voimakkaat pitoisuudet orgaanisia liuottimia, pH:n muutokset tai denaturoivat aineet kuten urea ja merkaptoetanoli (jotka rikkovat disulfidisiteitä). Joidenkin proteiinien taittuminen on reversiibeli, mutta monet aggregoituvat denaturaatiossa pysyvästi.
Globulaarisia proteiineja tutkitaan laajalti menetelmin kuten röntgenkristallografia, NMR-spektroskopia, kryo-elektronimikroskopia ja rakenneanalyysejä täydentävät myös spektroskooppiset menetelmät (esim. käsireaktioiden kinetiikka, circular dichroism).
Yhteenvetona: globulaariset proteiinit ovat solun toiminnallisia ”työntekijöitä”: ne katalysoivat reaktioita, välittävät viestejä, kuljettavat ja varastoivat molekyylejä sekä osallistuvat säätelyyn ja puolustukseen. Niiden kolmiulotteinen taittunut muoto ja monimutkaiset vuorovaikutukset määräävät tarkasti niiden tehtävän ja spesifisyyden.
Hemoglobiinin, pallomaisen proteiinin, 3-ulotteinen rakenne.
Globuliinit
Globuliineja ovat kaikki pallomaiset proteiinit albumiinia lukuun ottamatta. Niiden molekyylipaino on suurempi kuin albumiinien. Ne eivät liukene puhtaaseen veteen, mutta liukenevat laimeisiin suolaliuoksiin.
Joillakin globuliineilla on tärkeä tehtävä vasta-aineina, toiset taas vastaavat lipidien, raudan tai kuparin kuljetuksesta veressä.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on pallomainen proteiini?
A: Globulaarinen proteiini on yleinen proteiinityyppi, joka on yksi kolmesta eri proteiinityypistä kuitu- ja kalvoproteiinien ohella.
K: Miten pallomaisen proteiinin rakenne muodostuu?
V: Globulaarisen proteiinin rakenne on seurausta proteiinien taittumisesta, jossa polypeptidiketjut taittuvat tiiviiksi pallomaiseksi.
K: Miksi pallomaiset proteiinit liukenevat veteen?
V: Globulaariset proteiinit liukenevat veteen molekyylien ulkopuolelta ulkonevien hydrofiilisten ("vettä rakastavien") sivuketjujen vuoksi.
K: Mikä rooli pallomaisilla proteiineilla on aineenvaihduntareaktioissa?
V: Globulaarisilla proteiineilla on tärkeä rooli aineenvaihduntareaktioissa, ja ne voivat toimia entsyymeinä, viestinviejinä, muiden molekyylien kuljettajina kalvojen läpi ja muiden molekyylien säätelijöinä.
K: Miten globulaariset proteiinit eroavat kuituproteiineista?
V: Globulaariset proteiinit voivat toimia entsyymeinä ja viestinviejinä, ja niillä on tiivis, pallomainen muoto, kun taas kuituproteiinit ovat muodoltaan pitkulaisempia ja osallistuvat tyypillisesti rakenteellisiin tehtäviin.
K: Mitkä ovat esimerkkejä pallomaisista proteiineista?
V: Esimerkkejä pallomaisista proteiineista ovat myoglobiini ja hemoglobiini, jotka osallistuvat hapen kuljetukseen veressä.
K: Mikä on hormonien tehtävä biologisissa prosesseissa?
V: Hormonit välittävät viestejä biologisten prosessien säätelemiseksi, kuten insuliini, joka säätelee verensokeritasoa.
Etsiä