Maklumat

3.3: Perubahan Bentuk Protein Boleh Menyebabkan Penyakit - Biologi

3.3: Perubahan Bentuk Protein Boleh Menyebabkan Penyakit - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Walaupun penyesuaian protein menentukan fungsi biologinya, perubahan alosterik (perubahan bentuk) dapat menyederhanakan atau mengganggu fungsinya. Dalam keadaan biasa, sel menggunakan perubahan dalam bentuk protein untuk mengawal metabolisme. Seperti itu peraturan alosterik didokumentasikan dengan baik dalam laluan biokimia biasa seperti glikolisis dan dibincangkan dengan lebih terperinci di tempat lain. Yang kurang difahami adalah bagaimana (atau mengapa) mengapa perubahan konformasi pada beberapa sel protein mempunyai kesan yang buruk.

A. Anemia Sel Sickle

Gen mutan untuk globin boleh mengakibatkan gangguan hemoglobin yang dicirikan oleh penghantaran oksigen yang tidak cekap oleh darah. Pada tahun 1940-an, ahli biokimia Inggeris J.B.S. Haldane membuat korelasi antara kawasan selatan Afrika dengan gangguan hemoglobin dan malaria yang tinggi, menunjukkan bahawa individu heterozigot (iaitu, mereka yang hanya mempunyai satu salinan gen hemoglobin mutan), entah bagaimana dilindungi daripada malaria. Satu lagi contoh gangguan hemoglobin yang terkenal adalah anemia sel sabit, disebabkan oleh perubahan asas tunggal dalam gen untuk b-hemoglobin manusia, salah satu polipeptida dalam hemoglobin. Oleh kerana sel darah merah kaya dengan hemoglobin, hemoglobin sabit boleh menyebabkan sel itu sendiri menjadi bentuk sabit. Sel sabit mengganggu aliran kapilari dan penghantaran oksigen, mengakibatkan gejala anemia. Anemia sel sabit berasal dari Afrika dan merebak ke Amerika Syarikat semasa perdagangan hamba. Sebaik sahaja keluar dari Afrika dan kawasan di mana malaria menjadi wabak, mutasi itu tidak bernilai, dan hanya sumber penyakit. Individu heterozigot untuk mutasi sel sabit mempunyai sifat sel sabit dan umumnya tidak terjejas kerana sekurang-kurangnya sebahagian daripada hemoglobinnya adalah normal. Individu homozigot hanya membuat varian sel sabit b-hemoglobin; mereka akan mengalami episod penyakit yang lebih kerap dan teruk. Tekanan yang boleh mencetuskan sabit termasuk jangkitan atau dehidrasi. Bandingkan sel darah merah normal dengan sel sabit di bawah.

Gen sel sabit mempengaruhi lebih daripada 100 juta orang di seluruh dunia, termasuk 8-10% orang Afrika Amerika. Untuk maklumat demografi lanjut, lihat Sifat Sel Sickle Artikel Demografidan Data Sel Sabit daripada CDC. Di Afrika, heterozigot dengan sifat sel sabit dilindungi daripada malaria, mengesahkan hipotesis Haldane. Tetapi pesakit yang homozigot untuk mutasi b-hemoglobin mendapat sedikit faedah daripada kesan anti-malaria.

Sementara itu, walaupun kes malaria berkurangan sebanyak 33%, penyakit ini (disebabkan oleh parasit bawaan nyamuk) masih mengancam separuh daripada orang di planet ini, menyebabkan lebih setengah juta kematian setiap tahun. Terdapat rawatan selain kelambu dan membunuh nyamuk, tetapi pada masa ini, masih belum ada vaksin pencegahan.

B. Kesalahan Prion dan Penyakit Alzheimer

1. Protein Prion

Ketika pertama kali ditemui, protein prion sepertinya bertindak sebagai agen berjangkit yang boleh membiak tanpa DNA atau asid nukleik lain. Seperti yang anda bayangkan, mekanisme keturunan yang sangat tidak ortodoks dan novel ini menimbulkan banyak kontroversi. Baca mengenai penyelidikan mengenai selular PrPc protein prion di my.Wikipedia.org/wiki/Prion.

Sudah tentu, prion ternyata bukan untuk menjadi agen pembiakan jangkitan. Kajian terbaru tentang prion telah mendedahkan beberapa fungsi protein prion yang normal seperti peranan dalam pembentukan ingatan pada tikus dan dalam sporulasi dalam yis (Lihat Prion Protein Boleh Memainkan Peranan dalam Pembentukan Ingatan). Versi mutan protein prion (PrPSk) mampu melipat, dengan anggapan bentuk yang tidak normal. Yang cacat PrPSk kemudian boleh menyebabkan lipatan tidak normal walaupun PrPc normal! Peristiwa-peristiwa ini, yang digambarkan di bawah, menghasilkan pembentukan yang disebut plak amiloid.

Dalam keadaan terlipat yang tidak normal, prion dikaitkan dengan Penyakit Alzheimer (yang mempengaruhi kira-kira 5.5 juta orang Amerika, serta Penyakit lembu gila dan Penyakit Creutzfeldt-Jakob (penyakit lembu gila pada manusia), serta Skrapie dalam biri-biri, antara lain. Kami mula memahami bahawa peranan protein prion dalam Penyakit Alzheimer kurang bersebab dan agak tidak langsung.

2. The beta amiloid (Ab) peptida

Otak post-mortem pesakit yang menderita penyakit Alzheimer menunjukkan ciri ekstraselular plak amiloid sebahagian besarnya terdiri daripada beta amiloid (Ab) peptida. Pembelahan enzimatik APLIKASI protein (protein prekursor amiloid) menjana asid amino ekstraselular 39-43 Ab peptida. Dalam keadaan normal, lebihan Ab peptida sendiri dicerna.

Tidak terkawal Ab pembentukan peptida bagaimanapun, membawa kepada pembentukan beta amiloid plak yang dilihat pada penyakit Alzheimer.as digambarkan di bawah.

Gunting dalam ilustrasi mewakili dua enzim yang mencerna APP. Prion protein bukan penyebab proksimal Penyakit Alzheimer, tetapi mungkin berperan dalam memulakan peristiwa yang menyebabkannya. Protein prion biasa (PrPc), sendiri sebagai reseptor membran, dianggap mengikat Ab peptida, dengan berkesan menghalang pengagregatannya menjadi plak. Pengurangan eksperimen sebanyak PrPc ditunjukkan untuk meningkatkan ekstraselular Ab peptida. Mungkin pengagregatan protein prion disebabkan oleh PrP mutan (PrPsc) menghalang protein prion daripada mengikat Ab peptida, menyebabkan pengumpulannya dan akhirnya pembentukan plak amiloid dan neurodegenerasi.

3. Protein Tau

Protein yang dipanggil tau juga dikaitkan dengan Penyakit Alzheimer. Misshapen tau terkumpul di kusut neurofibrillary dalam neuron otak hippocampus mungkin menjadi penyebab segera gangguan fungsi saraf yang berkaitan dengan penyakit ini. Pada neuron normal, a Microtubule-Associated Protein Tau (PETA-T) berfosfori dan kemudian mengikat, dan menstabilkan mikrotubul. Tetapi ketika neuronal tau menjadi hiperfosforilasi, konformasinya berubah. Tidak lagi stabil, mikrotubulus dibongkar dan protein tau yang berubah bentuk kusut neurofibrillary. Imunostaining of hippocampal neuron dengan antibodi kepada protein tau menyetempatkan kusut neurofibrillary seperti yang dilihat dalam mikrograf di bawah.

Pembentukan kusut protein neurofibrillary tau dalam neuron yang berpenyakit dibandingkan dengan neuron normal dalam ilustrasi di bawah.

"Gumpalan protein tau yang kusut" dalam ilustrasi ini adalah warna ungu tua dalam mikrograf neuron tercemar dalam mikrograf cahaya.

Tidak ada penawar untuk penyakit Alzheimer, walaupun perawatan dengan perencat kolinesterase nampaknya memperlambat kemajuannya. Contohnya, ubat itu Aricept menghalang pemecahan asetilkolin oleh asetilkolinesterase, dengan itu meningkatkan neurotransmisi kolinergik, yang seterusnya dapat memanjangkan fungsi saraf otak. Malangnya, belum ada rawatan untuk mengembalikan ingatan yang hilang dan penurunan kognitif yang signifikan yang berkaitan dengan penyakit Alzheimer. Mungkin lebih menjanjikan dalam hal ini, perkembangan ujian darah baru-baru ini dapat mengesan orang yang berisiko menghidap penyakit Alzheimer. Seperti yang berlaku, Aβ molekul melarikan diri ke dalam aliran darah sebanyak 8 tahun sebelum gejala Alzheimer muncul. Prospek awal Aβ pengesanan telah meningkatkan harapan bahawa terapi baru mungkin berada di kaki langit. Untuk ulasan ringkas, lihat Pengesanan Awal Penyakit Alzheimer.

C. Beberapa Kerabat Penyakit Alzheimer

Beberapa keabnormalan protein yang sama yang dilihat dalam penyakit Alzheimer juga mencirikan penyakit neurodegeneratif lain serta kerosakan otak traumatik, seperti yang dibincangkan di bawah.

1. Ensefalopati Traumatik Kronik

Pengumpulan protein tau yang tidak normal adalah diagnostik CTE (Ensefalopati Traumatik Kronik). Pada awal abad ke-20, petinju yang bingung mengejutkan setelah bertengkar disebut sebagai 'mabuk pukulan', menderita demensia pugilistica. Kami sekarang tahu bahawa mereka menderita CTE, begitu juga dengan atlet lain yang terdedah kepada trauma otak ringan hingga teruk yang berulang, seperti pemain bola sepak. Imunostain seluruh otak dan tisu otak dari autopsi CTE pesakit yang mempunyai antibodi kepada protein tau menunjukkan pengumpulan protein tau yang tidak normal dan kusut neurofibrillary tau sama seperti yang terdapat pada pesakit Alzheimer. Ramai Liga Bola Sepak Kebangsaan dan pemain bola sepak lain telah didiagnosis dengan bedah siasat CTE, dan ramai yang masih hidup menunjukkan tanda-tanda kognisi dan tingkah laku degeneratif yang konsisten dengan CTE (melihat Senarai_NFL_players_with_chronic_traumatic_encephalopathyuntuk melihat berapa banyak!

2. Penyakit Parkinson

Ini adalah satu lagi contoh penyakit neurodegeneratif yang timbul apabila protein tunggal berubah bentuk dalam sel otak. Walaupun tidak dicirikan sebagai plak, agregat dapat terbentuk di sel otak ketika protein alpha-synuclein mengalami perubahan konformasi anomali. Perubahan itu mengakibatkan MSA (Atrofi Pelbagai Sistem) atau Penyakit Parkinson (klik Synuclein Allostery and Agregation in Penyakit Parkinsonuntuk membaca lebih banyak maklumat mengenai penyelidikan baru-baru ini). Kebanyakan mikroskop elektron resolusi tinggi yang mendedahkan struktur protein dan yang boleh menangkap perubahan konformasi yang kini kita kenali, berasal daripada kerja Jacques Dubochet, Joachim Frank dan Richard Henderson yang menerima Hadiah Nobel Kimia 2017 untuk Kimia kerana membangunkan dan memperhalusi cryo- mikroskop elektron untuk pengimejan biomolekul (lihat Hadiah Nobel Kimia 2017untuk lebih).


Sepintas lalu mekanisme penyakit lipat protein

Agar protein dapat berfungsi dengan baik, ia mesti mencapai penyesuaian dan lokasi yang betul dalam persekitaran yang sesak di dalam sel. Banyak sistem chaperone diperlukan untuk melipat protein dengan betul. Di samping itu, laluan degradasi turut serta dengan memusnahkan protein terlipat yang tidak betul. Kerumitan proses pelbagai sistem ini memberikan banyak peluang untuk kesilapan. Selanjutnya, mutasi menyebabkan terkumpulnya bentuk protein yang tidak berfungsi dan tidak berfungsi. Akibatnya, banyak keadaan patologi berakar umbi dalam masalah lipatan protein yang mesti diselesaikan oleh semua sel untuk mengekalkan fungsi dan integritinya. Di sini, untuk menerangkan luasnya fenomena ini, kami menerangkan lima contoh kejadian protein yang salah berfungsi yang boleh menyebabkan penyakit: degradasi yang tidak betul, salah arah, mutasi negatif-dominan, perubahan struktur yang mewujudkan fungsi toksik baru, dan pengumpulan amiloid. Dalam setiap kes, kami akan menyoroti pilihan terapi semasa untuk memerangi penyakit tersebut.


Kandungan

Katakan bahawa mutasi karut telah diperkenalkan pada triplet keempat dalam jujukan DNA (CGA) menyebabkan sitosin digantikan dengan timin, menghasilkan TGA dalam jujukan DNA dan ACT dalam helai pelengkap. Oleh kerana ACT ditranskripsikan sebagai UGA dan kemudian diterjemahkan, transkrip dan produk protein yang terhasil ialah:

Baki kodon mRNA tidak diterjemahkan ke dalam protein kerana kodon berhenti dicapai sebelum waktunya semasa terjemahan. Ini boleh menghasilkan produk protein terpotong (iaitu, disingkat), yang selalunya tidak mempunyai kefungsian protein biasa, bukan mutan.

Walaupun terdapat kecenderungan untuk kodon penamatan pramatang untuk menghasilkan produk polipeptida yang dipendekkan, sebenarnya pembentukan protein terpotong tidak sering terjadi dalam vivo. Banyak organisma - termasuk manusia dan spesies yang lebih rendah, seperti ragi - menggunakan jalur peluruhan mRNA yang tidak dimediasi yang tidak masuk akal, yang menurunkan mRNA yang mengandungi mutasi karut sebelum mereka dapat diterjemahkan ke dalam polipeptida yang tidak berfungsi.

Mutasi tidak masuk akal dapat menyebabkan penyakit genetik dengan mencegah terjemahan lengkap protein tertentu. Walau bagaimanapun, penyakit yang sama mungkin disebabkan oleh kerosakan lain pada gen yang sama. Contoh penyakit di mana mutasi karut yang diketahui antara sebabnya termasuk:

Ataluren (sebelumnya PTC124) adalah ubat farmasi yang boleh digunakan untuk merawat penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi omong kosong. Ia sedang digunakan untuk merawat distrofi otot Duchenne. [5] Ujian klinikal untuk rawatan fibrosis sista sedang dijalankan. [6]


3.4 Protein

Di bahagian ini, anda akan menyiasat soalan berikut:

  • Apa fungsi protein dalam sel dan tisu?
  • Apakah hubungan antara asid amino dan protein?
  • Apakah empat peringkat organisasi protein?
  • Apakah hubungan antara bentuk dan fungsi protein?

Sambungan untuk Kursus AP ®

Protein ialah rantai panjang dengan urutan berbeza daripada 20 asid amino yang masing-masing mengandungi kumpulan amino (-NH2), kumpulan karboksil (-COOH), dan kumpulan pemboleh ubah. (Fikirkan berapa banyak "perkataan" protein yang dapat dibuat dengan 20 huruf "asam amino"). Setiap asid amino dihubungkan ke tetangganya dengan ikatan peptida yang terbentuk oleh reaksi dehidrasi. Rantai panjang asid amino dikenali sebagai polipeptida. Protein berfungsi banyak fungsi dalam sel. Mereka bertindak sebagai enzim yang menjadi pemangkin reaksi kimia, memberikan sokongan struktur, mengatur laluan zat melintasi membran sel, melindungi terhadap penyakit, dan mengkoordinasikan jalur isyarat sel. Struktur protein disusun pada empat tahap: primer, sekunder, tersier, dan kuaternari. Struktur utama adalah urutan asid amino yang unik. Perubahan hanya dalam satu asid amino dapat mengubah struktur dan fungsi protein. Sebagai contoh, anemia sel sabit hanya disebabkan oleh satu penggantian asid amino dalam molekul hemoglobin yang terdiri daripada 574 asid amino. Struktur sekunder terdiri daripada lipatan tempatan polipeptida oleh pembentukan ikatan hidrogen yang membawa kepada konformasi lembaran heliks α dan β berlipat. Dalam struktur tersier, pelbagai interaksi, contohnya, ikatan hidrogen, ikatan ion, hubungan disulfida, dan interaksi hidrofobik antara kumpulan R, menyumbang kepada lipatan polipeptida ke dalam konfigurasi tiga dimensi yang berbeza. Sebilangan besar enzim mempunyai konfigurasi tersier. Jika protein didenaturasi, kehilangan bentuk tiga dimensi, ia mungkin tidak berfungsi lagi. Keadaan persekitaran seperti suhu dan pH boleh menyahkan protein. Beberapa protein, seperti hemoglobin, terbentuk dari beberapa polipeptida, dan interaksi subunit ini membentuk struktur protein kuarter.

Maklumat yang dibentangkan dan contoh yang diserlahkan dalam bahagian, konsep sokongan dan Objektif Pembelajaran yang digariskan dalam Idea Besar 4 Rangka Kerja Kurikulum Biologi AP ®. Objektif Pembelajaran yang disenaraikan dalam Rangka Kerja Kurikulum menyediakan asas yang telus untuk kursus AP ® Biologi, pengalaman makmal berasaskan inkuiri, aktiviti pengajaran dan soalan peperiksaan AP ®. Objektif Pembelajaran menggabungkan kandungan yang diperlukan dengan satu atau lebih daripada tujuh amalan sains.

Idea Besar 4 Sistem biologi berinteraksi, dan sistem ini serta interaksinya mempunyai sifat yang kompleks.
Kefahaman Berkekalan 4.A Interaksi dalam sistem biologi membawa kepada sifat yang kompleks.
Pengetahuan Penting 4.A.1 Subkomponen molekul biologi dan urutannya menentukan sifat molekul itu.
Amalan Sains 7.1 Pelajar dapat menghubungkan fenomena dan model di skala spasial dan temporal.
Objektif pembelajaran 4.1 Pelajar dapat menerangkan perkaitan antara jujukan dan subkomponen polimer biologi dan sifatnya.
Pengetahuan Penting 4.A.1 Subkomponen molekul biologi dan urutannya menentukan sifat molekul itu.
Amalan Sains 1.3 Pelajar dapat memperhalusi representasi dan model fenomena dan sistem semula jadi atau buatan manusia dalam domain tersebut.
Objektif pembelajaran 4.2 Pelajar dapat memperhalusi perwakilan dan model untuk menerangkan bagaimana subkomponen polimer biologi dan urutannya menentukan sifat polimer itu.
Pengetahuan Penting 4.A.1 Subkomponen molekul biologi dan urutannya menentukan sifat molekul itu.
Amalan Sains 6.1 Pelajar boleh mewajarkan dakwaan dengan bukti.
Amalan Sains 6.4 Pelajar boleh membuat dakwaan dan ramalan tentang fenomena alam berdasarkan teori dan model saintifik.
Objektif pembelajaran 4.3 Pelajar dapat menggunakan model untuk meramal dan mewajarkan bahawa perubahan dalam subkomponen polimer biologi mempengaruhi kefungsian molekul.

Sokongan Guru

Dua puluh asid amino dapat dibentuk menjadi sejumlah protein yang hampir tidak terbatas. Urutan asid amino akhirnya menentukan konfigurasi akhir rantai protein, memberikan molekul fungsi khasnya.

Sokongan Guru

Tekankan bahawa protein mempunyai pelbagai fungsi dalam badan. Jadual 3.1 mengandungi beberapa contoh fungsi ini. Perhatikan bahawa tidak semua enzim berfungsi dalam keadaan yang sama. Amilase hanya berfungsi dalam medium alkali, seperti dalam air liur, sementara pepsin berfungsi di persekitaran asam perut. Bincangkan bahan lain yang boleh dibawa oleh protein dalam cecair badan selain bahan yang disenaraikan untuk dibawa dalam teks. Protein juga membawa lipid yang tidak larut di dalam badan dan mengangkut ion yang dibebankan, seperti kalsium, magnesium, dan zink. Bincangkan satu lagi protein struktur penting, kolagen, kerana ia terdapat di seluruh badan, termasuk dalam kebanyakan tisu penghubung. Tekankan bahawa tidak semua hormon adalah protein dan hormon berasaskan steroid telah dibincangkan di bahagian sebelumnya.

Kumpulan amino asid amino kehilangan elektron dan menjadi bercas positif. Kumpulan karboksil mudah mendapat elektron, menjadi bercas negatif. Ini menghasilkan ciri amfipatik asid amino dan memberikan sebatian keterlarutan dalam air. Kehadiran kedua-dua kumpulan berfungsi juga membolehkan sintesis dehidrasi bergabung dengan asid amino individu ke dalam rantai peptida.

Struktur protein dijelaskan seolah-olah ia berlaku dalam tiga hingga empat langkah diskret. Pada hakikatnya, perubahan struktur yang menghasilkan protein berfungsi berlaku pada kontinum. Oleh kerana struktur utama terbentuk dari ribosom, rantai polipeptida mengalami perubahan sehingga konfigurasi akhir tercapai. Minta pelajar membayangkan sehelai spageti ketika dimasak dalam periuk yang jelas. Pada mulanya, helai lurus (abaikan kekakuan untuk contoh ini). Semasa memasak, helai akan membengkok dan memutar dan (sekali lagi, untuk contoh ini), melipat dirinya menjadi bola longgar yang terdiri daripada helai pasta. Helai yang dihasilkan mempunyai bentuk tertentu. Tanyakan kepada pelajar apa jenis ikatan atau daya kimia yang mungkin mempengaruhi struktur protein. Bentuk-bentuk ini ditentukan oleh kedudukan asid amino di sepanjang helai. Daya lain akan melengkapkan lipatan dan mengekalkan struktur.

Soalan Cabaran Amalan Sains mengandungi soalan ujian tambahan untuk bahagian ini yang akan membantu anda bersedia untuk peperiksaan AP. Soalan-soalan ini menangani standard berikut:
[APLO 1.14] [APLO 2.12] [APLO 4.1] [APLO 4.3] [APLO 4.15] [APLO 4.22]

Jenis dan Fungsi Protein

Protein adalah salah satu molekul organik yang paling banyak dalam sistem hidup dan mempunyai julat fungsi yang paling pelbagai daripada semua makromolekul. Protein mungkin bersifat struktur, peraturan, kontraktil, atau pelindung yang dapat digunakan dalam pengangkutan, penyimpanan, atau membran atau mereka mungkin racun atau enzim. Setiap sel dalam sistem hidup mungkin mengandungi beribu-ribu protein, masing-masing mempunyai fungsi yang unik. Struktur mereka, seperti fungsinya, sangat berbeza. Walau bagaimanapun, semuanya adalah polimer asid amino, disusun dalam urutan linear.

Enzim, yang dihasilkan oleh sel hidup, adalah pemangkin dalam tindak balas biokimia (seperti penghadaman) dan biasanya protein kompleks atau terkonjugasi. Setiap enzim khusus untuk substrat (reaktan yang mengikat enzim) di mana ia bertindak. Enzim boleh membantu kerosakan, penyusunan semula, atau reaksi sintesis. Enzim yang memecah substratnya disebut enzim katabolik, enzim yang membina molekul yang lebih kompleks dari substratnya disebut enzim anabolik, dan enzim yang mempengaruhi kadar tindak balas disebut enzim pemangkin. Perlu diingatkan bahawa semua enzim meningkatkan kadar tindak balas dan, oleh itu, dianggap sebagai pemangkin organik. Contoh enzim ialah amilase air liur, yang menghidrolisis amilosa substratnya, komponen pati.

Hormon adalah molekul isyarat kimia, biasanya protein kecil atau steroid, yang dirembeskan oleh sel endokrin yang bertindak untuk mengawal atau mengatur proses fisiologi tertentu, termasuk pertumbuhan, perkembangan, metabolisme, dan pembiakan. Sebagai contoh, insulin adalah hormon protein yang membantu mengatur tahap glukosa darah. Jenis dan fungsi utama protein disenaraikan dalam Jadual 3.1.

JenisContohFungsi
Enzim PencernaanAmilase, lipase, pepsin, tripsinMembantu pencernaan makanan dengan melumpuhkan nutrien menjadi unit monomer
PengangkutanHemoglobin, albuminMembawa zat dalam darah atau limfa ke seluruh badan
berstrukturAktin, tubulin, keratinBentukkan struktur yang berbeza, seperti sitoskeleton
HormonInsulin, tiroksinMenyelaraskan aktiviti sistem badan yang berbeza
PertahananImunoglobulinMelindungi badan daripada patogen asing
KontraktorAktin, miosinKesan penguncupan otot
PenyimpananProtein simpanan kekacang, putih telur (albumin)Memberi khasiat dalam perkembangan awal embrio dan anak benih

Protein mempunyai bentuk dan berat molekul yang berbeza sesetengah protein berbentuk globular manakala yang lain bersifat gentian. Sebagai contoh, hemoglobin adalah protein globular, tetapi kolagen, yang terdapat di kulit kita, adalah protein berserat. Bentuk protein adalah penting untuk fungsinya, dan bentuk ini dikekalkan oleh pelbagai jenis ikatan kimia. Perubahan suhu, pH, dan paparan bahan kimia dapat menyebabkan perubahan permanen dalam bentuk protein, yang menyebabkan hilangnya fungsi, yang dikenal sebagai denaturasi. Semua protein terdiri daripada susunan yang berbeza dari 20 jenis asid amino yang paling biasa.

Asid amino

Asid amino adalah monomer yang membentuk protein. Setiap asid amino mempunyai struktur asas yang sama, yang terdiri daripada atom karbon pusat, juga dikenali sebagai alpha (α) karbon, terikat dengan kumpulan amino (NH2), kumpulan karboksil (COOH), dan kepada atom hidrogen. Setiap asid amino juga mempunyai atom atau kumpulan atom lain yang terikat pada atom pusat yang dikenali sebagai kumpulan R (Rajah 3.24).

Nama "asid amino" berasal dari fakta bahawa mereka mengandungi kumpulan amino dan kumpulan karboksil-asid dalam struktur asasnya. Seperti disebutkan, terdapat 20 asid amino biasa yang terdapat dalam protein. Sembilan daripada ini dianggap sebagai asid amino penting dalam manusia kerana badan manusia tidak dapat menghasilkannya dan ia diperoleh daripada diet. Bagi setiap asid amino, kumpulan R (atau rantai sampingan) adalah berbeza (Rajah 3.25).

Sambungan Visual

  1. Asid amino polar dan bercas akan dijumpai di permukaan. Asid amino bukan polar akan ditemui di kawasan pedalaman.
  2. Asid amino polar dan bercas akan dijumpai di kawasan pedalaman. Asid amino bukan polar akan dijumpai di permukaan.
  3. Protein tidak polar dan tidak terisi akan dijumpai di permukaan dan juga bahagian dalam.

Sifat kimia rantai sisi menentukan sifat asid amino (iaitu, sama ada berasid, asas, polar, atau bukan polar). Sebagai contoh, glisin asid amino mempunyai atom hidrogen sebagai kumpulan R. Asid amino seperti valine, methionine, dan alanine bersifat nonpolar atau hidrofobik, sementara asid amino seperti serine, threonine, dan sistein adalah polar dan mempunyai rantai sisi hidrofilik. Rantai sampingan lisin dan arginin bercas positif, dan oleh itu asid amino ini juga dikenali sebagai asid amino asas. Proline mempunyai kumpulan R yang dihubungkan dengan kumpulan amino, membentuk struktur seperti cincin. Proline adalah pengecualian bagi struktur standard asid animo kerana kumpulan amino tidak terpisah dari rantai sisi (Rajah 3.25).

Asid amino diwakili oleh huruf besar tunggal atau singkatan tiga huruf. Sebagai contoh, valine dikenali dengan huruf V atau simbol tiga huruf val. Sama seperti sebilangan asid lemak yang penting untuk diet, sebilangan asid amino juga diperlukan. Ia dikenali sebagai asid amino penting, dan pada manusia ia termasuk isoleucine, leucine, dan sistein. Asid amino perlu merujuk kepada yang diperlukan untuk pembinaan protein dalam badan, walaupun tidak dihasilkan oleh badan yang mana asid amino adalah penting berbeza dari satu organisma ke organisma.

Urutan dan bilangan asid amino akhirnya menentukan bentuk, saiz, dan fungsi protein. Setiap asid amino disambungkan ke asid amino yang lain oleh ikatan kovalen, yang dikenali sebagai ikatan peptida, yang terbentuk oleh reaksi dehidrasi. Kumpulan karboksil satu asid amino dan kumpulan amino asid amino masuk bergabung, melepaskan molekul air. Ikatan yang dihasilkan adalah ikatan peptida (Rajah 3.26).

Produk yang dibentuk oleh hubungan tersebut dipanggil peptida. Apabila lebih banyak asid amino bergabung dengan rantai yang semakin meningkat ini, rantai yang terhasil dikenali sebagai polipeptida. Setiap polipeptida mempunyai kumpulan amino bebas pada satu hujung. Hujung ini dipanggil terminal N, atau terminal amino, dan hujung yang satu lagi mempunyai kumpulan karboksil bebas, juga dikenali sebagai terminal C atau karboksil. Walaupun istilah polipeptida dan protein kadang-kadang digunakan secara bergantian, polipeptida secara teknikal adalah polimer asid amino, sedangkan istilah protein digunakan untuk polipeptida atau polipeptida yang telah bergabung bersama, sering mempunyai kumpulan prostetik bukan peptida, mempunyai bentuk yang berbeza , dan mempunyai fungsi yang unik. Selepas sintesis protein (terjemahan), kebanyakan protein diubah suai. Ini dikenali sebagai pengubahsuaian pasca terjemahan. Mereka mungkin mengalami pembelahan atau fosforilasi, atau mungkin memerlukan penambahan kumpulan kimia lain. Hanya setelah pengubahsuaian ini protein berfungsi sepenuhnya.

Pautan ke Pembelajaran

Klik langkah-langkah sintesis protein dalam tutorial interaktif ini.


Protein Melipat menjadi Pembentukan Tenaga Terendah

Hasil daripada semua interaksi ini, setiap jenis protein mempunyai struktur tiga dimensi tertentu, yang ditentukan oleh susunan asid amino dalam rantaiannya. Struktur lipatan terakhir, atau konformasi, yang diadopsi oleh rantai polipeptida pada umumnya adalah struktur di mana tenaga bebas dikurangkan. Lipatan protein telah dikaji dalam tabung uji dengan menggunakan protein yang sangat disucikan. Protein boleh dibuka, atau denaturated, dengan rawatan dengan pelarut tertentu, yang mengganggu interaksi bukan kovalen yang memegang rantai terlipat bersama-sama. Rawatan ini menukarkan protein kepada rantai polipeptida fleksibel yang telah kehilangan bentuk semula jadinya. Apabila pelarut denaturasi dikeluarkan, protein sering kali melipat secara spontan, atau renatures, ke dalam konfigurasi asalnya (Gambar 3-8), menunjukkan bahawa semua maklumat yang diperlukan untuk menentukan bentuk tiga dimensi protein terkandung dalam urutan asid amino.

Gambar 3-8

Pembungkusan semula protein yang didenaturasi. (A) Eksperimen ini menunjukkan bahawa konformasi protein ditentukan oleh urutan asid amino sahaja. (B) Struktur urea. Urea sangat larut dalam air dan mengeluarkan protein pada kepekatan tinggi, (lebih banyak lagi.)

Setiap protein biasanya dilipat menjadi satu konformasi stabil. Walau bagaimanapun, konformasi sering berubah sedikit apabila protein berinteraksi dengan molekul lain di dalam sel. Perubahan bentuk ini selalunya penting kepada fungsi protein, seperti yang kita lihat kemudian.

Walaupun rantai protein dapat dilipat ke dalam konformasi yang betul tanpa pertolongan luar, lipatan protein dalam sel hidup sering dibantu oleh protein khas yang disebut molekul molekul. Protein ini terikat pada rantai polipeptida yang dilipat sebahagian dan membantu mereka maju di sepanjang laluan lipatan yang paling bertenaga. Chaperones adalah penting dalam keadaan sesak sitoplasma, kerana ia menghalang kawasan hidrofobik yang terdedah sementara dalam rantai protein yang baru disintesis daripada bergaul antara satu sama lain untuk membentuk agregat protein (lihat ms 357). Walau bagaimanapun, bentuk tiga dimensi terakhir protein masih ditentukan oleh urutan asid amino: chaperones hanya menjadikan proses lipatan lebih dipercayai.

Protein terdapat dalam pelbagai bentuk, dan ia biasanya antara 50 dan 2000 asid amino panjang. Protein besar umumnya terdiri daripada beberapa yang berbeza domain protein& # x02014 unit struktur yang melipat lebih kurang satu sama lain, seperti yang kita bincangkan di bawah. Struktur terperinci setiap protein rumit kerana kesederhanaan struktur protein dapat digambarkan dalam beberapa cara yang berbeza, masing-masing menekankan ciri protein yang berbeza.

Panel 3-2 (hlm. 138 & # x02013139) menyajikan empat gambaran berbeza dari domain protein yang disebut SH2, yang mempunyai fungsi penting dalam sel eukariotik. Dibangunkan dari rentetan 100 asid amino, strukturnya ditampilkan sebagai (A) model tulang belakang polipeptida, (B) model pita, (C) model wayar yang merangkumi rantai sisi asid amino, dan (D) ruang- model pengisian. Masing-masing dari tiga baris mendatar menunjukkan protein dalam orientasi yang berbeza, dan gambar berwarna dengan cara yang membolehkan rantai polipeptida diikuti dari ujung N-nya (ungu) ke terminal C-nya (merah).

Panel 3-2

Empat Cara berbeza untuk Menggambarkan Domain Protein Kecil: Domain SH2 (Ihsan David Lawson.).

Panel 3-2 menunjukkan bahawa konformasi protein adalah sangat kompleks, walaupun untuk struktur sekecil domain SH2. Tetapi penerangan struktur protein dapat dipermudah dengan pengakuan bahawa struktur tersebut dibuat dari beberapa motif struktur umum, seperti yang kita bincangkan selanjutnya.


Protein Saluran dan Protein Pembawa

Terdapat empat jenis pengangkutan yang berlaku di dalam sel. Penyebaran mudah berlaku dengan molekul gas kecil, seperti oksigen dan karbon dioksida, serta banyak bahan kimia bukan polar seperti hormon steroid dan ubat-ubatan. Molekul-molekul ini mempunyai kimia dan ukuran yang tepat untuk melewati membran sel.

Molekul-molekul yang lebih bermuatan, yang bersifat hidrofilik, mengalami kesukaran melewati membran. Ini termasuk ion, air, dan gula seperti glukosa. Protein saluran menjalankan sebahagian besar difusi yang difasilitasi. Walaupun bahan kimia masih bergerak ke arah kepekatannya (dari tinggi ke rendah), mereka diberi laluan melalui membran sel. Ini membolehkan mereka bergerak pada kelajuan penyebaran yang hampir.

Walau bagaimanapun, tidak semua penyebaran terfasilitasi dijalankan oleh protein saluran. Protein pembawa, protein yang mengikat dan mengangkut molekul ke seluruh membran, juga terlibat dalam penyebaran yang difasilitasi. Molekul besar seperti glukosa tidak boleh melalui laluan sempit yang dicipta oleh protein saluran. Protein pembawa dikenali sebagai uniporters mengikat molekul glukosa satu demi satu. Tindakan mengikat menyebabkan perubahan konformasi protein, yang menyebabkannya mendepositkan molekul di seberang sel. Protein pembawa ini beroperasi tanpa tenaga, dan menggerakkan molekul ke bawah kecerunan kepekatannya.

Apabila bahan perlu bergerak melawan kecerunan kepekatannya, protein pembawa yang lebih rumit diperlukan. Pengangkutan aktif adalah proses menggunakan protein pembawa dan menguatkannya dengan interaksi dengan ATP untuk menggerakkan molekul melawan kecerunan. Tenaga diperlukan kerana molekul secara semula jadi mahu meresap, dan tersebar. Ia memerlukan banyak tenaga untuk menggerakkan beberapa ion dan molekul, tetapi diperlukan untuk cara hidup berkembang. Protein pembawa lain telah berkembang untuk pengangkutan bersama. Dengan mengangkut molekul ke arah kecerunan kepekatannya, molekul lain dapat digerakkan melawan kecerunannya. Jenis protein pembawa ini membolehkan sel mengangkut bahan menggunakan kecerunan ion yang mereka bina dengan protein pembawa ATP yang lain.

Perbezaan utama antara protein saluran dan protein pembawa adalah stereospecificity. Walaupun protein saluran hanya membenarkan molekul bersaiz tertentu berlalu, mereka tidak mengikat molekul. Protein pembawa mempunyai tapak aktif, yang mana bahan kimia yang akan diangkut mesti mengikatnya. Laman web ini hanya akan mengikat satu molekul sahaja, dan bertujuan untuk mengangkut molekul ini sahaja. Tindakan mengikat inilah yang memungkinkan masuknya molekul besar melalui membran sel.

1. Apakah perbezaan antara protein saluran dan protein pembawa?
A. Mereka menggerakkan pelbagai jenis molekul
B. Protein saluran tidak memerlukan tenaga
C. Protein saluran tidak mengikat molekul yang diangkutnya

2. Mutasi pada seseorang menyebabkan saluran ionnya tidak berfungsi. Adakah ini akan menjadi masalah?
A. ya
B. Tidak
C. Mereka boleh merawatnya

3. Dalam eksperimen, seorang saintis memisahkan dua badan air dengan membran fosfolipid nipis, seperti yang terdapat di dalam sel. Dia menuangkan garam ke salah satu badan air. Membran mempunyai protein saluran yang tertanam. Eksperimen kawalannya ialah dua badan air yang dipisahkan oleh membran yang sama, tetapi tanpa protein saluran. Dia menambah garam untuk kawalan ini juga. Antara berikut, yang manakah anda jangka akan berlaku?
A. Dalam kedua-dua eksperimen tersebut, garam dengan cepat akan mencapai keseimbangan antara badan
B. Dalam kawalan, keseimbangan akan datang lebih perlahan daripada membran eksperimen
C. Kawalan akan datang ke keseimbangan lebih cepat


Vaksin dan penyakit prion

Sebelum saya membincangkan semua tuntutan ini, saya harus menjawab soalan: Apa itu prion? Penyakit prion lebih tepat disebut sebagai encephalopathies spongiform menular (TSE) dan merupakan bentuk gangguan neurodegeneratif progresif yang jarang berlaku yang boleh mempengaruhi manusia dan haiwan. Penyakit prion yang paling terkenal pada haiwan adalah encephalopathy spongiform bovine (BSE, juga dikenali sebagai & # 8220Mad Cow Disease & # 8221), scrapie, dan penyakit pembaziran kronik pada manusia, Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD) dan kuru. Penyakit-penyakit ini mempunyai masa inkubasi yang panjang dan menghasilkan perubahan spongiform otak yang berkaitan dengan kehilangan neuron tanpa tindak balas keradangan. Agen penyebab penyakit ini adalah prion. Menurut CDC:

Istilah & # 8220prion & # 8221 merujuk kepada agen patogen yang tidak normal yang boleh menular dan mampu mendorong lipatan protein selular normal yang tidak normal yang disebut protein prion yang terdapat paling banyak di otak. Fungsi protein prion normal ini masih belum difahami sepenuhnya. Lipatan abnormal protein prion membawa kepada kerosakan otak dan tanda-tanda ciri dan gejala penyakit. Penyakit prion biasanya progresif dengan cepat dan selalu membawa maut.

Pada dasarnya, prion dipercayai protein yang salah dilipat yang dapat memancarkan bentuknya yang salah dilipat ke varian normal protein yang sama. Saya tidak perlu pergi ke butiran untuk anda memahami asas-asas penyakit prion, selain daripada mengambil perhatian bahawa protein yang membentuk prion (PrP) ditemui di banyak tempat dalam badan pada orang dan haiwan yang sihat, dan fungsi normalnya dalam biologi dan fisiologi kurang difahami.

Tuntutan oleh antivaxxers bahawa vaksin boleh menyebabkan penyakit prion adalah salah satu yang saya sering lihat berbanding dengan dakwaan bahawa mereka menyebabkan penyakit Alzheimer, sehingga kajian SBM mendapati bahawa kami hanya menyinggungnya sebentar dalam ulasan John Snyder & # 8217 tentang buku Dr. Bob Sears & # 8217 yang memaparkan jadual vaksinnya & # 8220alternatif & # 8221. Asal tuntutan tersebut berasal dari pengamatan bahawa media yang digunakan untuk menyokong pertumbuhan beberapa barisan sel yang digunakan untuk menumbuhkan stok virus dari mana vaksin dibuat mengandungi serum janin sapi (FBS), bahan biasa dalam media kultur sel . Antivaxxers menggunakan pemerhatian tersebut untuk menuntut risiko & # 8220 pencemaran prion & # 8221 vaksin. Sudahlah bahawa pencemaran vaksin seperti ini tidak pernah ditunjukkan.

Seperti banyak mitos antivaksin, mitos bahawa vaksin mungkin tercemar dengan prion berasal dari sebilangan kebenaran. Beberapa dekad yang lalu, semasa kemuncak wabak penyakit lembu gila di UK, sememangnya terdapat kebimbangan mengenai penggunaan FBS daripada kumpulan lembu British untuk mengeluarkan vaksin. Artikel berita di Nature dari tahun 2000 melaporkan penemuan penyelidikan mengenai wabak BSE Britain & # 8217 dan bahkan secara khusus mengajukan pertanyaan: & # 8220Apakah beberapa mangsa CJD dijangkiti oleh vaksin? & # 8221 Laporan pada dasarnya menyimpulkan bahawa jawapan untuk soalan itu tidak diketahui, tetapi:

Laporan siasatan BSE’s (lihat di atas) memerlukan vaksin disiasat sebagai kemungkinan laluan penularan. Tetapi ia mengakui bahawa ini akan dihalang oleh fakta bahawa “rekod sistematik tindakan yang diambil sebagai tindak balas kepada BSE berkenaan dengan produk perubatan individu adalah kurang”.

Menariknya, vaksin yang dihasilkan selepas wabak BSE telah dikenal pasti - mungkin menggunakan bahan sapi Inggeris - masih digunakan baru-baru ini pada November 1993. Menurut laporan siasatan & # 8217s, ketua pegawai perubatan hari ini, Donald Acheson , memutuskan untuk menghapuskan stok sedia ada secara berperingkat kerana kumpulan vaksin baharu mengambil masa untuk berkembang, dan pakar perubatan menganggap bahawa faedah mengekalkan program imunisasi nasional yang berterusan mengatasi risiko mengganggunya.

Artikel dalam MPR dari tahun 2010 oleh pakar pediatrik Dr. Gary S. Marshall, pengarang The Vaccine Handbook: A Practical Guide for Clinicians (The Purple Book), lebih meyakinkan. Noting that the FDA convened a meeting in 2000 to discuss the very question of whether vaccines could transmit BSE, Dr. Marshall characterizes the conclusions of the FDA thusly:

Although the risk of transmission of vCJD to humans from such vaccines was considered theoretic and remote, the recommendation was made that vaccines use bovine materials originating from countries without endogenous MCD. Mathematical models suggest that the agent of MCD first entered cattle feed in the United Kingdom around 1980 since the vast majority of initial cases of vCJD were born well before then, childhood vaccines were not likely to be the cause.

Maternal-fetal transmission of prions has never been documented in animals and fetal blood is not known to contain prions. Moreover, the fetal bovine serum used in vaccine manufacture is highly diluted and eventually removed from cells during purification of vaccine viruses. It should be pointed out as well that prions propagate in mammalian brain but not in cell culture.

Final reassurance comes from the fact that transmission of prions occurs from eating the brains of infected animals or from directly inoculating preparations of brains of infected animals into the brains of experimental animals. Transmission of prions has not been documented after inoculation into the muscles or under the skin, which are the routes used for vaccination. Taken together, the chances that currently licensed vaccines contain prions and represent a risk to humans is essentially zero.

So, basically, although the claim that vaccines could transmit prions entered the antivaccine lexicon of disinformation in the 1990s, after billions upon billions of doses of vaccines for which the viral stock was grown in FBS-containing media, there remains no good evidence that vaccines have pernah been contaminated with prions or pernah caused a single case of prion disease in humans or animals.


The risk of developing celiac disease is increased by certain variants of the HLA-DQA1 dan HLA-DQB1 gen. These genes provide instructions for making proteins that play a critical role in the immune system. The HLA-DQA1 dan HLA-DQB1 genes belong to a family of genes called the human leukocyte antigen (HLA) complex . The HLA complex helps the immune system distinguish the body's own proteins from proteins made by foreign invaders such as viruses and bacteria.

The proteins produced from the HLA-DQA1 dan HLA-DQB1 genes attach (bind) to each other to form a functional protein complex called an antigen-binding DQαβ heterodimer . This complex, which is present on the surface of certain immune system cells, attaches to protein fragments (peptides) outside the cell. If the immune system recognizes the peptides as foreign (such as viral or bacterial peptides), it triggers a response to attack the invading viruses or bacteria.

Celiac disease is associated with an inappropriate immune response to a segment of the gluten protein called gliadin . This inappropriate activation of the immune system causes inflammation that damages the body's organs and tissues and leads to the signs and symptoms of celiac disease.

Almost all people with celiac disease have specific variants of the HLA-DQA1 dan HLA-DQB1 genes, which seem to increase the risk of an inappropriate immune response to gliadin. However, these variants are also found in 30 percent of the general population, and only 3 percent of individuals with the gene variants develop celiac disease.

It appears likely that other contributors, such as environmental factors and changes in other genes, also influence the development of this complex disorder.

Learn more about the genes associated with Celiac disease


3.4.5 Denaturation and Protein Folding

If a protein is subject to changes in temperature, pH, or exposure to chemicals, it may lose its shape, a process called penolakan. The primary structure of the protein is not changed by denaturation but some or all of the folding is lost. Denaturation is often reversible, allowing the protein to resume its function. Sometimes denaturation is irreversible, leading to permanent loss of function. One example of irreversible protein denaturation is cooking an egg white. Different proteins denature under different conditions. For example, bacteria from hot springs have proteins that function at temperatures close to boiling. Although stomach acid denatures proteins as part of digestion, the digestive enzymes of the stomach retain their activity under these conditions.

Correct folding of proteins is critical to their function. Although some proteins fold automatically, recent research has discovered that some proteins receive assistance in folding from protein helpers known as pendamping.


Tonton video: Apa itu Gangguan Metabolisme Part 1. Catatan Apoteker (Disember 2022).