Proteinernes rolle i din krop

Hver celle i din krop har sit eget sæt af små kemiske maskiner kaldet proteiner. De udfører en lang række vigtige funktioner, lige fra at transportere vigtige forsyninger og rense affald til at sende beskeder og bekæmpe angribere.

Proteiner kan være store eller små, hydrofile eller hydrofobiske, og de kan eksistere alene eller som en del af en struktur bestående af flere enheder. De kan folde sig eller ændre form ofte, og de kan binde andre molekyler på subtile måder eller med dramatisk kraft.

Struktur

Proteiner er unikke tredimensionelle strukturer, der består af aminosyrekæder. Deres form og konformationer påvirkes af hydrogenbinding mellem aminogrupper og carboxylgrupper i tilstødende områder af polypeptidkæden, hvilket skaber mønstre, der er kendt som alfa-helixer og beta-ark (figur 2).

Sekundærstruktur af proteiner henviser til den lokale foldning af polypeptidryggen, der danner stabile foldningsmønstre som alfa-helixer og beta-plisser. Den tertiære struktur er den overordnede tredimensionelle struktur, der dannes, når flere polypeptider kombineres til et protein.

Hver polypeptidkæde gennemgår reversible strukturelle ændringer for at opnå biologiske funktioner. Disse reversible overgange mellem strukturer kaldes konformationer.

Funktion

Proteiner er en vigtig komponent i alle celleprocesser. De udfører mange funktioner, herunder dannelse og reparation af væv og organer, beskyttelse mod sygdomme og fremmedlegemer og koordinering af cellesignalveje.

Alle proteiner har en grundstruktur bestående af et kulstofatom bundet til en aminogruppe (-NH2) og en carboxylgruppe (-COOH). Hver aminosyre har sin egen unikke sidekæde, eller R-gruppe.

Antallet og rækkefølgen af aminosyrer, der udgør et protein, bestemmer dets form, størrelse og funktion. De er bundet til hinanden ved en kovalent binding kaldet en peptidbinding.

Hver aminosyre er arrangeret på forskellige måder for at danne de tusindvis af forskellige proteiner, der findes i hele kroppen. Næsten alle dele af cellen er afhængige af proteiner for at være sunde og fungere.

Proteiner spiller også en vigtig rolle i transporten i cellernes cytoplasma og på tværs af plasmamembranen. Transportproteiner transporterer især ioner og andre stoffer inde i cellen og hjælper den til at fungere.

Interaktioner

Proteiner interagerer med hinanden på en række forskellige måder for at påvirke cellens eller organismens funktion, struktur og regulering. Disse interaktioner kan være forbigående, som i en signaltransduktion, eller stabile i form af et kompleks, der bliver en del af proteinets molekylære maskine.

En stor udfordring for systembiologien er at identificere protein-protein-interaktioner (PPI'er), der spiller en rolle i kontrollen af biologiske processer som f.eks. cellestofskifte og udvikling. Dette er et vigtigt mål for interactome-initiativet.

PPI'er er en grundlæggende del af det cellulære og metaboliske maskineri. Deres identifikation, organisering og analyse er nøglen til at forstå den cellulære funktion. Teknologier med høj gennemstrømning, f.eks. gær tohybrid, phage display og massespektrometri (MS), har gjort det muligt at udarbejde proteininteraktionsnetværk for mange arter i et hurtigt tempo. Disse metoder har dog deres egne begrænsninger. Disse omfatter bl.a:

Regulering

Regulering er en kritisk komponent i signaltransduktion, som gør det muligt for celler at reagere på en lang række signaler. Celler anvender et meget varieret sæt af metoder til at regulere proteinniveauer, proteinlokalisering og andre aspekter af proteinaktivitet.

Den mest grundlæggende måde, hvorpå cellerne styrer signalering, er ved at modulere hastigheden af proteinsyntese eller nedbrydning. For proteiner betyder dette, at man ændrer mængden af et specifikt protein eller dets forekomst i multiproteinkomplekser.

Derudover kan reguleringen også ændre, hvordan disse proteiner fungerer ved hjælp af posttranslationelle modifikationer. Et protein kan f.eks. ubiquitinere et andet protein for at lede det til proteasomet med henblik på nedbrydning eller for at give et ekstra signal, der regulerer dets interaktioner og/eller placering i cellen.

En nyere undersøgelse fra forskere fra Jackson Laboratory viste, at reguleringen af specifikke proteiner er bevaret blandt genetisk forskellige musepopulationer. Denne forskning giver et solidt grundlag for at forstå, hvordan proteomet reguleres, og hvordan det kan variere mellem forskellige arter og individer.