Biokemia/Proteiini

Proteiini eli valkuaisaine on pitkästä aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdiste. Proteiinit ovat kaikkien solujen rakennusainetta ja välttämättömiä elintoiminnoille. Proteiinit ovat myös tärkeitä ravintoaineita. Jotkin proteiinit toimivat entsyymeinä, ja osa proteiineista toimii viestinvälittäjinä soluissa ja niiden välillä. Proteiineja muodostuu elimistössä DNA:n koodaamina aminohapoista.

Rakenne

Proteiinien rakennetta luokitellaan neljästä näkökulmasta:

• Primäärinen rakenne on aminohappojen järjestys.
• Sekundaarisella rakenteella viitataan muun muassa proteiinin muotoon vaikuttaviin rikkisiltoihin ja vetysidoksiin. Tunnetuimmat sekundaarirakenteet ovat α-kierteet (helix) ja β-laskokset (lamelli). α-helix on yleinen rakenne pallomaisilla eli globulaarisilla proteiineilla.
• Tertiäärinen rakenne tarkoittaa proteiinin avaruudellista rakennetta kokonaisuudessaan. Proteiinin denaturoituessa lämpötilan tai kemikaalin vaikutuksesta tertiäärirakenne hajoaa.
• Kvaternaarinen rakenne tarkoittaa usean proteiinin ryhmittymää.

Aminohapot

Aminohapot ovat orgaanisen kemian yhdisteitä, joissa on sekä amiiniryhmä (-NH2) että karboksyyliryhmä (-COOH). Amiiniryhmä on emäs ja karboksyyliryhmä happo.

Alfa-aminohapot, joissa amiini- ja karboksyyliryhmä liittyvät samaan hiileen, ovat biokemiassa keskeisiä molekyylejä.

Aminohapot voivat polymerisoitua, jolloin ne muodostavat peptidejä, eli aminohappoketjuja. Aminohapot ovat tällöin kiinni toisissaan peptidisidoksella. Kaikki proteiinit ovat muodostuneet useista kymmenistä polymerisoituneista aminohapoista (polypeptidi). Jotkut hormonit ovat oligopeptidejä, jotka koostuvat vain muutamista aminohapoista.

Proteiineja muodostavia aminohappoja tunnetaan tähän mennessä 22, joista 2 on löydetty vain yhdestä mikrobista. Muilla eliöillä on käytössä 20 aminohappoa. Luonnossa esiintyy kuitenkin myös monia muita aminohappoja jotka eivät osallistu proteiinien rakentamiseen.

Proteiinin eri muodot

Entsyymit

Entsyymit ovat biologisia katalyytteja. Entsyymit ovat tyypillisesti proteiineja, mutta myös RNA-molekyylit voivat olla entsyymejä. Monissa proteiinientsyymeissä aktiivinen keskus koostuu muusta kuin aminohapoista, usein aminohappoihin koordinoituneesta yhdestä tai useammasta metalli-ionista. Tavallisimpia näistä ovat kupari-, rauta- ja sinkki-ionit.

Ilman entsyymejä kemialliset reaktiot tapahtuisivat soluissa liian hitaasti, eikä elämä olisi mahdollista. Entsyymit nopeuttavat reaktioita vähintään tuhatkertaisesti, joskus jopa 10¹⁷-kertaisesti. Entsyymit ovat erittäin spesifejä katalyytteja, jotka katalysoivat usein vain harvoja reaktioita.

Laktaasi

Laktaasi on laktoosia eli maitosokeria pilkkova entsyymi. Suomalaisessa väestössä on tavallista, että laktaasin tuotanto ohutsuolessa jatkuu imeväisiän jälkeenkin, mutta noin joka kuudennella suomalaisella laktaasintuotanto loppuu imetyksen jälkeen. Laktaasin tuotanto saattaa vähetä myös vanhuuden myötä.

Laktoosi-intoleranssi on tila, jossa henkilö ei tuota laktaasia, vaan laktoosia sisältävien maitotuotteiden nauttiminen aiheuttaa mm. ripulia ja vatsakipuja. Tämä johtuu siitä, että pilkkoutumaton maitosokeri päätyy sellaisenaan suolistoon, jossa mikrobit hajottavat sen tuottaen runsaasti kaasua. Nykyään on myynnissä laktaasivalmisteita, joita käyttämällä laktoosi-intolerantikko voi käyttää laktoosia sisältäviä tuotteita. Vähälaktoosisissa valmisteissa ruoan laktoosi on pilkottu jo etukäteen.

Rakenneproteiinit

Rakenneproteiini on proteiini joka toimii solun tai kudoksen rakenneosana. Monet rakenneproteiinit ovat säikeisiä.

Keratiini

Keratiinia esiintyy mm. kynsissä, hiuksissa, sarvissa, sulissa ja suomuissa.

Kollageeni

Kollageeni on säikeinen rakenneproteiini, joka mm. antaa iholle kimmoisuutta. Kollageenisäikeet ovat hyvin lujia ja kestäviä. C-vitamiinin puutos aiheuttaa kollageenisäikeiden heikkoa rakennetta, joka johtaa tautiin nimeltä keripukki. Keripukin oireita ovat mm. ihon ja limakalvojen heikko kunto, herkkyys mustelmien synnylle, haavojen puutteellinen paraneminen sekä verenvuototaipumus.

Aktiini

Aktiinisäikeitä on erityisen runsaasti lihaskudoksessa.

Signaaliproteiinit

Signaaliproteiinit toimivat solujen viestinvälittäjinä. Niissä on usein reseptori johon viestimilekyyli voi tarttua, ja toinen pää joka välittää viestiä eteenpäin. Kaikki viestimolekyylit eivät ole proteiineja, vaan tällaisina voivat toimia myös esim. kalsium-ionit ja monet pienet molekyylit.

Kuljetusproteiinit

Kuljetusproteiinit auttavat kuljettamaan ioneita ja molekyylejä solukalvon läpi. Rasvaliukoiset aineet läpäisevät kalvon suoraan, mutta varaukselliset ja vesiliukoiset tarvitsevat erillisen kulkureitin tätä varten.

Tunnistusproteiinit

Tunnistusproteiineja on mm. valkosolujen pinnalla. Näiden proteiinien avulla ne voivat tunnistaa omat rakenteet vieraista.