proteiner

Proteiner utgjør et stort mangfold av ulike forbindelser. Noen proteiner er byggesteiner i kroppen til mennesker og andre dyr. De er blant annet nødvendige for å danne skjelett, organer, bindevev, muskler, hud og hår. Et annet eksempel på proteiner med en spesiell oppgave er antistoffer, som beskytter mennesker og andre dyr ved å ødelegge virus og bakterier.

Andre proteiner utfører spesielle oppgaver i og mellom cellene. For eksempel finnes det proteiner som gir signaler om at cellen skal vokse eller dele seg. Slike proteiner finnes både i dyr, planter, sopp og bakterier.

Planter har lagringsproteiner i frøene sine, sammen med andre næringsstoffer, som brytes ned til aminosyrer og brukes av planten som vokser ut av frøet til å bygge nye proteiner.

Spindelvevet til edderkopper er laget av veldig sterk silke som består av proteiner.

Virus har en kapsel rundt arvestoffet sitt som består av proteiner.

Proteiner er en nødvendig del av kosten, og er kilde til aminosyrer og nitrogen. Mens planter selv kan lage de aminosyrene de trenger, kan menneskekroppen bare produsere elleve av aminosyrene som brukes til å lage kroppens egne proteiner. De ni øvrige er vi avhengige av å få fra mat og drikke. Disse ni kalles derfor essensielle eller livsviktige aminosyrer. På verdensbasis dør over to millioner barn hvert år av mangelsykdommer som til dels skyldes for lite protein i kosten.

Når protein fra både mat og kroppens egne muskler og vev brytes ned, skilles overskuddet av nitrogenet ut i urinen som urea.

• Les mer om protein som næringsstoff

Dannelsen av nye proteiner i cellene kalles proteinsyntese. Arvestoffet DNA inneholder oppskriften på de forskjellige proteinene. Den genetiske koden i DNA bestemmer rekkefølgen på aminosyrene i hvert enkelt protein, og dermed proteinets egenskaper.

Først overføres den genetiske koden fra DNA i cellekjernen til et annet stoff som heter RNA. Denne overføringen kalles transkripsjon, etter det engelske ordet for å skrive ned. RNA som bærer med seg oppskriften på et protein kalles mRNA eller budbringer-RNA.

Deretter forflyttes mRNA til cellens ribosomer utenfor cellekjernen. Her styrer den genetiske koden i mRNA-et sammenkjedingen av aminosyrer til et protein. Overføringen fra mRNA til protein kalles translasjon etter det engelske ordet for oversettelse.

• Les mer om proteinsyntesen

Det er to hovedgrupper av proteiner: fiberproteiner og kuleformede proteiner.

Kjedene av aminosyrer som proteiner er bygget opp av kalles polypeptider. Et protein kan bestå av én eller flere polypeptidkjeder.

Hver aminosyre består av et karbonatom som er kjemisk bundet til fire andre deler. Tre av disse delene er like for alle aminosyrene: For det første en karboksylgruppe (ett karbon-, to oksygen- og ett hydrogenatom, -COOH), for det andre en aminogruppe (ett nitrogen- og to hydrogenatomer, -NH₂) og for det tredje ett enkelt hydrogenatom (-H). Den fjerde plassen inneholder en såkalt sidekjede (-R) som gir hver aminosyre sine spesielle egenskaper.

Bindingen mellom to aminosyrer kalles en peptidbinding. Den skjer ved at karboksylgruppen i én aminosyre bindes til aminogruppen i en annen. I reaksjonen frigis et vannmolekyl.

Ved at peptidbindingen stadig gjentas, blir det en lang kjede som kalles polypeptidkjedens ryggrad. Aminosyrenes sidekjeder (R1, R2, R3) er festet til denne ryggraden. Et eksempel på sidekjedenes betydning er keratin, et protein som finnes i hår hos mennesker og andre virveldyr. Keratin har mange sidekjeder med svovel som kan danne bindinger med hverandre og få håret til å krølle seg. Jo flere svovelmolekyler i sidekjedene, jo mer krøllete hår.

Enkelte arvelige sykdommer kan skyldes at den genetiske koden er forandret på ett enkelt sted, slik at en aminosyre byttes ut med en annen. Et eksempel på dette er blodsykdommen sigdcelleanemi. Personer med sigdcelleanemi har en liten genfeil som gjør at én enkelt aminosyre er byttet ut i proteinet hemoglobin. Dermed virker ikke proteinet slik det skal.

Proteinenes mangfoldige egenskaper henger sammen med at peptidkjedene folder seg til kompliserte tredimensjonale former (strukturer). Denne foldingen er avhengig av rekkefølgen på aminosyrene. Noen proteiner folder seg av seg selv. Andre trenger hjelp fra hjelpeproteiner kalt chaperoner. Den tredimensjonale formen eller strukturen kalles også for proteinets konfigurasjon.

Proteiners struktur deles gjerne i fire typer:

I dag brukes kunstig intelligens til å forutsi den tredimensjonale strukturen til proteiner. Forskerne Demis Hassabis og John Jumper ble tildelt Nobelprisen i kjemi 2024 for denne forskningen. Å bruke kunstig intelligens har vært et stort og avgjørende framskritt på dette feltet, som man har forsket på siden 1950-tallet. I dag tar det bare noen minutter å finne 3D-strukturen til proteiner, noe som tidligere tok flere år, hvis man i det hele tatt klarte det.

Målet har vært å kunne forutsi strukturen til proteiner på grunnlag av rekkefølgen av aminosyrer på den eller de kjedene proteinet består av. Den tredimensjonale strukturen til proteiner er viktig å kjenne fordi man da bedre kan forstå for eksempel sykdommer og behandlingen av disse. For eksempel ble strukturen av proteinet på membranen til SARS-CoV-2, som forårsaket koronapandemien, brukt til å forstå virusets virkemåte og utvikle vaksiner.

Den aller første tredimensjonale modellen for proteinstruktur ble publisert på slutten av 1950-tallet og brukte røntgenkrystallografi. Forskerne John Cowdery Kendrew og Max Ferdinand Perutz ble i 1962 tildelt Nobelprisen i kjemi for oppdagelsen.

Når et kuleformet protein varmes opp til over 60–70 °C eller utsettes for sterke syrer eller baser, vil det miste sin tredimensjonale struktur (form); det denaturerer og mister sin biologiske aktivitet. Samtidig blir proteinet gjerne uløselig i vann; det koagulerer. Koagulering av eggehvite under koking av egg er et eksempel på varmedenaturering av proteiner. Under denatureringen vil bindinger mellom sidekjedene og/eller ryggraden av proteinet ødelegges, slik at polypeptidkjeden foldes ut og får en tilfeldig form.

Proteinsekvensering vil si å finne ut hvilken rekkefølge av aminosyrer som kjennetegner et bestemt protein. Tidligere bestemte man rekkefølgen ved hjelp av Edman-degradering, hvor én og én aminosyre ble fjernet fra enden og analysert. I dag bestemmes den gjerne ved å sekvensere den delen av DNA eller mRNA som koder for proteinet. Å sekvensere DNA eller mRNA vil si å lese av rekkefølgen av baser som utgjør den genetiske koden. Når man kjenner den genetiske koden for et protein kan man fastslå rekkefølgen av aminosyrene. Man kan også analysere et protein ved å dele det opp i biter (peptider) og bestemme vekten av disse bitene med massespektrometri, for så å sette bitene sammen som i et puslespill. For denne teknikken er man avhengig av å kjenne til aminosyresekvensen til proteinet som blir analysert. Analyse av proteiner med massespektrometri kalles proteomikk.

I naturen fins det millioner av ulike proteiner, men det går også an å lage helt nye proteiner i laboratoriet med nye strukturer og egenskaper. Dette kalles de novo-design. Den amerikanske biokjemikeren David Baker ble i 2024 tildelt Nobelprisen i kjemi for denne forskningen (han delte prisen med John Kendrew og Max Perutz som fikk den for å bruke kunstig intelligens til å forutsi 3D-strukturen til proteiner).

Nye proteiner har potensialet til å kunne brukes innen ulike felt. For eksempel kan man konstruere proteiner som angriper kreftceller og dermed forbedrer kreftbehandling, som kan bryte ned plast og andre forurensinger i naturen, som kan kombineres med andre stoffer og lage helt nye materialer.

• proteinsyntese
• proteiner – ernæring
• den genetiske koden
• aminosyrer
• proteomikk

• AlphaFold – kunstig intelligens og proteinstruktur