Vonderviszt Ferenc

A négymilliárd éves nanotechnológia

II. Mik azok a fehérjék?

3. ábra

A fehérjék az élet molekulái, az élő szervezetek legfontosabb anyagai. A nukleinsavak mellett talán a legbonyolultabb molekulák, amiket ismerünk. Első pillantásra egy fehérje több ezer, vagy akár több tízezer - elsősorban C, H, O, N és S - atom rendezett halmaza (3. ábra). A fehérjék valójában láncmolekulák (lineáris polimerek), amelyek 20 féle aminosav összekapcsolódásával jönnek létre. Minden aminosav azonos vázból és egy ahhoz csatlakozó egyedi oldalláncból épül fel (4. ábra). Az aminosavak azonos részeiken keresztül peptidkötéssel egymáshoz kapcsolódva alkotják a fehérjék polipeptidláncait (5. ábra), amelyek általában több száz aminosavból állnak. A polipeptidláncok váza periodikus szerkezet, amelyet a kapcsolódó oldalláncok tesznek változatossá. (6. ábra)

4. ábra

5. ábra

6. ábra

Mitől különlegesek a fehérjék? Noha az ember is képes lineáris polimereket szintetizálni, több lényegi különbség van a fehérjék és a mesterséges polimerek között: A mesterséges polimerláncok változó hosszával szemben az egyes fehérjék aminosavsorrendje, s ezáltal mérete és tömege szigorúan meghatározott. Míg a mesterséges polimerekek oldatban nem rendelkeznek határozott térszerkezettel, s nagyszámú konformáció között véletlenszerűen csaponganak, addig a fehérjék polipeptidlánca képes felvenni egy jól definiált kompakt térszerkezetet. Az animáción azt láthatjuk, hogy miként tekeredik fel a sejten belüli anyagcsere-folyamatokban fontos szerepet játszó PGK fehérje polipetidlánca.

Animáció: A PGK fehérje polipeptidváza

A könnyebb áttekinthetőség kedvéért a baloldalon csak az oldalláncok nélküli polipeptidváz van feltüntetve. A fehérjék polipeptidváza periodikus szerkezet, éppen ezért gyakran vesz fel szabályos térbeli szerkezetet, mint az

Animáció: A PGK fehérje térszerkezete

Az előbbi animáció jobb oldalán látható másfajta megjelenítési mód érzékelteti, hogy a fehérjék felszíne rendkívül változatos, nemcsak alakját, de töltöttségi viszonyait tekintve is. Valójában a térszerkezetre vonatkozó minden információ adott környezeti körülmények között az aminosav-szekvenciában rejlik, azaz általában egy fehérje polipeptidlánca minden külső segítség nélkül képes kialakítani jól definiált térbeli szerkezetét. A fehérjék feltekeredettsége, kompakt térszerkezete teszi lehetővé, hogy változatos funkciókat lássanak el.