Biochemie/Eiwitten

Belang van eiwitten

Eiwitten behoren tot de fundamentele moleculen voor levende wezens. Ze zijn gemeenschappelijk voor alle leven en ze maken de meeste complexe functies in levende wezens mogelijk . Zij vormen ook de belangrijkste structurele component van levende wezens. Volgens het Centrale Dogma van Moleculaire Biologie (die door Francis Crick in 1958 wordt voorgesteld), wordt de informatie overgebracht van DNA° naar RNA naar eiwitten. DNA functioneert als opslagmiddelen voor de informatie noodzakelijk om eiwitten samen te stellen, en RNA is verantwoordelijk voor (onder andere) de vertaling van deze informatie in eiwitmoleculen, als deel van het ribosoom.

Vrijwel alle complexe chemische functies van de levende cel worden uitgeoefend door katalysatoren op basis van eiwitten: de enzymen.

Eiwitten kunnen dienen als structuurmoleculen. Ze kunnen ook dienen als transportmoleculen, bv. de hemoglobine die zuurstof en koolstofdioxide transporteert van de longen naar de lichaamscellen en vice versa.

Opbouw van Eiwitten

Basiseenheid van een eiwit

Eiwitten zijn moleculen die diverse taken in een cel op zich nemen. De aminozuursequentie en de manier hoe het eiwit gevouwen wordt, bepaalt de functie van het eiwit. Doordat een eiwit bestaat uit een reeks aminozuren aan elkaar, wordt een eiwit ook wel een polypeptide genoemd.

Transcriptie en translatie, zie hoe de codons naar aminozuren vertalen

Eiwitten worden gevormd aan de hand van het messenger RNA (mRNA) wat weer vanaf het DNA afgelezen wordt. Het mRNA wordt in een ribosoom geladen en per 3 basen, dat codon genoemd wordt, afgelezen. Een codon staat voor een specifiek aminozuur en het ribosoom zal de losse aminozuren aan elkaar rijgen. Dit proces wordt translatie genoemd.

Na de translatie wordt de polypeptide gevouwen, zodat er een hogere structuur ontstaat. Ook kunnen er target-signalen in een eiwit aanwezig zijn, zoals een Nuclear Localization Signal (NLS) die het eiwit naar de celkern zal sturen. Zijn er geen signalen aanwezig, dan zal het eiwit vaak in het cytoplasma terecht komen, waar er alsnog een signaalmolecuul aan gehangen kan worden wat een meer regulerende functie heeft. Voorbeelden hiervan zijn fosforylering, sumolering of ubiquitinering.

Structuren van eiwitten

Eiwitten moeten zich in een cel vouwen zodat deze functioneel kunnen worden, door dit proces kunnen tot vier structuren onderscheiden worden:

• Primaire structuur: de sequentievolgorde van aminozuren waaruit het eiwit opgebouwd is.
• Secundaire structuur: dit zijn vaak voorkomende structuren zoals β sheets en α-helixen, deze structuren ontstaan door toedoen van waterstofbruggen.
• Tertiaire structuur: de driedimensionale vorm van de gehele aminozuursequentie.
• Quaternaire structuur: In sommige gevallen is de tertiaire structuur niet voldoende om een werkend eiwit te krijgen, of meer flexibiliteit gewenst. In dat geval zullen meerdere subunits samenvoegen tot een geheel werkend eiwit.

Eiwitten zijn opgebouwd uit een aaneenschakeling van aminozuren. Ieder eiwit heeft een andere aminozuursequentie, m.a.w. een andere volgorde van aminozuren. Er zijn 20 aminozuren die in het menselijk lichaam voorkomen, allen L-aminozuren. Een eiwit kan gemakkelijk uit enkele duizenden aminozuren bestaan. Door de specifieke kenmerken (lading, polariteit...) van de verschillende zijketens van de individuele aminozuren heeft ieder individueel eiwit een uiterst specifieke structuur en activiteit.

Complexen van eiwitten

Nadat een eiwit gevormd is, kan het in principe zijn functie vervullen. Helaas heeft een eiwit vaak toch nog hulp nodig om zijn werk iets makkelijker te maken. Een mooi voorbeeld waar dit gebeurt is DNA replicatie (het verdubbelen van het genetisch materiaal voordat een cel gaat delen). DNA replicatie is een complex proces waar vele eiwitten bij betrokken zijn. Zo zijn er polymerases, een helicase, een topoisomerase, een primase, ligases en diverse structuele eiwitten bij betrokken. Al deze eiwitten zijn in een complex samengepakt, zodat het geheel als een structuur de functie vervult, in dit geval het replisoom. Verwar complexen niet met de quartaire structuur van eiwitten, dit is niet hetzelfde (een van de structuureiwitten in het replisoom is PCNA, dat zelf uit 3 polypeptiden opgebouwd is en dus zelf al een quartaire structuur heeft).