Proteina

Proteinak aminoazido-hondakinen kate luze batek edo gehiagok osatutako biomolekula eta makromolekula handiak dira. Proteinek askotariko funtzioak dituzte organismoetan, hala nola erreakzio metabolikoak katalizatzea, DNA erreplikatzea, estimuluei erantzutea, zelulak eta organismoak egituratzea eta molekulak leku batetik bestera eramatea. Proteinak, nagusiki, beren aminoazido-sekuentziagatik bereizten dira. Aminoazidoen sekuentzia geneen nukleotido-sekuentziak ematen du, eta proteinaren jarduera zehazten duen hiru dimentsioko egitura espezifiko batean tolesten da.

Polipeptido deritzo aminoazidoen kate lineal bati. Proteina batek gutxienez polipeptido luze bat du. Polipeptido laburrak, 20-30 aminoazido baino gutxiago dituztenak, oso gutxitan hartzen dira proteinatzat eta normalean peptido esaten zaie. Banakako aminoazidoak lotura peptidikoen eta aldameneko aminoazidoen bidez lotuta daude. Proteina baten aminoazidoen sekuentzia gene baten sekuentziak definitzen du, kode genetikoan kodetuta. Oro har, kode genetikoak 20 aminoazido estandar zehazten ditu; baina zenbait organismotan, kode genetikoak selenozisteina eta -zenbait arkeobakterioetan- pirrolisina jaso dezake. Handik gutxira edo sintesian zehar, proteina baten hondakinak kimikoki aldatu ohi dira, aldaketa postadukzionalen bidez; horrela aldatu egiten dituzte propietate fisikoak eta kimikoak, tolestea, egonkortasuna, jarduera eta, azken batean, proteinen funtzioa. Proteina batzuek talde ez-peptidikoak dituzte elkartuta, talde prostetiko edo kofaktore deritzenak. Proteinek ere elkarrekin lan egin dezakete funtzio jakin bat lortzeko, eta, askotan, proteina-konplexu egonkorrak eratzeko elkartzen dira.

Eratu ondoren, proteinak denbora-tarte jakin batean baino ez dira existitzen, eta, ondoren, zelula-makinek degradatu eta birziklatu egiten dituzte, proteinen ordezkatze prozesuaren bidez. Proteina baten bizitza erabilgarria haren bizi-erdiaren bidez neurtzen da, eta espektro zabala hartzen du. Minutu gutxi batzuk edo urte luzez egon daitezke, eta batez beste 1-2 eguneko bizitza izan dezakete ugaztunen zeluletan. Proteina anomaloak edo gaizki tolestuak azkarrago degradatzen dira, suntsitzen direlako edo ezegonkorrak direlako.

Beste makromolekula biologiko batzuk bezala, hala nola polisakaridoak eta azido nukleikoak, proteinak organismoen funtsezko zatiak dira eta ia prozesu zelular guztietan parte hartzen dute. Proteina asko erreakzio biokimikoak katalizatzen dituzten eta metabolismorako ezinbestekoak diren entzimak dira. Proteinek ere funtzio estrukturalak edo mekanikoak dituzte, hala nola aktina eta miosina muskuluan eta zitoeskeletoaren proteinak, zelula-formari eusten dion aldamio-sistema osatzen dutenak. Beste proteina batzuk garrantzitsuak dira zelula-seinaleetan, immunitate-erantzunetan, atxikipen zelularrean eta zelula-zikloan. Animalietan, proteinak beharrezkoak dira dietan sintetizatu ezin diren funtsezko aminoazidoak emateko. Digestioak proteinak deskonposatzen ditu erabilera metabolikorako.

Proteinak beste zelula-osagai batzuetatik purifika daitezke, zenbait teknikaren bidez, hala nola ultrazentrifugazioa, prezipitazioa, elektroforesia eta kromatografia; ingeniaritza genetikoa iristean, metodo batzuk erabili dira purifikazioa errazteko. Proteinen egitura eta funtzioa aztertzeko erabili ohi diren metodoen artean daude immunohistokimika, tokira zuzendutako mutagenesia, X izpien kristalografia, erresonantzia magnetiko nuklearra eta masen espektrometria.

Historia eta etimologia 
XVIII. mendean, Antoine Fourcroyk eta beste autore batzuek ikusi zuten proteinak molekula biologikoen beste mota bat zirela, eta beroarekin edo azidoarekin egindako tratamenduetan koagulatzeko edo flokulatzeko duten gaitasunagatik bereizten zirela. Garai hartako adibide aipagarriak ziren zuringoaren albumina, odoleko serumaren albumina, fibrina eta gari-glutena.

Gerardus Johannes Mulder kimikari holandarrak lehen aldiz deskribatu zituen proteinak, eta Jöns Jacob Berzelius suediarrak izena eman zien 1838an. Mulderrek proteina arrunten oinarrizko analisiak egin zituen eta ia proteina guztiek formula enpiriko bera zutela aurkitu zuen: C400H620N100O120P1S1. Okerreko ondorioa atera zuen: molekula mota bakar batek (oso handiak) osatuak egon zitezkeela. Molekula horiek deskribatzeko "proteina" terminoa Berzeliusek proposatu zuen, Mulderren bazkideak; proteina hitza grekozko  hitzetik dator, "primarioa", "buruan" edo "aurrean doana" esan nahi duena. Mulderrek proteinen degradazio-produktuak identifikatu zituen, hala nola leuzina aminoazidoa. Horretarako, 131 Da-ko pisu molekularra (ia zuzena) aurkitu zuen. "Proteina" baino lehen, beste izen batzuk erabiltzen ziren, hala nola "albuminak" edo "material albuminosoak".

Nutrizioaren lehen zientzialariek, hala nola Carl von Voit alemaniarrak, uste zuten proteina zela elikadurarik garrantzitsuena gorputzaren egiturari eusteko, oro har uste baitzen "haragiak haragia egiten duela". Karl Heinrich Ritthausenek azido glutamikoa identifikatuz handitu zituen forma proteiko ezagunak. Connecticuteko Nekazaritzako Estazio Esperimentalean, Thomas Burr Osbornek landare-proteinen berrikuspen zehatza bildu zuen. Lafayette Mendelekin lan eginez eta laborategiko arratoien elikaduran Liebigen minimoaren legea aplikatuz, nutrizioaren ikuspegitik funtsezkoak diren aminoazidoak ezarri ziren. William Cumming Rosek jarraitu eta jakinarazi zuen lana. Proteinak polipeptido gisa ulertzea Franz Hofmeister eta Hermann Emil Fischeren lanei esker iritsi zen 1902an. Organismo bizidunetan entzima gisa proteinek zuten eginkizun nagusia ez zen guztiz hauteman 1926ra arte, James B. Sumnerrek frogatu zuenean ureasa entzima proteina bat zela berez.

Proteinak kantitate handitan purifikatzeko zailtasunak asko zaildu zuen proteinetan espezializatutako lehen biokimikarien azterketa. Horregatik, lehen azterketetan, kopuru handitan purifika zitezkeen proteinak aztertu ziren, hala nola, odolarenak, arrautza-zuringoarenak, hiltegietatik ateratako digestio-/metabolismo-toxina eta -entzimak. 1950eko hamarkadan, Armour Hot Dog Co.-k ardien pankreatik eratorritako A erribonukleasa  kilogramo bat purifikatu zuen, eta doan jarri zuen zientzialarien eskura; keinu horri esker, A erribonukleasa azterketa biokimikoaren helburu nagusietako bat bihurtu zen hurrengo hamarkadetan.

Linus Paulingek proposatu zuen hidrogeno-loturetan oinarritutako proteinen bigarren mailako egitura erregularren ideia. William Astburyk azaldu zuen lehen aldiz ideia hori 1933an. Desnaturalizazioari buruz Walter Kauzmannek egin zituen ondorengo lanek, neurri batean Kaj Linderstrøm-Lang taldearen aurretiazko azterketetan oinarrituta, proteinen tolestea eta egitura ulertzen lagundu zuten, interakzio hidrofobikoen bidez neurtua.

Sekuentziatutako lehen proteina intsulina izan zen, Frederick Sangerrek 1949an. Sangerrek behar bezala zehaztu zuen intsulinaren aminoazidoen sekuentzia, eta garbi erakutsi zuen proteinak aminoazidoen polimero linealez osatuta zeudela, eta ez kate adarkatuz, koloidez edo ziklolez. Lorpen horrengatik Nobel saria jaso zuen 1958an.

X izpien kristalografiaren garapenak proteinen egiturak sekuentziatzea ahalbidetu zuen. Konpondutako lehen proteina-egiturak hemoglobinarenak izan ziren, Max Perutz eta mioglobinarenak, John Kendrewek proposatua 1958an. Ordenagailuen erabilerak eta kalkulu-potentzia gero eta handiagoak ere proteina konplexuen sekuentziazioa erraztu zuten. 1999an, Roger Kornbergek RNA polimerasaren egitura konplexua sekuentziatzea lortu zuen, sinkrotroi bateko intentsitate handiko X izpiak erabiliz.

Ordutik, multzo makromolekular handien kriomikroskopia elektronikoa (cryo-EM) garatu da. Kriomikroskopia elektronikoak proteina izoztuen laginak erabiltzen ditu kristalen eta elektroi izpien ordez X izpien ordez. Laginari kalte gutxiago egiten dio, eta, horri esker, zientzialariek informazio gehiago lortu eta egitura handiagoak azter ditzakete. Lagina gutxiago kaltetzen denez, zientzialariek informazio gehiago lor dezakete eta egitura handiagoak azter ditzakete. Proteina-eremu txikien egituraren iragarpen konputazionalak ere lagundu die ikertzaileei proteina-egituren bereizmenera hurbiltzen. 2017an, Proteinen Datu Bankuak 126.060 proteina-egitura baino gehiago ditu ebazpen atomikoarekin.

Genoman kodetutako proteina kopurua 
Genoma batean kodetutako proteinen kopurua bat dator, gutxi gorabehera, gene-kopuruarekin (hala ere, proteinen RNA kodetzen duten gene asko egon daitezke, adibidez, RNA erribosomikoak). Birusek proteina gutxi batzuetatik ehunka batzuetara kodetu ohi dituzte, arkeobakterioak eta bakterioak ehunka gutxi batzuetatik mila batzuetara arteko; eukariotoek, berriz, milaka gutxi batzuetatik dozenaka mila proteinara kodetu ohi dituzte.

Biokimika 

Proteina gehienak 20 L-α-aminoazido arteko serieetatik sortutako polimero linealez osatuta daude. Aminoazido proteinogeniko guztiek egitura-ezaugarri komunak dituzte, α-karbono bati lotutako amino talde bat, karboxilo talde bat eta alboko kate aldakor bat. Prolina baino ez da oinarrizko egitura horretatik bereizten, N muturreko amino taldean ezohiko eraztun bat baitauka, CO-NH frakzioari formazio finko bat lotzen zaiona. Aminoazido estandarren albo-kateek, aminoazido estandarren zerrendan zehaztutakoek, egitura eta propietate kimiko ugari dituzte; proteina baten aminoazidoen alboko kate guztien efektu konbinatuak zehazten du, azken batean, haren egitura tridimentsionala eta erreaktibotasun kimikoa. Kate polipeptidiko bateko aminoazidoak lotura peptidikoen bidez lotuta daude. Behin proteina-katean elkartuta, aminoazido indibidual bati hondakin esaten zaio, eta karbono, nitrogeno eta oxigeno atomoen serie estekatuari kate nagusi edo eskeleto proteiko deritzo.

Lotura peptidikoak bi erresonantzia-forma ditu, lotura bikoitzaren nolabaiteko izaera ematen dutenak eta ardatzaren inguruko errotazioa inhibitzen dutenak; beraz, alfa karbonoak gutxi gorabehera planokideak dira. Lotura peptidikoaren beste bi angelu diedroek proteinaren eskeletoak hartzen duen forma lokala zehazten dute. Amino talde aske bat duen muturra N-terminal edo aminoterminala da, eta karboxilo talde aske bat duen proteinaren muturra, berriz, C-terminal edo karboxi-terminal.  Proteinaren sekuentzia N-terminaletik C-terminalera idazten da, ezkerretik eskumara.

Proteina, polipeptido eta peptido hitzak anbiguo samarrak dira eta beren esanahian gaindi daitezke. Oro har, proteina erabiltzen da molekula biologiko osoa konformazio egonkor batean adierazteko; peptidoa, berriz, aminoazidoen oligomero motz baterako gordetzen da, zeinak, askotan, ez baitu egitura tridimentsional egonkorrik. Baina bien arteko muga ez dago ondo zehaztuta, eta, maiz, 20-30 bat hondakin artean dago. Polipeptidoa aminoazidoen edozein kate lineal sinple izan daiteke, eskuarki haien luzera edozein dela ere, baina, sarritan, ez da konformazio zehatzik izaten.

Elkarrekintzak 
Proteinek elkarrekintza ugari izan ditzakete molekula askorekin, tartean beste proteina batzuekin, lipidoekin, karbohidratoekin eta DNArekin.

Ugaritasuna zeluletan 
Tamaina ertaineko bakterioek zelula bakoitzeko 2 milioi proteina inguru dituztela kalkulatzen da (adibidez, E. coli eta Staphylococcus aureus). Bakterio txikienek, hala nola Mycoplasmak edo espiroketek, molekula gutxiago dituzte, 50.000 eta 1 milioi artean. Zelula eukariotoak, aldiz, handiagoak dira, eta, beraz, askoz proteina gehiago dituzte. Adibidez, kalkulatzen da legamia-zelulek 50 milioi proteina inguru dituztela, eta giza zelulek, berriz, 1.000 eta 3.000 milioi bitartean. Proteina mota bakoitzaren kopien kontzentrazioa zelula bakoitzeko molekula gutxi batzuetatik 20 milioira bitartekoa da. Proteinak kodetzen dituzten gene guztiak ez dira zelula gehienetan adierazten, eta haien kopurua, adibidez, zelula motaren eta kanpoko estimuluen araberakoa da. Adibidez, giza genomak kodetutako 20.000 proteinetatik 6.000 baino ez dira detektatzen zelula linfoblastoideetan.

Sintesia

Biosintesia 

Proteinak aminoazidoetatik abiatuta sintetizatzen dira, geneetan kodetutako informazioa erabiliz. Proteina bakoitzak bere aminoazido-sekuentzia bakarra du, kodetzen duen genearen nukleotido-sekuentziak zehaztua. Kode genetikoa kodoi izeneko hiru nukleotidoren multzoa da, eta hiru nukleotidoren konbinazio bakoitzak aminoazido bat adierazten du; adibidez, AUG (adenina urazilo-guanina) metioninaren kodea da. DNAk lau nukleotido dituenez, guztira 64 dira kodoi posibleak; horregatik dago nolabaiteko erredundantzia kode genetikoan, aminoazido batzuk kodoi batekin baino gehiagorekin zehazten baitira. DNAn kodetutako geneak RNA aurremezulari (mRNA) gisa transkribatuko dira lehenik, RNA polimerasaren gisako proteinen bidez. Ondoren, organismo gehienek RNApre-m (transkribatu primario ere esaten zaio) prozesatzen dute transkripzio ondoko zenbait aldaketaren bidez, RNA heldua eratzeko; erribosomak proteinen sintesirako molde gisa erabiltzen du. Prokariotetan, mRNA sortu bezain laster erabil daiteke, edo erribosoma batek lotu dezake nukleoidetik urrundu ondoren. Eukariotoek, aldiz, zelula-nukleoan sortzen dute mRNA, eta mintz nuklearretik garraiatzen dute zitoplasmaraino, non proteinen sintesia gertatzen baita. Proteinen sintesi-tasa handiagoa da prokariotetan eukariotoetan baino, eta segundoko 20 aminoazidoraino irits daiteke.

Itzulpen deritzo proteina baten sintesi-prozesuari, mRNA batetik abiatuta. mRNA erribosoman kargatzen da, eta hirunaka irakurtzen da hiru nukleotidotan, kodoi bakoitza eta baseak parekatzeko antikodoia bat eginik. Transferentziako RNA molekula batean dago kodoiari dagokion aminoazidoa. Aminoazil tRNA sintetasa entzimak tRNA molekulak aminoazido zuzenekin "kargatzen" ditu. Hazten ari den polipeptidoari kate jaioberri esaten zaio. Proteinak beti biosintetizatzen dira N-terminaletik C-terminalera.

Sintetizatutako proteina baten tamaina aminoazido-kopuruaren eta bere masa molekular osoaren bidez neur daiteke. Masa hori, eskuarki, dalton unitateetan adierazten da (masa atomikoko unitateen sinonimoa), edo kilodalton unitate deribatuaren (kDa) bidez. Proteina baten batez besteko tamaina handitu egiten da Archaeatik Bakteriora eta Eukariotara (283, 311, 438 hondakin eta 31, 34, 49 kDa, hurrenez hurren), goi-mailako organismoetan proteinak domeinu gehiago dituelako. Adibidez, legamien proteinen batez besteko luzera 466 aminoazidokoa da eta masa 53 kDa-koa. Ezagutzen diren proteina handienak titinak dira, muskulu-sarkomeroaren osagaia, ia 3.000 kDa-ko masa molekularra eta 27.000 aminoazidoko luzera dituena.

Sintesi kimikoa 
Proteina laburrak kimikoki sintetiza daitezke sintesi peptidiko izeneko metodo-familia baten bidez; metodo horiek sintesi organikoko tekniketan oinarritzen dira, hala nola lotura kimikoan, errendimendu handiko peptidoak ekoizteko. Sintesi kimikoari esker, kate polipeptidikoetan aminoazido ez-naturalak sar daitezke, hala nola zunda fluoreszenteak aminoazidoen alboko kateekin lotzea. Metodo horiek erabilgarriak dira laborategiko biokimikan eta biologia zelularrean, baina ez aplikazio komertzialetarako. Sintesi kimikoa ez da eraginkorra 300 aminoazidotik gorako polipeptidoentzat, eta sintetizatutako proteinek erraz har dezakete beren jatorrizko egitura tertziarioa. Sintesi kimikoko metodo gehienak C-terminaletik N-terminalera doaz, erreakzio biologikoaren kontrako noranzkoan.

Proteinen degradazioa 
Proteinen sintesia bezala, makromolekula hauen degradazioa ere prozesu konplexua eta modu finean erregulatua da. Proteinak degradatzeko ubikitinaz markatzen dira. Ubikitina 74 aminoazidoz osatutako polipeptidoa da. Eboluzioan zehar asko kontserbatu da ubikitina eta bakterioetatik bestelako bizidunetara zabaltzen da. Oro har onartuta dago ubikitinarekin lotzeko proteinaren terminalean NH2- talde bat aske edukitzea ezinbestekoa dela, baina prozesua gertatzeko behar den konformazioa oraindik ikertzeke dago.

Ikerketa-metodoak 
Proteinen egiturak eta aktibitateak in vitro, in vivo eta in silico azter daitezke. Ingurune kontrolatuetan purifikatutako proteinen in vitro ikerketak proteinek bere funtzioa nola betetzen duten ulertzeko baliagarriak dira. Esate baterako, zinetika entzimatikoko saioek entzima baten aktibitate katalitikoaren mekanismo kimikoak eta substratu desberdinekiko afinitateak aztertzen dituzte. In vivo saioak, aldiz, zelula baten zein organismo oso baten testuinguruan entzimak duen rol fisiologikoa aztertzeko erabiltzen dira. Azkenik, in silico saioetan proteinak aztertzeko metodo konputazionalak erabiltzen dira.

Proteinen purifikazioa 
Proteina baten in vitro analisia egiteko, gainontzeko zelula-osagaietatik banatu behar da. Prozesua zelularen lisiarekin hasten da, alegia, zelularen mintzaren apurketarekin eta barruko edukiaren kanporaketarekin. Soluzioa zentrifugazio diferentzial bidez purifikatu, eta hainbat frakzio lortzen dira: proteina disolbagarriak, lipidoak eta mintzeko proteinak, organuluak eta azido nukleikoak. Proteinak kontzentratzeko, gatz-kontzentrazio handien bidezko prezipitazio-metodoa erabil daiteke. Intereseko proteina edo proteinak isolatzeko, askotariko kromatografiak daude, masa molekularrean, karga netoan zein lotura-afinitatean oinarritzen direnak. Azkenik, purifikazio-maila monitoriza daiteke: gel-elektroforesi bidez proteinaren masa molekularra eta puntu isoelektrikoa ezagutzen dira. Ondoren, proteina espektroskopia bidez aztertzen da ezaugarri egokiak dituen ikusteko. Proteinak isoelektroenfoke-teknika bidez ere isola daitezke. Isoelektroenfokea proteinaren kargan oinarritzen da.

Proteina naturalen kasuan, purifikazio-urrats asko behar izaten dira beharrezkoa den purifikazio-mailara iristeko. Prozesua sinplifikatzeko, askotan ingeniaritza genetikoa erabiltzen da proteinari ezaugarri-kimikoak gehitzeko; modu horretan, purifikazioa errazagoa da eta ez dira proteinaren egitura eta funtzioak aldatzen. Teknikarik ohikoena proteinaren amaieran etiketa bat lotzean datza, aminoazido-sekuentzia bat izaten dena (histidina). Lisia nikela duen kromatografia-zutabetik pasatzen da eta histidinaren eta nikelaren arteko lotura eratzen da. Intereseko proteina zutabean itsatsita gelditzen da eta lotu ez diren konposatu guztiak zutabetik ateratzen dira.

Kokapena zelulan 

Proteinen in vivo saioetan zelulan duten kokapena eta sintesi-lekua zein diren aztertzen da. Jakina da zelula barruko proteina asko zitoplasman sintetizatzen direla eta mintzeko eta mintzeko proteinak eta proteina jariakorrak erretikulu endoplasmatikoan sintetizatzen direla, baina proteina bakoitza organuluetara eta egitura desberdinetara nola garraiatzen den ez da ongi ezagutzen. Hori dela eta, zelulako kokapena estimatzeko, ingeniaritza genetikoa erabiltzen da fusio-proteina baten adierazpena erabiliz. Proteina horrek bi osagai ditu: proteina naturala eta gehitzen zaion markatzailea, proteina berde fluoreszentea (green fluorescent protein, GFP). Fusio-proteinaren kokapena mikroskopia bidez aztertzen da, irudian ikus daitekeen bezala.

Proteinak zelulan lokalizatzeko beste aukera bat da antigorputz markatuak erabiltzea, hau da, zeharkako immunofluoreszentzia.

Eboluzioa 
Biologia molekularrean, funtsezkoa da proteinek nolako bilakaera duten aztertzea. Bestalde, mutazioek eragindako egitura- eta funtzio-aldaketak ere aztertzen dira. Proteina baten aminoazido gehienak aldatu egin daitezke jarduera edo funtzio-aldaketarik pairatu gabe, espezie desberdinetako proteina homologoetan ikusi den moduan. Mutazioen ondorio larriak saihesteko, gene bat bikoiztu egin daiteke libreki mutatu baino lehen.

Entzima askok substratuaren espezifikotasuna alda dezakete mutazio batekin edo gehiagorekin.  Substratuaren espezifikotasunaren aldaketak substratuaren promiskuitateak errazten ditu, hau da, hainbat substratu elkartu eta prozesatzeko entzima askoren gaitasuna.

Mutazioak gertatzen direnean, entzima baten espezifikotasuna handitu edo txikitu egin daiteke entzima-jarduerarekin batera.  Horri esker, bakterioak edo beste organismo batzuk substratu ez-naturalak diren elikagai-iturrietara egokitu daitezke, hala nola plastikora.

Egitura 
Proteinek lau antolakuntza-maila dituzte eta horietako bakoitzak aurrekoak espazioan duen egitura azaltzen du.

Egitura primarioa 
Egitura primario deritzo kate polipeptidikoen barruan aminoazidoek duten segida linealari.

Egitura sekundarioa 
Egitura sekundarioak proteinaren aminoazido-sekuentziak dituen toleste-patroi lokalak dira, eta elkarrekiko gertu dauden aminoazioen arteko hidrogeno-zubiei esker sortzen dira. Hidrogeno-zubiak lotura peptidikoan parte hartzen duten karbonoen karbonilo (-CO-) eta amino (-NH-) taldeen artean sortzen dira. Hidrogeno-zubiak ahulak direnez, proteinek erraz galtzen dute haien egitura sekundarioa. Egitura sekundario ohikoenak hauek dira:

 α helizea. Kate polipeptidikoa bere ardatzaren inguruan biratzen da eskuin alderantz eta helize baten itxura hartzen du. Birak aminoazido bakoitzaren α karbonoaren inguruan gertatzen dira. α helizea oso erregularra da eta beti izaten ditu neurri berdinak. Bira bat osatzeko 3,6 aminoazido-hondar behar dira.
 β konformazioa. Egitura sekundario honetan katea ez da tolesten. Horren ordez, kate polipeptidikoaren zati desberdinak elkartu, eta aminoazido-sekuentziek xafla baten itxura hartzen dute. Era honetako egiturak ez du egitura guztiz laua, zig-zag modukoa baizik. Gainera, egitura honetako bi kate elkartuz gero, β orri tolestu deritzon egitura sortzen da.

Egitura tertziarioa 
Polipeptido baten bigarren mailako egitura bere buruarekiko tolesten denean sortzen den egiturari egitura tertziario deritzo. Egitura tertziarioa proteinaren osaketa globaltzat har daiteke eta aurreko egiturek baldintzatzen dute. Gainera, proteinaren funtzio biologikoa baldintzatzen du. Disulfuro loturek (S-S), Van der Waalsen indarrek eta hidrogeno-zubiek egonkortzen dituzte proteinen egitura tertziarioak.

Egitura kuaternarioa 
Proteina berdinak edo ezberdinak elkartzen direnean eratzen den goi-mailako proteinen egiturari egitura kuaternario deritzo. Egitura kuaternariodun proteinak azpiunitatez osaturik daude. Unitateok elkarrekintza hidrofobikoz eta elektrostatikoz loturik daude, eta haien hirugarren mailako egitura mantentzen dute. Hemoglobinak eta entzima batzuek egitura kuaternarioa dute.

Funtzioak 
Proteinak zelularen barruko aktore nagusiak dira, eta geneetan kodetutako informazioak zehaztutako funtzioak betetzen dituztela esaten da. RNA mota batzuk izan ezik, gainerako molekula biologiko gehienak proteinek eragiten dieten elementuak dira. Proteinak Escherichia coli zelularen pisu lehorraren erdia dira, eta beste makromolekula batzuk, hala nola DNA eta RNA, %3 eta %20 baino ez dira, hurrenez hurren. Zelula-mota jakin batean adierazitako proteina-multzoari proteoma deritzo.

Era askotako funtzioak dituzten proteinen ezaugarri nagusia beste molekula batzuekin modu espezifiko eta estuan lotzeko gaitasuna da. Beste molekula bat elkartzeaz arduratzen den proteina-eskualdeari lotura-gune deritzo, eta depresioa edo poltsikoa izaten da gainazal molekularrean. Lotura-ahalmen hori proteinaren hirugarren mailako egituraren (lotura-gunearen poltsikoa definitzen du) eta inguruko aminoazidoen alboko kateen propietate kimikoen araberakoa da. Proteinen elkarketa oso estua eta berariazkoa izan daiteke; adibidez, erribonukleasak inhibitzen dituen proteina giza angiogeninarekin elkartzen da kontzentrazio subfemtomolarren (10-15 M) disoziazio-konstante batekin, baina ez da inola ere bat egiten homologo anfibioa den onkonasarekin (>1 M). Askoz aldaketa kimiko txikiagoak, hala nola metil talde bakar bat elkartzea, batzuetan nahikoak izan daitezke lotura ia erabat ezabatzeko; adibidez, valina izeneko aminoazidoarentzat espezifikoa den tRNA aminoazil sintetasak diskriminatzen du oso antzekoa den isoleuzinarekin. 

Proteinak beste proteina batzuekin eta molekula txikien substratuekin lot daitezke. Proteinak molekula beraren beste kopia batzuei lotzen zaizkienean, oligomerizatu egin daitezke zuntzak eratzeko; prozesu hori, askotan, egitura-proteinetan gertatzen da, hots, zuntz zurrunak eratzeko berez elkartzen diren monomero globularretan. Proteina-proteina elkarrekintzek jarduera entzimatikoa ere erregulatzen dute, zelula-zikloaren bidezko progresioa kontrolatzen dute eta funtzio biologiko komun batekin lotura estua duten erreakzio asko egiten dituzten proteina-konplexu handiak mihiztatzeko aukera ematen dute. Proteinak ere zelula-mintzekin lotu daitezke, baita mintz horietan integratu ere. Lotura-kideek proteinetan konformazio-aldaketak eragiteko duten gaitasunari esker, seinaleztapen-sare oso konplexuak eraiki daitezke. Proteinen arteko elkarreraginak itzulgarriak direnez eta, neurri handi batean, funtzio multzo diskretuak egiteko gai diren agregatuak osatzeko elkartutako proteina-talde desberdinak izatearen mende daudenez, proteina espezifikoen arteko elkarrekintzak aztertzea funtsezkoa da funtzio zelularraren alderdi garrantzitsuak ulertzeko, eta, azken batean, zenbait zelula-mota bereizten dituzten propietateak ulertzeko.

Entzimak 

Proteinek zelulan duten funtziorik ezagunena entzimena da, erreakzio kimikoak katalizatzen baitituzte. Entzimak oso espezifikoak izaten dira eta erreakzio kimiko bakarra edo gutxi batzuk bizkortzen dituzte. Entzimek metabolismoan inplikatutako erreakzio gehienak gauzatzen dituzte, DNAren erreplikazioa, DNAren konponketa eta transkripzioa bezalako prozesuetan manipulatzeaz gain. Entzima batzuek beste proteina batzuei eragiten diete talde kimikoak gehitzeko edo ezabatzeko, trantsizio osteko aldaketa gisa ezagutzen den prozesu batean. Entzimek katalizatutako 4.000 erreakzio inguru ezagutzen dira. Katalisi entzimatikoak emandako abiaduraren azelerazioa handia izaten da askotan: orotato deskarboxilasaren kasuan, abiadura 1017 aldiz biderkatzen da katalizatu gabeko erreakzioarekiko (78 milioi urte entzimarik gabe, 18 milisegundo entzimarekin).

Entzimei lotutako molekulei substratuak esaten zaie. Entzimak ehunka aminoazidoz osatuak egon daitezkeen arren, normalean hondakinen zati txiki batek baino ez du substratuarekin kontaktuan jartzen, eta zati txikiago batek (batez beste, hiru-lau hondakin) zuzenean esku hartzen du katalisian. Substratuarekin bat egiten duen eta hondakin katalitikoak dituen entzimaren eskualdea gune aktibo gisa ezagutzen da.

Proteina nagusiak beste entzima batzuek sintetizatutako konposatu baten estereokimika diktatzen duten proteina mota batekoak dira.

Zelulen arteko komunikazioa

Egiturazko proteinak

Propietateak 

 Desnaturalizazioa: proteina-egituraren aldaketa da, eta prozesu hau dela eta, haren funtzio biologikoak galtzen dituzte proteinek. Hauek dira desnaturalizazioan eragina duten faktoreak: pHa, tenperatura-aldaketa bortitzak, presio osmotikoa eta presio hidrostatikoa. Desnaturalizazioa eragiten duten faktore horiei agente desnaturalizatzaile deritze. Desnaturalizazioaren ondorioetako bat disolbagarritasunaren galera da.  Desnaturalizazioa itzulezina zein itzulgarria izan daiteke. Baldintza oso gogorretan proteinaren egitura desantolatu, eta desnaturalizazioa itzulezin bihurtzen da. Hala ere, baldintza kontrolatuetan proteinen desnaturalizazio leun eta geldoa eragin daiteke eta, ondoren, alderantzizko metodo baten bidez birnaturalizatu. Fenomeno hori proteina gutxi batzuetan soilik gerta daiteke, erribonukleasa A proteinan adibidez.
 Disolbagarritasuna: aminoazidoen erradikalek urarekin erreakziona dezakete. Erradikal gehienak hidrofiloak baldin badira, proteina uretan disolbatzen da; erradikal gehienak hidrofoboak badira, aldiz, proteina ez da disolbatzen. Tenperatura zein pHa igoz gero, disolbagarritasuna galtzen da.
 Espezifikotasuna: proteina bakoitzak funtzio jakin bat daukate, lehen mailako egiturak determinatzen duena.
 pH-aren indargetzailea (tanpoi efektua): proteinek, haien izaera anfoteroa dela eta, hots, izaera azidoa (elektroi-emailea) zein izaera basikoa (elektroi-hartzailea) hartu ahal izateari esker, pH-a indargetu dezakete.

Sailkapena 
Proteinak sailkatzeko hainbat irizpide erabil daitezke, ez baitago sailkatzeko sistema unibertsalik.

Formaren arabera 

 Proteina haritsuak (edo zuntz-proteinak): proteina hauek kate polipeptidiko luzeak dituzte. Gainera, hirugarren mailako egitura dute non bigarren mailako egitura bat nagusitzen den: alfa helizea edo beta orria. Hondakinen sekuentzia errepikakorrak dituzte, eta, eskuarki, egitura-funtzioa betetzen dute. Paraleloan lotzen dira, eta, sarritan, inguruko kateak lotura kobalenteekin (disulfuro zubiekin edo bestelakoekin) gurutzatuta egoten dira. Disolbaezinak dira uretan eta ur-disoluzioetan. Proteina haritsuen adibide batzuk keratina, kolagenoa eta fibrina dira.
 Proteina globularrak: proteina hauek forma esferikoan edo trinkoan estututako kateak dituzte, talde hidrofobikoak proteinaren barrurantz utzita, eta talde hidrofiloak, berriz, kanporantz. Hori dela eta, disolbagarriak dira disolbatzaile polarretan, hala nola uretan. Proteina globularrek kate polipeptidiko berean hainbat egitura sekundario dituzte, adibidez, alfa helizeak, beta orriak, biraketak, itzuliak eta berez desordenatuta dauden eskualdeak. Entzima, antigorputz, hormona eta garraio-proteina gehienak proteina globularrak dira.
 Proteina mistoak: zati fibrilarra (eskuarki proteinaren erdian) eta beste zati globular bat (muturretan) dituzten proteinak dira.

Disolbagarritasunaren arabera 

 Proteina globularrak: uretan eta ur-disoluzioetan disolbatzen dira.
 Zuntz-proteinak: disolbaezinak dira uretan eta ur-disoluzioetan.
 Mintzeko proteina integralak (edo mintzean zeharreko proteinak): hondakin hidrofobikoen sekuentziak dituzte, eta normalean alfa helizearen edo beta harizpien konformazioak hartzen dituzte. Konformazio horiek zelula-mintzen zati hidrofobikoaren antzekoak dira. Mintzeko proteinek ez dituzte proteina-zitoplasmatikoen toleste-mekanismoak pairatzen.

 Berez desordenatutako proteinak: proteina hauek egitura malgua dute, eta egitura hori aldatzen da disolbatzailearekin edo beste molekula batzuekin duten elkarrekintzaren arabera. Normalean, lisina, arginina, glutamatoa, aspartatoa eta histidina bezalako kargadun hondakinetan aberatsak izaten dira, eta ugariagoak dira eukariotoetan prokariotoetan baino. Proteina askok berez desordenatutako domeinuak dituzte, p53 adibidez.

Konposizio kimikoaren arabera 

 Proteina sinpleak edo holoproteinak: hidrolizatzen direnean aminoazidoak baino ez dituzte sortzen. Horien adibide dira intsulina, kolagenoa eta albumina.
 Proteina konjugatuak edo heteroproteinak: proteina hauek kate polipeptidikoak eta talde prostetikoak dituzte. Aminoazidoa ez den zatiari talde prostetiko esaten zaio, eta azido nukleikoa, lipidoa, azukrea edo ioi ez-organikoa izan daiteke. Proteina konjugatuen adibide modura, mioglobina eta zitokromoa aipa daitezke. Mota honetako proteinak haien talde prostetikoen izaeraren arabera sailkatzen dira:
 Nukleoproteinak: haien talde prostetikoa azido nukleikoz osatuta dago.
 Fosfoproteinak: fosfatoa duen erradikal batekin uztartutako proteinak dira, azido nukleiko edo fosfolipido baten desberdina dena.
 Metaloproteinak: haien talde prostetikoa metalez osatuta dago.
 Kromoproteinak: talde kromoforo batekin konbinatutako proteinak dira.
 Glukoproteinak: haien talde prostetikoa karbohidratoz osatuta dago.

Nutrizioa 
Mikroorganismo eta landare gehienek 20 aminoazido estandarrak biosintetiza ditzakete, eta animaliek, gizakiak barne, zenbait aminoazido lortu behar dituzte dietatik. Organismo batek sintetizatu ezin dituen aminoazidoei aminoazido esentzial deritze. Zenbait aminoazido sintetizatzen dituzten entzimak ez daude animalietan, aspartokinasa, esaterako, zeinak aspartatoaren, lisinaren, metioninaren eta treoninaren sintesiaren lehenengo urratsa katalizatzen duen. Aminoazidoak ingurunean badaude, mikroorganismoek energia kontserba dezakete inguruko aminoazidoak xurgatuz eta haien bide biosintetikoak murriztuz.

Animaliek proteinatan aberatsak diren elikagaiak janez lortzen dituzte aminoazidoak. Irentsitako proteinak aminoazidotan deskonposatzen dira digestioaren bidez eta, normalean, proteinak desnaturalizatu egiten dira azidoaren eraginpean egoteagatik eta hidrolisi entzimatikoaren ondorioz. Sortutako aminoazido batzuk proteinen biosintesirako erabiltzen dira; beste batzuk, berriz, glukoneogenesiaren bidez glukosa bihurtzen dira, edo azido zitrikoaren zikloan sartzen dira. Proteina erregai gisa erabiltzea oso garrantzitsua da inanizio-egoeran. Izan ere, aukera dago gorputzeko proteinak bizia bermatzeko helburuarekin erabiltzeko, bereziki muskuluan daudenak.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Proteinak
Biologia molekularra
Proteomika