Bjelančevine

Ilustracija prostorne strukture proteina (Midwest Center for Structural Genomics)|thumb|320px
[mini|desno|320px|3D struktura [proteina mioglobina 
pokazuje tirkizne alfa helikse. Ovo je prvi protein čija je struktura razjašnjena putem X-kristalografije. 
Desno od centra među namotajima je proteinska hem grupa (prikazano u sivoj boji) s molekulom vezanog kisika (crvena).]]

**Bjelančevine** ili **proteini** su makromolekule (*macro*=mnogo, više; *moliculis*=sićušan, mali;) koje su nastale međusobnim spajanjem aminokiselina. Dogovoreno je da se spojevi koji broje manje od 50 aminokiselina u niz nazivaju polipeptidi, a da se makromolekule sa preko 50 aminokiselina nazivaju proteini. Bjelančevine su vrlo važni sastavni dijelovi svakog organizma, jer čine neke strukture i supstance koje su neophodne za život. Bjelančevine se dijele na proste (proteine) i složene bjelančevine (proteide). Složene bjelančevine (proteidi), osim proteinskog dijela imaju i prostetičku grupu. Prema hemijskom sastavu prostetičke grupe izvršena je podjela složenih bjelančevina na : nukleoproteide, hromoproteide, glikoproteide, fosfoproteide i lipoproteide.
 
## Pregled
Sinteza bjelančevina se dešava u ćelijama živih organizama, na specifičnim tjelašcima u ćeliji nazvanim ribosomi. Svaki protein ima svoj tačan niz aminokiselina, a informacija o njegovoj sintezi i osobenostima se nalazi unutar DNK organizma koji se posmatra. U DNK se nalazi specifičan kod koji definiše raspored i broj aminokiselina koje čine jedan protein. Promjenom redoslijeda samo jedne karike u lancu nastaće nova bjelančevina, potpuno novih osobina.

Dakle, za neku specifičnu vrstu živog bića, osnovno je odabrati redosljed karika (aminokiselina) u lancu bjelančevina, kao i pravu smjesu za tu vrstu specifičnih bjelančevina. Tu zadaću ima DNK. Proteini, pored aminokiselina, mogu sadržavati i neke druge organske i neorganske materije npr. šećere – glikoproiteini, fosforne derivate – fosfoproteini, masti-lipoproteini. Svaka aminokiselina ima svoj amino i karboksilni dio, pa u spoju dvije ili više aminokiselina vežu se amino (-NH2) grupa jedne sa karboksilnom -(COOH) grupom druge aminokiseline i time nastaje hemijska veza nazvana peptidna veza -CO-NH-.

Sinteza proteina se odvija u kontinuiranom procesu koji ima  nekoliko faza.
***Inicijacija** je početna faza sinteze proteina, u kojoj počinje transkripcija genetičke informacije, uz katalitičko posredovanje odgovarajućih enzima. Tada enzim specifični antikodon iRNK prepoznaje komplementarni kodon na informacijskoj RNK i ugrađuje prvu aminokiselinu u buduči polipeptidni lanac.
***Elongacija** je faza u kojoj  se produžava lanac ugrađenih aminokiselina, zahvaljujući očitavanjem narednih tripleta u iRNK. Elongacija traje sve dotle dok se ne realizira kompletni redoslijed aminokiselina koje su kodirane genetičkom informacijom specifične iRNk, kao komplementarnom kopijom jednog polulanca odgovarajućeg lokusa.
***Terminacija** molekule proteina nastaje nakon što iRNK ne realizira kodiranje posljednje aminokiseline u specifičnom polipeptidnom lancu (proteinu).

## Struktura 
Struktura bjelančevina je veoma složena i podijeljena je na nekoliko nivoa: primarna, sekundarna, tercijarna i kvaternerna struktura. 
* Primarna struktura proteina podrazumijeva redoslijed vezanja aminokiselina u peptidnom lancu.
* Sekundarna struktura predstavlja izgled proteinskog lanca u prostoru (npr. alfa heliks). Za nju je odgovorna vodikova veza.
* Kod mnogih proteina dolazi do interakcija raznih funkcionalnih grupa u ostacima aminokiselina. To vodi do daljeg uvijanja, savijanja i zbijanja lanaca i takva trodimenzionalna struktura se zove tercijarna struktura. Zavisno od tercijarne strukture, proteini se dijele na *fibrilarne* i *globularne*. 
* Fibrilarni proteini imaju vlaknastu strukturu i teško se otapaju u vodi. 
* Globularni proteini imaju zbijenu strukturu loptastog oblika. Otapaju se u vodi i, zbog veličine molekula, formiraju koloide.
* Udruživanjem više proteina u veće agregate nastaje proteinski kompleks koji predstavlja kvaternernu strukturu.

## Historija i etimologija
Kao posebnu klasu bioloških molekula, proteine su prepoznali Antoine Fourcroy i drugi, u osamnaestom stoljeću, koji su ih razlikovali po sposobnosti molekula da koaguliraju ili flokuliraju pod tretmanima toplotom ili kiselinom. Najpoznatiji primjeri toga vremena uključivali su albumin iz bjelanjka, krvni serumski albumin, fibrin i pšenični gluten.

Proteine je prvi opisao holandski hemičar Gerardus Johannes Mulder, a imenovao ih je švedski hemičar Jöns Jacob Berzelius 1838. Mulder je izvršio elementarnu analizu uobičajenih proteina i otkrio da skoro svi proteini imaju istu empirijsku formulu,C400H620N100O120P1S1. "na čelu" ili "stoji ispred",

Rani nutricionisti kao što je njemački Carl von Voit vjerovali su da je protein najvažniji nutrijent za održavanje strukture tijela, jer se općenito vjerovalo da "meso čini meso". Centralna uloga proteina kao enzima u živim organizmima nije bila u potpunosti cijenjena sve do 1926. godine, kada je James B. Sumner pokazao da je enzim ureaza u stvari protein.  Prve strukture proteina koje je trebalo riješiti su hemoglobin, što je uradio Max Perutz, a Sir John Cowdery Kendrew, mioglobina, 1958.

### Zastupljenost u ćelijama 
Procijenjeno je da prosječne bakterije sadrže oko dva miliona proteina po ćeliji (npr. *Escherichia coli* i *Staphylococcus aureus*). Manje bakterije, kao što su *Mycoplasma* ili *Spirochaeta* sadrže manje molekula, reda veličine od 50.000 do jedan milion. Nasuprot tome, eukariotske ćelije su veće i stoga sadrže mnogo više proteina. Naprimjer, procjenjuje se da ćelije kvasca *Saccharomyces cerevisiae* sadrže oko 50 miliona proteina i ljudske ćelije reda veličine 1–3 milijarde. Koncentracija pojedinačnih kopija proteina kreće se od nekoliko molekula do 20 miliona po ćeliji. Nisu svi geni koji kodiraju proteine izraženi u većini ćelija i njihov broj zavisi od, naprimer, tipa ćelije i spoljašnjih podražaja. Naprimjer, od oko 20.000 proteina koje kodira ljudski genom, samo 6.000 je otkriveno u limfoblastoidnim ćelijama.

## Sinteza
### Biosinteza
 proizvodi protein koristeći iRNK kao šablon]] 
 sekvenca gena kodira sekvencu aminokiselina proteina]]

Proteini se sastavljaju od aminokiselina, koristeći informacije kodirane u genima. Svaki protein ima svoju jedinstvenu sekvencu aminokiselina koja je specificirana nukleotidnom sekvencom gena koji kodira ovaj protein. Genetički kod je skup skupova od tri nukleotida koji se nazivaju kodoni i svaka kombinacija od tri nukleotida označava aminokiselinu, na primjer AUG (adenin–uracil–guanin) je šifra za metionin. Pošto DNK sadrži četiri nukleotida, ukupan broj mogućih kodona je 64; dakle, postoji određena redundantnost u genetičkom kodu, sa nekim aminokiselinama specificiranim sa više od jednog kodona. Naprimjer, kvaščevi proteini su u prosjeku dugi 466 aminokiselina i 53 kDa u masi. Naprimjer, SH3 domen se obično vezuje za kratke PxxP motive (tj. dva prolina [P], odvojena sa dvije nespecificirane aminokiseline [x], iako okolne aminokiseline mogu odrediti tačnu specifičnost vezivanja). Mnogi takvi motivi prikupljeni su u bazi podataka Eukaryotic Linear Motif (ELM).

## Ćelijske funkcije
Proteini su glavni akteri unutar ćelije, za koje se kaže da izvršavaju funkcije određene informacijama kodiranim u genima. Skup proteina izraženih u određenoj ćeliji ili tipu ćelije poznat je kao njegov proteom.
 je prikazan kao konvencionalni molekulski model kuglice i štapa. Za skaliranje u gornjem desnom uglu su dva njegova supstrata, ATP i glukoza.]]

Glavna karakteristika proteina koja također omogućava njihov raznolik skup funkcija je njihova sposobnost da specifično i čvrsto vežu druge molekule. Područje proteina odgovornog za vezivanje drugog molekula poznato je kao mjesto vezivanja i često je udubljenje ili "džep" na površini molekula. Ova sposobnost vezivanja je posredovana tercijarnom strukturom proteina, koja definira džep za mjesto vezivanja, i hemijskim svojstvima bočnih lanaca okolnih aminokiselina. Vezivanje za proteine može biti izuzetno čvrsto i specifično; naprimjer, protein inhibitor ribonukleaze veže se za ljudski angiogenin sa subfemtomolarnom konstantom disocijacije (−15 M) ali uopće ne veže na njegov homolog onkonaza vodozemaca (>1 M). Ekstremno male hemijske promene, kao što je dodavanje jedne metil grupe vezujućem partneru ponekad mogu biti dovoljne da se skoro eliminiše vezivanje; naprimjer, aminoacil tRNK sintetaza specifična za aminokiselinu valin diskriminira vrlo sličan bočni lanac aminokiseline izoleucin. Kako bi se spriječile dramatične posljedice mutacija, gen može biti dupliciran prije nego što može slobodno mutirati. Međutim, ovo također može dovesti do potpunog gubitka funkcije gena, a time i pseudogena. Češće, promjene jedne aminokiseline (tačkasta mutacija) imaju ograničene posljedice, iako neke mogu značajno promijeniti funkciju proteina, posebno u enzimima. Naprimjer, mnogi enzimi mogu promijeniti svoju specifičnost supstrata jednom ili nekoliko mutacija. Promjene u specifičnosti supstrata su olakšane *promiskuitetom supstrata*, tj. sposobnošću mnogih enzima da vežu i obrađuju više supstrata. Kada se pojave mutacije, specifičnost enzima može se povećati (ili smanjiti), a time i njegova enzimska aktivnost.

## Metodi proučavanja
Aktivnosti i strukture proteina mogu se ispitati *in vitro*, *in vivo, i in silico*. **In vitro** studije pročišćenih proteina u kontroliranim sredinama korisne su za spoznaju kako protein obavlja svoju funkciju: naprimjer, studije kinetike enzima istražuju hemijski mehanizam katalitske aktivnosti enzima i njegovog relativnog afiniteta za različite moguće molekule supstrata. Nasuprot tome, '**in vivo**' eksperimenti mogu pružiti informacije o fiziološkoj ulozi proteina u kontekstu ćelije ili čak cijelog organizma. '**In silico**' studije koriste računarske metode za proučavanje proteina.

### Prečišćavanje proteina
Da bi se izvršila *in vitro* analiza, protein mora biti prečišćen od drugih ćelijskih komponenti. Ovaj proces obično počinje lizom ćelija, pri čemu se ćelijska membrana poremeti i njen unutrašnji sadržaj se oslobađa u rastvor poznat kao sirovi lizat. Rezultirajuća smjesa se može pročistiti pomoću ultracentrifugacije, koja frakcioniše različite ćelijske komponente u frakcije koje sadrže rastvorljive proteine; membranski lipidi i proteini, ćelijske organele i nukleinske kiseline. Precipitacija metodom poznatim kao soljenje može koncentrirati proteine iz ovog lizata. Različiti tipovi  hromatografija se zatim koriste za izolaciju proteina ili proteina od interesa, na osnovu svojstava kao što su molekulskaa težina, neto naboj i afinitet vezivanja.

### Proteomika
Ukupni komplement proteina prisutnih u jednom trenutku u ćeliji ili tipu ćelije poznat je kao njen proteom, a proučavanje takvih velikih skupova podataka definiše polje proteomika, nazvano po analogiji sa srodnaom oblasti genomika. Ključne eksperimentalne tehnike u proteomici uključuju 2D elektroforezu, koja omogućava odvajanje mnogih proteina, masenu spektometriju, koja omogućava brzu identifikaciju proteina visoke propusnosti i sekvenciranje peptida (najčešće nakon digestija u gelu), proteinske mikromreže, koji omogućavaju detekciju relativnih nivoa različitih proteina prisutnih u ćeliji, i dvo-hibridni skrining, koji omogućava sistematsko istraživanje interakcija protein-protein. Ukupni komplement biološki mogućih takvih interakcija poznat je kao interaktom. Sistematski pokušaj određivanja struktura proteina koji predstavljaju svaki mogući nabor poznat je kao strukturna genomika.

### Određivanje strukture
Otkrivanje tercijarne strukture proteina, ili kvaternarne strukture njegovih kompleksa, može pružiti važne naznake o tome kako protein obavlja svoju funkciju i kako na njega može uticati, naprimjer u dizajn lijekova. Kako su proteini premali da bi se vidjeli pod svjetlosnim mikroskopom, moraju se koristiti drugi metodi da bi se odredila njihova struktura. Uobičajene eksperimentalne metode uključuju rendgensku kristalografiju i NMR spektroskopiju, od kojih obje mogu proizvesti strukturne informacije pri atomskoj rezoluciji. Međutim, NMR eksperimenti mogu pružiti informacije iz kojih se može procijeniti podskup udaljenosti između parova atoma, a konačne moguće konformacije za protein se određuju rješavanjem problema geometrija udaljenosti. Interferometrija dvostruke polarizacije je kvantitativni analitički metod za mjerenje ukupne konformacije proteina i konformacijske promjene uzrokovane interakcijama ili drugim stimulusom. Kružni dihroizam je još jedna laboratorijska tehnika za određivanje unutrašnjeg β-list /α-helikalnog sastava proteina. Krioelektronska mikroskopija koristi se za proizvodnju strukturnih informacija niže rezolucije o veoma velikim proteinskim kompleksima, uključujući sastavljene viruse; Predviđanje i analiza poremećaja proteina je, stoga, važan dio karakterizacije strukture proteina.

### Bioinformatika
Razvijen je širok spektar računarskih metoda za analizu strukture, funkcije i evolucije proteina. Razvoj takvih alata podstaknut je velikom količinom genomskih i proteomskih podataka dostupnih za razne organizme, uključujući ljudski genom. Prosto je nemoguće eksperimentalno proučiti sve proteine, pa se samo nekoliko podvrgava laboratorijskim eksperimentima dok se računarski alati koriste za ekstrapolaciju na slične proteine. Takvi homologni proteini mogu se efikasno identifikovati u udaljenim organizmima pomoću usklađivanja sekvenci. Genom i sekvence gena mogu se pretraživati raznim alatima za određena svojstva. Alat za profilisanje sekvenci mogu pronaći restrikcijski enzimi mesta, otvoreni okvir čitanja u nukleotidnim sekvencama i predvidjeti sekundarne strukture. Mogu se konstruirati filogenetska stabla i razvijati evolucijske hipoteze pomoću specijalnog softvera kao što je ClustalW u vezi sa porijeklom modernih organizama i genima koje oni izražavaju. Za analizu gena i proteina, sada je neophodna oblast bioinformatike.

### *In silico* simulacija dinamičkih procesa
Složeniji računarski problem je predviđanje međumolekulskih interakcija, kao što su molekulsko spajanje,

## Prehrana
Većina mikroorganizama i biljaka može biosintetizirati svih 20 standardnih aminokiselina, dok životinje (uključujući i ljude) moraju dobiti neke od aminokiselina iz ishrane. Proteini lošeg kvaliteta također imaju ulogu u zdravlju gastrointestinalnog trakta, povećavajući potencijal za nadimanje i neugodne spojeve kod pasa, jer kada proteini stignu do debelog crijeva u nesvarenom stanju, fermentiraju se proizvodeći plin sumporovodik, indol i skatol. Psi i mačke bolje probavljaju životinjske proteine nego one iz biljaka, ali proizvodi životinjskog porijekla lošeg kvaliteta probavljaju se loše, uključujući kožu, perje i vezivno tkivo.

## Bjelančevine u ishrani 
Bjelančevine se nalaze u raznim vrstama prehrambenih namirnica. Može se gotovo reći da su u većim ili manjim količinama zastupljeni u svoj hrani osim u rafiniranim šećerima i mastima. Hrana životinjskog porijekla poput mesa, riba, jaja, mlijeka, jogurta i sira dobar su izvor proteina u kvalitativnom i kvantitativnom smislu. Osim što sadrže mnogo proteina te su namirnice izvor svih esencijalnih aminokiselina.

## Također pogledajte 
* Deproteinacija
* DNK-vezujući protein
* Makromolekula
* Indeks članaka vezanih za proteine
* Intein
* Lista proteina
* Proteopatija
* Proteopedija
* Proteoliza
* Prostor sekvence proteina
* Porodica proteina
* Natporodica proteina

## Reference 
## Dopunska literatura 
; Udžbenici

* 
* 
* 

## Vanjski linkovi 
### Baze podataka i projekti
* NCBI Entrez Protein database
* NCBI Protein Structure database
* Human Protein Reference Database
* Human Proteinpedia
* Folding@Home (Stanford University) 
* Protein Databank in Europe (see also PDBeQuips, short articles and tutorials on interesting PDB structures)
* Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (see also Molecule of the Month , presenting short accounts on selected proteins from the PDB)
* Proteopedia&nbsp;– Life in 3D: rotatable, zoomable 3D model with wiki annotations for every known protein molecular structure.
* UniProt the Universal Protein Resource

### Tutorijali i obrazovne stranice 
* "An Introduction to Proteins" from HOPES (Huntington's Disease Outreach Project for Education at Stanford)
* Proteins: Biogenesis to Degradation&nbsp;– The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology

Proteini
Kategorija:Molekularna biologija
Kategorija:Proteomika
Kategorija:Ishrana