Konformacje białek.docx

(855 KB) Pobierz

konformacje białek

Wykład 1              

Białka 15-18% całkowitej masy komórki . W komórce panuje ogromny tłok makrocząsteczkowy (ang. macromolecular crowding) à 20-30% objętości komórek jest zajmowane przez makrocząsteczki (200-300 g/l).

              Struktury białek: domeny, fałdowanie

              Struktura i funkcja wybranych białek (fibrylarne np. kolagen, keratyna, jedwab)

              Białka klejące; białka motory np. miozyna , synteza ATP, dyneima

              Białka opiekuńcze (chaperony)

Choroby związane z nieprawidłową strukturą i agregacją białek tzw. choroby konformacyjne/agregacyjne

 

Amyloidozy (zewnętrzne agregaty) à zaćma, miopatie, mukowiscydoza, neurodegeneracyjne.

             

Budowa białka – zbudowane z aminokwsów

 

Aminokwasy zbudowane z łańcucha bocznego, grupa aminowej, gr. karboksylowej przyłączonych do atomu węgla zwanego węglem alfa. Wszystkie aminokwasy (z wyjątkiem glicyny = najprostszy aminokwas) należą do związków optycznie czynnych, czyli takich posiadających atom chiralny w swojej strukturze (atom chiralny musi posiadać cztery różne podstawniki) W przyrodzie białka zbudowane są tylko z L aminokwasów, aminokwasy D występują b. rzadko (np. w ścianach bakterii i Archea). Łańcuch boczny aminokwasu decyduje o jego charakterze. Kolejne aminokwasy w  łańcuchu peptydowym połączone są wiązaniem peptydowym.

 

Możemy wyróżnić (poczytać przypomnieć sobie które to są!):

ü      Aminokwasy niepolarne (alimfatyczne łańcuchy boczne)

ü      Aromatyczne łańcuchy boczne,

ü      polarne oraz zasadowe

ü      boczne łańcuchy z grupami karboksylowymi lub aminowymi

ü       

Wiązanie peptydowe

 

Decyduje o budowie przestrzennej. Jest płaskie i sztywne, ponieważ dodatkowe para elektronów w wiązaniu C=O , może uczestniczyć również w wiązaniu C’-N. Rotacja wokół wiązanai C’-N jest niemożliwa (?). Wielkość łańcuchów bocznych tzw. zawada przestrzenna.

Możliwa jest rotacja wokół wiązania Cα-C (kąt torsyjny psi ψ) oraz N-Cα (kąt torsyjny fi φ).

Ze względu na zawady przestrzenne kąty mogą przyjmować tylko określone wartości  (glicyna praktycznie bez ograniczeń dzięki wielkości swoje w lewo i prawo) wykres Ramachandana (ustalił kąty)à 3 obszary alfa, beta i L

 

F:\biopolimery skany\skanuj0074.jpg

Hydrofobowy rdzeń białka zawiera niepolarne reszty aminokwasowe, a na wierzchu reszty hydrofilowe.

 

 

 

Struktura białka stabilizowana jest przez:

 

Ø      wiązania wodorowe O=C à N-H

Ø      wiązania jonowe

Ø      oddziaływania van der Walsa,

Ø      oddziaływania hydrofobowe

Ø      mostki S-S

 

Trzy poziomy struktury białek

 

I rzędowa: poziom aminokwasów (ich sekwencja)

II rzędowa: fragmenty łańcucha są poskręcane względem siebie (helisy α,  harmonijka β(kartka))

III rzędowa: całość już pozwijana; jak cały łańcuch polipeptyd jest ułożony w przestrzeni

IV rzędowa: więcej niż jeden peptyd w układzie przestrzennym

 

Strukturę II rzędu zaproponowali w 1951 Linus Pauling i Robert Corey

 

Helisa α: wiązanie wodorowe pomiędzy N i O atomami łańcucha głównego należącymi do n i n+4 reszty aminokwasowej (co czwarta reszta tworzy wiązanie wodorowe), łańcuchy boczne znajdują się na zewnątrz, większość helis jest prawoskrętna. Pierwszym białkiem o udowodnionej strukturze helisy alfa była – MIOGLOBINA z kaszalota (John Kendrew 1958r.)

 

Harmonijka β (arkusz β; kartka β) wiązanie wodorowe powstają pomiędzy różnymi fragmentami łańcucha aminokwasów. Harmonijki występują w wersji równoległej (wszystkie końce aminowe z jednej strony a karboksylowe z drugiej) i anty-równoległej (na jednej stronie występują zarówno końce aminowe i karboksylowe - naprzemiennie)

 

Motywy - helisy i harmonijki połączone są pętlami (ang. loop)

 

Ø      helisa-zwrot-helisa à motyw wiążący DNA

Ø      erabutoksyna à dwa motywy szpili do włosów (jad węża)

Ø      motyw klucza greckiego – nukleaza Staphyloccocus (2xszpilka do włosów jeszcze zagięta względem siebie)

 

Pętle które łącza dwie anty-równoległe kartki β tworzą struktury zwane szpilkami do włosów lub zwrotów beta jednostka beta-beta)

 

Domeny są to połączenia wielu motywów w jedną całość

np. Białka uczestniczące w koagulacji i fibrynolizie, łańcuchy polipeptydowe zorganizowane w domeny podobne do EGF (czynnik wzrostu naskórka)

Wyróżniamy

 

·         domeny alfa,

·         domeny beta,

·         domeny mieszane

 

Superhelisa (coiled-coil) dwie helikalnie zwinięte (lewoskrętnie) helisy α, podstawa struktura większości fibrylarnych białek. (białka włókniste)

Pojawiająca się regularnie leucyna stabilizuje superhelise (oddziaływania hydrofobowe pomiędzy dwoma leucynami w pozycji d- jeśli podzielmy po 7 aminokwasów to lecyna w pozycji D często w pozycji inny aminokwas hydrofobowy)

Domenę alfa najczęściej tworzy wiązka 4 helis αà stabilizacja przez wiązania hydrofobowe

Helisy alfa mogą tworzyć duże struktury

3,5 reszty aa na jeden skręt superhelisy powtarzające się siedmio-aa fragmenty a-g

reszty a i d à hydrofobowe

reszty d à Leu lub Ile

reszty e i g à często posiadają ładunek

Strukturę superhelisy stabilizują także oddziaływania jonowe pomiędzy resztami g i e.

Bakteryjna muramidaza (lizozym) – przykład dużej domeny α

 

Domeny mieszane

Beczułka alfa/beta (TIM barrel) -  izomeraza triozofosforanowa

 

Pofałdowanie OB (OB fold) zbudowane z arkuszów β i helisy α à wiązanie o charakterze oligonukleotydu/ologosacharudu (nukleaza Staphyloccocus)

 

Helisy beta: kiedy łańcuchy β układają  się w formie spirali (np. białko ogonka faga P22) Jedne skręt helisy tworzą 2 lub 3  fragmenty harmonijki.

 

 

Struktury IV rzędowe najładniejsze występują w otoczkach wirusowych à bardzo złożona struktura wirus krzaczastej karłowatości pomidora

Aby białka mogły funkcjonować – muszą uzyskać ściśle określoną strukturę trójwymiarowa à już nieaktualne.

 

Białka mogą posiadać fragmenty łańcucha polipeptydowego o nieporządkowanej strukturze  

 

BIAŁKA INHERENTNIE (NATYWNIE) NIEPORZĄDKOWANE

 

Białka prawidłowo funkcjonalne mogą posiadać fragmenty o różnej długości, które nie mają uporządkowanej struktury

 

40% ludzkich białek posiada przynajmniej jeden lub więcej fragmentów o nieporządkowanej strukturze (ok 30 aa)

prawdopodobnie  25% białek ludzkich jest całkowicie nieporządkowany

Tradycyjny model klucza i zamka wydaje się w obliczu nowych badań nieaktualny.

 

Fałdowanie nieuporządkowanego fragmentu białka dopiero w trakcie wiązania innego białka np. białko CREB (ligandu   białka Białko zmienia strukturę dopiero po oddziaływaniu z ligandem <Nature 2011>

 

Białki Sic1 po związaniu liganda pozostaje nieuporządkowane i może przyjmować różne konformacje

Posiada ono 6 różnych kieszeni fosforanowych, z którymi może wiązać się ligand, każda wiąże się po kolei – zmiany konformacji à Hamuje replikacje DNA u Eukariota.

 

ZALETY BIN

 

- lepsze dopasowanie do cząsteczki z którą oddziałuje białko np. białko KREP

- oddziaływanie z różnymi białkami/ligandami

 

SUPRESOR genów nowotworzenia p53 à przykład wielofunkcyjnego białka, które dzięki nieuporządkowanych fragmentom może oddziaływać z setkami innych cząsteczek

p53 oddziałuje zarówno z DNA i innymi białkami

 

Wykład 2

Białka włókniste, klejące i motoryczne – struktura i funkcje

 

KOLAGEN

 

              Kolagen z gr. kólla – klej (składnik tkanki łącznej przekształcający się w żelatynę podczas gotowania)

27 (I-XXVII) typów kolagenu u ssaków, białka tworzące włókna w macierzy poza komórkowej (chrząstka rogówka, kości itd.(…)

~30% całkowitej masy białek

Odpowiedzialny za utrzymanie prawidłowej struktury tkanek, adhezje, kohezje i chemotaksje. Włókna często ułożone naprzemiennie – wzdłuż i w poprzek

 

Helisę kolagenu tworzą trzy polipeptydy (łańcuchy alfa – nie mylić z helisą!) z powtórzeniami sekwencji Gly-X-Y, (glicyna-prolina-hydroksyprolina), bardzo ścisłe połączenie helis, 42 różne łańcuchy alfa zależności od rodzaju kolagen może zawierać identyczne lub różne łańcuchy np.

α1(I) à łańcuch α1 z cząsteczki kolagenu I

Geny: COL4A6 łańcuch α6 kolagenu IV

1*

              Synteza kolagenu (szorstkie ER) ; prokolagen à przenoszony z ER do aparatu Golgiego (gdzie tracone są sekwencje sygnałowe – pomiędzy sekwencjami powstają wcześniej mostki S-S stabilizujące strukturę) i na zasadzie egzocytozy jest wydzielany na zewnątrz à powstają włókienka a następnie włókna kolagenowe dodatkowe sekwencje na końcu N i C, dodawanie reszt cukrowych. Wiązania poprzeczne stabilizują strukturę kolagenu

 

HYDROKSYLACJA PROLINY :

 

Procesu utleniania proliny dokonuje HYDROKSYLAZA PROLINOWA w której centrum aktywnym znajduje się  jon Fe. W celu zredukowania jonu Fe wymagana jest witamina C, brak hydroks. wywołuje szkorbut à miedzy innymi uszkodzenie naczyń krwionośnych

 

              Zawijanie zawsze od końca C do końca N, miedzy sekwencjami sygnałowymi powstaja SS stabilizujące, transport do golgiego, utrata sekwencji sygnałowych i na zewnątrz.

 

Nie wszystkie typy kolagenu tworzą włókna (np. VIII i X à heksagonalna sieć, VI à nieregularna sieć, IV)

 

              Potrójna helisa kolagenu jest unikatowa...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin