konformacje białek
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
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
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...
chesschempion