Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání
http://web.natur.cuni.cz/~zdenap/zdenateachingNF.html
CHEMICKÉ SLOŽENÍ BUŇKY BUŇKA: 99 % C, H, N, O, P, S 70 % H2O řada intracelulárních reakcí - ve vodném prostředí C - komponenty - schopnost tvořit dlouhé molekuly - POLYMERIZACE - malý, 4 vazby - velké množství molekul 4 TYPY MALÝCH MOLEKUL - PREKURSORY MAKROMOLEKUL „malé“ organické molekuly … Mw 100-1000 Dal … ≤ 30 C atomů … „volné“ v cytosolu zásoba intermediátů pro syntézu makromolekul
Peptidická vazba
Fosfodiesterová vazba
Glykosidická vazba
Peptidická vazba
Fosfodiesterová vazba
Glykosidická vazba
Společné: - odštěpení H2O při tvorbě vazby - spotřeba makroergní vazby NTP a uvolnění pyrofosfátu - reversní reakce štěpení polymerů - hydrolysa (+ H2O) ORIENTACE SYNTÉZY
1. HEAD - PROTEINY (MASTNÉ KYSELINY) Makroergně vázaná 6 7 skupina se při navázání 6 dalšího monomeru 7 8 odštěpuje z polymeru 2. TAIL - DNA, RNA, POLYSACHARIDY Makroergně vázaná 1 7 skupina se odštěpuje z 7 monomeru během jeho vazby k polymeru 1 8
AMINOKYSELINY - PROTEINY Peptidická vazba
α
Karboxylová skupina (COOH)
α Amino skupina (NH2)
H atom
Cα - asymetrický (kromě Gly) - D a L isomery V proteinech většinou = L forma AK
HYDROFILNÍ AMINOKYSELINY Některé při pH 7 (fyziologické podmínky) - nabité, ionizované
imidazol
+ + náboj ⇔ bez náboje při malých změnách pH prostředí Majoritně zodpovědné za náboj proteinu
Polární postranní řetězce tvorba vodíkových můstků
HYDROFOBNÍ AMINOKYSELINY
Nepolární Postranní řetězce - nesolubilní (nebo jen málo solubilní) ve vodě
MEMBRÁNY
Aromatické
Cys : SH- skupiny – oxidace na -S-SGly : - H skupina kompaktní domény Pro : - rigidní - ohyb na proteinovém řetězci
Cys, Trp, Met … “vzácné” AK (celkem cca 5 % běžného proteinu) Leu, Ser, Lys, Glu … četné AK (celkem 32 % běžného proteinu)
VARIABILITA
POLYPEPTIDY PROTEINY
PRIMÁRNÍ SEKVENCE AK
SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA
TERCIÁRNÍ STRUKTURA
KVARTERNÍ STRUKTURA VELKÉ PROTEINOVÉ KOMPLEXY
PRIMÁRNÍ SEKVENCE AK
H
CO NH3+
H
NH
NH CO
H
COO-
α-helix
Tripeptid SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA
β-struktura
na jednom proteinu nebo více podjednotek
H - můstky
boční pohled
H - můstky - mezi H atomy a O
TERCIÁRNÍ STRUKTURA GDP
Různé způsoby zobrazení Kompaktní struktura
Rozložení všech atomů
β - struktura
α-helix Monomerní Ras protein
+ Rozložení primárních konformací
Povrchová strukturapovrchový náboj
HEMAGLUTININ TERCIÁRNÍ STRUKTURA
KVARTERNÍ STRUKTURA - trimerní
globulární doména
fibrilární doména Interakce mezi helixy
HA1 podjednotka
Vazba mezi podjednotkami multimerního proteinu nebo mezi proteiny větších komplexů - komplementarita povrchů – slabé interakce Přechodné spojení X stabilní spojení
Skládání komplexů
PORUCHY STRUKTURY PROTEINU – mohou vést k vážným poškozením Neurodegenerativní poškození Alzheimer – tvorba nerozpustných amyloidních “plaků” Změna struktury proteinu z α-helix na β-strukturu ⇒ agregace do stabilních filament
Amyloidní “plak” v mozku pacienta – spleť filament
Struktura filamenta (Atomic force microscopy)
MODIFIKACE A ÚPRAVY PROTEINU ⇒ většina proteinů upravena chemicky po syntéze na ribosomu ⇒ změny aktivity, „délky života“, lokalisace v buňkách ….. 1) CHEMICKÉ MODIFIKACE (+/- reversibilní) O R O Acetylace N-konce 80% proteinů CH3 - C - N - C -C ⇒ kontrola poločasu života H H ⇒ neacetylované proteiny = rychlá degradace proteasami Hydroxylace Prolin
Fosforylace SER, THR, TYR HIS
Gykosylace ASN, SER, THR Lysin Methylace Histidin Karboxylace Glutamát
Připojení hydrofobních „ocásků“
2) „PROCESSING“ = ÚPRAVY SESTŘIHEM (irreversibilní) C nebo N konec proteinu, nebo i vnitřní vystřižení (insulin) ⇒ proteasy endoproteasy = štěpí uvnitř (např. Kex2 proteasa) exopeptidasy = postupně odstraňují AK od N-konce = aminopeptidasy C-konce = karboxypeptidasy
„Protein self-splicing“ ⇒ bakterie, nižší EB INTEIN Sestřih podobný jako RNA autokatalytický, bez enzymů
Savčí buňky = některé proteiny upravovány pomocí „self-splicing“ X není religace
FOSFORYLACE (protein kinasy) = cAMP dependentní protein kinasa (cAPK) ⇒ Fosfátová skupina z ATP ⇒ na Ser proteinu 1) vazba obou substrátů (ATP a protein) na cAPK ATP Ser
2) Přechodný stav
Přerušení vazby mezi β a γ fosfátem 3) Přenos fosfátu Konformační změny cAPK ⇒ Alosterická transice
⇒ Protein fosfatasy
Fosfoserin ADP
ALOSTERICKÁ TRANSICE ⇒ Změny terciální nebo kvartérní struktury proteinů indukované vazbou malé molekuly (především multimerní enzymy) ⇒ cAMP dependentní protein kinasa (cAPK)
Konformační změny
Pseudosubstrátová sekvence ⇒ vazba do aktivního místa katalytické podjednotky
SKLÁDÁNÍ PROTEINU
denaturovaný
Většina sekundární struktury uspořádána ATP hydrolysa
Molekulární chaperon Hsp70
> 95 % proteinů v buňkách = v nativním stavu i když je vysoká koncentrace proteinů (100 mg/ml) = in vitro precipitace CHAPERONY - ve všech buněčných kompartmentech - vazba proteinů ⇒ „folding“ Molekulární chaperony ⇒ vazba a stabilisace 3-dimens nesbalených proteinů ⇒ konformace zabrání jejich degradaci Chaperoniny ⇒ přímo způsobí uspořádání proteinu („folding“) ⇒ ATPásová aktivita
- ATP
(heat shock protein, konzervativní)
bez ATP
Chaperonin Komplex Hsp60 podjednotek
vazba ATP ⇒ změna struktury⇒„otevření“ ⇒ uvolnění proteinu
GroEL = bakteriální homolog TCiP (14 podjedn, 60 KDal)
MEMBRÁNOVÉ PROTEINY
integrální membránové proteiny - domény v membráně (1 a více segmentů), α-helixy nebo mnohonásobné β-řetězce - domény ven a dovnitř buňky
Hydrofilní polární „hlavy“ periferní membránové proteiny - neinteragují s hydrofobní oblastí fosfolipidové dvojvrstvy - často interakce s integrálními proteiny - nebo interakce s polárními hlavičkami (např. cytoskeletární proteiny - spectrin, actin)
membránové proteiny vázané do membrány lipidickou kotvou (vně nebo uvnitř buňky) – nemají domény na obou stranách membrány.
Glycophorin - majoritní membránový protein erythrocytů
integrální membránový protein - doména v membráně - α-helix - hydrofobní interakce s „ocásky“ fosfolipidů Hydrofobní řetězec - van der Waalsovy interakce s ocásky mastných kyselin + polární interakce s polárními hlavičkami Positivně nabité AK (Arg, Lys) ⇒ interakce s - nabitými hlavičkami ⇒ brání „klouzání“ v membráně
⇒ v membráně ve formě dimeru ⇒ stabilisace interakcí Predikce struktury proteinů
EUKARYOTICKÉ BUŇKY Některé integrální membránové proteiny ukotveny v membráně lipidickou kotvou 1) Glycosyl phosphatidyl inositolová kotva (GPI) některé povrchové proteiny ukotveny na vnější straně buňky GPI kotvou (glykosylovaný fosfolipid) - 2 řetězce mastných kyselin, N-acetyl glukosamin manosa a inositol Např. alkalická fosfatasa ⇒ Vazba k C-konci 2) Prenyl, farnesyl, Geranylgeranyl skupiny C- konec = Cystein N- konec = Glycin
Membránové proteiny s více transmembránovými doménami 7 transmembránových α-helixů > 150 proteinů Bakteriorhodopsin - světlo ⇒ konformační změna ⇒ transport protonů ven
Periferní proteiny - některé - asociace s polárními skupinami hlaviček fosfolipidů Fosfolipasy: hydrolysa vazeb v hlavičkách - degradace poškozených (starých) membrán
Různá specifita fosfolipas
