Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái"

Dezső Balog
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Gáspári Zoltán Élő molekulák az élet molekulái

2 Invokáció Kajtár Márton

3 Élő és élettelen?

4 Élő és élettelen: a kemoton Élő kémiai rendszer, de nem élőlény (Gánti, 1975) Autokatalitikus körfolyamatokra épülő (elméleti) modell Anyagcsereciklus (A), templátciklus(v), Membránciklus (T) Megfelelő feltételek esetén X fogyasztása és Y kibocsátása mellett növekedik, sőt osztódik is

Anyagcsereciklus (A), templátciklus(v), Membránciklus (T) www.chemoton.

5 Molekulák a sejtben nukleinsavak lipidek szénhidrátok fehérjék

6 Lipidek a biológiai membránokban zsírsav zsírsav g l i c e r i n foszfát alkohol

7 Lipidek tápanyagok, jelátvivők β-karotin szteroid hormonok

8 Lipidek és fehérjék Zöld színtest makettje A növényi 1-es fotorendszer felül- és oldalnézete A membránba ágyazott komplexben a karotinok a fotonok összegyűjtésében vesznek részt

9 Szénhidrátok H H H H H H H H gulóz allóz altróz mannóz glükóz galaktóz talóz idóz mono-, oligo- és poliszacharidok KöKéL 1992/3-4 glikogén amilopektin kockacukor

10 CH 2 Szénhidrátok lebontása glikogén glükoneogenezis glükóz glikolízis tejsav, glicerin, aminosavak C piruvát C tejsavas erjedés C H 3 C CH tejsav H 3 C H 3 C alkoholos erjedés CH 2 etil-alkohol erjedés hexokináz C 2 + H 2 2 teljes oxidáció

tejsavas erjedés C H 3 C CH tejsav H 3 C H 3 C alkoholos

11 Szénhidrátok és fehérjék fehérjék glikolizációja ( szénhidrát antennák ): molekuláris felismerés! β-d-galaktóz N-acetil-D-glükózamin α-d-mannóz β -D-mannóz N-glikoziláció (Asn, Arg) -glikoziláció (Ser, Thr, Tyr, Hyp, Hyl) C-glikoziláció (Trp) foszfátcsoporton keresztüli glikoziláció karboxi-terminális glikoziláció HCG (humán chorion gonadtropin) α-alegysége terhességi teszt

β-d-galaktóz N-acetil-D-glükózamin α-d-mannóz β -D-mannóz N-glikoziláció (Asn, Arg)

12 másolás (replikáció) Nukleinsavak információátadás DNS átírás (transzkripció) visszaírás (reverz transzkripció) RNS fordítás (transzláció) fehérje

13 Mesterséges RNS-enzim (Diels-Alder reakciót katalizáló ribozim) Nukleinsavak RNS világ rvosi Nobeldíj, 2009 telomeráz enzim: belső RNS-templát

14 Nukleinsavak és fehérjék templát (minta) alapú fehérjeszintézis: riboszómák Kémiai Nobeldíj, bázis 1 aminosav a peptidkötés kialakulását RNS katalizálja, a templátfelismerést RNS felügyeli trns mrns A hónap molekulája, 2010 január, RCSB PDB: 70S (prokarióta) riboszóma

kialakulását RNS katalizálja, a templátfelismerést RNS felügyeli

15 Fehérjék és fehérjék fehérje-fehérje kölcsönhatási hálózat (élesztő)

16 Fehérjék építőkövek királis α-aminosavak 2, amiben 2 kiralitáscentrum van Thr β α Ile 20 db, amit három egymás utáni bázis (kodon) kódol 2, ami ezeken kívül szintézis közben épül be számos további utólagos módosítás

egymás utáni bázis (kodon) kódol 2, ami ezeken kívül

17 Fehérjék a 21. és 22. aminosav Szelenocisztein (Sec) UGA stop kodonnál épül be Pirrolizin (Pyl) UAG stop kodonnál épül be speciális feltételek teljesülése esetén

18 Fehérjék utólagos módosítások Diszulfidhíd számos, sejten kívüli fehérje Hidroxiprolin kollagén γ-karboxi glutaminsav véralvadási faktorok

19 Fehérjék utólagos módosítások Kémiai Nobeldíj, 2008 GFP = green fluorescent protein H Ser-Tyr-Gly H H CH 2 H 2 CH H NH N H HN H N N H NH

20 Fehérjék lokális térszerkezet j R y peptidkötés: 6 atom egy síkban a molekulagerinc elfordulásra képes kötései függvényében ábrázolt (konformációs) energiafelszín völgyek: konformerek

21 Fehérjék globális térszerkezet 2010 január: kb térszerkezet,

22 Fehérjék atomi szintű szerkezetmeghatározása röntgenkrisztallográfia Előny: nagy fehérjék, komplexek is vizsgálhatók Nehézség: kristályosítási körülmények megtalálása Kémiai Nobeldíj,1962 NMR-spektroszkópia Előny: a fehérjék oldatban vizsgálhatóak Hátrány: méretkorlát Kémiai Nobeldíj, 2002

23 Fehérjék mi határozza meg a térszerkezetet? 1. válasz: a molekulagerinc hidrogénhídkötései A legtöbb eltemetett amidcsoport H- kötést létesít α-hélix β-redőzött réteg

24 Fehérjék mi határozza meg a térszerkezetet? 2. válasz: az aminosavszekvencia, azaz az oldalláncok közötti kölcsönhatások Hasonló szekvenciájú fehérjék hasonló térszerkezetűek, a szekvencia ismeretében a (lokális) szerkezet jól jósolható EVTCEPGTTFKDKCNTCRCGSDGKSAACTLKACPQ EQECTPGQTKKQDCNTCNCTPTGV-WACTRKGCPPH 18/35 pozícióban azonosság: biztosan azonos térszerkezet

25 Fehérjék mi határozza meg a térszerkezetet? 3. válasz: rengeteg gyenge kölcsönhatás eredője A fehérjék stabilizációs energiája kb. egyetlen hidrogénhídkötésének felel meg! Friss példa: akár egyetlen aminosav cseréje teljesen megváltoztathatja a térszerkezetet Evolúció lehetősége Shortle D PNAS 2009;106:

26 Fehérjék belső dinamikája Tág időskála! ps 10-9 ns 10-6 ms 10-3 ms 10 0 s 10 2 ~min sec NMR-spektroszkópia Fluoreszcencia, IR-, UV-, Raman-spektroszkópia Molekuladinamikai szimuláció

27 Fehérjék belső dinamikája ps 10-9 ns 10-6 ms 10-3 ms 10 0 s 10 2 ~min sec feltekeredés kötések mozgásai domének, nagyobb szerkezeti egységek mozgásai Shifman J M et al. PNAS 2006;103:

28 Fehérjék globális térszerkezet globuláris fibrilláris rendezetlen ΔE sok nagyon különböző, hasonló energiájú konformer natív konformersokaság (egy kiválasztott szerkezet jól reprezentálja)

29 Fehérjék működése + Hexokináz: Glükóz bekötésének hatására bezáródik (vízkizárás fontos) merev kulcs-zár modell: az enzim és a szubsztrát tökéletes illeszkedése (molekuláris komplementaritás) Mioglobin oxigénkötése

30 Fehérjék működése + Indukált illeszkedés Ma két finomított modell létezik, mint általánosan elfogadott lehetőség + Előzetes egyensúly (konformerszelekció)

31 Kémiai Nobeldíj, 2004 Fehérjék működése ubiquitin (a lebontásra szánt fehérjéket jelöli meg ) Belső dinamikája lefedi a különböző partnerfehérjékkel alkotott komplexeiben észlelt konformációs variácókat

32 Fehérjék működése Egy proteáz (fehérjebontó enzim) és inhibitora főkomponens-elemzés Az inhibitor belső dinamikája lefedi az enzimmel alkotott komplexeiben észlelt konformációt is

33 Funkcionálisan rendezetelen fehérjék Fehérjék működése Egyidejű feltekeredés és partnerkötés

34 Funkcionálisan rendezetlen fehérjék Fehérjék működése STAT2 STAT1 TAZ1 TAZ2 Génszabályozásban szerepet játszó koaktivátor fehérjék és funkcionálisan rendezetlen transzaktivációs domének komplexei

35 Fehérje origami játék

36 Kézzelfogható fehérjeszerkezetek Friday Harbor Laboratories, San Juan Island (Wash., USA)

37 További információk: multimedia.mcb.harvard.edu

Hasonló dokumentumok

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék Transzláció A molekuláris biológia centrális dogmája transzkripció transzláció DNS RNS Fehérje replikáció Reverz transzkriptáz A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti