Biológiai makromolekulák szerkezete

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Biológiai makromolekulák szerkezete"

Virág Margit Barnané
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Biológiai makromolekulák szerkezete

2 Biomolekuláris nemkovalens kölcsönhatások Elektrosztatikus kölcsönhatások (sóhidak: 4-6 kcal/m, dipól-dipól: ~10-1 kcal/m Diszperziós erők (~10-2 kcal/m) Hidrogén hidak (2-4 kcal/m) Hidrofób kölcsönhatások (-24 cal/m/å 2 ) Mértékegységek: 1 kcal/m = 4.18 kj/m 1 ev = 23 kcal/m

Diszperziós erők (~10-2 kcal/m) Hidrogén hidak (2-4 kcal/m) Hidrofób

3 Elektrosztatikus kölcsönhatások Coulomb törvény: QQ 1 QQ 1 QQ F( r) = k = E( r) = 2 2 r 4πεε r 4πεε r elemi töltés : e = 1, C 0 9 k = 9 10 ε = 8, Nm 2 C C Nm 2 Elektromos dipólus: -Q +Q l p = Ql E( r) ~ p p 1 3 r 2 Apoláris molekulák: a pozitív és negatív töltések súlypontja időátlagban egybeesik Poláris molekulák: a pozitív és negatív töltések súlypontja elkülönül (permanens dipólmomentum) töltés szeparáció, parciális töltések

E( r) ~ p p 1 3 r 2 Apoláris molekulák: a pozitív és negatív töltések súlypontja időátlagban egybeesik Poláris

4 Diszperziós erők Lenard Jones potenciál: E(r) = A/r 12 B/r 6 (mindig vonzó kölcsönhatás!) Kötési energia van der Waals sugarak

5 Hidrogén hidak A H atom két nagy elektronegativitású atom között létesít kapcsolatot. Pl. C = O H N R OH = 1.9 Å «R O + R H = 2.7 Å donorok (OH, NH, SH) akceptorok (O, N, S) 1/R ~ energia lineáris elrendeződés preferált α-hélix

6 A leggyakoribb H-híd donorok és akceptorok

7 A jég szerkezete: H-hidak stabilitása vizes közegben:

8 A víz Az élő szervezetek legnagyobb mennyiségben előforduló anyaga Széles hőmérsékleti tartományban folyékony Anomálisan nagy fajhő, olvadáshő, párolgáshő, felületi feszültség

10 elektrolitok oldódása

12 A jég szerkezete A víz szerkezete: Instabil hidrogénhidas szerkezet Rövid távú rendezettség (~1nm mikrokristályok)

13 Hidrofób kölcsönhatás Apoláris molekulák vízben ΔG = H - T S Zárt rendszerben lejátszódó folyamatok iránya: G < 0 G: Gibbs-féle szabadenergia H: entalpia (kötési energia) S: entrópia (rendezetlenség mértéke) S = k lnw k Boltzmann áll., W mikroállapotok száma) T: abszolút hőmérséklet

szabadenergia H: entalpia (kötési energia) S: entrópia (rendezetlenség

14 A hidrofób kölcsönhatás ΔG = H T S < 0 A víz nagy dipólmomentuma miatt jelentős elektrosztatikus kölcsönhatás H > 0 (oldott állapotot preferálja) Az apoláris molekulák körül rendezett vízburok alakul ki az asszociált állapot entropikusan kedvező (a rendezett vízmolekulák száma csökken) S >> 0

preferálja) Az apoláris molekulák körül rendezett vízburok alakul ki az

15 A hidrofób kölcsönhatás

16 Az élő anyag építőelemei FEHÉRJÉK

17 Fehérjék - 20-féle aminosavból felépülő láncmolekulák - kompakt szerkezet - flexibilitás - specifikus kölcsönhatások

18 A fehérjék szerkezeti szintjeinek hierarchiája -Elsődleges szerkezet (aminosav sorrend) - Másodlagos szerkezet (a polipeptidváz lokálisan rendezett szerkezete) - Szupermásodlagos szerkezet - Doménszerkezet - Harmadlagos szerkezet - Negyedleges szerkezet

polipeptidváz lokálisan rendezett szerkezete) -

19 Aminosavszerkezet

20 Peptidkötés

21 A peptidkötés tulajdonságai Delokalizált elektronrendszer Merev planáris szerkezet Transz konfiguráció Jelentős dipólmomentum H-híd donor (N-H) és akceptor (C=O)

22 Polipeptidlánc

23 Aminosavak

24 Diszulfidhíd

25 A flagellin fehérje aminosavszekvenciája 1 MAQVINTNSL SLLTQNNLNK SQSALGTAIE RLSSGLRINS AKDDAAGQAI ANRFTANIKG 61 LTQASRNAND GISIAQTTEG ALNEINNNLQ RVRELAVQSA NSTNSQSDLD SIQAEITQRL 121 NEIDRVSGQT QFNGVKVLAQ DNTLTIQVGA NDGETIDIDL KQINSQTLGL DTLNVQQKYK 181 VSDTAATVTG YADTTIALDN STFKASATGL GGTDQKIDGD LKFDDTTGKY YAKVTVTGGT 241 GKDGYYEVSV DKTNGEVTLA GGATSPLTGG LPATATEDVK NVQVANADLT EAKAALTAAG 301 VTGTASVVKM SYTDNNGKTI DGGLAVKVGD DYYSATQNKD GSISINTTKY TADDGTSKTA 361 LNKLGGADGK TEVVSIGGKT YAASKAEGHN FKAQPDLAEA AATTTENPLQ KIDAALAQVD 421 TLRSDLGAVQ NRFNSAITNL GNTVNNLTSA RSRIEDSDYA TEVSNMSRAQ ILQQAGTSVL 481 AQANQVPQNV LSLLR

26 Sequence alignment CLUSTAL W (1.82) multiple sequence alignment ArsR fehérjék P74986_YEREN --MLQPVQLFKILSDETRLAIVMLLRESGEMCVCDLCGATSESQPKISRH 48 Q6D6S6_ERWCT --MLKPVQLFKILSDETRLAIIMLLRESGELCVCDICATTSESQPKISRH 48 Q9L335_SERMA --MLQPVQLFKLLADETRSTIVMLLRESGEMCVCDICAATAQSQPKISRH 48 Q8GGH7_ENTCL --MLHPIQLFKTLSDETRLSIVMLLREAGELCVCDLCSATNEPQPKVSRH 48 ARSR_ECOLI MSFLLPIQLFKILADETRLGIVLLLSELGELCVCDLCTALDQSQPKISRH 50 Q79VX6_SALTY MLQLTPLQLFKNLSDETRLGIVLLLREMGELCVCDLCMALDQSQPKISRH 50 Q8ZBR1_YERPE MTTLTPLQLFKNLSDETRLNIILLLKASGELCVCELCHRLNEAQPKISRH 50 * *:**** *:**** *::** **:***::* :.***:*** P74986_YEREN MAILREAELVLDRREGKWVHYRLSPHMPAWAAETITTSWHCCGKMFVSGW 98 Q6D6S6_ERWCT MAILRGAELVLDRREGKWVYYSLSPHMPAWAAETITTSWQCL-REDVRKW 97 Q9L335_SERMA MALLREAELVIDRREGKWVHYRLSPHMPAWAAGIIDTAWNCE-RENIRNK 97 Q8GGH7_ENTCL MALLREAGLVIDRREGKWIYYRLSPNMPAWAATVIDTSWNCL-REETRMK 97 ARSR_ECOLI LALLRESGLLLDRKQGKWVHYRLSPHIPAWAAKIIDEAWRCE-QEKVQAI 99 Q79VX6_SALTY LAMLRESGILLDRKQGKWVHYRLSPHIPSWAAQIIEQAWLSQ-QDDVQVI 99 Q8ZBR1_YERPE LAMLRESGLLLDRRAGKWVHYRLSPHIPAWAAAIIEQTYLSQ-RDEITLL 99 :*:** : :::**: ***::* ***::*:*** * ::. : P74986_YEREN INQRHHPAEMNRTHSFNHM 117 Q6D6S6_ERWCT LEKSACSSC Q9L335_SERMA LSSVASVSC Q8GGH7_ENTCL LKNRLPGSC ARSR_ECOLI VRNLARQNCSGDSKNICS- 117 Q79VX6_SALTY ARKLASVNCSGSSKAVCI- 117 Q8ZBR1_YERPE AQG----NVTPDSKMLCN- 113

27 Gélelektorforézis Polyacrylamide Gel Electrophoresis. (A) Gel electrophoresis apparatus. Typically, several samples undergo electrophoresis on one flat polyacrylamide gel. A microliter pipette is used to place solutions of proteins in the wells of the slab. A cover is then placed over the gel chamber and voltage is applied. The negatively charged SDS (sodium dodecyl sulfate)-protein complexes migrate in the direction of the anode, at the bottom of the gel. (B) The sieving action of a porous polyacrylamide gel separates proteins according to size, with the smallest moving most rapidly.

28 Gélfiltrációs kromatográfia Gel Filtration Chromatography. A mixture of proteins in a small volume is applied to a column filled with porous beads. Because large proteins cannot enter the internal volume of the beads, they emerge sooner than do small ones.

29 Polipeptidváz

30 Ramachandran diagram

31 Másodlagos szerkezet α-hélix

32 Másodlagos szerkezet α-hélix

33 Másodlagos szerkezet β-lemez

34 Másodlagos szerkezet β-lemez

35 Másodlagos szerkezet β-lemez

36 Másodlagos szerkezet β-hajlat

37 Szupermásodlagos szerkezet

38 Szupermásodlagos szerkezet

39 Helikális kötegek

40 Helikális kötegek

41 Doménszerkezet F41

42 Szerkezeti domén Folding domén Funkcionális domén Domének Átlagos domén méret: ~ aa A doménszerkezet tanulmányozása: - limitált proteolízis - pásztázó mikrokaloremetria

43 Az Immunglobulin G molekula doménszerkezete Az IgG domének alapszerkezete: béta szendvics szerkezet

44 A domének mint szerkezeti és funkcionális építőelemek

45 Harmadlagos szerkezet Egy vagy több kovalensen összekötött polipeptidlánc térbeli szerkezete.

46 A harmadlagos szerkezet legfontosabb jellemzői tömör térkitöltés poláros felszín, hidrofób mag H-híd képzési lehetőségek maximálisan kihasználtak aminosavkonformációk általában a Ramachandran régióknak megfelelőek hidrátburok dinamikus szerkezet

47 A PGK fehérje szerkezete

48 Fehérjeszerkezet meghatározás Szerkezeti genomika Módszerek: röntgendiffrakció NMR elektronmikroszkópia Ismert szerkezetek száma: ~ db Ebből membránfehérje: ~100 db Dinamikus tulajdonságok jellemzése: molekuláris dinamika szimulációk időfelbontásos röntgendiffrakció

49 F41 mikrokristályok

50 Röntgendiffrakció

51 X-ray & NMR

52 A HAP2-filamentum komplexum szerkezetének meghatározása krio-elektronmikroszkópiával

53 A HAP2- filamentum komplex szerkezete

54 Negyedleges szerkezet

55 Negyedleges szerkezet II Polyoma vírus Picorna vírus

56 A flagelláris filamentumok szerkezete

57 Negyedleges szerkezeti szimmetriák

58 A negyedleges szerkezet előnyei Miért több lánc? - Kódolási hatásfok - Szintézis hatékonysága (hibavalószínűség) - Szerkezetépítés (pl. tubulusok, filamentumok) - Folding előnyök - Funkcionális előnyök: szabályozhatóság metabolikus intermedierek átadása

59 FEHÉRJÉK DINAMIKÁJA

60 Fehérjeszerkezet meghatározás Szerkezeti genomika Módszerek: röntgendiffrakció NMR elektronmikroszkópia Ismert szerkezetek száma: ~ db Ebből membránfehérje: ~100 db Dinamikus tulajdonságok jellemzése: molekuláris dinamika szimulációk időfelbontásos röntgendiffrakció

61 Fehérjék dinamikája Rendkívül széles időskálájú mozgások: s

62 A molekuláris mozgások funkcionális szerepe Ligand hozzáférhetőség szabályozása Alkalmazkodás a változó szubsztrátszerkezethez Kötődések erősségének szabályozása Rendezetlen régiók, rendezetlen fehérjék

Hasonló dokumentumok

Fehérjék rövid bevezetés

Receptorfehérj rjék szerkezetének felderítése Homológia modellezés Fehérjék rövid bevezetés makromolekulák számos biológiai funkció hordozói: enzimatikus katalízis, molekula transzport, immunválaszok,