Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek"

Anikó Faragóné
8 évvel ezelőtt
Látták:

Biopolimerek Makromolekulá Makromolekulák. Fehé Fehérjetekeredé rjetekeredés. Osztódó sejt magorsófonala 2011. November 16.

1 Biopolimerek Makromolekulá Makromolekulák. Fehé Fehérjetekeredé rjetekeredés. Osztódó sejt magorsófonala November 16. Huber Tamá Tamás Dohány levél epidermális sejtjének aktin hálózata Bakteriofágból kiszabaduló DNS Polimerek DNS Polimer: hasonló alegységekből (monomer) felépülő makromolekulák Alegységek száma: tipikusan Titin: 3,435*104 aminosav C132983H211861N36149O40883S693 Humán kromoszóma 1: 2,25*108 nukleotid Biopolimer Alegység 1953 Rosalind Franklin DNS kettős spirál DNS röntgen diffrakciós képe: Kötés Nukleinsav (RNS, DNS) Nukleotid (CTUGA) (foszfodiészter) Poliszacharid (pl. glikogén) Cukor (pl. glükóz) (pl. -glikozid) Fehérje Aminosav (peptidkötés) Fehérjepolimer (pl. mikrotubulus) Fehérje (pl. tubulin) Másodlagos (Hidrogén kötés, ionos kötés, stb) - a molekula fonálszerű, -a fonál két párhuzamos szerkezetből áll. - egyenletes átmérőjű, - spirál alakú James D. Watson és Francis Crick DNS modell T-A (2 hidrogén kötés) C-G (3 hidrogén kötés) DNS elsődleges szerkezete NATURE-1953 Foszfodiészter kötés 2 dezoxi-ribóz között 1962 Nobel díj Robert Cecil Olby - The path to the double helix: The Discovery of DNA James D. Watson The Double Helix DNS kettős hélix Hidrogén kötések a komplementer bázis párok között

tipikusan 102-104 Titin: 3,435*104 aminosav C132983H211861N36149O40883S693 Humán kromoszóma 1: 2,25*108 nukleotid Biopolimer Alegység 1953 Rosalind Franklin DNS kettős spirál DNS röntgen diffrakciós

2 DNS másodlagos szerkezet Fehérjék szerkezete Elsődleges szerkezet: aminosav sorrend Nagy árok: ligand támadási pont Kis árok Frederick Sanger 1958 Nobel díj DNA Hidrogén kötés Elektrosztatikus kötés Van der Waals Inzulin szekvenciájának meghatározása 1955 A-DNS: rövid (2,4 nm), széles B-DNS: hosszú (3,4 nm), keskeny Z-DNS: megnyúlt (purin-pirimidin alternáció) Fehérjék másodlagos szerkezete Másodlagos szerkezeti elemek hidrogén kötéseken keresztül stabilizálódnak. Peptid kötés kialakulása Fehérjék harmadlagos és negyedleges szerkezete Másodlagos strukturális elemek 3-dimenziós elrendeződése. Több alegység összekapcsolódásából létre jött szerveződési szint. β-redő Hemoglobin α-alegysége α-hélix Fehérjék feltekeredése (folding) Hemoglobin A (2α és 2β alegység) Fehérjék feltekeredésének hajtóereje Hidrofób mag Hidrofil aminosavak

Másodlagos szerkezeti elemek hidrogén kötéseken keresztül stabilizálódnak.

3 Anfinsen kísérlete, RNáz A (1961) Levinthal paradoxon Cyrius Levinthal - elméleti biokémikus Minden peptidegységnek kb. 10 konformációs állapota van 100 aminosavas lánc esetén: variáció 1 konformációs állapot s s, azaz kb év szükséges a natív állapot eléréséhez (több mint az univerzum életkora) Cyrius Levinthal munka közben Szerkezet A valóságban 1 másodpercen belül felgombolyodik! Energia Anfinsen - féle dogma: A fehérjék 3D szerkezetét az aminosav sorrendjük határozza meg. A felgombolyodás termodinamikai kontroll alatt áll: a natív szerkezet a termodinamikailag legstabilisabb állapot. A feltekeredés tölcsér elmélete Kétállapotú rendszer Általános eset Nem megfelelően feltekeredett (misfolded) proteinek Prion: hibás térszerkezetű fehérjék, melyek fertőző ágensként viselkednek -Kuru, Daniel Carleton Gajdusek 1976 Nobel díj -Creutzfeldt-Jakob szindróma -Kergemarha kór β-amiloid felhalmozódása Alzheimer kór Függőleges tengely: a molekula ún. belső szabadentalpiája. Az egyes molekulák a globális energiaminimumot, azaz a natív állapotot keresik. Amiloid plakkok kialakulása az agyban Kuru-ban szenvedő őslakosok A polimerek alakja bolyongó mozgásra emlékeztet (Brown mozgás) Biopolimerek flexibilitását leíró modellek A polimerek nem merev rúdként viselkednek, flexibilitásuk miatt. Flexibilitás oka Leíró modell r 1 Diffúzió: < x 2 >=2D < x 2 > = átlagos négyzetes elmozdulás D = diffúziós állandó = diffúziós idő (megfigyelés időtartama) R r N Négyzetgyök törvény : R 2 Nl 2 Ll r i =elemi vektor R= vég-vég távolság, end-to-end hossz r i l =korrelációs hossz (perzisztencia hossz) N=elemi vektorok száma Nl=L=kontúrhossz Kontúrhossz: polimer kinyújtott hossza Perzisztencia hossz: a polimer azon hossza melynél megtartja az irányultságát (nem hajlik be) 1. C-C kötések körüli rotáció, 2. Súrlódásmentes pántokkal összekapcsolt merev rudak 3. Kötés torzulás pl. DNS, Titin 1 1. Szabadon rotáló lánc 2. Szabadon kapcsolt lánc (FJC), 3. Féregszerű polimerlánc (WLC). 2 3

10 81 év szükséges a natív állapot eléréséhez (több mint az univerzum életkora) Cyrius Levinthal munka közben Szerkezet A valóságban 1 másodpercen belül felgombolyodik!

Biopolimerek flexibilitása Biopolimerek mechanikája Merev lánc >>L =1-6 mm Szemiflexibilis lánc ~L =0,1-20 μm <<L Flexibilis lánc <<L =9-16 nm Mikrotubulus Aktin filament Titin Entropikus rugalmasság

4 Biopolimerek flexibilitása Biopolimerek mechanikája Merev lánc >>L =1-6 mm Szemiflexibilis lánc ~L =0,1-20 μm <<L Flexibilis lánc <<L =9-16 nm Mikrotubulus Aktin filament Titin Entropikus rugalmasság termikus gerjesztésre a polimerlánc random, ide-oda hajló fluktuációkat végez nő a lánc konformációs entrópiája (elemi vektorok orientációs entrópiája). Az entropikus lánc rugalmassága FL k T R L Vég-vég távolság (R) F=erő =korrelációs hossz (perzisztenciahossz) k B =Boltzmann állandó T=abszolút hőmérséklet L=kontúrhossz R/L=relatív megnyúlás B P ~ Korrelációs hossz Erő (F) Lézer csipesz Csomókötés aktin filamentumra lézercsipesszel Fókuszált lézernyaláb alkalmazása DNS molekula megragadására. Lézer fókusz DNS molekula Latex gyöngy Mozgatható mikropipetta Atom Erő Mikroszkópia (AFM) Titin mechanikai manipulációja AFM-el. Titin megnyújtása AFM-el. F ~ domén stabilitása 2 csúcs közötti távolság ~ kontúr hossz 10μm Erő-megnyújtás görbe

Az entropikus lánc rugalmassága FL k T R L Vég-vég távolság (R) F=erő =korrelációs hossz (perzisztenciahossz) k B =Boltzmann állandó T=abszolút hőmérséklet L=kontúrhossz R/L=relatív megnyúlás B P ~

5 Titin biológiai jelentősége -amiloid filamentumok csillámfelszínen (pásztázó üzemmód) Vége!

Hasonló dokumentumok

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

Fehérjeszerkezet, és tekeredés Futó Kinga Polimerek Polimer: hasonló alegységekből (monomer) felépülő makromolekulák Alegységek száma: tipikusan 10 2-10 4 Titin: 3,435*10 4 aminosav C 132983 H 211861 N