Fehérje nanogépezetek

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Fehérje nanogépezetek"

Adél Somogyi
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Fehérje nanogépezetek

2 A fehérjék alapvető biológiai funkciói Molekulafelismerés és megkötés Kémiai reakciók irányítása (katalízis) Konformációs átkapcsolások (jelfeldolgozás, szabályozás) Dinamikus szerkezetépítés (vázrendszerek, sejtmozgások) Mindezen funkciók hátterében meghatározó szerepet játszik a fehérjék specifikus molekulafelismerési képessége.

szabályozás) Dinamikus szerkezetépítés (vázrendszerek, sejtmozgások) Mindezen

3 Molekulafelismerés és megkötés Fehérje - ligandum Kötőhelyek felépítése, elhelyezkedése Specificitás (komplementaritás) Nemkovalens kölcsönhatások (reverzibilitás) Flexibilitás (indukált illeszkedés) EGF-receptor

(komplementaritás) Nemkovalens kölcsönhatások

4 Speciális felismerő molekulák Antitestek Receptorok Enzimek

5 Az IgG molekula szerkezete 2-2 nehéz és könnyűlánc kontans és variábilis domének szimmetrikus szerkezet az antigénkötő helye a V H és V L domének együtt alakítják ki

6 IgG génátrendeződés

7 Antigén-antitest kölcsönhatás epitópok Poliklonális és monoklonális ellenanyagok

8 Monoklonális ellenanyagok előállítása

9 IgG alkalmazások Immun-analitikai eljárások ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay)

10 ELISA

11 Bioszenzorok Rezgőnyelves bioszenzor: <1 ng tömegű NEMS rezonátor: mérhető: 10-6 X saját tömeg attogram Egyetlen baktérium tömegének meghatározása: (Craighead és mts., Cornell University)

12 Enzimek

13 Az enzimek jellemzői specifikus biokatalizátorok kémiai reakciók végbemenetelét gyorsítják fel a reakció egyensúlyi állandója nem változik rendkívül hatékonyak környezeti körülményekre (ph, T) érzékenyek működésük szabályozott

egyensúlyi állandója nem változik rendkívül hatékonyak

14 Az enzimkatalízis mechanizmusa Az enzimek a kémiai reakciók sebességét azáltal gyorsítják fel, hogy a szubsztrát átmeneti állapotbeli konformációját kötik a legerősebben. (Pauling 1946) Hogyan csökkenti az energiagátat? funkcionális csoportok precíz térbeli elhelyezkedése szubsztrát megfelelő orientáltságú kötése átmeneti állapot preferált kötése

legerősebben. (Pauling 1946) Hogyan csökkenti az energiagátat?

15 Enzimműködés energetikája

16 Enzimkinetika Michaelis-Menten: E + S ES E + P

17 Enzimek mérete Funkcionális csoportok megfelelő térbeli orientációjának biztosítása Szubsztrát hatékony begyűjtése Kötődés más struktúrákhoz Szabályozhatóság Szupramolekuáris enzimkomplexumok

hatékony begyűjtése Kötődés más struktúrákhoz

18 Enzimek általános jellemzése a) Kofaktorok, koenzimek használata Apo- és holoenzim Kofaktorok: biológiailag aktív konformáció fenntartása részvétel a katalitikus folyamatban megszabhatják a folyamat jellegét szorosan vagy lazán kapcsolódás

konformáció fenntartása részvétel a katalitikus folyamatban

19 Enzimek általános jellemzése b) Aktív centrum A fehérjemolekula viszonylag kis része, ahol a katalitikus lépések lejátszódnak. Általában domének közti árokban, zsebben helyezkedik el. Funkcionálisan különböző részek: kötőhely(ek) katalitikus hely A kötőhely határozza meg a specificitást. Szubsztrátkötés indukált illeszkedés E-S kölcsönhatás általában számos gyenge kötés révén alakul ki; ritkán kovalens kapcsolat

Funkcionálisan különböző részek: kötőhely(ek) katalitikus hely A kötőhely határozza meg a specificitást.

20 Enzimek általános jellemzése Katalitikus hely ( reakció típusa): meghatározó a távoli oldalláncok megfelelő orientációja és elhelyezkedése ill. mozgékonysága Az oldalláncok egymással való kölcsönhatása, mikrokörnyezete nagymértékben meghatározza azok reaktivitását. Aktív centrum feltérképezése: röntgendiffrakciós szerkezet kémiai módosítások irányított evolúció A lizozim aktív centruma

mozgékonysága Az oldalláncok egymással való kölcsönhatása, mikrokörnyezete nagymértékben

21 Cytochrome P-450 aktív centrum

22 Enzimek általános jellemzése c) Dinamikus szerkezet Ligand hozzáférhetőség szabályozása Alkalmazkodás a változó szubsztrátszerkezethez Kötődések erősségének szabályozása Relatív doménmozgás (PGK)

23 Enzimek általános jellemzése d) Enzimműködés szabályozása Reakcióhálózatok visszacsatolások Serkentők és inhibítorok Enzimek gátlása (serkentése): Kötődés módja szerint: irreverzibilis reverzibilis Kötődés típusa szerint: kovalens (pl. foszforilálás) nemkovalens (kompetitív vs. nemkompetitív) Kötődés helye szerint: kötődés az aktív centrumba allosztérikus szabályozás

24 Allosztérikus enzimek Effektorok: a katalizált reakcióval nincsenek közvetlen kapcsolatban (pl. egy reakciósor késői terméke szabályoz) Általában a több alegységből felépülő enzimek kooperatív sajátossága. Hemoglobin

25 Allosztérikus szabályozás

26 Proteázok A polipeptidláncot hasító enzimek (hidrolázok). Az aktív centrum meghatározó funkcionális csoportja szerint: szerin proteázok (pl. tripszin) cisztein proteázok aszpartát proteázok metalloproteázok

27 Szerin proteázok Katalitikus triád: Asp His - Ser Eltérő specificitás: Kimotripszin: nagy méretű, apoláros oldalláncok után hasit Tripszin: Lys, Arg után hasít Trombin: Arg-Gly között hasít Elasztáz: kis méretű, töltetlen oldalláncok után hasít Szubtilizin: nem specifikus Szubtilizin konvergens evolúciója.

28 Szerin proteázok hatásmechanizmusa I. 1. A szubsztrát C1 atomja és az aktív szerin OH csoportja között kovalens kötés alakul ki negatívan töltött tetrahedrális acilenzim intermedier 2. A peptidkötés elhasadása után az egyik peptidtermék diffúzióval gyorsan távozik.

29 Szerin proteázok hatásmechanizmusa II. 3. Az acilenzim komplex egy vízmolekula segítségével töltött tetrahedrális állapoton keresztül hidrolizál (deacilálás). 4. Az enzim eredeti állapota visszaáll.

30 A katalízis szerkezeti háttere A katalitikus triád His oldallánca általános bázisként egy protont vesz át a szerintől Oxianion lyuk: stabilizálja a tetraéderes átmeneti állapotot az O - atommal létesített H-híd révén Szubsztrátkötés: H-hidak a polipeptidváz főlánc atomjaival (tág specificitás; átmeneti állapot stabilizáció) Specificitási zseb: ez biztosítja a specifikus hasítóhely felismerést

31 Szerin proteáz aktív centrum

32 Szubsztrátkötő zseb

33 A fehérjék, mint molekuláris kapcsolók Szabályozás (pl. allosztéria, génexpresszió) Jelátvitel (pl. receptorok) Energiaátalakítás (pl. molekuláris motorok) miozin

34 Jelátviteli folyamatok Receptorok: transzmembrán fehérjék, valamilyen külső stimulust (fény, kémiai jelek) érzékelnek 3 fő csoportba oszthatók: Ioncsatorna-kapcsolt receptorok G-fehérje csatolt receptorok Enzimkapcsolt receptorok

35 G-fehérjék Több száz féle G-fehérje létezik. Molekuláris erősítők: GTP aktiválja őket 3 alegységből állnak α (45 kda) GTPáz aktivitást mutat β (35 kda) és γ (8 kda) heterodimert képez α és γ lipidtoldalékkal membránhoz kötöttek α-gtp monomer α-gdp βγ-val a receptor citoplazmatikus doménjéhez kötődő komplexet képez RGS fehérje szabályozza a GTP hidrolízist

36 G fehérjék működése

37 Enzimcsatolt receptorok Intracelluláris enzimtikus aktivitással rendelkeznek vagy enzimhez kapcsoltak. A receptor-tirozin kinázok felépítése: N-terminális extracelluláris ligandkötő domén Egyetlen transzmembrán α-hélix Citoplazmatikus C-terminális domén tirozin-kináz aktivitással

38 A receptor tirozin kinázok működése Dimerizáció és autofoszforiláció Enzimaktivitás növelése, kötőhelyek kialakítása

39 Intracelluláris jeltovábbítás Célfehérjék: foszforilálása enzimatikus aktivitásának növelése kölcsönhatások kialakítása

Hasonló dokumentumok

A polipeptidlánc szabályozott lebontása: mit mondanak a fehérjekristályok? Harmat Veronika ELTE Kémiai Intézet, Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratórium MTA-ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport A magyar