Peptidek és fehérjék 1. Fehérjék Fehérjetekeredés. Fehérje (protein) Fehérje (protein) Aminosavak. Aminosavak

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Peptidek és fehérjék 1. Fehérjék Fehérjetekeredés. Fehérje (protein) Fehérje (protein) Aminosavak. Aminosavak"

Máté Ferenc Dobos
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Fehérjék Fehérjetekeredés Peptidek és fehérjék 1 peptid: rövid, peptid kötéssel összekapcsolt aminosavakból álló polimer (< ~50 aminosav) fehérje: hosszú, peptid kötéssel összekapcsolt aminosavakból álló polimer (> ~50 aminosav) Fehérje (protein) Fehérje (protein) Az első jelentősnek elfogadott fehérje beazonosítása: James B. Sumner (biokémikus - USA): az ureáz nevű enzim kristályosítása, és fehérjeként történő azonosítása kémiai Nobel díj ( John Howard Northrop & Wendell Meredith Stanley) Az első beazonosított teljes fehérjeszerkezet: Max Perutz & Sir John Cowdery Kendrew: a hemoglobin és mioglobin szerkezetének feltérképezése kémiai Nobel díj 1962 (Rtg-krisztallográfia 3D szerkezet) ( ) Feladataik: - szerkezeti- vagy vázfehérjék (kollagén) - szállító funkció (miozin) - biokémiai folyamatok szereplői (enzimek) - Immunológiai folyamatok résztvevői (antitestek) - Jelátvitel, információ továbbítása (hormonok) Aminosavak Az aminosavak (amino-karbonsavak) olyan szerves savak, amelyekben egy aminocsoport (-NH 2 ) és egy karboxilcsoport (-CH) kapcsolódik egy négy különböző ligandummal kötésben álló szénatomhoz. Amfoter vegyületek (savas és bázikus tulajdonságokkal egyaránt rendelkeznek) Aminosavak A fehérjemolekulák építőkövei. Az emberi szervezetben 20 aminosav vesz részt a fehérjék polimerláncának felépítésében. Esszenciális aminosavak (9 db): a szervezet nem, vagy csak elégtelen mennyiségben képes előállítani őket (pl. metionin). 20 db aminosav beépülése egy 100 aminosav hoszúságú láncba a variációk száma rendkívül nagy ( = * ). kapcsolódási sorrend = aminosav szekvencia elsődleges szerkezet 1

H Peptidek és fehérjék 2 Elsődleges szerkezet H H 2 N C C H H 2

karboxilcsoport Sorrendbe állított aminosavak melyeket

H H 2 N C C R 1 H N C C H R 2 H + H 2 vízkilépés v.

szerkezet C C N Másodlagos szerkezet Alfa hélix Térbeli

2 H Peptidek és fehérjék 2 Elsődleges szerkezet H H 2 N C C H H 2 N C C R 1 H R 2 H aminocsoport karboxilcsoport aminocsoport karboxilcsoport Sorrendbe állított aminosavak melyeket peptidkötések tartanak össze. H H 2 N C C R 1 H N C C H R 2 H + H 2 vízkilépés v. kondenzáció Peptid kötés Amid Elsődleges szerkezet Elsődleges szerkezet C C N Másodlagos szerkezet Alfa hélix Térbeli szerkezet felvétele: Alfa hélix & béta lemez H Hidrogén-kötés Egy képzeletbeli henger felületén történő feltekeredés (+ v. -). 2

Hidrogén kötés kialakulása Béta lemez Elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatás kialakulása egy hidrogén atom résztvételével. Elektronegativitás!

formájának kialakulása. Fiziológiás körülmények között spontán szerkezetű, rendezetlen molekulák rendezett szerkezet = feltekeredés Chaperon fehérjék segítik az élő sejtben a feltekeredést.

3 Hidrogén kötés kialakulása Béta lemez Elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatás kialakulása egy hidrogén atom résztvételével. Elektronegativitás!!! elektronvonzó képesség δ - H 2 H 2 δ - δ + δ + δ + δ + Parallel és antiparallel béta lemezek Harmadlagos szerkezet Feltekeredés ( Folding ): A fehérje végleges térbeli szerkezetének, funkcionális formájának kialakulása. Fiziológiás körülmények között spontán szerkezetű, rendezetlen molekulák rendezett szerkezet = feltekeredés Chaperon fehérjék segítik az élő sejtben a feltekeredést. Diszulfid és hidrogén kötések valamint egyéb gyenge kölcsönhatások (pl. Van der Waals erők) fontosak a harmadlagos szerkezet stabilizálásában. Diszulfid kötés Thiol csoportok (cisztein) összekapcsolódásával létrejövő kovalens kötés. Hidrofób kölcsönhatás Erősen hidrofób aminosavak : Valine, isoleucine, leucin, methionine, phenylalanine, cysteine, tryptophan. Általában nem poláros molekulák. A vizes közeg számára hozzáférhető hidrofób oldalláncok számának csökkentése a feltekeredés egyik hajtóereje. A hidrofób aminosavak elfedődnek. 3

Harmadlagos szerkezet Negyedleges szerkezet Két vagy több polipeptidlánc összekapcsolódásával létrejövő komplex egység kialakulása (pl. hemoglobin). www.pdb.

Hibás térszerkezet kialakulásának következményei (misfolding) Hibásan feltekeredett fehérje a sejt eltakarítja a funkcionáló fehérjék mennyisége csökken a sejt nem takarítja el hibás, csökkent

syndrome Sickle cell anaemia Tay-Sachs disease Scurvy Alzheimer s disease Parkinson s disease Familiai amyloidoses Retinitis pigmentosa Cataract cancer Hibás feltekeredés miatt kialakuló betegségek

4 Harmadlagos szerkezet Negyedleges szerkezet Két vagy több polipeptidlánc összekapcsolódásával létrejövő komplex egység kialakulása (pl. hemoglobin). Feltekeredés A fehérjék harmadlagos szerkezetének, funkcionális (natív) alakjának kialakulása. Hibás térszerkezet kialakulásának következményei (misfolding) Hibásan feltekeredett fehérje a sejt eltakarítja a funkcionáló fehérjék mennyisége csökken a sejt nem takarítja el hibás, csökkent funkciójú fehérje kialakulása (hemoglobin (HgbS) sarlósejtes anémia) lerakódik különböző szövetekben funkcionális károsodás (Alzheimer kór) Cystic fibrosis phenylketonuria Huntington s disease Marfan syndrome Sickle cell anaemia Tay-Sachs disease Scurvy Alzheimer s disease Parkinson s disease Familiai amyloidoses Retinitis pigmentosa Cataract cancer Hibás feltekeredés miatt kialakuló betegségek DISEASE Hypercholesterolaemia steogenesis imperfecta α1-antitrypsin deficiency Creutzfeldt-Jakob disease Huntingtin Fibrillin Procollagen Haemoglobin α1-antitrypsin β-hexosaminidase Collagen Amyloid β-peptide/tau α-synuclein Prion protein Transthyretin lysosyme rhodopsin crystallins P53 PRTEIN Low-density lipoprtotein receptor Cystic fibrosis trans-membran regulator Phenylalanine hydroxilase SITE F FLDING A harmadlagos szerkezet kialakulásának elmélete Christian Boehmer Anfinsen (biokémikus-usa)

5 Anfinsen kísérlet A harmadlagos szerkezet kialakulásának elmélete 8M urea β-mercaptoethanol SH - SH - Magyarázat: thermodinamikai hipotézis fiziológiás körülmények között a fehérje energia minimumra törekszik (Gibbs-féle szabad enthalpia változás -) Konklúzió: A fehérjék képesek SPNTÁN módon feltekeredni. Anfinsen -féle dogma: A fehérjék 3D szerkezetét az aminosavsorrendjük határozza meg. Natív RNáz A 1972 kémiai Nobel díj (Stanford Moore & William H. Stein) Eredeti szerkezet és aktivitás nélküli kitekeredett (denaturálódott) fehérje Az energia-felszín elméletek Levinthal-féle paradoxon 1./ Levinthal pradoxon 2./ A feltekeredés tölcsér elmélete ( The folding funnel ) Cyrus Levinthal ( : Amerikai molekuláris biológus): a fel nem tekeredett fehérje nagyszámú szabadsági fokkal rendelkezik nagyszámú konformációs állapot kialakulására van esély. Vajon a fehérje kipróbálja a lehetséges összes konformációs állapotot miközben a natív szerkezete kialakul? energy conformation Levinthal-féle paradoxon Levinthal-féle paradoxon Feladat: 25 kötést tartalmazó fehérjében a lehetséges konformációk száma, ha minden kötés 5 féle állapotba rendezőhet? n=5 i=25 N=n i 5 25 Egy konformációs állapot kialakulásának az ideje 1 ns (10-9 s) Az összes lehetőség kipróbálásának az ideje 5 25 *10-9 s = 2.98*10 9 s = ~95 év energy conformation Konklúzió: 1./ A nagyfokú, tisztán véletlenszerű keresgélése a natív szerkezetnek nem eredményes. 2./ a természetes forma kialakulása irányított!?! energia szerkezet Folding: µs - ms 5

A feltekeredés tölcsér elmélete ( The Folding Funnel ) Nagyszámú, azonos valószínűséggel megvalósuló útvonal a feltekeredés során. Minden út közvetlenül a natív állapotba vezet (energetikai minimum).

6 A feltekeredés tölcsér elmélete ( The Folding Funnel ) Nagyszámú, azonos valószínűséggel megvalósuló útvonal a feltekeredés során. Minden út közvetlenül a natív állapotba vezet (energetikai minimum). A gödör mélysége a natív állapot energetikai stabilitását jellemzi. A gödör szélessége a rendszer entrópiájára utal. A gödör peremén lévő felület a véletlenszerűen kialakuló, nem natív állapotok heterogenitásának mértékét mutatja. A tölcsér szűkül és gyorsul. Irányított folyamat. Energia szerkezet Kötéstípusok termikus fluktuációja (20 C) Kovalens-kötés: 2-10 ev n 1 /n 0 ~ % H-híd: ev n 1 /n 0 ~ % Van der Waals erők: < 0.025eV n 1 /n 0 ~ 36.8% Dipól-dipól kölcsönhatás: ~ ev n 1 /n 0 ~ % Konformációs dinamika Folyamatos konformációs átmenetek a makromolekulák szerkezetében. A fehérjék flexibilis molekulák Dinamikus és nem statikus képletek. Fehérjéken belüli mozgásformák: Mozgás típusa Mozgás mérete (Å) Időtartam (s) Energia forrása Martin Karplus 1986 Hemoglobin - röntgendiffrakciós szerkezet + 2 Fluktuációk (pl. atomi vibrációk) Kollektív mozgások a./ gyors (aromás gyűrűk mozgása) b./ lassú (domének mozgása) kiváltott konformációs változások >5 0.5 > k B T k B T bekötés által indukált kölcsönhatások Fehérjék flexibilitása és funkciója közötti kapcsolat A fehérjék alkalmazkodhatnak a ligandumokhoz Indukált illeszkedés ( induced fit ): a ligand bekötésekor mind a ligand mind a fehérje alkalmazkodhat a partner molekula szerkezetéhez. Vége!!! A fehérjék flexibilitása szükséges a biokémiai funkciójuk betöltéséhez. 6

Hasonló dokumentumok

Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés

Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés A fehérjeszerkezet szintjei A fehérjetekeredés elmélete: Anfinsen kísérlet Levinthal paradoxon A feltekeredés tölcsér elmélet 2014.11.05. Aminosavak és fehérjeszerkezet