Fehérjék felépítése és struktúrája. Aminosav oldalláncok. A fehérjék királis elemekből (α-l-aminosavakból) épülnek fel

Hasonló dokumentumok
Fehérjeszerkezet, és tekeredés

A fehérjék szerkezeti hierarchiája. Fehérje-szerkezetek! Klasszikus szerkezet-funkció paradigma. szekvencia. funkció. szerkezet! Myoglobin.

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

A fehérjék hierarchikus szerkezete

FEHÉRJÉK A MÁGNESEKBEN. Bodor Andrea ELTE, Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium. Alkímia Ma, Budapest,

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Biopolimer 12/7/09. Makromolekulák szerkezete. Fehérje szerkezet, és tekeredés. DNS. Polimerek. Kardos Roland DNS elsődleges szerkezete

Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

Bioinformatika 2 6. előadás

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

A fehérjék hierarchikus szerkezete

Peptidek és fehérjék szerkezetvizsgálata spektroszkópia és in silico módszerekkel

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

A fehérjék hierarchikus szerkezete. Szerkezeti hierarchia. A fehérjék építőkövei az aminosavak. Fehérjék felosztása

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI AZ AMINOSAVAK ÉS FEHÉRJÉK 1. kulcsszó cím: Aminosavak

Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis. Fehérjeszerkezet analízis

Az élő anyag szerkezeti egységei: víz, nukleinsavak, fehérjék. elrendeződés, rend, rendszer, periodikus ismétlődés

Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, kémiai Nobel-díjak:

3. Sejtalkotó molekulák III. Fehérjék, enzimműködés, fehérjeszintézis (transzkripció, transzláció, poszt szintetikus módosítások)

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav Fehérjék szerkezetének kialakulása

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

MedInProt Szinergia IV. program. Szerkezetvizsgáló módszer a rendezetlen fehérjék szerkezetének és kölcsönhatásainak jellemzésére

Szerkesztette: Vizkievicz András

Nukleinsavak építőkövei

A felgombolyodás problémája

Peptid- és fehérjék másodlagos-, harmadlagos- és negyedleges szerkezete

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

Elválasztástechnikai és bioinformatikai kutatások. Dr. Harangi János DE, TTK, Biokémiai Tanszék

Eszközszükséglet: Szükséges anyagok: tojás, NaCl, ammónium-szulfát, réz-szulfát, ólom-acetát, ecetsav, sósav, nátrium-hidroxid, desztillált víz

Bioinformatika 2 5. előadás

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

Fehérjék rövid bevezetés

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

Hegedüs Zsófia. Konformációsan diverz -redős szerkezetek utánzása -peptid foldamerek segítségével

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

Szimulációk egyszerősített fehérjemodellekkel. Szilágyi András

Fehérjék szerkezetének kialakulása II

Martinek Tamás: "Peptid foldamerek: szerkezet és alkalmazás" című MTA Doktori értekezésének bírálata

Peptid- és fehérjék másodlagos-, harmadlagos- és negyedleges szerkezete

A citoszkeletális rendszer

Szemináriumi feladatok (alap) I. félév

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

A sztereoizoméria hatása peptidek térszerkezetére és bioaktivitására OTKA PD Szakmai zárójelentés. Dr. Leitgeb Balázs

1b. Fehérje transzport

Bioinformatika előad

Bioinformatika előad

A rácsmodell. Szabadenergia felületek.

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

Szemináriumi feladatok (alap) I. félév

NMR a peptid- és fehérje-kutatásban

Folyadékok és szilárd anyagok

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Natív antigének felismerése. B sejt receptorok, immunglobulinok

? ligandum kötés konformációs változás aktiválási energia számítás pka számítás kötési energiák

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Fehérjék szerkezetének kialakulása II. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Bio-nanorendszerek. Vonderviszt Ferenc. Pannon Egyetem Nanotechnológia Tanszék

Bírálat Martinek Tamás Peptid foldamerek: szerkezet és alkalmazás című MTA doktori értekezéséről

Prológus helyett polimorfizmus kapcsolodó-mutációk

Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái

Víz. A víz biofizikája. A vízmolekula szerkezete. A vízmolekula dinamikája. Forgó-rezgő mozgás

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.


Enzimek. Enzimek! IUBMB: szisztematikus nevek. Enzimek jellemzése! acetilkolin-észteráz! legalább 10 nagyságrend gyorsulás. szubsztrát-specificitás

1. jelentésük. Nevüket az alkotó szén, hidrogén, oxigén 1 : 2 : 1 arányából hajdan elképzelt képletről [C n (H 2 O) m ] kapták.

Bevezetés a bioinformatikába. Harangi János DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék

2. Ismert térszerkezetű transzmembrán fehérjék adatbázisa: a PDBTM adatbázis. 3. A transzmembrán fehérje topológiai adatbázis, a TOPDB szerver

Fehérjék. A fehérjék szerkezeti szintjei. Elsődleges szerkezet

Felgombolyodási kinetikák, mechanizmusok

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

Olajos Gábor. β-aminosav helyettesítések β-szendvics modellfehérjékben

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

A víz biofizikája. Víz. A vízmolekula szerkezete. Újsághír. Egy (1) tudta mindössze, hogy a vízről van szó...

6. szeminárium - Fehérjeszerkezethez kötött patológiás állapotok kémiája

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

Aromás: 1, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13, (14) Az azulén (14) szemiaromás rendszert alkot, mindkét választ (aromás, nem aromás) elfogadtuk.

"Olvadt gombócok" és más kompakt denaturált állapotok

Szerkesztette: Vizkievicz András

Gráczer Éva Laura okleveles biológus

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Több szubsztrátos enzim-reakciókról beszélve két teljesen különbözõ rekció típust kell megismernünk.

A fehérjék harmadlagos vagy térszerkezete. Még a globuláris fehérjék térszerkezete is sokféle lehet.

Ciklodextrinek alkalmazási lehetőségei kolloid diszperz rendszerekben

Az NMR spektroszkópia a fehérjék szolgálatában. Bodor Andrea. ELTE Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratórium Visegrád

Röntgendiffrakciós szerkezetvizsgálat. A szerkezetmegoldás menete Lehetőségek és korlátok Alkalmazások

Bár az elő szervezetek 70 95%-a víz, a többi elsősorban szénalapú vegyületekből áll

TDK lehetőségek az MTA TTK Enzimológiai Intézetben

2. SZÉNSAVSZÁRMAZÉKOK. Szénsav: H 2 CO 3 Vízvesztéssel szén-dioxiddá alakul, a szén-dioxid a szénsav valódi anhidridje.

Biofizika I

A sejtek élete. 5. Robotoló törpék és óriások Az aminosavak és fehérjék R C NH 2. C COOH 5.1. A fehérjeépítőaminosavak általános

Szabadalmi oltalom megszűnése és újra érvénybe helyezése. Ideiglenes szabadalmi oltalom megszűnése elutasítás miatt

Szerves Kémiai Problémamegoldó Verseny

N I. 02 B. Mágneses anyagvizsgálat G ép A mérés dátuma: A mérés eszközei: A mérés menetének leírása:

Átírás:

Fehérjék felépítése és struktúrája Aminosav oldalláncok A fehérjék királis elemekből (α-l-aminosavakból) épülnek fel Fehérjék szerkezete Anfinsen dogmája Anfinsen dogmája (vagy: termodinamikus hipotézis) azt állítja, hogy (legalábbis viszonylag kis globuláris proteineknél) a természetes szerkezetet (meghatározott körülmények között (hőmérséklet, koncentráció, egyéb alkotók,...)) csak az adott fehérje aminosav-sorrendje határozza meg. Feltételezi, hogy az egyértelműen meghatározott stabil szabadenergia/szabadentalpia minimum kinetikailag elérhető) Ld. még később! Aminosav (di-, tri-,..., oligo)peptid fehérje Fehérjék szerkezeti adatbázisa: PDB (www.rcsb.org) Milyenek ezek a szerkezetek? Mi határozza meg, hogy adott szekvencia milyen 3D szerkezetet vesz fel? A fehérjeszerkezet-kutatás útörői: Peptidek szerkezete, konformációja Aminosav (di-, tri-,..., oligo)peptid fehérje A peptidkötés planáris és merev. Mi következik ebből?... és még sokan mások! Kérdés: Mikortól fehérje a fehérje? 1

A fehérje lánc peptid-gerinc konformációjának leírása A fehérjét alkotó aminosavak oldalláncainak konformációja Peptid kötés jellemzése Cα atomok Oldalláncok O (peptid karbonil) N (peptid nitrogén) és H (peptid amid hidrogén) Fehérjék szerkezeti szintjei A fehérje peptid gerincének konformációs lehetőségei Elsődleges szerkezet: A fehérjék aminosavak lineáris polimereiből felépülő szerves makromolekulák. Aminosav-sorrend. Másodlagos szerkezet: A másodlagos vagy szekunder szerkezeten a peptidgerinc hidrogénkötések által stabilizált lokális (legalább négy aminosavra kiterjedő) rendezettségét értjük. Harmadlagos szerkezet: A harmadlagos vagy tercier szerkezet egy polipeptidlánc teljes térbeli konformációja. Azaz annak az ismerete, hogy az egyes szerkezeti elemek (aminosavak, atomok) hogyan helyezkednek el a többi szerkezeti elemhez képest. Elsősorban a fehérjék belső hidrofób kölcsönhatásai stabilizálják a szerkezetet. Negyedleges szerkezet: Bizonyos fehérjéket, több peptidlánc (alegység) alkot. Az alegységek egymáshoz viszonyított helyzetét adja meg egyértelműen. Fontos: a fehérjék megfelelő hajtogatódásához gyakran dajkafehérjék (chaperonok) szükségesek. Ramachandran elméleti javaslata a peptidgerinc konformációs lehetőségeire jól egyezik a kísérleti φ, ψ eloszlásokkal A fehérje peptid gerincének konformációs lehetőségei Az α-helix A fehérje szerkezet legfontosabb építőkövei (másodlagos szerkezeti elemei) Az alfa helix (α-helix) egy nagyon gyakori másodlagos szerkezeti elem. Minden peptidgerinc N-H csoport hidrogénkötést létesít a néggyel megelőző aminosav peptidgerinc C=O csoportjával. (i+4 i hidrogén kötés). (Itt: Jobbmenetes) Minden aminosav 100 -os fordulattal és 1.5 Å menetemelkedéssel járul hozzá a helikális szerkezethez 3.6 aminosav (5.4 Å ) egy teljes csavar A másodlagos szerkezeti elemek a minél kisebb sztérikus ütközés és a minél nagyobb energianyereségű láncon belüli kölcsönhatás (+ egyéb potenciális energiát csökkentő kölcsönhatások) optimalizálásának eredményei. 2

Az α-helikális szerkezet egy másik ábrázolási módban Helikális szerkezetek dipólusos tulajdonsága: Érdekességképpen: vannak más tipusú helikális szerkezetek is: a 310 és a π-helikális szerkezetek a 310-helix : (itt: Jobbmenetes) i+3 i hidrogén kötés Minden aminosav 120 -os fordulattal és 2.0 Å menetemelkedéssel járul hozzá a helikális szerkezethez a π-helix : (itt: Jobbmenetes) i+5 i hidrogén kötés Minden aminosav 87 -os fordulattal és 1.15 Å menetemelkedéssel járul hozzá a helikális szerkezethez 3 aminosav (6.0 Å ) egy teljes csavar 4.1 aminosav (6.0 Å ) egy teljes csavar Szalagok, redők β-redős szerkezetek A turn -ök (kanyarok): Egy helikális szerkezet (polialanin) eredő dipólusmomentuma. A momentum a vázszerkezetben levő N-H amid és C=O karbonil kötések orientációjából származik A β-kanyarok szerkezete 3

Poliprolin helikális szerkezetek és a kollagén: A poliprolin láncok a szomszédos láncokkal létesítenek hidrogénkötéses kölcsönhatást. 3 lánc alkot egy helikális szerkezetet Másodlagos szerkezeti elemek együttesei: Topológiák és motívumok Antiparallel β-redők Antiparalell β redő sematikus topológiai ábrázolással Az aminosav egységek különböző relatív valószínűséggel vesznek részt az egyes másodlagos szerkezeti elemekben És a valóságban, röntgendiffrakciós szerkezetek alapján Szupermásodlagos szerkezet (motívumok) Érdekességképpen: A β-szalagok és α-helikális szerkezeti elemek gyakran ismétlődő (több kísérleti szerkezetben is megtalálható) rendeződési módját motívumoknak nevezzük. Példa: görög kulcs motívum Másik példa: jellyroll motívum (β-redős hajtű összetekeréseként képzelhető el) sematikus topológiás ábrázolása és egy valós példa (PDB #:2BUK) A protein szerkezetekben előforduló motívumok száma sokkal kisebb, mint az aminosav sorrendek változatossága. 4

Érdekességképpen: Kevert β-redős és α-helikális szerkezeti elemek; a βαβ-topológia Érdekességképpen: Egy bonyolultabb motívum a TIM hordó, amely nyolc α-helixből és nyolc β szalagból áll. Nevét a triosephosphate isomerase nevű enzimről kapta Helikális szerkezetek Domén szerkezetű fehérjék Egy példa helikális szerkezeti elemek fej-láb elrendeződésére sematikusan és egy kísérleti protein szerkezet (PDB #: 2TMV) alapján A fehérjék gyakran több térbelileg elkülönülő hidrofób centrum köré hajtogatódnak. Egy-egy ilyen centrum köré hajtogatódó protein szerkezeti elemet doménnek nevezünk. Fehérje szerkezetről akkor beszélhetünk, ha van legalább egy hidrofób centruma, azaz legalább egy doménje. Tipikus α-helikális szerkezet a mioglobin. Két jól elkülönülő doménből álló proteinek lehetséges elrendeződései Mozaik fehérjék Példa: Néhány mozaikfehérje Szekvenciájuk és doménszerkezetük alapján moduláris részekből (jól elkülönülő doménekből) összeálló proteinek. Az egyes doméneknek (moduloknak) funkcionálisan is más-más a szerepük. 5

Hurkok és végződések; Szerepük gyakran a proteinek közötti kölcsönhatás stabilizálása. Példa: a véralvadás XIII-as faktorának dimerje, ahol az N-terminális aktivációs peptid szerepet játszik a monomerek asszociációjában Néhány egyláncú protein százalékos α-helix és β-szalag konformációtartalma Biokémiai funkció: konvergencia és divergencia Oligomer fehérjék, negyedleges szerkezetek Gyakran nagyon különböző hajtogatódási típusok rendelkeznek ugyanazon funkcióval. Példa: kimotripszin (balra) és szubtilizin (jobbra). Ugyanolyan mechanizmus alapján működő szerin proteázok. Példa funkcionális divergenciára: a szerpin szerkezetek nem mindegyikének van szerin- (vagy cisztein-) proteáz gátló képessége A fehérjék oligomerizálódhatnak, az oligomerizáció többféle módon is lehetséges, a monomer fehérje szerkezetétől függ. Oligomer fehérjék Fehérje negyedleges szerkezetek (példák) Egy példa: (Az asszociációra való képesség kialakulása vagy megváltozása gyakran igen jelentős funkcionális változással jár együtt (pl. sarlósejtes anémia).) 6

Proteinek hajtogatódása: Érdekességképen: Anfinsen kísérlete (1961) Anfinsen dogmája Anfinsen dogmája (vagy: termodinamikus hipotézis) azt állítja, hogy (legalábbis viszonylag kis globuláris proteineknél) a természetes szerkezetet (meghatározott körülmények között (hőmérséklet, koncentráció, egyéb alkotók,...)) csak az adott fehérje aminosav-sorrendje határozza meg. Feltételezi, hogy az egyértelműen meghatározott stabil szabadenergia/szabadentalpia minimum kinetikailag elérhető). Fontos: érvényessége az alábbi feltételek függvénye.. 3 feltétel: Unikalitás: Az adott szekvenciához nem tartozik egyéb összemérhetően alacsony szabadenergia/szabadentalpia minimum. Stabilitás: kis perturbáció nem változtat lényegesen a minimum konformáción (keskeny, mély henger, nem lapos tányér ) Kinetikus elérhetőség: Ha van is kinetikus gátja a hajtogatódásnak, annak megfelelően kicsinek kell lennie Christian Boehmer Anfinsen, Jr. (March 26, 1916 May 14, 1995) was an American biochemist. He shared the 1972 Nobel Prize in Chemistry with Stanford Moore and William Howard Stein for work on ribonuclease, especially concerning the connection between the amino acid sequence and the biologically active conformation RNáz A natív állapot többnyire reverzibilisen legombolyítható: denaturálószer hozzáadásával melegítéssel vagy hűtéssel ph változtatásával (savanyítás, lúgosítás) nagy nyomással a diszulfidkötések elhasításával Kicsi, egydoménes fehérjék esetében többnyire: Ribonuclease (commonly abbreviated RNase) is a type of nuclease that catalyzes the degradation of RNA into smaller components. Levinthal paradoxon (Cyrius Levinthal) - elméleti biokémikus Minden peptidegységnek kb. 10 konformációs állapota van 100 aminosavas lánc esetén: 10 100 variáció 1 konformációs állapot 10-13 s, tehát 10 87 s, azaz kb. 10 80 év szükséges a natív állapot eléréséhez (több mint az univerzum életkora) A valóságban 1 másodpercen belül feltekeredik a legtöbb fehérje Az "új szemlélet" A kismolekuláknál megszokott reakciókinetika fogalmai nehézkesen alkalmazhatóak a felgombolyodásra. Heterogén populációk vannak Nincs egyértelmű reakciókoordináta Az új szemlélet kulcsfogalma: energiafelület Feltekeredés Levinthal javaslata: útvonalak: Valóság: tölcsér! A felgombolyodás termodinamikai vagy kinetikai kontroll alatt áll? Válasz: A natív szerkezet termodinamikai kontroll alatt áll (a szabadentalpiafelület globális minimuma). Ezt az állapotot azonban a felgombolyodás során kinetikus kontroll alatt álló intermediereken keresztül éri el a fehérje. Feltekeredés Mindig a globális minimum-e a natív -nak nevezett állapot? Nem. Pl: antithrombin III (SERPIN), de a rendszer ilyenkor is a globális minimum felé tart. Továbbá: Protein konformációs betegségek (protein conformational disorders, vagy protein misfolding diseases), például Alzheimer kór, Parkinson kór, prion betegség,...) 7

A fehérjék szerkezetmeghatározásának kísérleti módszerei; röntgen-diffrakció A fehérjék szerkezetmeghatározásának kísérleti módszerei; NMR spektroszkópia A fehérjék szerkezetmeghatározásának elméleti módszere; homológia modellezés Általában elfogadható, ha a szekvenciaazonosság ~30% vagy nagyobb. Szimulált (spontán) hajtogatódás: egy protein (villin; egy actin kötő protein) 36 aminosav egysége hajtogatódásának számítógépes szimulációja random módon generált kezdeti konformációból kiindulva. A protein részlet szimulációját virtuális vizes boxban végezték. A szimulált hajtogatódás kb. 1 μs idő alatt ment végbe. Ehhez azonban félmilliárdszor kellett a mozgásegyenleteket integrálni, azaz a számítás időigénye lényegesen nagyobb volt. Ma már hasonló miniproteinekre sokkal hosszabb szimuláció (1ms) is kivitelezhető, persze igen jelentős számítógépi kapacitást feltételezve. 8