Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés



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

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

Szerkesztette: Vizkievicz András

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

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

AMINOSAVAK, FEHÉRJÉK

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

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

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

TRANSZPORTFOLYAMATOK 1b. Fehérjék. 1b. FEHÉRJÉK TRANSZPORTJA A MEMBRÁNONOKBA ÉS A SEJTSZERVECSKÉK BELSEJÉBE ÁLTALÁNOS

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások


A fehérjék hierarchikus szerkezete

TestLine - Biogén elemek, molekulák Minta feladatsor

Szimulációk egyszerősített fehérjemodellekkel. Szilágyi András

Fehérjék rövid bevezetés

6. Zárványtestek feldolgozása

Biológiai makromolekulák szerkezete


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

Aminosavak, peptidek, fehérjék

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

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

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

Élettan. előadás tárgykód: bf1c1b10 ELTE TTK, fizika BSc félév: 2015/2016., I. időpont: csütörtök, 8:15 9:45

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

Egy antifungális diszulfid fehérje szerkezeti dinamikája és hideg/meleg kitekeredése (avagy PAF, a hűvös sárkány)

,:/ " \ OH OH OH / \ O / H / H HO-CH, O, CH CH - OH ,\ / "CH - ~(H CH,-OH \OH. ,-\ ce/luló z 5zer.~ezere

A negyedleges szerkezet szerepe a kis hő-sokk fehérjék

3. Sejtalkotó molekulák III.

1. előadás Membránok felépítése, mebrán raftok, caveolák jellemzője, funkciói

1. Az élő szervezetek felépítése és az életfolyamatok 17

K68464 OTKA pályázat szakmai zárójelentés

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Bioaktív peptidek technológiáinak fejlesztése

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

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

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

A tanári mesterszak pedagógiai - pszichológiai egysége

4. FEHÉRJÉK. 2. Vázanyagok. Az izmok alkotórésze (pl.: a miozin). Inak, izületek, csontok szerves komponensei, az ún. vázfehérjék (szkleroproteinek).

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

A szénhidrátok az élet szempontjából rendkívül fontos, nélkülözhetetlen vegyületek. A bioszféra szerves anyagainak fő tömegét adó vegyületek.

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

Bioinformatika előad

Mert az Élet él és élni akar (15. rész)

Fehérjebiotechnológia Emri, Tamás Csősz, Éva Tőzsér, József Szerkesztette Tőzsér, József, Debreceni Egyetem

Szakközépiskola évfolyam Kémia évfolyam

9. előadás Sejtek közötti kommunikáció

Aminosavak, peptidek, fehérjék. Szerkezet, előállítás, kémiai tulajdonság


NAPJAINK KOORDINÁCIÓS KÉMIÁJA II *

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

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

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

5. A talaj szerves anyagai. Dr. Varga Csaba

Fehérjék színreakciói

Konferencia a tapasztalatok jegyében

BIOLÓGIA VERSENY 10. osztály február 20.

Riboszóma. Golgi. Molekuláris sejtbiológia

1. Bevezetés. Mi az élet, evolúció, információ és energiaáramlás, a szerveződés szintjei

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Royal Jelly (Méhanya-pempő) Első Magyar Apiterápia Konferencia Budapest. Medicus curat, natura sanat.

Az aktív tanulási módszerek alkalmazása felerősíti a fejlesztő értékelés jelentőségét, és új értékelési szempontok bevezetését veti fel a tudás

A replikáció mechanizmusa

Záróvizsga követelmények (Vegyész mesterképzési szak)

Polimerek fizikai és kémiai alapjai Nagy, Roland, Pannon Egyetem

Sporttáplálkozás. Étrend-kiegészítők. Készítette: Honti Péter dietetikus július

Kémia. Tantárgyi programjai és követelményei A/2. változat

Aminosavak, peptidek, fehérjék. Béres Csilla

Táplálkozási ismeretek. Fehérjék. fehérjéinek és egyéb. amelyeket

A fehérjék térszerkezetének jóslása (Szilágyi András, MTA Enzimológiai Intézete)

A szénhidrátok lebomlása

PAPP DÓRA. Amiloid szerkezetek stabilitásvizsgálata fehérjékben

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

A HETI ÉS ÉVES ÓRASZÁMOK

DER (Felületén riboszómák találhatók) Feladata a biológiai fehérjeszintézis Riboszómák. Az endoplazmatikus membránrendszer. A kódszótár.

Mai témák. Fehérjék dinamikájának jelentősége. Számítógépes modellezés jelentősége

Fehérjék. Készítette: Friedrichné Irmai Tünde

ПРОГРАМА ВСТУПНОГО ВИПРОБУВАННЯ З ХІМІЇ Для вступників на ІІ курс навчання за освітньо-кваліфікаційним рівнем «бакалавр»

A veseműködés élettana, a kiválasztás funkciója, az emberi test víztereinek élettana (5)

Egy idegsejt működése

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc. Veszprémi Egyetem Nanotechnológia Tanszék

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

7. előadás: A plazma mebrán szerkezete és funkciója. Anyagtranszport a plazma membránon keresztül.

A plazmamembrán felépítése

Doktori értekezés. Kiss András László Témavezető: Polgár László professzor. 1. oldal

Róka András

A szénhidrátok lebomlása

BROJLER. Takarmányok beltartalmi értékei. An Aviagen Brand

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

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

Károlyi Mihály Két Tanítási Nyelvű Közgazdasági Szakközépiskola Kémia Helyi Tanterv. A Károlyi Mihály Két Tanítási Nyelvű Közgazdasági Szakközépiskola

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

Az élő szervezetek menedzserei, a hormonok

A 9,9 -biantril különleges fluoreszcenciája

ERD14: egy funkcionálisan rendezetlen dehidrin fehérje szerkezeti és funkcionális jellemzése

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

Átírás:

Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés A fehérjeszerkezet szintjei A fehérjetekeredés elmélete: Anfinsen kísérlet Levinthal paradoxon A feltekeredés tölcsér elmélet 2014.11.05. Aminosavak és fehérjeszerkezet Fehérjék feltekeredése (termodinamika) 1

Fehérje (protein) Fehérjék: Peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavakból álló lineáris polimer (+ ionok, nukleotidok...) molekulák. (Peptidek: Rövid (max. 50?), peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavakból álló lineáris polimer (+ ionok, nukleotidok...) molekulák.) Lineáris: nem elágazódó. Polimer: Több hasonló vagy azonos egységekből (monomer) kovalens kötéseken keresztül felépülő nagy molekulák. Oligomer: Rövid polimer (oligos, kevés.) (dimer, trimer ) (10-100) Polimerizáció: A polimerek kialakulásának folyamata. Feladataik: - szerkezeti- vagy vázfehérjék (kollagén) - szállító funkció (miozin) - biokémiai folyamatok szereplői (enzimek) - Immunológiai folymatok résztvevői (antitestek) - Jelátvitel, információtovábbitás (hormonok) Aminosavak Az aminosavak (amino-karbonsavak) olyan szerves savak, amelyekben egy aminocsoport (-NH 2 ) és egy karboxilcsoport (-COOH) kapcsolódik egy négy különböző ligandummal kötésben álló szénatomhoz. Amfoter (savként és bázisként egyaránt képesek viselkedni) vegyületek 2

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 az ismétléses variációk száma ( = ) rendkívül nagy (20 100 = 1.3*10 130 ). kapcsolódási sorrend = aminosav szekvencia elsődleges szerkezet Peptidkötés kialakulása N-terminális Polipeptid lánc C-terminális 3

Másodlagos szerkezet Térbeli szerkezet felvétele: Alfa hélix & béta lemez Alfa hélix Egy hidrogén kötések által stabilizált aminosav lánc spirális feltekeredése egy képzeletbeli henger felületén (+ v. -). 4

Hidrogén kötés az alfa hélixen belül Hidrogén-kötés Elektrosztatikus dipól-dipól kölcsönhatás kialakulása egy hidrogén atom résztvételével (elektronegativitás!!!) Béta lemez Két vagy több szomszédos, párhuzamosan elhelyezkedő polipeptid lánc (béta-szál), melyeket hidrogén kötések stabilizálnak. 5

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 hidrofób kölcsönhatások fontosak a harmadlagos szerkezet stabilizálásában. Diszulfid kötés Thiol csoportok (cisztein) összekapcsolódásával létrejövő kovalens kötés. 6

Hidrofób kölcsönhatás hidrofób: víztaszító, vizet nem kedvelő. erősen hidrofób aminosavak : valin, izoleucin, leucin, methionin, phenylalanin, cisztein, triptofán. Általában nem poláros molekulák. A vizes közeg számára hozzáférhető hidrofób oldalláncok számának csökkentése a feltekeredés egyik hajtóereje a hidrofób aminosavak elfedődnek. Harmadlagos szerkezet 7

Negyedleges szerkezet Két vagy több polipeptidlánc összekapcsolódásával létrejövő komplex egység kialakulása (pl. hemoglobin PDB: 2HHB). α2 β2 Feltekeredés A fehérjék harmadlagos szerkezetének, funkcionális (natív) alakjának kialakulása. 8

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 (sarlósejtes anémia) lerakódik különböző szövetekben funkcionális károsodás (Alzheimer kór) Hibás feltekeredés miatt kialakuló betegségek DISEASE PROTEIN SITE OF FOLDING Hypercholesterolaemia Low-density lipoprtotein receptor ER Cystic fibrosis Cystic fibrosis trans-membran regulator ER phenylketonuria Phenylalanine hydroxilase Cytosol Huntington s disease Huntingtin Cytosol Marfan syndrome Fibrillin ER Osteogenesis imperfecta Procollagen ER Sickle cell anaemia Haemoglobin Cytosol α1-antitrypsin deficiency α1-antitrypsin ER Tay-Sachs disease β-hexosaminidase ER Scurvy Collagen ER Alzheimer s disease Amyloid β-peptide/tau ER Parkinson s disease α-synuclein Cytosol Creutzfeldt-Jakob disease Prion protein ER Familiai amyloidoses Transthyretin lysosyme ER Retinitis pigmentosa rhodopsin ER Cataract crystallins Cytosol cancer P53 Cytosol 9

α(141 aa.) Sarlósejtes anémia α(141 aa.) β(146 aa.) β(146 aa.) 6Glutaminsav 6Valin 6Glutaminsav 6Valin Fehérjék feltekeredése A három dimenziós natív szerkezet kialakulása biológiai funkció Max Ferdinand Perutz és John Cowdery Kendrew úttörő munkája Kémiai Nobel Díj 1962-ben a globuláris fehérjék szerkezetének tanulmányozásáért Kendrew JC, Bodo G, Dintzis HM, Parrish RG, Wyckoff H, Phillips DC (1958). "A Three-Dimensional Model of the Myoglobin Molecule Obtained by X-Ray Analysis". Nature 181 (4610): 662 6. 10

Myoglobin (pdb: 1mbn) KENDREW JC, BODO G, DINTZIS HM, PARRISH RG, WYCKOFF H, PHILLIPS DC. A three-dimensional model of the myoglobin molecule obtained by x-ray analysis. Nature. 1958 Mar 8;181(4610):662-6. Fehérjék feltekeredése As of Tuesday Aug 27, 2013 at 5 PM PDT there are 93436 structures at www.pdb.org 11

Fő kérdések! 1. Mi határozza meg a fehérjék 3D szerkezetét (mi kódolja fizikálisan a feltekeredést)? 2. Mi a feltekeredés mechanizmusa? 3. Meg lehet e jósolni a fehérjék szerkezetét? A 3D szerkezet kialakulását befolyásoló tényezők hidrogén kötések kialakulása van der Walls kapcsolatok kialakulása (közeli interakciók) A fehérje gerincének térszerkezeti elrendeződése hidrofób kölcsönhatások diszulfid kötések A polimer lánc entrópiájának változása A termodinamika törvényeinek értelmében a rendszerek a legalacsonyabb szabad energiával rendelkező állapot elérésére törekszenek. 12

Gibbs-féle szabad energia [Joule] G = H - TS Spontán folyamatok során a rendszer Gibbs féle szabad energiája csökken állandó hőmérséklet és nyomás esetén. A Gibbs féle szabad energia egyenlő a folyamatot kísérő maximális hasznos munkával. Anfinsen kísérlete Christian Boehmer Anfinsen (biokémikus - USA) - 1957 Ribonuclease A 13

Következtetések A fehérjék képesek spontán módon feltekeredni. A fehérjék 3D szerkezetét az aminosavsorrendjük határozza meg. Termodinamikai hipotézis fiziológiás körülmények között a fehérje energia minimumra törekszik (Gibbs-féle szabad entalpia változás negatív a feltekeredés során). Levinthal-féle paradoxon 1968 - Cyrus Levinthal (1922 1990) - Amerikai molekuláris biológus A fel nem tekeredett fehérje nagyszámú szabadsági fokkal rendelkezik nagyszámú konformációs állapot kialakulására van esély hogy képes a fehérje egy pontos szerkezetet gyorsan felvenni (akár mikroszekundum alatt). 14

Levinthal-féle paradoxon példa: Mennyi a 25 kötést tartalmazó fehérjében a lehetséges konformációk száma, ha minden kötés 5 féle állapotba rendezőhet? n = 5 k = 25 = 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 feltekeredés: µs - ms Levinthal-féle paradoxon Konklúzió: 1./ A nagyfokú, tisztán véletlenszerű keresgélése a natív szerkezetnek nem eredményes. 2./ a természetes forma kialakulása irányított!?! Polimerek statisztikus fizikai vizsgálata a tömör, kisméretű, rendezett, alacsony energiával jellemezhető egységekben kevesebb a konformációs lehetőségek száma tölcsér alakú energia felület rendelhető a fehérjék feltekeredéséhez. 15

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 tölcsér mélysége a natív állapot energetikai stabilitását jellemzi. A tölcsér szélessége a rendszer entrópiájára utal. A tölcsér peremén lévő felület a véletlenszerűen kialakuló, nem natív állapotok heterogenitásának mértékét mutatja. A tölcsér szűkül és gyorsul. Irányított folyamat. Vége!!! 16