View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Funkcije proteinov, pogojene s strukturo
• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
• Oporna funkcija (strukturni proteini: keratini, kolagen)
• Kontraktilni proteini
• Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
• Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
• Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig)
• Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
KRATKA PONOVITEV
Transport/skladiščenje določenih molekul - proteini, ki vežejo kisik
Mioglobin (Mb)
• 1 polipeptidna veriga• Vsebuje 1 prostetično skupino hem• Hem – mesto vezave kisika (O2)• Funkcija: skladiščenje kisika v mišicah
Hemoglobin (Hb)
• 4 podenote 2 α in 2 β (αβ)2
• Vsebuje 4 prostetične skupine hem• Hem – mesto vezave kisika (O2)• Funkcija: prenos kisika po krvi od pljuč do tkiv
Globinsko zvitje
Mb β Hb
Hemoglobin je alosterični protein
• Vezava liganda (modulatorja) na eno vezavno mesto spremeni vezavne lastnosti drugih vezavnih mest
• Konformacijska sprememba, povzročena z vezavo modulatorja: manj aktiven protein v bolj aktiven protein (ali obratno)
• Modulatorji: inhibitorji ali aktivatorji
• Hb: modulator – aktivator O2 - pozitivni homotropični modulator vezave O2 na Hb (kooperativna vezava, značilna sigmoidna krivulja)
• Hb: modulatorji – inhibitorji: CO2, H+, BPG negativni heterotropični modulatorji vezave O2 na Hb –vsi se vežejo na Hb z obratno afiniteto kot O2
Konformacijska sprememba v Hb v bližini hema po vezavi O2
Konformacija T (neaktivna)
Konformacija R (aktivna)Negativna alosterična
modulacija s H+
Najpomembnejši človeški Hb
Vrsta Struktura podenot Razširjenost HbA (odrasli) α2β2 97% Hb odraslih
HbA2 (odrasli) α2δ2 2-3% Hb odraslih
HbF (fetalni) *α2γ2 Najpomembnejši Hb v 3. trimestru nosečnosti
*α2γ2 veže z manjšo afiniteto BPG → večja afiniteta Hb do O2
DNA-vezavni proteini omogočijo nastanek kompleksa, ki sproži prepisovanje - transkripcijo
DNA-vezavni proteini (transaktivatorji, transkripcijski faktorji) imajo DNA vezavnoin transaktivacijsko domeno.
Domena proteina - aminokislinsko zaporedje z neodvisnim vzorcem zvijanja, ki se pojavi v razičnih proteinih
Modularna struktura TF. S kombinacijami (npr. homodimeri in heterodimeri) je omogočenih večještevilo regulatornih vlog.
Najpogostejše DNA vezavne domene:-cinkov prst (steroidni jedrni receptorji)
-Homeodomena (vijačnica-zavoj-vijačnica (helix-turn-helix) (TF zgodnjega
embrionalnega razvoja)
Pogoste transaktivacijske domene (za interakcije z drugimi proteini)
- levcinska zadrga (od cAMP odvisni TF, npr. CREB. CREM, ATF-1)
-Bazične vijačnica-zanka-vijačnica (helix-loop-helix) (mišični TF Max)
http://p53.bii.a-star.edu.sg/images/common/aboutp53/simpleProt.png
- Vsebujejo 2 lahki (Mr = 25 kDa) in 2 težki (Mr = 55 kDa) verigi
-Sesalci imamo 5 vrst imunoglobulinov: IgA, IgD, IgE, IgG and IgM.
-Imunoglobulini pri sesalcih imajo enake lahke verige (λ, κ), razlikujejo se po tipu težke verige(γ, α, μ, δ, ε)
-Imunoglobulinsko domeno sestavljata dva para antiparalelnih beta ploskev, ki so povezane z disulfidnimi mostički in hidrofobnimi interakcijami.
Immunoglobulini
Sestava lipoproteinov
TAG Fosfolipidi Holesterol in estri
Proteini
Hilomikroni +++ - - - VLDL ++ + + - LDL - + ++ + HDL - + + ++
- manj kot 10% + 20-40% ++ 40 – 80% +++ več kot 80%
Gostota: proteini > fosfolipidi > holesterol in estri > TAG
Lipoproteini so nadmolekulski kompleksi lipidov in proteinov
Funkcije proteinov, pogojene s strukturo
• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)
• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini)
• Oporna funkcija (strukturni proteini: keratini, kolagen)
• Kontraktilni proteini
• Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane
• Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...)
• Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig)
• Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)
Globularni proteini
• Terciarna struktura - več vrst sekundarne strukture
• Hidrofobni ak ostanki v notranjosti, hidrofilni na zunanjosti
• Povezovanje v kvartarno strukturo in supramolekulske komplekse (vodikove vezi, ionske interakcije, -S-S- vezi)
• Kvartarna strutura je dinamična strukura, topna v vodi
Fibrilarni proteini
• Terciarna struktura iz ene vrste sekundarne strukture
• Hidrofobni ak ostanki v notranjosti in na zunanjosti
• Povezovanje v kvartarno strukturo in supramolekulske komplekse (hidrofobne interakcije, vodikove vezi, kovalentne vezi)
• Kvartarna strutura je trdna strukura, netopna v vodi
Strukturne značilnosti proteinov
Globularni proteini
• prenašalna - transportni proteini (Mb, Hb)
• regulatorna (DNA vezavni proteini) • signalna – hormoni• katalitska – encimi• obrambna – protitelesa• skladiščna – proteini v mleku
(kazein), proteini jajčnega beljaka (ovalbumin)
Fibrilarni proteini
• oporna - strukturni proteini (lasje, koža, vezivno tkivo, znotrajcelični filamenti, zunajcelični matriks)
Struktura proteinov pogojuje njihovo funkcijo
Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primerα-vijačnicapeptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički
čvrsta netopna struktura
•keratini•Intermediarni filamenticitoskeleta•lasje, nohti, •povrhnjica kože •spektrin v eritrocitih •distrofin v mišicah
β-konformacijapeptidne verige povezane s H-vezmi
mehka, upogljiva vlakna
fibroin svila
kolagenska vijačnica peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi, hidrofobnimi in H-vezmi
čvrsta netopna struktura,visoka natezna moč, ni raztegljiv
kolagenkite, hrustanec, organski matriks kosti, koža, roženica
povrhnjica koželasjedlaka nohti
krempljiperje
•sestavljeni predvsem iz desnosučne α-vijačnice s hidrofobnimi AK
•α-vijačnice so med seboj povezane s hidrofobnimi interakcijami in disulfidnimi mostički v ovito vijačnico (colied coil)
•najtrši α-keratin (nosorogov rog) vsebuje 18% cys
•Podobno strukturo kot keratini imata tudi spektrin in distrofin
Keratini - družina živalskih proteinov
cistein
Coiled‐coil(obvita vijačnica)
• Keratinski dimer (monomerni podenotista postavljeni paralelno)
Desnosučna alfa vijačnica v keratinu
a
eb
f
cg
d
d
g
a
c
f
be
Heptadna ponovitev aminokislin v keratinu
• Zaporedje 7 kislin, vsaka prva (a) in četrta (d) sta hidrofobni(npr. Ala, Val, Ile, Phe, Trp), medtem ko so na pozicijah (e) in (g) pogosto negativno in pozitivno nabite aminokisline (Lys, Arg, Asp, Glu). To omogoča nastanek desnosučne α‐vijačnice.
• S puščicami so označene morebitne ionske interakcije (vezi) znotraj posamezne vijačnice ali pa med dvema vijačnicama v dimeru.
• S prekinjeno linijo so označene hidrofobne vezi med vijačnicamaM. Liović
Keratini v epitelijskih celicah kože
•Keratini tvorijo roževinasto plast kožne povrhnjice •Znanih vsaj 15 različnih molekul keratina v koži•Heterodimeri (Tip I + Tip II)•α-keratin v laseh in nohtih – privesek/podaljšek keratinov v kožni povrhnjici
Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998
Domene α-keratina
Paralelni heterodimer iz Tipa I in Tipa II keratinskih polipeptidov
Tip I - kisliTip II - bazični
• oko
• mukoza ust
• v koži in pri zaraščanju ran
• epidermis, višji sloji
• “enostaven” epitelij(črevesje, ledvica, jetra, trebušna
slinavka)
• bazalne celice epidermisa
stra
tifi
ed, b
arri
ers i
mpl
e
K2e
K9K2pK10K1
K12K3
K18K8
K13K4
K7 K20
K16K6aK17K6b
K19K14K5 K15
Keratini kožnega epitelija
Tip II (bazični) Tip I (kisli)
M. Liović
Plasti človeške kože
Celice povrhnjice (epidermisa) povezujejo desmosomi,nanje so pripeti znotrajcelični keratinski filamenti
Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998
Epidermolysis bulosa vzrok: točkovna mutacija
v genu za K5 ali K14posledica: strižne napetosti
ob mehanskem pritisku → celice niso čvrste → mehurji na koži
Epidermolitična hiperkeratozavzrok: točkovna mutacija
v genu za K1 in K10posledica: mehurjenje kože,
razpoke v koži
Genske bolezni
• Mutacije v teh strukturnih proteinih preprečijo nastajanje funkcionalne mrežeintermediarnih filamentov citoskeleta = krhkost/povečana občutljivost celic na fizične in kemijske dejavnike
Normalna
Mutanta
daymix.com/Keratin/
Keratini v intermediarnih vlaknih
www.nature.com/.../n2/fig_tab/5600160f1.html
Vloga intermediarnih filamentov
•osnovna polipeptidna veriga: desnosučna α-vijačnica, veliko hidrofobnih ak (Ala, Val, Ile, Met, Phe)
• kvartarna struktura: levosučna spirala iz 2 desnosučnih α-vijačnic (protofilament)• protofibrila – vlakence (supermolekulski kompleks)
Struktura lasu: α-keratin
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
sekundarna/terciarna Struktura(desnosučne vijačnice)
kvartarna struktura
supramolekuski kompleks
kvartarna struktura
(levosučna spirala)
Prečni prerez lasu
α-keratin
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
Da las zraste cca 15 cm v enem letu, se mora tvoriti 9.5 zavojev vijačnice na sekundo….. ☺
Keratini v laseh imajo razteznost – kodranje las
-Alfa vijačnice keratina se ob segrevanju lahko raztegnejo, dokler ne dosežejo polnoraztegnjene beta strukture. Ob ohlajanju se spet spontano zviejjo v vijačnico.
-Raztezanje tudi v vlažnem - mokri lasje so bolj ravni.
-Trajna – z reducentom razbijemo disulfidne mostičke med keratinskimi vijačnicami. Ko se vzpostavljajo novi disulfidni mostički, se lahko povežejo S atomi, ki niso najbližje skupaj – lasse skodra.
L. Norlén, A. Al-Amoudi, J. Invest. Dermatol., 2010
Pakiranje keratina v roženici v supramolekularne strukture
Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primerα-vijačnica peptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički
čvrsta netopna struktura keratini
•Intermediarni filamenticitoskeleta•lasje, nohti, •povrhnjica kože •spektrin v eritrocitih •distrofin v mišicah
β-konformacijapeptidne verige povezane s H-vezmi
mehka, upogljiva vlakna fibroin svila
kolagenska vijačnica peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi, hidrofobnimi in H-vezmi
čvrsta netopna struktura,visoka natezna moč, ni raztegljiv
kolagenkite, hrustanec, organski matriks kosti, koža, roženica
organ/tkivo delež kolagena (%)jetra 4
pljuča 10aorta 12-24
hrustanec, kite 50 – 90roženica 64
demineralizirane kosti 90koža 50-70
•kolagen se nahaja v vseh tkivih/organih, celicam daje oporo/trdnost
•25% proteinov odraslega človeka, 14-20% otroka
•dolga življenjska doba: nekaj tednov (žile, brazgotine) do nekaj let (kosti)
•denaturirani kolagen – želatina, nima hranljive vrednosti
Kolagen – protein ekstracelularnega matriksa (EM)
Kolagen
• sekundarna struktura: levosučna kolagenska vijačnica, α-veriga, 3 ak/zavoj
• ak sestava: 35% Gly, 11% Ala, 21% Pro in 4-Hyp
• ak zaporedje (nekaj 100 ponovitev) ponavljajoči se triplet Gly-Pro-X in Gly-X-Hyp (hidrofobne interakcije
• kvartarna struktura: desnosučna trojna vijačnica iz α-verig(tropokolagen), povezava med polipeptidnimi verigami preko OH-Pro, OH-Lys in H-vezi
• Hidroksilacija ak – posttranslacijsko, potreben vitamin C
• supermolekulski kompleks – kolagenska fibrila - 100 do 1000 molekul tropokolagena, debelina od 10 do 300 nm- paralelno organizirane fibrile (kite) prereza 1mm nosijo težo 10 kg
• 20 različnih molekul kolagena (I – XX); I, II, III, IV, VI, XI – fibrilarni)
balancenoosa.wordpress.com/
Aminokisline kolagena
Struktura kolagenskih vlakenc (fibril)
(a) α veriga kolagena – ponavljajoči se triplet Gly-X-Pro ali Gly-X-Hyp; levosučna vijačnica
(b) Prostorsko zapolnjen model iste α verige(c) Tri polipeptidne verige zvite v desnosučno
vijačnico – superheliks (tropokolagen)(d) Prečni prerez superheliksa pod (c): v
nitranjosti ostanki Gly (rdeče kroglice)
KolagenStruktura in medsebojna povezava polipeptidnih verig (α verig)
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
Kolagen vsebuje trojno alfa vijačnico
T. Andrew Taton Nature 412, 491-492(2 August 2001)
Organizacija kolagenskega vlakna
Tropokolagen (300 x 1,5 nm), sestavljen iz 3 α-verig (2 α1, 1 α2)
Organizacija tropokolagena v kolagenske fibrile –strukturo stabilizirajo kovalentne vezi preko hidroksiliranih ak
Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998
Kolagen kot sestavina ekstracelularnega matriksa
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
Posttranslacijsko zorenje molekul kolagena
preprokolagen s propeptidi
hidroksilacija,glikozilacija ak
prokolagen
tropokolagen →fibrile v EM
Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998
Kolagen in bolezni
-Do sedaj je poznanih 29 tipov kolagenovv telesu
-Več kot 90% predstavljajo kolageni tipov I, II, III, in IV.
-Bolezni, povezane z nepravilnostmi kolagena so dedne, lahko pa nastanejo tudi zaradineustrezne prehrane, ki vpliva na po-translacijske spremembe ali druge procese, pomembne v izgradnji kolagena.
-Skorbut – pomanjkanje vitamina C (askorbinske kisline) prepreči hidroksilacijo prolina. To poruši strukturo kolagena.
Presnova kolagena se spreminja s staranjem in boleznimi
• staranje: zmanjšanje količina kolagena, nastane več prečnih povezav med molekulami tropokolagena – krhkost vezivnega tkiva
• sinteza kolagena poraste po poškodbi – brazgotine vsebujejo veliko kolagena
• v jetrih se ob boleznih parenhimske celice nadomestijo s fibroznim vezivnim tkivom (ciroza jeter)
• nekatere patogene anaerobne bakterije (Clostridium histolyticum) vsebujejo kolagenaze → gas gangrena (plinska gangrena) → nekroza tkiva
bolezen vzrok simptomi
skorbut pomanjkanje vitamina C krvavenje dlesni, izpadanje zob, degeneracija kosti slabo celjenje ran
osteogenesis imperfecta nenormalni gen za kolagenmutacija Gly → Ser ali Cys
nenormalen nastanek kosti pri dojenčkih, krhke kosti, deformacija skeleta/smrt
Ehlers-Danlos-ov sindrom nenormalni gen za kolagenmutacija Gly → Ser ali Cys
preobčutljiva lomljiva koža, hipermobilni sklepi, slabo celjenje ran
Primeri bolezni, ki izvirajo iz nenormalne sinteze kolagena
Vitamin C je antioksidant
keratin kolagen
desnosučna α-vijačnica levosučna prolinska vijačnica
kvartarna struktura - levosučni dvojni heliks stabilizirajo hidrofobne in -S-S- interakcije
kvartarna struktura -desnosučni trojni heliks stabilizirano Pro/Pro in OH-Pro povezave
Supramolekulske kompleksestabilizirajo hidrofobne interakcije
Supramolekulske komplekse stabilizirajo povezeve preko OH-ak
Strukturna funkcija: citoskelet (intermediarni filamenti), lasje, nohti, keratini v koži
Strukturna funkcija ekstracelularnega matriksa
Primerjava fibrilarnih proteinov keratina in kolagena
Recommended