Funkcije proteinov

• Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb)

• Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) • Oporna funkcija (strukturni proteini, npr 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)

Centralna dogma življenja

Procesi, ki uravnavajo koncentracijo proteina v celici

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

Nukleosom - osnovna enota kromatina evkariontske celice

•nukleosom, sestavljen iz histonov in prostega dela DNA (200 bp) •proteinsko jedro (8 histonov: 2 kopiji H2A, H2B, H3, H4) je ovito s segmentom DNA (~146 bp)

(a) nukleosome povezuje prosta DNA (b) slika nukleosomov z elektronsko mikroskopijo

Organizacija DNA v jedru evkariontske celice

Histoni – majhni bazični proteini v jedru

• V vseh evkariontskih celicah 5 različnih vrst - H1, H2, H3, H4, H5

• Histoni so dobro ohranjeni med različnimi vrstami (npr. izmed 102 ak H2 se med grahom in kravo razlikujeta le 2 ak)

• Mr od 11 000 do 21 000

• ~1/4 bazičnih ak Arg in Lys

• Različno stanje kromatina → histoni se posttranslacijsko modificirajo (metiliranje, ADP-riboziliranje, fosforiliranje, glikoziliranje, acetiliranje – spremeni se naboj, oblika ...) → modifikacija pogojuje trenutne zahteve glede izražanja genov

Vrste in lastnosti histonov

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

Spremembe na kromosomu (remodelling of chromosome) med procesom transkripcije

•Na mestu transkripcije pride do različnih sprememb v strukturi kromatina•Pozitivno uravnavanje je bolj pogosto kot negativno – aktivirajoči transkripcijski faktorji•Transkripcija in translacija sta prostorsko in časovno ločeni v evkariontski celici

Struktura DNA (Watson&Crick)

baze

fosfor

deoksiriboze inkisiki fosfatov

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

DNA-vezavni proteini omogočijo nastanek kompleksa, ki sproži transkripcijo

DNA-vezavni proteini(transaktivatorji)

Atomske skupine na molekuli DNA, ki so primerne za vezavo proteinov

A-T G-C T-A C-G

Donorska in akceptorska mesta za H-vezi v interakciji DNA-ligand

a

b

a, prikaz vodikovih vezi v baznih parov T-A in C-G v dvojni vijačnici DNAb, shema molekule DNA z atomi v veliki in v mali brazdi, ki lahko tvorijo vodikove vezi s proteini (npr. transkripcijskimi faktorji)

Prepisovanje/transkripcija z RNA-polimerazo

Mesta na DNA

regulatorni del strukturni gen•zaprt•odprt → izražanje gena/transkripcija

Navzgor / zgornje področje Navzdol / spodnje področje

Prepisovanje/transkripcija (sinteza RNA)

DNA-vezavni proteini pomagajo pri vezavi polimeraze RNA

Alosterični DNA-vezavni protein

Dimerizacija DNA-vezavnih proteinov

Po vezavi signale molekule na DNA-vezavni protein se le-ta konformacijskospremeni in dimerizira – odpre se njegovo vezavno mesto za DNA

Obratna ponovitev vezavnega mesta za protein

Dimerizacija transkripcijskega faktorja omogoča trdnejšo vezavo na DNA- stabilizacija proteinske molekule z dimerizacijo

Kombinacije DNA-vezavnih proteinov

3 različni vezavni proteini → 9 specifičnih vezavnih mest----------------------------------------------------------------------------------------------------------

homodimeri

heterodimeri

za

35 000-45 000 človeških genov znanih, od tega ~1000 transkripcijskih faktrojev

Strukturni vzorci DNA-vezavnih proteinov

DNA-vezavni proteini uravnavajo sintezo RNA

• več vrst DNA-vezavnih proteinov

• vežejo se na DNA na specifična regulatorna mesta (<10 nukleotidov) in s tem uravnavajo ekspresijo genov

• proteini se vežejo na DNA s šibkimi interakcijami

• vsebujejo nekaj značilnih supersekundarnih struktur:

Zn-prsti, vijačnica-zavoj-vijačnica, levcinska zadrga, vijačnica-zanka-vijačnica,

• nahajajo se v vseh kraljestvih živega sveta

DNA-vezavni protein: Zn prsti

Shematični prikaz domen DNA-vezavnega proteina

cistein

histidin

DNA-vezavni protein: Zn prsti - npr. estrogenski receptor

Primer DNA-vezavnega proteina: vezava estrogenskega receptorja (dimera) na DNA

Zn prsti - evkariontski TFIII

Receptorji iz družine steroidnih receptorjevv človeškem telesu

Strukturni vzorci DNA proteinov

DNA-vezavni protein vijačnica-zavoj-vijačnica se prilega v veliko brazdo, ostale vijačnice pomagajo

ohranjati protein na pravem mestu na DNA

Vijačnica-zavoj-vijačnica (a) in tetramer heliks-obrat-heliks (b)

Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

Model levcinske zadrge

•Ak zaporedje v levcinski zadrgi -Leu-(X)6-Leu-(X)6-Leu(X)6-Leu-•(vsaka 7. ak je levcin) •Leu povezan z Leu sosednje vijačnice - 2 prilegajoči se α-vijačnici•strukturo vzdržujejo hidrofobne interakcije

Pogled v prerezu

Pogled s strani

Model kompleska levcinske zadrge in DNA

Strukturni vzorci DNA proteinov

Model DNA vezavnega proteina heliks-zanka-heliks (dimer)

Interakcija DNA-protein (heliks-zanka-heliks) → ekspresija gena