2. Proteiny hlavní produkty farmaceutické biotechnologie
|
|
- Pavla Valentová
- před 8 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 2. Proteiny hlavní produkty farmaceutické biotechnologie Základní informace o struktuře proteinů a procesu translace jsou uvedeny ve skriptech Bartoš- Bartošová (2012): Základy molekulární biologie pro farmaceuty, vydala Farmaceutická fakulta VFU v Brně. Proto se v této části zaměříme pouze na některé aspekty vzniku vyšších proteinových struktur, které jsou pro farmaceutického biotechnologa významné z hlediska jednak vlastní produkce rekombinantních proteinů v heterologních expresních systémech a jednak z pohledu purifikace, stabilizace a přípravy proteinu do formy léčiva. Rovněž se nebudeme výrazně zbývat chaperony, které byly podrobně popsány ve výše zmíněném učebním textu Tvorba vyšších proteinových struktur Vyššími proteinovými strukturami máme na mysli především terciární strukturu, která je rozhodující pro vytvoření funkčních proteinových molekul. Následující odstavce se proto věnují právě této problematice Některé proteiny se sbalují už v okamžiku, kdy jsou teprve syntetizovány na ribozómu Proces genové exprese nekončí vyjádřením sekvence nukleotidů v posloupnosti aminokyselin v polypeptidovém řetězci. Nově vzniklý řetězec se musí ještě sbalit do jedinečné trojrozměrné konformace; někdy se k němu ještě připojí malé molekuly kofaktor nebo je vhodně modifikován kinázami nebo jinými protein-modifikujícími enzymy. Řada polypeptidových řetězců interaguje s dalšími proteiny a vytváří funkční kvartérní strukturu. Procesy spojené s tvorbou trojrozměrné struktury proteinu (br. 2.1) jsou řízeny především nekovalentními interakcemi. Jsou ale popsány i případy kovalentních modifikací ve specifických aminokyselinách. Nejčastější takovou modifikací je glykosylace nebo fosforylace. Celkem bylo doposud popsáno více než 100 typů kovalentních modifikací polypeptidových řetězců. Informace nezbytná k uskutečnění zmiňovaných procesů je obsažena již v sekvenci aminokyselin polypeptidového řetězce. Sbalování (folding) proteinu do kompaktní struktury je spojeno s ukrytím většiny hydrofobních zbytků aminokyselin do vnitřního jádra proteinu. I ostatní části molekuly interagují velkým množstvím nekovalentních interakcí. Součet všech energeticky výhodných uspořádání pak určuje konečný tvar polypeptidového řetězce, konformaci s nejnižší volnou energií. 1
2 br. 2.1: Přehled kroků při tvorbě funkčního polypeptidu nascentní polypeptidový řetězec sbalování a vazba kofaktoru (nekovalentní interakce) P kovalentní modifikace glykosylací, fosforylací, acetylací, atd. P maturovaný funkční protein vazba k dalším proteinovým podjednotkám Po miliony let evoluce byla sekvence aminokyselin každého proteinu selektována nejen na základě konformace, kterou tento protein přijme, ale také na základě rychlosti sbalování. U některých proteinů toto sbalování začíná ihned poté, co polypeptidový řetězec začne vystupovat z ribozómu. U těchto proteinů začíná sbalování jednotlivých domén od N-konce, během několika sekund se vytvoří kompaktní struktura sestávající z α-šroubovic a β-skládaných listů zhruba uspořádaných do konečné konformace (br. 2.2). U většiny proteinů je toto neobvykle dynamické a flexibilní nestabilní stadium nazýváno skoro nativní konformace (molten globule) je výchozím strukturou pro relativně pomalý proces, při kterém dochází k řadě postranních interakcí, jež nakonec, pokud celý proces proběhne správně, vytvoří funkční terciární strukturu. Tento proces probíhá u proteinů průměrné velikosti několik minut. U některých proteinů je proces sbalování dokončen současně s tím, jak se z ribozómu uvolní C-konec polypeptidového řetězce (obr. 2.3). 2
3 br. 2.2: Struktura skoro nativní konformace proteinu Skoro nativní konformace (A) je více otevřená a méně kondenzovaná než finálně sbalený protein (B); obsahuje většinu sekundárních struktur, konce α-šroubovic jsou ale nespletené a jeden z helixů je vytvořen pouze částečně A) B) br. 2.3: Sbalování proteinu jako kotranslační proces (převzato z Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Science, fifth edition, 2008) rostoucí polypeptidový řetězec sbalená N- koncová doména balící se C- koncová doména sbalení proteinu je dokončeno po jeho uvolnění z ribozómu mrna ribozóm 3
4 2.2. Na sbalování většiny proteinů se podílejí chaperony Informace o terciární struktuře proteinu je obsažena už v jeho sekvenci aminokyselin, tedy ve struktuře primární. Potažmo se dá říci, že zprostředkovaně je tato informace zakódována již na úrovni sekvence nukleotidů v DNA. Nicméně jsou to nekovalentní interakce typu vodíkových vazeb, iontových interakcí, Van der Waalsových sil a v neposlední řadě hydrofobní interakce, které zajišťují sbalení proteinu do prostorového funkčního uspořádání. Ve vodném prostředí, v podmínkách in vitro lze doložit, že sbalení proteinu je spontánní proces nevyžadující žádnou dodatečnou energii. Za tento objev obdržel v roce 1972 Christian Anfinsen Nobelovu cenu za chemii. Nicméně toto platí pro protein, který se nachází v prostředí v nízké koncentraci, někdy hovoříme, že je protein ukryt v Anfinsenově kleci, kde neinteraguje s jinými proteiny. Tato situace je ovšem v buňce vzácná. Buňka je plná proteinů, které mají přirozeně tendenci reagovat s jinými proteiny a molekulami, které se nacházejí v jejich okolí. Takové reakce ovšem vedou zpravidla k tvorbě agregovaných struktur, které jsou nefunkční. V buňce existuje účinný aparát, který se podílí na sbalování proteinů a zajišťuje jejich funkční stav proteinů za podmínek, ve kterých by byly jinak nesbaleny, ale agregovány. Tento aparát tvoří proteiny, které se označují jako chaperony (z angl. garde, ochranný průvodce ). Chaperony se vážou k částečně složeným řetězcům polypeptidů a udržují je v rozvinuté formě při pohybu cytoplasmou a přes jednotlivé buněčné membrány. V podmínkách přeplněné cytoplasmy jsou chaperony životně nezbytné, protože chrání nově syntetizované proteinové řetězce před asociací s nesprávnými partnery. Termín chaperony byl zvolen proto, že podobně jako jejich protějšky v lidské společnosti zabraňují nechtěným kontaktům (interakcím) mezi nevyzrálými jedinci (dosud nesbalenými proteiny). Mechanismy působení chaperonů byly popsány ve výše zmíněném učebním textu, který doporučujeme prostudovat. Zde přidáváme jen několik detailů dkryté hydrofobní oblasti jsou kritickými signály pro mechanismy kontroly správného sbalení proteinů Jak rozpozná buňka, že je nově syntetizovaný protein správně sbalený a může být tedy použitelný pro vykonání specifické funkce? Jednou z možností je rozpoznání hydrofobních aminokyselin na povrchu již sbaleného proteinu. Jak vyplývá ze zákonů termodynamiky, mají hydrofobní části molekul tendenci se ukrýt před molekulami vody do vnitřních struktur proteinu. Existence hydrofobních aminokyselin na povrchu proteinu je tedy varovným signálem, že s proteinem není něco v pořádku. Mohlo dojít k nesprávnému sbalení polypeptidového řetězce nebo, v případě proteinový komplexů, i třeba správně sbalená struktura nenašla jinou molekulu, která s ní tvoří funkční celek. Nesprávně strukturovaný protein nejenže nemusí být v buňce funkční, ale jeho přítomnost může i škodit. Proteiny s abnormálně odkrytými hydrofobními oblastmi vytvářejí v buňce rozsáhlé agregované struktury. Byly popsány případy, kdy jsou tyto agregované struktury příčinou vážných onemocnění člověka. Buňka předchází vytváření agregovaných struktur vlastními kontrolními mechanismy. Některé jsou přímo řízeny již zmíněnými chaperony, které dávají nesprávně sbaleným proteinům novou šanci 4
5 se správně sbalit v opakovaných cyklech sbalování. Současně s tím ochraňují odkryté hydrofobní části před promiskuitními interakcemi s jinými proteiny. Proteiny, které se sbalují rychle ale kontrolním mechanismům chaperonů unikají. Na obr. 2.4 jsou schematicky znázorněny mechanismy, které zajišťují správné sbalení proteinů. br. 2.4: Procesy kontroly správného sbalení proteinů nově syntetizovaný protein vytvoření agregovaných struktur správně sbalený protein bez pomoci správně sbalený protein s pomocí chaperonů nesprávně sbalený protein rozložený proteazómem Proteozóm - kompartmentalizovaná proteáza se zablokovanými aktivními místy Ty proteiny, které nejsou opraveny s pomocí chaperonů, mohou být kompletně destruovány proteolýzou. Poté, co je na proteinu rozpoznána přítomnost abnormálních hydrofobních struktur, jsou transportovány do tzv. proteozómu, komplexu, který obsahuje ATP dependentní proteázy. Tyto proteázy tvoří 1% všech buněčných proteinů a jsou rozmístěny v jádře a cytosolu. Nesprávně sbalené proteiny, které proniknou až do endoplasmatického retikula, jsou z něj translokovány ven do cytosolu, kde jsou prostřednictvím proteozómů degradovány. Každý proteozóm sestává z centrálního dutého válce tvořeného multimerními proteinovými jednotkami, které se skládají do 4 vrstev heptamerních kruhů (br. 2.5). Proteázy jsou umístěny na vnitřní straně dutého válce. Proteolýza vyžaduje ATP a na rozdíl od standardního proteolytického štěpení při ní nedochází k pouhému přestřižení polypeptidového řetězce na dvě části, ale v důsledku přítomnosti většího počtu různých proteáz, vede k degradaci proteinů až na malé peptidy. 5
6 br. 2.5: Proteozóm (převzato z Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Science, fifth edition, 2008). Centrální válec je vyznačen žlutě, regulační částice modře, aktivní místa červenými body Na obou koncích válce jsou umístěny velké proteinové komplexy, které obsahují kruhy o 6 podjednotkách. Tyto komplexy jsou označovány jako regulační částice. Jsou na nich uchycovány proteiny, které mají být degradovány, předtím, než jsou transportovány dovnitř válce k proteolytickým enzymům. Až na pár výjimek musí být proteiny určené k degradaci v proteozómu označeny specifickým signálem, malým proteinem označovaným jako ubiquitin. Ubiquitinace proteinu je signálem pro degradaci proteinu, to ale neplatí vždy (obr. 2.6). Důležitou složkou proteozómu jsou tzv. defoldázy, které mají za úkol rozbalovat proteinový řetězec tak, aby mohl prostupovat skrz válcovitou strukturu proteozómu. Proces rozbalování proteinu vyžaduje energii ATP. Proces štěpení proteinu v proteozómu je zachycen na obr br. 2.6: Ubiquitinace (převzato z Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Science, fifth edition, 2008). V závislosti na typu ubiquitinace získává modifikovaný protein specifickou funkci. V případě polyubiquitinace dochází k proteozomální degradaci proteinu, je-li modifikován v pozici Lys48; pokud je modifikován v pozici Lys63, pak se účastní reparace DNA. Typ modifikace rozpoznávají specifické proteiny. monoubiquitinace multiubiquitinace poly-ubiquitinace regulace endocytóza degradace reparace histonů DNA br. 2.7: Štěpení proteinu v proteozómu (převzato z Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Science, fifth edition, 2008). V závislosti na typu ubiquitinace získává modifikovaný protein 6
7 cílový protein s polyubiquitinovaným řetězcem centrální válec (proteázy) aktivní místa regulační částice Mnoho proteinů je kontrolováno regulovanou destrukcí Jednou z funkcí molekulárních proteolytických mechanismů je rozpoznat a odstranit nesprávně sbalené nebo jinak abnormální proteiny. Další funkcí proteolytických drah je zajistit krátký poločas života specifických normálních proteinů, jejichž koncentrace se musí rychle měnit v závislosti na změnách buněčného cyklu. Některé z těchto krátkodobě žijících proteinů jsou degradovány rychle, jiné jsou tzv. podmíněně krátkodobé, tzn., že jsou metabolicky stabilní za určitých podmínek, ale za jiných jsou nestabilní. Tato regulovaná degradace proteinů je kontrolována mnoha mechanismy. Jedním z nich je aktivace ubiquitin ligázy fosforylací nebo alostericky, ubiquitin ligáza připojuje ubiquitin na zbytky lysinu degradovatelného proteinu. Jiné mechanismy spočívají ve vytvoření signálů pro degradaci přímo ve struktuře molekuly proteinu, např. fosforylací, disociací proteinových jednotek nebo štěpením jedné peptidové vazby spojeným s vytvořením nového, degradovatelného N-konce. Např. u S. cerevisiae existuje 12 aminokyselin, které jsou specifické pro degradovatelné N-konce (Arg, Lys, His, Phe, Leu, Tyr, Trp, Ile, Asp, Glu, Asn, Gln). Podjednotka kohesinu, proteinového komplexu, který drží pohromadě sesterské chromatidy, je na přechodu metafáze-anafáze štěpena vysoce specifickou proteázou. Toto štěpení je regulováno v závislosti na fázi buněčného cyklu a umožňuje rozchod sesterských chromatid, což vede k dokončení mitózy. C-koncový fragment štěpené podjednotky nese N-koncový argininu, což je aminokyselina, která N-konec destabilizuje. Mutanty, které ztratily schopnost odstraňovat degradovatelné N-konce, se vyznačují vysokou četností ztráty chromozómů, protože neschopnost degradovat tento fragment kohezinu interferuje s tvorbou nových komplexů chromatida-kohezin v dalším buněčném cyklu. 7
8 Nesprávně sbalené proteiny mohou agregovat, což vede k destruktivním onemocněním u lidí Mnoho dědičných lidských onemocnění (např. srpkovitá anémie, deficience α-1-antitrypsinu, která vyúsťuje k onemocněním jater a rozedmě plic) má původ v mutantních formách proteinů, které se vymkly vnitrobuněčným kontrolním mechanismům, sbalují se abnormálně a tvoří agregované struktury. Agregované struktury absorbují makromolekuly, vážně poškozují buňky a dokonce vyvolávají smrt buňky. Často může onemocnění vyvolat jediná mutantní alela, protože normální kopie genu nemůže buňku před destruktivními vlastnostmi agregovaných struktur ochránit. U normálně zdravých lidí může vyvolat onemocnění také postupný pokles aktivity buněčných proteinů zodpovědných za kontrolní mechanismy. To vede k situaci, že i normální proteiny vytvářejí agregáty. V některých případech se agregované struktury uvolňují z odumřelých buněk a akumulují se v extracelulární matrix. A v extrémních případech mohou také poškodit celou tkáň. Např. mozek, který je tvořen vysoce organizovaným souborem nervových buněk, je tedy zvláště zranitelný. Není tedy překvapující, že proteinové agregáty primárně vyvolávají neurogenerativní onemocnění. Některé agregované struktury proteinů jsou vysoce rezistentní k proteolytickým enzymům. Je to dáno tím, že vytvářejí fibrily sestavené ze série polypeptidových vláken navrstvených na sebe jako nepřetržitá vrstva β-struktur. Mnoho neurogenerativních onemocnění je typické přítomností takových struktur, které se označují jako amyloidní plaky. Příklady onemocnění, při kterých se vyskytují agregované proteinové struktury, jsou Huntingtonova chorea, Alzheimerova nemoc a onemocnění vyvolaná priony scrapie u ovcí, Creutzfeld-Jakobova choroba u lidí, bovinní spongioformní encephalopathie (BSE) u dobytka. Prionová onemocnění jsou vyvolána nesprávně sbalenými, agregovanými, formami proteinu, který se označuje jako PrP (prion protein). PrP je normálně lokalizován na vnějším povrchu plasmatické membrány, zvláště v neuronech. Jeho normální funkce není známa. Tento protein snadno vytváří speciální abnormální konformaci, která je kromě své rezistence k proteázám také infekční protože může konvertovat normálně sbalené molekuly do patologické formy. Vytvoření patologické struktury PrP* má pozitivní vliv na tvorbu dalších patologických struktur a tak se množství nesprávných struktur rychle zvyšuje a šíří se z buňky do buňky Tvorba disulfidických můstků v buňce Proces sbalování proteinů je doprovázen tvorbou disulfidických můstků. V prokaryotické buňce tento proces probíhá v periplasmatickém prostoru. V buňce eukaryotické je hlavním kompartmentem endoplasmatické retikulum a rovněž prostor mezi dvěma membránami obalujícími mitochondrie. Mechanismus oxidace v endoplasmatické retikulu a mezi membránami mitochondrií je odlišný a nemá společný evoluční původ. Vlastní prostředí cytoplasmy, kde dochází k syntéze proteinů na ribozómech, je redukující kvůli vysoké koncentraci redukovaného glutathionu a řadě redukujících enzymů. To tvorbu disulfidických můstků a vytvoření správné terciární struktury znemožňuje. Teprve po transportu nově vzniklého polypeptidového řetězce do oxidativního prostředí jiného kompartmentu, např. endoplasmatického retikula, může dojít k vytvoření disulfidických můstků. Tím je také zajištěno, že protein získá svou aktivní konformaci a zahájí svou činnost teprve poté, co je zacílen do místa konečné destinace. 8
9 Tvorba disulfidických můstků je reverzibilní proces, při kterém jsou thiolové skupiny dvou cysteinových zbytků oxidovány do formy kovalentně propojeného disulfidu. Toho lze dosáhnout výměnou thiol-disulfid, při které je disulfidová vazba, jako akceptor elektronů, redukována. Alternativně vede přenos elektronů na kyslík k tvorbě disulfidu de novo (br. 2.8). K této reakci je zapotřebí katalyzátorů jako jsou přechodné kovy nebo kofaktor FAD. br. 2.8.: Tvorba disulfidického můstku. Protein je oxidován oxidoreduktázami, které pouze přesunují disulfidové vazby původně vytvořené sulfhydryl oxidázami. Síla procesu oxidace je poskytována kyslíkem. SH SH SS kyslík oxidoreduktáza výměna thiol-disulfid sulfhydryl oxidáza tvorba disulfidu de novo V mitochondriích se na procesu tvorby disulfidických můstků ve struktuře proteinů podílejí dva hlavní proteiny, označované Mia40 a Erv1. Mia40 ve své oxidované formě oxiduje cysteinové zbytky polypeptidového řetězce, který do mitochondrie vstupuje z cytoplasmy. xidovaný protein pak už není schopen překročit vnější membránu zpět a dostává se do mezimembránového prostoru. Reoxidace Mia40 zabezpečuje Erv1, protein patřící do rodiny sulfhydryl oxidáz obsahujících FAD. Erv1 je oxidován cytochromem c, který pak přenáší elektrony přes cytochromoxidázu na kyslík, za vzniku vody. Proces je napojen na respirační řetězec, čímž se zvyšuje jeho efektivita; současně je zabráněno tvorbě H 2 2 v mezi membránovém prostoru (br. 2.9). V endoplasmatickém retikulu dochází k vytvoření disulfidických můstků současně s translokací proteinu. V první reakci jsou elektrony přeneseny z redukovaného substrátu na oxidovanou formu enzymu z rodiny bisulfid isomeráz, který je následně reoxidizován flavonenzymem Ero1, který přenáší elektrony přes FAD na kyslík (br. 2.9). 9
10 br. 2.9: Spojení tvorby disulfidických můstků s translokací. Jaké jsou odlišnosti spalovacích systémů v ER a mitochondriích? 1) V eukaryotické buňce se většina proteinů sbaluje v endoplasmatické retikulu, podíl mitochondriových proteinů tvoří jen minoritní část. V mitochondriové membráně se upravují jen malé proteiny o molekulové hmotnosti M = až Všechny tyto proteiny mají uniformní strukturu helix-otáčka-helix, při které jsou oba helixy vzájemně propojeny disulfidickými můstky. Naproti tomu proteiny sbalované v endoplasmatické retikulu tvoří pestré spektrum různých velikostí a forem. 2) Endoplasmatické retikulum obsahuje širokou škálu disulfid isomeráz, které své substráty oxidují, izomerizují nebo redukují. V mitochondriích se vyskytuje pouze Mia40, který substrát přímo oxiduje. 3) Sulfhydryloxidázy Erv1 (v mitochondriích) a Ero1 (v endoplasmatické retikulu) vytvářejí disulfidické můstky de novo. Ačkoli jsou tyto enzymy evolučně nepříbuzné, obsahují stejnou vnitřní strukturu: 4 svazky šroubovic, které koordinují umístění kofaktoru FAD do blízkosti 10
11 dvou cysteinů. Ačkoli mají oba enzymy odlišné sekvence aminokyselin, jsou jejich trojrozměrné struktury velmi podobné. Jedná se o pěkný příklad konvergence. 4) Prostorová organizace tvorby disulfidických můstků byla podrobně popsána pro mitochondrie, jak je tomu u endoplasmatického retikula není jasné. 5) V mitochondriích nevzniká H 2 2. Ero1 v endoplasmatické retikulu přenáší elektrony přímo na molekulární kyslík. Jak je tato látka deaktivována, není jasné. V mitochondriích je Erv1 napojen přímo na respirační řetězec a výsledným produktem je voda. 6) Díky pronikání malých molekul jako je glutathion do mezimembránového prostoru mitochondrií poriny, je podíl redukovaného glutathionu k oxidovanému vyšší. Endoplasmatické retikulum tvoří více oxidativní prostředí než mezimembránový prostor mitochondrií, ačkoli ten je pořád více oxidativní než cytoplasma nebo vnitřní matrix mitochondrie. 7) Protože v endoplasmatické retikulu vzniká jedna molekula peroxidu vodíku na jednu nově vytvořenou disulfidickou vazbu, je zde nebezpečí vzniku hyperoxidativního prostředí. Aby k tomu nedošlo, je oxidační aktivita Ero1 regulována následujícím způsobem: ve struktuře Ero1 jsou cysteinové zbytky, které tvoří intramolekulární disulfidické vazby, po jejich vytvoření je aktivita enzymu zablokována. Více si můžete přečíst zde: Riemer J. et al. (2009): Disulfide formation in the ER and mitochondria: two solutions to a common process. Science 324,
12 2.4. Posttranslační modifikace proteinů Mnoho proteinů je kotranslačně nebo posttranslačně modifikováno připojením dalších struktur kovalentními vazbami. Přehled modifikací je uveden v Tabulce 2.1. Tyto modifikace mění strukturu a biologickou aktivitu proteinů. Nejběžnější modifikací je glykosylace. Co se terapeuticky významných proteinů týče, jsou většinou posttranslačně modifikovány jak glykosylací, tak karboxylací, hydroxylací, sulfatací a amidací. Tabulka 2.1: Typy kotranslačních a posttranslačních modifikací proteinů (podle Walsh, Pharmaceutical biotechnology, 2007) Modifikace Proteolytické štěpení Glykosylace Fosforylace Příklad Řada proteinů se stane biologicky aktivních až po jejich proteolytickém štěpení (např. některé krevní faktory) Glykosylace zvyšuje solubilitu, ovlivňuje biologický poločas nebo biologickou aktivitu některých proteinů vlivňuje biologickou aktivitu různých polypeptidových hormonů Acetylace Acylace Amidace Sulfatace Hydroxylace Funkce nejasná Napomáhá některým polypeptidům interagovat a začleňovat se do biologických membrán vlivňuje biologickou aktivitu a stabilitu některých polypeptidů vlivňuje biologickou aktivitu některých neuropeptidů a proteolytické úpravy některých polypeptidů Důležitá pro strukturální uspořádání určitých proteinů Tvorba γ-karboxyglutamátu Důležitá pro vazbu některých krevních proteinů k Ca 2+ ADP-ribosylace Reguluje biologickou aktivitu různých proteinů Tvorba disulfidových vazeb Pomáhá stabilizovat konformaci některých proteinů Glykosylace Glykosylace, tedy připojení cukerného zbytku k polypeptidovému řetězci, je jednou z nejčastějších modifikací eukaryotických proteinů obecně, vyskytuje se ale hlavně u extracelulárních proteinů a proteinů vyskytujících se na povrchu buněk. Glykosylací vznikají glykoproteiny. U některých glykoproteinů nemá odstranění cukerné části vliv na biologické vlastnosti. 12
13 Deglykosylované formy glykoproteinů lze připravit účinkem inhibitorů glykosylace, např. antibiotikem tunicamycinem v růstovém médiu nebo enzymatickou degradací glycidické části preformovaného glykoproteinu glykosidázou. U jiných proteinů má cukerná složka naopak přímý biologický účinek. Přehled takových aktivit je uveden v Tabulce 2.2. Tabulka 2.2: Potenciální účinky glycidické části glykoproteinů (podle Walsh, Pharmaceutical biotechnology, 2007) Účinek Sbalování proteinů Transport/zacílení proteinů Rozpoznání/vazba ligandů Biologická aktivita Stabilita Reguluje biologický poločas proteinu Imunogenicita Komentář Glykosylace může ovlivnit lokální sekundární strukturu proteinu a napomoci přímému sbalení polypeptidového řetězce. Glycidická část se může účastnit na sestřiďování/usměrnění proteinu do finální destinace. Glycidická část protilátek se např. účastní vazby k Fc receptoru monocytů a interaguje s komponentou C1q komplementu. Glycidická část gonádotrofinů je nezbytná k aktivaci signální transkripce gonádotrofinů. Cukerná část stabilizuje glykoproteiny mnoha způsoby, např. zvýšením jejich rozpustnosti, zastíněním hydrofobních částí na jejich povrchu, ochranou před proteolýzou a přímou účastí na stabilizačních interakcích v rámci téhož polypeptidového řetězce. Vysoké hladiny kyseliny sialové mohou prodloužit biologický poločas plasmatických glykoproteinů. Zbytky galaktózy zkracují biologický poločas. U kvasinek jsou proteiny často glykosylovány manózou, což biologický poločas také zkracuje kvůli vychytávání glykoproteinů receptory pro manózu na buněčném povrchu. Některé glykosylační motivy charakteristické pro rostlinné glykoproteiny (často obsahují zbytky fukózy a xylózy) jsou vysoce imunogenní pro savce. Příkladem vysoce glykosylovaného proteinu je gonádotropní hormon lidský choriový gonádotropin (hcg). dstranění glycidické části má za následek ztrátu biologické aktivity, ačkoli se hormon stále váže na svůj receptor, někdy dokonce s vyšší aktivitou. Glykosidická část je syntetizována rodinou enzymů označovaných jako glykosyltransferázy. Tyto enzymy jsou lokalizovány většinou v endoplasmatické retikulu. Jsou známy dva typy glykosylace: 13
14 N-glykosylace a -glykosylace. V případě N-glykosylace je glykosid připojen k proteinu přes atom dusíku na asparaginu, u -glykosylace přes kyslík hydroxylových skupin, zpravidla serinu a threoninu (br. 2.10). br. 2.10: Glykosylace N-glykosidace asparaginu CH 2 CH 2 C H 2 C NH 2 NH + H cukr cukr -glykosidace serinu CH 2 CH 2 H + H H 2 cukr cukr 14
15 V glykosidické části se většinou nachází monosacharidy manosa, galaktosa, glukosa, fukosa, N- acetylgalaktosamin, xylosa a kyselina sialová. Monosacharidy pak tvoří rozmanité polymerní struktury, proto jsou glykosidické struktury glykoproteinů velmi složité. Příklady dvou oligosacharidových řetězců v glykoproteidech jsou uvedeny na obr br. 2.11: Příklady postranních řetězců oligosacharidů u glykoproteinů, Man = manóza, Gal = galaktóza, SA = sialová kyselina, GlcNAc = N-acetylglukosamin, GalNAc = N-acetyl galaktosamin SA Gal GlcNAc Man Man GlcNAc GlcNAc Asn SA Gal GlcNAc Man Gal GlcNAc Ser SA N-glykosylace je sekvenčně specifická. Dochází při ní k přenosu presyntetizovaného oligosacharidového řetězce na asparagin, který se vyskytuje v sekvenčním motivu Asn-X-Ser nebo Asn-X- Thr nebo Asn-X-Cys, kde X je jakákoli aminokyselina s výjimkou prolinu. Ne všechny uvedené motivy jsou ale glykosylovány. Znamená to, že o glykosylaci rozhodují i jiné faktory. Po tomto prvním kroku je oligosacharidový řetězec dále modifikován glykosyltransferázou. Faktory ovlivňující -glykosylaci jsou prozkoumány méně. Není znám jednoznačný sekvenční motiv, o -glykosylaci pravděpodobně rozhoduje trojrozměrná struktura polypeptidové domény. Některé glykoproteiny obsahují pouze N-glykosylované zbytky, jiné pouze -glykosylaci a jiné oba typy glykosylací. Například EP má tři N-glykosylované a jeden -glykosylovaný zbytek. Přesné složení a struktura glykosidů se můžou u jednoho typu glykoproteinu mírně lišit. Tomuto jevu se říká mikroheterogenita glykosidovaných proteinů. Mikroheterogenitu lze zkoumat isoelektrickou fokusací. Téměř všechny terapeuticky významné glykoproteiny vykazují mikroheterogenitu. Příkladem je lidský interferon γ, který se vyskytuje ve dvou formách o molekulové hmotnosti a bě formy se liší pouze stupněm a polohou N-glykosylačních míst. Glykosylace komplikuje produkci rekombinantních proteinů v heterologních expresních systémech. Lidské rekombinantní proteiny produkované v jiných než lidských buněčných kulturách jsou glykosylovány odlišným způsobem, takové glykoproteiny jsou pak zpravidla nepoužitelné pro terapii. 15
16 Přehled glykosylovaných terapeutických proteinů, které se aktuálně používají v medicíně je uveden v Tabulce 2.3. Tabulka 2.3: Glykosylované terapeutické proteiny v tržní síti (podle Walsh, Pharmaceutical biotechnology, 2007) Kategorie produktu Krevní faktory, antikoagulanty, trombolytika bchodní název Activase, Advate, Benefit, Bioclate, Helixate/Kogenate, Metalyse/TNKase, Novoseven, Recombinate, Refacto, Xigiris Protilátky Avastin, Bexxar, Erbitux, Herceptin, Humaspect, Humira, Mabcampath/Campath-H1, Mabthera/Rituxan, Mylotarg, Neutrospec, ncoscint, rthoclone KT-3, Prostascint, Raptiva, Remicade, Simulect, Synagis, Xolair, Zenapax, Zevalin Hormony Gonal F, Luveris, vitrelle/vidrel, Puregon/Follistim, Thyrogen EP a CSF Epogen/Procrit, Leukine, Neorecormon, Nespo/Aranesp Interferon Avonex, Rebif statní Aldurazyme, Amevive, Cerezyme, Enbrel, Fabrazyme, Inductos, Infuse, sigraft/p-1 implant, Pulmozyme, Regranex, Replagal Karboxylace a hydroxylace mezený počet proteinů je modifikován γ-karboxylací nebo β-hydroxylací. Většinou se jedná o proteiny, které se podílejí na hemostáze. γ-karboxylace spočívá v enzymatické konverzi specifických zbytků kyseliny glutamové za vzniku γ-karboxyglutamátu. Při β-hydroxylaci dochází k hydroxylaci kyseliny asparagové za vzniku β-hydroxyaspartátu (br. 2.12). bě modifikace umožňují vazbu iontů vápníku, což zabezpečuje efektivní funkci krevních faktorů VII, IX a X a taky aktivaci proteinu C a proteinu S antikoagulačního systému Sulfatace a amidace Malý počet biofarmak je sulfatován nebo amidován. Sulfatace je připojení skupiny S 4 2- k cílovému polypeptidu v místě tyrozinu. Sulfatace má význam pro interakce protein-protein, ztráta sulfatace snižuje aktivitu polypeptidu. Významným terapeuticky významným proteinem, který je sulfatován, je antikoagulant hirudin a krevní faktory VIII a IX. Rekombinantní proteiny zpravidla nejsou sulfatovány, ale vykazují ještě terapeutický účinek. Amidace je náhrada karboxylové skupiny na C-konci polypeptidu aminoskupinou (CH CNH 2 ). K této modifikaci dochází u krátkých peptidů. Amidace je málo prozkoumaná, ale je nezbytná pro funkci výsledného produktu. 16
17 br. 2.12: Karboxylace a hydroxylace, Glu = kyselina glutamová, Gla = kyselina γ-karboxyglutamová, Asp = kyselina asparagová, Hya = kyselina β-hydroxyasparagová, Asn = asparagin, Hyn = β-hydroxyasparagin CH 2 CH 2 γ-karboxylace (Glu Gla) CH 2 CH C - C - C - CH 2 C - β-hydroxylace (Asp Hya) H CH C - CH 2 CNH 2 β-hydroxylace (Asn Hyn) H CH CNH 2 17
18 2.5. Shrnutí kapitoly Proces genové exprese nekončí vyjádřením sekvence nukleotidů v posloupnosti aminokyselin v polypeptidovém řetězci. Nově vzniklý řetězec se musí ještě sbalit do jedinečné trojrozměrné konformace. Informace nezbytná k uskutečnění sbalení je obsažena již v sekvenci aminokyselin polypeptidového řetězce. Při sbalování je většina hydrofobních postranních skupin aminokyselin ukryta do vnitřního jádra proteinu. Existence hydrofobních aminokyselin na povrchu proteinu je tedy varovným signálem, že s proteinem není něco v pořádku. Při sbalování vznikají konečný tvar polypeptidového řetězce, který odpovídá konformaci s nejnižší volnou energií. V buňce existuje účinný aparát, který se podílí na sbalování proteinů a zajišťuje jejich funkční stav proteinů. Tento aparát tvoří proteiny, které se označují jako chaperony. Ty proteiny, které nejsou správně sbaleny, mohou být kompletně destruovány proteolýzou. Poté, co je na proteinu rozpoznána přítomnost abnormálních hydrofobních struktur, jsou transportovány do tzv. proteazómu, komplexu, který obsahuje ATP dependentní proteázy podílející se na degradaci nesprávně sbalených proteinů. Degradace je regulovaný proces, který je kontrolován mnoha mechanismy ubiquitinací, fosforylací, apod. Nesprávně sbalené proteiny mohou agregovat, což vede k destruktivním onemocněním (např. srpkovitá anémie, deficience α-1-antitrypsinu, která vyúsťuje k onemocněním jater a rozedmě plic). Původ takových procesů může být v mutantních formách proteinů, které se vymkly vnitrobuněčným kontrolním mechanismům. nemocnění může vyvolat také postupný pokles aktivity buněčných proteinů zodpovědných za kontrolní mechanismy. Proces sbalování proteinů je doprovázen tvorbou disulfidických můstků. V prokaryotické buňce tento proces probíhá v periplasmatickém prostoru. V buňce eukaryotické je hlavním kompartmentem endoplasmatické retikulum a rovněž prostor mezi dvěma membránami obalujícími mitochondrie. Mechanismus oxidace v endoplasmatické retikulu a mezi membránami mitochondrií je odlišný a nemá společný evoluční původ. Mnoho proteinů je kotranslačně nebo posttranslačně modifikováno připojením dalších struktur kovalentními vazbami. Tyto modifikace mění strukturu a biologickou aktivitu proteinů. Nejběžnější modifikací je glykosylace. Co se terapeuticky významných proteinů týče, jsou většinou posttranslačně modifikovány jak glykosylací, tak karboxylací, hydroxylací, sulfatací a amidací Příklady a úlohy k zamyšlení 1) Může v bakteriální buňce E. coli vznikat kvartérní struktura proteinů? 2) Popište vznik inzulínu v rámci posttranslačních úprav pre-proinzulínu, kolik disulfidických můstků obsahuje inzulín? 3) Jakou látkou lze in vitro provést tzv. redukční štěpení, tj. vytvoření dvou samostatných skupin -SH namísto jednoho disulfidického můstku? 4) Uveďte příklad glykosylovaného proteinu a jeho funkci v buňce 5) Uveďte příklad fosforylovaného proteinu a jeho funkci v buňce 6) Uveďte příklad ubiquitinovaného proteinu a jeho funkci v buňce 18
1) Vznik vyšších proteinových struktur 2) Nekovalentní vazby v polypeptidovém řetězci 3) Sbalování proteinů pomocí chaperonů 4) Vlastnosti a funkce
1) Vznik vyšších proteinových struktur 2) Nekovalentní vazby v polypeptidovém řetězci 3) Sbalování proteinů pomocí chaperonů 4) Vlastnosti a funkce vybraných chaperonů 5) Co je to proteostáza a jaká je
VíceBílkoviny a rostlinná buňka
Bílkoviny a rostlinná buňka Bílkoviny Rostliny --- kontinuální diferenciace vytváření orgánů: - mitotická dělení -zvětšování buněk a tvorba buněčné stěny syntéza bílkovin --- fotosyntéza syntéza bílkovin
VíceStruktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort Biosyntéza proteinů Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je
VíceStruktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort Biosyntéza proteinů Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je
VíceStruktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová
Struktura proteinů - testík na procvičení Vladimíra Kvasnicová Mezi proteinogenní aminokyseliny patří a) kyselina asparagová b) kyselina glutarová c) kyselina acetoctová d) kyselina glutamová Mezi proteinogenní
VíceVÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ
FUNKCE PROTEINŮ 1 VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ Příklad: protein: dystrofin onemocnění: Duchenneova svalová dystrofie 2 3 4 FUNKCE PROTEINŮ: 1. Vztah struktury a funkce proteinů 2. Rodiny proteinů
VíceInovace studia molekulární a buněčné biologie
Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. MBIO1/Molekulární biologie 1 Tento projekt je spolufinancován
Více8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany Ivo Frébort Polysacharidy Funkce: uchovávání energie, struktura, rozpoznání a signalizace Homopolysacharidy a
VíceBiosyntéza a degradace proteinů. Bruno Sopko
Biosyntéza a degradace proteinů Bruno Sopko Obsah Proteosyntéza Post-translační modifikace Degradace proteinů Proteosyntéza Tvorba aminoacyl-trna Iniciace Elongace Terminace Tvorba aminoacyl-trna Aminokyselina
VíceProteiny Genová exprese. 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.
Proteiny Genová exprese 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D. Bílkoviny (proteiny), 15% 1g = 17 kj Monomer = aminokyseliny aminová skupina karboxylová skupina α -uhlík postranní řetězec Znát obecný vzorec
VíceBílkoviny - proteiny
Bílkoviny - proteiny Proteiny jsou složeny z 20 kódovaných aminokyselin L-enantiomery Chemická struktura aminokyselin R představuje jeden z 20 různých typů postranních řetězců R Hlavní řetězec je neměnný
Víceve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv
Urbanová Anna ve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv strukturní rysy mrna proces degradace každá mrna v
VíceNUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života
NUKLEOVÉ KYSELINY Základ života HISTORIE 1. H. Braconnot (30. léta 19. století) - Strassburg vinné kvasinky izolace matiére animale. 2. J.F. Meischer - experimenty z hnisem štěpení trypsinem odstředěním
VíceLodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání
Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání http://web.natur.cuni.cz/~zdenap/zdenateachingnf.html CHEMICKÉ SLOŽENÍ BUŇKY BUŇKA: 99 % C, H, N,
VícePROTEINY. Biochemický ústav LF MU (H.P.)
PROTEINY Biochemický ústav LF MU 2013 - (H.P.) 1 proteiny peptidy aminokyseliny 2 Aminokyseliny 3 Charakteristika základní stavební jednotky proteinů geneticky kódované 20 základních aminokyselin 4 a-aminokyselina
VíceBiologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat
Biologie buňky 1665 - Robert Hook (korek, cellulae = buňka) Cytologie - věda zabývající se studiem buňek Buňka ozákladní funkční a stavební jednotka živých organismů onejmenší známý uspořádaný dynamický
Více2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:
Výběrové otázky: 1. Součástí všech prokaryotických buněk je: a) DNA, plazmidy b) plazmidy, mitochondrie c) plazmidy, ribozomy d) mitochondrie, endoplazmatické retikulum 2. Z následujících tvrzení, týkajících
VícePřírodní polymery proteiny
Přírodní polymery proteiny Funkční úloha bílkovin 1. Funkce dynamická transport kontrola metabolismu interakce (komunikace, kontrakce) katalýza chemických přeměn 2. Funkce strukturální architektura orgánů
VíceMetabolismus bílkovin. Václav Pelouch
ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE 2004 Metabolismus bílkovin Václav Pelouch kapitola ve skriptech - 3.2 Výživa Vyvážená strava člověka musí obsahovat: cukry (50 55 %) tuky (30 %) bílkoviny (15 20 %)
VíceAminokyseliny, struktura a vlastnosti bílkovin. doc. Jana Novotná 2 LF UK Ústav lékařské chemie a klinické biochemie
Aminokyseliny, struktura a vlastnosti bílkovin doc. Jana Novotná 2 LF UK Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 1. 20 aminokyselin, kódovány standardním genetickým kódem, proteinogenní, stavebními
VíceDUM č. 11 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika
projekt GML Brno Docens DUM č. 11 v sadě 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika Autor: Martin Krejčí Datum: 30.06.2014 Ročník: 6AF, 6BF Anotace DUMu: Princip genové exprese, intenzita překladu
VíceRegulace translace REGULACE TRANSLACE BÍLKOVINY A JEJICH POSTTRANSLAČNÍ MODIFIKACE. Bílkoviny - aminokyseliny. 1. Translační aparát. 2.
Regulace translace Bílkoviny - aminokyseliny 1. Translační aparát 2. Translace 3. Bílkoviny a jejich posttranslační modifikace 4. Lokalizace bílkovin v buňce a jejich degradace 5. Translace v mitochondriích
VíceGenomické databáze. Shlukování proteinových sekvencí. Ivana Rudolfová. školitel: doc. Ing. Jaroslav Zendulka, CSc.
Genomické databáze Shlukování proteinových sekvencí Ivana Rudolfová školitel: doc. Ing. Jaroslav Zendulka, CSc. Obsah Proteiny Zdroje dat Predikce struktury proteinů Cíle disertační práce Vstupní data
VíceVýukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0996
Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0996 Šablona: III/2 č. materiálu: VY_32_INOVACE_CHE_413 Jméno autora: Mgr. Alena Krejčíková Třída/ročník:
VíceUniverzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii
Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta Buňka. Stavba a funkce buněčné membrány. Transmembránový transport. Membránové organely, buněčné kompartmenty. Ústav pro histologii a embryologii Doc. MUDr.
VíceEva Benešová. Dýchací řetězec
Eva Benešová Dýchací řetězec Dýchací řetězec Během oxidace látek vstupujících do různých metabolických cyklů (glykolýza, CC, beta-oxidace MK) vznikají NADH a FADH 2, které následně vstupují do DŘ. V DŘ
VíceEnergetický metabolizmus buňky
Energetický metabolizmus buňky Buňky vyžadují neustálý přísun energie pro tvorbu a udržování biologického pořádku (život). Tato energie pochází z energie chemických vazeb v molekulách potravy (energie
VíceMolekulární biotechnologie č.9. Cílená mutageneze a proteinové inženýrství
Molekulární biotechnologie č.9 Cílená mutageneze a proteinové inženýrství Gen kódující jakýkoliv protein lze izolovat z přírody, klonovat, exprimovat v hostitelském organismu. rekombinantní protein purifikovat
VíceV organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.
BÍLKOVINY Bílkoviny jsou biomakromolekulární látky, které se skládají z velkého počtu aminokyselinových zbytků. Vytvářejí látkový základ života všech organismů. V tkáních vyšších organismů a člověka je
VíceEvropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti URČOVÁNÍ PRIMÁRNÍ STRUKTURY BÍLKOVIN
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti URČOVÁNÍ PRIMÁRNÍ STRUKTURY BÍLKOVIN Primární struktura primární struktura bílkoviny je dána pořadím AK jejích polypeptidových řetězců
Více"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy
"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy 1/75 Genetika = věda o dědičnosti Studuje biologickou informaci. Organizmy uchovávají,
VíceTypy molekul, látek a jejich vazeb v organismech
Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech Organismy se skládají z molekul rozličných látek Jednotlivé látky si organismus vytváří sám z jiných látek,
VíceBílkoviny. Charakteristika a význam Aminokyseliny Peptidy Struktura bílkovin Významné bílkoviny
Bílkoviny harakteristika a význam Aminokyseliny Peptidy Struktura bílkovin Významné bílkoviny 1) harakteristika a význam Makromolekulární látky složené z velkého počtu aminokyselinových zbytků V tkáních
VíceRegulace translace REGULACE TRANSLACE LOKALIZACE BÍLKOVIN V BUŇCE. 4. Lokalizace bílkovin v buňce. 1. Translační aparát. 2.
Regulace translace 1. Translační aparát 2. Translace 3. Bílkoviny a jejich posttranslační modifikace a jejich degradace 5. Translace v mitochondriích a chloroplastech REGULACE TRANSLACE LOKALIZACE BÍLKOVIN
Vícejedné aminokyseliny v molekule jednoho z polypeptidů hemoglobinu
Translace a genetický kód Srpkovitý tvar červených krvinek u srpkovité anémie: důsledek záměny Srpkovitý tvar červených krvinek u srpkovité anémie: důsledek záměny jedné aminokyseliny v molekule jednoho
VíceStruktura a funkce biomakromolekul
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 10. Struktury signálních komplexů Ivo Frébort Typy hormonů Steroidní hormony deriváty cholesterolu, regulují metabolismus, osmotickou rovnováhu, sexuální funkce
VíceMetabolismus aminokyselin 2. Vladimíra Kvasnicová
Metabolismus aminokyselin 2 Vladimíra Kvasnicová Odbourávání AMK 1) odstranění aminodusíku z molekuly AMK 2) detoxikace uvolněné aminoskupiny 3) metabolismus uhlíkaté kostry AMK 7 produktů 7 degradačních
VíceExprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza
Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie - genetická informace v DNA -> RNA -> primárního řetězce proteinu 1) transkripce - přepis z DNA do mrna 2) translace - přeložení z kódu nukleových
VíceExprese genetické informace
Exprese genetické informace Tok genetické informace DNA RNA Protein (výjimečně RNA DNA) DNA RNA : transkripce RNA protein : translace Gen jednotka dědičnosti sekvence DNA nutná k produkci funkčního produktu
VíceMETABOLISMUS SACHARIDŮ
METABOLISMUS SACHARIDŮ PRINCIP Rozštěpené sacharidy vstřebávání střevní sliznicí do krevního oběhu dopraveny vrátnicovou žílou do jater. V játrech enzymaticky hexózy štěpeny na GLUKÓZU vyplavována do krve
VíceTranslace (druhý krok genové exprese)
Translace (druhý krok genové exprese) Od RN k proteinu Milada Roštejnská Helena Klímová 1 enetický kód trn minoacyl-trn-synthetasa Translace probíhá na ribosomech Iniciace translace Elongace translace
Více1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu
Test pro přijímací řízení magisterské studium Biochemie 2019 1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu U dalších otázek zakroužkujte správné tvrzení (pouze jedna správná
VíceToxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.
Toxikodynamika toxikodynamika (řec. δίνευω = pohánět, točit) interakce xenobiotika s cílovým místem (buňkou, receptorem) biologická odpověď jak xenobiotikum působí na organismus toxický účinek nespecifický
VíceInovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie
Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í CZ.1.07/2.2.00/15.0324 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem
VíceAminokyseliny. Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Zlín. Tematická oblast Datum vytvoření Ročník Stručný obsah Způsob využití
Aminokyseliny Tematická oblast Datum vytvoření Ročník Stručný obsah Způsob využití Autor Kód Chemie přírodních látek proteiny 18.7.2012 3. ročník čtyřletého G Určování postranních řetězců aminokyselin
VíceBuňky, tkáně, orgány, soustavy
Lidská buňka buněčné organely a struktury: Jádro Endoplazmatické retikulum Goldiho aparát Mitochondrie Lysozomy Centrioly Cytoskelet Cytoplazma Cytoplazmatická membrána Buněčné jádro Jadérko Karyoplazma
VíceUrčení molekulové hmotnosti: ESI a nanoesi
Cvičení Určení molekulové hmotnosti: ESI a nanoesi ) 1)( ( ) ( H m z H m z M k j j j m z z zh M Molekula o hmotnosti M se nabije z-krát protonem, pík iontu ve spektru je na m z : ) ( H m z M z Pro dva
VíceFyziologie AUTOFAGIE. MUDr. JAN VARADY KARIM FNO
Fyziologie AUTOFAGIE MUDr. JAN VARADY KARIM FNO 29.1.2019 Autofagie?? Autofagie Self-eating Regulovaný katabolický jev Degradace a recyklace buněčných cytoplasmatických komponent: malfunkční a staré proteiny,
VíceTRANSLACE - SYNTÉZA BÍLKOVIN
TRANSLACE - SYNTÉZA BÍLKOVIN Translace - překlad genetické informace z jazyka nukleotidů do jazyka aminokyselin podle pravidel genetického kódu. Genetický kód - způsob zápisu genetické informace Kód Morseovy
VíceEvropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Translace, techniky práce s DNA Translace překlad z jazyka nukleotidů do jazyka aminokyselin dá se rozdělit na 5 kroků aktivace aminokyslin
VíceStruktura a funkce biomakromolekul
Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 7. Interakce DNA/RNA - protein Ivo Frébort Interakce DNA/RNA - proteiny v buňce Základní dogma molekulární biologie Replikace DNA v E. coli DNA polymerasa a
VíceRychlost chemické reakce je dána změnou Gibbsovy energie a aktivační energií: Tudíž zrychlení reakce pomocí katalýzy může být vyjádřeno:
Bruno Sopko Rychlost chemické reakce je dána změnou Gibbsovy energie a aktivační energií: Tudíž zrychlení reakce pomocí katalýzy může být vyjádřeno: Z předchozí rovnice vyplývá: Pokud katalýza při 25
VíceZáklady molekulární biologie KBC/MBIOZ
Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ Mária Majeská Čudejková 3. Proteosyntéza Centrální dogma molekulární biologie Rozluštění genetického kódu in vitro Marshall Nirenberg a Heinrich Matthaei zjistili,
VíceNukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace
ukleové kyseliny Replikace Transkripce, RA processing Translace Prokaryotická X eukaryotická buňka Hlavní rozdíl organizace genetického materiálu (u prokaryot není ohraničen) Život závisí na schopnosti
VíceGymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto
Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto SUBSTITUČNÍ DERIVÁTY KARBOXYLOVÝCH O KYSELIN R C O X karboxylových kyselin - substituce na vedlejším uhlovodíkovém řetězci aminokyseliny - hydroxykyseliny
VíceTestové úlohy aminokyseliny, proteiny. post test
Testové úlohy aminokyseliny, proteiny post test 1. Které aminokyseliny byste hledali na povrchu proteinů umístěných uvnitř fosfolipidových membrán a které na povrchu proteinů vyskytujících se ve vodném
VíceChemická reaktivita NK.
Chemické vlastnosti, struktura a interakce nukleových kyselin Bi7015 Chemická reaktivita NK. Hydrolýza NK, redukce, oxidace, nukleofily, elektrofily, alkylační činidla. Mutageny, karcinogeny, protinádorově
VíceRegulace translace REGULACE TRANSLACE PROTEINY A JEJICH POSTTRANSLAČNÍ MODIFIKACE. 1. Translační aparát. 2. Translace
Regulace translace 1. Translační aparát 2. Translace 3. Proteiny a jejich posttranslační modifikace 4. Lokalizace bílkovin v buňce a jejich degradace 5. Translace v mitochondriích a chloroplastech REGULACE
VíceBUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA
BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA MITOSA - fáze: Profáze - kondensace chromosomů - 30 nm chromatine fibres vázané na matrix Rozpad Metafáze - párové ( sesterské ) chromatidy - vázané centromerou, seřazené
Vícedoc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D.
doc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D. Konference Klonování a geneticky modifikované organismy Parlament České republiky, Poslanecká sněmovna 7. května 2015, Praha Výroba léků rekombinantních léčiv Výroba diagnostických
VíceGlykoproteiny a Muciny. B.Sopko
Glykoproteiny a Muciny B.Sopko Obsah Glykoproteiny: Struktura a vazby Vzájemná konverze a aktivace potravních sacharidů Další dráhy v metabolismu sacharidů vázaných na nukleotid Biosyntéza oligosacharidů
VíceIntermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová
Intermediární metabolismus Vladimíra Kvasnicová Vztahy v intermediárním metabolismu (sacharidy, lipidy, proteiny) 1. po jídle (přísun energie z vnějšku) oxidace CO 2, H 2 O, urea + ATP tvorba zásob glykogen,
VíceVÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ
REGULACE APOPTÓZY 1 VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ Příklad: Regulace apoptózy: protein p53 je klíčová molekula regulace buněčného cyklu a regulace apoptózy Onemocnění: více než polovina (70-75%) nádorů
VíceMetabolismus aminokyselin. Vladimíra Kvasnicová
Metabolismus aminokyselin Vladimíra Kvasnicová Aminokyseliny aminokyseliny přijímáme v potravě ve formě proteinů: důležitá forma organicky vázaného dusíku, který tak může být v těle využit k syntéze dalších
Více(molekulární) biologie buňky
(molekulární) biologie buňky Buňka základní principy Molecules of life Centrální dogma membrány Metody GI a MB Interakce Struktura a funkce buňky - principy proteiny, nukleové kyseliny struktura, funkce
VíceMolekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA
Molekulární základy dědičnosti Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA Ústřední dogma molekulární genetiky - vztah mezi nukleovými kyselinami a proteiny proteosyntéza replikace DNA RNA
VíceBuněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky
Buněčný cyklus Replikace DNA a dělení buňky 2 Regulace buněčného dělení buněčný cyklus: buněčné dělení buněčný růst kontrola kvality potomstva (dceřinných buněk) bránípřenosu nekompletně zreplikovaných
Vícepátek, 24. července 15 BUŇKA
BUŇKA ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA mitochondrie ribozom hrubé endoplazmatické retikulum cytoplazma plazmatická membrána mikrotubule lyzozom hladké endoplazmatické retikulum Golgiho aparát jádro jadérko chromatin volné
VíceAminokyseliny, peptidy a bílkoviny
Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny Dělení aminokyselin Z hlediska obsahu v živé hmotě Z hlediska významu ve výživě Z chemického hlediska Z hlediska rozpustnosti Dělení aminokyselin Z hlediska obsahu v
Více7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika
7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika Aby mohl mnohobuněčný organismus efektivně fungovat, je třeba, aby se jednotlivé buňky specializovaly na určité funkce. Nový jedinec přitom
VíceTypy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).
Typy nukleových kyselin Existují dva typy nukleových kyselin (NA, z anglických slov nucleic acid): deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA). DNA je lokalizována v buněčném jádře, RNA v cytoplasmě a
VíceMolekulární mechanismy řídící expresi proteinů
Molekulární mechanismy řídící expresi proteinů Aleš ampl Proteiny Proteios - první místo (řecky) = Bílkoviny u většiny buněčných typů tvoří nejméně 50% jejich suché hmoty hrají klíčovou úlohu ve většině
VíceHemoglobin a jemu podobní... Studijní materiál. Jan Komárek
Hemoglobin a jemu podobní... Studijní materiál Jan Komárek Bioinformatika Bioinformatika je vědní disciplína, která se zabývá metodami pro shromážďování, analýzu a vizualizaci rozsáhlých souborů biologických
VíceObecná biologie - přednášky
Obecná biologie - přednášky 1) Biogenní prvky H, C, N, O, P, S jsou základem látek nezbytných pro život H, C, O (N) jsou obsaženy v sacharidech H, C, O, (P) jsou obsaženy v lipidech H, C, N, O, S vytvářejí
VíceZáklady molekulární biologie KBC/MBIOZ
Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ Mária Čudejková 2. Transkripce genu a její regulace Transkripce genetické informace z DNA na RNA Transkripce dvou genů zachycená na snímku z elektronového mikroskopu.
VícePropojení metabolických drah. Alice Skoumalová
Propojení metabolických drah Alice Skoumalová Metabolické stavy 1. Resorpční fáze po dobu vstřebávání živin z GIT (~ 2 h) glukóza je hlavní energetický zdroj 2. Postresorpční fáze mezi jídly (~ 2 h po
VíceVazebné interakce protein s DNA
Vazebné interakce protein s DNA Vazebné možnosti vn jší vazba atmosféra + iont kolem nabité DNA vazba ve žlábku van der Waalsovský kontakt s lé ivem ve žlábku interkalace vmeze ení planárního aromat.
VíceBiopolymery. struktura syntéza
Biopolymery struktura syntéza Nukleové kyseliny Proteiny Polysacharidy Polyisopreny Ligniny.. Homopolymery Kopolymery (stat, alt, block, graft) Lineární Větvené Síťované kombinace proteiny Funkční úloha
VíceBÍLKOVINY. V organismu se nedají nahradit jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.
BÍLKOVINY o makromolekulární látky, z velkého počtu AMK zbytků o základ všech organismů o rostliny je vytvářejí z anorganických sloučenin (dusičnanů) o živočichové je musejí přijímat v potravě, v trávicím
VíceRegulace metabolických drah na úrovni buňky
Regulace metabolických drah na úrovni buňky EB Obsah přednášky Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů změna absolutní koncentrace
VíceDUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika
projekt GML Brno Docens DUM č. 3 v sadě 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika Autor: Martin Krejčí Datum: 02.06.2014 Ročník: 6AF, 6BF Anotace DUMu: chromatin - stavba, organizace a struktura
VíceSystém HLA a prezentace antigenu. Ústav imunologie UK 2.LF a FN Motol
Systém HLA a prezentace antigenu Ústav imunologie UK 2.LF a FN Motol Struktura a funkce HLA historie struktura HLA genů a molekul funkce HLA molekul nomenklatura HLA systému HLA asociace s nemocemi prezentace
VíceNukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie
Centrální dogma molekulární biologie ukleové kyseliny 1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Transkripce D R Translace rotein Mendel) Replikace 1869 objev nukleových kyselin (Miescher) 1944 nukleové kyseliny
Vícemolekula obsahující jeden nebo více navázaných na bílkovinu (glykoproteiny)
Glykoproteiny y Vytášek 2008 Glykokonjugát (komplexní sacharid) molekula obsahující jeden nebo více sacharidových řetězců kovalentně navázaných na bílkovinu (glykoproteiny) nebo lipid (glykolipidy) Glykoproteiny
VíceExprese genetické informace
Exprese genetické informace Stavební kameny nukleových kyselin Nukleotidy = báze + cukr + fosfát BÁZE FOSFÁT Nukleosid = báze + cukr CUKR Báze Cyklické sloučeniny obsahující dusík puriny nebo pyrimidiny
VíceNázvosloví cukrů, tuků, bílkovin
Názvosloví cukrů, tuků, bílkovin SACARIDY CUKRY MNSACARIDY LIGSACARIDY PLYSACARIDY (z mnoha molekul monosacharidů) ALDSY KETSY -DISACARIDY - TRISACARIDY - TETRASACARIDY atd. -aldotriosy -aldotetrosy -aldopentosy
VíceAUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny
eukaryontní gen v genomové DNA promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4 kódující oblast introny primární transkript (hnrna, pre-mrna) postranskripční úpravy (vznik maturované mrna) syntéza čepičky AUG vyštěpení
VícePrvní testový úkol aminokyseliny a jejich vlastnosti
První testový úkol aminokyseliny a jejich vlastnosti Vysvětlete co znamená pojem α-aminokyselina Jaký je rozdíl mezi D a L řadou aminokyselin Kolik je základních stavebních aminokyselin a z čeho jsou odvozeny
VíceA. chromozómy jsou rozděleny na 2 chromatidy spojené jen v místě centromery. B. vlákna dělícího vřeténka jsou připojena k chromozómům
Karlova univerzita, Lékařská fakulta Hradec Králové Obor: všeobecné lékařství - test z biologie Vyberte tu z nabídnutých odpovědí (1-5), která je nejúplnější. Otázka Odpověď 1. Mezi organely membránového
VíceAminokyseliny, proteiny, enzymy Základy lékařské chemie a biochemie 2014/2015 Ing. Jarmila Krotká Metabolismus základní projev života látková přeměna souhrn veškerých dějů, které probíhají uvnitř organismu
Vícestrukturní (součástmi buněčných struktur) metabolická (realizují b. metabolizmus) informační (jako signály či receptory signálů)
1 Bílkoviny - představují cca. ½ suché hmotnosti buňky - molekuly bílkovin se podílí na všech základních životních procesech - součástmi buněčných struktur (stavební f-ce) Funkce bílkovin: strukturní (součástmi
VíceLékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce
Lékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce 1. Máte pufr připravený smísením 150 ml CH3COOH o c = 0,2 mol/l a 100 ml CH3COONa o c = 0,25 mol/l. Jaké bude ph pufru, pokud přidáme 10 ml
VíceRegulace enzymové aktivity
Regulace enzymové aktivity MUDR. MARTIN VEJRAŽKA, PHD. Regulace enzymové aktivity Organismus NENÍ rovnovážná soustava Rovnováha = smrt Život: homeostáza, ustálený stav Katalýza v uzavřené soustavě bez
VíceTomáš Oberhuber. Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague
Tomáš Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague Buňka buňka je základní stavební prvek všech živých organismů byla objevena Robertem Hookem roku 1665 jednodušší
VíceHumorální imunita. Nespecifické složky M. Průcha
Humorální imunita Nespecifické složky M. Průcha Humorální imunita Výkonné složky součásti séra Komplement Proteiny akutní fáze (RAF) Vztah k zánětu rozdílná funkce zánětu Zánět jako fyziologický kompenzační
VíceENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.
ENZYMY RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D. Enzymy: katalyzátory živé buňky jednoduché nebo složené proteiny Apoenzym: proteinová část Kofaktor: nízkomolekulová neaminokyselinová struktura nezbytně nutná pro funkci
VíceOpakování
Slabé vazebné interakce Opakování Co je to atom? Opakování Opakování Co je to atom? Atom je nejmenší částice hmoty, chemicky dále nedělitelná. Skládá se z atomového jádra obsahujícího protony a neutrony
VíceMetabolismus aminokyselin - testík na procvičení - Vladimíra Kvasnicová
Metabolismus aminokyselin - testík na procvičení - Vladimíra Kvasnicová Vyberte esenciální aminokyseliny a) Asp, Glu b) Val, Leu, Ile c) Ala, Ser, Gly d) Phe, Trp Vyberte esenciální aminokyseliny a) Asp,
VíceCHEMIE. Pracovní list č. 10 - žákovská verze Téma: Bílkoviny. Mgr. Lenka Horutová
www.projektsako.cz CHEMIE Pracovní list č. 10 - žákovská verze Téma: Bílkoviny Lektor: Mgr. Lenka Horutová Projekt: Student a konkurenceschopnost Reg. číslo: CZ.1.07/1.1.07/03.0075 Teorie: Název proteiny
Více