Struktura biomakromolekul

Transkript

1 Struktura biomakromolekul

2 ejvýznamnější biomakromolekuly l proteiny l nukleové kyseliny l polysacharidy l lipidy... měli bychom znát stavební kameny života

3 Biomolekuly l proteiny l A DA, RA l lipidy l polysacharidy l malé molekuly (hormony, léčiva)

4 Proteiny l aminokyseliny l hlavní a vedlejší řetězec l primární struktura sekvence aminokyselin l sekundární struktura časté strukturní znaky l terciární struktura tvar domény l kvartérní struktura tvar proteinového seskupení

5 Proteiny l tvořeny aminokyselinami L-α-aminokyselinami C- H 3 C H H + H 3 C - H 3 + H H 2 H + H 3 - R R R disociace ve vodě

6 prolin (Pro, P) Aminokyseliny l 20 základních aminokyselin C H 3 H H H 2 alanin (Ala, A) H R C α H 2 H

7 Aminokyseliny

8 Peptidická vazba H + H H 3 - CH 3 H -konec + H 3 H - C-konec + H 2 CH 3

9 Primární sekvence >P24941 CDK2_HUMA Cell division protein kinase 2 - Homo sapiens (Human). MEFQKVEKIGEGTYGVVYKARKLTGEVVALKKIRLDTETEGVPSTAIREISLLKELH PIVKLLDVIHTEKLYLVFEFLHQDLKKFMDASALTGIPLPLIKSYLFQLLQGLAFCHS HRVLHRDLKPQLLITEGAIKLADFGLARAFGVPVRTYTHEVVTLWYRAPEILLGCKYY STAVDIWSLGCIFAEMVTRRALFPGDSEIDQLFRIFRTLGTPDEVVWPGVTSMPDYKPSF PKWARQDFSKVVPPLDEDGRSLLSQMLHYDPKRISAKAALAHPFFQDVTKPVPHLRL

10 Sekundární struktura l poskládání lokálních částí polypeptidového řetězce l sekundární struktura záleží na sekvenci aminokyselin α-helix skládaný list (β-sheet) otočka (β-turn, loop)

11 Ramachandranův diagram ±180 Ramachandranův diagram ukazuje možné konformace φ a ψ dihedrálů polypeptidů (pozor G)

12 Terciální struktura l l aby protein mohl vykonávat svou funkci musí se složit (to fold) do určité, často unikátní, 3D struktury skládání (folding) proteinů zcela zásadní role nekovalentních interakcí kolaps hydrofóbního jádra proteinu skládání nerealizuje žádný buněčný systém (Anfinsen) pozor, výjimky skládání denaturace

13 Skládání proteinů folding funnel (Dill)

14 Experimenty k posouzení struktur proteinů l primární struktura sekvenace l sekundární struktura cirkulární dichroismus predikce z prim. struktury (bioinformatika) l 3D struktura RTG difrakce (X-ray) MR kryo-elektronová mikroskopie predikce l homologní modelování l ab initio skládání (ab initio folding) zatím velmi nespolehlivé

15

16

17 Zobrazení proteinů sekundární elementy přístupný povrch software: pyml, VMD

18 Bioinformatika l Bioinformatics is the application of information technology to the field of molecular biology l mladá a dynamicky se rozvíjející disciplína

19 ukleové kyseliny l tvořeny nukleotidy nukleová báze cukr (riboza, deoxyriboza) fosfátová skupina

20 ukleové kyseliny (A) l Primární struktura sekvence bazí nukleových kyselin ve vláknech l Sekundární struktura set interakcí mezi bázemi l Terciární struktura 3D l Kvartérní struktura vyšší úrovně organizace l DA v chromatinu l interakce RA jednotek v ribosomu nebo spliceosomu.

21 ukleové báze 2 4 H l purinové H 2 l pyrimidinové H 2 H 3 C H H adenin H cytosin H thymin H H H H 2 guanin H uracil

22 Cukr-fosfátová část H P H 4 5 H 1 H P H H 2 H H H 2-deoxyriboso-5-phosphate (DA) riboso-5-phosphate (RA)

23 Konformace cukru - pucker endo exo

24 H 2 ukleotid H P H H H

25 Konformace páteře

26 Vznik řetězce K H konec - H P H 2 H - P H H - P H konec H H

27 RA vs. DA l Ribonukleová kyselina RA t-ra, m-ra, r-ra... riboswitch ribozym l Deoxyribonukleová kyselina DA tvoří dvoušroubovice nese genetickou informaci (chromozómy)

28 Řetězce DA jsou komplementární 5 - A G A G G T G C T C T C C A C G 5 struktura DA Watson, Crick

29

30 Watson, Crick James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DA The obel Prize in Physiology or Medicine 1962 was awarded jointly to Francis Harry Compton Crick, James Dewey Watson and Maurice Hugh Frederick Wilkins "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material".

31 Watson-Crick párování Chargaffovo pravidlo G = C A = T

32 Dvojšroubovice DA cukr-fosfátová páteř velký žlábek malý žlábek

33 Typy DA A B Z B-DA A-DA Z-DA

34 Další struktury DA Quadruplex Holliday junction

35 DA vs. RA H P H 4 5 H 1 H P H H 2 H H H 2-deoxyriboso-5-phosphate (DA) riboso-5-phosphate (RA)

36 RA - ribonucleic acid primární struktura terciární struktura sekundární struktura hammerhead

37 RA - tvary HDV ribozyme Group I Intron t-ra A-RA SRL

38 RA pre-mra hairpin 50S-ribozome hammerhead ribozyme 2GZ

39 Klasifikace BP l až 200 kombinací Hoogsteen Edge H 2 P Watson-Crick Edge H H Sugar Edge "C - H" Edge P Watson-Crick Edge H H H Sugar Edge Westhof, Leontis - klasifikace

40 Párování v RA l Může se zapojit i fosfát interakce báze - fosfát

41 Ribozom zajišťuje proteosyntézu podle m-ra 30S 50S

42 C

43 RA intenzivně studovaná oblast na KFC Šponer, tyepka, Banáš - fch.upol.cz Ribozym

44 Riboswitch

45 rigin of Life l Urey-Miller experiment (voda, methan, amoniak a vodík) l katalytická funkce RA RA World hypothesis l Bernalova Biopoesis Stage 1: The origin of biological monomers Stage 2: The origin of biological polymers Stage 3: The evolution from molecules to cell

46 Centrální dogma molekulární biologie DA RA transkripce replikace 46 mra protein translace

47 main phospholipids M. Paloncyová, Lipid membranes report, 2010 Lipidy

48 Polysacharidy l role: ukládání energie molekulární rozpoznávání l zatím neumíme číst sekvence jako to umíme pro proteiny a A l často navěšeny na proteiny, hlavně na extracelulární glycogen

49 Malé molekuly l TP buněčné palivo (ATP) základní kameny pro A l messengery (camp, xenobiotika) caffeine ibuprofen