F1190: Proteiny. Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. století. Číslo výzvy: IPo - Oblast 2.2 (výzva 15)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "F1190: Proteiny. Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. století. Číslo výzvy: IPo - Oblast 2.2 (výzva 15)"

Jakub Havel
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Mgr. Karel Kubíček, Ph.D. F1190: Proteiny Přednáška je podporována grantovými prostředky z programu: Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. století Číslo výzvy: IPo - Oblast 2.2 (výzva 15) Reg. č. projektu: CZ.1.07/2.2.00/ /10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 1

2 Proteiny I] Doporučená literatura 1) Whitford, D.: Proteins Structure and Function, John Wiley & Sons, Ltd ) Cotterill, R.: Biophysics: An Introduction, John Wiley & Sons, Ltd ) Voet, D, and Voetová, J.G.: Biochemie, Victoria Publishing 4) Murray, R.K., Granner, D. K., Mayes, P., A., Rodwell, V., W.: Harper s Illustrated Biochemistry, Lange Medical Books, ) Schuenemann, V.: Biophysik: Eine Einfuehrung, Springer, ) Garrett, R.H., Grisham, C.M.: Biochemistry, 2 nd ed., 1999 II] Aminokyseliny 1) Tvoří monomerní jednotky peptidů a proteinů 2) 20 L-a -aminokyselin 3) Všechny aminokyseliny složeny ze tří částí NH2- (amino) skupina, -COOH (karboxylová) skupina, -C a -R (alfa uhlík s postranním řetězcem) 4) Esenciální a neesenciální kyseliny organismus si je umí syntetizovat nebo je potřeba je přijímat v potravě 5) Označujeme třípísmennými nebo jednopísmennými zkratkami (zápis Val-Thr-Ile-Pro nebo VTIP u jednopísmenného zápisu bez pomlčky) 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 2

3 Levels of Protein Structure 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 3

4 6) Aminokyseliny s alifatickým postranním řetězcem 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 4

5 7) Aminokyseliny s hydroxylovou (OH) skupinou 8) Aminokyseliny s atomem síry 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 5

6 9) Aminokyseliny s acidickými skupinami nebo jejich amidy 10) Imino kyselina 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 6

7 11) Aminokyseliny s basickými skupinami 12) Aminokyseliny s aromatickými kruhy 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 7

8 A R N D C Q E G H I L K M F P S T W Y V 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 8

9 III] Peptidy, proteiny vznik polymerů polymerizační reakcí 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 9

10 IV] Peptidová vazba pseudo dvojitá vazba => amidová rovina 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 10

11 V] Proteinová páteř, primární struktura, číslování od N- konce (terminu) směrem k C- konci 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 11

12 Informace o 3D (proteinové) struktuře jsou zapsány v kartézských souřadnicích Nejrozšířenější formát PDB (ProteinDataBank, ) ATOM 128 N HIS O ATOM 129 CA HIS O ATOM 130 C HIS O ATOM 131 O HIS O ATOM 132 CB HIS O ATOM 133 CG HIS O ATOM 134 ND1 HIS O ATOM 135 CD2 HIS O ATOM 136 CE1 HIS O ATOM 137 NE2 HIS O HETATM 1633 NC HEM O HETATM 1634 C1C HEM O HETATM 1635 C2C HEM O HETATM 1636 C3C HEM O HETATM 1637 C4C HEM O HETATM 1638 CMC HEM O HETATM 1639 CAC HEM O HETATM 1640 CBC HEM O HETATM 1609 FE HEM O ftp://ftp.wwpdb.org/pub/pdb/doc/format_descriptions/format_v33_a4.pdf 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 12

13 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 13

14 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 14

15 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 15

16 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 16

17 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 17

18 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 18

19 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 19

20 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 20

21 f - CO, N, C a, CO (CO někdy značeno C ) y - N, C a, CO, N 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 21

22 Structural parameters for protein secondary structures Structural element f y n d p a - helix helix b - helix Polyproline II helix Parallel b - strand Antiparallel b - strand f and y are the conformational angles of the mainchain, with w ~180 (trans conformation) n = number of residues per turn d = displacement between successive residues along the helix/strand axis p = the pitch of helix/strand, the distance along the helix/strand axis of a complete sec. struct. element. Note that p=n x d (equation is exact, error is in rounding of n and d) 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 22

23 VI] Ramachandranův diagram 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 23

24 Ramachandranův diagram komplet 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 24

25 VII] Sekundární struktura 1) a -šroubovice (a -helix) 2) b -skládaný list (b -sheet) 3) Ohyb, smyčka (loop/turn) 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 25

26 VII] Sekundární struktura 1) a -šroubovice (a -helix) 2) b -skládaný list (b -sheet) 3) Ohyb, smyčka (loop/turn) antiparalelní uspořádání paralelní uspořádání 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 26

27 VII] Sekundární struktura 1) a -šroubovice (a -helix) 2) b -skládaný list (b -sheet) 3) Ohyb, smyčka (loop/turn) g - smyčka/ohyb (3 residua) b - smyčka/ohyb (4 residua) 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 27

Ostatní motivy sekundární struktury : 1. polyprolinová šroubovice I & II levotočivá, 3.3 nebo 3 (PPI, PPII, v uvedeném pořadí) aminokyseliny/otočku 2. šroubovice 3 10 (srovnej s 3.

28 Ostatní motivy sekundární struktury : 1. polyprolinová šroubovice I & II levotočivá, 3.3 nebo 3 (PPI, PPII, v uvedeném pořadí) aminokyseliny/otočku 2. šroubovice 3 10 (srovnej s ) pravotočivá, 3 aminokyseliny/otáčku, 10 atomů vytváříkruh uzavřenývodíkovou vazbou, např. poly- Ala 3. p - šroubovice pravotočivá, 4.1 aminokyseliny/otáčku 4. b - šroubovice vzniká uspořádáním b - skládaných listů do 8 9 pravo- i levotočivé šroubovice /10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 28

29 Primary sequence reveals important clues about a protein One sequence keeps silent about its three- dimensional structure Two aligned sequences whisper But tables of many aligned sequences shout out loud 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 29

30 Primary sequence reveals important clues about a protein Evolution conserves amino acids that are important to protein structure and function across species. Sequence comparison of multiple homologs of a particular protein reveals highly conserved regions that are important for function. Clusters of conserved residues are called motifs -- motifs carry out a particular function or form a particular structure that is important for the conserved protein. DnaG small E. hydrophobic coli DnaG large hydrophobic S. typ DnaG polar B. subt positive charge negative charge motif...epnrllvvegymdvval......epqrllvvegymdvval......kqeravlfegfadvyta... gp4 T3...GGKKIVVTEGEIDMLTV... gp4 T7...GGKKIVVTEGEIDALTV... :::: ** :*. 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 30

31 Some motifs in protein sequences Structure of function identified Nucleotide- binding site N- glycosylation site Nuclear protein transit sequence Factor IX proteinase cleavage site Serine proteinase active site Acid proteinase active site Fibronectin cell adhesion sequence Copper binding site Motif G*G**G N*S or N*T KKKRKV IEGR GDSGG FDTGS RGDS H***H H or H****H H * = any single amino acid (AA) *** = several AAs... = any number of AAs 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 31

32 Charged and polar R-groups tend to map to protein surfaces 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 32

33 VII] Terciární struktura proteinů 1) Kolagen Primární struktura: Sekundární struktura: Terciární struktura: 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 33

34 2) Disulfidický můstek: 2-SH (z cysteinu)-> -S-S- Disulfidické můstky v imunoglobulinu G 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 34

35 3) Strukturní motivy v proteinech b -meandr Řecký klíč Swiss/Jelly roll 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 35

36 Confidence in structural features of proteins determined by X- ray crystallography (estimates are very rough and strongly depend on the quality of the data) Structural feature Resolution 5 Å 3 Å 2.5 Å 2 Å 1.5 Å Chain tracing - Fair Good Good Good Secondary structure Helices fair Fair Good Good Good Sidechain conformations - - Fair Good Good Orientation of peptide planes - - Fair Good Good Protein hydrogen atoms visible Good 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 36

37 X] Proteinová databáze PDB XI] Vizualizační programy 1) PyMol 2) Chimera 3) VMD 4) MolMol 5) RasMol 6) Insight II 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 37

38 XII] Metody pro určování třídimenzionální struktury (bio)molekul na atomární úrovni 1) NMR nukleární (=jaderná) magnetická rezonance měření (také) v kapalném prostředí 2) Rentgenová krystalografie - (měření především v krystalu) 3) Kryo-elektronová mikroskopie 04/10/2017 Proteiny, Karel Kubíček 38

Podobné dokumenty

F1190: Proteiny. Přednáška je podporována grantovými prostředky z programu: Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21.

F1190: Proteiny. Přednáška je podporována grantovými prostředky z programu: Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. Mgr. Karel Kubíček, Ph.D. F1190: Proteiny Přednáška je podporována grantovými prostředky z programu: Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. století Číslo výzvy: IPo - Oblast 2.2 (výzva 15) Reg.