Struktura a funkce biomakromolekul

Transkript

1 Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 4. Membránové proteiny Ivo Frébort

2 Lipidová dvojvrstva

3 Biologické membrány

4 Integrální membránové proteiny

5 Transmembránové proteiny

6 Kovalentně ukotvené membránové proteiny

7 Periferální membránové proteiny

8 Vlastnosti a funkce membránových proteinů Řízený transport látek Signalizace Pohyb proteinů v membránách

9 ATPasa

10 ATPasa

11 Struktura ATPasy Podjednotka g obsahuje hydrofobní residua, rotuje pod úhlem a tím otevírá a zavírá aktivní místa v podjednotkách a a b

12 Animace pohybu ATPasy

13 Animace pohybu ATPasy

14 Experimentální důkaz pohybu ATPasy

15 Model rotace podjednotek c poháněné protonovým gradientem

16 Bacteriorhodopsin a halorhodopsin - iontové pumpy archaebaktérií Obsahují retinal, který se váže na opsin prostřednictvím Schiffovy báze (Lys216), která slouží k transportu H + Absorbce světla mění all-trans retinal do 13-cis configurace Asp85 a Asp96 leží na protějších stranách helixu procházejícího membránou Protony přecházejí postupně z Asp96 na Schiffovu bázi na Lys216, pak na Asp85 a mimo buňku Halorhodopsin transportuje Cl - namísto H +, obsahuje Schiffovu bázi odpovídající Lys242, ale nikoliv Asp residua

17 Halobacterium halobium

18 Bakteriorhodopsin z baktérie Halobacterium salinarium

19 Bakteriorhodopsin

20 Reakce halorhodopsinu z Natronobacterium pharaonis

21 Sekundární aktivní transport Transportní procesy řízené iontovými gradienty Mnoho aminokyselin a sacharidů je akumulováno v buňkách díky transportním procesům řízeným iontovými gradienty Symport - iont a aminokyselina nebo sacharid jsou transportovány stejným směrem přes membránu Antiport - iont a transportovaná látka se pohybují v opačném směru

22 Fosfotransferasový systém Sacharidy jsou fosforylovány PEP během transportu do buněk Systém E. coli obsahuje 4 proteiny: EI, HPr, EII a EIII EI a HPr jsou univerzální pro všechny sacharidy EII a EIII jsou specifické pro určitý sacharid Mechanismus spočívá v přenosu fosfátu z PEP na EI, dále na HPr, 2 místa na EIII a nakonec na daný sacharid

23 Fosfotransferasový systém E. coli

24 Fosfotransferasový systém His-kinasy

25 Poriny Nalezeny v Gram-negativních baktériích a ve vnější membráně mitochondrií Proteiny tvořící póry (30-50 kda) Obecné nebo specifické - rozsah propustnosti Da Většina tvoří trimery, vysoká homologie, β-vlákna pro průchod membránou α-helix potřebuje residuí pro průchod přes membránu, β-vlákno pouze 9-11 residuí (genetická efektivita)

26 Porin z Rhodobacter capsulatus

27 Trimerní struktura porinu z Rhodobacter capsulatus

28 Akvaporiny

29 Funkce akvaporinu

30 Póry vytvářející toxiny Chemická válka Smrtící molekuly produkované řadou organismů Vnikají do membrány hostitelské buňky, kterou zničí zrušením iontových gradientů, umožněním průniku toxických látek nebo smrtícího enzymu

31 Koliciny Produkovány E. coli Zamezují růstu jiných baktérií (i jiných kmenů E. coli) Jedna molekula dokáže zničit napadenou buňku! C-koncová doména: svazek 10-helixů H8 a H9 tvoří hydrophobní jehlici, vnikají dovnitř membrány, ostatní (amphiphatické helixy) se rozloží na povrchu Transmembránový potenciál způsobí průnik amphipathických helixů!

32 Struktura kolicinu

33 Působení kolicinu

34 Další póry vytvářející toxiny δ-endotoxin (Bacillus thuringensis, Bt-kukuřice) svazek helixů, stejný mechanismus Hemolysin ze Staphylococcus aureus tvoří symetrické póry Aerolysin tvoří heptamerní póry - 3 β-skládané listy každé podjednotky tvoří transmembránový kanálek

35 Další póry vytvářející toxiny Delta endotoxin Hemolysin Aerolysin

36 Struktura aerolysinu

37 Amphiphilické helixy Tvoří transmembránové iontové kanálky Řada přírodních peptidů tvoří oligomerní transmembránové kanálky složené z amphiphilických a-helixů Tyto kanálky mají hydrofobní povrch a polární střed Příklady melittin (včelí jed), magaininy (žáby) and cecropin (motýl)

38 Amphiphilický helix

39 Cecropiny Produkovány motýlem Hyalophora cecropia Indukovány když dojde k bakteriální infekci Tyto peptidy tvoří α-helikální agregáty v membránách, které formují iontový kanál ve svém středu

40 Ionoforová antibiotika Mobilní přenašeče nebo ionoforové kanálky Experimentálně lze rozlišit podle závislosti na teplotě Kanálky nejsou příliš ovlivňovány teplotou, takže transportní rychlosti se nemění v širokém rozsahu teplot Přenašeče jsou závislé na fluiditě membrány, transportní rychlosti jsou velice citlivé na teplotu

41 Mobilní přenašeče a ionoforové kanálky

42 Ionophorová antibiotika

43 Valinomycin - typický mobilní přenašeč Depsipeptid - molekula obsahující peptidové a esterové vazby (12 residuí dodecadepsipeptid) Struktura obsahuje několik karbonylových skupin ve středu kruhové struktury, které mohou tvořit koordinační vazby s draslíkem a jinými ionty Komplex valinomycin-k + difunduje přes membrány K + a Rb + se vážou pevně, Na + a Li + asi 1000 x slaběji (poloměr iontu, solvatační energie)

44 Valinomycin

45 Gramicidin - typický ionoforový kanálek Lineární peptid o 15 residuích střídavě D a L V organických rozpouštědlech tvoří dvoušroubovici Struktura ve vodných roztocích je end-to-end helikální dimer Neobvyklý helix residuí na otočku s otvorem 0.4 nm v průměru uprostřed Ionty migrují přes centrální otvor

46 Gramicidin

47 Mezibuněčná spojení Slouží k propojení eukaryotních buněk Metabolické spojení, přenos chemických látek, komunikace Umožňují synchronizaci buněčného cyklu Hexamerické svazky 32 kda proteinů Podjednotky jsou nakloněny směrem k centrální ose Pór ve středu může být otevřen nebo uzavřen nakloněním podjednotek, např. jako odezva na stress

48 Mezibuněčná spojení