Přírodní polymery proteiny

Funkční úloha bílkovin 1. Funkce dynamická transport kontrola metabolismu interakce (komunikace, kontrakce) katalýza chemických přeměn 2. Funkce strukturální architektura orgánů a tkání podpůrné funkce

Chemická povaha bílkovin Biopolymery Stavební jednotky: aminokyseliny Peptidová vazba Makromolekuly o molekulové hmotnosti > 10 000 Typický protein má 200 300 aminokyselin Primární struktura je zapsána v DNA (gen) Syntéza (v buňce) translace

Proteiny bílkoviny hierarchická struktura oprimární struktura (aminokyseliny, peptidová vazba) osekundární struktura (nevazebné interakce, sekundární struktury) oterciární str. okavarterní str.

Primární struktura proteinů Kopolymery Monomer = AMINOKYSELINY Kódované aminokyseliny (20): -aminokyseliny (kromě prolinu NH 2 skupina zabudována do cyklu - iminokyselina) Amfionty obojetné ionty Postranní řetězce - vlastnosti AA skupiny AA

Figure 3-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Hydrofobní aminokyseliny

Polární aminokyseliny

Kyselé aminokyseliny

Bazické aminokyseliny

Stereochemie aminokyselin Chirální molekuly - existují ve dvou formách

Esenciální aminokyseliny přísun z potravy člověk není schopen syntetizovat jejich uhlíkovou kostru Arginin* Histidin* Isoleucin Leucin Valin Lysin Methionin Threonin Phenylalanin Tryptophan * Esenciální pouze u dětí, ne u dospělých

Peptidová vazba

Primární struktura lineární pořadí aminokyselin N-terminální část je nalevo (volná a-aminoskupina posledního levého amino-kyselinového zbytku). C-terminální část je napravo (volná a-karboxylová skupina posledního pravého aminokyselinového zbytku).

>gi 307229470 ref ZP_07515881.1 putative Cerebroside-sulfatase [Escherichia coli TA143] MQKTLMASLIGLAVCTGNAFNPVVAAETKQPNLVIIMADDLGYGDLATYGHQIVKTPNIDRLAQEGVKFTDYYAPAPLSSPSRAG LLTGRMPFRTGIRSWIPTGKDVALGRNELTIANLLKAQGYDTAMMGKLHLNAGGDRTDQPQAKDMGFDYSLVNTAGFVTDATLD NAKERPRFGMVYPTGWLRNGQPTPRSDKMSGEYVSSEVVNWLDNKKDSKPFFLYVAFTEVHSPLASPKKYLDMYSQYMSDYQ KQHPDLFYGDWADKPWRGTGEYYANISYLDAQVGKVLDKIKAMGEEDNTIVIFTSDNGPVTREARKVYELNLAGETDGLRGRK DNLWEGGIRVPAIIKYGKHLPKGMVSDTPVYGLDWMPTLANMMNFKLPTDRTFDGESLVPVLENKALKREKPLIFGIDMPFQDD PTDEWAIRDGDWKMIIDRNNKPKYLYNLKTDRFETINQIGKNPDIEKQMYGKFLKYKADIDNDSLMKARGDK PEAVTWG mutace

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura Sekundární struktura Prostorové uspořádání polypeptidového řetězce (závisí na aminokyselinovém složení) otáčení peptidových vazeb kolem a-uhlíků atomy peptidové vazby se účastní na vzniku vodíkových vazeb -postranní řetězce aminokyselin R se vazeb neúčastní

Pravotočivá šroubovice, stabilizovaná vodíkovými vazbami 3,6 aminokyselinových zbytků na jednu otáčku, R aminokyselin jsou orientovány ven. Všechny C=O a N-H skupiny peptidových vazeb jsou uloženy rovnoběžně s podélnou osou a- helixu. C=O skupina vázána vodíkovou vazbou ke čtvrté N-H skupině Helikální struktura - převážně vláknité bílkoviny (keratiny), svalové proteiny aj.

Β-struktura (struktura skládaného listu) Segmenty natažených polypeptidových řetězců. Dva segmenty (polypeptidové řetězce) jsou stabilizovány vodíkovými vazbami mezi C=O a N-H skupinami dvou sousedních peptidových vazeb. Sousední polypeptidové řetězce uloženy antiparalelně nebo paralelně. Velký počet vodíkových vazeb udržuje strukturu v nataženém stavu

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura terciární struktura Trojrozměrné uspořádání polypeptidových jednotek (do klubka nebo vlákna) Vzájemné interakce postranních řetězců aminokyselin - nevazebné interakce - kovalentní vazby

Typy nekovalentních interakcí uplatňujících se v živých systémech

Terciární uspořádání bílkoviny do domén Každá doména má svou funkci (enzymy a katalytické centrum, otáčky transmembránových bílkovin plasmatickou membránou) důležitá pro funkci bílkoviny denaturace vede ke ztrátě funkce

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura Kvarterní struktura Komplex dvou a více polypeptidových řetězců jsou dohromady spojeny nekovalentními vazbami

Cytoplasmatická membrána o membránové proteiny specifická fce: tok látek, E, info o Povrchové proteiny (polární interakce, kovalentní vazba) o Integrální proteiny (jednoznačná orientace) Figure 10-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Figure 3-27a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Svinování (folding) - neprobíhá náhodným způsobem - probíhá postupně a) malé dočasné periodické struktury b) supersekundární struktury c) strukturní domény a "roztavená" glubule d) závěrečné úpravy za účasti enzymů - Potřebují bílkoviny ke svinování pomocníky?

Denaturace a opětovné složení Denaturace je ztráta trojrozměrné struktury. Bílkovina ztrácí svoji funkci. Denaturace teplem zcela ruší slabé interakce (primárně narušuje vodíkové vazby). Krajní hodnoty ph mění celkový povrchový náboj, vznikají odpudivé elektrostatické síly a zanikají některé vodíkové vazby. Organická rozpouštědla a detergenty ruší hydrofóbní interakce Renaturace opětovné získání původní přirozené struktury.

Ligandové interakce Figure 3-36 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Enzym-substrát Protilátkaantigen Receptor-signál

Figure 3-37b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Enzymy biokatalyzátory každá (metabolická) reakce má svůj enzym Ligand - substrát

Dělení bílkovin podle jejich funkce stavební a podpůrné kolageny, elastin, keratiny (fibrilární) bílkoviny cytoskeletu (tubulin, vimentin, též pohyb) nukleoproteiny (histony, ribosomální bílkoviny) transportní a skladovací hemoglobin a myoglobin (O 2 ) transferrin a ferritin (Fe) sérový albumin (mast. kyseliny, bilirubin, hem...) apolipoproteiny (lipidy, cholesterol) cytochrom c (elektrony) bílkoviny zajišťující membránový transport pohyb aktin a myosin (+další) ochranné a obranné imunoglobuliny fibrinogen regulační hormony receptory (membránové a intracelulární) regulačníbílkoviny proteosynthesy katalytická enzymy