Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 4. Membránové proteiny Ivo Frébort
Lipidová dvojvrstva
Biologické membrány
Integrální membránové proteiny
Transmembránové proteiny
Kovalentně ukotvené membránové proteiny
Periferální membránové proteiny
Vlastnosti a funkce membránových proteinů Řízený transport látek Signalizace Pohyb proteinů v membránách
ATPasa
ATPasa
Struktura ATPasy Podjednotka g obsahuje hydrofobní residua, rotuje pod úhlem a tím otevírá a zavírá aktivní místa v podjednotkách a a b
Animace pohybu ATPasy
Animace pohybu ATPasy
Experimentální důkaz pohybu ATPasy
Model rotace podjednotek c poháněné protonovým gradientem
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
Halobacterium halobium
Bakteriorhodopsin z baktérie Halobacterium salinarium
Bakteriorhodopsin
Reakce halorhodopsinu z Natronobacterium pharaonis
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
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
Fosfotransferasový systém E. coli
Fosfotransferasový systém His-kinasy
Poriny Nalezeny v Gram-negativních baktériích a ve vnější membráně mitochondrií Proteiny tvořící póry (30-50 kda) Obecné nebo specifické - rozsah propustnosti 600-6000 Da Většina tvoří trimery, vysoká homologie, β-vlákna pro průchod membránou α-helix potřebuje 21-25 residuí pro průchod přes membránu, β-vlákno pouze 9-11 residuí (genetická efektivita)
Porin z Rhodobacter capsulatus
Trimerní struktura porinu z Rhodobacter capsulatus
Akvaporiny
Funkce akvaporinu
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
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!
Struktura kolicinu
Působení kolicinu
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
Další póry vytvářející toxiny Delta endotoxin Hemolysin Aerolysin
Struktura aerolysinu
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)
Amphiphilický helix
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
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
Mobilní přenašeče a ionoforové kanálky
Ionophorová antibiotika
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)
Valinomycin
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 - 6.3 residuí na otočku s otvorem 0.4 nm v průměru uprostřed Ionty migrují přes centrální otvor
Gramicidin
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
Mezibuněčná spojení