Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 3. Enzymy a proteinové motory Ivo Frébort
Enzymová katalýza
Mechanismy enzymové katalýzy o Ztráta entropie při tvorbě komplexu ES odestabilizace komplexu ES o Kovalentní katalýza o Obecná acidobazická katalýza o Katalýza kovovým iontem o Přiblížení a orientace reaktivních skupin
Ztráta entropie komplexu ES
Destabilizace komplexu ES
Příklady kovalentní katalýzy
Příklady kovalentní katalýzy: NAD(P) + dehydrogenasy
Acidobazická katalýza o Katalýza při které je v přechodovém stavu přenášen proton o Specifická acidobazická katalýza spočívá v difúzi H + nebo OH - do aktivního místa o Obecná acidobazická katalýza probíhá za účasti bazí jiných než H + a OH -, které zprostředkovávají přenos H + v komplexu ES
Serinové proteasy Trypsin, chymotrypsin, elastasa, thrombin, subtilisin, plasmin Kombinace kovalentní a obecné acidobazické katalýzy o Ser je součástí katalytické triády His-57, Asp-102, Ser-195 o Asp-102 udržuje His-57 ve správné orientaci o His-57 působí jako obecná kyselina a zásada o Ser-195 vytváří kovalentní vazbu se štěpeným peptidem o Tvorba kovalentní vazby mění koformaci uhlíku z trigonální na tetrahedrální o Tetrahedrální oxyaniontový intermediát je stabilizován H- vazbami s N Gly-193 and Ser-195
Aktivní místo Ser proteas
Aspartátové proteasy Pepsin, chymosin, cathepsin, renin, HIV-1 protease o Všechny obsahují dvě Asp residua v aktivním místě o Tyto dva Asp pracují společně jako silný acidobazický katalyzátor o Jeden Asp má relativně nízké pk a, druhý relativně vysoké pk a o Deprotonovaný Asp se chová jako báze, je schopne přijmout proton z HOH, a tvoří OH - v přechodovém komplexu o Druhý Asp se chová jako kyselina, odštěpuje proton a podporuje tak vytváření tetrahedrálního intermediátu o V pepsinu, jeden Asp má pk a 1.4, druhý 4.3
Reakce Asp proteas
Lysozym o Lysozym hydrolyzuje polysacharidy a štěpí tak buněčnou stěnu některých baktérií o Lysozym ze slepičího vaječného bílku -129 residuí, 4 disulfové můstky o První enzym jehož struktura byla určena X-ray krystalografií (David Phillips, 1965)
Reakce lysozymu
Mechanismus reakce lysozymu
Molekulární motory?
Adenylát kinasa
Motorové proteiny dyneiny a kinesiny zprostředkovávají pohyb prostřednictvím mikrotubulí head domain that interacts with microtubule stalk C-terminal tail domains stalk domain N-terminal heavy chain motor domains (heads) Dynein (approximate structure) motor domain Kinesin I light chains hinge
Tubulin a mikrotubuly Základní komponenty cytoskeletonu o Microtubuly jsou duté, válcové polymery tvořené tubulinovými dimery o 13 tubulinových monomerů na otočku o Dimery asociují na "plus" konec a disociují z "minus" konce o Mikrotubuly jsou základní složky cytoskeletonu, cilií a bičíku
Tubulin a mikrotubuly
Mikrotubuly v ciliích a bičíku o MT jsou základní struktury cilií a bičíku o Cilie se vlní; bičíky rotují vše řízeno ATP! o Dynein kráčí nebo klouzá podél MTs a způsobuje ohyb jedné MT vzhledem k druhé o Pohyb dyneinu je řízen hydrolýzou ATP
Mikrotubuly v ciliích
Mechanismus pohybu cilií
Pohyb bičíku http://www.seoulin.co.kr/up/index-chemotaxis.html
Mikrotubuly a pohyb organel v buňce o Dráhy pro"molekulární motory" o MT také umožňují pohyb organel a částic v buňce o V axonech, dyneiny transportují organely od + k - konci, např. směrem k jádru o Kinesiny transportují organely od - k + konci, např. směrem od jádra
Pohyb organel
Struktura kinesinu microtubule kinesin scaffolding protein receptor inactive kinesin cargo vesicle
Pohyb kinesinu po mikrotubulích
Proteinové motory ve svalech
Morfologie svalu o o o o o o o Svazek vláken obsahuje stovky myofibril Každá myofibrila je svazek sarkomerů Každý sarkomer je ukončen transversální tubulí (t-tubule) tvořené membránou Povrch sarkomerů je pokryt by sarkoplasmatickým retikulem (SR) Nervové impulsy přicházející do svalu produkují "akční potenciál", který se šíří sarkolemovou membránou a do vláken sítí t-tubulí Signál indukuje uvolnění Ca2+ ze SR Ca2+ ionty se vážou do specifických míst na vláknech a indukují kontrakci, relaxace je doprovázena pumpováním Ca2+ zpět do SR
Struktura svalové buňky
Struktura tenkého vlákna
Struktura silného vlákna o Myosin - 2 těžké a 4 lehké podjednotky o Těžké podjednotky - 230 kda o Lehké podjednotky - 2 x 2 různé, 20 kda o "Hlava" těžké podjednotky má ATPasovou aktivitu - hydrolýza ATP zde řídí kontrakci svalu
Akce myosinu řízená Ca 2+ v07.tropotropo.mov Ca - myosin Myosin - ATP
Kontrakce svalu (sliding filament model) http://www.seoulin.co.kr/up/index-cytoskeleton.html
Actinin, Dystrophin, Laminin Asociované svalové proteiny