Struktura biomakromolekul
ejvýznamnější biomakromolekuly l proteiny l nukleové kyseliny l polysacharidy l lipidy... měli bychom znát stavební kameny života
Biomolekuly l proteiny l A DA, RA l lipidy l polysacharidy l malé molekuly (hormony, léčiva)
Proteiny l aminokyseliny l hlavní a vedlejší řetězec l primární struktura sekvence aminokyselin l sekundární struktura časté strukturní znaky l terciární struktura tvar domény l kvartérní struktura tvar proteinového seskupení http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:proteinstructures.png
Proteiny l tvořeny aminokyselinami L-α-aminokyselinami C- H 3 C H H + H 3 C - H 3 + H H 2 H + H 3 - R R R disociace ve vodě
prolin (Pro, P) Aminokyseliny l 20 základních aminokyselin C H 3 H H H 2 alanin (Ala, A) H R C α H 2 H
Aminokyseliny
Peptidická vazba H + H 3 - + H 3 - CH 3 H -konec + H 3 H - C-konec + H 2 CH 3
Primární sekvence >P24941 CDK2_HUMA Cell division protein kinase 2 - Homo sapiens (Human). MEFQKVEKIGEGTYGVVYKARKLTGEVVALKKIRLDTETEGVPSTAIREISLLKELH PIVKLLDVIHTEKLYLVFEFLHQDLKKFMDASALTGIPLPLIKSYLFQLLQGLAFCHS HRVLHRDLKPQLLITEGAIKLADFGLARAFGVPVRTYTHEVVTLWYRAPEILLGCKYY STAVDIWSLGCIFAEMVTRRALFPGDSEIDQLFRIFRTLGTPDEVVWPGVTSMPDYKPSF PKWARQDFSKVVPPLDEDGRSLLSQMLHYDPKRISAKAALAHPFFQDVTKPVPHLRL http://www.uniprot.org/
Sekundární struktura l poskládání lokálních částí polypeptidového řetězce l sekundární struktura záleží na sekvenci aminokyselin α-helix skládaný list (β-sheet) otočka (β-turn, loop)
Ramachandranův diagram ±180 Ramachandranův diagram ukazuje možné konformace φ a ψ dihedrálů polypeptidů (pozor G)
Terciální struktura l l aby protein mohl vykonávat svou funkci musí se složit (to fold) do určité, často unikátní, 3D struktury skládání (folding) proteinů zcela zásadní role nekovalentních interakcí kolaps hydrofóbního jádra proteinu skládání nerealizuje žádný buněčný systém (Anfinsen) pozor, výjimky skládání denaturace
Skládání proteinů folding funnel (Dill)
Experimenty k posouzení struktur proteinů l primární struktura sekvenace l sekundární struktura cirkulární dichroismus predikce z prim. struktury (bioinformatika) l 3D struktura RTG difrakce (X-ray) www.pdb.org MR kryo-elektronová mikroskopie predikce l homologní modelování l ab initio skládání (ab initio folding) zatím velmi nespolehlivé
Zobrazení proteinů sekundární elementy přístupný povrch software: pyml, VMD
Bioinformatika l Bioinformatics is the application of information technology to the field of molecular biology l mladá a dynamicky se rozvíjející disciplína
ukleové kyseliny l tvořeny nukleotidy nukleová báze cukr (riboza, deoxyriboza) fosfátová skupina
ukleové kyseliny (A) l Primární struktura sekvence bazí nukleových kyselin ve vláknech l Sekundární struktura set interakcí mezi bázemi l Terciární struktura 3D l Kvartérní struktura vyšší úrovně organizace l DA v chromatinu l interakce RA jednotek v ribosomu nebo spliceosomu.
1 6 5 6 7 5 8 1 ukleové báze 2 4 H 9 3 4 3 2 l purinové H 2 l pyrimidinové H 2 H 3 C H H adenin H cytosin H thymin H H H H 2 guanin H uracil
Cukr-fosfátová část H P H 4 5 H 1 H P H H 2 H H H 2-deoxyriboso-5-phosphate (DA) riboso-5-phosphate (RA)
Konformace cukru - pucker endo exo
H 2 ukleotid H P H H H
Konformace páteře
Vznik řetězce K H 2 5 - konec - H P H 2 H - P H H - P H 2 3 - konec H H
RA vs. DA l Ribonukleová kyselina RA t-ra, m-ra, r-ra... riboswitch ribozym l Deoxyribonukleová kyselina DA tvoří dvoušroubovice nese genetickou informaci (chromozómy)
Řetězce DA jsou komplementární 5 - A G A G G T G C 3 3 - T C T C C A C G 5 struktura DA 25. 4. 1953 Watson, Crick
Watson, Crick James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DA The obel Prize in Physiology or Medicine 1962 was awarded jointly to Francis Harry Compton Crick, James Dewey Watson and Maurice Hugh Frederick Wilkins "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material".
Watson-Crick párování Chargaffovo pravidlo G = C A = T
Dvojšroubovice DA cukr-fosfátová páteř velký žlábek malý žlábek
Typy DA A B Z B-DA A-DA Z-DA
Další struktury DA Quadruplex Holliday junction
DA vs. RA H P H 4 5 H 1 H P H H 2 H H H 2-deoxyriboso-5-phosphate (DA) riboso-5-phosphate (RA)
RA - ribonucleic acid primární struktura terciární struktura sekundární struktura hammerhead
RA - tvary HDV ribozyme Group I Intron t-ra A-RA SRL
RA pre-mra hairpin 50S-ribozome hammerhead ribozyme 2GZ http://en.wikipedia.org/wiki/list_of_ras
Klasifikace BP l až 200 kombinací Hoogsteen Edge H 2 P Watson-Crick Edge H H Sugar Edge "C - H" Edge P Watson-Crick Edge H H H Sugar Edge Westhof, Leontis - klasifikace
Párování v RA l Může se zapojit i fosfát interakce báze - fosfát
Ribozom zajišťuje proteosyntézu podle m-ra 30S 50S
C - 2009
RA intenzivně studovaná oblast na KFC Šponer, tyepka, Banáš - fch.upol.cz Ribozym
Riboswitch
rigin of Life l Urey-Miller experiment (voda, methan, amoniak a vodík) l katalytická funkce RA RA World hypothesis l Bernalova Biopoesis Stage 1: The origin of biological monomers Stage 2: The origin of biological polymers Stage 3: The evolution from molecules to cell
Centrální dogma molekulární biologie DA RA transkripce replikace 46 mra protein translace
main phospholipids M. Paloncyová, Lipid membranes report, 2010 Lipidy
Polysacharidy l role: ukládání energie molekulární rozpoznávání l zatím neumíme číst sekvence jako to umíme pro proteiny a A l často navěšeny na proteiny, hlavně na extracelulární glycogen
Malé molekuly l TP buněčné palivo (ATP) základní kameny pro A l messengery (camp, xenobiotika) caffeine ibuprofen