Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání http://web.natur.cuni.cz/~zdenap/zdenateachingnf.html
CHEMICKÉ SLOŽENÍ BUŇKY BUŇKA: 99 % C, H, N, O, P, S 70 % H 2 O řada intracelulárních reakcí - ve vodném prostředí C - komponenty - schopnost tvořit dlouhé molekuly - POLYMERIZACE - malý, 4 vazby - velké množství molekul 4 TYPY MALÝCH MOLEKUL - PREKURSORY MAKROMOLEKUL malé organické molekuly Mw 100-1000 Dal 30 C atomů volné v cytosolu zásoba intermediátů pro syntézu makromolekul
Peptidická vazba Fosfodiesterová vazba Glykosidická vazba
Peptidická vazba Fosfodiesterová vazba Glykosidická vazba Společné: - odštěpení H 2 O při tvorbě vazby - spotřeba makroergní vazby NTP a uvolnění pyrofosfátu - reversní reakce štěpení polymerů -hydrolysa (+ H 2 O) ORIENTACE SYNTÉZY 1. HEAD -PROTEINY(MASTNÉ KYSELINY) 6 7 Makroergně vázaná 6 skupina se při navázání dalšího monomeru 7 8 odštěpuje z polymeru 2. TAIL - DNA, RNA, POLYSACHARIDY 1 7 Makroergně vázaná skupina se odštěpuje z 7 monomeru během jeho 1 8 vazby k polymeru
AMINOKYSELINY - PROTEINY α Peptidická vazba Karboxylová skupina (COOH) α Amino skupina (NH 2 ) H atom Cα - asymetrický (kromě Gly) -D a L isomery V proteinech většinou = L forma AK
HYDROFILNÍ AMINOKYSELINY Některé při ph 7 (fyziologické podmínky) - nabité, ionizované + imidazol - Polární postranní řetězce - tvorba vodíkových můstků + náboj bez náboje při malých změnách ph prostředí Majoritně zodpovědné za náboj proteinu
HYDROFOBNÍ AMINOKYSELINY MEMBRÁNY Nepolární Postranní řetězce - nesolubilní (nebo jen málo solubilní) ve vodě Cys : SH- skupiny oxidace na -S-S- Aromatické Gly : - H skupina kompaktní domény Pro : - rigidní -ohybna proteinovém řetězci Cys, Trp, Met vzácné AK (celkem cca 5 % běžného proteinu) Leu, Ser, Lys, Glu četné AK (celkem 32 % běžného proteinu) VARIABILITA
POLYPEPTIDY PROTEINY PRIMÁRNÍ SEKVENCE AK SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA TERCIÁRNÍ STRUKTURA KVARTERNÍ STRUKTURA VELKÉ PROTEINOVÉ KOMPLEXY
PRIMÁRNÍ SEKVENCE AK H CO NH NH CO NH + 3 H H COO - α-helix Tripeptid SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA β-struktura na jednom proteinu nebo více podjednotek H - můstky H - můstky -mezih atomy a O boční pohled
TERCIÁRNÍ STRUKTURA GDP Kompaktní struktura Různé způsoby zobrazení Rozložení všech atomů β -struktura α-helix Monomerní Ras protein - + Rozložení primárních konformací Povrchová strukturapovrchový náboj
HEMAGLUTININ TERCIÁRNÍ STRUKTURA KVARTERNÍ STRUKTURA - trimerní globulární doména fibrilární doména Interakce mezi helixy HA1 podjednotka
Vazba mezi podjednotkami multimerního proteinu nebo mezi proteiny větších komplexů - komplementarita povrchů slabé interakce Přechodné spojení X stabilní spojení
Skládání komplexů
PORUCHY STRUKTURY PROTEINU mohou vést k vážným poškozením Neurodegenerativní poškození Alzheimer tvorba nerozpustných amyloidních plaků Změna struktury proteinu z α-helix na β-strukturu agregace do stabilních filament Amyloidní plak v mozku pacienta spleť filament Struktura filamenta (Atomic force microscopy)
MODIFIKACE A ÚPRAVY PROTEINU většina proteinů upravena chemicky po syntéze na ribosomu změny aktivity, délky života, lokalisace v buňkách.. 1) CHEMICKÉ MODIFIKACE (+/- reversibilní) O R O Acetylace N-konce 80% proteinů CH 3 -C-N-C-C- kontrola poločasu života H H neacetylované proteiny = rychlá degradace proteasami Hydroxylace Prolin Fosforylace SER, THR, TYR HIS Gykosylace ASN, SER, THR Lysin Methylace Histidin Připojení hydrofobních ocásků Karboxylace Glutamát
2) PROCESSING = ÚPRAVY SESTŘIHEM (irreversibilní) C nebo N konec proteinu, nebo i vnitřní vystřižení (insulin) proteasy endoproteasy = štěpí uvnitř (např. Kex2 proteasa) exopeptidasy = postupně odstraňují AK od N-konce = aminopeptidasy C-konce = karboxypeptidasy Protein self-splicing bakterie, nižší EB INTEIN Sestřih podobný jako RNA autokatalytický, bez enzymů Savčí buňky = některé proteiny upravovány pomocí self-splicing X není religace
FOSFORYLACE (protein kinasy) = camp dependentní protein kinasa (capk) Fosfátová skupina z ATP na Ser proteinu 1) vazba obou substrátů (ATP a protein) na capk ATP Ser 2) Přechodný stav Přerušení vazby mezi β a γ fosfátem 3) Přenos fosfátu Konformační změny capk Alosterická transice Protein fosfatasy ADP Fosfoserin
ALOSTERICKÁ TRANSICE Změny terciální nebo kvartérní struktury proteinů indukované vazbou malé molekuly (především multimerní enzymy) camp dependentní protein kinasa (capk) Konformační změny Pseudosubstrátová sekvence vazba do aktivního místa katalytické podjednotky
SKLÁDÁNÍ PROTEINU denaturovaný Molekulární chaperon Hsp70 (heat shock protein, konzervativní) -ATP Většina sekundární struktury uspořádána ATP hydrolysa 3-dimens konformace > 95 % proteinů v buňkách = v nativním stavu i když je vysoká koncentrace proteinů (100 mg/ml) = in vitro precipitace CHAPERONY - ve všech buněčných kompartmentech - vazba proteinů folding Molekulární chaperony vazba a stabilisace nesbalených proteinů zabrání jejich degradaci Chaperoniny přímo způsobí uspořádání proteinu ( folding ) ATPásová aktivita Chaperonin Komplex Hsp60 podjednotek bez ATP vazba ATP změna struktury otevření uvolnění proteinu GroEL = bakteriální homolog TCiP (14 podjedn, 60 KDal)
MEMBRÁNOVÉ PROTEINY integrální membránové proteiny - domény v membráně (1 a více segmentů), α-helixy nebo mnohonásobné β-řetězce - domény ven a dovnitř buňky periferní membránové proteiny Hydrofilní polární hlavy - neinteragují s hydrofobní oblastí fosfolipidové dvojvrstvy - často interakce s integrálními proteiny - nebo interakce s polárními hlavičkami (např. cytoskeletární proteiny - spectrin, actin)
membránové proteiny vázané do membrány lipidickou kotvou (vně nebo uvnitř buňky) nemají domény na obou stranách membrány.
Glycophorin - majoritní membránový protein erythrocytů integrální membránový protein - doména v membráně - α-helix - hydrofobní interakce s ocásky fosfolipidů Hydrofobní řetězec - van der Waalsovy interakce s ocásky mastných kyselin + polární interakce s polárními hlavičkami Positivně nabité AK (Arg, Lys) interakce s - nabitými hlavičkami brání klouzání v membráně v membráně ve formě dimeru stabilisace interakcí Predikce struktury proteinů
EUKARYOTICKÉ BUŇKY Některé integrální membránové proteiny ukotveny v membráně lipidickou kotvou 1) Glycosyl phosphatidyl inositolová kotva (GPI) některé povrchové proteiny ukotveny na vnější straně buňky GPI kotvou (glykosylovaný fosfolipid) -2 řetězce mastných kyselin, N-acetyl glukosamin manosa a inositol Např. alkalická fosfatasa Vazba k C-konci 2) Prenyl, farnesyl, Geranylgeranyl skupiny C- konec = Cystein N- konec = Glycin
Membránové proteiny s více transmembránovými doménami 7 transmembránových α-helixů > 150 proteinů Bakteriorhodopsin - světlo konformační změna transport protonů ven Periferní proteiny - některé - asociace s polárními skupinami hlaviček fosfolipidů Fosfolipasy: hydrolysa vazeb v hlavičkách - degradace poškozených (starých) membrán Různá specifita fosfolipas