Foldings un fleksibilit te
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 39

Foldings un fleksibilitāte PowerPoint PPT Presentation


  • 76 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Foldings un fleksibilitāte. Saturs. Mijiedarbību veidi proteīnos Kā proteīni foldējas (salokās) ? Aksesuāri proteīna foldingam Kas ir proteīnu fleksibilitāte ?. Kādas molekulārās mijiedarbības piedalās foldingā ?. H-saites Hidrofobā mijiedarbība Jonu mijiedarbības

Download Presentation

Foldings un fleksibilitāte

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Foldings un fleksibilit te

Foldings un fleksibilitāte


Saturs

Saturs

  • Mijiedarbību veidi proteīnos

  • Kā proteīni foldējas (salokās) ?

  • Aksesuāri proteīna foldingam

  • Kas ir proteīnu fleksibilitāte ?


K das molekul r s mijiedarb bas piedal s folding

Kādas molekulārās mijiedarbības piedalās foldingā ?

  • H-saites

  • Hidrofobā mijiedarbība

  • Jonu mijiedarbības

  • Kovalentās mijiedarbības starp disulfīdiem

  • van der Vālsa mijiedarbības


De ra a saites

Ūdeņraža saites

  • Vispārīgā gadījumā – veidojas, ja ūdeņradis ir kovalenti saistīts ar ievērojami elekronegatīvāku atomu – parasti O, N vai F

  • Uz ūdeņraža veidojas daļēji pozitīvs lādiņš, bet uz O vai N – daļēji negatīvs

  • Daļēji pozitīvais H var mijiedarboties ar citiem N vai O

  • Svarīgs ir ne tikai attālums starp atomiem, bet arī leņķis – visiem 3 atomiem (donoram, ūdeņradim un akceptoram) jābūt aptuveni uz vienas līnijas

Akceptors

Donors


H sai u piem ri

H-saišu piemēri

Starp 3 H2O molekulām

Akceptors

Akceptors

Donors

a-spirālē

Starp Ser sānu ķēdi un galvenās ķēdes karbonilgrupu


Jonu mijiedarb bas prote nos

Jonu mijiedarbības proteīnos

  • Elektrostatiskas mijiedarbības starp negatīvi lādētām Asp un Glu un pozitīvi lādētām Arg, Lys un His sānu ķēdēm


Van der v lsa sp ki

Van der Vālsa spēki

  • Definēti kā jebkura mijiedarbība starp molekulām, atšķirīga no kovalentās vai jonu mijiedarbības

  • Teorētiski H-saites arī ir van der Vālsa spēku paveids, bet tās ir daudz stiprākas par citiem van der Vālsa spēkiem, tādēļ tās parasti klasificē atsevišķi

  • Molekulām, kuru sastāvā ir atomi ar atšķirīgām elektronegativitātēm, veidojas permanentie dipoli ar daļējiem lādiņiem

  • Pat ja elektronegativitātes ir vienādas, tomēr fluktuāciju dēļ izveidojas īslaicīgi dipoli, kuri var inducēt dipolu blakus esošajā molekulā

Gekonu spēja rāpties pa vertikālām, pilnīgi gludām virsmām tiek skaidrota ar van der Vālsa spēkiem


Van der v lsa sp ku paveidi

Van der Vālsa spēku paveidi

Starp permanentu dipolu (vai jonu) un inducētu dipolu – Debaija (Debie) spēki

Starp diviem permanentiem dipoliem – Kīsoma (Keesom) spēki (piemērs – starp divām CO molekulām)

d+

d-

d+

d+

d-

d-

d+

d-

d+

d-


Foldings un fleksibilit te

Van der Vālsa spēku paveidi

Starp diviem inducētiem dipoliem – Londona dispersijas spēki

Dispersijas spēki ir salīdzinoši niecīgi, bet tā kā tie pastāv starp ļoti daudziem atomiem, to kopējais efekts proteīnu foldingā ir ievērojams

d+

d-

d+

d-


Hidrofobais efekts

Hidrofobais efekts

  • Hidrofobais (“bailes no ūdens”) efekts ir novērojams, jebkuru nepolāru savienojumu sajaucot ar ūdeni

  • Parādības pamatā ir divi efekti: entalpijas un entropijas

H2O


Entalpijas efekts hidrofobaj mijiedarb b

Entalpijas efekts hidrofobajā mijiedarbībā

  • Ūdens molekulas viena ar otru veido ūdeņraža saites

  • Sajaucot ūdeni ar jebkuru savienojumu, dažas no šīm H-saitēm tiek izjauktas

  • Ja ir izšķīdināts polārs savienojums, izjauktās H-saites tiek kompensētas ar ūdens-polārā savienojuma saitēm

  • Nepolāra savienojuma gadījumā kompensācija nav iespējama

  • Vismazākais nekompensēto H-saišu skaits ir iespējams pie minimālas hidrofobās virsmas


Entropijas efekts hidrofobaj mijiedarb b

Entropijas efekts hidrofobajā mijiedarbībā

  • Ap hidrofobām virsmām ūdenī pastāv augsti sakārtotu (parakristālisku) ūdens molekulu slānis

  • Divām hidrofobām virsmām mijiedarbojoties, sakārtoto ūdens molekulu slānis izjūk, kas ir entropiski izdevīgi

  • Hidrofobajā mijiedarbībā entropijas efekts ir daudz lielāks par entalpijas efektu


Arom tisk s mijiedarb bas

Aromātiskās mijiedarbības

  • Starp Phe, Tyr un Trp aromātiskajām sānu ķēdēm vai aromātiskiem ligandiem

  • Hidrofobās un van der Vālsa mijiedarbības kombinācija

  • Aromātiskajos gredzenos ir paaugstināts elektronu blīvums (p elektroni) virs un zem gredzenu plaknes un samazināts – gredzenu galos

  • Tādēļ aromātiskie gredzeni viens pret otru pakojas paralēli ar nobīdi vai arī “T” veidā

  • Paralēlā pakošanās ar nobīdi ir raksturīga DNS bāzēm, viens no iemesliem, kāpēc veidojas DNS spirāle

T pakošanās

Paralēlā pakošanās


Katjonu mijiedarb ba

Katjonu-π mijiedarbība

  • Katjons (metāls, aminogrupa, u.c.) mijiedarbojas ar aromātiskās grupas π elektroniem

  • Bieži sastopama proteīna mijiedarbībā ar ligandiem

Katjona- π mijiedarbība starp mildronātu un tā mērķenzīmu GBBH

Katjona- π mijiedarbība starp arginīna un tirozīna sānuķēdēm


Struktur l s iez mes kuras piem t fold tiem prote niem

Strukturālās iezīmes, kuras piemīt foldētiem proteīniem:

  • 1. Ir izveidojušās galvenās ķēdes ūdeņraža saites

  • 2. Kodols ir izveidojies no labi sapakotām hidrofobām aminoskābēm

  • 4.Uz virsmas esošajiem otrējās struktūras elementiemir hidrofilā un hidrofobā puse:

    - a-spirāles satur hidrofobu aminoskābi ik pēc 3-4 atlikumiem

    - b-virknēs katrs otrais atlikums ir hidrofobs.

  • 5. Lielākā daļa polāro atlikumu un gandrīz visi lādētie atlikumi ir uz virsmas

  • 6. Nedaudzie polārie un lādētie atlikumi, kuri tomēr ir kodolā, ir ar kompensētiem lādiņiem vai polārajām grupām

  • 7. Uz virsmas nav lielu hidrofobu atlikumu


Anfinsen a eksperiments

Anfinsena eksperiments

  • Denaturējot ribunukleāzi A ar 8 M urīnvielu unb-merkaptoetanoluenzīms zaudē aktivitāti

  • Aizvācot gan urīnvielu, gan b-merkaptoetanoluenzīms atkal kļūst aktīvs

  • Secinājums: Visa informācija par proteīna telpisko struktūru ir iekodēta tā aminoskābju sekvencē

  • Aizvācot vispirmsb-merkaptoetanolu, tad oksidējot, tad aizvācoturīnvielu→proteīns 1% aktīvs

  • Pieliekot nelielu daudzumub-merkaptoetanolaproteīns kļūst aktīvs

Ribonukleāzei A ir 8 cisteīni. Tīri matemātiski tie veidot disulfīdus 105 dažādās kombinācijās. Ja kombinācijas ir nejaušas, aptuveni 1% būs natīvā kombinācija


Levint la paradokss

Levintāla paradokss

  • Safoldētu proteīnu raksturo konkrēta galvenās ķēdes konformācija

  • Pieņemsim, ka proteīns safoldējas, nejauši izmēģinot visas iespējamās galvenās ķēdes konformācijas

  • Galvenās ķēdes konformācijas raksturo phi un psi leņķi, pieņemsim, ka katrai aminoskābei ir tikai 3 stabilas phi/psi konformācijas (jo Ramačandrāna plotā ir 3 atļautie reģioni)

  • Pieņemsim, ka foldējamais proteīns sastāv tikai no 100 aminoskābēm

  • Tādā gadījumā ir iespējamas 3100 konformācijas

  • Pieņemsim, ka vienas konformācijas “izmēģināšanai” ir nepieciešama tikai viena pikosekunde (10-12s)

  • Tādā gadījumā, proteīns safoldēsies vidēji pēc 3100/1012 sekundēm

  • 3100/1012= 5 x 1035 sekundes vai 2 x 1028gadi, kas aptuveni miljons miljardu reižu pārsniedz Visuma vecumu

  • Secinājums: proteīni nefoldējas “izmēģinot visu”, bet caur noteiktiem starpstāvokļiem


Izkusu s globulas ig st voklis

“Izkusušās globulas” (IG) stāvoklis

nefoldēts

IG

foldēts

  • IG stāvoklī proteīns jau ir kompakts, bet ar nedaudz lielāku diametru nekā safoldēts

  • IG jau ir izveidota pareiza otrējā struktūra

  • IG hidrofobajā kodolā sānu ķēdes vēl nav sasniegušas maksimāli kompaktu stāvokli

  • IG bieži ir vienīgais foldinga starpstāvoklis, kuru izdodas detektēt

ātri

lēni

(10-6-10-3 s)

(10-3-100 s)


K tikt l dz izkusu ajai globulai

Kā tikt līdz “izkusušajai globulai” ?

  • Vismaz divas alternatīvas teorijas:

  • 1. Vispirms izveidojas otrējās struktūras elementi, kuri pēc tam izveido trešējo

  • 2. Polipeptīda ķēdē notiek “hidrofobais kollapss” – t.i. , hidrofobā efekta dēļ nepolārie atlikumi mijiedarbojas viens ar otru, otrējā un trešējā struktūra veidojas vienlaicīgi

  • Abām teorijām ir gūti eksperimentāli pierādījumi, dažādi proteīni var foldēties dažādos veidos

  • Tomēr, jāatceras, ka tikai H-saišu veidošanās otrējā struktūrā pati par sevi nevar būt foldinga galvenais virzītājspēks, jo no enerģētiskā viedokļa nav atšķirības, vai galvenās ķēdes N un O atomi veido H-saites viens ar otru, vai ar ūdens molekulām


Viens vai da di foldinga ce i

Viens vai dažādi foldinga ceļi?

  • Atkarīgs no proteīna

  • Piemēram, homeodomēniem ir viens foldinga ceļš, bet lizocīmam – vismaz 2, kuri abi noved pie viena rezultāta


Homeodom nu foldings viens ce

Homeodomēnu foldings: viens ceļš

Homeodomēni – nelieli 3 a-spirāles saturoši proteīni vai to domēni, mijiedarbojas ar DNS


Lizoc ma foldings divi ce i

Lizocīma foldings: divi ceļi

20%

fast


Foldinga kin tika

Foldinga kinētika


K izveidojas pareizie disulf di

Kā izveidojas pareizie disulfīdi ?

  • Aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitors (att.) bez disulfīdiem ir pilnīgi nefoldētā stāvoklī (tas nav raksturīgi citiem proteīniem)

  • Pirmie disulfīdi veidojas nejauši

  • Pareizie disulfīdi veido stabilāku struktūru

  • Proteīnu disulfīdu izomerāze (PDI) katalizē disulfīdu tiltiņu apmaiņu


Cis un trans prol ni

Cis- un trans- prolīni

  • Prolīnu izomerizācija ir lēns process, kas var būt limitējošais faktors foldingā

  • Lai proteīns ātri iegūtu prolīnus nepieciešamajās konformācijās, ir speciāls enzīms – prolil peptīda izomerāze (PPI)

PPI


Aperoni

Šaperoni

  • Vispārīgā gadījumā – proteīni, kuri ir atbildīgi par kādas bioloģiskas makromolekulas vai to kompleksu savākšanu

  • Foldinga gadījumā - proteīni, kuri palīdz citiem proteīniem pareizi safoldēties

  • Nosacīti var iedalīt vairākās grupās:

  • 1. Šaperoni, kuri kavē proteīnu agregāciju (“holders”)

  • 2. Šaperoni, kuri aktīvi veicina proteīnu foldingu (“folders”)

  • 3. Šaperoni, kuri atritina nepareizi safoldētus proteīnus (“unfolders”)

  • Daudzi šaperoni ir vienlaicīgi arī termiskā šoka aktivētie proteīni, jo augstā temperatūrā ir novērojama pastiprināta proteīnu denaturācija vai apgrūtināts foldings


Bakteri lais aperon ns groes groel

Bakteriālais šaperonīns GroES-GroEL

  • Aktīvi veicina proteīnu foldingu, tam izlietojot ATF hidrolīzes enerģiju

  • GroEL : 14 subvienības

  • GroES : 7 subvienības


Groel strukt ra

GroEL struktūra


Foldings un fleksibilit te

  • GroEL veido divus identiskus “grozus” (sauktus arī par “Afinsena būriem”)

  • “Grozu” forma būtiski atšķiras pirms un pēc ATF piesaistīšanās un GroES “vāka” uzlikšanas


Foldings un fleksibilit te

  • “Groza” iekšpusē uz virsmas ir galvenokārt hidrofobi atlikumi

  • Nefoldētie proteīni, uz kuru virsmas arī ir daudz hidrofobo atlikumu, piesaistas “groza” iekšpusē

  • Pēc ATF hidrolīzes un “vāka” uzlikšanas “grozs” izmaina konformāciju un tagad uz tā iekšējās virsmas ir galvenokārt polāri atlikumi

  • Hidrofobie atlikumi uz nefoldētā proteīna virsmas tagad ir spiesti mijiedarboties viens ar otru

  • Rezultātā notiek hidrofobais kollapss un proteīns safoldējas


Vai prote na 3d strukt ru var paredz t

Vai proteīna 3D struktūru var paredzēt?

  • Daudzus proteīnus var denaturēt un refoldētin vitro

  • Tas nozīmē, ka praktiski visa nepieciešamā informācija par proteīna 3D struktūru ir iekodēta aminoskābju sekvencē


Foldings un fleksibilit te

Bet...

  • Mūsdienās pieejamās 3D struktūras paredzēšanas metodes ir labākajā gadījumā ap 70% precīzas

  • Proteīna struktūras paredzēšana noteikti nav aizvietojums eksperimentālajām metodēm – rentgenstruktūranalīzei un kodolmagnētiskajai rezonansei


Fleksibilit te

Fleksibilitāte

  • Safoldēti proteīni nav statiski – var notikt strukturālas izmaiņas un pārkārtošnās

  • Lielākajā daļā gadījumu strukturālās izmaiņas ir nelielas un notiek pārsvarā cilpu rajonos

  • Retos gadījumos var novērot ievērojamas strukturālās izmaiņas


Struktur l s p rk rto an s c lo i

Strukturālās pārkārtošanās cēloņi

  • Mijiedarbība ar ligandu

  • Mijiedarbība ar citiem proteīniem

  • Izmaiņas pH un/vai jonu spēkā

  • Kovalentās modifikācijas


Nelielu struktur lo izmai u piem ri

Nelielu strukturālo izmaiņu piemēri

  • Fāga MS2 apvalka proteīna dažādas pakošanās vides ikosaedriskā vīrusā

FG cilpa var ieņemt dažādas konformācijas akarībā no monomēra atrašanās vietas


Foldings un fleksibilit te

  • C-terminālā spirāle kļūst sakārtota pēc liganda piesaistīšanās glutationa transferāzē


Lielu struktur lo izmai u piem rs

Lielu strukturālo izmaiņu piemērs

  • Kalmodulīna struktūras izmaiņas pēc liganda piesaistīšanas


B amilo du veido an s ir lielu struktur lo izmai u piem rs

b-amiloīdu veidošanās ir lielu strukturālo izmaiņu piemērs


  • Login