Bioķīmija 1 2. lekcija

1. Bioķīmija 12. lekcija Saturs: Proteīnu uzbūve un to struktūru stabilizējošās saites. Proteīnu struktūru izjaukšana. Denaturācija. Proteīnu fizikāli ķīmiskās īpašības.

2. Proteīnu struktūras stiprinošās saites Primāro: kovalentā (40-140kkal/mols)peptīdu saite (sagrauj hidrolīze) Sekundāro: peptīdu saites raksturs ūdeņraža saites (2-5kkal/mols) Terciāro (konformāciju):1) ūdeņraža saites 2)disulfīdu saites 3)hidrofobās mijiedarbības 4)jonogēnās saites (5 kkal/mols) 5)starpmolekulārās mijiedarbības Van der Vaalsa spēki (arī Borna atgrūšanās spēki,Debaja,Kesoma,Londona spēki) (sagrauj denaturējošie aģenti) Ceturtējo (kvartāro): nekovalentās saites, var būt speciāli ligandi

3. Peptīdu saites garums - 1,32  dubultsaites - 1,21  C-N saite - 1,47  C-C saite - 1,51  Peptīdu saitei ir daļējs dubultsaites raksturs Peptīdu saites rigiditāte un rotācijas iespējas ap alfa oglekli 1. Vienā plāksnē iznāk 6 atomi 2. Karbonilgrupas skābeklis un iminogrupas ūdeņradis irtrans- pozicijās 3. Pie alfa oglekļa esošie radikāli ir trans-pozicijās, bet ir iespējama to rotācija zināmās robežās - ko var raksturot pēc Ramačandrana diagrammām 4. Alfa oglekļi ir trans-pozicijās attiecībā pret peptīdu saiti 5. Polipeptīdu virknes otrējo struktūru var raksturot arī ar un  leņķu palīdzību

4.  un  leņķu vērtības (grādos) dažādiem proteīniem un dažādām otrējām struktūrām  (Psi) leņķis  (Fī) leņķis klasiskā alfa spirāle - 57 - 48 kollagēna spirāle + 51 +153 paralēlās beta struktūras - 119 +113 (keratīnā) antiparalēlās beta struktūras - 139 +135 (fibroīnā) kreisā poliglicīna spirāle - 79 +150 beta pagriezieniem -60 - -90 -30 - +120

5. Proteīnu α spirāles struktūra  - 48o  - 57o (Attēli no Nelson&Cox - Lehninger Principles of Biochemistry,2005)

6. I tipa kollagēnu veidojošās aminoskābes

7. Proteīnu β salikto plašu struktūra

8. Ričardsona attēlos tiek lietota lentas veida (ribbon) un cilindra veida attēli . Vienā proteīna molekulā var būt dažādi domēni

9. Hidrofobās mijiedarbības

10. Proteīnu kvartārā struktūra Prolīns

11. Trešējās struktūras (konformācijas) variantus dala četrās klasēs   konformācija - hemoglobīna  subvienībā   konformācija - imūnglobulīna G konstantā domēne  konformācija - flavodoksīnā  + konformācija - lizocīmā

12. Proteīnu konformācijas veidi un to evolūcija Proteīnu sekvenču domēnu skaits ~ 105, kuras pieder apmēram 10.000 struktūru ģimenēm Proteīnu klasifikācijas datu bāzes: CATH, SCOP (structural classification of proteins) (Choi I-G, Kim S-H, PNAS,2006,103,14056-14061)

13. Trešējo struktūru (konformāciju) analizē: 1. “in silico” - veicot aprēķinus 2. Ultravioletā spektroskopija pie dažādiem pH 3. Optiskās rotācijas dispersija 4. Kristālu rentgenstruktūranalīze 5. Imunoloģiski ar antivielām 6. Funkcionālās īpašības

14. Rentgenstruktūras analīzes shēma

15. Konformācijas attēlošanai lieto dažādas shēmas

16. “Stiepļveida” shēmā var labi saskatīt katras aminoskābes radikāla novietojumu

17. Ričardsona attēlos tiek lietota lentas veida (ribbon) un cilindra veida attēli . Vienā proteīna molekulā var būt dažādi domēni

18. Van der Vaalsa shēmās parāda molekulu tilpumus, bet , kas ir makromolekulas iekšienē redzēt nevar

19. Biomolekulu konformācijas pētījumi kļūst apjomīgāki (Laskovski R.A. et al . Nature reviews. Genetics,2008,v.9,141).

20. Proteīnu denaturācija Denaturācija ir proteīnu bioloģisko īpašību zudums sakarā ar augstāko struktūru sagrāvi. Peptīdu saites netiek šķeltas. Tas nav hidrolītisks process. Denaturācijas veidi: atgiezeniska neatgriezeniska Denaturējošie aģenti: fizikālie ķīmiskie Denaturēta proteīna pazīmes: pieaug viskozitāte samazinās šķīdība zūd bioloģiskās īpašības labāk šķeļ proteolītiskie enzīmi reaģētspejīgāki radikāli Renaturācija: spontānā mērķtiecīgā: protein disulfid isomerase chaperones (šaperoni) heat shock proteins signal recognition particles

21. Aizvācot denaturējošo aģentu, dažreiz proteīni atgūst natīvo konformāciju

22. Proteīnu fizikāli ķīmiskās īpašības: 1.Izmēri 2.Šķīdība Proteinu agregatīvo stabilitāti (šķīdību) nosaka: 1. Molekulas ģeometriskā uzbūve 2. Molekulas konformācija 3. Hidratācijas apvalks 4. Lādiņš Lādiņa lielumu nosaka proteīna aminoskābju sastāvs un vides pH. Pie pH, kurš zemāks par proteīna izoelektrisko punktu lādiņš ir pozitīvs un otrādi, bet izoelektriskajā punktā lādiņš ir 0. Agregatīvo stabiltiāti samazina noņemot lādiņu (Cu2+) un hidratācijas apvalku. (spirts, amonija sulfāts - 100% piesātinājuma = 750g pie 1 litra)

23. Proteīnu funkcijas nosaka to konformācija, bet proteīnu natīvo konformāciju nodrošina: • Primārstruktūra, kura pati par sevi nosaka • iespējamās konformācijas • Apkārtējās vides fizikālie faktori (pH,to ) • Apkārtējās vides ķīmiskie faktori • (oksidējoši un reducējošie faktori) • 4. Speciāli bioķīmiskie mehānismi ( šaperoni, • foldingu nodrošinošie proteīni)

24. Šaperonu un šaperoninu uzbūve Šaperoni, Hsp70 (heat shock proteins) – protektē pret denaturāciju Šaperonīni (GroEL/GroES) – nodrošina pareizu foldingu. Šaperonu/īnu darbībai nepieciešama enerģija ATF veidā (R.J.Ellis, TRENDS in Bioch.Sci, 2006,v.31,395)

25. Cilvēka un dzīvnieku prionu slimības (James A. et al. , 2000) • Cilvēka slimības • .Kurū (D.Gajdusek, V.Zigas,1957, no 1957- 82.g. 2.500 gadījumu) • .Sporādiskā Kreicfelda Jakoba slimība (sCJD) (1:1.000.000, G.Creutzfeldt,1920,A.Jacob,1921) • .Ģimenes Kreicfelda Jakoba slimība (fCJD) (Alpera sindroms zīdaiņiem) (1:100.000.000) • .Jatrogēnā Kreicfelda Jakoba slimība (iCJD) (10% no visiem) • .Jaunā varianta, varianta Kreicfelda Jakoba slimība (nvCJD, vCJD) (1.x-1996, ~100 gadījumu) • .Gerstmana Štrauslera Šenkera slimība (GSS) ( J.Gerstmann, 1928) • .Fatālais (ģimenes) bezmiegs (FFI) ( P.Gambetti, 1991, ~30 gadījumu) • Dzīvnieku slimības • .Aitu nieze (scrapie SC) (Anglijā pazīstama no 1732.g.) • .Transmisīvā ūdeļu encefalopātija (transmissible mink encephalopathy, TME) (1947.g.) • .Hroniskā briežu un aļņu novājēšanas slimība (chronic wasting disease of deer and elk, CWD)(E.Williams, S.Young,1978) • .Kaķu spongiformā encefalopātija (FSE) • .Liellopu spongiformā encefalopātija (BSE) (G. Wells et al., 1987)

26. Sc Priona proteina konformācija Kas izraisīja šo konformācijas maiņu? Varbūt ar specifiskiem šaperoniem (chaperones) var restaurēt priona proteīnaC konformāciju? Cohen&Prusiner,1998

27. c Sc PrP un PrP struktūras atšķirības c Sc Īpašība PrP PrP Proteāžu rezistence Nav Stabila serde starp 90-231 aminoskābju atliekām Disulfīda tiltiņš Ir Ir Molmasa pēc deglikozilēšanas 16 kDa 16kDa Glikozilēšana 2-N linked 2-N linked Glikoformas Daudz Daudz Sekundārā struktūra Dominē alfa-spirāles Daudz beta-struktūru Sedimentācija Monomēriska Multimēru agregāti Iespējamā otrējā struktūraalfa- 109-122,129-141 179-191,200-217 Eksistē daudzas normālā PrP topoloģiskās formas: Ctm, Ntm, sec, bet patoloģiskajām formām izšķir daudzas “ subkonformācijas” - vismaz 17

28. Šodien pazīstamas vairākas slimības, kuru cēlonis ir proteīnu konformācijas izmaiņas, ko šaperoni un šaperonīni nav spējuši stabilizēt (R.J.Ellis, TRENDS in Bioch.Sci, 2006,v.31,395)

29. Baktēriju un saimniekšūnu šaperonīni ietekmē arī imūnatbildi http://themedicalbiochemistrypage.org/