Beta struktūras. Alfa/beta struktūras

1. 3. lekcija Beta struktūras. Alfa/beta struktūras

2. Beta struktūras Daudz mucu...

3. Beta struktūru vispārējs raksturojums • Funkcionāli, ļoti dažādi proteīni (antivielas,enzīmi, transportproteīni, utt) • Otra lielākā proteīnu domēnu grupa (pēc a/b)

4. Beta struktūru kopīgās īpašības • Veidotas no 4 līdz 18+ b virknēm • b virknes pārsvarā ir novietotas antiparalēli (izņemot beta spirāli) • Parasti sastāv no 2 beta plāksnēm, kuras ir novietotas viena pret otru, veidojot b-mucu, “saspiestu” b-mucu vai “sendviču” • Dažu cilpu vietā var būt a-spirāles

5. β mucas • Regulāras beta mucas sastāv no vienas beta plāksnes, kur pirmā (t.i., N-gala) beta virkne veido H-saites ar pēdējo (t.i, C-gala) N- gala beta virkne C-gala beta virkne

6. β mucu raksturlielumi • 1. – beta virkņu skaits • 2. – beta virkņu nobīdes skaitlis • 3. – beta virkņu topoloģija

7. Beta mucas nobīdes skaitlis 1 11 10 9 • Mucu projicējot, var redzēt, ka beta virknes viena pēc otras kārtojas ar nobīdi: 14 aminoskābes 8 7 6 5 4 3 2 1 3 2 1 11 10 Nobīdes skaitlis raksturo, par cik aminoskābēm beta virknes ir nobīdītas vienā pilnā mucas apgriezienā

8. Topoloģija • Strukturālajā bioloģijā topoloģija ir veids, kādā savienoti otrējās struktūras elementi:

9. Augšup-lejup mucas • Visvienkāršākā topoloģija

10. Augšup-lejup mucas piemērs: retinola piesaistīšanas proteīns (RBP) • Retinols (vitamīns A) ir hidrofobs savienojums, kurš vāji šķīst ūdenī • Organismā retinols cirkulē ar transportproteīnu RBP palīdzību

11. RBP retinola piesaistīšanās centrs • Hidrofobā daļa piesaistās hidrofobā kabatā • Hidroksilgrupa ir eksponēta pret solventu OH

12. Oscilējoša struktūra RBP aminoskābju sekvencē • Katra otrā aminoskābe ir hidrofoba • Hidrofobās aminoskābes ir novietotas pret kodolu • Polārās, lādētās un dažas nelielas hidrobobas aminoskābes ir eksponētas uz virsmas

13. Augšup-lejup mucas var saturēt vairāk kā 8 b-virknes • Membrānu proteīna porīna monomērs no Rhodobacter satur 14 b virknes

14. g-kristalīns • Atrodas acu lēcās • Katrs domēns sastāv no 2 grieķu atslēgas motīviem • Abi motīvi ir savienoti ar vienu savienojumu • Abas mucas ir saplacinātas

15. Gēnu duplikācija g-kristalīna evolūcijā • Diviem domēniem ir aptuveni 40% sekvences identitāte • Diviem viena domēna motīviem ir 20-30% identitāte 1. 2. x 2 x 2

16. Ruletes (“Jelly roll”) b-muca • Ruletes b-muca veidojas, satinoties 8 virkņu antiparalēlai beta matadatai

17. Divas grieķu atslēgas ruletes b-mucā

18. Ruletes muca vīrusos • Ļoti bieži sastopams domēns sfēriskajos vīrusos • Vīrusos muca ir saplacināta un ar spirālēm dažu cilpu vietā • Piemērs: rinovīruss (t.i. iesnu vīruss))

19. Visu klasisko 8 virkņu b-mucu salīdzinājums Augšup-lejup g-kristalīna veida ruletes

20. Vēl viena b-muca – himotripsīna folds • Veido divus līdzīgus domēnus himotripsīnā, tripsīnā un visās pārējās serīna proteāzēs • Dažiem ne-proteāžu proteīniem arī ir tāds pats folds • Viens grieķu atslēgas motīvs un viena b-matadata (kopā sešas b-virknes) veido mucu • Aktīvais centrs atrodas starp abām mucām

21. Himotripsīna struktūra 1. domēns 2. Domēns

22. Zaļās fluorescences proteīns • b- muca sastāv no 11 virknēm, topoloģija atšķiras no visām iepriekš apskatītajām

23. Neiraminidāze: b Propellera piemērs • 6 augšup-lejup b plāksnes veido propelleram līdzīgu struktūru • Neiraminidāze: Influenzas vīrusa proteīns, iesaistīts viriona izkļūšanā no šūnas • Tetramērisks proteīns, katrs monomērs satur vienu propelleri

24. Neiraminidāzes tetramērs

25. Aktīvais centrs b-propellera proteīnos • Propellera augšpusē ir garas cilpas • Cilpas veido aktīvo centru

26. b spirāle • Divi dažādi veidi – divu un trīs plākšņu b spirāles • Abi varianti ir novirzes no idealizētas vienas virknes b spirāles • Nejaukt ar a spirāli, kura ir daudz šaurāka a-spirāle Idealizēta b-spirāle (realitātē neeksistē)

27. Divu plākšņu b spirāle

28. Divu plākšņu b spirāles sekvences struktūra X9 X7 U8 U8 X7 X9 Gly-Gly-X-Gly-X-Asp-X-U-X X=jebkura aminoskābe U=bieži Leu Starp cilpām ir Ca2+ joni

29. Trīs plākšņu b spirāle Ir novērotas gan labās, gan kreisās vītnes 3 plākšņu b spirāles Sekvences motīvs - heksapeptīds [LIV] [GAED] XX [STAV] X

30. Pektāta liāzes struktūra

31. a/b struktūras Mucas, plāksnes un pakavi

32. Kopīgās iezīmes • Paralēlasb virknes ir izkārtotas plāksnēs vai mucās • Individuālas b virknes ir savienotas ar a spirālēm • b-a-b motīvs ir galvenā sastāvdaļa

33. TIM muca Pirmo reizi novērots enzīmā Triozes fosfāta Izomerāzē

34. TIM mucas kodols • Kodols ir piepakots ar hidrofobām aminoskābēm • Sānu ķēdes izkārtotas 3 slāņos

35. Izņēmuma gadījums... • Koenzīma A mutāzei ir hidrofila kabata mucas iekšpusē • Koenzīms A (zaļš) piesaistās hidrofilajā kabatā

36. TIM muca kā domēns • Daudzdomēnu proteīnos ar TIM mucu, enzimātiskā funkcija vienmēr lokalizējas TIM mucas domēnā

37. Aktīvā centra novietojums TIM mucas enzīmos • Aktīvais centrs ir novietots mucas augšpusē starp cilpām b virkņu C-galā

38. Dubultās TIM mucas • Fosforibozilantranilāta (PRA) izomerāzeun indoglicerolil fosfāta (IGP) sintāze E.coli • Enzīms katalizē divas reakcijas triptofāna biosintēzē

39. Citiem miroorganismiem mēdz būt divi atsevišķi enzīmi, katrs sastāv no vienas TIM mucas 1. mucas katalizētā reakcija Vēl citiem mikroorganismiem līdzīgā enzīmā ir trīs TIM mucas; trešā katalizē nākošo reakciju triptofāna biosintēzē 2. mucas katalizētā reakcija

40. TIM mucas: enzīmu evolūcijas piemērs • Mutējot aminoskābes aktīvā centra cilpās evolūcijas gaitā var rasties enzīmi ar pilnīgi jaunu funkciju • Varētu būt, ka visi TIM mucu saturošie enzīmi ir evolucionāri radniecīgi

41. Abas reakcijas katalizējošie enzīmi ir TIM mucas ar 26% identitāti

42. a/b-pakava folds a/b pakavs Parastais zirga pakavs

43. a/b pakava hidrofobais kodols • Atrodas starp b virknēm un spirālē, NEVIS pakava vidū • Daudz leicīnu

44. Leicīna bagātie atkārtojumi (LRR, leucine rich repeats) a/b pakava proteīnos • a- alifātiska aminoskābe • X- jebkura aminoskābe • LRR sekvence ir pietiekoši konservatīva, lai a/b pakava proteīnus varētu atpazīt tikai no aminoskābju sekvences

45. a/b atvērtā savērptā (open twisted) plāksne • Paralēla vai jaukta b plāksne ar a spirālēm abās pusēs • b virkņu skaits var būt no 4 līdz 10 • Saukts arī par Rosmana foldu

46. Topoloģija • TIM mucu un LRR proteīnos topoloģija ir fiksēta • a/b atvērtajā savērptajā plāksnē topoloģija var būt ļoti dažāda TIM 2 piemēri a/b atvērtajai savērptajai plāksnei

47. Aktīvā centra novietojums a/b atvērtajā savērptajā plāksnē • Aktīvais centrs atrodas to divu b-virkņu C-galos, no kurām cilpas iet uz pretējām b plāksnes pusēm

48. Sendviči.... Parastie sendviči Proteīnu struktūru sendviči

49. Proteīnu struktūru senviči • Daudzslāņainas molekulas, katrs slānis ir veidots no a vai b struktūras • Visbiežāk sastopamie: • a-b dubultais sendvičs • a-b-a trīskāršais sendvičs • b-a-b trīskāršais sendvičs • b dubultais sendvičs • a/b atvērtā savērptā plāksne ir ... • Pareizi, a-b-a trīskāršais sendvičs

50. Kas tas? • TATA boksa piesaistīšanās proteīns (TBP) ir ... sendvičs • Pareizi, a-b dubultais