ΓΩΝΙΕΣ φ, ψ ΚΑΙ ΕΠΙΤΡΕΠΤΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

Transcript

1 ΓΩΝΙΕΣ φ, ψ ΚΑΙ ΕΠΙΤΡΕΠΤΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ φ φ Ccarbonyl n Ccarbonyl n N Cα n Ccarbonyl n-1 Cα n N φ Ccarbonyl n-1

3 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ ψ φ ψ Ccarbonyl n N (Ca n+1) N (Ca n+1) N Cα n Ccarbonyl n Ccarbonyl n-1 Cα n ψ N

4 ΑΣΚΗΣΗ

5 ΕΠΙΤΡΕΠΤΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ RAMACHANDRAN

6 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 3.1 ΟΙ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΑΠΌ ΈΝΑ ΣΥΝΟΛΟ 20 ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ 3.2 ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.3 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ

7 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ: ΑΛΦΑ ΕΛΙΚΑ ΚΑΙ ΒΗΤΑ - ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ

8 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ - ΑΛΦΑ ΕΛΙΚΑ ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: -3.6 αμινοξεα / στροφη -δεσμοι υδρογονου: μεταξύ του καρβοξυλιου του αμινοξέως n και της αμινοομάδας του αμινοξέως n+4 -βήμα της έλικας: 5,4 Å (μετατόπιση 1.5 Å / αμινοξύ) -περιστροφή από ένα αμινοξύ στο επόμενο: 100 ο

9 ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: -σχεδόν πάντα δεξιοστροφη -οι πλευρικές αλυσίδες προεξέχουν προς τα εξω

10 ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: - Κάτοψη της αλφα-ελικας

11 ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: -απεικόνιση «ελικοειδους τροχού» ( helical wheel ) Απεικόνιση με προβολή σε επίπεδο κάθετο προς τον άξονα της ελικας και περιστροφή 100 ο / αμινοξύ

12 ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: -η απεικόνιση«ελικοειδούς τροχού» δίνει πολύτιμες πληροφορίες για την θέση της στις πρωτεϊνικές δομές και για τον σχεδιασμό καινούργιων δομών

13 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ Η ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ (beta-sheet) Αποτελειται από ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΣΕΙΣ (beta- strands) ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: «απλωμένη» δομή (απόσταση γειτονικών αμινοξέων = 3.5 Å) -δεσμοί υδρογόνου μεταξύ διαδοχικών πτυχώσεων

14 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ 1) αντιπαράλληλα

15 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ 2) παράλληλα

16 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ 1) αντιπαράλληλα

17 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ 2) παράλληλα

18 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ 3) Μικτά

19 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΠΤΥΧΩΤΑ ΦΥΛΛΑ ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: κάθε πτύχωση είναι ελαφρά «στριμμένη» σε σχέση με την επόμενη

20 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΒΗΤΑ ΣΤΡΟΦΕΣ (beta-turns) Χρησιμεύουν για να αλλάζουν κατεύθυνση οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: Η καρβοξυλική ομάδα του αμινοξέως i σχηματίζει δεσμό υδρογόνου Με την αμινοομάδα του αμινοξέως i + 3 (σταθεροποίηση της στροφής)

21 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΘΗΛΙΕΣ ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: -Δεν έχουν κανονικές περιοδικές δομές -βρίσκονται συνήθως στην επιφάνεια των πρωτεϊνών (σημαντικές για αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια)

22 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 3.1 ΟΙ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΑΠΌ ΈΝΑ ΣΥΝΟΛΟ 20 ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ 3.2 ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.3 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.4 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ

23 TA ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΕΧΟΥΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΙΜΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΩΝ ΔΟΜΩΝ

24 ΜΙΑ ΠΕΠΤΙΔΙΚΗ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΥΙΟΘΕΤΕΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΣΤΕΡΕΟΔΙΑΤΑΞΕΙΣ, ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΣΤΕΡΕΟΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΗΣ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΣ VDLLKN

25 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ (ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ ΣΤΟΝ ΧΩΡΟ) Τρισδιάστατη δομή της μυοσφαιρίνης

26 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΔΟΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: Κανόνας: -οι υδρόφοβες πλευρικές ομάδες θάβονται στο εσωτερικό -οι υδρόφιλες εκτίθενται στην επιφάνεια Α: χλωροπληρωτικό μοντέλο της μυοσφαιρίνης Β: εγκάρσια τομή του μορίου Μπλε= φορτισμένα, κίτρινα= υδρόφοβα αμινοξέα, ασπρα=λοιπά

27 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ Εξαίρεση: πρωτεϊνες που διαπερνούν μεμβράνες, Π.χ. πορίνες

28 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ (domains) -συμπαγείς περιοχές (30-40 αμινοξέα) που ενώνονται με εύκαμπτα τμήματα

29 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 3.1 ΟΙ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΑΠΌ ΈΝΑ ΣΥΝΟΛΟ 20 ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ 3.2 ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.3 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.4 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.5 ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ

30 ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΥΠΟΜΟΝΑΔΕΣ Πρωτεϊνεςμεπερισσότερεςαπόμιααλυσίδες Τεταρτοταγής δομή = χωροδιάταξη υπομονάδων και αλληλεπιδράσειςτουςστοχώρο Διμερές Τετραμερές (αιμοσφαιρίνη α2 β2)

31 ΠΟΛΥΠΛΟΚΕΣ ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΕΙΣ ΔΟΜΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ (οργάνωση πολλαπλών υπομονάδων στο χώρο) Παραδειγματα : Φερριτινη 24 υπομοναδες- εσωτερικη κοιλοτητα διαμετρου 6 nm Μεταφορα σιδηρου στο αιμα υπο μορφην οξειδιου (Παραδειγμα αυτο-οργανωσης στην βιολογια) Υπομονάδα φερριτίνης

32 ΠΟΛΥΠΛΟΚΕΣ ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΕΙΣ ΔΟΜΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ (οργάνωση πολλαπλών υπομονάδων στο χώρο) Ρινοϊός: εικοσαεδρικό Οικοδόμημα 240 υπομονάδων (Παραδειγμα αυτο-οργανωσης στην βιολογια)

33 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 3.1 ΟΙ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΑΠΌ ΈΝΑ ΣΥΝΟΛΟ 20 ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ 3.2 ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.3 ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.4 ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.5 ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ 3.6 Η ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΜΙΑΣ ΠΡΩΤΕΙΝΗΣ ΚΑΘΟΡΙΖΕΙ ΤΗΝ ΤΡΙΔΙΑΣΤΑΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ

34 Στοιχεία πρωτεϊνικης αναδιπλωσης Ειδη πρωτεϊνων που χρησιμοποιουν οι διαφοροι οργανισμοι: -προκαρυωτικοι: ευκαρυωτικοι: Μεσο μεγεθος των προκαρυωτικων πρωτεϊνων: 340 αμινοξεα Μεσο μεγεθος των ευκαρυωτικων πρωτεϊνων: 470 αμινοξεα Για μια πρωτεϊνη 200 αμινοξεων, και με ολους τους δυνατους συνδυασμους 20 αμινοξεων θεωρητικα δυνατοι συνδυασμοι

35 Η αμινοξικη αλληλουχια καθοριζει τις ιδιοτητες των πρωτεϊνων , αναπτυξη μεθοδων προσδιορισμου αμινοξικης αλληλουχιας, Frederick Sanger Ολικος προσδιορισμος της αμινοξικης αλληλουχιας της ινσουλινης Πως ένα αλφαβητο από 20 αμινοξεα χρησιμοποιειται για να δημιουργηθουν λεξεις και φρασεις με νοημα (δηλ. πρωτεϊνικες δομες με βιολογικη δραστικοτητα) Ο κωδικος της πρωτεϊνικης αναδιπλωσης η το δευτερο μισο του γενετικου κωδικα παραμενει αγνωστος

36 Το πειραμα του Anfinsen Πανκρεατικη ριβονουκλεαση (RNAse) -124 αμινοξεα D -8 Cys, 4 -S-S

37 ΑΠΟΔΙΑΤΑΚΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

38 -καθαρη πρωτεϊνη + 8 Μ ουρια + μερκαπτοαιθανολη + Ν 2 8 SH, ανενεργη (χασιμο ενζυμικης δραστικοτητας)

39 Απομακρυνση ουριας, οξειδωτικο περιβαλλον επανακτηση της ενζυμικης δραστικοτητας Αναδιαταγμένη ριβονουκλεάση (90% ενεργή)

40 Οξειδωτικο περιβαλλον και μετεπειτα απομακρυνση του μετουσιωτικου παραγοντα Τι μας λεει αυτό το πειραμα?

41 Σημειωση: Για 8 κυστεινες και 4 δισουλφιδικους δεσμους, υπαρχουν 105 δυνατοι συνδυασμοι! # -SH # S-S # συνδυασμων

42 Τελικα συμπερασματα από το πειραμα του Anfinsen: Η πληροφορια που εμπεριεχεται στην αμινοξικη ακολουθια είναι αναγκαια και ικανη συνθηκη, ΜΕ ΤΗΝ ΠΡΟΥΠΟΘΕΣΗ ΌΤΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΊΝΑΙ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟ, για να οδηγηση στην εγγενη Δομη της πρωτεϊνης και την βιολογικη της δραστικοτητα Συνεπως: Η αναδιπλωση των πρωτεϊνων είναι Αυθορμητη διαδικασια, η πρωτεϊνη βρισκει Αυθορμητα την κατασταση ελαχιστης ελευθερης ενεργειας, ΔG folding<0 Ποιος είναι όμως ο μηχανισμος?

43 Το παραδοξο του Levinthal Για μια πρωτεινη 100 αμινοξεων, εστω ότι το κάθε αμινοξυ μπορει να δοκιμαση 3 συνδυασμους γωνιων φ και ψ = δυνατες διαμορφωσεις Εστω ότι το κάθε σταδιο διαμορφωσης διαρκει sec, Τοτε η ολικη διαρκεια αναζητησης θα ηταν χρονια! Στην πραξη όμως η αναδιπλωση των πρωτεινων διαρκει από μερικα μsec μεχρι μερικα λεπτα Ποια είναι η εξηγηση?

44 Εξηγηση: η πολυπεπτιδικη αλυσιδα ακολουθει συγκεκριμενο μηχανισμο καθ οδον προς την εγγενη της κατασταση η αμινοξικη αλληλουχια καθοριζει όχι μονον την τελικη διαμορφωση, Αλλα και την κινητικη διαδρομη

45 ORIGAMI: ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΛΟΓΗ ΤΗΣ ΠΡΩΤΕΙΝΙΚΗΣ ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗΣ

46 Η ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΠΕΡΝΑΕΙ ΑΠΌ ΜΕΡΙΚΑ ΔΟΜΗΜΕΝΕΣ, «ΕΝΔΙΑΜΕΣΕΣ ΔΟΜΕΣ» (FOLDING INTERMEDIATES)

47 Γενικευμενο σχημα «κινητικου ανταγωνισμου» Αναμεσα στην σωστη πορεια αναδιπλωσης και αυτοσυγκροτησης της πρωτεϊνης και στην πορεια σχηματισμου συσσωματωματων Η εκβαση εξαρταται και από την αμινοξικη ακολουθια, αλλα και από τις περιβαλλοντικες συνθηκες (θερμοκρασια, ph, παρουσια μοριακων συνοδων κλπ)

48 ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΕΣ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ