Δομές (Διαμορφώσεις) Πρωτεινικών μορίων

Transcript

1 Δομές (Διαμορφώσεις) Πρωτεινικών μορίων Πρωτοταγής δομή (αλληλουχία αμινοξέων) Δευτεροταγής δομή Η διάταξη της πεπτιδικής αλυσίδας στον χωρο αυτής καθ αυτής (χωρίς να ληφθούν υπ όψη οι ομάδες R) Τριτοταγής δομή.η διάταξη στον χώρο όλων των ατόμων περιλαμβανομένων και των πλαγίων αλυσίδων Τεταρτοταγής δομή Η συνένωση περισσοτερων πεπτιδικών αλυσιδων σε ενα συγκεκριμένο μόριο

2 Χαρακτηριστικό του ομοιπολικού δεσμού είναι τό μοίρασμα των ηλεκτρονίων που συμμετέχουν σ αυτόν Κατα τον σχηματισμό τετιων δεσμών τα συμμετέχοντα ατομα κάνουν τις αναγκαίες εκείνες διευθετήσεις ωστε να εξασφαλίσουν ενα πλήρες set ηλεκτρονίων για να συμπληρώσουν την εξωτερική τους στοιβάδα. Ο ανθρακας για παράδειγμα πού εχει 4 ηλεκτρονια σθένους στην εξωτερική του στοιβάδα εχει την δυνατότητα να σχηματίσει τεσσερεις ομοιοπολικούς δεσμούς

3 Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι ισχυροί δεσμοί.χαρακτηριστικό των διασυνδεσεων με ομοιοπολικούς δεσμούς είναι οτι οι γωνίες οι οποίες δημιουργούνται είναι σταθερές Η σταθερότητα αυτή δημιουργείται από την αναγκαιότητα να υπάρχει συνταίριασμα των τροχιακών των ατόμων που συμμετεχουν το οποίο ευνοείται μόνο για μια συγκεκριμένη γωνία. Αυτό εχει ως αποτέλεσμα ο ομοιοπολικός δεσμός να εχει συγκεκριμένο μήκος και συγκεκριμένη ευελιξία

4 Οι ιονικοί δεσμοί οφείλονται στις ηλεκτροστατικές αντεπιδράσεις οι οποιες δημιουργούνται από την ελξη δυο αντιθέτως φορτισμένων ατόμων Ο δεσμός μπορεί να δημιουργείται ανεξάρτητα από την γωνία στην οποία βρισκονται τα φορτισμένα ατομα μια και στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχει καμμιά αναγκαιότητα για το συνταίριασμα ηλεκτρονιακών τροχιακών. Ο δεσμός εχει ευελιξία και δεν διασπάται αν οι φορτισμένες ομάδες πού συμμετέχουν στον δεσμό απομακρυνθούν απλά η ισχυς του πέφτει συναρτήσει της απόστασης που βρίσκονται τα ατομα

5 Εξ αιτίας της εμπλοκής της διηλεκτρικής σταθερας ε η ισχύς των ηλεκτροστατικών αντεπιδράσεων στούς ιονικούς δεσμούς θα εξαρτάται απόλυτα από το τοπικό περβάλλον Στο εσωτερικό της πρωτείνης οπου δύο φορτισμένες ομάδες αμινοξέων περιβάλλονται από χημικά ανόμοιες υδρογονοανθρακικές αλυσίδες και το ε είναι ιδιαίτερα χαμηλό μπορεί να αναπτυχθει μια ισχυρά αντεπίδραση μεταξύ των φορτισμένων ομάδων που πολλές φορες η ισχύς του δεσμού ειναι συγκρισιμη με τον ομοιοπολικό. Στην επιφάνεια ομως της πρωτείνης οι πλευρικές ομάδες αντεπιδρούν με τα μορια νερου που υπάρχει ηλεκτρική ασυμμετρία και μπορούν να δημιουργήσουν εξασθένηση δεσμών

6

7

8

9

10

11 Τα αποτελέσματα των Pauling και Corey ωδήγησαν σε διάφορα συμπεράσματα σχετικά με την πρωτεινική δομή τα πιο σημαντικα των οποιων είναι Στον πεπτιδικό δεσμό με τον οποίο γίνεται η σύνδεση των αμινοξέων,το υδρογόνο της αμινομάδος είναι περίπου πάντοτε trans ως προς το οξυγόνο της καρβονυλικής ομάδος.πράγμα που σημαίνει οτι το οξυγόνο και το υδρογόνο προβάλλονται προς αντίθετες κατευθύνσεις Η επιφανεια στην οποία βρισκονται τα ατομα πού συμμετεχουν στον πεπτιδικο δεσμό είναι επίπεδος.τα ατομα δηλαδή του Ν-Η και C=O ολα ευρίσκονται στο ιδιο επίπεδο κατα συνέπεια υπάρχει δυνατότητα περιστροφής στον δεσμό που αναπτυσσεται μεταξυ του ανθρακος της καρβονυλομάδος και του Αζώτου της ιμινομάδος

12 Διαμόρφωση της α-ελικας Ο σκελετός της πολυπεπτιδικής αλυσίδας διαμορφώνει α-ελικα με την βοήθεια των υδρογονοδεσμών οι οποίοι αναπτύσσονται μεταξύ των ιμινομάδων Ν-Η και των C=O που δημιουργούνται κατα την διαμόρφωση των πεπτιδικών δεσμών του σκελετού Η σταθερότητα της α-ελικας εξασφαλίζεται διότι κατα την σπειροειδή μορφή την οποία λαμβάνει ο πρωτεινικός σκελετός ολες οι C=O και Ν-Η των πεπτιδικών δεσμών μπορούν να συμμετεχουν στην διαμόρφωση των υδρογονοδεσμών Η θεση του κάθε αμινοξέος στην α-ελικα σχετίζεται με το επόμενο αμινοξύ μεσω μιας μετατόπισης κατα 1.5 Α κατα μήκος του αξονος και μια περιστροφή κατα 100 βαθμούς

13 Χαρακτηριστικά της α-ελικας Οι πλευρικές ομάδες συγκεκριμένων αμινοξέων πού βρίσκονται τοποθετημένες καθε τρία ή τέσσερα αμινοξέα βρισκονται κοντά η μία στην αλλη μια και προβάλλονται προς τα εξω από την ιδια πλευρά της ελικας Οι πλευρικές ομάδες που βρισκονται προς τα μέσα ή προς τα εξω είναι εκείνες που συνεργάζονται για να σχηματίσουν ανώτερες δομές Οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ της καρβονυλομάδος και της ιμινομάδος πηγαίνουν παράλληλα προς τον αξονα της ελικας

14

15

16

17 Χαρακτηριστικά του πτυσσόμενου πεδίου Η δομή του β-πτυσόμενου πεδίου είναι επίπεδη δομή δυναμικά απεριοριστης εκτασης εν αντιθέσει προς τον περιωρισμένο κύλινδρο της α-ελικας Η πολυπεπτιδική αλυσίδα στην β-πτυχωτή δομή δεν εχει την σπειροειδή μορφή αλλά είναι σχεδόν πληρως εκτεταμένη. Συγκεκριμένες ομάδες αντεπιδρούν με αλλα κομμάτια της πολυπεπτιδικής αλυσίδος που διευθύνονται παράλληλα Οι περιοχές που αντεπιδρούν σε ενα β-πτυσσόμενο πεδίο μπορούν να προέρχονται από διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες ή απομεμακρυσμένα κομμάτια της ιδιας πολυπεπτιδικης αλυσίδας Οι αλυσίδες μπορούν να τρέχουν προς την ιδια κατευθυνση οπότε μιλάμε για ενα παράλληλο β-πτυσσόμενο πεδίο ή προς την αντίθετη κατευθυνση οπότε μιλάμε για αντιπαραλληλο β-πτυσσόμενο Οι διαδοχικές πλευρικές αλυσίδες προβάλλονται εναλλακτικά επάνω και κατω από το επίπεδο πτυχωσης.ετσι οι δύο επιφάνειες του β- πτυσσόμενου μπορούν να εχουν εντελώς διαφορετικές χημικές ιδιότητες

18

19 Για την συγκρότηση της τριτοταγούς δομής συμμετεχουν οι παρακατω δεσμοι Δισουλφιδικοί δεσμοι Πεπτιδικοί δεσμοι Δευτερευοντες δεσμοι (Πολικοί-μη πολικοί) Τασεις μεταξυ των ατομων Οι πολικοί Δεσμοί διακρίνονται Α. Ιονικοί π.χ μεταξύ της γ-καρβοξυλομαδος ενος γλουταμινικού και της ε-αμινομάδος της λυσίνης Β. Δεσμοί Υδρογόνου Εδω συμμετεχει ενας σημαντικός αριθμός ομάδων οπως ΟΗ τυροσίνης,σερίνης θρεονίνηςο ιμιδαζολικός δακτυλιος της ιστιδίνης οι αμινικές ομάδες της γλουταμίνης

20 Στους μη πολικούς δεσμούς περιλαμβανονται οι υδροφοβοι δεσμοί για τον σχηματισμό των οποίων συμμετεχουν οι πλευρικές ομάδες μια σειρά αμινοξεων οπως βαλίνη,λευκίνη,ισολευκίνη Στις τασεις περιλαμβανονται μια σειρά επιλεκτικών αντεπιδρασεων πού αναπτυσσονται μεταξύ ατόμων π.χ Ατομα S προσελκυονται σε ατομα S και αποφευγουν ατομα Ο Αρνητικα φορτισμένα ατομα Ο αλληλεπιδρούν με μεγαλύτερη ευκολια με αμινομάδες παρα ιμινομάδες Ατομα καρβονυλικού Ο συνδεονται συχνά με ουδετερες και πολικες ομάδες CH2

21 Ο αριθμός των εν δυνάμει σχηματιζομένων υδρογονοδεσμών στις πρωτείνες είναι ιδιαίτερα υψηλός.αυτό οφείλεται σε μια σειρά από λόγους μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται και οι παρακάτω Υπάρχει μεγάλος αριθμός πλευρικών αλυσίδων αμινοξεων που μπορούν να συμμετάσχουν στον σχηματισμό των υδρογονοδεσμών Οι πλευρικές αλυσίδες ποικίλουν ως προς το μέγεθος και το σχήμα Η κάθε πλευρική αλυσίδα μπορεί να δρά είτε σαν δότης είτε σαν δέκτης υδρογονοδεσμών Είναι δυνατή η αντεπίδραση μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων των αμινοξέων και των αμινομάδων και καρβονυλομάδων που υπάρχουν στον σκελετό

22

23

24

25 Η φυσιολογική δομή του πρωτεινικού μορίου η οποία σχετίζεται αμεσα και με την βιολογική του ενεργότητα μπορεί να διαταραχθεί από διάφορους παράγοντες οπως Χημικούς παράγοντες π.χ επίδραση με ουρία επάνω στο πρωτεινικό μόριο ή με φυσικούς παράγοντες π.χ αυξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος

26

27 Κατα την μετουσίωση του πρωτεινικού μορίου επισυμβαίνουν μια σειρά αλλαγές οπως Εχουμε μια μετάβαση από μια κατάσταση υψηλής τάξης σε μια κατάσταση αταξίας Η αλυσίδα παίρνει διαφορετικές τάξεις οι οποίες και κατανέμονται στατιστικά Η αντίδραση στην αρχή παρουσιάζεται σαν ενδόθερμη για να μετεξελιχθεί σε εξώθερμη Λύνονται ολοι οι δευτεροταγείς δεσμοί που συγκρατούν την σφαιρική πρωτείνη στην φυσική χωροδιάταξη Η πρωτεινική αλυσίδα αναδιπλώνεται εντελώς τυχαία οπως εντελώς τυχαία αναπτυσσονται και οι δευτερογενείς δεσμοί με αμεση συνέπεια η πρωτείνη να γίνεται αδιάλυτη Οι ομάδες που βρίσκονται κρυμμένες στο εσωτερικό του μορίου ερχονται προς τα εξω και γίνονται πιό δραστικές Οι πρωτεινες που δημιουργούνται προσβάλλονται πιο ευκολα από πρωτεάσες

28 Οι πρωτεινες με βαση την χωροδιαταξη των στοιχείων της δευτεροταγούς δομής τους διακρίνονται σε τεσσερεις κατηγορίες Πρωτείνες με δομή κυρίως α ελικα (παραδειγμα η μυογλοβίνη) Πρωτεϊνες με δομή κυρίως β-πτυχωτης επιφάνειας (παραδειγμα οι ανοσοσφαιρίνες) Πρωτείνες με περιοχές α-ελικας και ξεχωριστα από αυτές περιοχές πτυχωτης επιφάνειας (α και β δομές ) (παραδειγμα η λυσοζύμη) Πρωτείνες στις οποίες παρατηρείται τακτική εναλλαγή περιοχών α-ελικας και β πτυχωτης επιφάνειας (βαβαβ-δομή) (παράδειγμα αφυδρογονάση)

29

30

31

32

33 Οσο το δυνατόν πιο ακριβή και λεπτομερή είναι η γνωση του πρωτεινικού μορίου τόσο καλύτερα μπορούμε να κατανοήσουμε την λειτουργία του Για να εξακριβωθεί με τον καλύτερο τρόπο η οποιαδήποτε σχεση υπάρχει μεταξύ δομής και λειτουργιας σε ενα πρωτεινικο μόριο.τ πρωτεινικο μόριο μελεταται σημερα με σειρα τεχνικες η καθε μια από τις οποίες δίδει συγκεκριμένες πληροφορίες

34 Με τον ορο καθαρισμος ενος πρωτεινικού μορίου εννοείται ο διαχωρισμός του τόσο από τα αλλα πρωτεινικά μόρια οσο και από τα λοιπά βιομόρια οπως είναι τα λίπη τα σακχαρα και τα νουκλεινικά οξέα Για την επιτυχή πορεία ενός καθαρισμού είναι αναγκαιο να αναπτυχθούν επιτυχείς ελεγχοι με τους οποίους μπορούμε να ανιχνευσουμε την παρουσία της πρωτείνης.τετοιοι ελεγχοι επιτυγχανονται Με τον προσδιορισμό του υποστρωματος που μετατρεπεται σε προιόν Με την μελέτη αντεπίδρασης αντιγόνου αντισώματος Με την μελέτη της φυσιολογικής ανταπίκρισης που παρατηρείται σε ενα ζωντανό οργανισμό μετά την επίδραση της πρωτεινης