Πρωτεινική αναδίπλωση

Transcript

1 Πρωτεινική αναδίπλωση Η αμινοξική αλληλουχία καθορίζει την τριτοταγή δομή - Οι πληροφορίες για τη βιολογικά δραστική στερεοδιάταξη είναι κωδικοποιημένες στην αμινοξική αλληλουχία Ριβονουκλεάση- Anfinsen, 1950

2 Ανενεργή- Αποδιπλωμένη Αναδίπλωση Αποδίπλωση Ενεργή- Αναδιπλωμένη Ριβονουκλεάση- Anfinsen, 1950 Β-2

3 Αναγωγή δισουλφιδικών δεσμών απο β-μερκαπτοαιθανόλη Β-3

4 Οι χαοτροπικοί παράγοντες διασπούν μη ομοιοπολικούς δεσμούς και μετουσιώνουν τις πρωτεΐνες Β-4

5 Αναγωγή και αποδιάταξη της ριβονουκλεάσης-απώλεια της δράσης της Β-5

6 Επαναφορά των σωστών δισουλφιδικών γεφυρών και της λειτουργικότητας Β-6

7 Προσοχή: H αλληλουχία καθορίζει την τριτοταγή δομή, αλλά για μικρής έκτασης πεπτίδια το τμήμα VDLLKN μπορεί να είναι α-έλικα ή β-πτυχωτή επιφάνεια ανάλογα με το υπόλοιπο τμήμα της πρωτεΐνης Β-7

8 Υδρόφοβα μόρια σε υδατικό περιβάλλον Όταν ένα μη πολικό μόριο διαλυθεί σε νερό "oργανώνει" τα μόρια νερού που το περιβάλλουν Το πλέγμα υδρογονοδεσμών των μορίων νερού αναδιοργανώνεται για να "αντιμετωπίσει " το μη πολικό μόριο Αυξάνεται η τάξη των μορίων νερού γύρω από το μη πολικό μόριο Μειώνεται η ENΤΡΟΠΙΑ αυτών των μορίων νερού Αποτέλεσμα: Ένας κλωβός μορίων νερού εγκλείει το υδρόφοβο μόριο Α-8

9 Υδροφοβικό φαινόμενο: Όταν μη πολικές ομάδες (ή μόρια) έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, η εντροπία του νερού αυξάνεται γιατί μόρια νερού απελευθερώνονται από τους κλωβούς, που έχουν οργανώσει γύρω από το άπολο μόριο και όπου έχουν μεγαλύτερη τάξη Κινούσα δύναμη για την αναδίπλωση των πρωτεϊνών Μη πολικό μόριο Μη πολικό μόριο Μη πολικό μόριο Μη πολικό μόριο Α-9

10 Ισολευκίνη Πολυπεπτιδικός κορμός Λευκίνη Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Α-10

11 Αναδίπλωση βιομορίου σε υδατικό διάλυμα Αν πολικές ομάδες εμφανιστούν στο εσωτερικό είναι πάντα ανά ζεύγη, σχηματίζοντας ή δεσμούς υδρογόνου ή γέφυρες άλατος. Αν μη πολικές εμφανιστούν στην επιφάνεια μπορεί να οφείλεται στο περιβάλλον ή σε αλληλεπιδράσεις

12 Η πρωτεϊνική αναδίπλωση είναι αυθόρμητη διαδικασία Η αναδίπλωση των πρωτεϊνών συνοδεύεται από: Σχηματισμό ασθενών δεσμών (κατά περίπτωση και ομοιοπολικών) ΔΗ πρωτ <0 Αύξηση εντροπίας νερού λόγω υδροφοβικού φαινομένου ΤΔS νερ <0 Μείωση εντροπίας της πρωτεΐνης - ΤΔS πρωτ >0 Συνολικά ΔG αναδιπλ <0 Β-12

13 Μετουσιωτικοί παράγοντες Υψηλές θερμοκρασίες Χαοτροπικοί παράγοντες (Ουρία, υδροχλωρική γουανιδίνη) Οργανικοί διαλύτες Ορισμένα ιόντα βαρέων μετάλλων Ισχυρά οξέα και βάσεις Β-13

14 % αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Η αποδίπλωση είναι συνεργιστική διαδικασία Συγκέντρωση μετουσιωτικού παράγοντα Β-14

15 50% μορίων αναδιπλωμένα και 50% αποδιαταγμένα Β-15

16 Η αναδίπλωση επιτυγχάνεται με τυχαία βήματα ή με μια αυστηρά συντεταγμένη πορεία; Στο κύτταρο οι νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε μερικά δευτερόλεπτα έως λεπτά. Πώς προλαβαίνουν να δοκιμάσουν όλες τις πιθανές διαμορφώσεις; Η αναλογία πρωτεϊνικής αναδίπλωσης με το παράδειγμα του πιθήκου που πληκτρολογεί (R. Dawkins, The Blind Watchmaker) Β-16

17 Τελείως τυχαία πληκτρολόγηση απαιτεί προσπάθειες για να σχηματισθεί η σωστή φράση, αλλά Διατήρηση των σωστών γραμμάτων μειώνει αισθητά τον αριθμό προσπαθειών Β-17

18 Στην πραγματική ζωή όμως Το 2003, oι υπεύθυνοι του Ζωολογικού Κήπου του Πάντιγκντον στη Βρεττανία έβαλαν ένα πληκτρολόγιο υπολογιστή στο κλουβί έξι μακάκων. Ένα μήνα αργότερα, οι πίθηκοι είχαν παραγάγει πέντε σελίδες με το γράμμα «s», πριν τελικά σπάσουν το πληκτρολόγιο. Β-18

19 Η αναδίπλωση εξελίσσεται με διατήρηση των μερικά σωστών ενδιάμεσων αναδιπλώσεων και όχι με τυχαίο τρόπο Σχηματισμός δευτεροταγούς δομής Σχηματισμός domains Σχηματισμός τελικής δομής Β-19

20 Μοριακές πρωτεΐνες-συνοδοί (Chaperones) Οι πρωτεΐνες-συνοδοί προφυλάσσουν την πολυπεπτιδική αλυσίδα από λανθασμένη αναδίπλωση Οι πρωτεΐνες-συνοδοί πρωτοεντοπίσθηκαν σε καταστάσεις θερμικού σοκ Γιατί χρειάζονται οι chaperones αν η πρωτεϊνική αναδίπλωση είναι αυθόρμητη διαδικασία; Για να προστατευθούν οι νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες από το πλούσιο σε βιομόρια περιβάλλον του κυττάρου που μπορεί να οδηγήσει σε συσσωμάτωση και λανθασμένη αναδίπλωση Για να επιταχυνθούν τα βραδέα στάδια της αναδίπλωσης Για την αποφυγή συσσωμάτωσης Β-20

21 Οι πρωτεΐνες-συνοδοί προφυλάσσουν την πολυπεπτιδική αλυσίδα από λανθασμένη αναδίπλωση Ριβόσωμα Πρωτεΐνη Μερικά αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Σωστά αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Β-21

22 Η λανθασμένη αναδίπλωση συνδέεται με δημιουργία συσσωμάτων, δυσλειτουργία και παθογένεια Misfolded proteins: the cause of a new family of diseases Πολλές ασθένειες - κυρίως νευροεκφυλιστικές - σχετίζονται με ελαττωματική αναδίπλωση πρωτεϊνών και χαρακτηρίζονται από την εναπόθεση συσσωματωμάτων σε νευρώνες και άλλα κύτταρα και ενίοτε και εξωκυττάρια Νοσήματα Prion-Μεταδοτικές σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες Νόσος Alzheimer Χορεία Huntington Νόσος Parkinson Σπονδυλο-παρεγκεφαλιδική αταξία Αμυοτροφική ετερόπλευρη σκλήρυνση Β-22

23 Κοινό γνώρισμα: Φυσιολογικά διαλυτές πρωτεΐνες μετατρέπονται σε αδιάλυτα ινίδια πλούσια σε β-φύλλα Β-φύλλα Β-23

24 Νοσήματα Prion: Συσσώρευση στον εγκέφαλο της «κακοήθους» διαμόρφωσης PrP(SC) που προέρχεται από την «καλοήθη» μορφή PrP(C) Λοιμογόνος παράγοντας τα πρωτεϊνικά συσσωματώματα! Σπογγώδηςεγκεφαλοπάθεια, νόσος των τρελλών αγελάδων, τρομώδης νόσος στα πρόβατα, χρόνια απισχναντική νόσος σε ελάφια, scrapie, Jacob-Creuzfeld κλπ

25 Xαρακτηρίζονται από μετατροπή της φυσιολογικής πρωτεΐνης prion από α-έλικα σε (μερικά) β-πτυχωτή επιφάνεια και σχηματισμό εκτεταμένων β-φυλλων-ινιδίων Β-25

26 Πιθανός μηχανισμός μετάδοσης νοσημάτων prion Ενδογενής μη μολυσματική PrP c Συσσώρευση μολυσματικής PrP sc

27 Νόσος Alzheimer: Eναπόθεση τεράστιων ινιδίων από β-πτυχωτά φύλλα του πεπτιδίου Αβ Κυτταρική μεμβράνη ΑΡΡ β-αμυλοειδές πεπτίδιο β-αμυλοειδής πλάκα Ένζυμα Αμυλοειδείς πλάκες στην Alzheimer s αποτελούνται από εκτεταμένα δίκτυα ινιδιων από β-φύλλα Β-27

28 Το αμυλοειδές πεπτίδιο Αβ προκύπτει από πρωτεολυτική σχάση της πρωτεΐνης ΑΡΡ Πρόδρομη μορφή της αμυλοειδούς πρωτεΐνης Εξωκυττάρια Κυτταρική μεμβράνη Ενδοκυττάρια Ενζυμική σχάση γ-σεκρετάση Αβ Αμυλοειδές Κυτταρική μεμβράνη Συσσωμάτωση και σχηματισμός ινιδίων από β- φύλλα Β-28

29 Χορεία Huntington (ύπαρξη εκτεταμένων περιοχών πολυγλουταμίνης, QQ...QQ στην huntingtin) Για Q λιγότερες από 36 φυσιολογική πρωτεΐνη Για Q περισσότερες από 36: Εκδήλωση νόσου Υδρογονοδεσμοί β-φύλλα Αντιπαράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια Β-29

30 Γενικό μοντέλο Β-30