Βιοφυσική. ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 2 η διάλεξη

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Βιοφυσική. ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 2 η διάλεξη"

Πολύκαρπος Μνάσων Γαλάνης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Βιοφυσική ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 2 η διάλεξη

2 Πρωτεΐνες

3 Πρωτεΐνη: πολυμερές από αμινοξέα 20 διαφορετικά αμινοξέα CH 2 Pro Ένα από αυτά είναι η Προλίνη CH 2 CH 2 NH C α COOH H Τα υπόλοιπα 19 έχουν τη δομή Cα : α-άνθρακας ΝΗ 2 : αμινο-τελικό άκρο COOH : καρβοξυλο-τελικό άκρο R: πλευρική αλυσίδα R NH 2 C α COOH H

4 Τα 20 αμινοξέα Van Holde, Johnson & Ho 1998

5 Τα αμινοξέα έχουν τετραεδρική δομή και είναι χειρομορφικά μόρια Χειρομορφικό μόριο: Το μόριο δέν μπορεί να τοποθετηθεί στο χώρο, σημείο προς σημείο, πάνω από το εξ ανακλάσεως είδωλό του Τα δύο είδωλα ενός αμινοξέως ονομάζονται ισομερή D και L Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από L αμινοξέα L αμινοξύ R NH 2 C α COOH H

6 Ή πρωτεΐνη είναι αλυσίδα από αμινοξέα που ενώνονται με ομοιοπολικούς δεσμούς (πεπτιδική αλυσίδα) Οι ομοιοπολικοί δεσμοί ονομάζονται πεπτιδικοί Κάθε πεπτιδικός δεσμός ενώνει τον άνθρακα του καρβοξυλο-τελικού άκρου το αμινοξέως n με το άζωτο του αμινο-τελικού άκρου του αμινοξέως n+1 NH 2 CHR 1 CO NH CHR 2 ( CO NH CHR CO) i NH CHR n COOH n-3 N-terminus peptide bond C-terminus

7 Οι πρωτεΐνες δεν λειτουργούν στο κενό αλλά σε διαλύτη (πολλές φορές υδάτινο) Υπό αυτές τις συνθήκες, σε κανονικό ph (=7), τα αμινοξέα είναι διπολικά ιόντα: NH3+ CHR COO- Επομένως τα δύο άκρα της πεπτιδικής αλυσίδας είναι ιοντισμένα

8 Επίπεδα δομής στην αρχιτεκτονική Πρωτοταγής δομή των πρωτεϊνών Η γραμμική αλληλουχία των αμινοξέων στην πρωτεΐνη: Αμινο-τελικό άκρο R 1 R 2 (..) R n καρβοξυλοτελικό άκρο Δευτεροταγής δομή Η χωροδιάταξη αμινοξέων που βρίσκονται κοντά κατά μήκος της γραμμικής αλληλουχίας, π.χ., R ν R ν+1 R ν+2 Τριτοταγής δομή Η χωροδιάταξη αμινοξέων που βρίσκονται μακριά κατά μήκος της γραμμικής αλληλουχίας, π.χ., R ν R ν+40

9 Επίπεδα δομής στην αρχιτεκτονική των πρωτεϊνών Τεταρτοταγής δομή Πολλές πρωτεΐνες έχουν περισσότερες από μία πεπτιδικές αλυσίδες (κάθε αλυσίδα ονομάζεται υπομονάδα) Η τεταρτοταγής δομή είναι η διάταξη αυτών των υπομονάδων στο χώρο

10 Μοντέλα αναπαράστασης της διπλωμένης δομής μίας πρωτεΐνης Παράδειγμα: cytochrome C

11 Ελαστικότητα πρωτεϊνών Κύρια αλυσίδα Η κύρια αλυσίδα είναι το μέρος της πρωτεΐνης που αποτελείται από διαδοχικούς ομοιοπολικούς δεσμούς: -Ν-C α -C-Ν-C α -C- Στην κύρια αλυσίδα υπάρχει ελευθερία περιστροφής μόνο γύρω από το δεσμό Ν-C α (γωνία φ) και γύρω από το δεσμό C α -C (γωνία ψ) ΟπεπτιδικόςδεσμόςC-Ν είναι άκαμπτος, (συνήθως σε διάταξη trans) Cantor & Schimmel, 1980

12 Cantor & Schimmel, 1980

13 Τυπικές δευτεροταγείς δομές στις πρωτεΐνες Δεξιόστροφη α-έλικα ΗομάδαCO του καταλοίπου n σχηματίζει υδρογονικό δεσμό με την ομάδα ΝΗ του καταλοίπου n+4 Οι πλευρικές αλυσίδες είναι στο εξωτερικό Cantor & Schimmel, 1980

14 Cantor & Schimmel, 1980 Αριστερόστροφη έλικα πολυπρολίνης ΙΙ

15 Σύγκριση των υδρογονικών δεσμών ανάμεσα στη 3-10 έλικα (α) και στη δεξιόστροφη α-ελικα (β) Cantor & Schimmel, 1980

16 2 αλυσίδες β-πτυχωτής επιφάνειας Κάθε αλυσίδα είναι σχεδόν πλήρως εκτεταμένη Οι πλευρικές αλυσίδες (δέν φαίνονται στο διάγραμμα) βρίσκονται διαδοχικά πάνω και κάτω από την επιφάνεια Cantor & Schimmel, 1980

17 Αντιπαράλληλες και παράλληλες β-πτυχωτές επιφάνειες Κάθε βέλος είναι β-πτυχωτή αλυσίδα (δευτεροταγής δομή) που γειτνιάζει με άλλη β-πτυχωτή αλυσίδα (δευτεροταγής δομή) Ηχωροδιάταξη (αντιπαράλληλη ή παράλληλη) των αλυσίδων ονομάζεται υπερδευτεροταγής τριτοταγής δομή 3 αντιπαράλληλες αλυσίδες 3 παράλληλες αλυσίδες

18 β-γωνίες Daune 1999

19 Δομικά στοιχεία δευτεροταγών δομών Daune 1999

20 Περιορισμοί στη χωροδιάταξη των δευτεροταγών δομών που προκύπτουν από στερική παρεμπόδιση: Χάρτες Ramachandran Daune 1999

21 ΗπρωτεΐνηFungal peroxidase και ο αντίστοιχος χάρτης Ramachandran Μπλε (α-έλικα), κόκινο (β-αλυσίδα), πράσινο (β-στροφές και βρόχοι) Οι διαγώνιοι σταυροί είναι γλυκίνες

22 Ηπρωτεΐνηglutathion reducatse και ο αντίστοιχος χάρτης Ramachandran Μπλε (α-έλικα), κόκινο (β-αλυσίδα), πράσινο (β-στροφές και βρόχοι) Οι διαγώνιοι σταυροί είναι γλυκίνες

23 Οργάνωση δευτεροταγών δομών σε υπερδευτεροταγείς και τριτοταγείς δομές Υπερδευτεροταγείς δομές Α) β--α--β μονάδα Β) Ελληνικό κλειδί (αντιπαράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια) C) β-μέανδρος (αντιπαράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια)

24 Τριτοταγείς δομές

25 Παράδειγμα: Η τριτοταγής δομή της πρωτεΐνης Triose phosphate isomerase περιέχει β-α-β μονάδα

26 β-βαρέλια: Πρωτεΐνες που περιέχουν β-μέaνδρους και ελληνικά κλειδιά στην τριτοταγή τους δομή

27 Άλλα παραδείγματα πρωτεϊνών με β δομές

28 Απεικόνιση/σύγκριση δομών με τη μέθοδο του χάρτη επαφών Αλληλουχία αμινοξέων στην πρωτεΐνη lactate dehydrogenase: 1 ATLKEKLIAP VAEEEATVPN NKITVVGVGQ VGMACAISIL GKSLADELAL HHHHH SS S S SEEEEE SH HHHHHHHHHH HTT SEEEE 51 VDVLEDKLKG EMMDLQHGSL FLQTPKIVAD KDYSVTANSK IVVVTAGVRQ E S HHHHHH HHHHHHHGGG G SEEEE SSGGGGTT S EEEE S 101 QEGESRLNLV QRNVNVFKFI IPQIVKYSPD CIIIVVSNPV DILTYVTWKL TTTTGGGGH HHHHHHHHHH THHHHHH TT EEEE SSSH HHHHHHHHHH 151 SGLPKHRVIG SGCNLDSARF RYLMAEKLGI HPSSCHGWIL GEHGDSSVAV H GGGEEE TTHHHHHHH HHHHHHHHTS GGGEE EE E SSTT EE 201 WSGVNVAGVS LQELNPEMGT DNDSENWKEV HKMVVESAYE VIKLKGYTNW GGG EETTEE HHHH TTTTS SS SS THHH HHHHHHHTHH HHHHHSS H 251 AIGLSVADLI ESMLKNLSRI HPVSTMVKGM YGIENEVFLS LPCILNARGL HHHHHHHHHH HHHHTT EE EEEEEE TTT TT S EEE EEEEEETTEE 301 TSVINQKLKD DEVAQLKKSA DTLWDIQKDL KDL EE H HHHHHHHHHH HHHHHHHTT

29 Ο χάρτης επαφών δείχνει τα ζεύγη από α-άνθρακες που γειτνιάζουν λόγω της διπλωμένης δομής της πρωτεΐνης (οι α-άνθρακες είναι αριθμημένοι σύμφωνα με την αλληλουχία των αμινοξέων της πρωτεΐνης) Lactate Dehydrogenase. Αποστάσεις ανάμεσα σε α-άνθρακες 4, 8, 12, and 16 Å. Cantor & Schimmel 1980

30 Σύγκριση των διπλωμένων δομών των πρωτεϊνών chymotrypsin και elastase μέσω του χάρτη επαφών Ελαφρύ γκρίζο χρώμα: απόσταση ανάμεσα σε α-άνθρακες < 30Å, Σκούρο γκρίζο χρώμα: απόσταση ανάμεσα σε α-άνθρακες < 15Å, 39% των αμινοξέων είναι κοινά Creighton 1993

31 Η σημασία της αλληλουχίας των αμινοξέων στις πρωτεΐνες Αλληλουχία αμινοξέων είδος πρωτεΐνης (π.χ., cytochrome C, triose phosphate isomerase κλπ) Η αλληλουχία των αμινοξέων καθορίζει (σε μεγάλο βαθμό) την τρισδιάστατη δομή της πρωτεΐνης Η τρισδιάστατη δομή κάθε είδους πρωτεΐνης είναι συγκεκριμένη

32 Η δομή μίας πρωτεΐνης καθορίζει σε μεγάλοβαθμότηλειτουργία(βιολογική δράση) της πρωτεΐνης Δομή σημαίνει: είδη αμινοξέων, διάταξή τους στο χώρο

33 Οι πρωτεΐνες εκτελούν τις περισσότερες βιολογικές λειτουργίες π.χ Ενζυμική κατάλυση (επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων) Συνδιασμένη κίνηση (μύες) Μηχανική στήριξη Μεταφορά και αποθήκευση Ανοσολογική προφύλαξη Ρύθμιση της ανάπτυξης και της διαφοροποίησης Δημιουργία και μεταφορά νευρικών ώσεων κλπ, κλπ... Τα DNA και RNA είναι τα μόρια της κληρονομικότητας

34 Γενετικός κώδικας (DNA/RNA) μεταγραφήμετάφραση Αλληλουχία από αμινοξέα αναδίπλωση Δομή της πρωτεΐνης Σχέσεις δομήςλειτουργίας και δυναμικήςλειτουργίας Δυναμική (κίνηση) της πρωτεΐνης ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΡΑΣΗ (ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ) ΤΗΣ ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ

35 ΜΕΡΙΚΑ ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ Σχέση μοριακής δομής της πρωτεΐνης με τη λειτουργία της Πως η στερεοδιάταξη της πρωτεΐνης επηρεάζει τη λειτουργία της; Σχέση δυναμικής της πρωτεΐνης με τη λειτουργία της Πως η κίνηση της πρωτεΐνης επηρεάζει τη λειτουργία της; Το πρόβλημα της αναδίπλωσης Με ποιους φυσικούς μηχανισμούς η αλληλουχία των αμινοξέων σε μία πρωτεΐνη καθορίζει τη συγκεκριμένη τρισδιάστατη δομή της;

36 Μερικά στοιχεία για τις διπλωμένες δομές των πρωτεϊνών Το 75% του εσωτερικού όγκου μίας πρωτεΐνης αποτελείται από άτομα Υπάρχουν πολύ λίγα μόρια νερού στο εσωτερικό Τα αμινοξέα Asp, Glu, Lys and Arg αποτελούν κατά μέσο όρο το ~27% των αμινοξέων επιφάνειας και το ~4% των εσωτερικών αμινοξέων Τα αμινοξέα Val, Leu, Ile, Phe, Ala, Gly αποτελούν κατά μέσο όρο το ~63 % τωνεσωτερικώναμινοξέων Ενα αμινοξύ θεωρείται εσωτερικό εάν >95% από την επιφάνειά του δεν έρχεται σε επαφή με τον διαλύτη (συνήθως νερό)

37 Creighton 1993

Σχετικά έγγραφα

Βιοφυσική. ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 3 η Διάλεξη

Βιοφυσική. ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο ) 3 η Διάλεξη Βιοφυσική ΦΥΣ 415 Διδάσκων Σ. Σκούρτης (χειμερινό εξάμηνο 2009-10) 3 η Διάλεξη Από την προηγούμενη διάλεξη: Οι πρωτεΐνες εκτελούν τις περισσότερες βιολογικές λειτουργίες π.χ Ενζυμική κατάλυση (επιτάχυνση