Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν σε όλες τις κυτταρικές λειτουργίες
Γένωμα vs Πρωτέωμα Όλη η αλληλουχία βάσεων στο DNA Τι είναι δυνατόν Συγκεκριμένο Στατικό Οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από το γένωμα Τι είναι λειτουργικά παρόν Ποικίλλει αναλόγως τύπου κυττάρου, σταδίου ανάπτυξης, συνθηκών στο περιβάλλον Δυναμικό Γ-2
Στα ευκαρυωτικά οι πρωτεΐνες είναι περισσότερες από τα γονιδια Β-3
H δομή των πρωτεϊνών καθορίζει τη λειτουργία τους Β-4
Η ιεραρχία στην πρωτεϊνική δομή Πρωτοταγής Δευτεροταγής Τριτοταγής Τεταρτοταγής Β-5
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι αναπαράστασης μορίων ανάλογα με το χαρακτηριστικό που ενδιαφέρει περισσότερο Χωροπληρωτική αναπαράσταση Συντακτικοί τύποι Ball-and-stick Β-6
Διάγραμμα ταινίας Αναπαράσταση επιφάνειας Β-7
Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα-οπτικά ισομερή Β-8
Β-9
Τιτλοδότηση α-καρβοξυλίου και α-αμινομάδας αμινοξέων pi: ph όπου το συνολικό φορτίο είναι μηδενικό Β-10
Aμινοξέα με μη πολικές πλευρικές ομάδες Β-11
Αμινοξέα με πολικές μη φορτισμένες πλευρικές ομάδες Β-12
Αμινοξέα με βασικές πλευρικές ομάδες Β-13
Αμινοξέα με όξινες πλευρικές ομάδες Β-14
ε Η Tyr και η Trp απορροφούν στα 280nm-έτσι μετράται η συγκέντρωση πρωτεϊνικών διαλυμάτων Β-15
Η προλίνη είναι ιμινοξύ Β-16
Η κυστεΐνη είναι σουλφυδρυλικό αμινοξύ Β-17
Β-18
Μερικά αμινοξέα είναι πιο «ογκώδη» από άλλα με μεγαλύτερες ακτίνες van der Waals Bασικό χαρακτηριστικό που συχνά καθορίζει πόσο συμπαγής είναι μια πρωτεΐνη Gly Trp Β-19
Κάποια αμινοξέα τροποποιούνται χημικά μετά τη μετάφρασημετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις αμινοξέων-παίζουν ρυθμιστικό ρόλο σε πολλές κυτταρικές διαδικασίες Β-20
Πολλαπλές μορφές μεθυλίωσης Lys, Arg Β-21
Ser, Thr, Tyr φωσφορυλιώνονται Β-22
Οι πρωτεΐνες είναι γραμμικά πολυμερή Η υδρόλυση του πεπτιδικού δεσμού είναι αυθόρμητη διαδικασία, αλλά... η κινητική της πολύ βραδεία >1000 χρόνια Β-23
Η πολυπεπτιδική αλυσίδα έχει συγκεκριμένη φορά Β-24
Πολυπεπτιδική αλυσίδα: Ομοειδείς ομάδες στον κορμό και μεταβλητές πλευρικές αλυσίδες, τα χαρακτηριστικά των οποίων καθορίζουν τις φυσικοχημικές ιδιότητες (π.χ. pi) και τη λειτουργικότητα των πρωτεϊνών Β-25
Η πολυπεπτιδική αλυσίδα συχνά περιέχει δισουλφιδικές γέφυρες Β-26
Ο πρώτος προσδιορισμός πρωτοταγούς δομής πρωτεΐνης: Bovine insulin - Sanger, 1953 Β-27
Διαστάσεις πεπτιδικού δεσμού Λόγω δομών συντονισμού Β-28
Ο πεπτιδικός δεσμός ορίζει ένα επίπεδο Ca, C, O, N, H στο ίδιο επίπεδο Β-29
Ο πεπτιδικός δεσμός έχει trans διάταξη (Cα διαδοχικών αμινοξέων σε αντίθετες πλευρές του πεπτιδικού δεσμού) λόγω στερεοχημικής παρεμπόδισης με ελάχιστες εξαιρέσεις Cα Cα Cα Cα Β-30
Συνοπτικά, ο πεπτιδικός δεσμός: Είναι συνήθως trans Έχει εν μέρει (40%) χαρακτήρα διπλού δεσμού Έχει μήκος 0.133 nm βραχύτερος από απλό δεσμό, μακρύτερος από διπλό δεσμό Λόγω του χαρακτήρα διπλού δεσμού, τα 6 άτομα που συμμετέχουν στη δημιουργία του πεπτιδικού δεσμού βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο! Το N φέρει μερικό θετικό φορτίο- το O μερικά αρνητικό, άρα είναι πολικός-όχι φορτισμένος Β-31
Οι πρωτεΐνες «αναπνέουν» Β-32
Οι Pauling και Corey ασχολήθηκαν με δομές στις οποίες η στερεοδιάταξη του C α είναι η ίδια και σχηματίζονται ισχυροί δεσμοί υδρογόνου
Δευτεροταγής δομή πρωτεϊνών Η δευτεροταγής δομή αναφέρεται στην τοπική διαμόρφωση τμήματος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας που σχηματίζεται από υδρογονοδεσμούς μεταξύ ατόμων του πολυπεπτιδικού σκελετού (C=O και N-H) Δύο βασικοί τύποι δευτεροταγούς δομής : α-έλικα (α-helix) β-πτυχωτή επιφάνεια ή β-πτυχωτό φύλλο (βpleated sheet) Β-34
α-έλικα (3.6 13 ) Προτάθηκε από Pauling (Βραβείο Nobel 1954) Β-35
Υδρογονοδεσμοί στην α-έλικα Υδρογονοδεσμός μεταξύ C=O του αμινοξέος i και N-H του i+4 Β-36
Οι πλευρικές αλυσιδες στην α-έλικα: Στρέφονται προς το εξωτερικό της α-έλικας, γειτονεύουν ανά 3 ή 4 αμινοξέα και μπορεί να απωθούνται ή να οδηγούν σε στερεοχημική παρεμπόδιση Julie Newdoll "Rise of the Alpha Helix" (2003) Β-37
Η Pro βρίσκεται στα άκρα της α-έλικας και/ή εισάγει σημεία καμπής στην α-έλικα Β-38
Δευτεροταγής δομή: β-πτυχωτά φύλλα Οι υδρογονοδεσμοί αναπτύσσονται μεταξύ C=O και N-H που δεν είναι γειτονικά και μπορεί να απέχουν πολύ στην αλληλουχία ή και να είναι σε διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες Β-39
Τα β-πτυχωτά φύλλα αποτελούνται από β-κλώνους β-κλώνος C N β-πτυχωτό φύλλο Β-40
Αντιπαράλληλο β-πτυχωτό φύλλο (συνηθέστερο) 100 99 98 97 96 C N N 10 11 12 13 14 C Οι υδρογονοδεσμοί αναπτύσσονται μεταξύ C=O και N-H που δεν είναι γειτονικά και μπορεί να απέχουν πολύ στην αλληλουχία ή και να είναι σε διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες
Παράλληλο β-πτυχωτό φύλλο 96 97 98 99 100 Ν N C C N Ν C C 10 11 12 13 14 Β-42
Μεικτό β-πτυχωτό φύλλο N C N C C N Β-43
Οι πλευρικές αλυσιδες προβάλλουν πάνω και κάτω εναλλάξ από το επίπεδο του β-φύλλου Β-44
β-στροφές ή θηλειές αλλάζουν την κατεύθυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας και συνδέουν α-έλικες ή β-κλώνους ή α-έλικα με β-κλώνο Σχεδόν 30% κατά μέσο όρο των αμινοξέων βρίσκονται σε β- στροφές Pro και Gly κυριαρχούν στις β- στροφές Β-45
Οι θηλειές (β-στροφές, βρόχοι) στην επιφάνεια των πρωτεϊνών διαμεσολαβούν αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια Β-46
Η α-έλικα είναι η συμπαγέστερη μορφή δευτεροταγούς δομής Στην α-έλικα 3.6 αα/στροφή Απόσταση μεταξύ διαδοχικών αμινοξέων 0.15nm κατά μήκος του άξονα της α-έλικας Βήμα της α-έλικας 0.54nm Σε αντιπαράλληλο β-φύλλο Απόσταση μεταξύ γειτονικών αμινοξέων 0.34nm 2 αα/στροφή Σε παράλληλο β-φύλλο Απόσταση μεταξύ διαδοχικών αμινοξέων 0.32nm 2 αα/στροφή Β-47
Tριτοταγής δομή Στο σχηματισμό της τριτοταγούς δομής βασικό ρόλο (επιπλέον των υδρογονοδεσμών που καθορίζουν τη δευτεροταγή δομή) παίζουν οι μεγάλου βεληνεκούς αλληλεπιδράσεις μεταξύ πλευρικών ομάδων γειτονικών και απομακρυσμένων στην αμινοξική αλληλουχία αμινοξέων Β-48
Γλουταμικό Ασπαρτικό Ισολευκίνη Πολυπεπτιδικός κορμός Λευκίνη Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Σερίνη Υδρογονοδεσμός Λυσίνη Ιοντικός δεσμός Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε αμινοξέα με μη πολικές πλευρικές ομάδες Αλληλεπιδράσεις πλευρικών ομάδων αμινοξέων μέσω δεσμών υδρογόνου και ιοντικών δεσμών (γέφυρες άλατος) Β-49
Ανάλογα με το ποσοστό δευτεροταγούς δομής, οι πρωτεΐνες κατατάσσονται σε 5 κατηγορίες α (πρωτεΐνες στις οποίες κυριαρχούν α-έλικες) β (πρωτεΐνες στις οποίες κυριαρχούν β-επιφάνειες) α/β (πρωτεΐνες στις οποίες οι α-έλικες εναλλάσσονται κανονικά με β-κλώνους) α+β (πρωτεΐνες στις οποίες α-έλικες και β-κλώνοι δεν εμφανίζονται με κανονική εναλλαγή) c (πρωτεΐνες που δεν εμφανίζουν κανονική δευτεροταγή δομή) Β-50
Η φερριτίνη, αποθήκη σιδήρου, αποτελείται από α-έλικεςα-πρωτεΐνη Β-51
Η flavodoxin είναι α/β πρωτεΐνη
Μια πρωτεΐνη πρόσδεσης λιπαρών οξών πλούσια σε β- πτυχωτά φύλλα - α+β Β-53
Οι πρωτεΐνες έχουν πλαστικότητα και συχνά υφίστανται διαμορφωτικές μετατροπές Σίδηρος Β-54
Τεταρτοταγής δομή Οι πρωτεΐνες μπορεί να περιέχουν περισσότερες από μια πολυπεπτιδικές αλυσίδες (υπομονάδες) Μια πολυπεπτιδική αλυσίδα μονομερής πρωτεΐνη Περισσότερες από μια πολυπεπτιδικές αλυσίδες (υπομονάδες) πολυμερής πρωτεΐνη Ομοπολυμερής 2 ή περισσότερα αντίτυπα της ίδιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας Ετεροπολυμερής 2 ή περισσότερα είδη πολυπεπτιδικής αλυσίδας Β-55
Θερμοδυναμική βάση σχηματισμού τεταρτοταγούς δομής Για το σχηματισμό τεταρτοταγούς δομής η ενέργεια αλληλεπίδρασης 50-100 kj/mole σε 37 o C Ο σχηματισμός πολυμερούς δεν ευνοείται από την εντροπία που μειώνεται, αλλά τον ευνοούν Συχνότερα η απόκρυψη από το διαλύτη υδρόφοβων ομάδων (υδροφοβικό φαινόμενο) Ο σχηματισμός σπανιότερα ιοντικών δεσμών Β-56
Τι λειτουργικά και δομικά πλεονεκτήματα έχει η δημιουργία τεταρτοταγούς δομής; Σταθεροποίηση λόγω μείωσης του λόγου επιφάνειας προς όγκο Γενετική οικονομία και αποτελεσματικότητα Προσέγγιση καταλυτικών περιοχών Β-57
Tο τετραμερές της αιμοσφαιρίνης α 2 β 2 Β-58
Η πρωτεΐνη Cro είναι ομοδιμερής Β-59
Υπερδευτεροταγής δομή: Επίπεδo οργάνωσης μεταξύ δευτεροταγούς και τριτοταγούς δομής Πολλά τμήματα πρωτεϊνών με ιδιότυπη, σταθερή δομή και συχνά και λειτουργία χαρακτηρίζονται σαν πρωτεϊνικά μοτίβα και κατατάσσονται σε ένα επίπεδο οργάνωσης μεταξύ της δευτεροταγούς και της τριτοταγούς δομής Το πρωτεϊνικό μοτίβο υπερδευτεροταγούς δομής προκύπτει από συνδυασμό δευτεροταγών δομικών μονάδων Β-60
Συνδυασμοί στοιχείων δευτεροταγους δομής συνιστούν πρωτεϊνικά τμήματα-μοτίβα με συγκεκριμένη λειτουργία Το μοτίβο έλικας-θηλειάς-έλικας (Helix-loop-helix)-συχνά προσδένει DNA Β-61
Το μοτίβο EF hand προσδένει Ca +2 Β-62
Συστραμμένο σπειραμα (coiled coil): Υπερέλικα από 2 ή περισσότερες α-ελικες που διπλώνονται η μία γύρω από την άλλη Συστραμμένο σπειραμα: Υπερέλικα από 2 ή περισσότερες α- ελικες που διπλώνονται η μία γύρω από την άλλη Β-63
Υπερέλικα από 3 α-ελικες Το βήμα κλειδί στην είσοδο του ιού στο ανθρώπινο κύτταρο είναι η αποκάλυψη μιας τριμερούς παράλληλης υπερέλικας, γνωστής ως gp41. Κατόπιν μετατρέπεται σε εξαμερές.
Οι πρωτεΐνες έχουν μεγέθη και σχήματα που ποικίλλουν Β-65