Struktura i funkcja białek (I mgr)



Podobne dokumenty
Przegląd budowy i funkcji białek

Chemiczne składniki komórek

Budowa aminokwasów i białek

Informacje. W sprawach organizacyjnych Slajdy z wykładów

Bioinformatyka. z sylabusu... (wykład monograficzny) wykład 1. E. Banachowicz. Wykład monograficzny Bioinformatyka.

Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

Bioinformatyka wykład 9

4.1 Hierarchiczna budowa białek

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU KSZTAŁT BIAŁEK.

Bioinformatyka. z sylabusu...

Aminokwasy, peptydy i białka. Związki wielofunkcyjne

Oddziaływanie leków z celami molekularnymi i projektowanie leków

Slajd 1. Slajd 2. Proteiny. Peptydy i białka są polimerami aminokwasów połączonych wiązaniem amidowym (peptydowym) Kwas α-aminokarboksylowy aminokwas

Białka - liniowe kopolimery. złożone z aminokwasów. Liczba rodzajów białek - nieznana

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Chemiczne składniki komórek

Elementy bioinformatyki. Aminokwasy, białka, receptory. Andrzej Bąk Instytut Chemii UŚ chemoinformatyka wykład 1

Generator testów bioinformatyka wer / Strona: 1

2. Produkty żywnościowe zawierające białka Mięso, nabiał (mleko, twarogi, sery), jaja, fasola, bób (rośliny strączkowe)

21. Wstęp do chemii a-aminokwasów

Translacja i proteom komórki

Bioinformatyka II Modelowanie struktury białek

Komputerowe wspomaganie projektowania leków

Bioinformatyka wykład 8

Podstawy projektowania leków wykład 12

Motywy pakowania struktur helikalnych. ridges and grooves

Ogólna budowa aminokwasów

WYKŁAD 4: MOLEKULARNE MECHANIZMY BIOSYNTEZY BIAŁEK. Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

46 i 47. Wstęp do chemii -aminokwasów

Struktura biomakromolekuł chemia biologiczna III rok

Biomolekuły (3) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. piątek, 7 listopada 2014 Biofizyka

Oddziaływanie leków z celami molekularnymi i projektowanie leków

Bioinformatyka II Modelowanie struktury białek

protos (gr.) pierwszy protein/proteins (ang.)

Modelowanie białek ab initio / de novo

Badanie oddziaływania polihistydynowych cyklopeptydów z jonami Cu 2+ i Zn 2+ w aspekcie projektowania mimetyków SOD

Właściwości fizykochemiczne białek

Właściwości aminokwasów i białek

Przegląd budowy i funkcji białek - od enzymów do prionów -

Wykład 14 Biosynteza białek

Budowa i funkcje białek

spektroskopia elektronowa (UV-vis)

Atomy wieloelektronowe

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Wykład z Chemii Ogólnej

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

Structure and Charge Density Studies of Pharmaceutical Substances in the Solid State

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

Modelowanie białek ab initio / de novo

Dokowanie molekularne. Andrzej Bąk Instytut Chemii UŚ chemoinformatyka wykład 1

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

AMINOKWASY. I. Wprowadzenie teoretyczne. Aminokwasy są to związki, które w łańcuchu węglowym zawierają zarówno grupę aminową jak i grupę karboksylową.

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Dokowanie molekularne. Karol Kamel Uniwersytet Warszawski

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Warszawa, 25 sierpnia 2016

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

QSAR i związki z innymi metodami. Karol Kamel Uniwersytet Warszawski

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

Modelowanie białek ab initio / de novo

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

The influence of N-methylation on conformational properties of peptides with Aib residue. Roksana Wałęsa, Aneta Buczek, Małgorzata Broda

Geometria wiązania hemu w oksymioglobinie

Badanie dynamiki białek jądrowych w żywych komórkach metodą mikroskopii konfokalnej

Orbitale typu σ i typu π

Znamy tylko kilka typów monomerów, ale z nich powstają miliony. Poza wodą, biomolekuły dzielimy na cztery klasy:

M. Cieplak i A. Sienkiewicz, Białka, artykuł w Encyklopedii Fizyki Współczesnej, Wydawnictwo PWN SA, Warszawa 2004, publikacja dostępna na stronach:

Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

KARTA PRACY DO ZADANIA 1. Pomiar widma aminokwasu na spektrometrze FTIR, model 6700.

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas II LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Wykład 3. Makrocząsteczki w roztworze i w stanie skondensowanym.

Zasady obsadzania poziomów

Wykład 2. Kinetyka reakcji enzymatycznych.

Elementy teorii powierzchni metali

Elementy chemii organicznej

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Wiązania kowalencyjne

Budowa aminokwasów i białek

Wykład 11 Równowaga kwasowo-zasadowa

Wykład 5 XII 2018 Żywienie

Metody fosforylacji. Schemat 1. Powstawanie trifosforanu nukleozydu

Spis treści. Przedmowa... XI. Wprowadzenie i biologiczne bazy danych. 1 Wprowadzenie Wprowadzenie do biologicznych baz danych...

Wydział Chemiczny Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław. Prof. dr hab. Ilona Turowska-Tyrk Wrocław, r.

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Enzymy katalizatory biologiczne

Reakcje charakterystyczne aminokwasów

Ćwiczenie 6 Aminokwasy

Spis treści. CZĘŚĆ I: Budowa i funkcja białek. CZĘŚĆ II: Bioenergetyka i metabolizm weglowodanów. CZĘŚĆ IV: Metabolizm azotu

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Scenariusz lekcji chemii w klasie III gimnazjum. Temat lekcji: Białka skład pierwiastkowy, budowa, właściwości i reakcje charakterystyczne

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

SPECJALNE TECHNIKI ROZDZIELANIA W BIOTECHNOLOGII. Laboratorium nr1 CHROMATOGRAFIA ODDZIAŁYWAŃ HYDROFOBOWYCH

CHARAKTERYSTYKA KARBOKSYLANÓW

pobrano z

Transkrypt:

Struktura i funkcja białek (I mgr) Dr Filip Jeleń fj@protein.pl http://www.protein.pl/ Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer Biochemia Carl Branden, John Tooze Introduction to Protein Structure

Białka stanowią aż 75% suchej masy tkanek miękkich naszego ciała z gr. proteios - pierwszorzędny, o największym znaczeniu białka są polimerami zbudowanymi z zestawu 20 różnych aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi -> już dla 100aa białka liczba możliwych sekwencji aminokwasowych (20 100 ) przekracza 10 130

Białka znaczne zróżnicowanie właściwości fizykochemicznych poszczególnych reszt aminokwasowych umożliwia tworzenie przez łańcuchy białkowe bardzo różnorodnych struktur trójwymiarowych odznaczających się często dużym stopniem komplikacji pozwala to na pełnienie przez białka tak wielu różnych funkcji różnorodność białek jest widoczna już w ich rozmiarach znane są białka o masach od tysiąca do ponad miliona Da

Białka są najbardziej różnorodnymi i wielofunkcyjnymi cząsteczkami występującymi w komórce Wiązanie - różnorodność rozpoznawanych cząsteczek; komplementarność kształtu i oddziaływań polarnych Kataliza - przyspieszanie reakcji do 17 rzędów wielkości, odpowiednie ułożenie grup reaktywnych, stabilizacja stanu przejściowego, kataliza kwasowo-zasadowa

Molekularny przełącznik - zmiana konformacyjna pod wpływem ph lub wiązania liganda przełącza funkcję Białka strukturalne - specyficzna asocjacja podjednostek i białek pozwala na spontaniczne powstawanie nawet bardzo złożonych struktur

Wyróżniamy cztery poziomy organizacji struktury białek

Od właściwości łańcuchów bocznych zależy wkład różnych reszt aminokwasowych w zwijanie i funkcje białek w ph 7 końcowe grupy łańcucha polipeptydowego (aminowa i karboksylowa) są zjonizowane -zaangażowane tylko w oddziaływania van der Waalsa -unikanie wody i pakowanie się na siebie jest podstawą efektu hydrofobowego -Ala i Leu faworyzują powstawanie helisy w przeciwieństwie do proliny -aromatyczny pierścień Phe czasami uczestniczy w słabych polarnych oddziaływaniach

-mogą tworzyć wiązania wodorowe między sobą, z łańcuchem głównym i innymi cząsteczkami polarnymi (m.in. z wodą) -niektóre dysponują ładunkiem (w zależności od ph i otoczenia)

- aa hydrofilowe tworzą wiązania wodorowe ze sobą, z łańcuchem głównym, z polarnymi związkami organicznymi i z wodą - Glu i Asp pk a 5 (ujemnie naładowane w ph 7), ale w otoczeniu hydrofobowym pk a może wzrosnąć powyżej 7 i wtedy służą jako donory protonu - Lys pk a 10 (w ph 7 dodatnio naładowana), ale w otoczeniu hydrofobowym może spaść poniżej 6 i wtedy Lys staje się akceptorem protonu

- His ma dwie grupy N-H, każda o pk a około 6 -- gdy jedna traci proton, pk a drugiej staje się >10 -- gdy obie są uprotonowane His jest ujemnie naładowana (bardzo rzadko) -- gdy jedna jest uprotonowana, His jest neutralna i zdolna do przyjęcia bądź oddania protonu - Arg jest prawie zawsze uprotonowana - Grupa SH cysteiny jest najsilniejszym nukleofilem

- Ser, Thr, Gln i Asn są akceptorami i donorami protonu -- aa amfipatyczne najczęściej uczestniczą w tworzeniu interfejsów między elementami hydrofobowymi a polarnymi - Tyr zwykle nie jonizuje w ph 7 (pk a =9). Grupa OH jest donorem i akceptorem wiązania wodorowego, a aromatyczny pierścień Tyr uczestniczy w słabych oddziaływaniach polarnych - Met jest najmniej polarna z grupy aa amfipatycznych, ale jej siarka często uczestniczy w oddziaływaniach z jonami metali

Sposób organizacji kodu genetycznego odzwierciedla wzajemne podobieństwa aminokwasów Więcej białek niż genów u Eukariontów: -alternatywny splicing -editing RNA

Częstość podstawień aminokwasowych w tym samym białku pochodzącym z różnych organizmów conservative substitutions

Tworzenie i hydroliza wiązania peptydowego Wiązanie kowalencyjne tworzone pomiędzy kwasem karboksylowym i grupą aminową dwóch α-aminokwasów z uwolnieniem jednej cząsteczki wody. Wiązania amidowe są bardzo stabilne w środowisku wodnym w ph bliskim 7. W komórce tworzenie i hydroliza wiązań peptydowych kontrolowane są enzymatycznie.

Rozciągnięty łańcuch polipeptydowy Rezonans delokalizacja elektronów w obrębie wiązania peptydowego powoduje: -częściowy charakter wiązania podwójnego (CNO w jednej płaszczyźnie, ograniczona możliwość rotacji i konformacji; podwyższona stabilność) -polarność wiązania peptydowego, moment dipolowy (możliwe oddziaływania)

Oddziaływania stabilizujące białko oddziaływania z wodą lub za jej pośrednictwem C=O i N-H we wnętrzu białka nie mogą tworzyć wiązań wodorowych z cząsteczkami wody, więc tworzą je między sobą prowadząc do powstania struktur II rzędowych i stabilizacji struktury

Wykres Ramachandrana Prawie we wszystkich białkach łańcuch główny przyjmuje taką konformację, w której kąty torsyjne phi i psi powtarzają się, tworząc regularne wzory elementy struktury drugorzędowej Ograniczenia steryczne określają możliwe typy struktury drugorzędowej

Zgięcie beta (beta/hairpin/reverse turn) najprostszy element struktury II-rzędowej -NH -O n+3 (n+2) Część grup C=O i N-H nie tworzy HB w obrębie łańcucha, dlatego zgięcia występują najczęściej na powierzchni cząsteczki białka gdzie tworzą HB z wodą Obecność zgięć beta pozwala ograniczyć rozmiary białka i nadać mu bardziej zwartą strukturę

Helisa alfa najpopularniejsza struktura II-rzędowa 3.6 reszty na skręt wiązania wodorowe pomiędzy C=O i N-H znajdującymi się blisko siebie w sekwencji n+4

Parametry elementów helikalnych n+4 n+3 n+5

Amfipatyczność helis alfa -łańcuchy boczne wystają co 100 o -reszty oddalone od siebie o 3-4 aminokwasy grupują się po tej samej stronie helisy -helisy amfipatyczne stabilizują pakowanie helisa-helisa i często występują na powierzchni białka

Helisy zawierające reszty proliny Struktura kolagenu helisa lewoskrętna (Gly-X-Y)n gdzie X, Y to Pro, Pro-OH lub (rzadziej) Lys Helisy poliprolinowe wszystkie proliny w formie trans tworzą lewoskrętną helisę (3 reszty na skręt); motyw w białkach sygnalnych rozpoznawany przez domeny SH3

Struktury beta bardziej stabilna nie są eksponowane do rozpuszczalnika, najczęściej przeplatane helisami Silnie rozciągnięty, zwykle lekko skręcony łańcuch polipeptydowy odległość między resztami 3,3 Å Możliwość utworzenia struktury amfipatycznej

Kompleks Rap Raf pakowanie helisy na równoległe włókno beta międzycząsteczkowa struktura beta jako interfejs oddziaływania białko-białko

Baryłka beta ( -barrel) -włókna beta, ze względu na konfiguracje L aminokwasów, mają tendencję do prawoskrętu -aminokwasy rozgałęzione na węglu beta (Val, Ile) łatwo akomodują się w strukturze beta (w porównaniu z gęsto upakowaną helisą) białko wiążące retinol z niepolarnym ligandem związanym we wnętrzu baryłki

Przewidywanie struktury drugorzędowej - trafność przewidywań zaledwie ok. 70% - najłatwiej określić położenie helis (tworzone dzięki oddziaływaniom reszt sąsiadujących ze sobą w sekwencji) - najtrudniej przewidzieć granice pętli i miejsca zgięć

Tworzenie struktury trzeciorzędowej Intermediaty zwijania (barnaza)

Efekt hydrofobowy -minimalizacja powierzchni hydrofobowej dostępnej dla rozpuszczalnika -zbliżenie polaryzowalnych grup hydrofobowych umożliwia powstanie między nimi oddziaływań van der Waalsa -tym samym wciągniecie polarnych grup C=O i N-H łańcucha głównego staje się siłą sprawczą powstania struktur drugorzędowych

Porównanie struktur TIM (izomerazy triozofosforanowej) i DHFR (reduktazy kw. dihydrofoliowego) -podobne elementy struktury drugorzędowej mogą tworzyć białka o całkiem różnych strukturach III -wynika to ze sposobu łączenia elementów - występowania pętli lub zgięć

Pętle -pętle w białkach zwykle ulokowane są na powierzchni, eksponowane do rozpuszczalnika -ponieważ ich wkład w stabilizację struktury białka jest niewielki, w obrębie pętli łatwiej tolerowane są mutacje -dzięki temu pętle łatwo dostosowują się do powierzchni ligandów i często tworzą interfejsy oddziaływań białko-białko

Pierwsza powłoka hydratacyjna elastazy -cząsteczki wody ściśle związane z białkiem stanowią część jego struktury

Wnętrze zwiniętego białka - atomy we wnętrzu są upakowane prawie jak w ciele stałym -kanały i szczeliny pozwalają jednak na ruch atomów i zapewniają elastyczność -jeśli w rdzeniu znajdują się większe przestrzenie, to wypełnione są cząsteczkami wody, które mogą oddziaływać z okolicznymi grupami polarnymi