chem. složení bb - proteiny Flashcards
(20 cards)
obecně, úvod
Proteiny se skládají z 20–23 proteinogenních aminokyselin
- Tvoří většinu suché hmotnosti buňky
- Proteiny jsou jednak stavebními kameny buňky, jednak obstarávají většinu buněčných
funkcí (např. enzymy, kanály a pumpy v membránách, přenašeče signálů, molekulové stroje
posouvající organely v cytoplazmě, dále jsou to protilátky, jedy, hormony, elastická vlákna
atd.)
- Podobně jako v základní chemii reaktivita molekuly je daná její strukturou, také u proteinů
jejich funkce (tedy chemická reaktivita s okolím) souvisí úzce a jednoznačně s jejich strukturou
– chemická struktura proteinu určuje jeho reaktivitu, a tedy i funkci
fce proteinů
- Katalytická (enzymy) např. pepsin, DNA-polymeráza, kinázy
- Strukturní např. kolagen, elastin, tubulin, aktin
- Transportní např. hemoglobin, přenašeče, pumpy, kanály
- Pohybová např. myosin, kinesin, dynein
- Zásobní např. ferritin, ovalbumin, kasein
- Signální např. inzulín, růstové faktory
- Receptorová např. rhodopsin, membránové receptory
- Regulační např. transkripční faktory
- Další funkce protimrazové proteiny ryb, zelený fluorescenční protein medúz, adhezní proteiny
mušlí atd.
AMINOKYSELINY
AMINOKYSELINY
- Základní stavební jednotky proteinů
- α-L-aminokyseliny
- Obsahují karboxylovou skupinu (-COOH) a aminoskupinu (-NH2 ) na uhlíku v pozici
- Proteinogenní aminokyseliny
o 21. aminokyselina: selenocystein (Sec) - nahrazuje Cys v lidském enzymu
glutathionperoxidáza
o 22. aminokyselina: pyrolysin (Pyl) – vyskytuje se zejména u prokaryot
o 23. aminokyselina: N-formylmethionin (fMet) – hraje roli při iniciaci prokaryotické
translace
PRIMÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
PRIMÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
- Proteiny vznikají spojováním aminokyselin prostřednictvím kovalentní vazby, tzv. peptidové
vazby (reakce – NH2 skupiny jedné aminokyseliny s – COOH skupinou druhé za uvolnění vody)
a jsou tedy tvořeny řadou aminokyselin
- Pořadí aminokyselin v proteinu se nazývá primární struktura a z ní vyplývá to, jak se protein
poskládá dále do vyšších struktur
- Primární struktura se skládá z polypeptidové kostry (opakující se řetěz peptidových vazeb) a z
postranních řetězců (ty jsou polární/nepolární, záporné/kladné atd.)
- Primární struktura proteinu odpovídá genetické informaci v nukleové kyselině
KONFORMACE MOLEKUL
KONFORMACE MOLEKUL
- Kolem otáčivých (tj. jednoduchých) chemických vazeb se mohou atomy různě otáčet a měnit
tak prostorové uspořádání molekuly, aniž by bylo změněno její chemické složení – těmto
změnám se říká změny konformace
- Primární struktura proteinů je určena sekvencí aminokyselin a definuje jejich chemické
složení, další strukturní uspořádání (sekundární, terciární) jsou takové konformace, které si
vynucují nekovalentní vazby (interakce) mezi různými částmi řetězce
NEKOVALENTNÍ VAZBY V PROTEINECH
NEKOVALENTNÍ VAZBY V PROTEINECH
- Některé rozpouštědla (např. močovina při vysoké koncentraci) přerušují nekovalentní vazby v
proteinu a tým rozplétá jeho přirozenou konformaci – denaturace
- Po odstranění močoviny se protein spontánně vrátí zpět do své původní konformace –
renaturace
- Důkaz o tom, že informace o trojrozměrné struktuře proteinu je obsažena v pořadí
aminokyselin
KONFORMACE PROTEINŮ V BUŇCE
KONFORMACE PROTEINŮ V BUŇCE
- V buňce bývá konformace proteinů udržována tzv. chaperony, které chrání (zejména nově
syntetizované proteiny) před nežádoucími interakcemi v přeplněné cytoplasmě
- Ačkoli mají proteiny přirozenou konformaci, danou pořadím aminokyselin, v buňce během
interakcí s jinými molekulami mohou svou konformaci měnit – tyto změny konformace mají
klíčový význam pro funkci proteinu (např. protein inhibují nebo aktivují)
- Příkladem může být funkce tzv. jaderných receptorů, které regulují transkripci na základě
vazby ligandu
- Klíčová změna konformace, která po navázání agonisty umožní vazbu koaktivátoru a následný
transport estrogenního receptoru do jádra, kde spouští přepis určitých genů po vazbě
antagonisty je konformace taková, že se koaktivátor vázat nemůže a přepis genů je utlumen
SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
- Dá se říci, že sekundární struktura proteinů vyplývá z takových nekovalentních interakcí,
které působí lokálně mezi sobě blízkými atomy
- Různé části nově syntetizovaného proteinu se nejčastěji složí do jedné ze dvou základních
struktur: α-šroubovice (α-helix) nebo β-struktury (struktura b-skládaného listu)
- Tyto dvě struktury jsou nejběžnější proto, že vycházejí z vodíkových můstků mezi skupinami
N-H a C=O obsaženými hojně v proteinech ve formě peptidové vazby
- antiparalelní β-list
- paralelní β-list
TERCIÁLNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
TERCIÁLNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
- Představuje trojrozměrnou konformaci polypeptidového řetězce
- Na rozdíl od sekundární struktury se terciární struktura proteinů vytváří nekovalentními
interakcemi mezi vzdálenými atomy tak, že se řetězec proteinu stočí a přiblíží prostorově
jinému, v pořadí aminokyselin i velmi vzdálenému místu
- Funkčními a strukturními jednotkami terciární struktury proteinu jsou tzv. proteinové domény
(50-350 AA), které v principu mohou existovat, vyvíjet se a fungovat bez ohledu na zbytek
proteinu
KVARTÉRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
KVARTÉRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ
- Protein může obsahovat různá místa (vazebná místa), kde se vážou nekovalentními vazbami
jiné (malé i velké) molekuly, např. jiné proteiny
- Jsou-li takto spojeny dva či více polypeptidových řetězců (proteinů) dohromady, mluvíme o
kvartérní struktuře proteinů (komplexu dvou či více proteinů)
- Každý polypeptidový řetězec (protein) v takové struktuře se nazývá podjednotkou
o Více podjednotek – dimery, trimery, tetramery…
o Stejné podjednotky – homodimery (např. AR-AR)
o Rozdílné podjednotky – heterodimery (např. TR-RXR)
GLOBULÁRNÍ A FIBRILÁRNÍ PROTEINY
GLOBULÁRNÍ A FIBRILÁRNÍ PROTEINY
- Proteiny se mohou skládat do kompaktního, kulovitého tvaru s nepravidelným povrchem –
globulární proteiny (většina enzymů) nebo do podélných vláken – fibrilární proteiny
- Fibrilární proteiny jsou součástí intermediárních filament cytoskeletu (keratin), jiné se často
nacházejí vně buňky v tzv. extracelulární matrix, která udržuje soudržnost buněk při vzniku
tkání – buňky je vylučují do okolí, kde se tyto proteiny spojují do listů nebo do vláken (kolagen,
elastin)
- Kolagen zodpovídá za pevnost a soudržnost, elastin zase svou pružností umožňuje kůži,
tepnám, plicím atd. změnu tvaru bez roztržení
KOVALENTNÍ ZESÍŤOVÁNÍ PROTEINŮ
KOVALENTNÍ ZESÍŤOVÁNÍ PROTEINŮ
- ačkoli drtivou většinu interakcí uvnitř konformace proteinu tvoří nekovalentní vazby, zejména v
případě extracelulárních proteinů můžeme najít i mnohem silnější, totiž kovalentní vazbu,
která stabilizuje konformaci proteinů (může spojovat i více proteinů v rámci kvartérní
struktury)
- Touto kovalentní vazbou jsou disulfidové můstky, které vznikají oxidací dvou –SH skupin za
vniku skupiny – S-S-
- Ke vzniku těchto vazeb dochází v endoplasmatickém retikulu – v cytoplazmě jsou samovolně
redukovány zpět na SH skupiny – stabilní jsou naopak mimo buňku
BÍLKOVINNÁ A NEBÍLKOVINNÁ ČÁST PROTEINŮ
BÍLKOVINNÁ A NEBÍLKOVINNÁ ČÁST PROTEINŮ
- Mnohé proteiny obsahují kromě řetězce aminokyselin, spojených peptidovými vazbami, i
nebílkovinnou část, která jim umožňuje vykonávat specifickou funkci (např. vázat kyslík a
transportovat ho do tkání pomocí hemu v proteinu hemoglobinu)
- V případě enzymů se nebílkovinná část proteinu nazývá kofaktor a bílkovinná složka
apoenzym
o Apoenzym s navázaným kofaktorem vytváří funkční enzym – holoenzym
o Kovalentně vázán kofaktor k apoenzymu – prostetická skupina, volně disociovatelný
kofaktor – koenzym
LIGAND A VAZEBNÉ MÍSTO
LIGAND A VAZEBNÉ MÍSTO
- Biologické vlastnosti molekuly proteinu závisí na její schopnosti fyzikální interakce s jinými
molekulami
- Konformace proteinů umožňuje vytvářet v proteinu tzv. vazebná místa, která připomínají
štěrbinu zámku, do něhož může padnout jen konkrétní klíč nebo několik málo klíčů a těmto
„klíčům“ se obecně říká ligandy
- Vazba ligandu do vazebného místa je vysoce specifická a je zprostředkována nekovalentními
interakcemi (vodíkové můstky, elektrostatické interakce, van der Waalsovy síly, hydrofobní
interakce)
- Pevnost vazby ligandu ve vazebném místě určuje – jako u každé chemické reakce –
rovnovážná konstanta
ENZYMY A AKTIVNÍ MÍSTO
ENZYMY A AKTIVNÍ MÍSTO
- v případě enzymů se vazebné místo pro jejich substrát (čili molekulu, kterou zpracovávají v
katalyzované chemické reakci) nazývá aktivní místo – nejde tu totiž jenom o vazbu, ale i o
následnou intervenci enzymu, která snižuje aktivační energii a umožňuje průběh reakce
ÚČINNOST ENZYMŮ
ÚČINNOST ENZYMŮ
- Když zvyšujeme koncentraci substrátu, dojdeme do stavu, kdy všechny molekuly enzymu
jsou obsazeny substrátem a rychlost přeměny je maximální (vmax) * koncentrace substrátu
nutná k tomu, aby enzym pracoval poloviční rychlostí (vmax/2) je Michaelisova konstanta (K m)
a charakterizuje vazbu enzym-substrát (čím nižší K m, tím větší afinita substrátu k enzymu a
tím pevnější vazba mezi nimi)
REGULACE KATALYTICKÉ AKTIVITY ENZYMŮ
REGULACE KATALYTICKÉ AKTIVITY ENZYMŮ
- Aktivita enzymů bývá regulována, a to buď kladně (zvyšuje se) nebo záporně (snižuje se) a
může být realizována na mnoha úrovních (genová exprese, kompartmentace souborů enzymů,
vazba regulačních molekul na enzym)
o Př. kladné regulace může být situace, ve které produkt enzymatické aktivity, vznikající
na jednom místě metabolismu, aktivuje tentýž enzym v jiné metabolické dráze
14
o Př. záporné regulace je tzv. zpětnovazebná inhibice, u které se produkt reakce
katalyzované daným enzymem váže na tento enzym a zpomaluje či zcela zastavuje
jeho činnost
ALLOSTERICKÉ ENZYMY
ALLOSTERICKÉ ENZYMY
- Schopnost enzymů (proteinů) nabývat dvou různých konformací, jejichž aktivita se liší, se
nazývá allosterie (allosterické proteiny jsou takové proteiny – a jsou to téměř všechny proteiny
– které mají více stabilních konformací s různou aktivitou, přepínáním konformací pak lze
regulovat funkci těchto proteinů)
- Předpokladem je, že na povrchu enzymu se musí nacházet mimo aktivního místa (do něhož se
váže substrát) i jiné vazebné místo, do něhož se váže regulační molekula, následkem čeho
zpravidla dochází ke konformační změně enzymu
- Typickým příkladem „přepnutí“ mezi konformacemi je fosforylace proteinů
HLAVNÍ SKUPINY ENZYMŮ
HLAVNÍ SKUPINY ENZYMŮ
- Oxidoreduktázy, transferázy, hydrolázy, lyázy, izomerázy, ligázy, translokázy
MOTOROVÉ PROTEINY A PROTEINOVÉ ZDROJE
MOTOROVÉ PROTEINY A PROTEINOVÉ ZDROJE
- Motorové proteiny využívají konformační změny k tomu, aby pohybovaly jinými molekulami
- Aby pohyb probíhal jenom v jednom směru, je třeba zajistit, aby alespoň jedna z
konformačních změn byla nevratná (třeba spojená s hydrolýzou ATP – krok „zpátky“ by
vyžadoval syntézu ATP a tedy dodání energie, což nejde „samo“)
- Proteiny spolu často vytvářejí velké komplexy, takto spolupracující soustava proteinů na
konkrétním úkolu se nazývá proteinový stroj (takové „stroje“ obsluhují všechny komplexní
děje v buňce jako je např. replikace DNA, syntéza a degradace proteinů atd.)
