F4 Flashcards
(18 cards)
Kunna redogöra för drivkrafterna för att protein veckar sig till tredimensionella strukturer.
Hydrofoba effekten
- Icke-polära sidokedjor undviker vatten och packas inåt i proteinets kärna.
- Detta minimerar den totala fria energin genom att öka entropin hos det omgivande vattnet.
Vätebindningar
- Stabiliserar sekundärstruktur (t.ex. α-helix, β-flak).
- Bidrar även till tertiärstrukturen genom interaktioner mellan sidokedjor och ryggrad.
Elektrostatiska interaktioner (jonbindningar)
- Mellan laddade sidokedjor (t.ex. lysin och glutamat).
- Stabiliserar veckade strukturer, särskilt i inre miljöer med låg dielektricitet.
Van der Waals-krafter
- Svaga, men många i antal mellan tätt packade atomer.
- Viktiga för tät packning i proteinets kärna.
Disulfidbryggor (kovalenta bindningar mellan cystein)
- Ger extra stabilitet, särskilt i extracellulära proteiner.
- Påverkar proteinets tertiär- och kvartärstruktur.
Konformationsentropi
- Veckning innebär minskad entropi hos polypeptidkedjan, vilket motverkas av andra gynnsamma entalpibidrag.
- Nettoveckning sker när den totala fria energin (ΔG) minskar.
Kunna redogöra för varför det inte är fri rotation i peptidbindningen och rita upp resonansformer.
Peptidbindningen har partiell dubbelbindningskaraktär
- Orsak: Resonans mellan karbonylgruppen (C=O) och amidkvävet (N–H).
- Elektronpar delokaliseras över C–N och C=O.
Plan struktur
- Sex atomer (Cα–C–N–Cα och deras bundna O & H) ligger i samma plan.
- Rotation kring C–N-axeln är starkt begränsad.
Styvhet i strukturen
- Den partiella dubbelbindningen gör bindningen kortare och starkare än en enkelbindning.
- Rotation skulle bryta resonansstrukturen, vilket är ogynnsamt energimässigt.
Konsekvens
- Begränsar proteinets möjliga konformationer.
- Dihedriska vinklar (φ och ψ) kring Cα-atomen är istället de som ger flexibilitet i ryggraden.
Resonansform 1 (dominerande):
O
||
–C–N–H
Resonansform 2 (resonanshybrid):
O⁻ +
| |
–C–N=H
Kunna redovisa vilka bindningar i ryggraden som kan rotera och namnet på dessa dihedriska vinklar.
✅ φ (phi)
- Rotation kring bindningen N—Cα
- Möjliga värden: –180° till +180°
✅ ψ (psi)
- Rotation kring bindningen Cα—C
- Möjliga värden: –180° till +180°
🚫 ω (omega)
- Bindningen C—N i peptidbindningen
- Har partiell dubbelbindningskaraktär, så rotation är begränsad eller blockerad
- Värden: oftast ±180° (trans-konfiguration), ibland 0° (cis, mycket ovanlig)
Kunna redogöra för varför det finns förbjudna konfirmationer i ryggraden i proteiner.
Sterisk hinder (sterisk repulsion)
- Atomer i sidokedjor och ryggrad kommer för nära varandra vid vissa φ och ψ-vinklar.
- Detta skapar ogynnsamma kollisioner mellan elektronmoln → instabil struktur.
Peptidbindningens planhet
- Peptidbindningen (C—N) är plan p.g.a. resonans → begränsar möjliga rörelser.
Energetiskt ogynnsamt
- Vissa kombinationer av φ och ψ ger hög potentiell energi → konformationen är inte hållbar.
Ramachandran-plottar visar förbjudna områden
- Endast vissa områden av φ/ψ-värden är tillåtna, resten är förbjudna på grund av ovan nämnda hinder.
Proteinstrukturens indelning i 4 nivåer.
Primärstruktur
- Sekvensen av aminosyror i polypeptidkedjan.
- Bestäms av den genetiska koden (DNA → mRNA → protein).
- Avgör proteinets framtida veckning och funktion.
Sekundärstruktur
- Lokala arrangemang av ryggradsatomer.
- Stabiliseras av vätebindningar mellan peptidbindningar.
- Exempel:
– α-helix (spiralformad)
– β-flak/sheet (sicksackmönster)
– β-turns (vändningar mellan strandsegment)
Tertiärstruktur
- Proteinets övergripande tredimensionella form.
- Stabiliseras av interaktioner mellan R-grupper:
– Hydrofoba interaktioner
– Vätebindningar
– Jonbindningar
– Disulfidbryggor
– van der Waals-krafter
Kvartenärstruktur
- Struktur hos protein som består av flera subenheter.
- Interaktion mellan två eller flera polypeptidkedjor (subenheter).
- Exempel: Hemoglobin (4 subenheter), DNA-polymeras.
Vad som menas med primärstruktur.
Aminosyrasekvensen i en polypeptidkedja.
Bestäms av DNA via mRNA (genetisk kod → proteinsyntes).
Unik för varje protein – fungerar som “instruktionskod” för veckning.
Innehåller all information som krävs för att bestämma tredimensionell struktur.
Bindningarna i primärstrukturen är kovalenta peptidbindningar.
Struktur och egenskaper på amidbindning och mer specifikt peptidbindning.
Bildas mellan en karboxylgrupp (-COOH) från en aminosyra och en aminogrupp (-NH₂) från en annan → peptidbindning (–CO–NH–).
Har resonansstruktur → delvis dubbelbindningskaraktär mellan C och N.
Plan struktur: 6 atomer (Cα—C=O—NH—Cα) ligger i samma plan.
Ingen fri rotation kring C–N-bindningen p.g.a. dubbelbindningskaraktären.
Liten elektrisk dipol bildas: O är δ⁻, N är δ⁺ → påverkar struktur och vätebindningar.
Stabil kovalent bindning, svår att bryta utan enzym (ex. proteas).
Flera peptidbindningar länkar aminosyror → bildar polypeptidkedja.
Vad menas med sekundärstruktur.
Lokalt, regelbundet rumsligt arrangemang av ryggradens atomer i en polypeptidkedja.
Består av återkommande mönster stabiliserade av vätebindningar mellan peptidbindningars ryggrad (inte R-grupper).
Vanliga typer:
- α-helix: spiralformad struktur.
- β-flak (β-sheet): sicksackmönster, antiparallell eller parallell.
- β-turns: vändningar som binder ihop β-strängar.
φ (phi) och ψ (psi) vinklar avgör vilken sekundärstruktur som bildas.
Sekundärstruktur påverkar hur kedjan kan fortsätta vika sig i 3D (tertiärstruktur).
Beskriv de tre formerna av sekundärstruktur, vad de kallas, vad som stabiliserar dem och hur sidogrupperna är orienterade i strukturerna.
- α-helix (alfa-helix)
- Spiralformad struktur i högergängad form.
- Stabiliseras av vätebindningar mellan karbonylsyre i rest n och amidväte i rest n+4.
- Typiska vinklar: φ ≈ –57°, ψ ≈ –47°.
- R-grupper (sidokedjor) pekar utåt från helixens axel – minimerar sterisk repulsion.
- Varje varv = ca 3,6 aminosyror. - β-sheet (beta-flak)
- Består av flera β-strängar arrangerade sida vid sida.
- Stabiliseras av vätebindningar mellan ryggradsatomer i olika β-strängar.
- Antiparallella: mer stabila, vätebindningar linjära.
- Parallella: mindre stabila, vätebindningar snedställda.
- Typiska vinklar:
– Antiparallell: φ ≈ –139°, ψ ≈ +135°
– Parallell: φ ≈ –119°, ψ ≈ +113°
- R-grupper pekar växelvis uppåt och nedåt från planet. - β-turn (beta-sväng)
- Kort struktur som gör en 180° sväng i kedjan.
- Stabiliseras av vätebindning mellan ryggradsatomer i position i och i+3.
- Vanlig i antiparallella β-sheets för att koppla samman strängar.
- Innehåller ofta Glycin (liten) och Prolin (stel).
- R-gruppernas orientering varierar beroende på aminosyra, ofta ut från svängen.
Kunna redogöra för geometrin och vätebindningsmönster i sekundärstrukturer.
α-helix
Geometri:
- Högergängad spiral.
- 3,6 aminosyror per varv.
- Steghöjd: ca 5,4 Å per varv.
- Ryggraden snurrar runt en imaginär axel.
Vätebindningsmönster:
- Mellan karbonyl-O i rest n och amid-H i rest n+4.
- Vätebindningar är parallella med helixens axel.
- Stabiliserar den kompakta, spiralliknande formen.
β-sheet (β-flak)
Geometri:
- Sicksackmönster (sträckt kedja).
- Strängar ordnas parallellt eller antiparallellt i ett plan.
- Plan eller något vriden.
Vätebindningsmönster:
- Mellan ryggradsatomer (C=O och N–H) i närliggande β-strängar.
- Antiparallella: vätebindningar är raka → starkare.
- Parallella: vätebindningar är snedställda → svagare.
β-turn
Geometri:
- Kedjan gör en 180° sväng över 4 rester.
- Kompakt struktur som kopplar samman segment, ofta i β-sheets.
Vätebindningsmönster:
- Mellan karbonyl-O i rest i och amid-H i rest i+3.
- Hjälper till att vända kedjan snabbt och effektivt.
Kunna redogöra för vad en ramachandranplot visar och vad den kan användas till.
Visar tillåtna kombinationer av dihedriska vinklar φ (phi) och ψ (psi) för aminosyror i en polypeptidkedja.
Identifierar förbjudna områden där sterisk krock uppstår (p.g.a. atomer som kommer för nära).
Tillåtna områden representerar stabila sekundärstrukturer:
- α-helix
- β-sheet (parallel & antiparallel)
- kollagen-helix
Används för att:
- Kontrollera kvaliteten på en proteinmodell/struktur.
- Förutsäga vilken typ av sekundärstruktur en viss aminosyra kan anta.
Varje punkt i plottet motsvarar en aminosyrarest (förutom prolin och glycin, som har egna mönster).
Kunna redogöra för de fyra större klasserna av proteiner, och deras egenskaper och funktioner.
- Fiberproteiner (fibrösa proteiner)
- Långa, trådliknande strukturer (strängar eller sheets).
- Ger styrka, elasticitet eller skydd (t.ex. hår, naglar, bindväv).
- Uppbyggda av repeterande sekundärstrukturer (ofta α-helix eller β-sheet).
- Ofta olösliga i vatten p.g.a. hög andel hydrofoba aminosyror.
- Exempel: α-keratin, kollagen, silkefibroin. - Globulära proteiner
- Sfärisk/kompakt form.
- Har specifik biologisk funktion: enzym, transport, signalering, etc.
- Består av både α-helixar och β-sheets, ofta blandade.
- Ofta lösliga i vatten – hydrofila utsidor, hydrofoba kärnor.
- Exempel: myoglobin, hemoglobin, enzymer. - Membranproteiner
- Inbäddade i eller associerade med cellmembran.
- Fungerar som receptorer, kanaler, pumpar, enzymer.
- Har hydrofoba delar i kontakt med lipider, och hydrofila delar mot vattenlösning.
- Exempel: ionkanaler, GPCRs, ATP-syntas. - Intrinsiskt oordnade proteiner (IDPs)
- Saknar väldefinierad tertiärstruktur i fritt tillstånd.
- Flexibla, kan anta olika strukturer vid bindning till olika partners.
- Innehåller ofta laddade och polära aminosyror, saknar hydrofob kärna.
- Funktion: signalering, reglering, molekylära växlar.
- Exempel: transkriptionsfaktorer, vissa regulatoriska proteiner.
Kunna redogöra för vad ett intrinsiskt oordnat protein är och vilka egenskaper det har.
Saknar väldefinierad tertiärstruktur under fysiologiska förhållanden
.
Har ingen hydrofob kärna, vilket skiljer dem från de flesta veckade globulära proteiner.
Innehåller ofta hög andel laddade aminosyror (t.ex. Lys, Arg, Glu) och prolin, vilket förhindrar stabil veckning
.
Förekommer naturligt i kroppen och har biologisk funktion trots brist på stabil struktur.
Deras flexibilitet möjliggör interaktion med många olika bindningspartners (s.k. “molecular recognition features”, MoRFs).
Vanliga i regulatoriska och signaleringsproteiner.
Kan anta en definierad struktur först vid bindning till ett målprotein (induced folding).
Deras dynamik gör dem viktiga för snabb anpassning och reglering i cellen.
Är ofta inblandade i sjukdomar om deras reglering eller interaktioner störs (t.ex. neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimer och Parkinson).
Kunna kunna redogöra för vad en oligomer är och skillnaden mellan homomer och heteromer.
Oligomer = protein som består av flera (2 eller fler) subenheter (polypeptidkedjor)
.
Dessa subenheter är ofta sammanfogade genom icke-kovalenta interaktioner (t.ex. vätebindningar, jonbindningar).
Kvartenärstruktur beskriver arrangemanget av dessa subenheter i ett funktionellt protein.
Homomer
- Oligomer där alla subenheter är identiska.
- Exempel: ett enzym där varje subenhet har samma aminosyrasekvens och struktur.
Heteromer
- Oligomer med olika typer av subenheter.
- Subenheterna har olika aminosyrasekvenser och/eller strukturer.
- Vanligt i större protein-komplex där olika subenheter har olika funktionella roller.
Kunna redogöra för vad proteinveckning är.
Process där ett nybildat polypeptidkedje veckas till sin funktionella tredimensionella struktur
.
Veckningen sker spontant under rätt förhållanden och styrs av aminosyrasekvensen (Anfinsens princip).
Den färdigveckade formen kallas den nativa konformationen, som har lägst fri energi (G).
Drivkrafter för veckning inkluderar:
- Hydrofoba effekten – hydrofoba sidokedjor packas i proteinets inre.
- Vätebindningar – stabiliserar sekundärstruktur som α-helixar och β-sheets.
- Jonbindningar (saltbryggor) – mellan laddade sidogrupper.
- Van der Waals-krafter – svaga men många interaktioner bidrar till stabilitet.
Felaktig veckning kan leda till förlust av funktion (denaturering).
Chaperoner kan hjälpa till att rätt vecka vissa proteiner.
Felveckade proteiner kan bilda amyloidfibrer, kopplade till sjukdomar som Alzheimer och Parkinson
Kunna redogöra för vad denaturering av proteiner är och hur man kan denaturera proteiner i ett provrör.
Denaturering = förlust av proteinets tredimensionella (nativa) struktur
Leder till förlust av funktion, trots att primärstrukturen (aminosyrasekvensen) är intakt.
Innebär att svaga, icke-kovalenta interaktioner som stabiliserar strukturen bryts.
Ofta reversibel om inga kovalenta förändringar skett.
Sätt att denaturera proteiner i ett provrör
- Värme – ökar molekylär rörelse, bryter svaga interaktioner.
- Extrema pH-värden – påverkar laddningen på sidokedjor, stör saltbryggor och vätebindningar.
- Organiska lösningsmedel – påverkar hydrofoba interaktioner.
- Denaturerande ämnen som:
– Urea – stör vätebindningar.
– Guanidiniumklorid – stark denaturant, löser upp proteinet.
- Detergenter (t.ex. SDS) – förstör hydrofob kärna genom att binda till hydrofoba delar.
Kunna förklara vad konsekvenser av felveckning (misfolding) kan vara.
Felveckade proteiner förlorar sin biologiska funktion
.
Kan leda till aggregering – felveckade proteiner klumpar ihop sig.
Bildning av amyloidfibrer – olösliga extracellulära proteinaggregat.
Associeras med flera neurodegenerativa sjukdomar, t.ex.:
- Alzheimers sjukdom
- Parkinsons sjukdom
- Huntingtons sjukdom
- Typ 2-diabetes
Felveckning kan bero på:
- Mutationer i genen → förändrad aminosyrasekvens
- Miljöfaktorer som pH, temperatur eller kemikalier
Chaperoner hjälper normalt till att förebygga felveckning och aggregering.
Redogöra för de olika teknikerna för hur proteiners struktur kan lösas experimentellt samt huvuddragen för hur dessa tekniker fungerar.
- Röntgenkristallografi
- Vanligaste metoden för att bestämma proteiners tredimensionella struktur.
- Kräver att proteinet bildar kristaller
- Röntgenstrålar diffrakteras av elektrontäta atomer i kristallen.
- En elektrondensitetskarta skapas med hjälp av Fouriertransform.
- Strukturmodellen byggs utifrån denna karta.
- Ger hög upplösning men begränsas av att inte alla proteiner kan kristalliseras.
- NMR-spektroskopi (Nuclear Magnetic Resonance)
- Utförs i lösning, vilket visar proteinet i mer fysiologisk miljö
- Utnyttjar magnetiska egenskaper hos atomkärnor (oftast ¹H, ¹³C, ¹⁵N).
- Ger information om:
– Atomers positioner i förhållande till varandra
– Konformationsdynamik, veckning, bindningar
- Begränsas till mindre proteiner (< ~40 kDa) på grund av signalöverlagring. - Kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM)
- Provet snabbfryses i vitreös is och avbildas med elektronmikroskop
- Kräver inte kristallisering.
- Lämplig för stora proteinkomplex, membranproteiner och dynamiska strukturer.
- Flera 2D-bilder kombineras till en 3D-modell med databehandling.
- Har utvecklats snabbt och kan nu ge nära atomär upplösning.
