STRUKTURA A VLASTNOSTI PROTEINŮ Vladimíra Kvasnicová

Obrázek převzat z knihy: J. Koolman, K. H Obrázek převzat z knihy: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition, Thieme 2005

Náplň přednášky aminokyseliny přítomné v proteinech peptidy popis struktury proteinů klasifikace proteinů fyzikálně-chemické vlastnosti proteinů

Chemická povaha proteinů biopolymery aminokyselin makromolekuly (Mr > 10 000) Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Aminokyseliny v proteinech L--aminokarboxylové kyseliny 21 kódovaných AMK další AMK vznikají posttranslační modifikací Obrázky převzaty z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Aminokyseliny patří mezi opticky aktivní sloučeniny 2 enantiomery: L- a D- Obrázek převzat z http://www.imb-jena.de/~rake/Bioinformatics_WEB/gifs/amino_acids_chiral.gif (říjen 2007)

Obrázek převzat z knihy Alberts, B. a kol. : Základy buněčné biologie Obrázek převzat z knihy Alberts, B. a kol.: Základy buněčné biologie. Úvod do molekulární biologie buňky. Espero Publishing, s.r.o., Ústí nad Labem, 1998. ISBN 80-902906-0-4

typ postranního řetězce AMK má vliv na konečnou strukturu proteinu Obrázek převzat z knihy Alberts, B. a kol.: Základy buněčné biologie. Úvod do molekulární biologie buňky. Espero Publishing, s.r.o., Ústí nad Labem, 1998. ISBN 80-902906-0-4

Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Modifikované AMK Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Esenciální aminokyseliny nezbytná složka potravy, neumíme je syntetizovat rozvětvené (Val, Leu, Ile) aromatické (Phe, Trp) bazické (Lys, Arg, His) Thr, Met

Postranní řetězce AMK určují konečné vlastnosti proteinů Izoelektrický bod (pI) = pH při němž je celkový náboj sloučeniny nulový pI = (pKCOOH + pKNH3+) / 2 Roztok AMK patří mezi amfolyty (= amfoterní elektrolyty) „AMFION“ Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Absorpce UV záření Tyr a Trp silně absorbují v oblasti 250 – 300 nm → možnost fotometrického stanovení Vazba jiných sloučenin na protein Ser, Thr, (Tyr) ← vazba fosfátu nebo sacharidu Asn ← vazba sacharidu Tvorba disulfidových můstků (oxidace/redukce): 2 Cys-SH → Cys-S-S-Cys („cystin“)

Významné reakce AMK tvorba solí dekarboxylace → biogenní aminy transaminace → 2-oxokyseliny oxidativní deaminace → 2-oxokyseliny tvorba peptidové vazby → peptidy a proteiny

Peptidy a proteiny obsahují 2 a více AMK spojených peptidovou vazbou většinou triviální názvy systematicky: AMK1-yl-AMK2-yl-AMK3 oligopeptidy: 2 – 10 AMK polypeptidy:  10 AMK proteiny: polypeptidy o Mr  10 000

hranice polypeptid / protein není ostrá (~ 50 AMK) AMK jsou spojeny peptidovými vazbami pořadí AMK (primární struktura) je dáno geneticky sekvence AMK se čte od N- k C- konci Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

peptidový řetězec zaujímá specifické prostorové uspořádání: některé proteiny jsou složeny z podjednotek (kvarterní struktura) Obrázek převzat z knihy Albert L. Lehninger et al.: Principles of Biochemistry, ISBN 0-87901-500-4

Popis struktury proteinů makromolekula je tvořena z různých AMK, v přesně definovaném pořadí a zastoupení prostorové uspořádání i biologická funkce ZÁVISÍ na aminokyselinovém složení nativní protein  biologicky aktivní konformace

Vazby mezi AMK v proteinech kovalentní peptidová vazba -CO-NH- disulfidová vazba -S-S- nevazebné interakce vodíkové můstky -H.....O- -H.....N- hydrofóbní interakce nepolární řetězce iontové interakce -COO- / +H3N-

Primární struktura proteinu = pořadí AMK v řetězci čte se od N- k C- konci podmíněna geneticky stabilizace: peptidové vazby Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Sekundární struktura proteinu = geometrické uspořádání řetězce aminokyselin, způsobené otáčením rovin peptidových vazeb kolem -uhlíků stabilizace: vodíkové můstky mezi –CO- a -NH- peptidových vazeb v reálných proteinech: různé zastoupení těchto struktur Obrázek převzat z http://www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/ (2006)

Obrázek převzat z http://fig. cox. miami Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/protein/5x20.jpg (říjen 2007)

šroubovice (helix) několik druhů: různá strmost, smysl otáčení, počet AMK / 1 ot. peptidové vazby leží rovnoběžně s osou šroubovice, R- vyčnívají ven H-můstky mezi peptid. vazbami AMK nad sebou nejčastější: -helix (pravotočivá) kolagenní helix (levotočivá, strmější) Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

skládaný list (-sheet) peptidové řetězce probíhající paralelně nebo antiparalelně vedle sebe R-vyčnívají nad a pod rovinu skládaného listu H-můstky mezi peptid. vazbami v řetěci vzdálených AMK (sousední řetězce) dodává proteinům pevnost změna směru o 180o: zpětná smyčka (beta-otočka)

Obrázky převzaty z učebnice: Devlin, T. M Obrázky převzaty z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Obrázek převzat z http://www2. hkedcity Obrázek převzat z http://www2.hkedcity.net/sch_files/a/phc/phc-ltp/public_html/pleated.jpg (říjen 2007)

Obrázek převzat z http://www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/ (2006)

Terciální struktura proteinu = uspořádání jednotlivých sekundárních struktur v prostoru stabilizace: mezi postranními zbytky AMK vodíkové můstky iontové (elektrostatické interakce) hydrofóbní interakce disulfidové můstky

terciární struktura sekundární struktury Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/protein/5x20.jpg (říjen 2007)

-helix skládaný list Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Podle terciální struktury rozlišujeme dva typy proteinů globulární (kulovitý tvar) „sferoproteiny“ rovnoměrné zastoupení obou sek. struktur fibrilární (vláknitý tvar) „skleroproteiny“ převládá jedna sekundární struktura př. -keratin, -keratin

Kvarterní struktura proteinu = 2 nebo více asociovaných samostatných polypetidových řetězců (podjednotek) tj. kvarterní strukturu mají jen proteiny složené z podjednotek stabilizace: nekovalentní interakce protein složený z podjednotek vykazuje „alosterický efekt“

Obrázek převzat z http://fig. cox. miami Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/protein/5x23.jpg (říjen 2007)

funkce vychází z prostorové struktury ZÁVISÍ NA AMINOKYSELINOVÉM SLOŽENÍ funkční domény Obrázek převzat z knihy Alberts, B. a kol.: Základy buněčné biologie. Úvod do molekulární biologie buňky. Espero Publishing, s.r.o., Ústí nad Labem, 1998. ISBN 80-902906-0-4

Klasifikace proteinů podle lokalizace v organismu podle funkce intra- / extracelulární podle funkce strukturní / biologicky aktivní podle tvaru molekuly globulární / fibrilární podle chemického složení jednoduché / složené

Obrázek převzat z http://www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/ (2006) → kromě AMK může protein obsahovat také prostetickou skupinu glykoproteiny metaloproteiny hemoproteiny fosfoproteiny nukleoproteiny (lipoproteiny) Obrázek převzat z http://www.vscht.cz/eds/knihy/uid_es-002/ (2006)

protein musí být správně sbalen NATIVNÍ PROTEIN Obrázek převzat z knihy Alberts, B. a kol.: Základy buněčné biologie. Úvod do molekulární biologie buňky. Espero Publishing, s.r.o., Ústí nad Labem, 1998. ISBN 80-902906-0-4

Fyzikálně-chemické vlastnosti rozpustnost ve vodě závisí na struktuře tvoří koloidní roztoky (viskozita, sedimentace, rozptyl světla) koloidně-osmotický = onkotický tlak lze je vysolit z roztoku (~ odejmutí hydratačního obalu)

účinkem různých faktorů denaturují teplo, mechanické účinky (třepání), záření prudké změny pH, soli těžkých kovů, organická rozpouštědla, detergenty působí jako antigeny tvorba protilátek dávají pozitivní reakci s biuretovým činidlem

výrazně absorbují v UV oblasti

chovají se jako amfolyty -COOH -COO- + H+ -NH2 + H+ -NH3+ při fyziologickém pH převažuje v proteinech záporný náboj ANIONTY

Laboratorní stanovení proteinů chemická reakce peptidové vazby s biuretovým činidlem - spektrofotometrie vazba se specifickou protilátkou - imunochemie separace v elektrickém poli - elektroforéza denaturace