GoConqr has a new look! Let us know what you think.

Sign up free

Flashcards

Vorlesung 02 - Strukturebenen in Proteinen

Mai H Biochemie German 36 cards

Vorlesung 02 - Strukturebenen in Proteinen

Cards in this deck (36)

  1. 1Nachtrag: Posttranslationale ModifizierungenNachtrag: Posttranslationale Modifizierungen
  2. 2Proteine sind ubiquitär und erfüllen viele Funktionen• Übersetzung der genetischen
    Information und Kontrolle der Genexpression
    • Enzymatische Katalyse von chemischen
    Reaktionen
    • Speicherung und Transport von
    kleinen Molekülen, anderen Biomakromolekülen (z.B. Hormone)
    • Transport von Elektronen
    (z.B. Atmungskette, Photosynthese)
    • Transport von Molekülen und Ionen
    über Membranen (Kanäle)
    • Bestandteil des Immunsystems
    (Antikörper)
    • Umwandlung von chemischer in
    mechanische Energie (Muskeln)
    • Strukturgebende Eigenschaften
    (Aktinfilamente in Zellen, Haare, Knorpel, Knochen)
  3. 3Proteine: Definitionen• Polypeptidkette: Reihe von
    Aminosäuren, über Peptidbindungen
    verknüpft (Beginn am Aminoende „N‐Terminus“, die Carboxylatgruppe bildet den „C-Terminus“ ,
    d.h. das Ende der Kette).
    • Hauptkette/Rückgrat: Sich
    wiederholende Polypeptideinheiten –nicht variabel
    • Primärstruktur: Sequenz der über
    Peptidbindungen verknüpften
    Aminosäuren (einzigartig für jedes Protein).
    • Typische Länge: 50‐2000 Reste (längstes Protein Titin 27000 Reste!)
    • Oligopeptide/ Peptide: Kurze
    Polypeptide < 100 Aminosäuren
    • Molekularmasse: Angegeben in Dalton
    (1 d = 1 g mol‐1) bzw. Kilodalton (1 kd= 1000 d) (gemittelte Masse pro
    Aminosäure in einem Polypeptid ca. 115 d)
  4. 4Primärstruktur: Eigenschaften der Peptidbindung• Länge 133 pm (Einfachbindung wäre 146 pm)
    • 40 % Doppelbindungscharakter,
    d.h. planar!
    • trans‐Konformation(Cα Atome liegen gegenüber)
    • 10 % Prolin in cis-Konformation
  5. 5Cis-und trans-ProlinCis-und trans-Prolin
  6. 6Disulfidbrücken• Nur in oxidierender Umgebung
    • Nicht essentiell stabilisierend
    (Auch beim Verhindern der S‐S‐Brücken nimmt das Protein vollständig aktive Konformation ein.)
    • Sehr oft extrazelluläre Proteine
    (wirken der destabilisierenden
    extrazellulären Umgebung entgegen)
  7. 7Konformation• Verschiedene, nicht deckungsgleiche
    Anordnungen von Atomen, die ineinander überführt werden können,
    ohne kovalente Bindungen zu brechen.
    • (Dagegen: Konfiguration beschreibt die
    Chiralität von Molekülen, z.B. in D‐und L‐Aminosäuren)
  8. 8Sekundärstruktur –Torsionswinkel des Peptidrückgrats• Torsionswinkel φ (phi) und ψ (psi) sind drehbar und dienen der 3D Beschreibung der Peptidkette im Raum
    • Torsionswinkel ω (omega) beschreibt die Amidebene, d.h. ω= 180 °.
  9. 9Sekundärstruktur –Torsionswinkel des Peptidrückgrats 2•φ und ψ sind nicht völlig frei zueinander
    drehbar, sondern sterisch gehindert
    • z.B. Amidwasserstoffatom und Carbonylsauerstoffatom würden in bestimmten Winkelkombinationen kollidieren •Auch die Seitenketten können sich
    sterisch behindern und so gewisse φ‐ψ‐Kombinationen verhindern
  10. 10Torsionwinkeltypen und wo sie liegenTorsionwinkeltypen und wo sie liegen
  11. 11Die für bestimmte Werte des Diederwinkels entstehenden Konformere haben eigene BezeichnungenDie für bestimmte Werte des Diederwinkels entstehenden Konformere haben eigene Bezeichnungen
  12. 12Torsionswinkel und Energie (Diagramm)Torsionswinkel und Energie (Diagramm)
  13. 13zwitterionische Eigenschaften Diagrammzwitterionische Eigenschaften Diagramm
  14. 14Sekundärstruktur ‐ Ramachandran‐Diagramm (Definition: Die Sekundärstruktur eines Proteins wird durch die spezifische Kombination der ϕ und ψ Winkel des Peptidrückgrats bestimmt)Sekundärstruktur ‐ Ramachandran‐Diagramm (Definition: Die Sekundärstruktur eines Proteins wird durch die spezifische Kombination der ϕ un...
  15. 15Sekundärstruktur –α‐Helix• Definiert durch Torsionswinkel im
    R. Plot, typisch φ= ‐60°, ψ= ‐50°
    • Wasserstoffbrücken zwischen C=O
    und NH der Reste i und i+4 der Hauptkette
    • Ganghöhe (eine Windung) 5.4 Å,
    3.6 Reste pro Windung
    • Seitenketten am β‐Kohlenstoff
    sterischun günstig – destabilisierend
    (z.B. Val, Thr, Ile, Ser, Asp, Asn)
    • Prolin ist Helix‐brechend!
  16. 16—• Wasserstoffbrücken zwischen Peptidamid‐und Carbonylgruppen stabilisieren Peptidhelices:
    • α‐Helix: zwischen Rest i und i+4
    • 310‐Helix: zwischen Rest i und i+3 (enge Variante)
    • π‐Helix: zwischen Rest i und i+5 (lockere Variante)    • Wasserstoffbrücken zwischen Peptidamid‐und Carbonylgruppen stabilisieren Peptidhelices: • α‐Helix: zwischen Rest i und i+4 • 310‐Helix:...
  17. 17Sekundärstruktur –β‐Faltblatt• Verzerrtes Zickzack, 2 Reste pro Wiederholungseinheit
    • Distanz zwischen den Ketten 3,5 Å
    • sehr oft mit einer rechtsgängigen
    Verdrehung und mit 7 Å Abstand
    zwischen den Blättern im Faltblatt
    • Länge: 2‐15 AS‐Reste
    • Seitenketten liegen alternierend zu
    Ober‐und Unterseite
    • H‐Brücken zwischen zwei benachbarten
    Strängen und teilweise sehr verzerrt
    • Kompromiss zwischen Optimierung
    der Konformationsenergie und Erhaltung der H-Brücken
    • parallele weniger stabil als antiparallele;
    etwas verkrümmt H‐Brücken verzerrt
  18. 18—• Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐170°, ψ= 170°
    • Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbarten Ketten!    • Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐170°, ψ= 170° • Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbar...
  19. 19—• Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐120°, ψ= 120°
    • Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbarten Ketten!    • Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐120°, ψ= 120° • Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbar...
  20. 20Wasserstoffbrückenanordnung in β‐FaltblätternWasserstoffbrückenanordnung in β‐Faltblättern
  21. 21Sekundärstruktur von VerbindungsgliedernSekundärstruktur von Verbindungsgliedern
  22. 22Tertiärstruktur –TopologiediagrammeTertiärstruktur –Topologiediagramme
  23. 23—• Beschreibung der Verknüpfung von
    Sekundärstrukturelementen in
    Proteinstrukturen    • Beschreibung der Verknüpfung von Sekundärstrukturelementen in Proteinstrukturen
  24. 24Simple Faltungseinheiten (Motive)• Kleine Gruppen von Sekundärstrukturelementen, die in der Sequenz benachbart liegen und Van‐der‐Waals‐ oder Wasserstoffbrückenkontakte haben.
    • Evolutionär konserviert als Faltungsnuklei!
  25. 25Simple Faltungseinheiten (Motive) BeispieleSimple Faltungseinheiten (Motive) Beispiele
  26. 26Metallbindung in Proteinen: Zinkfinger zur DNA-Bindung• Meistens quervernetzende (über große
    Abstände in der Peptidkette)
    stabilisierende Wirkung
    • Beispiel: Zinkfinger Motive: Zn2+,
    tetraedrisch koordiniert durch Cys, His (gelegentlich Asp, Glu) Stabilisierung der Peptidkettenabschnitte, um
    Interaktionen mit DNA zu ermöglichen
  27. 27Simple Faltungseinheiten: β‐Haarnadel („hairpin“)• In der Sequenz benachbarte β-Stränge häufig in der Struktur
    benachbart
    • Für schnelle Faltung günstig: eingeschränkter Konformationsraum.
    • Energetisch günstig: Niedriger Entropieverlust gegenüber der dem Zufallsknäuel der ungefalteten Kette.
  28. 28Simple Faltungseinheiten: βαβ‐MotiveSimple Faltungseinheiten: βαβ‐Motive
  29. 29Simple Faltungseinheiten: β‐Mäander („greekkey“)Simple Faltungseinheiten: β‐Mäander („greekkey“)
  30. 30Tertiärstruktur –Biophysikalische Prinzipien der Proteinstabilisierung- unpolare Reste: meist im Inneren des
    Proteins angeordnet; hydrophober Effekt steuert diese Verteilung; werden von der wässrigen (hydrophilen) Umgebung isoliert.
    - geladene AS: meist an der Oberfläche
    und im Kontakt mit Wasser
    - ungeladene polare AS: normalerweise
    an der Oberfläche des Proteins, aber treten auch im Inneren auf; im Inneren
    sind sie fast immer über H‐Brücken mit anderen AS verbunden
    (‘neutralisiert’ ihre Polarität).
  31. 31Faltungsmuster – 4 ‐Helix BündelFaltungsmuster – 4 ‐Helix Bündel
  32. 32Faltungsmuster – αβ‐StrukturenFaltungsmuster – αβ‐Strukturen
  33. 33Faltungsmuster – β‐StrukturenFaltungsmuster – β‐Strukturen
  34. 34Dynamik von Proteinstrukturen• Aminosäuresequenz bestimmt die Struktur und Funktion
    • Strukturen sind nicht statisch, feine Bewegungen sind erlaubt
    • Proteindynamik ist essentiell für die Funktion
    • atomare Fluktuationen: Vibrationen von individuellen Bindungen 1‐100 pm
    • kollektive Bewegungen: Gruppen von kovalent verknüpften Atomen bewegen sich 1‐500 pm
    • induzierte Konformations-veränderungen: Atomgruppen und ganze Untereinheiten können sich nach Stimulus (z.B. O2 an Hämoglobin) bewegen. 50‐1000 pm
  35. 35Domänen• Unabhängige globuläre Einheiten auf einer Polypeptidkette, meistens 50‐90 AS
    • Verhalten sich wie kleine globuläre Proteine
    • Funktionelle Einheiten
    • Strukturelle Einheiten
    • Multidomänenproteine ersetzen Enzymkomplexe
    • Kompakt, hohe Packungsdichte
  36. 36Zusammenfassung1.Der partielle Doppelbindungscharakter der Peptidbindung und das Raumbedürfnis der am C‐alpha verknüpften Atome bestimmen die für ein Peptid‐oder Proteinmolekül
    zugänglichen Konformationen.
    2. Der Ramachandran‐Plot beschreibt über die phi‐psi‐Winkelkombinationen, welche
    Sekundärstrukturelemente auftreten
    können.
    3. Alphahelices werden über in der
    Primärsequenz benachbarte Wasserstoffbrücken stabilisiert, beta‐Faltblätter dagegen über Wasserstoffbrücken zu Resten, die in der Primärsequenz auch weit voneinander entfernt sein können.
    4. Der Konformationsraum der Peptidbindung und die 20 möglichen Seitenketten limitieren die Anzahl der Strukturmotive, die möglich sind. 5.Tertiärstrukturen werden durch den hydrophoben Effekt stabilisiert, dadurch findet man vor allem polare Aminosäuren an Proteinoberflächen, die das Protein wasserlöslich machen. 6.Proteine sind nicht starr, vielmehr sorgt die Dynamik in der Struktur dafür, dass z.B. Enzymreaktionen oder Konformationsänderungenüberhaupt möglich sind. Besonders in höheren Organismen findet man Multidomänenproteine.

Information

Description
Biochemie Flashcards on Vorlesung 02 - Strukturebenen in Proteinen, created by Mai H on 09/08/2016.
Created by
Mai H
Views
5
Rating

Feedback

What is it about?

What do you think of the new look?

How do you like it?