Flashcards
Vorlesung 02 - Strukturebenen in Proteinen
Flashcards do conjunto (36)
- 1Nachtrag: Posttranslationale Modifizierungen
- 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) - 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) - 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 - 5Cis-und trans-Prolin
- 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) - 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) - 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 °. - 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 - 10Torsionwinkeltypen und wo sie liegen
- 11Die für bestimmte Werte des Diederwinkels entstehenden Konformere haben eigene Bezeichnungen
- 12Torsionswinkel und Energie (Diagramm)
- 13zwitterionische Eigenschaften Diagramm
- 14Sekundärstruktur ‐ Ramachandran‐Diagramm (Definition: Die Sekundärstruktur eines Proteins wird durch die spezifische Kombination der ϕ und ψ Winkel des Peptidrückgrats bestimmt)
- 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—• 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)
- 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—• Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐170°, ψ= 170°
• Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbarten Ketten!
- 19—• Peptidrückgrat liegt (fast) gestreckt vor, typisch φ= ‐120°, ψ= 120°
• Das Faltblatt entsteht durch Wasserstoffbrücken zu den benachbarten Ketten!
- 20Wasserstoffbrückenanordnung in β‐Faltblättern
- 21Sekundärstruktur von Verbindungsgliedern
- 22Tertiärstruktur –Topologiediagramme
- 23—• Beschreibung der Verknüpfung von
Sekundärstrukturelementen in
Proteinstrukturen
- 24Simple Faltungseinheiten (Motive)• Kleine Gruppen von Sekundärstrukturelementen, die in der Sequenz benachbart liegen und Van‐der‐Waals‐ oder Wasserstoffbrückenkontakte haben.
• Evolutionär konserviert als Faltungsnuklei! - 25Simple Faltungseinheiten (Motive) Beispiele
- 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 - 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. - 28Simple Faltungseinheiten: βαβ‐Motive
- 29Simple Faltungseinheiten: β‐Mäander („greekkey“)
- 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). - 31Faltungsmuster – 4 ‐Helix Bündel
- 32Faltungsmuster – αβ‐Strukturen
- 33Faltungsmuster – β‐Strukturen
- 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 - 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 - 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.
Informações
- Descrição
- Biochemie FlashCards sobre Vorlesung 02 - Strukturebenen in Proteinen, criado por Mai H em 09-08-2016.
- Criado por
- Mai H
- Visualizações
- 5
- Avaliação