Vorlesung 04 - Proteinfaltung

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Biochemie Flashcards on Vorlesung 04 - Proteinfaltung, created by Mai H on 10/08/2016.
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Question Answer
Proteine zeigen eine geringfügige Stabilität • Alle schwachen Wechselwirkungen  (Elektrostatische WW, H‐Brücken und  Van‐der‐Waals‐Kräfte) führen zur  Stabilisierung der 3D‐Struktur. • Hydrophobe Effekte stabilisieren die  globale Konformation • Peptidketten können, nachdem sie  gefaltet wurden, kovalent durch  Disulfidbrücken stabilisiert werden • Liganden-Bindung oder  posttranslationale Modifikationen  haben Einfluss auf die Stabilität • Freie Enthalpie (ΔG) der Entfaltung:  ~10‐60 kJ mol‐1
3 Konzepte bilden die Grundlage zum  Verständnis von Proteinfaltung • Primärstruktur enthält alle Information  für 3D‐Struktur • Native Struktur unabhängig vom  Ausgangszustand •Faltung ist reversibel
Das Prinzip von Anfinsen (Thermodynamische Hypothese) Die native Konformation ist die stabilste und ein Ergebnis des  eingeschränkten Konformationsraums der Peptidbindungen und der  Aminosäureseitenketten mit  unterschiedlichen physikalischen  Eigenschaften. D.h. die dreidemensionaleStruktur ist in der  Aminosäuresequenz codiert.
Anfinsens Experiment mit Ribonuclease • 124 Aminosäuren, vier Disulfidbrücken • Denaturieren der nicht‐kovalenten Wechselwirkungen der nativen Struktur  zum Zufallsknäuel („randomcoil“):  Inkubieren mit Harnstoff • Reduzieren der kovalenten Disulfidbrücken: Zugabe von β-Mercaptoethanol • Renaturieren der nativen Struktur:  Entfernen des Harnstoffs und β-ME  durch Dialyse, Oxidieren der reduziertenCysteine durch Luftsauerstoff zu den  nativen Disulfidbrücken • Proteinfaltung läuft spontan ab • Identische physikalische Eigenschaften  bei nativem und rückgefaltetem Enzym • Alle Faltungsinformation in Sequenz  kodiert
Native Struktur wird unabhängig vom  Ausgangszustand des Proteins erreicht - Peptidsynthese am Ribosom: Vom N zum C‐Terminus - Festphasenpeptidsynthese: Vom C zum N-Terminus  - Chemisch synthetisierte RNAse wird  enzymatisch aktiv
Proteindenaturierung  ist reversibel
Konformationelle Stabilität von Proteinen Die Proteinkonformation stabilisierende nicht-kovalente Wechselwirkungen: •Können gestört werden durch  Temperatur‐, pH‐, Druckänderung,  Guanidiniumhydrochlorid, Harnstoff,  Detergenzien •Wirken in der Summe stabilisierend:  „Kooperativität“ (sigmoidale Übergänge)
Messung der Stabilität von RNAse A im Gleichgewicht
Konformationelle Stabilität von Proteinen (Tabelle)
Widersprüche zu Anfinsens Hypothese?
Levinthals Paradox und die  Geschwindigkeit von Proteinfaltung
Levinthals Paradox und die  Geschwindigkeit von Proteinfaltung 2 • Faltung verläuft schrittweise über  Zwischenstufen mit abnehmender  Energie • Beginn an „Faltungsnuklei“ •„Suchen“ nach dem Minimum in der Energielandschaft • Faltungsgeschwindigkeiten üblicherweise Millisekunden  (Femtosekunden bis Stunden wurden auch beobachtet)
Konformationsraum Der Konformationsraum eines Moleküls enthält alle möglichen Konformationen.
Enthalpie Die Enthalpie wird unter isobaren Bedingungen auch als Reaktionswärme bezeichnet. Sie ist die Energie, die ein System bei konstantem Druck als Wärme an die Umgebung abgibt oder entzieht. Die gesamte Energie einer Reaktion wird als Reaktionsenergie bezeichnet.
Entropie Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung in einem System und die damit verbundene Anordnungsmöglichkeit der Teilchen in einem System. Die Entropie ist ein Instrument in der Chemie für Aussagen über die Wahrscheinlichkeit der Spontanität einer Reaktion.
Proteinfaltung –„Suche“  auf einer Proteinhyperfläche
Proteinfaltung • Codierung der nativen Struktur in der  Sequenz •Reversibler Prozess, Stabilisierung hochkooperativ über schwache, nicht  kovalente Wechselwirkungen,  kompensieren den Verlust an  Kettenentropie bei der Faltung •Die native Konformation muss über ein  Set erlaubter Konformationen erreichbar sein, d.h. der Faltungsweg  muss zugänglich sein, u.U. nur für  Prosequenzen oder mithilfe von  Chaperonen
Chaperone Chaperone sind Proteine, die bei Zellen (Eukaryonten) für die korrekte Faltung anderer komplexer Proteine sorgen.
Proteinfaltung (Internet) Faltung eines Polypeptids in seine native Struktur, d.h. seine dreidimensionale biologisch funktionelle Struktur oder native Konformation. Der Verlust dieser nativen Struktur wird als Denaturierung, die Wiederherstellung als Renaturierung bezeichnet. In der lebenden Zelle faltet sich ein neu synthetisiertes Protein rasch und spontan in seine native dreidimensinale Sruktur, Untereinheiten lagern sich zur Quartärstruktur zusammen, ein Prozess der als kooperative Selbst-Assemblierung bezeichnet wird. Diese und die vorhergehende P. werden in der Zelle durch so genannte faltungsakzessorische Proteine beschleunigt. Zusätzlich kann die Bildung von Disulfidbindungen in neu synthetisierten Proteinen die Struktur des Proteins nach der posttranslationalen Modifikation vorgeben.
Zusammenfassung 1.Proteine werden durch die Summe  aller schwachen, nicht‐kovalenten  Wechselwirkungen kooperativ stabilisier 2. Die dreidimensionale Struktur ist  ausschließlich in der Aminosäuresequenz kodiert (Hypothese von Anfinsen) und ist nicht von weiteren äußeren Faktoren  abhängig. 3. Die Proteinfaltung ist prinzipiell  reversibel und die Denaturierung von  Proteinen durch Entfernen der die native Struktur störenden Bedingungen  umkehrbar (Ribonuklease‐Experiment). 4. Die Faltung zur thermodynamisch  stabilen, nativen dreidimensionalen  Struktur wird über Chaperone und Prosequenzen unterstützt. 5.Proteinfaltung verläuft schnell meist in Millisekunden über ein Set von  Zwischenstufen, der gesamte  Konformationsraum muss nicht  durchsucht werden (LevinthalsParadox).
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