WYKŁAD I - BIAŁKA
Budowa białek
Ich podstawową jednostką strukturalną są aminokwasy. W białkach powszechnie występuje 20 aminokwasów, których łańcuchy boczne różnią się wielkością, kształtem, ładunkiem elektrycznym, zdolnością do tworzenia wiązań wodorowych i reaktywnością elektryczną.
Właściwości aminokwasów
Aminokwas zbudowany jest z grupy karboksylowej i aminowej, atomu wodoru oraz charakterystycznej grupy bocznej. W roztworze o obojętnym pH występują jako jony obojnacze. Aminokwas w formie jonu obojnaczego ma grupę aminową NH3+ oraz zjonizowaną grupę karboksylową COO-.
Struktura aminokwasów
α - węgiel jest chiralny (wyjątek - glicyna),
łańcuch boczny każdego aminokwasy ma specyficzną budowę chemiczną,
aminokwasy mają strukturę czworościanu w środku którego występuje węgiel
Klasyfikacja aminokwasów
Hydrofobowe:
Alifatyczne
Aromatyczne
Hydrofobowe/Hydrofilowe:
Zawierające siarkę
Hydrofilowe:
Polarne/bez ładunku
Zasadowe/kwaśne
5. Wiązanie peptydowe - omówić6. , jak powstaje
Najważniejszą reakcją aminokwasów jest tworzenie grupy amidowej -NHCO- określanej jako wiązanie peptydowe (amidowe). Wiązanie peptydowe tworzy się przez wydzielenie jednej 1 cząsteczki wody z grupy a-amonowej jednego aminokwasu i a-karboksylowej grupy drugiego aminokwasu.
Tworzenie wiązania peptydowego może być przedstawione jako acylowanie grupy aminowej jednego aminokwasu przez drugi. W zasadzie wiązanie peptydowe jest tworzone na skutek nukleofilowego ataku atomu azotu drugiego aminokwasu na karboksylowy atom węgla zawarty w pierwszym atomie.
7. Struktura przestrzenna białek
Konformacja - przestrzenne uporządkowanie atomów w białkach.
Natywna konformacja - konformacja funkcjonalna białek.
Ze względu na skalę przestrzenną pełną strukturę białka można opisać na czterech poziomach:
Struktura pierwszorzędowa białka, opisuje sekwencje aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.
Struktura drugorzędowa białka, konformacja krótkich odcinków głównego łańcucha polipeptydowego bez uwzględnienia konformacji łańcuchów bocznych.
Struktura trzeciorzędowa białka, wzajemne przestrzenne usytuowanie wszystkich atomów w cząsteczce białka.
Struktura czwartorzędowa białka , układ jego podjednostek w przestrzeni oraz ich wzajemne kontakty i oddziaływania.
8. Klasyfikacja białek
Proste - złożone tylko z aminokwasów
Złożone - zawierają grupy prostetyczne (jony metali, kofaktory, lipidy, węglowodany) np. Hemoglobina - grupa hemowa
Białko monomeryczne - jeden łańcuch polipeptydowy
Białko multimetryczne - więcej, niż jeden łańcuch polipeptydowy
Homomultimer - jeden rodzaj łańcucha
Heteromultimer - dwa lub więcej różnych łańcuchów
Fibrylarne:
Polipeptydy zorganizowane w długie nici lub ufałdowania.
Nierozpuszczalne w wodzie.
Stabilne struktury.
Strukturalne.
Globularne:
Polipeptydowe łańcuchy zwinięte w sferyczne czy globularne struktury.
Rozpuszczalne w wodzie.
Zawierające różne typy drugorzędowej struktury.
Różnorodne funkcje.
Katalazy, keratyny, kolagen.
9. Funkcje białek
Katalityczne - enzymy
Strukturalne - keratyny
Transportowe - hemoglobina
Transport błonowy - Na+/K+ ATP
Toksyczne - jad węża, rycyna
Kurczliwe - aktyna, miozyna
Hormonalne - insulina
Przechowujące - nasiona i jaja
Obronne - przeciwciała
10. Rzędowość białek
Parz pytanie 7.
12. Kąty rotacji - wiązania
Łańcuch polipeptydowy - kąty rotacji wokół pojedynczych wiązań głównego szkieletu polipeptydu, które określa się jako kąty torsyjne. Kąt Φ odnosi się do rotacji wokół wiązania N-C, a kąt Ψ do rotacji wokół wiązania C-C. Pełen opis konformacji głównego łańcucha polipeptydowego sprowadza się do podania dla każdej reszty aminokwasów wartości kątów Φ i Ψ.
Określenie kątów Φ/ Ψ dla indywidualnych łańcuchów polipeptydowych pomaga określić jakie typy drugorzędowej struktury są obecne.
13. Pętle i obroty
Pętle:
Pętle zwykle zawierają hydrofilowe reszty,
Znalezione na powierzchni białek,
Łączą alfa-helisy i beta-harmonijki.
Obroty:
Pętle z < 5 AA's zwane są obrotami
Beta - obroty występują często
Beta-obroty:
Umożliwiają łańcuchowi peptydowemu zmienić kierunek.
Powstaje wiązanie wodorowe pomiędzy węglem grupy karboksylowej i protonem grupy amidowej, co trzecia reszta.
Prolina i glicyn przeważają w beta obrotach.
14. Trzeciorzędowa struktura - motywy i domeny
Połączone motywy tworzą domeny.
Domeny są niezależnymi zwiniętymi jednostkami w trzeciorzędowej strukturze białka.
Indywidualne domeny mają specyficzne funkcje.
Hydrofobowe oddziaływania mają największe znaczenie w zwijaniu domen.
15. Czwartorzędowa struktura
Opisuje organizację podjednostek w białku zbudowanym z wielokrotnych podjednostek (oligomeryczne białka).
Mogą być w formie homo - multimerów lub hetero - multimetrów.
Podjednostki połączone są ze sobą przez niekowalencyjne oddziaływania.
Oligomeryczne białka są bardziej stabilne niż oddysocjowane podjednostki.
Aktywne miejsca często są tworzone przez reszty AA z różnych podjednostek.
Ligand (substrat lub inhibitor) wiąże się z czwarto i trzeciorzędową strukturą białek. Ma to ważne znaczenie w regulacji funkcji enzymów.
16. Denaturacja białek
Denaturacja - zniszczenie natywnej struktury.
Ciepło jest zazwyczaj stosowane do denaturacji białek.
Tm = temperatura przy której 50% białek jest zwiniętych i 50% niezwiniętych.
Typowe Tm= 40 - 60 stopni Celsjusza.
Tm dla termofili > 100 stopni Celsjusza.
Chemiczna denaturacja; chaotropowe czynniki = mocznik;
jonowy detergent = SDS
17. Zwijanie/ fałdowanie białek - enzymy, białko opiekuńcze, wiązania disiarczkowe - ich rola w fałdowaniu białek
Fałdowanie białek w komórce wspomagane jest przez enzymy: izomerazę dwusiarczkową, izomerazę peptydyloprolinową, cha perony.
Białko opiekuńcze - cha peron - białko odpowiedzialne za prawidłowe fałdowanie innych białek
Powstawanie wiązań di siarczkowych jest ważnym procesem decydującym o ufałdowaniu przestrzennym białek i ich strukturze przestrzennej.
Tworzenie mostków di siarczkowych katalizuje izomeraza di siarczkowa - PDI.
Enzym ten katalizuje powstawanie wiązań di siarczkowych, ich redukcję lub izomeryzację.
18. Mechanizmy regulujące nieprawidłowe ufałdowanie białek
Nieprawidłowo ufałdowane białka lub nieufałdowane są zatrzymywane w RE, lub też translokowane do cytoplazmy przez białko zwane w skrócie ERAD i degradowane przez proteasomy.
Chaperony i ERAD są konstytutywnie syntetyzowane w ER i towarzyszą syntezie nowo zsyntetyzowanych białek.
W przypadku kiedy ilość nowo zsyntetyzowanych białek przewyższa pojemność aparatu fałdującego białka i mechanizmu ERAD, wtedy nieufałdowane białka przechowywane są w ER. Białka takie mają wyeksponowane reszty hydrofobowe i mają tendencję do agregowania
Agregaty białkowe są toksyczne, mogą indukować apoptozę i są przyczyną tzw. chorób konformacyjnych, jak choroby neurodegeneracyjne, czy cukrzyca. Komórki eukariotyczne mają całą serię mechanizmów ochronnych, które nazywane są ER.
19. Mechanizmy obronne komórek, które mają źle ufałdowane białka
Komórki ssacze mają cztery główne mechanizmy obronne:
1. Wyciszenie, czy ograniczenie syntezy białek, co hamuje ich nadmierne gromadzenie się.
2. Transkrypcyjną indukcję genów chaperonów, przez co wzrast pojemność fałdowania białek.
3. Transkrypcyjna indukcja genów białek ERAD.
4. indukcja apoptozy i usuwanie komórek uszkodzonych przez ER stres przez co chroni cały organizm.