Wykład 12
„Wrócę wobec tego do tego co mówiłem jeszcze w zeszłym roku. Zacząłem mówić
o elementach regularnych w strukturze białek, strukturze 2-go rzędowej, o tym jak zbudowana jest α - helisa”
α - helisa jest ????? (zabijcie, naprawdę nie wiem co powiedział) wiązania peptydowego gdzie mamy wiązania wodorowe wytwarzane pomiędzy grupą karbonylową wiązania peptydowego a grupą aminową, która wchodzi w skład tego wiązania, co czwartego aminokwasu. Więc jest to zwinięcie łańcucha polipeptydowego, które daje okres powtarzalności 3,6. „Te wszystkie parametry występują w cząsteczkach białka w tej granicy”. Otrzymujemy model walca wirtualnego wokół którego łańcuch polipeptydowy jest owinięty. Walec ten jest pusty w środku natomiast łańcuchy boczne aminokwasów „sterczą” na zewnątrz.
Slajd 2:
Jeżeli spojrzymy na sposób ułożenia aminokwasów w α - helisie, to mamy do czynienia
z trzema sytuacjami:
fragment helisy całkowicie polarny
(występujący np. w jakimś kawałku syntazy cytrynianowej). Mamy tu aminokwasy albo naładowane albo polarne
większość aminokwasów niepolarnych.
Najczęściej takie α - helisy występują w błonach komórkowych. Mają niepoalrne podstawniki sterczące na zewnątrz
(najbardziej interesujący przypadek występujący dość często????) ułożenie aminokwasów po zwinięciu jest takie, że po jednej stronie lokują się aminokwasy niepolarne a po drugiej polarne.
W efekcie wałeczek helisy może z jednej strony prztykać do niepolarnej części innych aminokwasów, wnętrza niepolarnego cząsteczki białka lub błony komórkowej, a z drugiej strony ma polarny charakter, który daje możliwość kontaktu z rozpuszczalnikiem.
To rozwiązanie jest często stosowane w różnego rodzaju kanałach jonowych gdzie mamy taką helisę umieszczoną w błonie, od strony błony znajdują się aminokwasy niepolarne natomiast wnętrze kanału ma charakter polarny.
Slajd 3
System przy pomocy którego możemy rozpoznać charakter helisy, czy jest mieszana, polarna czy niepolarna. Ułożenie polarnych i niepolarnych podstawników nie jest widoczne
w liniowej sekwencji aminokwasowej, ponieważ helisa jest zwijana i nie zobaczymy tego tak dokładnie, natomiast po zwinięciu przez program jesteśmy w stanie to stwierdzić. Mniej więcej co czwarty aminokwas znajduje się po tej samej stronie. „Istnieją programy które mogą to policzyć ale mając jakiś krótki kawałek łańcucha polipeptydowego możemy to przy pomocy własnej inwencji również rozpoznać” (osobiście wolę program;) )
α - helisa często jest deformowana.
Walec helisy często się wygina. Są tego różne powody:
występują aminokwasy które łamią helisę (glicyna albo prolina)
oddziaływanie głównego łańcucha polipeptydowego tworzącego helisę z innymi ugrupowaniami bocznymi
w cząsteczce białka
kontakt z rozpuszczalnikiem (slajd 4). Rozpuszczalnik może tworzyć wiązania wodorowe z elementami układu stabilizującymi helisę (jeśli cz. rozpuszczalnika oddziałują z atomami tworzącymi wiązanie peptydowe tworzy się konkurencja między wiązaniami co prowadzi do zagięcia helisy).
W cząsteczkach białka długość α - helisy jest różna. Mogą być bardzo małe fragmenty, od kilku do kilkudziesięciu aminokwasów. Przeciętna długość wynosi ok. 10
β - harmonijka
Podobnie jak w przypadku α - helisy mamy regularną strukturę poprzez tworzenie się oddziaływań pomiędzy grupą karbonylową a grupą aminową w wiązaniu peptydowym. Nie mamy tutaj zwinięcia w formie walca. Wiązania wodorowe występują pomiędzy różnymi fragmentami łańcucha polipeptydowego a czasami między różnymi łańcuchami.
Cechą charakterystyczną jest to, że podstawniki w łańcuchach nie są ustawione na zewnątrz lecz na przemian raz w jedną raz w drugą stronę. To jest bardziej istotna cecha (!!!).
W α - helisie różnice w polarności wynikały z ułożenia podstawników polarnych
i niepolarnych. W przypadku β - harmonijki różnice w polarności wynikają właśnie
z ustawienia podstawników na przemian dzięki czemu harmonijka ma jedną stronę polarną a drugą niepolarną. Łatwo jest przewidzieć czy dana sekwencja aminokwasów ma strukturę harmonijki jeśli występują w niej na przemian aminokwasy polarne
i niepolarne.
β - harmonijka jest mniej skondensowana niż α - helisa, pozorne skrócenie łańcucha na skutek sposobu ułożenia aminokwasów w β - harmonijce jest mniejsze. (100 aminokwasów w harmonijce jest dłuższe niż 100 w helisie).
Przeciętna długość takiej struktury w białkach wynosi ok. 6 łańcuchów tworzących strukturę β - harmonijki, co odpowiada mniej więcej szerokości przeciętnej globularnej domeny, bardzo często wchodzą w skład takiej globularnej domeny.
Mamy dwa typy takiej harmonijki: (slajd 7)
równoległa - jeśli polarność jest zgodna dla łańcuchów to mamy strukturę równoległą
przeciwrównoległa) - jeśli jest przeciwna to mamy przeciwrównoległą. Przeciwrównoległa jest bardziej regularna. Wiązania wodorowe w anryrównoległej są bardziej równoległe (;) ) niż w równoległej. (masło maślane ale slajd 9 wszystko wyjaśnia).
Harmonijka nie jest całkiem płaska, poszczególne wstążki ją tworzące są ustawione pod pewnym kątem więc mamy skręcenie płaszczyzny, większe w przypadku większej liczby wstążek. Teraz slajdy 11, 12, 13. Na 13 mamy całe białko na którym widać skręcenie poszczególnych wstążek. Na kolejnym widać różne ułożenia tych struktur.
β - harmonijka może mieć też charakter mieszany - trochę równoległej i antyrównoległej.
Struktury β - harmonijki występują w wielu domenach.
Mogą wystąpić zakłócenia regularnej struktury jak np. wybrzuszenie, które powstaje gdy jedna grupa karbonylowa tworzy wiązania wodorowe w dwiema grupami aminowymi drugiego fragmentu łańcucha polipeptydowego (slajd 16).
Zwroty:
Służą do zmiany kierunku łańcucha
Są również stabilizowane przez wiązania wodorowe między grupą karbonylowa
a aminową w aminokwasie oddalonym o 3 pozycje od pierwszego.
Podane przykłady (slajd 17) mają różne konformacje. - systematyka zwrotów opiera się na ich konformacji
W tych trzech strukturach występuje ponad 80% wszystkich łańcuchów polipeptydowych.
Czasami za elementy struktury drugorzędowej uznaje się pętle. Mają one długość od kilku do kilkunastu aminokwasów, najczęściej występują na powierzchni cząsteczki globularnego białka.
„To tyle na temat tego. A teraz…
Motywy”
Motywy są strukturami ponad drugorzędowymi czyli takimi, które zawierają w sobie kombinacje tych trzech (4 łącznie z pętlą) elementów struktury drugorzędowej.
Motyw spinki do włosów
Powiązanie dwóch β - wstążek ze zwrotem lub z pętlą która łączy te wstążki.
Przykład: β - wstążki w inhibitorze trypsyny
W obrębie tego motywu można przeprowadzić wewnętrzny podział:
β - spinki - dwie β - wstążki połączone zwrotem
dwie α - helisy i krótki odcinek, który powoduje zwrot α - helis
αα narożnik - kąt pomiędzy α - helisami jest większy (rozumiem, że większy niż w przypadku tych dwóch α -helis) (slajdy 20 - 23)
Helisa-pętla-helisa HLH
Ma dwie odmienne funkcje(wiele elementów strukturalnych, które się powtarzają ma także znaczenie funkcjonalne - więcej przy domenach):
wiązanie jonów wapnia
Występuje w wielu białkach, które wiążą wapń. Czasem jest nazywany motywem EF (od pierwszego białka w którym ten motyw został zidentyfikowany pomiędzy helisami nazywanymi w tym białku E i F ale to nie jest istotne)
Między helisami występuje pętla w której lokuje się jon Ca2+ dla którego wiązania koordynacyjne potrzebne do utrzymania tego jonu są dostarczane przez aminokwasy znajdujące się w α - helisach. (odrobinę kłóci się to ze slajdem ale tak powiedział ) Wiązanie wapnia jest oparte przede wszystkim na kwaśnych aminokwasach
wiązanie się do DNA (helisy połączone pętlą, czasem zwrotem)
Helisa-zwrot-helisa HTH. Parametry α - helisy są zbliżone do szerokości dużej bruzdy w DNA, helisa dobrze pasuje średnicą do dużej bruzdy. Jedna helisa tego motywu wchodzi w bruzdę
i rozpoznaje zasady azotowe w DNA, a druga helisa znajdująca się na zewnątrz i służy do stabilizacji układu. Jest to często występujący motyw w białkach wirusowych czy też bakteryjnych. Bardzo często część białka rozpoznająca sekwencję nukleotydów w cząsteczkach DNA składa się
z dwóch takich motywów rozdzielonych dokładnie o 34Å czyli o 10 zwrotów podwójnej helisy DNA. W ten sposób mamy dwa motywy będące w stanie penetrować cząsteczkę DNA. Homodomeny i białko Cro wykorzystują ten sam pomysł (slajdy 27 - 29).
Beta-alfa-beta
Są to motywy bardzo często występujące w białkach, szczególnie w białkach enzymatycznych.
Zbudowane są z dwóch równoległych β - wstążek połączonych α - helisą.
Występują w dwóch konfiguracjach:
prawoskrętnej
lewoskrętnej
Skrętność ta jest umowna, jeżeli mamy określoną orientację elementów to α [Author ID1: at Sat Feb 3 23:32:00 2007 ]- helisa łącząca β - wstążki może znajdować się nad lub pod płaszczyzną utworzoną poprzez owe wstążki (slajd 31).
Warto pamiętać że motywy te są w jakiś sposób stabilizowane, przykład inhibitora rybonukleazy. (slajd 33).
Mamy pokazany kawałek α - helisy i jedną z β - wstążek, które tworzą płaszczyznę. Te dwa elementy trzymane są przy sobie dlatego, że po stronie α - helisy bliżej β - wstążki i po stronie β - wstążki bliżej α -helisy znajduje się dużo aminokwasów hydrofobowych stabilizujących układ.
Motyw klucza greckiego
Zbudowany wyłącznie z β - wstążek ułożonych przeciwrównolegle. Taki motyw występuje
w nukleazie ze Staphylococcus używanej w laboratoriach do trawienia DNA (…oczywiście).
„To tyle jeśli idzie o motywy” (dzięki Bogu bo już myślałem, że już nie skończy gadać o tych [Author ID2: at Sun Feb 4 15:13:00 2007 ]kartkach, wstążkach i harmonijkach… Swoją drogą Staroń strasznie bełkocze coś pod nosem i bardzo ciężko się Go słucha:/ )
Domeny
Bardziej wyrazista struktura cząsteczki białka (extra).
Od strony pojęciowej mamy do czynienia właściwie z trzema definicjami czy też podejściami strukturalnym, biofizycznym i bioinformatycznym.
Możemy próbować definiować domeny za pomocą powyższych podejść:
Strukturalne → domeny są to takie fragmenty cząsteczki białka, które są odrębne strukturalnie i są w stanie fałdować się autonomicznie (jeżeli rozbijemy białko na poszczególne domeny to będą się fałdowały oddzielnie
a jeżeli przetniemy wewnątrz te domeny to już nie).
Biochemicznie → domena jest to część białka, która spełnia w tym białku określoną funkcję. Jeżeli mamy kinazę białkową to jesteśmy w stanie wyróżnić domenę wiążącą cząsteczkę ATP, jeżeli mamy dehydrogenazę to jesteśmy
w stanie wydzielić część wiążącą nukleotydy i taką część, która będzie wiązała jakiś substrat.
Bioinformatycznie → podobieństwo strukturalne bardzo często przekłada się na podobieństwo sekwencji aminokwasowej (ale nie zawsze), możemy wyodrębnić pewne elementy, które mają wspólne cechy. Bardzo często są one zdegenerowane (to jest przykład domeny beta-śmigiełka (domeny WD)
i podobieńsktwa sekwencji aminokwasowej. Nazwa - domena WD wzięła się stąd, że na końcu tej sekwencji znajdują się zazwyczaj tryptofan i kwas glutaminowy, ale niekoniecznie - zamiast tryptofanu może być albo fenyloalanina albo tyrozyna, zamiast kwasu asparaginowego asparagina (co on tu mówi to sam diabeł nie zrozumie - chyba jestem gorsza od diabła Majka [buhahaha]) (-pokłony Majko).
Tak samo ma się to do innych aminokwasów, które stanowią takie aminokwasy decydujące o zachowaniu tej domeny.
Te trzy podejścia bardzo często nakładają się na siebie. Czyli bardzo często te domeny, które można rozpoznać na podstawie podobieństwa sekwencji mają również podobieństwo strukturalne a także funkcjonalne.
Klasyfikacja domen - w jaki sposób dzielimy domeny na różne typy?
Domeny dzielą się na trzy grupy (slajd 38) - podział bardzo zgrubny (Ci, którzy pragną lepszych podziałów - na białka i kwasy marsz):
domeny typu α - zbudowane wyłącznie z α - helis
domeny typu α/β - zawierają helisę i β - harmonijkę
domeny typu β - wiadomo co zawierają;)
Domeny typu α
Są najmniej popularne, raczej jest to ciekawostka. Przykładem takiej domeny jest alametycyna, jest to białko które ma 21 aminokwasów, występuje jako pojedyncza α - helisa. Zawiera także niekanoniczny aminokwas - kwas 2-amino-izomasłowy i ma kilka takich podstawników. Jego obecność powoduje układanie się łańcucha polipeptydowego w bardzo regularną helisę. Białko to tworzy agregaty w błonie komórkowej zbudowane z sześciu takich α - helis tworzących kanał.
Domeny te dzielą się na dwie grupy:
domeny typu wiązki α - helis - nazywane czasami domenami „up and down”
domeny globinowe → występują m.in. w mioglobinie lub
w hemoglobinie i mają bardzo określoną strukturę α - helisy.
Wśród domen zbudowanych z wiązki helis bardzo częsty jest układ taki gdzie mamy 4 [Author ID1: at Sun Feb 4 01:23:00 2007 ]α [Author ID1: at Sun Feb 4 01:23:00 2007 ]- [Author ID1: at Sun Feb 4 01:23:00 2007 ]helisy, które są ułożone w ten sposób, że na zewnątrz poszczególnych helis są ułożone ich części polarne a do środka domeny ułożone są części niepolarne tych helis (slajdzik 40). Takie domeny używane są często do transportu niepolarnych cząsteczek np. lipidów, ponieważ taka domena jest łatwo penetrowana przez związki lipidowe.
Białko ROP
Bierze udział w replikacji.
Nie jest to typowa wiązka 4 α - helis, tak naprawdę zbudowana jest z dwóch łańcuchów polipeptydowych z których każdy ma dwie α - helisy, ale struktura jest taka jak opisywana przed chwilą.
Innymi białkami zbudowanymi w ten sposób są (jako jeden łańcuch polipeptydowy są zbudowane z 4 α - helis):
Cytochrom b562
Miohemoerytryna - odpowiednik mioglobiny u robaków.
Charakteryzują się właśnie posiadaniem wewnątrz kieszonki hydrofobowej, w cytochromach do środka wiązki α - helis wchodzi pierścień hemowy, który ma charakter niepolarny.
Ponadto:
Cytochrom C →zbudowany na tej samej zasadzie, też ma kieszeń hydrofobową, w której znajduje się pierścień hemowy
Cytochrom C1 → widzimy możliwość wystąpienia kieszeni hydrofobowej
w środku
Domena globinowa
Składa się z kilku łańcuchów polipeptydowych ułożonych pod pewnym kątem
w stosunku do siebie i tworzących kieszeń hydrofobową, w której znajduje się pierścień hemowy związany z funkcjonowaniem mioglobiny.
Ta domena jest bardzo stabilna. Wynika ona z tego, że ułożenie podstawników
w α - helisie jest takie, że nie leżą dokładnie jeden nad drugim tylko są przesunięte względem siebie.
Jest tak dlatego że okres powtarzalności wynosi nie 4 aminokwasy tylko 3,6
i łańcuchy boczne aminokwasów tworzą wystające na zewnątrz helisy krawędzie między którymi znajdują się bruzdy.
Układ ten przypomina śrubę i jeżeli takie dwie śruby odwrócimy i położymy pod odpowiednim kątem to krawędzie będą wskakiwały do bruzd i taka struktura uzyskuje pewną stabilność.
W domenie globinowej mamy właśnie takie ułożenie α - helis. Krawędzie tworzone przez ugrupowania boczne aminokwasów są ułożone pod kątem 26o do osi helisy. Jeśli jedną helisę odwrócimy o 26o w stosunku do drugiej to krawędzie będą pokrywały się z bruzdami drugiej helisy. Jest to podstawa stabilności domeny globinowej.
Domena globinowa występuje w różnych białkach, na poziomie aminokwasowym może istnieć niewielka homologia, ale struktura tej domeny jest konserwowana. Dzieje się tak, dlatego, że parametry związane z obecnością określonych aminokwasów będących w stanie tworzyć taką strukturę pasującących do siebie bruzd dają bardzo dużą stabilność struktury.
Stopień konserwowania jest różny w białkach, które tworzą domenę globinową. Największa konserwacja dotyczy miejsca gdzie jest umieszczamy pierścień hemowy, który tworzy kieszeń hydrofobową.
Konserwowane są również aminokwasy, które występują na powierzchni domen globinowych i nie jest to związane ze stroną strukturalną a z otoczeniem tego białka w którym ono funkcjonuje. W przypadku hemoglobiny otoczeniem jest wnętrze erytrocytów. Stężenie tego białka wewnątrz erytrocytu jest ogromne kilkaset mg/ml i utrzymanie tego zagęszczenia jest możliwe dzięki równowadze utrzymywanej przez obecność polarnych aminokwasów na powierzchni tej cząsteczki.
W przypadku anemii sierpowatej (slajd 50) jeden z polarnych aminokwasów - kwas glutaminowy jest zamieniany na niepolarną walinę i powoduje to, że walina jest w stanie w zupełnie przypadkowy sposób wchodzić w hydrofobową część innego łańcucha i prowadzić do agregacji tych cząsteczek.
Domeny typu α/β
Jest to o wiele bardziej popularny typ domen.
Te domeny tworzą dwie struktury :
Jedną z nich jest struktura typu baryłki
Domeny tworzące płaszczyzny (otwarte)
Baryłki zbudowane są w ten sposób, że powtarzają się struktury βαβ.
Części β - harmonijki znajdują się wewnątrz tej struktury, tworzą baryłkę, która znajduje się w środku domeny; natomiast α - helisy znajdują się na zewnątrz tego białka.
Klasyczne białko zawierające tego typu domenę jest to izomeraza triozofosforanów. Zawiera ona 8 połączonych ze sobą elementów.
Baryłkowe domeny mają zazwyczaj dwie funkcje:
enzymatyczną (często się tak zdarza)
transportującą
Sposób zamknięcia tej baryłki daje możliwość tworzenia innego środowiska niż występuje na zewnątrz, aminokwasy znajdujące się po wewnętrznej stronie β - harmonijki dają takie środowisko, które sprzyja jakiejś reakcji;[Author ID1: at Sun Feb 4 01:50:00 2007 ] jeżeli są to enzymy to części katalityczne tych enzymów znajdują się w pętlach, które łączą poszczególne części tej struktury.
Izomeraza triozofosforanów jest to białko dimeryczne. (slajd 54) Oksydaza glikolanowa jest to inny enzym posiadający taką strukturę. Wewnątrz jest środowisko silnie hydrofobowe sprzyjające temu by niepolarne substraty znalazły się w środku.
Drugi rodzaj domen α/β są to domeny, które nie są zamknięte. Tworzą płaszczyzny i te płaszczyzny służą zazwyczaj do wiązania jakichś substratów np. nukleotydy.
Domena na slajdzie 56 występuje w bardzo wielu dehydrogenazach → struktury β - harmonijki dają płaszczyznę która pasuje do pierścieni zasad występujących w nukleotydach.
Większość pokazanych domen ma charakter enzymatyczny (i wszystkie pokazane przykłady służą do wiązania nukleotydów).
Domeny typu β
Są zbudowane wyłącznie z β - harmonijek, bardzo często przeciwrównoległych.
Często tworzą strukturę zamykającą się (jak na slajdzie 58) np. białko wiążące retinol. Jest to białko transportujące prekursor - witaminę A.
Ma podobne cechy jak omawiana poprzednio baryłka αβ
Zamknięcie β - harmonijki w baryłkę daje możliwość stworzenia środowiska o innym charakterze najczęściej niepolarne środowisko ponieważ są to często białka transportujące związki niepolarne. Na slajdzie 60 widać jak wewnątrz jest zanurzona właściwie cała niepolarna cząsteczka retinolu na zewnątrz wystaje jedynie polana grupa -OH.
Z wyjątkiem tyrozyny znajdującej się przy ujściu mamy do czynienia wewnątrz jedynie z aminokwasami niepolarnymi.
W przypadku białka wiążącego kwasy tłuszczowe zasada jest taka sama.
Innym białkiem zbudowanym wyłącznie z β - harmonijki uformowanej w przeciwrównoległą baryłkę (ale pełniącą zupełnie inną funkcję) jest poryna. Występuje ono w błonie i tworzy kanał. Nie transportuje ani nie katalizuje żadnych substancji, z zewnątrz ma reszty aminokwasowe niepolarne a w środku polarne i umożliwia transport substancji.
Przykładem baryłki typu β, która ma charakter enzymatyczny jest dysmutaza ponatlenkowa → wewnątrz tej baryłki umieszczone są jony metali.
No i białko GFP, które ma strukturę baryłki β zbudowane ze wstążek przeciwrównoległych.
Białka, które zawierają motyw klucza greckiego:
γ - krystalina
plastocyjanina.
tak jak mamy białka, które omawialiśmy przed chwilą zbudowane z prostej baryłki góra - dół, tak samo mamy w przypadku białek, które są zbudowane z motywu klucz greckiego są to ….(ten wywód chyba nie ma sensu)
Motyw podobny do motywu klucza greckiego
Występuje on często w strukturalnych częściach białka.
Np. białko hemaglutynina ma strukturę gdzie mamy nóżkę i główkę z miejscem receptorowym, na górze mamy motyw dwukrotnie zwiniętej β - harmonijki.
(chyba nie muszę przypominać, że czytając to opracowanie warto śledzić slajdy
i raczej warto się nauczyć tych trzech typów domen ale tego już sami się zapewne domyślacie)
„Teraz powtórzenia domen”.
Spośród trzech grup domen najczęściej występują domeny typu αβ, domeny typu β występują rzadziej a typu α najrzadziej
To jest rzecz niesłychanie istotna z punktu widzenia funkcjonowania białek” (a więc zapewne i egzaminacyjnego…)
Wiele białek jest białkami zbudowanymi z pojedynczej domeny i jako taka pojedyncza domena funkcjonują.
Ogromna liczba białek, większość białek w zasadzie, są to białka w których występuje więcej niż jedna domena.
Przykłady prostych powtórzeń domen które występują w niektórych białkach.
Mamy przykład laktoferyny gdzie mamy dwie powtarzające się podobne do siebie struktury,
Mamy powtarzające się, bardzo podobne do siebie struktury ferredoksyny bakteryjnej.
Te białka pokazał bo bardzo często białka zbudowane z więcej niż jednej domeny są to powtórzenia domen.
Natomiast są też inne białka w których mamy do czynienia z różnymi domenami połączonymi w jednym łańcuchu polipeptydowym.
Kinaza pirogronianowa - mamy tu do czynienia z domeną typu β, dwiema domenami typu α/β i patrząc na model tego białka widać, że są to określone moduły występujące w tej cząsteczce białka.
Taka modularna struktura cząsteczek białka jest to dość uniwersalna cecha, występuje w ogromnej liczbie białek. Mamy przykład kilku białek, które są białkami o bardzo różnej funkcji pełnionej w komórce, a które są zbudowane z kilku elementów podobnych do siebie czyli kilku rodzajów domen ułożonych w różny sposób (te same domeny składane w różnych kombinacjach dają różne białka).
Wiąże się to ze sposobem powstawania białek w procesie ewolucji. Jeśli popatrzymy na strukturę domenową białka i na strukturę genu który koduje to białko, to bardzo często zdarza się tak, że granice domeny nachodzą na granicę eksonu. I to powstawanie białek wielodomenowych, wymiana tych domen w obrębie białek łączy się z tasowaniem tych domen na skutek rekombinacji genów.
Teraz przykład funkcjonalnego połączenia domen w białkach wielodomenowych.
Mamy tu dwa białka o charakterze dehydrogenaz, enzymy o podobnym sposobie działania, ich substratem jest NAD. Te dwa białka mają podobną domenę wiążącą NAD. Pokazuje to jak wiele możliwości daje tasowanie domen.
Innym przykładem jest kinaza tyrozynowa. Tu również mamy kilka domen, jedną domenę kinazową w obrębie której występuje domena wiążąca ATP oraz mamy dwie domeny związane z regulacją tego enzymu - oddziaływaniem z innymi białkami.
„Tyle jeśli idzie o domeny”
Białka oligomeryczne
Są to takie białka, które są zbudowane z więcej niż z jednego łańcucha polipeptydowego
i jak widać w tabelce, która pokazuje białka występujące w E. coli białka oligomeryczne stanowią większość białek występujących w tek komórce. Białek o charakterze monomerów, zbudowanych z jednego łańcucha polipeptydowego jest ok. 12% natomiast pozostałe są to białka są zbudowane z więcej niż jednego łańcucha polipeptydowego.
Druga cecha polega na symetrii tzn. białka, które mają więcej osi symetrii są preferowane, jest więcej tetrametrów niż dimerów. Jest stosunkowo niewiele białek mających nietypową symetrię np. pentamerów, białek heksamerycznych jest pewnie więcej. Czyli ogólnie rzecz biorąc symetria jest ważnym czynnikiem w formowaniu białek oligomerycznych.
Powtarzanie białek oligomerycznych, podobnie jak białek wielodomenwych opiera się trochę na tym, że te białka są o wiele mniej wrażliwe na występowanie błędów. Jeżeli jakaś funkcja była by pełniona przez białko mające unikalną jednodomenową strukturę i jest zbudowane
z jednego łańcucha polipeptydowego, to każdy defekt zakłócający tą strukturę zakłóca całkowicie funkcję całego białka.
Jeżeli mamy system w którym mamy wiele domen, wiele łańcuchów polipeptydowych to defekt dotyczący struktury dotyczy tylko jednego elementu funkcjonowania tego białka. Jeżeli jest to białko oligomeryczne to łatwo jest taki defekt naprawić wymieniając taką część.
Struktura białek oligomerycznych:
Białka oligomeryczne mogą tworzyć różnego rodzaju struktury. Mamy schematycznie pokazane trzy typy. Zależą one od tego jak względem siebie położone są wiązania.
Mamy przykład tworzenia nieskończenie długiego polimeru ( slajd 82), ilość monomerów ograniczona wyłącznie stabilnością cząsteczki.
Mamy też sposób tworzenia białek pierścieniowych występujących dość często.
Teraz przykład białka dimerycznego będącego homodimerem zbudowanym z dwóch identycznych, symetrycznych podjednostek. Łańcuchy te tylko razem mają aktywność proteazy.
Następna, bardzo często spotykana struktura tetrameryczna. Ułożenie pod kątem mniej więcej 90o .
Na przykładzie innego tetrameru dehydrogenazy mleczanowej można łatwo prześledzić że z [Author ID1: at Sun Feb 4 02:36:00 2007 ]obecnością struktury oligomerycznej wiąże się większa różnorodność form białek, jakie mogą występować.
Dehydrogenaza mleczanowa występuje w dwóch formach:
Jedna jest związana z mięśniami i nazywa się formą M
Druga jest związana z wątrobą i nazywa się formą H.
Są produkowane dwa typy tych monomerów: monomer typu M i typu H. Jak łatwo sobie wyobrazić istnieje całe bogactwo izoenzymów związanych z mieszaniem się tych podjednostek. Są podjednostki M4, M3H, M2H2, MH3, i H4.
Jeśli chodzi o M2H2 to mamy dwie możliwości „cis albo trans” (na przemian albo po jednej stronie). Na tym przykładzie widzimy możliwość generowania większego bogactwa białek
z niewielkiej liczby podjednostek.
Obecność struktury oligomerycznej jest często wykorzystywana w regulacji białek. Często tak jak w przypadku karbamoilotransferazy asparaginianowej mamy do czynienia z różnymi rodzajami podjednostek. Mamy tu do czynienia z podjednostkami regulatorowymi
i podjednostkami katalitycznymi. Aktywność podjednostki katalitycznej jest uzależniona od struktury białka, która jest determinowana przez oddziaływanie podjednostek regulatorowych.
Syntetaza glutaminianowa jest zbudowana z większej liczby podjednostek. Widać dwa sześciokątne pierścienie nałożone na siebie.
Inny przykład - kompleks dehydrogenzy pirogronianowej pokazuje że czasem zaciera się różnica między poszczególnym białkiem a już kompleksem enzymatycznym,[Author ID1: at Sun Feb 4 02:40:00 2007 ] gdzie ta filozofia łączenia się poszczególnych łańcuchów polipeptydowych jest identyczna natomiast są to 3 różne rodzaje białek enzymatycznych i w sumie ten kompleks jest zbudowany z 60 łańcuchów polipeptydowych, które połączone są ze sobą.
Teraz kilka słów na temat białek tubularnych
Mamy dwa rodzaje tych białek
zbudowane z długich łańcuchów polipeptydowych oplecionych jeden wokół drugiego.
Przykładem jest kolagen. Zbudowany jest z trzech łańcuchów, które tworzą długie struktury. Możliwość tworzenia potrójnej helisy jest związana
z nietypową budową kolagenu.
Ma on co trzeci aminokwas glicynę i prawie co trzeci prolinę; ułożenie tych aminokwasów do glicyny daje możliwość większej ruchliwości, większej możliwości zmian konformacyjnych łańcucha polipeptydowego. Obecność proliny daje stabilizację (??!!) tego łańcucha → chyba chodzi że te 3 łańcuchy polipeptydowe mogą obok siebie leżeć
drugi rodzaj białka fibrylarne są to białka zbudowane z białek globularnych,[Author ID1: at Sun Feb 4 02:48:00 2007 ] które polimeryzują ze sobą tworząc długie filamenty.
Przykładem jest aktyna. Jest ona białkiem globularnym z możliwością polimeryzacji zależną od ilości ATP związanego z poszczególną podjednostką. W efekcie polimeryzacji tworzą się długie struktury mające charakter włókien. Innym przykładem jest tubulina, która też ma monomer globularny (który jest dimerem wiążącym nukleotydy). Są one w stanie stworzyć taką strukturę pałeczkowatą a właściwie rurkowatą.
Teraz nam zwraca uwagę na wielkość i kształt białek
Różna wielkośc i kształ białek Jeśli chodzi o wielkość warto porównać wielkość cytochromu c (kilkanaście kDa) z katalazą.” (porównuje sobie teraz białeczka za slajdów, jakie są każdy widzi więc nie będę tego pisał).
Katalaza jest białkiem o symetrycznej budowie
Lizozym - całkowicie niesymetryczny
Dezoksyrybonukleaza też niesymetryczna, ale ma zagłębienie doskonale pasujące do struktury DNA
Cechy na które warto zwrócić uwagę → ogromna karbamoilotransferaza asparaginianowa
Insulina → małe białko
Dehydrogenaza alkoholowa - białko dwudomenowe, co widać już na pierwszy rzut oka, bo domeny wyraźnie są od siebie oddzielone
Kalmodulina oddziałuje z wieloma innymi białkami uczulając te białka „na jony wapnia, które jest w stanie wiązać. Ma wewnątrz zawias (biedaczek;) ) i może w ten sposób tworzyć hak, którym łapie inne białko. (a jednak opisy tych slajdów się tu znalazły)
Modyfikacje posttranslacyjne
Są to takie zmiany, które zachodzą w łańcuchach polipeptydowych już po ich syntezie.
Modyfikacji tych jest ich bardzo wiele rodzajów (szczegółowo na nast. wykładzie
Są one jednym z dwóch podstawowych elementów generujących różnorodność białek
w komórce. Jednym z tych elementów jest alternatywny splicing a drugim jest możliwość wprowadzania do łańcucha polipeptydowego bardzo zróżnicowanych zmian.
Zmiany te w sposób dramatyczny wpływają na funkcjonowanie białek. Białka te mogą nabywać, tracić lub zmieniać funkcje na skutek takiej modyfikacji.
Jest kilka takich przykładów podanych:
białko, które ulega modyfikacji polegającej na obróbce proteolitycznej polegającej na odcięciu kawałka łańcucha od cząsteczki białka.
Bardzo często taka obróbka jest wykorzystywana do aktywowania białka (wiele enzymów [Author ID1: at Sun Feb 4 02:56:00 2007 ] właśnie w ten sposób jest aktywowanych).
białko może być naznaczane przez modyfikację. Przykładem takim jest ubikwitynylacja. Jeśli jakieś białko ma być usunięte z komórki, to przyłączane jest do niego inne białko,
a właściwie kilka cząsteczek ubikwityny, jej obecność powoduje rozpoznawanie takiego białka przez system niszczący białka i ulega ono degradacji.
następny sposób jest to naznaczanie białka pozwalający na jego oddziaływanie z innymi białkami lub nie pozwalające na jego oddziaływanie z innymi białkami. Wprowadzenie najczęściej grupy fosforanowej, ale nie tylko do tego białka powoduje uzyskanie możliwości do łączenia się z innym białkiem lub nie łączenia się.
generowanie w białku, które ma wiele miejsc modyfikacji różnych miejsc oddziaływania z białkami. Jest to istotne ponieważ białka oddziałując ze sobą mają wiele miejsc takich połączeń i te połączenia są zmienne. Czynnikiem decydującym czy takie białko jest w stanie wytworzyć połączenia jest zazwyczaj właśnie wprowadzana modyfikacja.
Ogromna ilość tych modyfikacji, chociaż nie wszystkie ma charakter odwracalny. Jeżeli jest odwracalna, to komórka ma możliwość regulowania różnego rodzaju procesów jak aktywacja czy hamowanie, oddziaływanie pomiędzy (innymi białkami??)
Mamy następny slajd który pokazuje że tych modyfikacji jest dużo, dokładnie kilkaset „ja oczywiście nie będę omawiał wszystkich”. (suuuuuper!!:/ )
Są takie modyfikacje, które występują w różnych częściach komórki.
Są takie modyfikacje które są równomiernie rozłożone w komórce,
Są też takie które są właściwe białkom występujących w różnych kompartymentach komórkowych.
Na przykład:
Glikozylacja bardzo często dotyczy białek błonowych.[Author ID1: at Sun Feb 4 03:02:00 2007 ]
Białka strukturalne występujące w jądrze komórkowym podlegają bardzo dużej liczbie modyfikacji jak np. acetylacja, metylacja, ubikwiynylacja, fosforylacja i często jest tak, ze jedno białko ulega różnym rodzajom modyfikacji.
Dalej jest pokazana fosforylacja (bardzo powszechna modyfikacja), która służy aktywowaniu lub dezaktywowaniu wielu białek ale także do przekazywania sygnału docierającego do komórki, najczęściej jest on przekazywany w postaci kaskady kinaz wprowadzających grupy fosforanowe do kolejnych białek.
Przykład naznaczania białek do degradacji poprzez dołączenie ubikwityny.
BIOLOGIA MOLEKULARNA WYKŁAD 12 12.01.2007
8