Transcript Från aminosyror till proteiner

Pooyan Masarrat
Vt-13
Från åminosyror till proteiner
Table of Contents
Generellt om aminosyror ........................................................................................................................ 2
Struktur och klassificering av aminosyror ............................................................................................... 2
Alifatiska .............................................................................................................................................. 2
Aromatiska .......................................................................................................................................... 2
Polära, oladdade.................................................................................................................................. 2
Positivt laddade ................................................................................................................................... 2
Negativt laddade ................................................................................................................................. 3
Stereoisomerer .................................................................................................................................... 3
Aminosyrornas kemi................................................................................................................................ 3
Elektrostatisk interaktion .................................................................................................................... 3
Vätebindning ....................................................................................................................................... 3
Hydrofob.............................................................................................................................................. 3
Aminosyror som amfojoner ................................................................................................................ 3
Isoelektrisk punkt ................................................................................................................................ 3
Aminosyrornas kemiska reaktivitet ..................................................................................................... 3
Disulfidbryggor ................................................................................................................................ 4
Fosforyleringar ................................................................................................................................ 4
Oxidering av Pro och Lys ................................................................................................................. 4
Karboxylering av Glutamat .............................................................................................................. 4
Prolin ............................................................................................................................................... 4
Från aminosyra till protein ...................................................................................................................... 4
Strukturnivåer ..................................................................................................................................... 4
Primärstruktur ................................................................................................................................. 4
Sekundärstruktur ............................................................................................................................. 5
Tertiärstruktur ................................................................................................................................. 5
Kvartärstruktur ................................................................................................................................ 5
Proteinveckning ................................................................................................................................... 5
Chaperoner ...................................................................................................................................... 6
Chaperoniner ................................................................................................................................... 6
Felveckning ...................................................................................................................................... 6
Pooyan Masarrat
Vt-13
Denaturering ....................................................................................................................................... 6
Reversibel denaturering .................................................................................................................. 7
Posttranslationell modifiering ............................................................................................................. 7
Begränsad protelytisk klyvning........................................................................................................ 7
Fosforylering/defosforylering.......................................................................................................... 7
Glykosylering ................................................................................................................................... 7
Ubiquitinering och proteasomer .................................................................................................... 8
Generellt om aminosyror
Är organiska syror som har en aminogrupp och en carboxylgrupp. Båda är kopplade till ett alfakol.
Det som skiljer aminosyror åt är R-gruppen.
Struktur och klassificering av aminosyror





Alifatiska
Aromatiska
Polära – oladdade
Positivt laddade
Negativt laddade
Alifatiska
Alanin, Glycin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Prolin, Valin
Alla gudar i landet matar pooyan villkorlöst.
Sidogrupperna är opolära. Det finns inga laddningar i dessa gruppen.
Aromatiska
Phenylalanin, Tyrosin, Tryptofan
Pooyan Tittar på TV
De har en benzenring.
Polära, oladdade
Asparagin, Cystein, Glutamin, Serin, Threonin
Alla Clowner Gillar Söta Tår
De är polära men oladdade. Det finns inga laddade grupper men det finns syreatomer eller
svavelatomer i sidokedjorna. Det inför polaritet.
Positivt laddade
De har en extra aminogrupp som kan protoneras. Även kallade för basiska.
Arginin, Histidine, Lysin.
Apor Hatar Lök.
Pooyan Masarrat
Vt-13
Negativt laddade
Aspartat och Glutamat. Har en extra karboxylgrupp som kan deprotoneras.
Stereoisomerer
Alla aminosyror förutom Glycin har fyra olika grupper runt alfakolet och kan därför bilda
stereoisomerer. Dvs
L-Aminosyror och D-Aminosyror. L formen är den naturliga formen.
Aminosyrornas kemi
Aminosyror är vattenlösliga och kan således bilda vätebindningar med vattenmolekyler och ingå i
elektrostatiska interaktioner med vattenmolekyler
Elektrostatisk interaktion
När något positivt laddat binder till något negativt laddat. Lysin (positivt laddad) kan bilda
elektrostatiska interaktioner med syret i vattenmolekylen. Likaså med glutamin som bildar
interaktioner med vätena
Vätebindning
Bildas genom väteatomer i exempelvis vatten. Delvis positiv och delvis negativ. Ämnen som kan bilda
vätebindningar eller elektrostatiska reaktioner med vatten är vattenlösliga. Ämnen som inte kan
bilda e.s. bindningar eller vätebindingar är hydrofoba
Hydrofob
Phospholipiden. Hydrofoba molekyler kommer vilja sträva efter att bilda hydrofoba interaktioner och
trycka ut vattnet som skulle vilja finnas där. När en lipid befinner sig i vatten finns det en väldigt
strukturerad ordning av vattenmolekyler runt lipiden. Genom den hydrofoba effekten och bildandet
av miceller kommer oordningen vara större. I micellsystemet finns inga välordnade vattenmolekyler.
En micell i vatten bildar högre entropi.
Aminosyror som amfojoner
Vid vissa pH befinner sig aminosyror som en amfojon (zwitterjon), dvs det finns både en positiv och
en negativ laddning på en och samma molekyl.En aminosyra kan verka både som en bas och och en
syra.
Aminosyror kan avge protoner  Syra
Aminosyror kan ta emot protoner  Bas
Isoelektrisk punkt
I en sur miljö kommer aminosyran ta upp en proton och agera som en bas.
I en basisk miljö kommer aminosyran avge en proton och agera som en syra
Ett pH värde där nettoladdningen på aminosyran är 0 kallas för isoelektrisk punkt.
Aminosyrornas kemiska reaktivitet


Cystein har en svavelatom och kan bygga disulfidbryggor.
Tyrosin, Serin och Threonin har en OH grupp och kan fosforyleras
Pooyan Masarrat
Vt-13



Prolin och Lycine kan oxideras till hydroxyprolin och hydroxylysin. Specifikt för dessa
aminosyror
Glutamin kan omvandlas till gamma-karboxyglutaminsyra.
Alla aminosyror kan bilda peptidbindningar
Disulfidbryggor
 Cystein är den enda aminosyran som har en sulfidgrupp. När två cysteinmolekyler kommer i
närheten av varandra kan det bildas en disulfidbrygga. Det är en kovalent bindning och är
väldigt stark. Proteiner som disulfidbryggor denatureras svårt efter det är så starka
bindningar.
 Disulfidbryggor i insulin kan bilda mellan två olika peptidkedjor och inom en kedja.
Fosforyleringar
ATP fungerar som donator tillsammans med ett proteinkinas fosforylerar OH gruppen på Tyr, Ser och
Thr.
Oxidering av Pro och Lys
Kollagen består av tre polypeptidkedjor som tvinnar sig kring varandra och bildar en trippelhelix. Den
helixen stabiliseras av extra vätebindningar som bildas genom hydroxyprolin och hydroxylysin. Dessa
modifieras postranslationellt.
Enzymerna som gör detta innehåller heme med F2+
Karboxylering av Glutamat
Är också en posttranslationell och sker tillsammans med koldioxid och karboxylas.
Prolin
Är den enda aminosyran där sidokedjan är bunden som både sidokedja och till aminogruppen.
Aminosyran begränsar rörelsen i polypeptidkedjan.
Från aminosyra till protein
Det enda sättet aminosyror kan bindas ihop är genom peptidbindningar. När två aminosyror ska
bindas ihop till varandra så spjälka ett vatten. En OH grupp från karboxylkedjan på aminosyra 1 och
en H från aminogruppen på aminosyra 2.
Aminosyror bildar en lång linjär molekyl. Polypeptidsekvenser läses alltid av från N-terminalen till Cterminalen.
Laddningen i en protein påverkas av N-terminalerna , C-terminalen och laddade sidokedjor. Alla
proteiner har sin egna isoelektriska punkter.
Strukturnivåer
De flesta protein har olika strukturnivåer. Primär, sekundär, tertiär och kvartärstrukturer
Primärstruktur
En rak aminosyrasekven. Anges alltid från N-terminal till C-terminal. Första aminosyran har alltid en
fri aminogrupp och sista aminosyran har en fri karboxylgrupp.
Pooyan Masarrat
Vt-13
Sekundärstruktur
Finns Alfa helixar och B-strängar. Beta sträng = en polypeptidkedja medan B-flak är flera B-strängar.
Alfahelixar
Alfahelixar hålls ihop av huvudkedjans atomer. Bara atomer som finns i huvudkedjan kan delta i
vätebindningar. Sekundära strukturer kan uppstå lokalt i proteiner. Det uppstår vätebindningar i
karbonylgrupper och aminogrupper. Det uppstår två vätebindningar mellan två aminosyra rester
cirka fyra aminosyror framåt. Om man tittar på alfahelixen från toppen så pekar sidogrupperna utåt.
Om sidogrupperna är alifatiska så är alfa helixen neutral. Detta passar för strukturer i membranet. De
har alfahelixar med opolära sidogrupper. De kan inte bilda vätebindningar med vattenmolekyler.
Kolen och syrorna intramolekylärt är redan upptagna och kan därför inte heller bilda bindningar med
vatten.
I naturen finns bara högervridna alfa helixar.
Olika aminosyror har olika förmåga att bilda alfa helixar. Ju högre delta G ju mer positivt och desto
lägre förmåga för aminosyran att bilda alfa helixar. Glycin och Prolin harsämst förmåga att bilda
alfahelixar. Prolin är för rigid för att bilda alfahelixar. Glycin är alldeles för flexibel för att bilda
alfahelixar.
Alanin har bäst förmåga att bilda alfa helixar.
Beta flak
Består av flera betasträngar som ligger antiparallelt med varandra. Hålls också ihop att
vätebindningar mellan karbonylsyre och aminogruppen. Betasträngar kan ligga parallelt, antiparallelt
och parallelt.
”Svängar”
I såna svängar är det oftast prolin och glycin som sitter där. Glycin har störst förmåga att vända en
polypeptidkedja.
Tertiärstruktur
Proteines tredimensionella struktur och hur aminosyrakedjan veckats samman. Det 3 dimensionella
påverkas givetvis av elektrostatiska interaktioner, intramolekylravätebindningar, vätebindningar
mellan olika delar av polypeptidkedjor, den hydrofoba effekten och disulfidbryggor .
Kvartärstruktur
Den högsta strukturen. Man kan bara prata om kvartärstrukturer när det finns flera
polypeptidkedjor. Man pratar om subenheter. Ex två st alfa och tvåstycken beta i hemoglobin. Finns
homo och heterodimerer, trimer och tetramerer.
Proteinveckning
Ingen vet exakt hur ett protein kan veckas och bilda en rymdstruktur. Det finns två teorier
1) Att peptidkedjan kollapsar genom hydrofoba interaktioner till en kompakt struktur kallad
molten globule som sedan kan veckas till den slutgiltiga strukturen
2) Att lokala sekundärstrukturer bildas först och de sen bildar interaktioner med varandra.
Pooyan Masarrat
Vt-13
Chaperoner
Är en grupp av proteiner som hjälper till med veckningen av andra proteiner. Det finns två
huvudsakliga kategorier
1) Molekylära chaperoner (HSP-70) som stabiliserar icke veckade/delvis veckade proteiner och
skyddar de från nedbrytning, aggregation och hjälper proteiner som ska in i mitokondrien att
förbli oveckade.
a) Det kommer ut en nysyntetiserad polypeptidkedja.
b) En M.C sätter sig direkt på pp-kedjan.
c) Skannar efter hydrofoba regioner och låser sig där. ATP drivande.
d) Det förhindrar att hydrofoba sekvenser aggregerar med varandra genom hydrofoba
interaktioner.
e) M.C väntar ut proteinet tills hela pp kedjan är färdig translaterad.
f) När translationen är avslutad lossnar M.C och proteinet kan veckas.
g) Veckningen kan ske antingen på egen hand eller med chaperoniner
Chaperoniner
Är jättestora proteiner som veckar proteiner.
a)
b)
c)
d)
Molekylära C. Håller fast polypeptidkedja
ATP hydrolys och transport till en jättestor chaperonin
Inuti chaperoninen spjälkas ATP igen och proteinet kan bli veckat.
Skyddar ppkedjan från cytosolen och andra peptider.
Felveckning
Amyloida fibrer
Felveckade proteiner ubiquitineras och skickas till proteasomer och bryts ner. Felveckade proteiner
innehåller en hög andel amyloida fibrer med B-struktur. Dessa stabiliseras av aromatiska aminosyror.
Vid en mutation då en icke aromatisk aminosyra ersätts med en aromatisk aminosyra så är
probabliteten stor att en amyloid fiber bildas.
Prioner
Man tror att de kan ingå i signaltransduktion. Finns i hjärnan. Ibland kan ett skräpprotein interagera
med en normal protein och omvandlar den. På så sätt bildas en skräpdimer. Det sker en
dominoeffekt av skräpproteiner.
Denaturering
Proteiner har förmåga att denaturera. De är känsliga för förändring. Denaturering = ett tillstånd då
proteiner förlorar sin rymdstruktur. Orsaker som denaturerar




Värme som bryter vätebindningar
pH som ändrar laddningen
Detergenter som förstör hydrofoba interaktioner
Hög salthat som bryter vätebidningar med vattenmolekyler.
Primärstrukturen förstörs aldrig!!! Dvs bara proteinerna förlorar sin funktion. Proteiner med
disulfidbryggor är mer resistenta mot denaturering. Man kan inte bara värma proteinet utan man
Pooyan Masarrat
Vt-13
måste bryta bryggorna. Detta kan man göra med hjälp av urea (salt). När man bryter
disulfidbryggorna måste man tillsätta ett reducerande ämne.
Reversibel denaturering
Ribonukleas A denatureras av urea och merkapetanol. När man tar bort dessa ämnen så veckas
proteinet igen, dvs det renatureras.
Posttranslationell modifiering
Begränsad protelytisk klyvning
 Vissa enzymer syntetiseras som inaktiva föregångare till ett enzym. T.ex. pepsin syntetiseras
som pepsinogen. Kymotrypsinogen till kymotrypsin osv. Enteropeptidas klyver ner
trypsinogen till trypsin
 Protelytisk klyvning är irreversiblet och inaktivering av det aktiva enzymet sker genom
nedbrytning eller inhibering.
 Kan ske utanför cellen eftersom det inte kräver ATP
Fosforylering/defosforylering
Det finns tre aminosyror som kan fosforyleras pga de har en OH grupp. Fosforylering är det vanligaste
sättet med vilket enzymer regleras (aktivering/inaktivering) Serin, threonin
Processen är reversibel. Sker genom proteinkinaser tillsammans med ATP som donator.
Kan ej ske cellen eftersom det inte finns något ATP utanför cellen.
Glykosylering
Additionen av oligosackarider till proteiner. Det finns två typer av glykosylering.
1) N-länkad. Måste ske genom en kväveatom. Aminosyror som donerar sin kväveatom är Asparagin
och sker i ER.
2) O-länkad. Serin och threonin i golgi och cytosol.
Det sätts oftast på en hel gren eller hela träd av sockermolekyler. Först byggs hela sockermolekylen
upp och adderas senare till proteinet. Om det sker nåt fel i oligosackaridträdet så är det mycket
enklare att göra om hela trädet än att syntetisera en helt ny proteinmolekyl.
Varför glykosylering?
a)
b)
c)
d)
e)
Är mer hydrofila. Alla sockerarter är vattenlösliga och kan bidra med negativa laddningar.
Viktigt för sekretoriska proteiner som blir motståndskraftiga mot nedbrytningsprotein.
Rätt sortering av lysosomala proteiner (Mannos-6-fosfat signallering)
Rätt veckning som förankrar proteiner till chaperoniner
Cell-cell kommunikation (integriner och selektiner)
Reglering
En glukosmolekyl klipps bort och fortsätter till folding sensor. Om det är grönt kommer proteinet
fortsätta ut. Om proteinet är felveckat så sätts glukoset på proteinet igen för omveckning på
chaperoniner. Processen kan upprepas flera gånger tills proteinet blir rätt eller tills cellen blir trött på
proteinet och ba fuck you vi skickar dig till proteasomer.
Om proteinet är felveckat så går den tillbaka till chaperoniner
Pooyan Masarrat
Vt-13
Ubiquitinering och proteasomer
Cellen måste markera att det är just det proteinet som ska brytas ner. Det sker genom ubikvitin och
består genom 76 aminosyror.
1)
2)
3)
4)
5)
Ubkvitin sätts på E1 (Ubikvitin activating). ATP krävande.
Ubikvitin fortsätter till E2.
E2 konjugeras med E3.
E3 interagerar med målproteinet. Ubikvitin sätts på målproteinet
Målproteinet med Ubikvitin skickas till proteasomen.
E3 avgör substratspecifitet för proteinet.
Reglering av ubiquitinering
 Första aminosyran efter methionin.
 Det finns en specifik aminosyrasekvens som känns igen av ett protein vid namn DBRP
(Destruction box recognition protein)
Ubiquitineringen är viktig för regleringen av cellulära processer och elimineringen av felaktiva
proteiner.