ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΙKεφ. 2 Πρωτείνες (Lubert Stryer)

2

ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ2.1 Οι πρωτεΐνες δομούνται από ένα σύνολο 20 αμινοξέων

2.2 Πρωτοταγής δομή: τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούςδεσμούς για να σχηματίσουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες

2.3 Δευτεροταγής δομή: οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούννα αναδιπωθούν σε κανονικές δομές όπως η α-έλικα, η β-πτυχωτήεπιφάνεια, οι στροφές και οι θηλιές

2.4 Τριτοταγής δομή: οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές με μη πολικά κέντρα

2.5 Τεταρτοταγής δομή: οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούννα συγκροτήσουν δομές πολλών υπομονάδων

2.6 Η αλληλουχία αμινοξέων μιας πρωτεΐνης καθορίζει τηντριδιάστατη δομή της περιεκτικοτητα

Οι ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ συνιστούν το μεγαλύτερο μέρος των βιολογικών μακρομορίων του κυττάρου

λειτουργια

- καταλύτες χημικών αντιδράσεων - μεταφορείς και αποθηκευτές

μορίων- παρέχουν μηχανική στήριξη- παρέχουν ανοσοπροστασία- δημιουργούν κίνηση- μεταβιβάζουν σήματα (πχ ορμονικά,

αισθητικά κλπ) - ρυθμίζουν την ανάπτυξη και τη

διαφοροποίηση- ρυθμίζουν την γονιδιακή έκφραση !!!

κλπ κλπ κλπ

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

5 βασ. Ιδιοτητες 3Δ

Βασικές Ιδιότητες: 1. Οι πρωτεΐνες είναι γραμμικά πολυμερήδομούμενα από μονομερή αμινοξέων

Η λειτουργία μιας πρωτεΐνης εξαρτάται απόλυτα από την τρισδιάστατη δομή της

Οι πρωτεΐνες είναι ένα εκπληκτικό παράδειγμα μετάβασης από τον μονοδιάστατο κόσμο των αλληλουχιών στον τρισδιάστατο κόσμο των μορίων που παρουσιάζουν μεγάλο εύρος λειτουργιών.

Βασικές Ιδιότητες

6 Χημικες ομαδες

Βασικές Ιδιότητες: 2. Οι πρωτεΐνες περιέχουν μια μεγάλη σειρά λειτουργικών ομάδων:

Αλκοόλες, θειόλες, θειοαιθέρες, όξινες καρβοξυλικές ομάδες -καρβαμίδια, και βασικές αμινο ομάδες .

Η χημική δραστικότητα των ομάδων αυτών καθορίζει τη δομή και λειτουργία τους και είναι απαραίτητη για τη συμμετοχή τους σε

χημικές αντιδράσεις πχ για τη λειτουργία των ενζύμων

ΔΟΜΗ και ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

7 αλληλεπιδρασεις

Βασικές Ιδιότητες: 3. Οι πρωτεΐνες μπορούν να αλληλεπιδρoύν είτε μεταξύ τους ή με

άλλα μακρομόρια (πχ με πολυσακχαρίτες), και μπορούν να δημιουργήσουν πολύπλοκα συγκρτοτήματα

ΔΟΜΗ και ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

Ηλεκτρονιομικρογραφία ιστού εντόμου με εξαγωνική διάταξη που οφείλεται σε

δύο πρωτεϊνικά νημάτια.

8 ευκαμψια

Γενικά, οι πρωτεινικές αλληλεπιδράσεις είναι καθοριστικές για οποιαδήποτε λειτουργία (ρυθμιστική ή άλλη) οι πρωτείνες

επιτελούν.

Βασικές Ιδιότητες: 4. Μερικές πρωτεΐνες έχουν σχεδόν άκαμπτη δομή, ενώ υπάρχουν άλλες

που εμφανίζουν σχετική ευκαμψία και πλαστικότητα, που είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη λειτουργία τους.

ΔΟΜΗ και ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

Η πρωτεΐνη λακτοφερρίνη όταν δεσμεύει σίδηρο αλλάζει δομή, επιτρέποντας έτσι σε άλλα μόρια να ξεχωρίσουν το

μόριο που έχει σίδηρο από εκείνο που δεν έχει.9 α;μινοξεα

Οι πρωτεΐνες είναι γραμμικά πολυμερή που δομούνται από ένα σύνολο 20 διαφορετικών αμινοξέων

α-ανθρακας

Αμινική ομάδα

Καρβοξυλική ομάδα

Πλευρική αλυσίδα

10 ονοματολογια

Ονοματολογία/Ταυτοποίηση ατόμων άνθρακα ενός αμινοξέος

R

11 L- και D-ισομερή

α-ανθρακας

Με τέσσερεις διαφορετικές ομάδες συνδεμένες στο τετράεδρο του ατόμου του α-άνθρακα, τα αμινοξέα είναι χειρόμορφα (chiral). Τα δύο κατοπτρικάείδωλα ονομάζονται L- και D-ισομερή

Στις πρωτείνες απαντώνται μόνο L-αμινοξέα

12 Διπολα

Τα αμινοξέα σε διάλυμα με ουδέτερο pH συμπεριφέρονται σαν δίπολα ιόντα(αμφοτερικά ιόντα, zwitterions)

13 pH

pH < 7

pH > 7

Ο ιοντισμός ενός αμινοξέος ποικίλει ανάλογα με το pHΗ μορφή αμφοτερικού ιόντος υπερισχύει όταν η τιμή του pH είναι κοντά στη φυσιολογική.

14 R

Οι πρωτεΐνες δομούνται από ένα σύνολο 20 διαφορετικών αμινοξέων με βάση τη χημική δομή και συμπεριφορά της

πλευρικής τους ομάδας R

R: - μέγεθος- σχήμα- φορτίο- δεσμευτική συγγένεια

υδρογόνου- υδροφοβικότητα- χημική δραστικότητα

15 κατηγοριες

1. Υδρόφοβα πχ -CH3

2. Πολικά αφόρτιστα πχ -OH

3. Θετικά φορτισμένα πχ –NH3+

4. Αρνητικά φορτισμένα πχ -COO-

5. Αρωματικά πχ -Φ

Κατηγοριοποίηση των 20 αμινοξέων με βάση τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των πλευρικών τους

ομάδων (R)

16 υδροφοβα

17 υδροφοβα

Η γλυκίνη δεν είναι χειρόμορφη γιατί διαθέτει 2 άτομα Η υδρογόνου συνδεμένα με τον α-άνθρακα

1. Υδρόφοβα αμινοξέα.

Α) Γλυκίνη , Αλανίνη,τα απλούστερααμινοξέα.

1. Υδρόφοβα αμινοξέα.

Β) Βαλίνη, Λευκίνη, Ισολευκίνη, Μεθειονίνη

18 υδροφοβα

Η προλίνη μπορεί να επηρεάσει την πρωτεϊνική δομή γιατί ο δακτύλιος της δομής της την κάνει πιο άκαμπτη από ότι τα άλλα

αμινοξέα.

1. Υδρόφοβα αμινοξέα.Γ) Προλίνη

19 Πολικά

Τα υδροξύλια Σερίνης και Θρεονίνης προσδίδουν υδρόφιλο χαρακτήρα.

2. Πολικά αμινοξέα, Σερίνη, Θρεονίνη

20 κυστεινη

Υδρόφιλες ομάδες

Ομοιοπολικές συνδέσεις μεταξύ πλευρικών ομάδων:Δισουλφιδικοί δεσμοί μεταξύ των θειολο-ομάδων κυστεϊνώνσχηματίζουν κυστίνες

Σουλφιδρυλική (θειολική) ομάδα

2. Πολικά αμινοξέα, Κυστείνη

21 ινσουλινη

Η ινσουλίνη αποτελείται απο δυο πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδέονται

με δισουλφιδικούς δεσμούς

22 Θετικά

Δισουλφιδικοί δεσμοί μεταξύ θειολο-ομάδων κυστεϊνώνσυμμετέχουν στη δημιουργία ανώτερων τρισδιάστατων δομών

ιμιδαζόλιο

Ιοντισμός ΙστιδίνηςΗ ιστιδίνη μπορεί να δεσμεύει και να απελευθερώνει πρωτόνια στο φυσιολογικό pH

23 Αρνητικα και αμίδια

3. Θετικά φορτισμένα αμινοξέα. Λυσίνη, Αργινίνη, Ιστιδίνη.

Ομάδα γουανιδίνης

φορτισμένα

μη-φορτισμένα

καρβοξυλαμίδιο

4. Αρνητικά φορτισμένα αμινοξέα και αμίδια. Ασπαραγινικό, γλουταμινικό, ασπαραγίνη, γλουταμίνη

24 αρωματικα

5. Αρωματικά αμινοξέα. Τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη, Τυροσίνη

25 απορροφηση

Φάσματα απορρόφησης των αρωματικών αμινοξέων τρυπτοφάνης και τυροσίνης.

26 Αποροφηση οχι

Ο νόμος του Beer δίνει την απορρόφηση (Α) του φωτός για ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος

Α = εclΑ: απορρόφησηε: συντελεστής απόσβεσης (σε μονάδες Μ-1cm-1)c: η συγκέντρωση της ουσίας που απορροφά (Μ)l: το μήκος που διανύει το φως (cm)

Η ικανότητα μιας ένωσης να απορροφά φως περιγράφεται από το συντελεστή απόσβεσης (extinction coefficient) ε.

26 ionismos

7 από τα 20 αμινοξέα έχουν πλευρικές αλυσίδες που ιοντίζονται διευκολύνοντας είτε αντιδράσεις, είτε τη δημιουργία ιοντικών δεσμών

24 συμβολα

Συντομογραφίες και σύμβολα αμινοξέων

1ταγης δομη

24 Αμιδικος δεσμος

ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ: τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς(αμιδικούς) δεσμούς για να σχηματίσουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες

συμπύκνωσηυδρόλυση

31 ακρα

--- με ελεύθερο αμινο-τελικό και καρβοξυ-τελικό άκρο

24 μαζα

• Φυσικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες: 50-2000 αμινοξέα (πρωτεΐνες).

• ολιγοπεπτίδια: <50 αμινοξέα.

• Μέσο μοριακό βάρος αμινοξέος: 110gr/mol, Μοριακό βάρος πρωτεϊνών:5.500-220.000g/mol

• Η μάζα μιας πρωτεΐνης εκφράζεται σε dalton (Da: μονάδα μάζας ίση περίπου με τη μάζα του υδρογόνου, kd=1000 dalton)

33 Αμιδικος δεσμος

Ο πεπτιδικός δεσμός είναι επίπεδος γιατί έχει εν μέρει χαρακτήρα διπλού δεσμού που περιορίζει την

περιστροφή γύρω από τον εαυτό του

α

α

Δομές συντονισμού !!!37 Δρασικες ομαδες

• Κύρια αλυσίδα (κορμός)• Πλευρικές αλυσίδες

Αμιδική ομάδα (εκτός από την Προλίνη):δότης δεσμών υδρογόνου

Καρβονυλική ομάδαδέκτης δεσμών υδρογόνου

Οι καρβονυλικές και αμιδικές ομάδες του αμιδικού δεσμού αλληλεπιδρούν μεταξύ τους (αλλά και με τις πλευρικές

λειτουργικές ομάδες άλλων αμινοξέων) σταθεροποιώντας τρισδιάστατες δομές

39 δευτεροταγης

40 α ελικα β πτυχωση

Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αναδιπλώνονται σε επι μέρους κανονικές δομές όπως η α-έλικα, η β-πτυχωτή

επιφάνεια, οι στροφές (β-) και οι θηλιές (Ω-)

Η α-έλικα είναι μια δομή σπειράματος που σταθεροποιείται με ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου

Ελάχιστος κενός χώρος

Ο

ΝΗ

42 Α ελικα

Η ομάδα C=O κάθε αμινοξέος σχηματίζει δεσμό υδρογόνου με την ομάδα N-H του αμινοξέος που βρίσκεται 4 θέσεις μπροστά στην αλληλουχία.

Κάθε αμινοξύ απέχει από το επόμενο κατά 1.5Å κατά μήκος του άξονα της έλικας και είναι περιεστρεμμένο κατά 100ο, δίνοντας 3.6 αμινοξέων ανά στροφή έλικας.

Το βήμα της α-έλικας είναι 1.5Å x 3.6 = 5.4 Å (1Å=10-10m)43 δεξιοστροφη

Η στροφή της έλικας μπορεί να είναι δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη.

Οι δεξιόστροφες έλικες είναι πιο ευνοούμενες ενεργειακά διότι παρουσιάζουν λιγότερες στερικές συγκρούσεις μεταξύ των πλευρικών

αλυσίδων και του κορμού.

44 αποκαλυψη

Η αποκάλυψη της α-έλικας αποτελεί ορόσημο για τη βιοχημεία διότι απέδειξε ότι η στερεοδιάταξη μιας

πολυπεπτιδικής αλυσίδας μπορεί να προβλεφθεί απο τις ιδιότητες των αμινοξέων που την αποτελούν

Φεριτίνη (αποθήκευση σιδήρου): Το 75% των αμινοξέων της διατάσσεται σε α-έλικα

46 σπειρ. σπειραμα

Δύο ή περισσότερες α-έλικες μπορούν να περιελιχθούν και να δημιουργήσουν μια πολύ σταθερή δομή η οποία μπορεί να έχει μήκος 1000 Å ή περισσότερο.

Στεροδιάταξησυσπειρωμένου

σπειράματος α-ελίκων

45 κολλαγονο

Οι ινώδεις πρωτεΐνες παρέχουν δομική στήριξη σε κύτταρα και ιστούς

Οι δυο έλικες ελίσσονται η μία γύρω από την άλλη και σχηματίζουν μια υπερέλικα.

Π.χ. Κερατίνη των μαλλιών, των φτερών,των νυχιών και των κεράτων των ζώων (μυοσίνη/τροπομυοσίνη μυών, ινώδες θρόμβων αίματος, κερατίνη μαλλιών, φτερών, νυχιών, κεράτων).

Το κολλαγόνο, η πρώτη σε αφθονία πρωτεΐνη των θηλαστικών, έχει ένα πολύ διαφορετικό τύπο έλικας με

τρεις ελικοειδείς πολυπεπτιδικές αλυσίδες.

Το κολλαγόνο είναι το κύριο ινώδες συστατικό στο δέρμα, τα οστά, τους τένοντες, τους χόνδρους και τα δόντια.

53 Β πτυχωσ

• Αντιπαράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια. Οι γειτονικές β-πτυχώσεις έχουν αντίθετες κατευθύνσεις και δεσμοί υδρογόνου σταθεροποιούν τη δομή μεταξύ δύο β-πτυχώσεων.

47 Παραλληλη β

Οι β-πτυχωτές επιφάνειες σταθεροποιούνται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των πολυπεπτιδικών αλυσίδων

• Παράλληλη β-πτυχωτή επιφάνεια. Οι γειτονικές β-πτυχώσεις έχουν ίδιες κατευθύνσεις και Δεσμοί υδρογόνου σταθεροποιούν τη δομή μεταξύ δύο β-πτυχώσεων.

48 επιφανειες

Πολλές β-πτυχώσεις (5-10 ή και περισσότερες) συνδέονται μεταξύ τους προκειμένου να δημιουργήσουν β-επιφάνειες

49 πχ

β-πτύχωση---βέλος

50 Στροφες θηλιες

Σχηματική αναπαράσταση β-πτυχωτής επιφάνειας

Πχ πρωτεΐνες που δεσμεύουν λιπαρά οξέα είναι πλούσιες σε

β-πτυχωτές επιφάνειες

Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αλλάξουν κατεύθυνση δημιουργώντας αντίθετες στροφές και θηλιές

Στροφή αναστροφής

Οι θηλιές που υπάρχουν στην επιφάνειας ενός μορίου μπορεί να συμμετέχουν σε αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια.

51 προβλεψη

Μπορεί να προβλέψει κανείς τη δευτεροταγή δομή των πρωτεϊνών γνωρίζοντας την προτίμηση των

αμινοξέων για συγκεκριμένες δομές ????

54 Προτιμησεις

Τα αμινοξέα έχουν διαφορετικές προτιμήσεις για το σχηματισμό α-έλικας, β-επιφάνειας και β-στροφής

55 Τριτοταγης

56 Πχ υδατοδιαλυτες

ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ Π.χ. 1

Yδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές

με μη πολικά κέντραΜυοσφαιρίνη (153 αα, αίμη, σίδαρο)

Τρισδιάστατη δομή μυοσφαιρίνης :

Η πρωτεΐνη αποτελείται κυρίως από α-έλικες και είναι συμπαγής.

Η ομάδα της αίμης βρίσκεται μέσα σε μια εσοχή με εκτεθειμένημόνο μία άκρη της.

57 Αα μυοσφαιρινη

Μη-πολικά-υδρόφοβα (λευκίνη, βαλίνη, μεθειονίνη, φαινυλαλανίνη)

Φορτισμένα (γλουταμινικό, ασπαραγινικό, λυσίνη, αργινίνη)

Κατανομή των αμινοξέωνστη μυοσφαιρίνη

Τα υδρόφοβα αμινοξέα βρίσκονται κυρίως στο εσωτερικό της δομής, ενώ τα φορτισμένα βρίσκονται κυρίως στην επιφάνεια της πρωτεΐνης.

58 αα

Μη-πολικά (λευκίνη, βαλίνη, μεθειονίνη, φαινυλαλανίνη)

Φορτισμένα (γλουταμινικό, ασπαραγινικό, λυσίνη, αργινίνη)

59 πορίνες

ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ Π.Χ. 2 : Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές με πολικά κέντρα και υδρόφοβη

εξωτερική επιφάνειαΠολικά αμινοξέα βρίσκονται στο εσωτερικό των πορινών ενώ

μη-πολικά αμινοξέα βρίσκονται στο εξωτερικό τους.

Πορίνες

60 μοτιβα

Στην τριτοταγή δομή πολλών πρωτεΐνών απαντώνται ορισμένοι συνδυασμοί δευτεροταγούς δομής

Αυτοί οι συνδυασμοί ονομάζονται μοτίβα, ή υπερδευτεροταγείς δομές. Πχ, ένα μοτίβο που προσδένεται στο DNA είναι μια στροφή η οποία μεσο-λαβεί μεταξύ δύο α-ελίκων, και ονομάζεται έλικα-στροφή-έλικα.

73 domains

Π.χ. το εξωκυτταρικό τμήμα του μορίου CD4, μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται στην επιφάνεια ορισμένων κυττάρων του

ανοσοποιητικού συστήματος, αποτελείται από 4 παρόμοιες δομικές περιοχές που περιλαμβάνουν 100 αμινοξέα η κάθε μία.

Συχνα, επαναλαμβανόμενες διακριτές δομικές περιοχές (domains) ενώνονται μεταξύ τους με εύκαμπτα τμήματα

74 μετα-μεταφραστικές

Η μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις των πρωτεϊνών προσδίδουν νέες ιδιότητες

Πχ. Η δραστικότητα ενζύμων μπορεί να ενεργοποιείται ή να αναστέλλεται μετά από φωσφορυλίωση των υδροξυ-αμινοξέων σερίνη και θρεονίνη· Η φωσφοσερίνη και η φωσφοθρεονίνη είναι τα πιο συχνά απαντώμενα τροποποιημένα αμινοξέα στις πρωτεΐνες.

.

62 Christian Anfinsen

Η αλληλουχία αμινοξέων καθορίζει την τρισδιάστατη δομή και τη λειτουργία της πρωτεϊνης. Πείραμα Christian Anfinsen

61 ουρια

RNAse A

8Μ ουρία

62 Β-μερκαπ.

Η ουρία και η HCL γουανιδίνη αποδιατάσσουν την πρωτείνη

διασπόντας μη ομοιοπολικούς δεσμούς

Η β-μερκαπτοαιθανόλη ανάγει δισουλφιδικούς δεσμούς

Η πρωτεΐνη ανάγεται

Η μερκαπτοαιθανόλη οξειδώνεται

σουλφυδρύλια

63 αποδιαταξη

Παρουσία 8Μ ουρίας ΚΑΙ περίσσειας β-μερκαπτοαιθανόλης η RNAse A αποδιατάσσεται πλήρως

Ενζυμικά ενεργή

Ενζυμικάανενεργή

64 διαπηδηση

Απομάκρυνση της ουρίας με διαπίδηση παρουσιά μικρής συγκέντρωσης β-μερκαπτοαιθανόλης οδηγεί σε επαναδιάταξη οτυ

ενζύμου και επαναφορά της δραστικότητάς του

Διαπίδηση ~10h

…..η αλληλουχία καθορίζει τη

στερεοδιάταξη και κατα συνέπεια την ενζυμική

ενεργότητα …….

Ενζυμικά ανενεργή

Ενζυμικά ενεργή

65 μερική επαναδιαταξη

Εάν η πρωτεΐνη επανοξειδωθεί (απομάκρυνση β-μερκαπτο-αιθανόλης) παρουσία 8Μ ουρίας και μετά ακολουθήσει απομάκρυνση της ουρίας, μόνο 1% της αρχικής ενζυμικής δραστικότητας της φυσικής πρωτεΐνης ανακτάται.ΓΙΑΤΙ;;;;;

Το φαινομανο της επαναδιάταξης έχει εξαιρέσεις: Πρωτείνες -Συνοδοί

66 αποδιαταξη

Αποδιάταξη πρωτεϊνών: Μετάπτωση από την αναδιπλωμένη στην ξεδιπλωμένη κατάσταση σε αυξανόμενες συγκεντρώσεις αποδιατακτικών παραγόντων

50% ξεδιπλωμένα μόρια50% αναδιπλωμένα μόρια

Θερμότητα,Χημικοί αποδιατακτικοί παράγοντες (ουρία, υδροχλωρική γουανιδίνη, pH)

67 Levinthal de novo

Οι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σταθεροποιώντας σταδιακάενδιάμεσες δομές και όχι αναζητώντας τυχαία τη σωστή δομή

• Cyrus Levinthal: Σε μια μικρή πρωτεΐνη 100αα, αν κάθε αμινοξύ μπορεί να πάρει 3 διαφορετικές στερεοδιατάξεις, τότε ο Αριθμός πιθανών δομών = 3100 = 5 x 1047

• Αν απαιτείται 10-13 sec για τη μετατροπή της μιας δομής στην άλλη, τότε ο συνολικός χρόνος αναδίπλωσης = 5 x 1047 x 10-13sec = 5 x 1034

sec = 1.6 x 1027 χρόνια !!!!

“Η τεράστια διαφορά μεταξύ του υπολογισμένου και του αληθινού χρόνου αναδίπλωσης ονομάζεται παράδοξο του Levinthal”

Επαναδιάταξη και de novo ανδίπλωση πρωτεϊνών

68 Σταδιακα

Προτεινόμενη πορεία Αναδίπλωσης:

(1). Τοπικές περιοχές υιοθετούν αρχικά την προτιμώμενη δομή.(2-4). Αυτές οι δομές συναθροίζονται ώστε να σχηματιστεί ένας πυρήνας με δομή που προσομοιάζει προς αυτή της φυσικής κατάστασης.(5). Η δομή αυτή στη συνέχεια συμπυκνώνεται για τον σχηματισμό της φυσικής και πιο συμπαγούς δομής.

70 Alzheimer

Η εσφαλμένη αναδίπλωση και η συσσωμάτωσηπρωτεϊνών σε αδιάλυτα σύμπλοκα προκαλούν νόσους του

νευρικού συστήματοςΗ νόσος Alzheimer, Parkinson, Huntington και οι σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες (νόσος του πρίον) οφείλονται σε λανθασμένα αναδιπλωμένες πρωτεΐνες με αποτέλεσμα την εναπόθεση συσ-σωματωμάτων πρωτεΐνης (ινίδια αμυλοειδούς ή πλάκες-αμυλοειδώσεις) στους ιστούς.

Η συσσωμάτωση της πρωτεΐνης οφείλεται στον σχηματισμό μεγάλων παράλληλων β-πτυχωτών επιφανειών.

69 προβλεψη

Η πρόβλεψη της τριτοταγούς δομής από την αλληλουχία των αμινοξέων παραμένει μια μεγάλη

πρόκληση

• Εξ’ αρχής πρόβλεψη

• Λυμένες δομές

4 ταγης

75 Cro

ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ: Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να συγκροτήσουν δομές πολλών υπομονάδων

Π.χ. Η πρωτεΐνη Cro είναι Ομο-διμερής (διμερές που αποτελείται από δυο πανομοιότυπες υπομονάδες)

Υπομονάδα ΒΥπομονάδα Α76 αιμοσφαιρινη

Π.χ. Η Ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη (τετραμερές α2β2)

αβ

βα77 ολιγομερεις

78 συνοψη ερωτησεις

ΔΟΜΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝΟι πρωτεΐνες δομούνται από ένα σύνολο 20 αμινοξέων

Πρωτοταγής δομή: τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούςγια να σχηματίσουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες

Δευτεροταγής δομή: οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αναδιπλώνονται σε κανονικές επιμέρους δομές όπως η α-έλικα, η β-πτυχωτή επιφάνεια, οι στροφές και οι θηλιές

Τριτοταγής δομή: οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές με μη πολικά κέντρα

Τεταρτοταγής δομή: οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να συγκροτήσουν δομές πολλών υπομονάδων

Η ακολουθία αμινοξέων μιας πρωτεΐνης καθορίζει την τρισδιάστατη δομή της και εν τέλει τη λειτουργία της

4 λειτουργια

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΕΡΩΤΗΣΕΙΣ1. Ζωγραφίστε τη δομή ενός αμινοξέος και υποδείξτε τα παρακάτω

χαρακτηριστικά, τα οποία είναι κοινά σε όλα τα αμινοξέα: λειτουργικές ομάδες,πλευρικές αλυσίδες και ιοντικές μορφές.

2. Ζωγραφίστε ένα πεπτιδικό δεσμό και περιγράψτε τη διαμόρφωσή του και τορόλο του στις πολυπεπτιδικές αλληλουχίες. Υποδείξτε τα Ν- και C-τελικάκατάλοιπα στα πεπτίδια.

3. Αναφέρετε 4 λόγους γιατί η γνώση της αμινοξικής αλληλουχίας μιας πρωτεΐνηςείναι σημαντική. (slide 41)

4. Γιατί σχεδόν όλοι οι πεπτιδικοί δεσμοί είναι trans;

5. Διαφοροποιήστε ανάμεσα στις δύο κύριες περιοδικές δομές των πρωτεϊνών:την α-έλικα και τη β-πτυχωτή επιφάνεια. Περιγράψτε τα μοτίβα δεσμώνυδρογόνου, τα σχήματα και τις διαστάσεις αυτών των δομών.

6. Περιγράψτε την πρωτοταγή, τη δευτεροταγή, την τριτοταγή και τηντεταρτοταγή δομή των πρωτεϊνών.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής1. Αντιστοιχίστε τα αμινοξέα στην αριστερή στήλη με τους τύπους πλευρικών

ομάδων στη δεξιά στήλη:

α. Lys 1. μη-πολική αλειφατικήβ. Glu 2. μη-πολική αρωματικήγ. Leu 3. βασικήδ. Cys 4. όξινηε. Trp 5. περιέχει θείοζ. Ser 6. περιέχει υδροξύλιο

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής3. Γιατί η Ιστιδίνη λειτουργεί σαν ρυθμιστικό διάλυμα σε τιμή pH ίση με 6.0; Τι θα

λέγατε για τη ρυθμιστική της δράση σε pH 7.6;

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής

5. Για το πενταπεπτίδιο Glu – Met – Arg – Thr – Gly:

α. ποιο είναι το καρβοξυτελικό κατάλοιπο;β. δώστε τον αριθμό των φορτισμένων ομάδων σε pH 7.γ. δώστε το συνολικό φορτίο σε pH 1.δ. γράψτε την αλληλουχία χρησιμοποιώντας τα σύμβολα ενός γράμματος.

α. Γλυκίνηβ. 4, Η καρβοξυλομάδα και η α‐αμινομάδα του γλουταμικού, η πλευρική

ομάδα της αργινίνης, και η α‐καρβοξυλομάδα της γλυκίνηςγ. +2, η Ν-τελική αμινομάδα και το κατάλοιπο αργινίνηςδ. E – M – R – T - G

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνών

Πολλαπλής επιλογής6. Εάν ένα πολυπεπτίδιο έχει 400 αμινοξέα ποια είναι η μάζα του κατά

προσέγγιση;α. 11.000 daltonsβ. 22.000 daltonsγ. 44.000 daltonsδ. 88.000 daltons

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής7. Ποιο αμινοξύ μπορεί να σταθεροποιήσει δομές πρωτεϊνών σχηματίζοντας

ομοιοπολικούς δεσμούς ανάμεσα σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες;

α. Metβ. Serγ. Glnδ. Glyε. Cys

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής8. Ποια από τα παρακάτω είναι σωστά για τον πεπτιδικό δεσμό;

α. Ο πεπτιδικός δεσμός είναι επίπεδος εξαιτίας του χαρακτήρα του σαν μερικώςδιπλού-δεσμού στον δεσμό ανάμεσα στον καρβοξυλικό άνθρακα και το άζωτο.

β. Υπάρχει σχετική ελευθερία περιστροφής στον δεσμό ανάμεσα στονκαρβοξυλικό άνθρακα και το άζωτο.

γ. Το υδρογόνο που είναι ενωμένο στο άτομο αζώτου είναι in trans στο οξυγόνοτης καρβοξυλικής ομάδας.

δ. Δεν υπάρχει ελευθερία περιστροφής γύρω από το δεσμό ανάμεσα στον α-άνθρακα και τον άνθρακα καρβονυλίου (καρβοξυλίου).

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής9. Ποιο από τα παρακάτω για τη δομή α-έλικας των πρωτεϊνών είναι σωστό;

α. Διατηρείται με δεσμούς υδρογόνου ανάμεσα στις πλευρικές αλυσίδες τωναμινοξέων.

β. φτιάχνει περίπου το ίδιο ποσοστό όλων των πρωτεϊνών.γ. Παίζει μηχανικό ρόλο φτιάχνοντας σταθερά ινίδια σε μερικές πρωτεΐνες.δ. Σταθεροποιείται από δεσμούς υδρογόνου ανάμεσα στα αμιδικά υδρογόνα και

τα καρβονυλικά οξυγόνα στις πολυπεπτιδικές αλυσίδες.ε. εμπεριέχει όλα τα 20 αμινοξέα σε ίσες αναλογίες.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής10. Ποιες από τις παρακάτω ιδιότητες είναι κοινές στις δομές α-έλικας και β-

πτυχωτής επιφάνειας των πρωτεϊνών;

α. Έχουν σχήμα ράβδου.β. Δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα στις ομάδες κύριας αλυσίδας, CO και NH.γ. Απόσταση ανάμεσα στα γειτονικά αμινοξέα της τάξεως των 3.5Å.δ. Ποικίλους αριθμούς των συμμετεχόντων αμινοξικών καταλοίπων.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής11. Εξηγήστε γιατί οι δομές α-έλικας και β-πτυχωτής επιφάνειας βρίσκονται συχνά

στο εσωτερικό υδατοδιαλυτών πρωτεϊνών;

Και στις δύο δομές οι πολικοί πεπτιδικοί δεσμοί της κύριας αλυσίδας ενέχονται στοσχηματισμό εσωτερικών δεσμών υδρογόνου, εξαλείφοντας τη δυνατότηταδημιουργίας δεσμών υδρογόνου με το νερό.

Συνολικά οι δευτεροταγείς δομές είναι λιγότερο πολικές από τις αντίστοιχεςγραμμικές αμινοξικές αλληλουχίες.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής12. Ποιο από τα παρακάτω αμινοξικά κατάλοιπα είναι πιο πιθανό να βρίσκονται

στο εσωτερικό μιας υδατοδιαλυτής πρωτεΐνης;

α. Valβ. Hisγ. Ileδ. Argε. Asp

Μερικά φορτισμένα και πολικά αμινοξικά κατάλοιπαμπορούν να βρεθούν στο εσωτερικό κάποιωνπρωτεϊνών, σε ενεργά κέντρα, αλλά τα περισσότεραπολικά και φορτισμένα αμινοξέα εδράζονται στηνεπιφάνεια των πρωτεϊνών.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής13. Ποιο από τα παρακάτω σε ότι αφορά τις δομές υδατοδιαλυτών πρωτεϊνών,

όπως για παράδειγμα τη μυοσφαιρίνη, ΔΕΝ είναι σωστά;

α. Περιέχουν υψηλά πακεταρισμένα αμινοξέα στο εσωτερικό τους.β. Τα περισσότερα μη-πολικά κατάλοιπα είναι σε επαφή με τον υδατικό διαλύτη.γ. Οι ομάδες της κύριας αλυσίδας NH και CO συχνά ενέχονται σε δευτεροταγείς δομές δια

μέσω δεσμών υδρογόνου στο εσωτερικό αυτών των πρωτεϊνών.Δ. Tα πολικά κατάλοιπα όπως η His μπορεί να βρεθούν στο εσωτερικό αυτών των

πρωτεϊνών εάν αυτά τα κατάλοιπα έχουν ειδικούς λειτουργικούς ρόλους.ε. Όλες αυτές οι πρωτεΐνες περιέχουν δομές β-πτυχωτής επιφάνειας.

Β. ΛΑΘΟΣ γιατί οι σφαιρικές υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες έχουν τα περισσότερα μη-πολικά κατάλοιπα θαμμένα στο εσωτερικό της πρωτεΐνης.

Ε. ΛΑΘΟΣ γιατί ΌΧΙ όλες οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες περιέχουν β-πτυχωτέςεπιφάνειες σαν δευτεροταγείς δομές. Για παράδειγμα, η μυοσφαιρίνηεμπεριέχει κυρίως α-έλικες και δεν διαθέτει β-πτυχωτές δομές.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής14. Εάν ξέρουμε ότι μια πρωτεΐνη είναι αναδιπλωμένη κατά το ήμισυ τι θα βρούμε

σε αυτό το διάλυμα;

α. 100% μισοδιπλωμένη πρωτεΐνη.β. 50% πλήρως αναδιπλωμένη, 50% μη-αναδιπλωμένη πρωτεΐνη.γ. 33% πλήρως αναδιπλωμένη, 34% μισοδιπλωμένη και 33% μη-αναδιπλωμένη πρωτεΐνη.

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής15. Αντιστοιχίστε τα επίπεδα πρωτεϊνικής δομής στην αριστερή στήλη με τις

αντίστοιχες περιγραφές στη δεξιά στήλη.

α. πρωτοταγής 1. συνδυασμός πρωτεϊνικών υπομονάδωνβ. δευτεροταγής 2. συνολική αναδίπλωση μιας απλής αλυσίδας μπορείγ. τριτοταγής να περιλαμβάνει δομές α-έλικας και β-επιφάνειεςδ. τεταρτοταγής 3. γραμμική αμινοξική αλληλουχία

4. επαναλαμβανόμενη τοποθέτηση αμινοξικών καταλοίπων που βρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο στην γραμμική αλληλουχία

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής16. Η αιμοσφαιρίνη έχει τη δομή α2β2. Η αιμοσφαιρίνη είναι μια πρωτεΐνη. Πως

ονομάζονται τα α και β;

35 πεπτιδικος δεσμος

Δομή και Λειτουργία πρωτεϊνώνΠολλαπλής επιλογής17. Ποιο από τα παρακάτω είναι σωστά;

α. Η ριβονουκλεάση μπορεί να επωαστεί με ουρία και αναγωγικούς παράγοντεςγια να δώσει μια ευθεία αλυσίδα.

β. Εάν οξειδώσουμε τη ριβονουκλεάση σε ουρία αυτή γρήγορα ανακτά τηνενζυμική της δράση.

γ. Αν αφαιρέσουμε την ουρία και οξειδώσουμε τη ριβονουκλεάση αργά, αυτή θααναδιπλωθεί και θα επανακτήσει την ενζυμική της δράση.

δ. Παρότι η αναδιαταγμένη ριβονουκλεάση έχει ενζυμική ενεργότητα μπορεί ναδιαχωριστεί από τη φυσιολογική ριβονουκλεάση.

35 πεπτιδικος δεσμος