3η Διάλεξη - Δομή και διάταξη πρωτεϊνών Flashcards
Τι δομές περιλαμβάνει η δευτεροταγής δομή ;
Δευτεροταγής δομή : α-ελικα και β-πτυχωτές (περιοδικότητα) , β-στροφές και Ω-θηλιές (μη περιοδικότητα) . Τα τρία πρώτα προκύπτουν από ΔΗ μεταξύ πεπτιδικών άκρων γειτονικών αμινοξέων (ώς προς την 1ο ταγή) που προκαλούν αναδιπλώσεις της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (2ο ταγής)
Τι είναι και ποια τα χαρακτηριστικά της α-έλικας;
(α) επειδή προσδιορίστηκε πρώτη σαν δομή, είναι ραβδόμορφη/ σπειραματοειδής κορμός όπου ο πολυπεπτιδικός κορμός στο εσωτερικό και οι πλευρικές αλυσίδες στο εξωτερικό. Οι ΔΗ είναι μεταξύ καρβονυλομάδας του αμινοξέως i και της αμινομάδας του αμινοξέος i+4. Όλες οι ομάδες ΝΗ/CO συμμετέχουν πλην των άκρων της έλικας. Χαρακτηριστικά: μετατόπιση διαδοχικών καταλοίπων κατά 1,5Å στον άξονα της έλικας, περιστροφή 100°, 3.6 κατάλοιπα ανά στροφή έλικας. Ανά 3-4 θέσεις έχουμε χωρική εγγύτητα (πλησίασμα αμινοξέων άρα ΔΗ). Βήμα έλικας (μετατόπιση * κατάλοιπα ανα στροφή)=5.6. Είτε δεξιόστροφη είτε αριστερόστροφη (οι δεξ ευνοούνται ενεργειακά και είναι όλες οι πρωτ). Το ποσοστό α-ελικών στις πρωτεΐνες μπορεί να είναι από 0-100% (75% φεριτίνη και 25% στις υδατοδιαλυτές). Η α-ελικα εμφανίζεται και στα διαμεμβρανικά τμήματα πρωτεϊνών.
Ποιά αμινοξέα λόγω της χημικής τους δομής σταθεροποιούν την α-έλικα;
Η Val,Thr, Ile έχουν διακλαδώσεις στους β-άνθρακες άρα δημιουργούν στερικές συγκρούσεις. Οι Ser, Asp, Ans έχουν δότες/ δέκτες ΔΗ και συναγωνίζονται τις ομάδες της κύριας αλυσίδας και τέλος η Pro δεν έχει ΝΗ και έχει δακτύλιο που παρεμποδίζει από το να πάρει την κατάλληλη τιμή φ για α-έλικα.
Τι είναι, πως σχηματίζεται και ποιες οι διαφοροποιήσεις της β-πτυχωτής επιφάνειας;
Όταν 2 ή περισσότερες αλυσίδες (β-πτυχώσεις) συνδεθούν με ΔΗ. Η β- πτύχωση είναι πλήρως εκτεταμένη δομή χωρίς στερικές παρεμποδίσεις. Απόσταση γειτονικών αμινοξέων 3,5Å. Οι πλευρικές αλυσίδες των διαδοχικών αμινοξέων πρέπει να είναι εναλλάξ. Οι διαδοχικές β-πτυχώσεις μπορούν να έχουν ίδια (παράλληλη) ή αντίθετη κατεύθυνση (αντιπαράλληλη). Για τον σχηματισμό β-επιφανειών πρέπει να συνδεθούν περισσότερα από 4-5 πτυχώσεις. Στην αντιπαράλληλη οι ΔΗ συνδέουν το κάθε αμινοξύ με ένα μόνο της γειτονικής ενώ στην αντιπαράλληλη με 2 αμινοξέα (i και i+2) στη γειτονική πτύχωση. Υπάρχουν και μεικτές β επιφάνειες δηλαδή η 1η αλυσίδα με την δεύτερη παράλληλα και η 2η με την 3η αντιπαράλληλα.
Αναπαρίστανται σχηματικά ώς φαρδιά βέλη με κατεύθυνση προς το καρβοξυ-τελικό άκρο. Οι περισσότερες β-επιφ εμφανίζονται με την κάθε πτύχωση ελαφρώς συνεστραμμένη.
Τι είναι η Β-στροφή, στροφή φουρκέτας ή ανάστροφη στροφή;
Αλλαγή κατεύθυνσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας και σταθεροποίηση με ΔΗ μεταξύ της CO του i και της ΝΗ του i+3. Αυτό γίνεται γιατί όταν πχ έχουμε δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες πρέπει στο τέλος της πρώτης να γίνει μια στροφή 180° για να συνεχίσει στην δεύτερη ανάποδα.
Τι είναι οι Ω-θηλιές ;
Αλλαγή πάλι κατεύθυνσης και δίνουν σχήμα Ω στην αλυσίδα. Έχουν πιο περίπλοκη δομή από την στροφή, η δομή τους όμως είναι σταθερή και καλά καθορισμένη και βρίσκονται κυρίως στις επιφάνειες των πρωτεϊνών και συμμετέχουν σε αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια.
Τι είναι οι έλικες ιδιαίτερης μορφής- δομές ινωδών πρωτεϊνών;
Δομικές πρωτεΐνες από πολύ επιμηκείς ίνες όπως η α-κερατίνη που είναι πρωτεΐνη ελικοειδούς σπειράματος. Αποτελείται (η κερατίνη) από 2 ή περισσότερες α-έλικες περιπλέκονται για τον σχηματισμό πού σταθερούς δομής με μεγάλο μήκος (>1000Å). Τα μέλη αυτής της οικογένειας χαρακτηρίζονται από μια κετρική περιοχή 300ΑΑ που περιέχει ατελείς επαναλήψεις αλληλουχίας 7ΑΑ. Στην κερατίνη οι δύο α-έλικες σταθεροποιούνται με Wan der Waals και ιοντικές αλληλεπιδράσεις και δισουλφιδικούς δεσμούς μεταξύ των ελίκων. Με αυτόν τον τρόπο αποκτούν και τις μηχανικές ιδιότητες των πρωτεϊνών(έκταση και επαναφορά) όπου εάν περιέχουν λίγους S-S (τρίχες) είναι εύκαμπτες και εάν πολλούς είναι άκαμπτες (κέρατα)
Τι είναι το κολλαγόνο ;
Κύριο ινώδες συστατικό στο δέρμα, οστά, τένοντες, χόνδρους, δόντια • Ραβδόμορφο μόριο (3000Α μήκος) • 3 ελικοειδείς αλυσίδες (1000 ΑΑ η καθεμία) • Gly κάθε τρίτο κατάλοιπο (μοτίβο) • Αντί να υπάρχουνΔΗ στην ίδια αλυσίδα (σε αντίθεση με την α-έλικα) η σταθεροποίηση γίνεται μέσω στερικών απώσεων των δακτυλίων πυρρολυδίνης της Pro και Hyp. • Δεν εμποδίζουν ο ένας τον άλλον δακτύλιο μόνο όταν το πολυπεπτίδιο έχει τη μορφή έλικας με περίπου 3 κατάλοιπα
Πως σταθεροποιούνται οι 3 κλώνοι του κολλαγόνου;
Για να σταθεροποιηθούν όμως οι τρείς κλώνοι που απαρτίζουν το κολλαγόνο συνάπτονται ΔΗ και δημιουργούν ένα σπειροειδές σύστημα με πολύ μικρό εσωτερικό χώρο όπου μόνο η γλυκίνη χωράει να διευθετηθεί
Τι είναι η τριτοταγής δομή και πως διευθετούνται ανάλογα με την πολικότητα τους τα αμινοξέα, οι δομές της 2οταγούς δομής και οι δεσμοί;
Είναι η διαδρομή που ακολουθεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα στον χώρο. Οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες στο νερό και συγκεκριμένο pH αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές με μη πολικά κέντρα στο εσωτερικό (μη πολικά ΑΑ). Στο εσωτερικό απουσιάζουν τα φορισμένα ΑΑ εκτός από αυτά που παίζουν λειτουργικό ρόλο πχ στο ενεργό κέντρο και στο εσωτερικό παραμένει ελάχιστος κενός χώρος. Στο εξωτερικό της δομής υπάρχουν πολικά και μη πολικά κατάλοιπα. Οι α-έλικες και β-πτυχώσεις είναι αμφιπαθείς δηλαδή έχουν περιοχές υδρόφοβες που διευθετούνται προς το εσωτερικό. Επειδή οι δεσμοί CO/NH είναι υδρόφιλοι, ο μόνος τρόπος για να βρεθούν εσωτερικά είναι να δεσμευθούν από άλλα αμινοξέα με ΔΗ.
Πως διευθετούνται οι πρωτεΐνες σε υδατικό περιβάλλον;
Σε υδατικό περιβάλλον, η αναδίπλωση ωθείται από την τάση των υδρόφοβων αμινοξέων να απομακρύνονται από το νερό και να συγκεντρώνονται στον ίδιο χώρο. Οι υδρόφοβες πλευρικές αλυσίδες βυθίζονται στο εσωτερικό της πρωτεϊνικής αλυσίδας Οι φορτισμένες πλευρικές αλυσίδες βρίσκονται εκτεθειμένες στην επιφάνεια
Πως διευθετούνται οι πρωτεΐνες σε μη πολικό ή αμφοτερικό περιβάλλον;
Σε περίπτωση μη πολικού ή αμφοτερικού περιβάλλοντος (π.χ. λιπιδικές διπλοστιβάδες των μεμβρανών) όπου γίνεται αντίστροφη κατανομή υδρόφιλων/ υδρόφοβων ΑΑ στην αναδιπλωμένη τους μορφή στον χώρο. Π.χ. στην πορίνη (εξωτερική μεμβράνη βακτηρίων) στο εσωτερικό του μορίου περιέχεται ένας δίαυλος νερού άρα τα υδρόφιλα αμινοξέα θα διευθετηθούν εσωτερικά της δομής. Και διαμεμβρανικές έλικες
Τι είναι οι υπερδευτεροταγείς δομές / μοτίβα;
Συνδυασμοί δευτεροταγών δομών με συχνά παρόμοιες λειτουργίες όπως η δομή έλικα -στροφή-έλικα που απαντάται στις πρωτεΐνες που προσδένονται στο DNA
Τι είναι οι δομικές περιοχές σε μια πρωτεΐνη;
Αναδίπλωση πολυπεπτιδικών αλυσίδων σε 2 ή περισσότερες συμπαγείς περιοχές που ενώνονται μεταξύ τους με εύκαμπτα τμήματα. Έχουν μέγεθος που ποικίλλει από 30 έως 400 ΑΑ.
Τι είναι η 4οταγής δομή και πως διαφοροποιείται με βάση την διαφορετικότητα των υπομονάδων που την απαρτίζουν ;
Χωροδιάταξη των υπομονάδων και είδη αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους .Αναφέρεται σε πρωτεΐνες που έχουν >1 πολυπεπτιδικές αλυσίδες όπου κάθε αλυσίδα ονομάζεται υπομονάδα με απλούστερη μορφή το Διμερές .
Ομο/Ετερο –Χμερές (εάν οι υπομονάδες είναι πανομοιότυπες(όμο) ή μη(έτερο))• Επιμέρους είδη και αριθμοί υπομονάδων • π.χ. τετραμερές α2β2 μυοσφαιρίνης
Πως κατάφερε ο Christian Anfinsen την αποδιάταξη της πρωτεΐνης ; Είναι αντιστρεπτό;
Χρησιμοποιήσε ουρία και χλωρίδιο του γουανιδίου για να διαλύσει τους ΔΗ και τις ηλεκτροστατικές έλξεις μεταξύ των αμινοξέων προσπαθώντας να καταστρέψει την 3D δομή. Έπειτα χρησιμοποίησε β-μερκαπτοαιθανόλη που ανάγει τους S-S της πρωτεΐνης (διάσπαση δισουλφιδικής γέφυρας). Έτσι η πρωτεΐνη απέκτησε την στερεοδιάταξη τυχαίου σπειράματος χάνοντας και την ενζυμική δραστικότητα της (αποδιάταξη). Εάν όμως αφαιρεθεί η ουρία και β-μερκαπτοαιθανόλη τότε η διανηγμένη πρωτεΐνη ανακτά σταδιακά ξανά την ενζυμική δραστηριότητα(επαναφορά αρχικής 3D διάταξης). Άρα οι πληροφορίες που απαιτούνται για τον καθορισμό της πολύπλοκης και καταλυτικά ενεργούς τριδιάστατης δομής της πρωτεΐνης, περιέχονται στην αλληλουχία των ΑΑ της. Το ατμοσφαιρικό Ο2 βοήθησε στην επανοξείδωση και σύνδεση των S-S.
Πως γίνεται να επαναδιπλωθεί λανθασμένα και πως διορθώνεται η διανοιγμένη πρωτεΐνη;
Εάν όμως κάνει επανοξείδωση της ανηγμένης ριβονουκλεάσης αλλά αφαιρέσει μόνο την β-μερκαπτοαιθανόλη και αφήσει την ουρία στο διάλυμα θα σχηματιστούν λανθασμένοι S-S (ανακατεμένη ριβονουκλεάση). Για να φτιαχτεί η δομή απομακρύνθηκε η ουρία με διαπίδυση και προστέθηκε μικρή ποσότητα β-μερκαπτοαιθανόλης για διάσπαση των λανθασμένων S-S και έτσι γίνεται αυτόματη μετατροπή στην φυσική μορφή. Έτσι πάντα η πρωτεΐνη θα ελαττώνει την ελεύθερη Ε της για μια σταθερότερη θερμοδυναμική δομή. Σε ορισμένες περιπτώσεις δεν αναδιπλώνονται στην αρχική μορφή τους. Οι ξεδιπλωμένες αλληλοεπιδρούν και σχηματίζουν συσσωματώματα. Εντός κυττάρων προστασία από τις συνοδές πρωτεΐνες (chaperones- παρεμποδίζουν την συσσωμάτωση).
Μπορεί να γίνει ακριβής πρόβλεψη των δομών που θα σχηματίσουν τα ΑΑ;
Δε μπορεί να γίνει απόλυτη πρόβλεψη δευτεροταγούς δομής με βάση την αλληλουχία ιδιαίτερα σε μικρές αλληλουχίες. Παίζουν ρόλο τριτοταγείς αλληλεπιδράσεις μεταξύ ΑΑ που απέχουν πολύ και το μικροπεριβάλλον (π.χ. μικρές αλλαγές στο pH). Υπάρχουν υπολογιστικές εφαρμογές για πρόβλεψη.
Μπορεί να υπάρξει ημι-αποδιαταγμένη μορφή πρωτεΐνης ;
Οι περισσότερες πρωτεΐνες εμφανίζουν μια απότομη αποδιάταξη σε αυξανόμενες συγκεντρώσεις αποδιατακτικών παραγόντων. Άρα δεν γίνεται να υπάρξει μια μισό-αποδιαταγμένη πρωτεΐνη παρά μόνο ένα μείγμα από 50% πλήρως ξεδιπλωμένα και 50% πλήρως αναδιπλωμένα μόρια.
Από ποια μοντέλα εκφράζονται οι πορείες αναδίπλωσης των πρωτεϊνών ;
Κατά την αναδίπλωση προτιμώνται συγκεκριμένες πορείες που εκφράζονται από τα μοντέλα πυρήνωσης- συμπύκνωσης όπου συγκεκριμένες περιοχές υιοθετούν μια συγκριμένη δομή, οι δομές συναθροίζονται για τον σχηματισμό πυρήνα με δομή που προσομοιάζει της φυσικής κατάστασης αλλά έχει κινητικότητα και η δομή αυτή στο τέλος συμπυκνώνεται για τον σχηματισμό φυσικής και πιο συμπαγούς δομής
