3. Proteine Flashcards
1
Q
- Wie beeinflusst die Proteinaminosäuresequenz die Tertiärstruktur?
A
- AS-sequenz bestimmt wie sich Protein in 3D Struktur faltet.
2
Q
- Was ist der Vorteil 20 verschiedene Aminosäuren zur Bildung von Proteinen zu haben?
A
AS haben sehr verschiedene funktionelle Gruppen, die zu Proteinstruktur und Funktion beitragen.
Darüber hinaus können zahlreiche AS modifiziert werden –> erhoeht Verschiedenheit der funktionellen Gruppen weiter
3
Q
- Welche sind die drei aromatischen Aminosäuren?
A
- Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan
4
Q
- Welche Aminosäureseitenketten sind fähig zur Ionisierung?
A
- Asp, Glu, His, Cys, Tyr, Lys, und Arg.
5
Q
- Wie trägt das Proteinrückgrat zur strukturellen Stabilität bei?
A
- Proteinrückgrat enthält Peptidbindung mit ihren NH und C=O (Keton) Gruppen.
Die Bildung von WBBs zwischen H-Atom am N und O-Atom stabilisiert Konformation des Proteins.
6
Q
- Warum sind nicht alle theoretischen Kombinationen von phi und psi möglich?
A
- Sterische Behinderungen der Seitenketten machen manche Kombinationen und Winkel unmöglich.
7
Q
- Beschreiben Sie bitte einige Merkmale einer α-Helix.
A
Windungen der α-Helix sind durch WBB zw. Carbonyl-O-atom eines Restes und Amid-H-atom einer 4 Reste entfernten AS stabilisiert.
3,6 Aminosäure pro Drehung
WBB werden zw. AS ausgebildet, bei denen 2 AS-reste dazwischen liegen.
Dementsprechend liegen beide AS auf der gleichen Seite der Windung.
Helices sind praktisch immer rechtsgängig, aber auch linksgängige Helices sind, zumindest theoretisch,
möglich.
8
Q
- Was ist der “hydrophobe Effekt” und was bedeutet er für die Proteinstruktur?
A
3D Struktur eines wasserlöslichen Proteins wird durch Tendenz der hydrophoben Gruppen sich im Inneren zusammen zu lagern stabilisiert
9
Q
- Was ist eine Proteindomäne?
A
Eine Domäne ist ein definierter Bereich eines Proteins.
Häufig sind einzelne Domänen durch definierte Funktionenbestimmt.
10
Q
- Wieso hat Anfinsen in dem Ribonuclease-Experiment das Reduktionsmittel β-Mercaptoethanol dazugegeben?
A
Das Reduktionsmittel hat falsch gepaarte Disulfid-Brücken wieder reduziert und erlaubte so die Ausbildung der korrekten Paare, so dass sich die stabilste Konformation des Proteins ausbilden konnte.
11
Q
- Wieso ist es günstig wenn während der Proteinfaltung definierte Regionen bereits partiell richtig gefaltet sind?
A
- Wenn einzelne Regionen präferentiell interagieren, erhöhen sie die Stabilität bestimmter Konformationen während
der Proteinfaltung, und wirken sich so auf die Gesamtstruktur des Proteins aus.
12
Q
- Warum ist ein Assay während der Proteinreinigung nötig?
A
- Ein Assay erlaubt uns die Enzymaktivität des gewünschten Proteins mit Genauigkeit zu bestimmen. Dies ist wichtig um
zu bestimmen, ob bestimmte Reinigungsschritte in der Trennung des Proteins von anderen zellulären Stoffen effizient
sind.
13
Q
- Wie wird die Lactat-Dehydrogenase Aktivität getestet?
A
- Der Assay für die Enzymaktivität besteht in der Verfolgung des Anstiegs der Absorption bei 340 nm pro Minute. NADH
(reduziert Form) absorbiert Licht mit 340 nm, was bei der oxidierten Form (NAD+) nicht der Fall ist.
14
Q
- Wie unterscheiden sich Molekülausschuss- und Ionenaustausch-Chromatographie?
A
- Beide Methoden werden häufig in der Proteinreinigung genutzt. Die Molekülausschusschromatographie nutz poröse
Kügelchen und die Moleküle werden abhängig von ihrer Größe aufgetrennt. In der Ionenaustauschchromatographie
werden Proteine aufgrund ihrer Nettoladung und Affinität zum Säulematerial getrennt. Das Säulenmaterial enthält
positive oder negative geladene Moleküle.
15
Q
- Wie unterscheiden sich Röntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie?
A
- Röntgenstrukturanalyse (oder Röntgenkristallographie) benötigt einen Proteinkristall und nutzt die Eigenschaft, das
Elektronen Röntgenstrahlen beugen. NMR-Spektroskopie braucht keinen Proteinkristall, benötigt aber sehr stabile
Proteinlösungen und kann nur kleine bis mittelgroße Proteine (Molekulargewicht) untersuchen.
16
Q
- Warum sind für Vergleiche von Proteinen dreidimensionale Strukturen informativer als die Primärsequenz
Primärsequenz?
A
- Die Aminosäuresequenz kann Hinweise auf die Proteinfunktion und die Ähnlichkeiten zu anderen Proteine liefern.
Aber die Struktur kann viel mehr Information über die räumliche Anordnung geben. Diese Information ist besonderes
wichtig, um die Proteinfunktion zu verstehen. Der Vergleich von Strukturen kann Verwandtschaftsbeziehungen
aufdecken, die allein durch den Vergleich von Primärstrukturen nicht möglich sind.
17
Q
- Wie kann man bestimmen, ob zwei homologe Proteine Paraloge oder Orthologe sind?
A
- Mit funktionalen Studien: Paraloge haben ähnliche Sequenzen, aber unterscheiden sich in ihrer Funktion
18
Q
- Warum ist es für evolutionäre Studien effektiver Proteinsequenzen statt DNA Sequenz zu vergleichen?
A
- Wir können mit Aminosäuren besser statistische Vergleiche anstellen, weil es 20 Aminosäuren gibt aber nur 4 Basen
in der DNA-Sequenz. Außerdem können viele Basen- austausche bedeutungslos sein.
19
Q
- Wie machen wir ein Proteinsequenzalignment?
A
- Zwei Sequenzen werden verglichen und die beste Abgleichungen für alle möglichen Nebeneinanderstellungen
werden gesucht. In manchen Fällen, konstruiert man Lücken um die maximale Zahl von Abgleichungen zu bekommen.
Statistische Verfahren werden genutzt, um die beste Übereinstimmung zu bestimmen.
20
Q
- Was ist eine Substitutionsmatrix?
A
- Eine Substitutionsmatrix wird aus alignierten Sequenzen berechnet und die Punktwerte geben einen Eindruck davon,
wie oft eine Aminosäure ausgetauscht wurde.
21
Q
- Wie sind die dreidimensionalen Strukturen nutzbar für evolutionäre Vergleiche?
A
- Die strukturellen Informationen können mit spezifischen Funktionen korreliert werden. Ein Teil der Struktur muss
erhalten bleiben um die gleiche Funktion zu gewährleisten. Insofern können nur Änderungen in der Sequenz
auftreten, die die Struktur nicht verändern. Es ist schwierig zu bestimmen, welche Aminosäuren für die Struktur
entscheidend sind ohne dreidimensionale Information zu haben. Deswegen sind Vergleiche von Proteinen mit
ähnlicher Struktur informativer als Vergleiche von Sequenzalignments.
22
Q
- Was kann man sagen, wenn in einem Protein bestimmte Regionen wiederholt auftreten? Und was kann man machen,
um die Hypothese zu prüfen?
A
- Eine ähnliche Sequenz deutet auf ein Gen-Duplikationsereignis hin, welches eine wichtige funktionelle oder
strukturelle Rolle für diese Proteinregion andeutet. Die nächsten Schritte bestünden darin die statistische Signifikanz
dieser Wiederholungsregion zu testen und die dreidimensionale Struktur zu überprüfen.
23
Q
- Bitte erklären Sie kurz wie es möglich ist, dass zwei Proteine verwandt sein können, obwohl sie nur geringe
Sequenzidentitäten zeigen
A
- Die zwei Proteine können trotz sehr unterschiedlicher Primärsequenz, ähnliche Strukturen und Funktionen haben.
24
Q
- Welche Mutationen können zu bedeutenden Sequenzänderungen beitragen, aber gleichzeitig Funktion und Struktur
erhalten?
A
- Konservierte Aminosäureaustausche, z.B. von Glutamat zu Aspartat.
25
Q
- Warum ist es von Vorteil für Hämoglobin allosterische Eigenschaften zu besitzen?
A
- Hämoglobin bindet Sauerstoff mit positiver Kooperativität. Diese Kooperativität erlaubt eine hohe
Sauerstoffsättigung in den Lungen, wo der Sauerstoffpartialdruck am höchsten ist. Im Gewebe induziert der niedrigere
Sauerstoffpartialdruck die Freisetzung des Sauerstoffs. Die Kooperativität ermöglicht die Sauerstofflieferung an den
Ort wo Sauerstoff am meisten benötigt wird.
26
Q
- Was ist fetales Hämoglobin? Wie unterscheidet sich fetales Hämoglobin von adultem Hämoglobin?
A
- Fetales Hämoglobin (Fetales Hb) hat zwei α− und zwei γ-Ketten, während adultes Hämoglobin (HbA) zwei α− und zwei
β-Ketten hat. Die γ-Kette fetalen Hämoglobins ist wahrscheinlich das Ergebnis einer Gen-Duplikation und
nachfolgender divergenter Evolution. Die Unterschiede in den Ketten führen zu einer niedrigen Affinität für 2,3-BPG
in fetalem Hb. Dementsprechend hat fetales Hb eine noch höhere Affinität für Sauerstoff und dieser wird effizienter
vom HbA der Mutter zum Hb des Fötus transferiert.
27
Q
- Beschreiben Sie bitte die oktaedrische Koordinationssphäre des Eisen-Ions in Hb und Mb
A
- Das Eisen-Ion ist durch vier Stickstoff Atome vom Porphyrinszentrum koordiniert. Die fünfte Koordinationsstelle wird
durch das proximale Histidin der Globinkette gefüllt. Sauerstoff bindet an die sechste Koordinationsstelle des EisenIons.
28
Q
- Bitte zeichnen Sie die Sauerstoffbindungskurven für Mb und für Hb. Bitte markieren Sie die Partialdrücke von
Sauerstoff in der Lunge und in dem Gewebe.
A
- Vgl. Vorlesungsfolien.
29
Q
- Bitte beschreiben Sie die Struktur des normalen adulten Hb.
A
- Normal adultes HbA ist ein Tetramer. HbA enthält zwei α-Ketten und zwei β-Ketten. Jede Untereinheit hat eine
ähnliche Struktur wie Mb und enthält eine Häm-Gruppe. HbA kann am besten als ein Paar identischer αβ-Dimere
beschrieben werden. Dementsprechend kann jedes Hämoglobinmolekül bis zu vier Sauerstoffmoleküle binden.
30
Q
- Bitte beschreiben Sie kurz eine kooperative Bindung.
A
- Kooperative Bindung tritt in Proteine mit mehreren Untereinheiten und mit mehreren Bindungsstellen auf. Die
Bindung eines Liganden an einer dieser Stellen führt zu einer Konformationsänderung, die die Bindung an die
benachbarten Stellen beeinflussen. Die Bindungsstellen sind nicht unabhängig, sondern jede neue Bindung beeinflusst
die Affinität der nächsten Bindungsstelle.
31
Q
- Bitte beschreiben Sie das konzertierte Modell der allosterischen, kooperativen Bindung
A
- Das Protein liegt in zwei Konformationen vor: der T-Form (T: tense in Englisch) mit niedriger Affinität für den Ligand
und der R-Form (R: relaxed in Englisch) mit höherer Affinität für den Ligand. In dem konzertierten Modell sind alle
Moleküle in der T- oder R-Form. Bei jeder Proteinkonzentration gibt es ein Gleichgewicht zwischen den zwei Formen.
Die Erhöhung der Ligandenkonzentration verschiebt das Gleichgewicht von der T- zu der R-Form.
32
Q
- Bitte beschreiben Sie die Rolle von 2,3-Bisphosphoglycerat in der Funktion von Hb
A
- 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) ist ein relativ kleines anionisches Molekül, das in den Erythrozyten vorkommt. 2,3-
BPG bindet nur in der zentralen Kavität von Desoxyhämoglobin (T-Form). Die Größe der Kavität wird kleiner in der RForm, so dass 2,3-BPG in dieser Form nicht bindet. Die Anwesenheit von 2,3-BPG verschiebt das Gleichgewicht zur TForm. Die T-Form ist sehr instabil und ohne 2,3-BPG würde das Gleichgewicht in Richtung R-Form verschoben, so dass
unter normalen, physiologischen Bedingungen weniger Sauerstoff freigesetzt würde.
33
Q
- Bitte beschreiben Sie die chemischen Grundlagen des Bohr-Effekts.
A
- Der Bohr-Effekt, zuerst beschrieben durch Christian Bohr, ist die Desoxygenierung von Hb bei Absenkung des pHWertes. In desoxyHb bilden drei Aminosäuren Salzbrücken aus, die die T-Form stabilisieren. Eine der Brücken ist
zwischen dem C-terminalen β-His146 und einem Asp-Rest (β-Asp94). Bei Erhöhung des pH-Wertes wird diese
Salzbrücke zerstört, weil His deprotoniert wird und seine positive Ladung verliert. Bei niedrigen pH-Werten ist His
dagegen positiv geladen. Die Bildung der Salzbrücken verschiebt das Gleichgewicht von der R-Form zur T-Form und
führt zur Freisetzung von Sauerstoff.
34
Q
- Bitte beschreiben Sie wie Kohlendioxid die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin beeinflusst.
A
- Eine Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration führt zur Freisetzung von Sauerstoff aus Hb. Je aktiver das Gewebe ist,
desto höher ist der Metabolismus und desto mehr CO2 wird gebildet. Diese Gewebe haben einen erhöhten
Sauerstoffverbrauch, um mehr Energie zu produzieren. Kohlendioxid reagiert mit der N-terminalen Aminogruppe und
bildet negativ geladene Carbamat-Gruppen aus. Diese Gruppen können Salzbrücken bilden und stabilisieren die TForm. Bei erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen wird das Gleichgewicht von der R-Form zur T-Form verschoben,
was zur Freisetzung von Sauerstoff an das Gewebe mit der höchsten Kohlendioxidproduktion führt.
35
Q
- ____________ ist eine reaktive Sauerstoffspezies, die schädlich für biologische
Materialen ist.
A
Superoxid
