Proteine: fertig Flashcards
Aufbau von Proteinen
Primär- > Sekundär- > Tertiär- > Quatärstruktur
Primärstruktur
lineare AS-Sequenz
Sekundärstruktur
alpha-Helix
beta-Faltblatt
-> Entstehung durch WBB (Wasserstoffbrückenbindungen)
Tertiärstruktur
Zusammenlagerung von Helix und/oder Faltblatt zu einer Domäne: Monomer
Quartärstruktur
mehrere verknüpfte Domänen: Polymer
!Was ist eine Peptidbindung und wie entsteht sie?
Iris:Verbindung der Alpha-Carboxylgruppe einer AS mit der Alpha-Aminogruppe einer zweiten Aminosäure unter freisetzung von Wasser->Kondensationsreaktion
besondere Resonanzstruktur
-> Doppelbindungscharakter
*Querbrücken zwischen linearen Polypeptidketten durch Disulfidbrücken, durch die Oxidation zweier Cysteinreste.
!Was ist das besondere an der Peptidbindung und was folgt daraus?
Die Resonanzstruktur: - Bindungslänge zwischen C-N: 1,33 A anstatt wie normalerweise: C-N:1,4 Å C DB N: 1,27 Å C DB O: 1,24 Å
-> Folge: Mesomere Grenzstrukturen, daher
!! Doppelbindungscharakter !!
trans: 60% durch sp^2 planare Struktur/ Verhältnis trans: cis 1000:1 außer bei Prolin (3:1)
cis: 40%, sterisch ungünstig
!Prolyl-Isomerasen
- Aktivierungsenergie für Faltung von cis -> trans: (80 kJ/mol)
- Prolylisomerisierung verläuft in der Proteinentstehung sehr langsam
!- Verringerung der für die Aktivierung notwendigen Energie!
!- Beschleunigung der Einstellung des Gleichgewichts!
Warum haben AS am alpha-Kohlenstoff nur 2 Freiheitsgrade (FG)?
- durch die starre planare Anordung der Hauptkette
- steirische Anordnung (WW mit SK)
- Winkel zwischen 2 Ebenen:
Torsions- bzw Diederwinkel: phi ( N->C_alpha)
psi ( C_alpha->N)
von -180 (gegen) bis +180 (mit) dem Uhrzeigersinn
Ramachandran Diagramm
Beschreibt die günstigsten Winkelkombinationen (sterische Lage der SK) von 2AS in einer Peptidbindung
assoziibar mit Helix und Faltblatt-unterschied (gizem)
Durch sterische Abstoßung nur begrenzte Anzahl an möglichen Kombinationen von psi/phi sinnvoll (Franzi)
Welche AS wird im Ramachandran Plot nicht berücksichtigt
Glycin -> keine SK
alpha Helix
- WBB mit jeder 4. AS
- normalerweise rechtsgängig
Abstand:
- pro Windung: 3,6A AS / Höhe: 5,5A
- pro AS: 1,5A
Wichtig zur Berechnung der Größe einer AS
Ein einzelner Strang !
Bildung durch günstige WBB
beta Fatblatt
- maximale Entfernung der SK eines betaFaltblatt-Stranges (nie einzeln): 7A
- antiparallel: C -> N
N N
C -> N
Mehrere Stränge !
Bildung durch günstige WBB
Iris: Die Seitenketten benachbarter AS weisen in entgegengesetzte richtungen. Faltblatt entsteht durch Verknüpfung zweier ß-Stränge durch H-Brücken. ß-Stränge liegen fast völlig ausgestreckt vor ->flächige strukturen sterisch möglich
Domäne
- kompakt und selbstfaltend
- mehrere Domänen (Peptidketten) = Quartärstruktur
- 2 Domänen: Dimer (Homo-/Heterodimer)
Oligomere
Moleküle, das aus mehreren strukturell gleichen oder ähnlichen Einheiten aufgebaut ist. Der Vorgang der Bildung von Oligomeren wird als Oligomerisierung bezeichnet.
- Resonanzstabilisiert - WW zwischen den unterschiedlichen UE
was ist wichtig für die Faltung?
Disulfidbrücke im Protein
Warum kann man PHI und PSI nicht beliebig (obwohl theoretisch möglich) anordnen?
Aufgrund der steirischen Anordung
Prione
Infektiöse Proteine
Normalerweise Alpha helices > durch Zugabe von Keim > Induktion einer Umlagerungen > infektiös !(Amyloide Form: andere 3D struktur)
Alzheimer, parkinson
Metamorphe Struktur
Kann sich von Alpha helix in Beta Faltblatt umwandeln
Was bedeutet kooperativ in Zusammenhang mit Proteinen?
Entweder gefaltet/ ungefaltet
KEINE zwischenform
Alles oder nichts Prinzip
Nukleations Kondensations Modell
Beibehaltung teilweise korrekter zwischenprodukte
Faltungstrichter
Y-Achse- DeltaG<0: spontaner Prozess, steigt
x-Achse-Entropie am Anfang hoch, fällt während der faltung
Stabilität steigt/ Entropie sinkt
Welche Eigenschaften eines spezifischen Proteins nutzt die Proteinreinigung?
Ladung
Polarität
Größe
Bindungsspezifität
Gelfiltrationschromatographie
WW trennt Proteine
Mobile und stationäre phase wird aufgetrennt:
- kohlenhydrat Polymer kügelchen: kleine Moleküle dringen ein-> langer weg
Große Moleküle bleiben draußen->kurzer weg
auftrennung nach Größe
Ionenaustausch chromatographie
Positiv geladene proteine binden negativ geladene kügelchen und negative Proteine passieren die Säule
auftrennung nach ladung
Affinitätschromatographie
Bindungsspezifität wird genutzt um proteine zu isolieren (His schwanz: Affinität zu nickel- Entfernung durch imidazol)
auftrennung nach Bindungsspezifität
Gelektrophorese
SDS Page = Natriumdodecylsulfat-polyacrylamid-gel-elektropherese
SDS: amphiphiler Charakter (sowohl polare als auch apolare Eigenschaften) -> zerstört Proteine
Alle 2 AS 1 SDS -> negative ladung
Molekularer sieb (Acrylamit + Methylenbisacrylamid: Sieb)
Wie untersucht man die Struktur von Proteinen?
Röntgenstrukturamakyse
NMR spektroskopie
Cryo-Elektronenmikroskopie
Röntgenstrukturanalyse/ röngenkristallographie
- Elektronen beugen die röntgenstrahlen
- Wellen erfahren konstruktive interferenz
- Ort und Intensität der Wellen hängen von Anordnung der atome/Elektronen ab
Berechnung der Elektron Dichte aus schwarzen punkten
Wiedergabe einer Funktion benötigt unendliche Anzahl an koeffizienten
Sehr zeitaufwändig
Unterschied: molekülausschuss und ionenaustausch chromatographie
Größe -
Ladung
Kurze Erklärung: wie ist es möglich, das zwei Proteine verwandt sein können, obwohl sie nur geringe sequenzidentitäten zeigen?
Konservative Substitution
Myoglobin
- dient im Muskel als O2 Speicher
- beinhaltet 153 Reste
- Mb von Menschen und Schimpansen unterscheidet sich in 1(!) Stelle
- innen unpolar, außen polar -> stabil!
- bestehen aus alpha-Helix und einer Hämgruppe mit einem Eisenatom
Homologe
Ähnliche Struktur die auf gemeinsame Vorfahren zurück zu führen sind
Paraloge
Homologe, die im gleichen Organismen vorkommen
(Andere Funktion)
Durch Gen Verdoppelung entstanden
Menschliche ribonuclease und angiogenin
Orthologe
Kommen in verschiedenen Organismen vor und haben sehr ähnliche/gleiche Funktion
Durch vertikale Evolution entstanden
Zb ribonuclease von rind/mensch
Woran erkennt man die Selektion nach der Funktion geht?
Gen Sequenz bedingt AS Sequenz bedingt Proteinstruktur bedingt proteinfunktion
Sequenzalignment
Bewertung von identischen AS und Lücken im Vergleich von zwei Sequenzen mit unterschiedlicher bepunktung
- Ähnlichkeit zw den vergangenen und vorhandenen AS
Signifikanz:
Sequenidetität >25% -> homolog
Konservative Substitution
Wenn AS mit ähnlicher funktion die alte ersetzt
Blocksubstitutionsmatrix
- Sequenz AS wrrden durchmischt und bepunktet
Gibt Infos über Evolution
Was ist stärker konserviert? Tertiärstruktur oder primärsequenz
Die tertiärstruktur
Was für Arten der enzymevolution gibt es?
Divergent
Konvergent
Divergente enzymevolution
Entwicklung stammt von gemeinsamen Vorfahren ab und hat sich außeinander entwickelt
Konvergente enzymevolution
Ähnlichkeit ohne homologe (verwandtschaft) - ähnliche Funktion
Wieso wird das Fe2+ Ion im Hb nach Sauerstoff Bindung kleiner?
wenn ligand vorhanden, spaltung der d-Orbitale
Dieser Zustand ist in dem Falle energetisch günstiger, da es aufgrund der vorhandenen liganden zu einer ligandefeldaufspaltung
Gekommen ist
2 Formen des Hb
- T (tensed): Absenkung der O2-Bindung
- R (relaxed): Aufnahme von O2
Durch O2 (Lignanden-)Bindung induzierte konformationsänderung
O2 bindet > high Spin wird zu Low spin > Zug auf Fe (dadurch auch Helix F) >
Hb dimere drehen sich gegeneinander
das distale His stab. den gebundenen O2
Hämoglobin
Tetramer ( dimer aus 2× dimer)
4 globoline UE: alpha1, beta1 und alpha2, beta2
- ein Eisen-II-Komplex = Häm, daran bindet O2
- > ermöglicht kooperatives Verhalten (mehrere BindeStellen arbeiten zsm)
Sigmoidaler kurvenverlauf bei der O2 Sättigung (X: pO2 // Y: fraktonelle Sättigung
10× effektiver als Mb
-> kooperative Sauerstoff Bindung
K_A
Assoziationskonstante/ bindungskonstante
-> bei eingestellten GW
= [PL]/[P]×[L]
K_D
Dissoziationskonstante
-> in [mol/l] = [M]
= 1/K_A = [P]×[L]/[PL]
Y
Fraktionelle Sättigung
= besetzteBindungsstellen/GesamtBindungsstellen = [PL]/[PL]+[L] = [L]/[L]+K_D
L«_space;K_D: Y=0
L» K_D: Y=1
L= K_D: Y= 0,5
Molekulare Erklärung für die kooperative Bindung bei Hb
2 Formen des Hb
- T (tensed): Absenkung der O2-Bindung
- R (relaxed): Aufnahme von O2
Durch O2 (Lignanden-)Bindung induzierte konformationsänderung
O2 bindet > high Spin wird zu Low spin > Zug auf Fe (dadurch auch Helix F) >
Hb dimere drehen sich gegeneinander
das distale His stab. den gebundenen O2
wenn ligand vorhanden, spaltung der d-Orbitale
Dieser Zustand ist in dem Falle energetisch günstiger, da es aufgrund der vorhandenen liganden zu einer ligandefeldaufspaltung
Gekommen ist
Kooperative Bindung
Da Proteine flexibel sind, können >1UE mit einander kooperieren in WW treten und sich stabilisieren
Durch kooperativität können bestimmte stoffaffinitäten (O2 bei Hb) erhöht/gesenkt werden
Zwei Modelle der kooperativen Bindung
Konzertiertes modell (MWC)
Sequentielles moDell (KNF)
MWC Modell
Konzertiertes modell der kooperativen Bindung:
T/R Zustand
Bei T liegt das GW bei der desoxy Variante, wenn T komplett O2 gesättigt Umwandlung in R
Bei R auf der oxy Variante
KNF
Sequentielle Modell zur Darstellung der kooperativen Bindung:
T wird über mischformen zu R.
Im übergangsstadium ändert sich das GW
Allosterischer effektor
Bindung eines Liganden mit ähnlicher Struktur zur Stabilisierung einer bestimmten Form zb 2,3-BPG, CO2, H+, Carbamat
Bei Hb:
- T Form sehr instabil > wird durch Bindung von 2,3-BPG stabilisiert
- Durch CO2 ansäuerung des Blutes > durch Bindung von H+ Ausbildung einer WBB > stabilisiert T Form
- weniger O2 affin
-» allostreische effektor bauen neue WW ein und stabilisieren hierdurch
Wesentlicher Unterschied zw alpha Helix/beta Faltblatt
alpha H: einzeln
beta F: mehrere
Was für eine Art von Reaktion läuft durch die Zugabe von beta-Mercaaptoethanol ab?
spaltung der Disulfidbrücken
Worin steckt die Präferenz zur Ausbildung einer Peptidkette?
in AS-Sequenz
gibbs freie Energie
deltaG° = deltaH - T*deltaS
deltaH = Enthalpieunterschied
T: Termperatur
deltaS: Entropieunterschied
Welchem deltaG°-wert entspricht ein stabilter nativer Proteinzustand?
einem negativen
Bohr-Effekt
Durch CO2 ansäuerung des Blutes > durch Bindung von H+ Ausbildung einer WBB > stabilisiert T Form
- weniger O2 affin
