Proteine und Hämoglobin Flashcards
Was sind die verschiedenen Strukturen eines Proteins?
- Primärstruktur: Sequenz des Proteins
- Sekundärstruktur: durch WBB zum Besipiel alpha Helix oder Beta Faltblatt
- Tertiärstruktur: verschiedene Sekundärstrukturen einer Polypeptidkette
- Tertiärstruktur: versch. Ketten
Mit welcher Einheit werden Proteinmassen angegeben? Wofür steht sie? Wie kann dadurch die Anzahl der AS bestimmt werden?
- Dalton -1 Dalton = 1g/Mol
- mittelwert Masse AS = 110 Da
- Masse in Dalton/110
Was ist eine Peptidbindung? welche Eigenschaften hat sie?
- Amidbindung zwischen α-Carboxylgruppe einer Aminosäure und α-Aminogruppe einer zweiten Aminosäure
- Gleichgewicht liegt zwar auf Hydrolyse(daher Energie benötigt), aber sie ist kin. stabil
Geometrischen Eigenschaften der Peptidbindung?
- oszilliert zwischen Einfach- und Doppelbindung(partieller Doppelbindungscharakter) -> mesomere Grenzformeln->Rotation um diese Bindung verhindert
- allerdings Rotation um die beiden Einfachbindungen möglich
Welche Konfiguration sind bei einer planaren Peptidbindung möglich?Welche kommt vor und warum?
- cis und trans
- cis ist energetisch ungünstiger aufgrund sterischer Kollisionen der beiden Reste
- trans energetisch günstiger, da die beiten Reste voneinander wegzeigen
- 1000:1 trans:cis
Bei welcher Peptidbindung kommt die cis Konfiguration vor?
- bei einer X-Pro-Peptidbindung
- weisen eine geringere Präferenz für trans-Konfiguration vor, da Stickstoffatom in Prolin an zwei tetraedische Kohlenstoffatome gebunden ist-> sterische Unterschiede cis und trans-Form minimal
Was beschreiben die Winkel ψ und Φ ?
- Torsionswinkel um die beiden Einfachbindungen
- Φ Bindung zwischen Stickstoff und αC
- ψ Bindung zwischen α-Kohlestoffatom und Carbonyl-Kohlenstoffatom
- ergeben sich aus Drehung im Uhrzeigersinn aus Blickrichtung vom Stickstoffatom zu αC bzw. vom αC zur Carbonylgruppe
Die Torsionswinkel eines Polypeptids sind frei drehbar. Warum wird nicht jede Kombination dieser Winkel angenommen?
- 3/4 aller Wetrte-Kombinationen werden nicht angenommen, da diese ungünstigt sind
- erklärbar durch sterische Kollisionen
- mögliche Anordnung auf Ramachandran-Plot erkennbar
Was sind die Eigenschaften der Hauptkette, die Faltung des Peptid ermöglichen?
- Doppelbindungscharakter Peptidbindung und sterischer Ausschluss der Torsionswinkel
- Einschränkungen erlauben geringeren Entropieverlust bei Faltung
- bei Freier Drehbarkeit beider -> Entropieverlust könnte kaum kompensiert werden durch Enthalpiegewinn
Wie entsteht eine α-Helix?
-entsteht durch WBB zwischen O der Carbonylgruppe und einem 4 Reste weiter entfernten H einer Aminogruppe
Welche Arten der α-helix gibt es? Welche kommt in Proteinen überwiegend vor?
- rechtsgängige(im Uhrzeigersinn/rechte Hand) und linksgängige von N nach C Terminus
- im Protein fast nur rechtsgängige
- linksgängige kommen selten über kürzere Bereiche vor-> mehr sterische Abstoßung
Wieviel Reste pro Windung hat eine α-helix? Welchem Winekl entspricht das ?Was ist die pitch
- n=3,6 Reste pro Windung
- 360/3,6 ->alle Hundert Grad Windung ein Rest
- Distanz d zwischen zwei Windungen = 5,4 A
- pitch: d/n 5,4A/3,6 = 1,5A pro Aminosäure
Wie sieht ein β-Strang aus? Welcher Nachteil
Abstand zwischen Zwei Aminosäuren-> 3,5 A
-Seitenketten benachbarter Aminosäuren zeigen in entgegengesetzte Richtungen->Abstand 7 A
Wie entsteht nun ein β-Faltblatt?Welche Arten?
- durch Verknüpfung mehrerer Stränge über WBB
- entweder weisen beide Stränge die gleiche Richtung auf-> paralleles β-Faltblatt-> überkreuzte WBB mit zwei versch. AS
- oder entgegen gestezt verlaufen -> antiparalleles
β-Faltblatt-> NH und CO-Gruppe gegenüber-> gerade WBB
Was ist der wesentliche Unterschied der H-Brücken in α-Helices und β-Strängen?
- β-Strängen erst Stabil im Aufbau Faltblatt/α-Helices in sich stabil
Wie werden einzelne β-stränge verbunden? Wie sieht diese aus? Welche anderen verbindenden Elemente gibt es
- β-Kehre
- WBB zwischen i und i+3/i+1 und i+2 andere WW
- ω-Kehre-> ausgefeiltere Strukturen, die viele WW eingehen
Was versteht man unter hydrophoben Kollaps?
-Aufgrund hydrophoben Effekts-> Proteine mit polaren Resten außen und unpolaren Resten innen
Was unterscheidet man innerhalb einer Tertiärstruktur bzw. Quartärstruktur
- innerhalb einer Tertiärstruktur wird zwischen einzelnen Domänen unterschiden(in sich stabil und selbstständig in sich faltbar
- Quartärstrukturen-> einzelne Untereinheiten(jeweils eine Polypeptidkette(Dimer,Trimer)
Wie hat Christian Anfinson Ribonuclease behandelt?Was fand er heraus? 1. Experiment
- hat Ribonuclease mit chaotropen Agenzien(Harnstoff, Guanidiniumchlorid) behandelt, die WBB zerstören
- außerdem β-Mercaptoethanol, dass Disulfide(Cystine) reversibel hydrolysiert
- >nach Zusatz dieser Stoffe denaturiert(random coil) und Aktivität 0
- Dialyse der Stoffe-> Ribonuclease in vorherige Form und enzymatisch aktiv
Was fand Anfinsen bei seinen weiteren Experimenten heraus?
- -native Ribonuclease mit Harnstoff und β-Mercapto-ethanol
- zuerst nur β-Mercaptoethanol entfernt
- in Anwesenheit von Harnstoff->random coil und Ausbildung Sulfidbrücken-> erst dann Dialyse von Harnstoff
- >Enzym nicht aktiv
- >Spuren von Mercaptoethanol -> zurück zum Nativen Enzym-> aktiv
- alle Informationen zur Faltung in Aminosäuresequenz->Konformation->Funktion
Determiniert die Aminosäuresequenz die Sekundärstruktur? Beispiele?
- grundsätzlich kommen alle AS in allen Sekundärstrukturen vor
- unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten
- z.B. am Cβ verzweigte Aminosäuren oft in β-Faltblättern-> brauchen viel Platz
- Prolin durch Fehlen freier NH-Gruppen weder noch
Wie kommt es zur Aggregation bei Prionen?
-zelluläre Form des Prion-Protein->im Kontakt mit prion-protein scrapy Kern-> Ausbildung einer amyloiden Form-> unlösliche oligomere β-Faltblattstrukturen
Was bedeutet hier zum Beispiel 50% gefaltet?
- Alles oder nichts Prinzip: entweder liegt das Protein komplett ungefaltet oder komplett gefaltet vor
- also 50% sind komplett gefaltet und 50% komplett ungefaltet
- erklärung: sobald Faltung in einem Teil aufgehoben ist -> Auswirkung auf das gesamte Protein-> Entfaltung
Was ist das Grundprinzip hinter der Proteinfaltung?
- statt alle Möglichkeiten auszuprobieren-> kummulative Selektion
- Faltung wird lokal festgehalten->teilweise korrekte Zwischenprodukte
- >Nukleations-Kondensationsmodell
Erklären
- Faltungstrichter-> Thermodynamik der Proteinfaltung
- obere Ende-> alle möglichen denaturierten Konformationen->Konformationsentropie am höchsten
- Minima an Seiten-> semistabile Zustände
- freie Enthalpie nimmt ab bis native Struktur erreciht ist->genau definierte Form erreciht
- viele Wege führen zum Ziel
Was muss thermodynamisch für Proteinfaltung gelten?
-bei Denaturiert -> Nativ muss gelten
ΔGD->N=G(N)-G(D) ->negativ= stabiler nativer Zustand
für ΔG0 = ΔH0 - TΔS0-> typische ΔG0 zwischen -20 und -60kj trotz variierender Enthalpie- und Entropiewerten->Kompensation Entropie Enthalpie
-ΔG0-> sehr gering-> erklärt instabilität
Was ist eine Hämgruppe? Wie sieht sie aus?
- Cofaktor des Hämoglobins an den Sauerstoff bindet
- gibt dem Blt seine rote Farbe
- gehört zu den Tetrapyrrol-Cofaktoren-> 4 Pyrrolringe bilden Protoporphyrin
- im Zentrum-> Eisenion an 4 Stickstoffatome der Pyrollringe gebunden
- auf beiden Seiten der Hämebene hat das Eisenion eine zusätzliche Bindungsstelle->5. Koordinationsstelle->Imidazolring proximales Histidin
- >6. Koordinationsstelle Sauerstoff
Was geschieht wenn Sauerstoff an das Eisenion einer Hämgruppe bindet? Wie wird die Sauerstoffbindung stabilisiert?
- Eisenion etwas zu groß, um genau in Vorgegebene Vertiefung im Porphyrinring zu Passen-> liegt außerhalb der Hämebene
- Bindung Sauerstoff an 6. Koordinationsstelle-> Verschiebung Elektronen des Eisenions-> es wird kleiner und verlagert sich in die Porphyrinebene herein
- Sauerstoff wird durch distales Histidin über Sauerstoffbrücke stabilisiert
Wie ist das Hämoglobin aufgebaut?
- Tetramer aus 2α-Ketten und zwei β-Ketten(einzelne Ketten sehr ähnlich zum Myoglobin)
- Hauptkontakte zwischen α-Ketten und β-Ketten-> zwei αβ-Dimere (zwischen den jeweileigen α-Ketten und zwei -Ketten keine Kontaktstellen->Lücke)
Wie unterscheiden sich Hämoglobin und Myoglobin bezüglich ihrer Sauerstoffbindungseigenschaften?
Welche physiologische Bedeutung hat das?
- bezüglich ihrer Sauerstoffbindungskurve: bei Myoglobin hat eine viel schnellere fraktionelle Sättigung bei steigendem Sauerstoffpartialdruck
- Hämoglobin Sauerstoffsättigungskurve: sigmoid
- Sauerstoff muss von Lunge(100 Torr) zu aktiv Stoffwechseltribenden Geweben(20 Torr) transportiert werden
- Hämoglobin hat durch kooperatives Verhalten bei 20 Torr viel geringere Sauerstoffaffinität als Myoglobin und kann ein viel größeren Teil des Sauerstoffs so im Gewebe abgeben
Wieso kann Hämoglobin Gewebe in Anstrengung besser versorgen?
- Gewebe in körperlicher Anstrengung(20 Torr) weisen einen niedrigeren PO2 auf als Gewebe in Ruhe(40Torr)
- dieser Unterschied entspricht dem steilstenbereich der Sauerstoffbindungskurve des Hämoglobins
- durch den niedrigeren Sauerstoffpartialdruck ist die Affinität des Hämoglobins hier niedriger und es wird viel effektiver im Gewebe abgegebnen(45%)
Inwiefern ändert sich die Tertiärstruktur des Hämoglobins bei der Sauerstoffbindung? Wie wird sie ausgelöst?
- Desoxy Hämoglobin(T-Form->tense) wird zu Oxyhämoglobin(R-Form->relaxed)-> drehen sich um 15° gegeneinander
- am meisten betroffen Zwischenbereich zwischen beiden Dimeren->Kluft zwischen beta-ketten
- >Änderungen von Wechselwirkungen
- ausgelöst durch Einwanderung Eisen in Tetrapyrrolebene->zieht Histidin mit sich ->Hebelwirkung für Konformationsänderung
Welche Modelle wurden zur Erklärung der kooperativen Bindung von Hämoglobin entwickelt?
Welches ist richtig?
- Konzertiertes Modell(MWC): Gesamtstruktur nur in T oder in R Form
- jede Sauerstoff-Bindung erhöht Wahscheinlichkeit, dass Hämoglobintetramer in R-Form vorliegt; Desoxyhämoglobin nur in T-Form
- mit jeder Sauerstoffbindung verschiebt sich Gleichgewicht zur R-Form, die sauerstoffaffinier als T-Form ist
- sequenzielles Modell:
- jede Ligandenbindung erhöht Bindungsaffinität der benachbarten Stellen
- ein kombiniertes Modell der beiden entspricht der Realität
Welche Rolle spielt 2,3-Bisphosphoglycerat beim Hämoglobin? Welche Rolle spielt es bei O2-Fluss zwischen Mutter und Phoetus?
- Effizienz des Hämoglobins benötigt stabile T-Form->T-Form aber sehr instabil
- 2,3-Bisphosphoglycerat: allosterische Effektor der zwischen beiden β-Untereinheiten bindet und die T-Form stabilsiert
- fetales Hämoglobin-> 2γ statt 2β-Globine
- Hämoglobin mit γ-Kette weniger affin für 2,3-BPG -> höhere Sauerstoffaffinität
- durch unterschiedliche Affinität O2-Übertragung maternales auf fetales Hämoglobin
Was bescheibt der Bohr Effekt?
- die Regulation der Sauerstoffbindung durch Protonen und Kohlendioxid
- strark arbeitendes Gewebe->Protonen und CO2
- flachere Bndungskurve des Sauerstoffs
- erhöhte Protoenenkonzenration-> Protonierung Imidazol His-146 ->Stabilisierung T-Form
- außerdem Kohlendioxid->stabilisiert T-Form, indem es mit endständiger Aminogruppen reagiert und Carbamatgruppen bildet(negativ geladen-> Ionenbindung->Stabilisierung)
