Proteiner I, II & III: Aminosyror

Question 1

Hur ser grunden till en aminosyra ut?

Answer 1

En kolatom (sp3 hybridiserad) med en karboxylgrupp (COO-), en aminogrupp (NH3+), en väteatom och en sidokedja (R) som varierar.

Question 2

Varför är aminosyror viktiga?

Answer 2

Aminosyror är mest förekommande biomolekylerna! Finns i varenda cell och medierar i princip varenda cellulär process. bygger upp proteiner som är de molekylära instrumenten som används för att uttryckas genetisk information!

Question 3

Hur många aminosyror finns det?

Answer 3

20 stycken (+2 extra: selenocysteine & pyrrolysine som skapas under proteinsyntes)

Question 4

Alla aminosyror är α-aminosyror, vad innebär detta?

Answer 4

Att grundstrukturen med en carboxylgrupp, aminogrupp och väte sitter på den första kolatomen i molekylen.

Question 5

Hur länkas aminosyror ihop till proteiner?

Answer 5

Genom peptidbindningar (bildas mellan två molekyler då en karboxylgrupp reagerar med en aminogrupp så att en vattenmolekyl (H2O) frigörs.)

Question 6

Eftersom kolatomen i aminosyrans grundstruktur är sp3 hybridiserad är den också ett kiralt centrum. Vilket system används i nomenklaturen för enantiomererna som uppstår som en konsekvens av detta?

Answer 6

Man använder D,L- systemet (fischer) som säger att om aminogruppen sitter till höger (med R-kedjan nedåtriktad) är det D-enentiomeren. Om aminogruppen sitter till vänster (med R nedåt) är det en L-enantiomer.

Question 7

Vilken av D,L-systemets enantiomerer är vanligast förekommande bland aminosyror i celler?

Answer 7

i proteiner i celler förekommer endast L-enantiomeren av ALLA aminosyror (evolutionärt gynnsamt men förmodligen slumpmässigt) förutom för Glycin som inte har ett kiralt centrum pga dess R-kedja endast består av ett väte.

Question 8

De 20 aminosyror som finns kan delas upp i fyra olika grupper, vilka och vilka ingår i dessa?

Answer 8

1. Aminosyror med icke-polära, alifatiska R-kedjor: Glycine (gly), Alanine (ala), Proline (pro), Valine (val), Leucine (leu), Isoleucine (ile), Methionine (met).
2. Aminosyror med aromatiska R-grupper (hydrofoba): phenylalanine (phe), Tyrosine (tyr), tryptophan (try).
3. Aminosyror med polära, oladdade R-grupper: Serine (ser), threonine (thr), cysteine (cys), asparagine (asn), glutamine (gln)
4. Aminosyror med laddade R-grupper: Lysine (lys), Arginine (arg), histidine (his), aspartate (asn), Glutamic acid (glu), apartic acid (asp - negativt laddad och hydrofil)

Question 9

Vilken aminosyra kan forma disulfide bridges?

Answer 9

Cysteine (cys) kan forma disulfide bridges med sin S atom och en S atom på en annan likadan molekyl. Detta hjälper till att stabilisera många proteiner.

Question 10

Vad avgör formen på ett protein?

Answer 10

Beronede på sekvensen och kompositionen av aminokedjan som proteinet består av. Detta avgör väckning, ytans egenskaper och katalys-egenskaper.

Question 11

Aminosyror kan modifieras efter proteinsyntes, vad kallas denna process? ge ett exempel på detta.

Answer 11

post translational modification (PTM). Tex kollagen skapas på detta sätt men används också flitigt för att ändra/reglera proteinfuktion genom fosforylering, metylering eller acetylering.

Question 12

När de blir lösta i vatten agerar aminosyror som zwitterjoner, vad innebär detta och vad har det för konsekvenser?

Answer 12

Zwitterjonner innebär joner med BÅDE en negativ och en positiv laddning. Detta gör att de kan agera både som en syra och som en bas (amfifil natur) vilket gör dem olika laddade vid olika pH värden, alltså olika pI värden (isoelectric point - där nettoladdningen är 0 i molekylen)

Question 13

Hur ser förhållandet ut mellan pH och pKa för aminosyror?

Answer 13

Vid ett pH under pKa är gruppen protonerad, och över pKa är gruppen deprotonerad. VIKTIGT!

Question 14

Vad innebär begreppen oligopeptid, polypeptid och protein med avseende på mängd aminosyror?

Answer 14

Oligopeptider är korta aminokedjor med 2-10 st aminosyror. Polypeptider är längre aminokedjor: mindre än ca 90 aa. Proteiner är långa polypeptider med fler än 90 aa.

Question 15

Vad är N-terminus och C-terminus i en aminokedja?

Answer 15

Man säger att N-terminus är början på aminokedjan (med en fri aminogrupp) och C-terminus är slutet på kedjan (med en fri karboxylgrupp).

Question 16

Man kan estimera antalet aminosyror som ingår i ett protein, hur gör man detta?

Answer 16

antal rester = molekylvikt/110

Question 17

Varje protein har sina egna kataktärsdrag. Alla består såklart av aminosyror men de kan även innehålla andra föreningar. Vad kallas ett sådant protein? Ge två exempel.

Answer 17

Konjugerade proteiner. Tex Lipoproteiner som innehåller lipider, glykoproteiner som innehåller kolhydrater (tex immuniglobin G) eller metalloproteins som innehåller metaller som järn, zinc etc.

Question 18

Man pratar om Primary, Secondary, Tertiary och Quaternary structure när man pratar om proteiner. Vad menar man med dessa begrepp?

Answer 18

Primary structure innebär själva aminosyrasekvensen som bygger upp proteinet. Bindningarna som håller samman denna struktur är kovalenta bindningar (inkluderat sulfidbryggor).

Local secondary structure innebär “rumsligt arrangemang av huvudkedjans atomer i ett segment av polypeptidkedjan”, tex α-helix, β-sheets, β-turn etc. Denna typ av struktur uppstår med hjälp av vätebindningar.

Tertiary structure innebär 3D-arrangemanget av ALLA atomer i ett protein, alltså den sammanlagda formen som utgörs utav secondary structures. Både tertriär och kvartära strukturer byggs upp med alla olika typer av icke-kovalenta bindningar.

Qurternary structure innebär: subenhetssammansättning och arrangemang i multimerer/oligomerer, (alltså proteiner som består av flera peptidkedjor) bildade av identiska, liknande eller helt olika subenheter (homo-, hetero-) Tänk dimers

Question 19

Proteiners struktur stabiliseras av icke-kovalenta

interaktioner och krafter. Bildning av en termodynamiskt gynnsam struktur beror på vilka fyra faktorer?

Answer 19

Hydrofobisk effekt, vätebindningar, joniska interactioner och Van der Waals krafter.

Question 20

Berätta lite kort om egenskaperna hos en peptidbindning.

Answer 20

En peptidbindning avser som bekant bindningen som uppstår mellan syret i en karboxylgrupp och en aminogrupp och denna typ av bindning innebär då att den negativa laddningen från elektronparet delas mellan syreatomen och kväveatomen i aminen, en typ av resonansstruktur som resulterar i en bindning som är kortare än en dubbelbindning men längre än en enkelbindning. Denna laddning bidrar också till en dipol karaktär där kvävet får en positiv partiell laddning och syret en negativ. Eftersom bindningen C-N är delvis av dubbelbindnings-karaktär finns ingen fri rotation runt den, och detta gör att Cα kolen från två angränsande aminosyror kan sitta på samma sida om bindningen (cis: ω=0°) eller på olika sidor om C-N bindningen (trans: ω=180°. Utöver C-N bindningen finns det två olika typer av enkelbindningar (med fri rotation rund dem) och dessa beskrivs med phi (ϕ: mellan kväve och Cα) och psi (ψ mellan två kolatomer, ett korbolylkol och Cα) vinklar, också kallade dihedrala vinklar/main chain torsion angles. Så den fria rotationen kring dessa bindningar begränsas bara av steric hindrance.

Question 21

Vad visar en ramachandran plot och hur används denna?

Answer 21

En Ramachandran plot har phi (ϕ) och psi (ψ) på vardera axel och visar på så sätt förekomsten av dessa vinkar i ett protein. Mörkare färg på en position visar att det är mer förekomst av den vinkeln än ljusare partier och positioner med samma färg som bakgrunden observeras nästan aldrig, man kan säga att de kombinationerna inte är tillåtna pga dess höga energinivå orsakad av mycket steric hindrance. left handed α-helixes ger utslag på positionen till höger runt +60 grader, right handed helixes get utslag på den nedre -60 grader positionen och β-sheetss ger utslag på den övre högra delen.

Question 22

Är trans eller cis peptidbindningar vanligast förekommande i proteiner i våra celler?

Answer 22

Trans konfiguration är vanligare och förekommer i >99,95% av alla peptidbindningar i proteiner (förutom när pro ingår) pga mindre steric hindrance.

I ca 6% av alla peptidbindningar med prolin som C-terminus aa förekommer en cis konformation, detta pga att steric hindrance förekommer i både cis och trans konfigurationen för prolin, vilket innebär att energinivån mellan dem är liten och därför lättare överkoms.

Question 23

Teoretiskt sett finns det tusentals möjliga konformationer av varje protein, på grund av möjliga rotationer runt bindningar, men trots det återfinns de proteiner vi behöver endast i en (eller ett fåtal) former i våra celler, varför?

Answer 23

De konformationer som är mest termodynamiskt gynnsamma (har lägst energinivå) kommer att dominera, där den konformation vi kallar för “native state” kommer att vara överlägset vanligast för att det är den form som är mest termodynamiskt stabil och har den rätta funktionen.

Question 24

Förklara kort vad en α-helix är och hur en sådan ser ut.

Answer 24

En α-helix är en vanligt förekommande struktur i djurceller, den kan beskrivas som en “motif”, alltså en typ av design/struktur som byggs upp av aminosyror och stabiliseras av vätebindningar. I en α-helix består en “sväng”/turn av 3,6 aminosyror (13 atomer som stängs av en vätebindning). Aminosyrornas sidokedjor pekar utåt från den centrala axeln och högerhänta α-helixar är vanligast förekommande eftersom L-isomeren av alla aminosyror förekommer i de allra flesta fall i våra celler. Den aminosyra som vanligast förekommer i α-helixar är alanin, men även arginin, lysin, leucin och metionin är vanliga. prolin och glycin förekommer sällan i α-helixar pga att de saknar förmågan att placera sig i de rätta vinklarna för den konformationen. α-helixar är en dipol struktur, där den är negativt laddad i C-terminus änden och positivt laddar i N-terminus änden pga att alla peptidbindningar är alignade, därför blir även dipolmomentet större ju längre helixen är.

Question 25

En annan typ av sekundärstruktur är β-sheets och β-turns. Beskriv denna typ av struktur kortfattat.

Answer 25

β-sheets buggs upp av flera så kallade β-strands som löper parallellt horisontellt med R-grupperna riktade uppåt och nedåt vinkelrätt från polypeptidkedjorna. Detta ger strukturen ett “pleated’” (veckat) utseende. De parallella polypeptidkedjorna hålls ihop med vätebindningar men de behöver inte ha sekvenser lika i följd utan kan passa ihop trots olika längder på grannkedjornas ändar. Ett β-sheet kan vara antiparallellt eller parallellt vilket avser på riktningen på popypeptidkedjorna, alternerande håll om varannan i antiparallella (starkare pga korta/raka vätebidningar) och samma håll i parallella (svagare pga sneda och därför längre vätebindningar)
β-turns eller “loops” är vanliga strukturer mellan två angränsande antiparallella kedjor och skapas genom att en N-terminus och en C-terminus alignas så att en sväng binder ihop dem. Strukturen är relativt liten (3-4 residues) och cis-prolin och glycin är vanligast förekommande.