Proteinfaltung: fertig? (Zsm) Flashcards
Foldig code: was ist das?
AS-Sequenz
-> wenn man faltung verstehen würde, könnte man den fold berechnen - geht für komplexe proteine NICHT
Faltungsprozess
Wie, Was, Wo, Warum?
- ist abhängig von den SK-Interaktionen
- hydrophobe reste (Trp, Tyr, Phe) bilden “Faltungskern”
- > mit hydrophober interteraktion beginnt die faltung
- > entrop. effekte durch wasserausschluss
- polare gruppen [Asp, Glu, Lys, Arg) gelangen an die oberfläche
- interne ladungen Asp-, Glu- brauchen Gegenionen Lys+ und Arg+
- kooperatives finden von WW
- irreversibel
Faltungen bedeuten rotation um C-C und C-N-Bindungen -> Faltung = Rotationsprozess
Faltung findet in hoch viskosem zell-Zytoplasma statt (350 mg/ml)
H20-Ausschluss, Ausbildung H-Brücken, elektrostat. WW & weniger kovalente bindungen (S-S)
irreversibler Prozess: deltaG = deltaH x T x deltaS
[T x deltaS(Entropie:Unordnung)] > [deltaH (Enthalpie: Wärmegehalt)]
-> energetisch günstigster Zustand
Rebecca:
deltaG = deltaH - T x deltaS
Was ist die faltung?
Rotationsprozess
Irreversible Prozess
Bindungen im Protein
- WBB
- elektrostat. WW
- hydrophobe WW
- Van-der-Waals-WW
- kovalente WW
alle WW schwer quantifizierbar, bisher einzige extákte methode, um atomare WW korrekt vorherzusagen: Quantenmechanik..extrem aufwändig für große moleküle
- > nur für teilbereiche (zB aktive zentren und kleine zeitbereiche in ns) möglich
- > der rest wird “molekular-mechanisch” (semiklassisch) bearbeitet
WBB
N-H~~N // N-H~~O // O-H~~~O
Abstand 2,7-3,4 Å
Energie: WBB - 10-20 kJ/mol // kovalente bindung - 400 kJ/mol
elektrostat WW
Kräfte zw geladenen Resten C-O~~H3N+-C
Abstand: 3 A
Energie: 40-80kJ/mol
ionen/kovalent WW
–> nur unter H20 Ausschluss
hydrophobe WW
entrop. Effekt, kaum quantifizierbar
Energie: 4-12kJ/mol
VdW-WW
2-4 kJ/mol
permanent, induziert, zw unpolaren Kleinstteilchen
Dipol-Dipol-WW
Wo startet die faltung von ungefalteten prot.?
beim “random coil” (kann sich theoret. noch um alle bindungen drehen)
- mit flukturierende rotationswinkel mit zeitkonstanten von 10^-13 s -> schnelle faltung?!
Aber: viele rotationswinkel/rotationen sind bereits eingeschränkt -> ramachandra-diagramm
- livinthalsches praradox: faltung dauert nicht jahre obwohl so viele kombi-möglichkeiten
ramachandra-plot
gibt auskunft über das vorkommen von rotationswinkeln bei unterschiedlichen faltungen
Y-Achse: psi -> Calpha-C-Rotation
X-Achse: Phi -> Calpha-N-Rotation
levinthalsches paradox
trotz 10^100 möglicher kombinationen und einer dauer von 10^30 jahren um sie alle auszutesten,
in Realität: dauert faltung nicht ewig
Was bestimmt die Geschwindigkeit während der faltung?
- Interaktion von hydrophoben Resten ( Gewinn von emtropie) führt zum “ molten globe” mit kompakter noch heterogener konformation ( schwer bestimmbar, da jedes Moleküle anders ist)
- reaktionstrajektorien
(Reaktionen auf 3D Energieskala) von einfachen Proteinen können wir mit molekular-dynamik-methoden (MD-simulation) berechnen - faltungsprozess wird als fortschrittsvariable Q wiedergeben
-> trajektorien: Wege auf 3D energielandschaft EPQ Diagramm
Untersuchung der proteinfaltung
- Start mit gefalteten aktiven Protein
- entfalten zb mit guanedinium Chlorid
- verdünnung von gua-HCl mit Stop Flow (schnell)
- messen der faltungskinetik über tryptophanfluoreszenz
Stop-flow NMR (nuclear Magnetic resonance), massenspektroskopie nach einfrieren
> mischen von Proteinen mit D2O (schweres wasser)
> Austausch von H/D Austausch von H mit D im Protein
> einfrieren in flüssigem Stickstoff
> Bestimmung von H/D Austausch mit massenspektrometer - Betrag einzelner AS restes wird durch selektive mutagenese bestimmt
(Austausch einzelner AS, Wiederholung des faltungsprozesses mit Mutanten
)
Was sind Typ I falter?
Schnelles falten
Nur ausgangs-/endzustand nachweisbar
Keine Anreicherung von intermediaten
Typ II falter
Faltung erfolgt über sehr verschiedene zentralen ( ps - min)
Einzelne zwischenschritte nachweisbar
