Teil 5 Flashcards
1
Q
Was sind Supersekundärstrukturen (Motive)? Nenne Bsp
A
- sind häufig auftretende Kombinationen von meist benachbarten Sekundärstrukturelementen (⍺-Helices, β-Stänge) mit charakteristischer Topologie
- BSP.: Helix-loop-Helix, Coilded-coil, β-hairpin, β-meander
2
Q
Erkläre das Helix-Turn-Helix Motiv
A
- ist ein DNA-Bindungsmotiv: häufig in Transkriptionsfaktoren und anderen DNA-bindenden Proteinen
- besteht aus einer Erkennung- und aus einer Stabilisierungshelix
- Erkennungshelix bindet spezifisch an eine Konsensus-Sequenz in der großen Furche der DNA
- Stabilisierungshelix: im rechten Winkel dazu, wirkt stabilisierend
3
Q
Nenne Eigenschaften von faserförmigen (fibrillären) Proteinen und BSP
A
- Polypeptidkette ist lang und stabartig
- Hoher Anteil an einziger Sekundärstruktur, keine richtige Tertiärstruktur, höhere Organisationsgrade können auftreten
- Lange Achse mind. 10 mal länger als kurze Achse
- meist in Wasser und verdünnten Salz-Lösungen schwer oder nicht löslich; enthalten oft viele hydrophobe AS und/oder kovalente Vernetzungen (Crosslinks)
- Funktion ist Struktur (im allgemeinen keine Enzyme)
- dienen als Strukturmatrix in Organismen; haben schützende, verbindende oder tragende Funktion (Knochen, Haut, Sehnen)
- können aber auch bewegende Funktion haben (z.B. im Muskel oder in Cillien)
- BSP: Kollagen, ⍺-Keratin, β-Keratin
4
Q
Nenne die Eigenschaften von Kollagen
A
- ist ein sehr widerstandsfähiges, unlösliches, extrazelluläres Faserprotein
- Fasrige Komponente von Knochen, Zähne, Knorpel, Sehnen, Bindegewebe
- besteht zu 1/3 Glycin, 15-30% Prolin und 4-Hydroxyprolin
- einzigartige Helix, die von ⍺-Helix abweicht –> Helices bilden dann superspiralisierte Triple-Helix
5
Q
Beschreibe die AS-Sequenz von Kollagen
A
- Jede 3. AS ist Glycin
- wiederholdende Tripeptideinheit: Gly-X-Y
- X oft Prolin
- Y oft Hydroxyprolin
6
Q
Erkläre die einzelnen Schritte der Biosynthese und Reifung von Kollagen
A
- intrazellulär an Ribosom Vorläuferkette gebildet
- neu gebildete Kette wird (Vitamin C abhängig) an Prolin und (seltener) an Lysinresten hydroxyliert und am hydroxylierten Lysin glycosyliert
- 3 modifzierte Proteinketten lagern sich im ER zur rechtsgängigen Triple-Helix zusammen = Procollagen
- Procollagen wird in den extrazellulären Raum sezerniert und kurze Stücke (globuläre Proteine) werden C- und N-terminal durch Collagenase abgespalten => reife Triple-Helix = Tropocollagen (1000 AS pro Kette)
7
Q
Beschreibe die Kollagen-Triple-Helix
A
- ist rechtsgängig Superhelix
- Sekundärstrukturen von individuellen Ketten ist helikal, ist aber keine ⍺-Helix sondern linksgängige Helix mit 3 AS pro Umdrehung (Grund: Pro,Hyp haben große Seitenreste,geringe sterische Flexibilität; keine φ, ψ Paare der α-Helix möglich und Pro,Hyp machen keine intrahelikalen H-Brücken)
- jeder 3. Rest der individuellen Helices ist nach innen gerichtet –> ist immer Glycin (kleiner Rest, ermöglicht dichte Packung der 3 Helices)
8
Q
Was stabilisert die Kollagen Triple-Helix?
A
- N-H jedes Glycin macht H-Brücke mit C=O der Peptidbindung des X-Rests von benachbarter Kette
- Wasser macht H-Brücken zum Hydroxyprolin
9
Q
Warum werden mit dem Alter Knochen brüchiger bzw. Haut weniger elastisch? Wie entsteht die Quervernetzung von Tropocollagen-Triple-Helices?
A
- Individulle Kollagenmoleküle btw. Tropocollagen der Faser werden u.a. über Lysine durch Aldolkondensation quervernetzt
- Vernetzungsgrad nimmt mit Alter zu, dadurch werden Knochen brüchiger bzw. Haut weniger elastisch
- Lysyloxidase oxidiert Lysin-Reste zum Aldehyd Allysin –> dieses bildet Quervernetzung durch Aldolkondensation
10
Q
Nenne Eigenschaften von ⍺-Keratin! Wo ist es zu finden?
A
- Faserprotein in Nägeln, Haaren, Hufen, Horn, Federn –> dort fast gesamte Trockenmasse
- großer Teil von oberer Hautschicht
- kommt nur bei Säugetieren vor
- ⍺-helikale Segmente dominieren
- Dimer
- nicht helikale N- und C-termini
- gehört zu Intermediärfilamenten
11
Q
Beschreibe die Primärsequenz der Primärstruktur und die Bildung der Supersekundärstruktur von ⍺-Keratin
A
- zentraler Teil der Primärstruktur von α-Keratin weist ein sich
wiederholendes Segment aus 7 Aminosäureresten auf - Form: (a-b-c-d-e-f-g)_n; in Positionen a & d üblicherweise unpolare AAs
- Bei Ausbildung von α-Helix würden unpolaren Reste zum Lösungsmittel schauen –> energetisch ungünstig
- 2 rechtsgängige ⍺-Helices werden umeinander gewunden, die hydrophoben Reste werden dadurch begraben und Lösungsmittel unzugänglich gemacht => Coiled-coil Superhelix
- Triebkraft der Superhelix-Bildung ist die Assoziation zweier hydrophober Streifen als Folge von hydrophoben Wechselwirkungen
- Wegen Verdrillung ändert sich Zahl der AAs pro Umdrehung von 3.6 für lineare α-Helix auf 3.5 im Supercoil
- Das ganze bewegt sich als eine Art hydrophober Reißverschluss die Kontaktstellen der Helices entlang
12
Q
Wie wird die Keratinsuperhelix verstärkt?
A
- Keratin hat viele Cysteine: SH Gruppen bilden Disulfidbindungen zwischen den Helices und Filamenten
=> Keratin wasserunlöslich, sehr reißfest und praktisch unverdaulich - Hartes Keratin hat viel Cys (Haar, Horn), weiches Keratin wenig Cys (Haut)
13
Q
Was charakterisiert das Coiled-coil Motiv ?
A
- meisten Coiled-coil Sequenzen ist ein Hepta-Repeat
- wobei a und d AS meist unipolar (hydrophob) unpolar sind
- e und g oft geladen –> elektrostatische Interaktion –> weitere Stabilisierung von coiled-coil
- ⍺-Helices mit 3,5 AS pro Umdrehung (statt 3,6)
14
Q
Was ist ein Leucin-Zipper?
A
- weist Coiled-coil Motiv auf
- bilden ⍺-Helices mit 3,5 AS pro Umdrehung (statt 3,6)
- sind Heptarepeats mit hochkonserviertem Leucin in Position d
- Reste in Position a sind hydrophob oder zumindest ungeladen
15
Q
Beschreibe β-Keratine am Beispiel Fibroin
A
- Fibroin ist das wichtigste Protein für Seide und Spinnenetze
- Lange Bereiche der Seide bestehen aus der Repeat-Sequenz: Gly-Ser-Gly-Ala- Gly-Ala
- Organisiert zu multiplen, übereinander gestapelten antiparallelen β-Faltblätter mit Gly auf einer und Ala oder Ser auf anderer Seite
16
Q
Was sind globuläre Proteine und was ist deren Funktion?
A
- Polypeptidketten sind durch Kombination mehrerer Sekundärstrukturelemente mit irregulären (random coil) Regionen sphärisch (globulär) gefalten –> kompakte Gestalt
- Meist gute Löslichkeit in Wasser und
verdünnten Salzlösungen - diverse Funktionen: Enzyme, regulatorische Proteine, Transportproteine etc.
17
Q
Was bestimmt die gesamte Konformation des gesamten Proteins?
A
- Backbone: 3 Winkel pro AS-Rest: ω, ɸ, ψ
- Seitenkette: 1 bis 7 Winkel 𝜒; jedes 𝜒hat 3 favorisierte Werte: 60°, -60°, 180°
18
Q
Was versteht man unter der nativen Konformation bzw. dem nativen Zustand eines Proteins?
A
= Tertiärstruktur, welche das Protein einnimmt, um physiologische Funktion zu erfüllen
19
Q
Wie können globuläre Proteine eingeteilt werden?
A
nach den vorhandenen SSE
- all ⍺ Proteins
- all β Proteins
- ⍺/β Proteins (alternierend ⍺ undβ)
- ⍺ +β Proteins ( ⍺ undβ topologisch getrennt)
20
Q
Wie ist eine Domäne definiert?
A
Teil einer Polypeptidkette, der einzeln stabil ist bzw. einzeln Proteinbewegungen durchführen kann
21
Q
Welche Proteinfaltungstypen gibt es? Nenne BSP
A
- 4 Helix-Bundle
- β-barrels
- Globin Fold (8 ⍺-Helices)
- ⍺/β barrels
- β-Helix
22
Q
Welche Wechselwirkungen stabilisieren Tertiärstruktur?
A
- Hydrophobe WW*
- Van der Waals WW*
- Ionenbindungen*
- Wasserstoffbrückenbindungen*
- Disulfidbrücken
- Metallionen
- )Schwache WW
23
Q
Was ist der hydrophobe Effekt? Wie kommt er zustande?
A
- er bezeichnet die Aggregation von unpolaren (hydrophoben) Molekülen in einem polaren Medium
- Flüssiges Wasser hat durchschnittlich 3,4 H-Brückenbindungen pro Molekül und die H-Brückenbindungen sind fluktuierend
- Für Einbringen eines unpolaren Moleküls muss “Höhle” ins (flüssige) Wasser gemacht werden => zwischen den dort befindlichen H2O- Molekülen müssen H-Brückenbindungen (im Mittel ca. 3,4) gebrochen werden.
Unpolare Moleküle können keine H-Brückenbindungen mit Wasser eingehen. Zur Kompensation reorientieren sich die Wassermoleküle um das unpolare Molekül derart, dass die Zahl der möglichen H- Brückenbindungen untereinander maximiert wird. Es entsteht eine eisähnliche Clathratstruktur um die unpolare Substanz (4 H-Brückenbindungen pro H2O Molekül) - Wasser ist im Clathrat immobiler bzw. geordneter –> die Entropie sinkt, energetisch ungünstig
- Durch Aggregation unpolarer Moleküle (Summe vieler kleiner Oberflächen) entsteht eine insgesamt kleinerer Gesamtoberfläche für die Ausbildung der Clathrat-Struktur. Wassermoleküle werden dadurch in das umgebende Bulk-Wasser freigesetzt (mit 3,4 H-Brücken/Molekül), wodurch die Entropie des Systems wieder ansteigt.
- Es gibt demnach keine hydrophobe Kraft. Die scheinbar vorliegende Anziehungskraft von apolaren Molekülen in Wasser bezeichnet man als hydrophoben Effekt.
24
Q
Wie beeinflusst der hydrophobe Effekt Proteine?
A
- Viele er hydrophoben Seitenketten von Aminosäuren (Val, Ile, Leu, Phe) wird durch hydrophoben Effekt im Inneren des Proteins “begraben”, um die Kontaktoberfläche mit Wasser zu minimieren
- Bewirkt strukturellen Kollaps der ungefalteten Polypeptidkette (U, unfolded) in eine kompakte, globuläre Form (N, nativ)
25
Q
Wodurch kommt es zur Ausbildung von Disulfidbrücken? Wozu dienen Disulfidbrücken? Bei welchen Proteinen treten Disulfidbrücken auf und bei welchen nicht?
A
- Oxidation der SH-Gruppe zweier Cysteinreste
- Dienen zur Stabilisierung der nativen Form, meist nicht für Faltung in native Tertiärstruktur erforderlich
- Treten nahezu ausschließlich bei Proteinen an Zelloberfläche bzw. bei sezernierten Proteinen auf (Grund sind die“rauheren” Bedingungen der Außenwelt)
- Bei Proteinen im Zytoplasma treten sie nicht auf, da die Redoxverhältnisse im Zytoplasma so sind, dass S-S Brücken stabil bleiben
