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
Wodurch kommt es zur Ausbildung von Disulfidbrücken? Wozu dienen Disulfidbrücken? Bei welchen Proteinen treten Disulfidbrücken auf und bei welchen nicht?
* 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
