Sekvens - struktur - funktion
Bioinformatik X3
Januari 2006
Henrik Hansson
Inst. för Cell & Molekylär Biology,
Uppsala Universitet
1
Översikt
• Proteiner och bioinformatik
• Proteinstrukturer
• Metoder för strukturbestämningar
2
Proteinstrukturer
3
Aminosyra - amid - peptid
4
Ala,A
Aminosyrorna - 20 st
His, H
Lys, K
Val, V
Phe, F
Arg, R
Pro, P
Ile, I
Glu, E
Asp, D
Leu, L
Cys, C
Gly, G
Tyr, Y
Met, M
Asn, N
Thr, T
Trp, W
Gln, Q
Ser, S
5
Hydrofil - hydrofob
• Nästan alla lösliga proteiner har en hydrofob kärna
• Peptidryggraden är polär?
Neutralisera möjliga H-bindningar i välordnade
strukturer - sekundärstrukturer
6
Sekundärstrukturer:
rstrukturer α-helix
7
Sekundärstrukturer:
rstrukturer α-helix
• 3.6 rester / varv
• Axiellt dipolmoment
• Sällan: proliner & glyciner
8
Sekundärstrukturer : β-flak
9
Sekundärstrukturer : b-flak
10
Sekundärstrukturer : β-flak
• Parallella eller antiparallella
• Sidokedjorna alternerar
• Looparna mellan ofta polära
11
Sekundärstrukturer
12
Peptidryggradens veckning
• Stereokemin ger endast fåtal samtidigt
”tillåtna” värden på φ (fi) och ψ (psi)
• Tillåtna värden delvis olika för de olika
aminosyrorna
• Helix resp. betaflak => olika
kombinationer av φ och ψ
13
Ramachandran-diagram
Diagram över kombination av φ- och ψ-värden
Alla aminosyror (utom glycin)
Glycin
14
Tertiärstruktur
15
Tertiärstruktur
Stabiliserande krafter
• Vätebindningar
• Kovalenta bindningar (Cys-bryggor)
• Jonbindningar
• Van der Waals-krafter
unfolded
folded
ΔGunfold-fold = ΔHunfold-fold - TΔSunfold-fold
16
Kvartenärstruktur - proteinkomplex
Hemoglobin
17
Kvartenärstruktur - proteinkomplex
Ribosomen
18
Experimentella tekniker för
bestämning av proteinstrukturer
• Röntgen (X-ray) kristallografi
• Nukleärmagnetisk Resonansspektroskopi (NMR)
• Elektron Mikroskopi/Diffraktion
19
Röntgenkristallografi
20
Röntgenkristallografi
• Småmolekyler - viruspartiklar
• Ger information om atomers
position
• Begränsad information om dynamik
• Kristaller behövs
21
Röntgenkristallografi
22
NMR-spektroskopi
• Peptider och proteiner t.o.m.
~50kDa (ca 500 aminosyror)
• Spektroskopisk metod
• Krav 1: lösliga proteiner
• Krav 2: höga proteinhalter i prov
• Proteiners dynamik
23
NMR - 2D NOESY-spektrum
24
NMR - “ensemble” av
struktur-modeller
NOEer inte tillräckligt för en enda
lösning “ensembel”
Varje modell förklarar
data (NOE) lika bra.
Kemiska skift, skalära
kopplingar (dihedrala vinklar)
ökar informationsmängden.
25
Rörelser i proteiner
Tumbling
Diffusion
Allosteric transitions
Internal motions/side-chain rotations
Folding/unfolding
chemical reactions
Bond vibrations
10-15
10-12
10-9
R2, R1
{15N-1H} NOE
10-6
10-3
R2ex, R1ρ
time(s)
Amide hydrogen
exchange
NMR tekniker
26
Elektronmikroskopi/ diffraktion
• ”Cryocrystallography” kristallerna nedfrusna i
flytande helium
• Begränsad information om
dynamik
• Möjligt att använda väldigt
små kristaller (- nm)
• Används för stora proteinkomplex och membranproteiner
27
Elektronmikroskopi/ diffraktion
28
