Hierarkisk proteinstruktur
Hierarkisk proteinstruktur
α-helix
Primärstruktur Fig 3-3
Fig 3-4
-Backbone bildar en spiral med alla sidokedjor riktade utåt
-Bestäms av sekvensen av aminosyror
-Vätebindningarna ger en riktning åt α-helixen
-Hålls samman med peptidbindningen, vilken också ger en rikting
-Börjar med aminogrupp & slutar med karboxylgrupp
-3,6 aminosyror/varv
-α-helixen är en tub med egenskaper beroende av
sidokedjornas egenskaper
-N-terminal resp. C-terminal
-Hos vattenlösliga proteiner är de externa sidokedjorna hydrofila,
medan hydrofoba sidokedjor finns begravad innuti proteinet
Sekundärstruktur
-Transmembranproteiner kan ha båda typerna i olika delar
-Stabil struktur som utgörs av kortare segment av polypeptidkedjan
-Hålls samman mha vätebindningar mellan amid och
karbonyl-grupperna i backbone
-De huvudsakliga sek.strukturerna är:
α-helix
β-flak
β -turn
1
2
Hierarkisk proteinstruktur
Hierarkisk proteinstruktur
β-flak Fig 3-5
-Sammanpackade β-strängar som hålls ihop av vätebindningar
Tertiärstruktur
-β-flak kan bildas av β-strängar från olika polypeptider eller
från samma polypeptider, då med loopar emellan
-Tertiärstrukturen är det 3-dimensionella arrangemanget av
polypeptidens aminosyror
-Sidokedjorna kommer att sticka ut under eller över β-flaket
-Stabiliseras av vätebindningar, hydrofoba & vdW-interaktioner
-Tert.strukturen är relativt flexibel & kan påverkas pga. att de
sammanhållande krafterna är relativt svaga
-β-flak kan vara parallella eller anti-parallella
-Sidokedjorna spelar en stor roll för tert.strukturen
β-turn
Fig 3-6
Hydrofoba kedjor – inåt
Hydrofila kedjor – utåt
-Skarpa böjar av polypeptidkedjan,
ex. mellan β-strängar för att bilda β-flak
-Detta ger en hydrofob kärna & en hydrofil yta, Fig 3-7 & 2-11
-Stabiliseras ofta genom vätebindningar
-Disulfidbryggor mellan Cysteiner stabiliserar
tert.strukturen kovalent
-Glycin och Prolin är särskilt vanliga i β-turns
3
4
3 huvudgrupper av proteiner
Motif Fig 3-9
-Har vanligen en viss uppgift i proteinet
Fibrösa
-Utgörs av specifika kombinationer av sek. & tert.strukturer
-Stora, långa och stela
-Ofta är primärstrukturen för motifet välkonserverad
-Ofta inblandade i cellers struktur & rörligehet, ex. cilia
Coiled-coil
Globulära
-Bildas av flera α-helixar, 3,5 aminosyror/varv
-Ofta vattenlösliga och sfäriska med en mix av sek.strukturer
-Helixarna hålls samman mha heptad repeat
Integrala membranproteiner
-Hydrofob ”söm”, hydrofil utsida
-Måste ha både hydrofob och hydrofil yta
-Kallas ofta Leucine zipper
-Kan bestå av flera delar, både fibrösa och globulära
EF-hand
-Ca2+-bindande motif
-2 korta helixar förbundna med en loop
-Inbindning av Ca2+ till motifet leder ofta till
konformationsförändringar av andra delar av proteinet
5
6
Domäner
Motif Fig 3-9
Zinc-finger
-Distinkta regioner av tert.struktur som kan tas loss från
proteinet och ha kvar sin struktur och funktion
-1 α-helix och 2 β-strängar som ofta förekommer i RNA & DNA
bindande proteiner
-3 grupper: funktionella, strukturella & topologiska
Funktionella
-Motifen har konserverats under evolutionen,
ex. behöver inte ett Ca2+-bindande protein uppfinnas om och
om igen, EF-hand motifet används i stället i flera olika proteiner
-Region av ett protein med, för proteinet, specifik aktivitet
-Aktiviteten bibehålls även om domänen klipps bort från proteinet
Strukturella
-En stabil del av proteinet som kan foldas till sin rätta struktur
utan att resten proteinet uttrycks
-Olika strukturella domäner kan länkas samman
mha spacers/linkers, ex EGF-domänen Fig 3-11
-Ofta är strukturella och funktionella domäner väldigt lika
Struktur → Funktion
Topologiska
7
-Regioner hos proteiner med att visst ”rumsligt” förhållande
till resten av proteinet
8
Hierarkisk proteinstruktur
Evolution – Homologi
Fig 3-13
Kvertenärstruktur – Multimera strukturer
-Proteiner med gemensamt ursprung kallas homologer/homologa
-Multimera proteiner består av 2 eller flera polypeptidkedjor
-Proteiner med >50% sekvensidentitet (SID) ingår i samma
evolutionära familj
-4e nivån i den hierarkiska proteinstrukturen
-Homodimer – båda subenheterna är likadana
-En superfamilj består av flera familjer där SID mellan
familjerna är 30-40%
-Heterodimer – subenheterna är olika
-I en familj har proteinerna liknande struktur & funktion
-Ofta fungerar inte subenheterna normalt som monomerer
-I en superfamilj har proteinerna troligen liknande struktur
-Makromolekylära strukturer bildas av många (10->100) proteiner
ex. cytoskelettet Fig 17-1, transkriptions initieringskomplex Fig 3-12
9
10
Protein folding
Chaperoner
-Form följer funktion
-Chaperoner ger en bra foldingmiljö för proteiner och kan bidra
med energi till foldingen
-Information om hur proteinet ska foldas finns i sekvensen
-Chaperoner är välkonserverade proteiner som finns
hos alla organismer
-Peptidbindningen begränsar antalet möjliga strukturer
genom sin stelhet Fig 3-14
-2 typer: Molekylära chaperoner & Chaperoniner
-Endast Φ (Phi) och Ψ (Psi) vinklarna kan förändras.
-Rörligheten kan begränsas ytterligare av sidokedjorna
Molekylära chaperoner Fig 3-16
-Vanligen bildas den mest stabila strukturen
(av alla de som är möjliga), denna kallas native state
-Binder & stabiliserar ofoldade/delvis foldade proteiner och
hindrar dessa från att aggregera
-Den hypotetiska ordningen för foldingen, Fig 3-15;
Prim.struktur → Sek.struktur → Motif → Domäner →
→ Tert.struktur → Kvart.struktur
-ATP krävs för aktivitet
Chaperoniner Fig 3-17
-Bildar en kammare som innehåller rätt miljö för folding
-”Tunnor” som finns i en avslappnad och en tight konformation
-ATP krävs för aktivitet
11
12
Protein funktion
Protein funktion
-Ofta baserad på proteiners förmåga att binda specifikt till
andra proteiner, DNA/RNA eller små molekyler och joner
Enzym
-Fungerar som katalysatorer i organismer Fig 3-20
-Molekylen som binder till proteinet kallas ligand
-Enzymernas ligander kallas substrat
-Specificitet: proteinets förmåga att binda en viss specifik ligand
-Affinitet: Styrkan på bindningen mellan proteinet och liganden,
uttrycks med dissociationskonstanten KD
-Sänker en reaktions aktiveringsenergi så att den är anpassad
för en fysiologisk miljö (pH 6,5-7,5; 37°C; 1 atm tryck)
-Enzymet har substratspecificitet
-Aviditet: funktionell affinitet
-Har en ”bindningsficka” som innehåller active site där den
katalytiska aktiviteten finns Fig 3-23
-Hög affinitet kräver en hög molekylär komplementaritet
-Enzymernas aktivitet är pH-beroende Fig 3-26
-Kräver ofta cofaktorer/prostetisk grupp
-Ofta sitter enzymer som ingår i samma reaktionsväg
fysiskt nära varandra Fig 3-28
13
14
Proteinnedbrytning
Proteinmodifieringar
-Proteiner regleras genom koncentrationen av proteinerna →
syntes/nedbrytnings hastigheten
-Proteiner kan modifieras både kovalent och icke-kovalent
-Intrinsic activity – reglering av aktiv/inaktiv konformation
-Många modifieringar är reversibla → proteinerna kan
aktiveras/deaktiveras flera gånger
-Proteasomen är en tunnformad makromolekyl (~50 subenheter)
där ”ingången” är reglerad Fig 3-29
-Ett mycket vanligt sätt att reglera proteinfunktion är genom
allostera interaktioner
-Endast proteiner ”märkta” med proteinet Ubiquitin släpps
in i proteasomen
-En alloster effekt ger förändring i tertiär- och/eller
kvartenär-struktur
-Ubiquitineringen regleras genom reglering av Ubiquitin-ligaser
-Cooperativitet: bindningen av en ligand till en viss site ökar
affiniteten till samma typ av ligand vid en annan site
i samma protein (en typ av alloster effekt) Fig 3-13, 3-30
-Negativ cooperativitet finns ofta i slutet av en reaktionsväg,
feedback inhibering
-Ca2+ och GTP är vanliga allostera ”switchar” som kan
reglerar proteinaktiviteten Fig 3-31, 3-32
15
16
Proteinmodifieringar
DNA-replikation
Fosforylering/defosforylering
-DNA-replikation krävs då cellen står inför delning
-Forsforylering är en av de allra vanligaste proteinmodifieringarna
för reglering av proteinaktivitet
-Moder DNA-helixen delas och är mall för 2 dotter DNA-strängar
Fig 4-30
-Fosforyleringen ändrar proteinets laddning och vanligen också
dess konformation
-Enzymet DNA-polymeras infogar komplementära nukleotider
till enkelsträngat DNA
-Proteinkinaser katalyserar fosforyleringen, fosfataser
katalyserar defosforyleringen Fig 3-33
-Helicaser ”lindar upp” DNA-helixen för replikationen
-DNA-polymeraset kräver dubbelsträng för att kunna
starta replikationen
Proteolytisk klyvning
-Proteiner kan delvis klyvas för aktivering, irreversibel process
-Enzymet Primase bygger upp en kort komplementär RNA-sträng
vid vilken DNA-polymeraset startar replikationen
-DNA-polymeraset arbetar 5´→ 3´
-Leading strand polymeriseras i ett enda svep
-Lagging strand byggs upp av Okazaki-fragment vilka
ligeras mha enzymet DNA-ligas
-Ofta sker en bidirektionell DNA-replikation Fig 4-33
17
18
Proteomics
-Proteomics: samtliga proteiner/stor delmängd av proteiner hos
en cell/vävnad/organism analyseras
-I traditionella proteinstudier analyseras proteinerna ett i taget
-Vilka proteiner & i vilka mängder uttrycks de i en viss vävnad?
-Är en förändring av proteinutrycket förknippat med sjukdom?
-Vilka proteinmodifieringar görs och vad har de för effekt?
-Tekniken som används är fr.a. LC-MS/MS
-Human Protein Atlas – www.proteinatlas.org har som mål att
kartlägga alla humana proteiner, vart de finns och i vilka mängder
i både frisk och sjuk vävnad
19
