Frå n åminosyror till proteiner

Transkript

1 Frå n åminosyror till proteiner Table of Contents Generellt om aminosyror... 2 Struktur och klassificering av aminosyror... 2 Alifatiska... 2 Aromatiska... 2 Polära, oladdade... 2 Positivt laddade... 2 Negativt laddade... 3 Stereoisomerer... 3 Aminosyrornas kemi... 3 Elektrostatisk interaktion... 3 Vätebindning... 3 Hydrofob... 3 Aminosyror som amfojoner... 3 Isoelektrisk punkt... 3 Aminosyrornas kemiska reaktivitet... 3 Disulfidbryggor... 4 Fosforyleringar... 4 Oxidering av Pro och Lys... 4 Karboxylering av Glutamat... 4 Prolin... 4 Från aminosyra till protein... 4 Strukturnivåer... 4 Primärstruktur... 4 Sekundärstruktur... 5 Tertiärstruktur... 5 Kvartärstruktur... 5 Proteinveckning... 5 Chaperoner... 6 Chaperoniner... 6 Felveckning... 6

2 Denaturering... 6 Reversibel denaturering... 7 Posttranslationell modifiering... 7 Begränsad protelytisk klyvning... 7 Fosforylering/defosforylering... 7 Glykosylering... 7 Ubiquitinering och proteasomer... 8 Generellt om aminosyror Är organiska syror som har en aminogrupp och en carboxylgrupp. Båda är kopplade till ett alfakol. Det som skiljer aminosyror åt är R-gruppen. Struktur och klassificering av aminosyror Alifatiska Aromatiska Polära oladdade Positivt laddade Negativt laddade Alifatiska Alanin, Glycin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Prolin, Valin Alla gudar i landet matar pooyan villkorlöst. Sidogrupperna är opolära. Det finns inga laddningar i dessa gruppen. Aromatiska Phenylalanin, Tyrosin, Tryptofan Pooyan Tittar på TV De har en benzenring. Polära, oladdade Asparagin, Cystein, Glutamin, Serin, Threonin Alla Clowner Gillar Söta Tår De är polära men oladdade. Det finns inga laddade grupper men det finns syreatomer eller svavelatomer i sidokedjorna. Det inför polaritet. Positivt laddade De har en extra aminogrupp som kan protoneras. Även kallade för basiska. Arginin, Histidine, Lysin. Apor Hatar Lök.

3 Negativt laddade Aspartat och Glutamat. Har en extra karboxylgrupp som kan deprotoneras. Stereoisomerer Alla aminosyror förutom Glycin har fyra olika grupper runt alfakolet och kan därför bilda stereoisomerer. Dvs L-Aminosyror och D-Aminosyror. L formen är den naturliga formen. Aminosyrornas kemi Aminosyror är vattenlösliga och kan således bilda vätebindningar med vattenmolekyler och ingå i elektrostatiska interaktioner med vattenmolekyler Elektrostatisk interaktion När något positivt laddat binder till något negativt laddat. Lysin (positivt laddad) kan bilda elektrostatiska interaktioner med syret i vattenmolekylen. Likaså med glutamin som bildar interaktioner med vätena Vätebindning Bildas genom väteatomer i exempelvis vatten. Delvis positiv och delvis negativ. Ämnen som kan bilda vätebindningar eller elektrostatiska reaktioner med vatten är vattenlösliga. Ämnen som inte kan bilda e.s. bindningar eller vätebindingar är hydrofoba Hydrofob Phospholipiden. Hydrofoba molekyler kommer vilja sträva efter att bilda hydrofoba interaktioner och trycka ut vattnet som skulle vilja finnas där. När en lipid befinner sig i vatten finns det en väldigt strukturerad ordning av vattenmolekyler runt lipiden. Genom den hydrofoba effekten och bildandet av miceller kommer oordningen vara större. I micellsystemet finns inga välordnade vattenmolekyler. En micell i vatten bildar högre entropi. Aminosyror som amfojoner Vid vissa ph befinner sig aminosyror som en amfojon (zwitterjon), dvs det finns både en positiv och en negativ laddning på en och samma molekyl.en aminosyra kan verka både som en bas och och en syra. Aminosyror kan avge protoner Syra Aminosyror kan ta emot protoner Bas Isoelektrisk punkt I en sur miljö kommer aminosyran ta upp en proton och agera som en bas. I en basisk miljö kommer aminosyran avge en proton och agera som en syra Ett ph värde där nettoladdningen på aminosyran är 0 kallas för isoelektrisk punkt. Aminosyrornas kemiska reaktivitet Cystein har en svavelatom och kan bygga disulfidbryggor. Tyrosin, Serin och Threonin har en OH grupp och kan fosforyleras

4 Prolin och Lycine kan oxideras till hydroxyprolin och hydroxylysin. Specifikt för dessa aminosyror Glutamin kan omvandlas till gamma-karboxyglutaminsyra. Alla aminosyror kan bilda peptidbindningar Disulfidbryggor Cystein är den enda aminosyran som har en sulfidgrupp. När två cysteinmolekyler kommer i närheten av varandra kan det bildas en disulfidbrygga. Det är en kovalent bindning och är väldigt stark. Proteiner som disulfidbryggor denatureras svårt efter det är så starka bindningar. Disulfidbryggor i insulin kan bilda mellan två olika peptidkedjor och inom en kedja. Fosforyleringar ATP fungerar som donator tillsammans med ett proteinkinas fosforylerar OH gruppen på Tyr, Ser och Thr. Oxidering av Pro och Lys Kollagen består av tre polypeptidkedjor som tvinnar sig kring varandra och bildar en trippelhelix. Den helixen stabiliseras av extra vätebindningar som bildas genom hydroxyprolin och hydroxylysin. Dessa modifieras postranslationellt. Enzymerna som gör detta innehåller heme med F 2+ Karboxylering av Glutamat Är också en posttranslationell och sker tillsammans med koldioxid och karboxylas. Prolin Är den enda aminosyran där sidokedjan är bunden som både sidokedja och till aminogruppen. Aminosyran begränsar rörelsen i polypeptidkedjan. Från aminosyra till protein Det enda sättet aminosyror kan bindas ihop är genom peptidbindningar. När två aminosyror ska bindas ihop till varandra så spjälka ett vatten. En OH grupp från karboxylkedjan på aminosyra 1 och en H från aminogruppen på aminosyra 2. Aminosyror bildar en lång linjär molekyl. Polypeptidsekvenser läses alltid av från N-terminalen till C- terminalen. Laddningen i en protein påverkas av N-terminalerna, C-terminalen och laddade sidokedjor. Alla proteiner har sin egna isoelektriska punkter. Strukturnivåer De flesta protein har olika strukturnivåer. Primär, sekundär, tertiär och kvartärstrukturer Primärstruktur En rak aminosyrasekven. Anges alltid från N-terminal till C-terminal. Första aminosyran har alltid en fri aminogrupp och sista aminosyran har en fri karboxylgrupp.

5 Sekundärstruktur Finns Alfa helixar och B-strängar. Beta sträng = en polypeptidkedja medan B-flak är flera B-strängar. Alfahelixar Alfahelixar hålls ihop av huvudkedjans atomer. Bara atomer som finns i huvudkedjan kan delta i vätebindningar. Sekundära strukturer kan uppstå lokalt i proteiner. Det uppstår vätebindningar i karbonylgrupper och aminogrupper. Det uppstår två vätebindningar mellan två aminosyra rester cirka fyra aminosyror framåt. Om man tittar på alfahelixen från toppen så pekar sidogrupperna utåt. Om sidogrupperna är alifatiska så är alfa helixen neutral. Detta passar för strukturer i membranet. De har alfahelixar med opolära sidogrupper. De kan inte bilda vätebindningar med vattenmolekyler. Kolen och syrorna intramolekylärt är redan upptagna och kan därför inte heller bilda bindningar med vatten. I naturen finns bara högervridna alfa helixar. Olika aminosyror har olika förmåga att bilda alfa helixar. Ju högre delta G ju mer positivt och desto lägre förmåga för aminosyran att bilda alfa helixar. Glycin och Prolin harsämst förmåga att bilda alfahelixar. Prolin är för rigid för att bilda alfahelixar. Glycin är alldeles för flexibel för att bilda alfahelixar. Alanin har bäst förmåga att bilda alfa helixar. Beta flak Består av flera betasträngar som ligger antiparallelt med varandra. Hålls också ihop att vätebindningar mellan karbonylsyre och aminogruppen. Betasträngar kan ligga parallelt, antiparallelt och parallelt. Svängar I såna svängar är det oftast prolin och glycin som sitter där. Glycin har störst förmåga att vända en polypeptidkedja. Tertiärstruktur Proteines tredimensionella struktur och hur aminosyrakedjan veckats samman. Det 3 dimensionella påverkas givetvis av elektrostatiska interaktioner, intramolekylravätebindningar, vätebindningar mellan olika delar av polypeptidkedjor, den hydrofoba effekten och disulfidbryggor. Kvartärstruktur Den högsta strukturen. Man kan bara prata om kvartärstrukturer när det finns flera polypeptidkedjor. Man pratar om subenheter. Ex två st alfa och tvåstycken beta i hemoglobin. Finns homo och heterodimerer, trimer och tetramerer. Proteinveckning Ingen vet exakt hur ett protein kan veckas och bilda en rymdstruktur. Det finns två teorier 1) Att peptidkedjan kollapsar genom hydrofoba interaktioner till en kompakt struktur kallad molten globule som sedan kan veckas till den slutgiltiga strukturen 2) Att lokala sekundärstrukturer bildas först och de sen bildar interaktioner med varandra.

6 Chaperoner Är en grupp av proteiner som hjälper till med veckningen av andra proteiner. Det finns två huvudsakliga kategorier 1) Molekylära chaperoner (HSP-70) som stabiliserar icke veckade/delvis veckade proteiner och skyddar de från nedbrytning, aggregation och hjälper proteiner som ska in i mitokondrien att förbli oveckade. a) Det kommer ut en nysyntetiserad polypeptidkedja. b) En M.C sätter sig direkt på pp-kedjan. c) Skannar efter hydrofoba regioner och låser sig där. ATP drivande. d) Det förhindrar att hydrofoba sekvenser aggregerar med varandra genom hydrofoba interaktioner. e) M.C väntar ut proteinet tills hela pp kedjan är färdig translaterad. f) När translationen är avslutad lossnar M.C och proteinet kan veckas. g) Veckningen kan ske antingen på egen hand eller med chaperoniner Chaperoniner Är jättestora proteiner som veckar proteiner. Felveckning a) Molekylära C. Håller fast polypeptidkedja b) ATP hydrolys och transport till en jättestor chaperonin c) Inuti chaperoninen spjälkas ATP igen och proteinet kan bli veckat. d) Skyddar ppkedjan från cytosolen och andra peptider. Amyloida fibrer Felveckade proteiner ubiquitineras och skickas till proteasomer och bryts ner. Felveckade proteiner innehåller en hög andel amyloida fibrer med B-struktur. Dessa stabiliseras av aromatiska aminosyror. Vid en mutation då en icke aromatisk aminosyra ersätts med en aromatisk aminosyra så är probabliteten stor att en amyloid fiber bildas. Prioner Man tror att de kan ingå i signaltransduktion. Finns i hjärnan. Ibland kan ett skräpprotein interagera med en normal protein och omvandlar den. På så sätt bildas en skräpdimer. Det sker en dominoeffekt av skräpproteiner. Denaturering Proteiner har förmåga att denaturera. De är känsliga för förändring. Denaturering = ett tillstånd då proteiner förlorar sin rymdstruktur. Orsaker som denaturerar Värme som bryter vätebindningar ph som ändrar laddningen Detergenter som förstör hydrofoba interaktioner Hög salthat som bryter vätebidningar med vattenmolekyler. Primärstrukturen förstörs aldrig!!! Dvs bara proteinerna förlorar sin funktion. Proteiner med disulfidbryggor är mer resistenta mot denaturering. Man kan inte bara värma proteinet utan man

7 måste bryta bryggorna. Detta kan man göra med hjälp av urea (salt). När man bryter disulfidbryggorna måste man tillsätta ett reducerande ämne. Reversibel denaturering Ribonukleas A denatureras av urea och merkapetanol. När man tar bort dessa ämnen så veckas proteinet igen, dvs det renatureras. Posttranslationell modifiering Begränsad protelytisk klyvning Vissa enzymer syntetiseras som inaktiva föregångare till ett enzym. T.ex. pepsin syntetiseras som pepsinogen. Kymotrypsinogen till kymotrypsin osv. Enteropeptidas klyver ner trypsinogen till trypsin Protelytisk klyvning är irreversiblet och inaktivering av det aktiva enzymet sker genom nedbrytning eller inhibering. Kan ske utanför cellen eftersom det inte kräver ATP Fosforylering/defosforylering Det finns tre aminosyror som kan fosforyleras pga de har en OH grupp. Fosforylering är det vanligaste sättet med vilket enzymer regleras (aktivering/inaktivering) Serin, threonin Processen är reversibel. Sker genom proteinkinaser tillsammans med ATP som donator. Kan ej ske cellen eftersom det inte finns något ATP utanför cellen. Glykosylering Additionen av oligosackarider till proteiner. Det finns två typer av glykosylering. 1) N-länkad. Måste ske genom en kväveatom. Aminosyror som donerar sin kväveatom är Asparagin och sker i ER. 2) O-länkad. Serin och threonin i golgi och cytosol. Det sätts oftast på en hel gren eller hela träd av sockermolekyler. Först byggs hela sockermolekylen upp och adderas senare till proteinet. Om det sker nåt fel i oligosackaridträdet så är det mycket enklare att göra om hela trädet än att syntetisera en helt ny proteinmolekyl. Varför glykosylering? a) Är mer hydrofila. Alla sockerarter är vattenlösliga och kan bidra med negativa laddningar. b) Viktigt för sekretoriska proteiner som blir motståndskraftiga mot nedbrytningsprotein. c) Rätt sortering av lysosomala proteiner (Mannos-6-fosfat signallering) d) Rätt veckning som förankrar proteiner till chaperoniner e) Cell-cell kommunikation (integriner och selektiner) Reglering En glukosmolekyl klipps bort och fortsätter till folding sensor. Om det är grönt kommer proteinet fortsätta ut. Om proteinet är felveckat så sätts glukoset på proteinet igen för omveckning på chaperoniner. Processen kan upprepas flera gånger tills proteinet blir rätt eller tills cellen blir trött på proteinet och ba fuck you vi skickar dig till proteasomer. Om proteinet är felveckat så går den tillbaka till chaperoniner

8 Ubiquitinering och proteasomer Cellen måste markera att det är just det proteinet som ska brytas ner. Det sker genom ubikvitin och består genom 76 aminosyror. 1) Ubkvitin sätts på E1 (Ubikvitin activating). ATP krävande. 2) Ubikvitin fortsätter till E2. 3) E2 konjugeras med E3. 4) E3 interagerar med målproteinet. Ubikvitin sätts på målproteinet 5) Målproteinet med Ubikvitin skickas till proteasomen. E3 avgör substratspecifitet för proteinet. Reglering av ubiquitinering Första aminosyran efter methionin. Det finns en specifik aminosyrasekvens som känns igen av ett protein vid namn DBRP (Destruction box recognition protein) Ubiquitineringen är viktig för regleringen av cellulära processer och elimineringen av felaktiva proteiner.