![Page 1: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/1.jpg)
Syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů
Ladislav Šigut
Biofyzika 2.ročník
![Page 2: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/2.jpg)
Obsah
Vliv tloušťky dvouvrstvy na strukturu a uspořádání membránových proteinů
Poznatky získané používáním syntetických peptidů jako modelů pro membránové proteiny
![Page 3: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/3.jpg)
Typické vlastnosti membránových proteinů
Většinou jeden nebo více hydrofobních segmentů => možnost přemostění membrány
v α-helix konfiguraci
![Page 4: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/4.jpg)
Typické vlastnosti membránových proteinů
Interakce s okolními lipidy v membráně: Vazba přes vodíkový
můstek Dipolární interakce v
hraniční oblasti
lipid/voda
![Page 5: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/5.jpg)
Aktivita membránových proteinů
Závisí na prostředí (lipidech) a/nebo vyžaduje konkrétní lipidy
Změna aktivity proteinů vždy souvisí se změnou jejich struktury
Působení lipidů na změnu aktivity proteinů vyplývá z jejich schopnosti ovlivnit strukturu proteinů
![Page 6: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/6.jpg)
Změna aktivity membránových proteinů
Změna tloušťky dvojvrstvy
Lze pozorovat vliv na aktivitu membránových proteinů po rekonstituci proteinů ve dvojvrstvě
Změna aktivity přisuzována neshodě mezi délkou hydrofobního segmentu proteinu přemosťujícího membránu a tloušťky hydrofobní dvojvrstvy
![Page 7: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/7.jpg)
Důsledky změny tloušťky dvojvrstvy
2 možnosti:
1. Transmembránové segmenty jsou příliš dlouhé pro přemostění hydrofobní dvojvrstvy
2. Transmembránové segmenty jsou relativně krátké pro přemostění hydrofobní dvojvrstvy
![Page 8: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/8.jpg)
Příliš dlouhé transmembránové segmenty
Jedná se o tzv. pozitivní neshodu
Hydrofobní postranní řetězce mohou vyčnívat a tak se vystavit polárnímu prostředí (změna entropie)
Způsoby odpovědí na efektivní neshodu: Proteiny se mohou přizpůsobit tvorbou oligomerů (stíní vystavené skupiny) Změnou jejich hlavního řetězce Odkloněním se od normály dvojvrstvy, neboli zkrácením jejich efektivní délky
Pozn.: efektivní délka peptidu není rovna jeho skutečné délce, ale je ovlivněna uspořádáním molekuly v prostoru (smyčka, naklonění)
Změnou orientace postranních řetězců v blízkosti hraniční oblasti lipid/voda
![Page 9: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/9.jpg)
Pozitivní neshoda
Způsoby odpovědí na efektivní neshodu:
Tvorba oligomerů
- zvýšením poměru peptid / lipid a zvýšením rozdílu efektivní neshody může dojít až k makroskopické aglomeraci (snadná separace)
Změna hlavního řetězce (nevýhodná – proteiny tvoří velmi stabilní α-helixy)
Zkrácení efektivní délky (naklonění)
Změna orientace postranních řetězců
![Page 10: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/10.jpg)
Negativní neshoda
Způsoby odpovědí na efektivní neshodu:
Tvorba oligomerů – pozorovatelných u Lysinem lemovaných proteinů Změna hlavního řetězce (nevýhodná) Změna orientace postranních řetězců
Nepatří zde zkrácení efektivní délky (naklonění)!
Pro oba typy neshod platí, že s rostoucím rozdílem neshod klesá počet proteinů, které mohou být stabilně začleněny do lipidové dvojvrstvy
![Page 11: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/11.jpg)
Efektivní neshoda - biomembrána
Lipidy biomembrány se mohou přizpůsobit
Protažení nebo změna uspořádání acylových řetězců
Přizpůsobení jejich makroskopické struktury – tvorba nelamelární fáze (typická pro určité typy proteinů)
![Page 12: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/12.jpg)
Směsi lipidů
Proteiny se přednostně obklopují nejvíce vyhovujícími lipidy
FUNKCE Biologicky důležitý proces třídění
![Page 13: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/13.jpg)
Energetický výdej
Hydrofobní neshoda je energeticky nepříznivá
Odpověď na ni je energeticky náročná
Zkoumáme rozsah odpovědi a podmínky, při kterých probíhá (systematický přístup)
Umělé modelové peptidy
![Page 14: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/14.jpg)
Umělé peptidy
Umožňují systematicky měnit délku hydrofobních částí peptidů a délku membránu přemosťujících segmentů
Typické rodiny umělých peptidů – stavba: Hydrofobní oblasti tvořenou polyleucinem, nebo opakujícími se
alanin-leucinovými sekvencemi různých délek Peptidy jsou často lemovány zbytky lysinu (WALP peptidy)
Důvod: zabránění agregaci, zajištění stabilní membránové orientace Transmembránové domény vnořených membránových proteinů
jsou také často lemovány zbytky tryptofanu (KALP peptidy)
![Page 15: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/15.jpg)
Chemické vlastnosti lysinu a tryptofanu
Lysin Tryptofan
Polarita postranního řetězce polární nepolární
Acidita / bazicita postranního řetězce zásaditý neutrální
Hydropatický index -3,9 -0,9
Hydropatický index proteinu – číslo prezentující hydrofilní a hydrofobní vlastnosti (čím vyšší číslo, tím hydrofobnější aminokyselina)
isoleucin (4,5); arginin (-4,5) (Kyte a Doolittle)
![Page 16: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/16.jpg)
WALP a KALP
Pomocí těchto dvou typů umělých proteinů je možné získat výsledky popisující obrovskou rozmanitost odpovědí
efektivních neshod a význam lemujících reziduí
![Page 17: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/17.jpg)
Závěr
Za použití „jednolipidových“ systémů a jednoduchých syntetických peptidů můžeme simulovat řadu různých neshod, každou s vlastními energetickými výdaji
Konečná odpověď na efektivní neshodu je určená vyvážením energetických výdajů jednotlivých odpovědí (proteinu i membrány) a energetického výdeje samotné hydrofobní neshody
Vliv má kromě rozsahu neshody i složení proteinu (hydrofobicita, rozmístění postranních řetězců a povaha protein lemujících reziduí), složení lipidů (velikost a náboj hlavových skupin, délka a stupeň saturace acylových řetězců
Článek: systematický výzkum vlivu lemujících reziduí pomocí WALP a KALP proteinů
![Page 18: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/18.jpg)
Závěr - výsledky Rezidua ovlivňují výsledky odpovědí třemi způsoby:
Orientací postranních řetězců lemujících zbytků Preferovanou interakcí na rozhraní Silou kotvících interakcí na rozhraní nebo energetickým výdejem
potřebným k přesunutí postranních řetězců z jejich preferovaných umístění
Byly pozorovány jemné rozdíly mezi efekty kladně nabitých zbytků (Lys) a efekty aromatických zbytků (Trp)
Byly pozorovány shody mezi chováním umělých a přirozených peptidů
Umělé proteiny přemosťující membránu pouze jednou nemusí být vhodné jako modely proteinů membránu přemosťujících několikrát
Umělých proteinů můžeme s výhodou využít i při jiných výzkumech zahrnujících interakce protein / protein nebo protein / lipid
![Page 19: šIgut syntetické peptidy jako modely vnořených membránových proteinů](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062706/557d79fad8b42a75548b4b31/html5/thumbnails/19.jpg)
Literatura
Killian, J. A. Synthetic peptides as models for intrinsic membrane proteins. Minireview, FEBS Letters 555 (2003).
Fattal, Ben-Shaul. A Molecular Model for Lipid-Protein Interaction in Membranes: the Role of Hydrophobic Mismatch. Reprint, Biophysical Journal, Volume 65, November 1993.
Wikipedie [online] poslední kontrola duben 2008 <http://en.wikipedia.org>.
Doporučeno: Duque, et al. Molecular theory of hydrophobic mismatch between lipids and
peptides. Journal of Chemical Physics, VOLUME 116, NUMBER 23, 2002