1

PROTEINIGRAðA, STRUKTURA I FUNKCIJA

Kolegij: BIOKEMIJA-1

TIHANA ŽANIĆ GRUBIŠIĆ, KARMELA BARIŠIĆ i LADA RUMORAZavod za medicinsku biokemiju i hematologiju

Farmaceutsko-biokemijskog fakulteta

2

GRAðA PROTEINAGRAðA PROTEINA

AMINOKISELINEAMINOKISELINE - osnovne grañevne jedinice

IMAJU asimetriasimetriččni ni ααααααααCC-- atomatom na koji su vezani

AMINO-SKUPINA, KARBOKSILNA SKUPINA, HH i R-ogranak

AK su optički aktivne LL--izomer i DD--izomer

L-izomer D-izomer

3

Proteini se sastoje samo od LProteini se sastoje samo od L--AKAK

za gotovo sve AK, LL--izomerizomer ima SS apsaps. . konfiguracijukonfiguracijusmjer suprotan kazaljkama na satu od supstituentas najvećim prema najmanjem prioritetu

4

PRI NEUTRALNOM PRI NEUTRALNOM pHpH::AK su u otopini - ionizirane molekule zwitter-ioni -protoniranaamino-skupina (-NH3

+), disocirana karboksilna skupina (-COO-)

KISELA OTOPINA:KISELA OTOPINA:protonirana -NH3

+ skupina, -COOH skupina NIJE ionizirana

ALKALNA OTOPINA:ALKALNA OTOPINA:-NH2 - NIJE ionizirana, -COO- skupina JEST ionizirana

2

5

GRAðA PROTEINAGRAðA PROTEINA

PROTEINI - linearni polimeri AK vezanih PEPTIDNOM VEZOMPEPTIDNOM VEZOM

PEPTIDNA VEZAPEPTIDNA VEZA nastaje povezivanjem αααα-COO- skupine jedne AK s αααα-NH+

3 skupinom druge AK uz eliminaciju H20

+ H2O- H2O

6

KARAKTERISTIKE PEPTIDNE VEZEKARAKTERISTIKE PEPTIDNE VEZE

STVARANJE PEPTIDNE VEZE troši energiju hidroliza je termodinamički povoljna

KINETIČKA STABILNOST VEZE visokaživotni vijek peptidne veze u vodenoj otopini bez katalizatora je oko 10001000 godinagodina

7

Polipeptidni lanac ima okosnicuokosnicu koja se pravilno ponavlja ipromjenljivi diopromjenljivi dio koji sadrži ogranke Rogranke R

Kod nekih proteina postoji unakrsnounakrsno povezivanjepovezivanje linearnihpolipeptidnih lanaca - disulfidndisulfidnimim vezvezama ama –– cistinskicistinski mostovimostovi

8

PEPTIDNA VEZAPEPTIDNA VEZAPEPTIDNA VEZAPEPTIDNA VEZA je kruta i planarna

za par AK povezanih peptidnom vezom 66 atomaatoma leže u istoj ravnini

ααααααααCC--atom i COatom i CO--skupinaskupina iz prve AKiz prve AK, teNHNH--skupina i skupina i ααααααααCC--atomatom iz druge AKiz druge AK

3

9

PEPTIDNA VEZAPEPTIDNA VEZA ima djelomice svojstva dvostruke vezedvostruke veze, NEMANEMA slobodne rotacije oko veze izmeñu

karbonilnogkarbonilnog CC i i amidnogamidnog NN

CC--NN udaljenost u peptidnoj vezi iznosi 1.32 A (jedinica za duljinu vala svjetlosti; 1 Angström = 10-10 m = 10-1 nm)

10

KRUTOST PEPTIDNE VEZE PROIZLAZI IZ KRUTOST PEPTIDNE VEZE PROIZLAZI IZ NJEZINOG POSEBNOG KARAKTERANJEZINOG POSEBNOG KARAKTERA

11

Za planarnu peptidnu vezu moguće su 2 konfiguracije:

Trans:Trans: dva ααααC-atoma su na suprotnim stranama peptidne veze

CisCis:: dva ααααC-atoma su na istoj strani peptidne veze

u proteinima najčešće trans: H iz amino-skupine je utrans položaju prema O karbonilne skupine

peptidna veza →→→→

12

JEDNOSTRUKE VEZEJEDNOSTRUKE VEZE su izmeñuααααC -atoma i N atoma, te ααααC-atoma i C karbonilne skupine

2 susjedne peptidne jedinice MOGU ROTIRATIMOGU ROTIRATI oko tih veza

sloboda rotacije omogućava slobodno nabiranje proteinima

rotacija se označava torzijskim kutovima, kutovi rotacijeφφφφφφφφ (fi) - kut rotacije oko jednostruke Cαααα-N veze ostatkaΨΨΨΨΨΨΨΨ (psi)- kut rotacije oko jednostruke Cαααα-C veze ostatka

4

13

TTorzijski kutovi orzijski kutovi -- kutovi rotacijekutovi rotacije

φφφφ - kut rotacije oko jednostruke Cαααα-N veze ostatka (fi)

ΨΨΨΨ - kut rotacije oko jednostruke Cαααα-C veze ostatka (psi)

14

RAMACHANDRAN GRAF RAMACHANDRAN GRAF –– prikaz vjerojatnosti prikaz vjerojatnosti polopoložžaja za aja za αααααααα UZVOJNICEUZVOJNICE

Ramachandran graf prikazuje dozvoljene Φ i Ψ kuteve za poli-ALA polipeptid (vrlo slično bi izgledao i za druge aminokiseline, osim za poli Gly)

15

RAMACHANDRAN GRAFRAMACHANDRAN GRAFprikaz vjerojatnosti poloprikaz vjerojatnosti položžajaaja

za za αααααααα UZVOJNICEUZVOJNICE za za ββββββββ NABORANE PLONABORANE PLOČČEE

16

Sadržaj αααααααα uzvojniceuzvojnice u nekim proteinima može činiti skoro 100% strukture

feritinferitin protein koji služi kao vezni protein za tjelesne zalihe Fe ima

75% αααα uzvojnice

Više polipeptidnih lanaca u konformaciji αααα uzvojnice mogu biti omotana jedan oko drugoga i stvarati stabilnu i čvrstu strukturu

5

17

OPISIVANJE STRUKTURE PROTEINA PRIMARNA STRUKTURA

sekvencija, slijed aminokiselina SEKUNDARNA STRUKTURA

meñusobni položaj ogranaka bliskih AK TERCIJARNA STRUKTURA

meñusobni položaj ogranaka udaljenih AK KVATERNARNA STRUKTURA

meñusobni odnos podjedinica – imaju je samooligomerni proteini

KONFORMACIJA PROTEINANATIVNA KONFORMACIJANATIVNA KONFORMACIJA-najpovoljniji oblik karakteriziran minimalnim sadržajem slobodne energije

ispruispružženi lanac, nepravilno statistieni lanac, nepravilno statističčko klupkoko klupko

18

POLIPEPTIDNI LANAC - najčešće 50-2000 AKpovezanih peptidnim vezama

NOMENKLATURA: AK kojoj je –COO- u peptidnoj vezi nastavak –il (tirozil-glicil..... leucin)Za početak polipeptidnog lanca (AK1) uzima se ona koja imaslobodni amino-kraj

19

SEKUNDARNA STRUKTURASEKUNDARNA STRUKTURA

Prostorni odnos AK-ostataka koji su u linearnom slijedu meñusobno blizu

Periodična ponavljanja u konformaciji okosnicepolipeptidnog lanca:

– αααα-uzvojnica– ββββ-nabrana ploča (1951. L.Pauling i R.Corey)– kolagenska uzvojnica– ββββ-okret i ΩΩΩΩ-omče, strukture koje nisu periodične

20

αααα-UZVOJNICA - ŠTAPIĆASTA STRUKTURA

unutrašnjost tvori polipeptidna okosnica, a R-ogranci se pružaju prema vani u uzvojitom rasporedu

stabiliziraju je H-veze izmeñu NH- i CO-skupina polipeptidne okosnice intramolekularne H-veze

karbonilna skupina svake AK povezana je H-vezom s NH-skupinom AK koja je u linearnom slijedu smještena4 ostatka dalje

6

21

uzvojnicauzvojnica može biti desnadesna (smjer kazaljke na satu)ili lijevalijeva (obratno)

desnedesne - energetski povoljnije jer su manje steričke interferencije izmeñu ogranka i okosnice

22

svaki je ostatak prema predhodnom pomaknut za 1.5Apomaknut za 1.5Auzduž osi uzvojnice i zaokrenut zaokrenut zaza 100100°°°°°°°°

svaki puni zavojpuni zavoj uzvojnice sadržava 3.6 AK3.6 AK--ostatakaostataka osni pomakosni pomak po zavoju (engl. pitch) iznosi 5.4A5.4A -

umnožak pomaka: 1.5A i broja ostataka po zavoju:3.6

23

SEKUNDARNA STRUKTURAββββ-NABRANA PLOČA

ββββ-nabrana ploča - struktura ploče polipeptidni lanac (ββββ-nit) gotovo je sasvim istegnut

(sastavljena od 10 ili više niti, a najčešće 4 ili 5)

osna udaljenost dvaju susjednih AK iznosi približno 3.53.5AA ogranci susjednih AK idu u suprotnim smjerovima nastaje povezivanjem dvaju ili više ββββ-niti H-vezama stabiliziraju je H-veze izmeñu NH-skupina i CO-skupina

RAZLIČITIH polipeptidnih niti - intermolekularne H-veze

24

Susjedne niti lanca u ββββ-nabranoj ploči mogu teći u istomu istom smjeru - paralelna paralelna ββββββββ--ploploččaa u suprotnimu suprotnim smjerovima - antiparalelnaantiparalelna ββββββββ--ploploččaa

ANTIPARALELNE PLOANTIPARALELNE PLOČČE:E: NHNH-- i COCO-skupine svake AK povezuju se HH--vezamavezama s odgovarajućim COCO-- i NHNH--skupinama partnera na susjednom lancu