fehérjeszerkezet és funkció
a fehérjék a sejtszerkezetek és a sejtaktivitás motorjainak építőkövei. Ezek moduláris jellegűek, a sejt más molekuláival való kölcsönhatásuk specifikus funkcionális domének jelenlétére támaszkodik. A domén pontos alakja, amely a polipeptidláncban lévő maradványok között nem kovalens kötések jelenlétéből ered, dönt a funkcióról., Az alak-függvény kapcsolat legismertebb példája az enzimatikus függvény “kulcs és zár” elmélete. Az enzimatikus zseb változása az aminosav-maradék mutációja vagy módosítása miatt megváltoztatja az enzim affinitását és/vagy specificitását. Röviden: minél jobban illeszkedik két molekula között, annál jobban működik, annál több kötést lehet készíteni, annál gyorsabban tud átjutni a jel, vagy annál erősebb két molekula csatlakozik (gondolom, tapadásmolekulák).
a fehérje 3D-s konformációja a polipeptidlánc aminosavai közötti kölcsönhatásoktól függ., Mivel az aminosavak szekvenciája a genetikai kódtól függ, a fehérje alakja a DNS-ben van kódolva. A fehérjéknek négy szervezeti szintje van. Az elsődleges szerkezet a peptidkötések által összekapcsolt aminosavak lineáris szekvenciájára utal. A szekunder szerkezet a polipeptidlánc helyi, α-hélixekbe és β-lapokba történő csomagolásából áll, a peptidkötések közötti hidrogénkötések miatt-központi széngerinc. A tercier (3D) szerkezet olyan alak, amely az aminosavak oldalláncai közötti kölcsönhatások által meghatározott másodlagos struktúrák összecsukásából származik., A kvaterner szerkezet a polipeptidláncok elrendezését írja le a több alegység elrendezésében.
Ez a videó a fehérje szerkezetének 4 szintjét mutatja.
adaptált RCSBProtein Data Bank CC-BY licence
minden, ami szükséges, hogy egy fehérje egyedi alakja, ezért egy egyedi funkció “írva” egy töredéke a DNS ismert, mint egy gén. Minden alkalommal, amikor egy gént átírnak, akár a sejt élettartama alatt, akár bármely olyan sejtben, amely azonos DNS-sel rendelkezik, természetes vagy rekombináns, a fehérjék ugyanúgy jelennek meg, és feltételezik előre programozott funkciójukat.,
A fehérjék elsődleges szerkezete
a fehérjék a makromolekulák legfontosabb és legsokoldalúbb osztálya a sejtben. Ezeknek a molekuláknak a szerepe magában foglalja a tápanyagok szállítását, a biokémiai reakciók katalizálását a sejtek szerkezeti összetevőire vagy a molekuláris motorokra. A fehérjék peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavak lineáris polimerjei. A DNS sablonszálából szintetizálódnak, és egyedi és specifikus aminosavszekvenciákat tartalmaznak egy primer struktúraként ismert lineáris formában.,
csak húsz aminosav szükséges és elegendő ahhoz, hogy egy sejtben több ezer fehérje keletkezzen. Ez nem jelenti azt, hogy csak húsz aminosav van. Ez egy általános tévhit. Számtalan aminosav létezik a világon, de részt vesznek más metabolikus reakciókban, de nem fehérjeszintézisben. Az egyes fehérjék azonosságának meghatározása az aminosavak rendezett kombinációjában rejlik, amely meghatározza annak minden jellemzőjét.
A Peptidkötéssel összekapcsolt aminosavakat polipeptidláncnak nevezzük., A polipeptidlánc a gén által diktált aminosavak szekvenciájából áll. Az aminosav láncok szekvenciája biztosítja a sokszínűséget, amely létfontosságú az élet igényeinek kielégítéséhez. A specifikus fehérjeszekvenciák megőrzése annyira fontos, hogy a sejt szabályozási mechanizmusokkal rendelkezik annak biztosítása érdekében, hogy csak tökéletes fehérjéket állítsanak elő. Minden egyes szekvenciának egyedi rendje van, amely nagyon egyedi funkciót közvetít. Ha megváltoztatná a lánc egyetlen elrendezését, akkor ennek a láncnak teljesen más funkciója lenne., A fehérjefunkció veszélybe kerülhet vagy teljesen elveszhet, ha a szekvencia nem megfelelő. De nem minden mutáció vagy fehérjemódosítás vezet katasztrofális következményekhez. Némelyikük a sejtet és a szervezetet jobban hozzáigazítja a környezeti nyomáshoz, egy olyan folyamathoz, amelyet evolúciónak ismerünk.
az aminosavak tulajdonságai és oldalláncbeli különbségeik
az aminosavak ugyanolyan bázisszerkezettel rendelkeznek, ami fontos a szomszédos molekulák közötti megfelelő kémiai kötésképződéshez. Minden aminosavnak van egy központi szénje, amelyet α-szénnek neveznek., Az α-szén-mindig a következő négy csoportba csatolva:
- –NH2 alapvető amino-csoport
- –COOH savas csoport (ismert, mint egy karboxil-csoport)
- –H a hidrogén atom
- –R egy oldalon lánc
-R szimbolizálja a változó oldalon lánc, ami az egyetlen kémiai csoport, amely különbözik között mind a húsz aminosav. Lényegében oldallánc teszi az aminosav egyedi, és lehet gondolni, mint az ujjlenyomat.,
az aminosavak legfontosabb tulajdonsága, amely befolyásolja a teljes fehérjemolekula hajtogatását, majd működését, ismert és kiszámítható kölcsönhatásuk a vízzel. Az aminosavak tehát hidrofil és hidrofób csoportokra oszthatók. A hidrofób, más néven nem poláris aminosavak telített szénhidrogénekkel rendelkeznek oldalláncaiként. Ezek az aminosavak: alanin, valin, metionin, leucin és izoleucin, valamint két aminosav, aromás gyűrűkkel triptofán és fenilalanin., A hidrofób, nem poláris aminosavak alapvető szerepet játszanak a fehérje hajtogatásában, mivel hajlamosak a víztől való összefogásra és csomózásra. Ezek az aminosavak általában transzmembrán doméneket képeznek, és a legtöbb globuláris fehérje hidrofób belsejében mélyen el vannak temetve.
a hidrofil aminosavak könnyen kölcsönhatásba lépnek a vízzel. Ebbe a csoportba tartoznak azok az aminosavak, amelyek ionizálódnak és elektromosan töltődnek (mind negatívan, mind pozitívan) a disszociáció során, valamint a poláris, de nem töltött aminosavak., Azok az aminosavak, amelyek a peptidkötés kialakulásában használt α-szén karboxilcsoportján kívül karboxilcsoporttal rendelkező oldalláncokkal rendelkeznek, negatív töltést hordoznak. Ezek a maradványok glutaminsavak és aszparaginsavak-jegyezzük meg, hogy nevük valójában két karboxilcsoport jelenléte miatt tartalmazza a “sav” kifejezést.
a lizin, az arginin és a hisztidin oldalláncai erős alapcsoportokkal rendelkeznek, és pozitív töltésűek. A poláris, de feltérképezetlen hidrofil aminosavak az aszparagin, a glutamin, a szerin, a treonin és a tirozin., Az aminosavak hidrofil és töltött oldalláncai a fehérje felületén vannak kitéve, és különösen elterjedtek az enzimatikus zsebekben vagy a transzportmolekulákban. A kitett elektromos töltések közvetítik a fehérje természetét és aktivitását más molekuláknak, és mágnesként viselkednek, amelyek hasonló erőket vonzanak az interakcióhoz.
több aminosav járul hozzá a fehérje szerkezetéhez az oldalláncukra jellemző egyedi tulajdonságok miatt. A prolin szerkezete abban különbözik a többi aminosavtól, hogy oldallánca a nitrogénhez, valamint a központi szénhez van kötve., Ez az aminosav kémiailag nem aktív (hidrofób), de az öttagú gyűrűje miatt megzavarja a hajtogatott fehérje geometriáját, ami hirtelen átalakulást okoz a konformációhoz azáltal, hogy fizikailag viszonozza a polipeptidláncot. A glicinnek egyáltalán nincs oldallánca, csak egy második hidrogénatom kapcsolódik az α-szénhez. Nem mutat erős poláris karaktert vagy elektronegativitást, általában olyan helyeken látható, ahol a polipeptidlánc egyes részei meghajlanak, és közel kerülnek egymáshoz.
a cisztein egy olyan aminosav, amelyről ismert, hogy nagymértékben befolyásolja a fehérje szerkezetét., Van egy szulfhidrilcsoport, amely felelős a diszulfidkötések kialakulásáért, amelyek stabilizálják a fehérjék tercier szerkezetét, és nagyban hozzájárulnak a molekuláris funkciókhoz, amelyeket később megtudhat ebben a szövegben.
A másodlagos szerkezet és az összes hurok
honnan tudjuk, hogy a fehérjék valójában hogyan néznek ki, amikor összehajtják őket? Két módszer létezik, amely lehetővé teszi számunkra, hogy bepillantást nyerjünk a fehérje szerkezetébe; a röntgendiffrakció és a magmágneses rezonancia (NMR)., A röntgendiffrakciós módszer az elektronok háromdimenziós kontúrtérképét állítja elő egy fehérje kristályban, annak alapján, hogy a röntgensugarak hogyan ugrálnak, amikor áthaladnak a mintán. Az NMR a telített oldatban lévő fehérjék közötti távolságot méri, és az egyes fehérjék hajtogatási struktúráinak meghatározására az űrbeli korlátokra vonatkozó információkat használják. Ez a két elvégzett teszt segít megérteni, hogy mi a fehérje hajtogatott alakja.
a fehérje alakját kizárólag a polipeptidlánc aminosavszekvenciája határozza meg. Így van; ez olyan, mint a DNS, egyedi kód teszi egy egyedi design., A fehérjehajtás az aminosavak oldalláncainak fizikai tulajdonságainak, valamint a körülöttük lévő környezettel való kölcsönhatásuknak az eredménye. A fehérjék a fehérjeszerkezet több lépésében vagy szintjén a natív állapotnak nevezett energiahatékony alakba esnek.
Fehérje összecsukható, építészet
Ha ki vannak téve a feltételek a cytosol vagy lumen az ER, polipeptid láncok feltételezzük helyi szervezet úgynevezett másodlagos szerkezet, amely optimalizálja közötti kölcsönhatások oldalon láncok aminosav egymással víz., A polipeptid gerince spirálokká, illetve α-helixek és β-lapok szalagjaiba hajlik. Mind az α-hélix, mind a β-lap a polipeptid olyan szegmensei, amelyek szabályos geometriával rendelkeznek, és gyengéd, nem túl gyengéd fordulatokkal vannak összekötve, kevésbé szervezett hurkokkal elválasztva.
Az Alpha helix egy olyan szerkezet, amely α-karbonokat forgással csomagol, kedvező szögeket biztosítva az erős hidrogénkötéshez és az oldalláncok szoros csomagolásához. A béta-lapok lapos szerkezetek, amelyek több β-szálból állnak, amelyek a szomszédos β-szálakhoz kötődnek hidrogénkötéssel., A β-lapokban a polipeptidlánc ugyanabban (párhuzamos) vagy ellentétes irányban (anti-párhuzamos) futhat. A hidrogénkötések stabilabbak, ha a β-lap párhuzamos, nem pedig párhuzamos szálakkal rendelkezik. A párhuzamos lapok általában a fehérje szerkezetében vannak eltemetve. A másodlagos szerkezetek strukturálatlan szakaszokkal vannak összekötve, amelyek több hurkot képeznek.
A fehérje tercier szerkezete
a másodlagos struktúrák sokféle módon köthetők össze egy nagy 3D rácsba., A fehérje tercier szerkezete az α-helixek és β-lapok háromdimenziós kombinációja, amelyek az aminosavak oldalcsoportjai és az egy polipeptidet körülvevő környezet közötti nem-kovalens kölcsönhatások következtében egymás mellé szorulnak. Ebben a szakaszban a fehérjék további kötésekkel, például két cisztein közötti diszulfidkötésekkel szilárdítják meg szerkezetüket. A tercier struktúrák legfontosabb jellemzője a megőrzött régiók jelenléte, hasonló funkciókkal, úgynevezett funkcionális domainekkel., A tercier struktúrák kevésbé stabilak, sőt, legtöbbjük a fehérje élettartama alatt, gyakran többször is megváltoztatja az alakját. A fehérje működésének alapját a funkcionális tartományokon belüli konformációs változások képezik. Ezek állandóak lehetnek a fehérje lehajtása és érése során, vagy reverzibilisek lehetnek, és a reakció skála szerinti fehérje aktivitás szabályozásának egyik módjaként szolgálhatnak. A fehérje domének hasonló aktivitású régiók. Nem feltétlenül van konzervált sorrendjük., Például egy kináz-tartomány, amely felelős a foszfátcsoport összekapcsolásáért, eltérő alakú, a szekvencia pedig a szubsztráttól függ, amelyhez a foszfátcsoport kapcsolódik. A doméneket alkotó másodlagos struktúráknak nem kell egymás után feküdniük egy polipeptidláncban. Multimerikus fehérjék esetén akár több különböző polipeptid része is lehet.
a motívumok olyan funkcionális tartományok alcsoportja, amelyek evolúciósan konzervált szekvenciákkal rendelkeznek, így természetesen megőrzött alakúak., Egy példa, tekercselt-tekercs motívumok nagyon szabályos felépítmények két α-helices párosítva alkotnak a rostos konfiguráció, amely az alapja a stabil dimerek. Általában két egyforma α-hélix van egymás köré tekerve egy balkezes konformációban és hidrofób kölcsönhatásokkal stabilizálva. Intermolekuláris ionos kötések az α-hélix oldalláncai között, 3, 6 maradék egymástól, a hidrofób maradványok helyét adják, hogy kölcsönhatásba lépjenek egy hasonló motívummal az ellenkező fehérjén.,
kvaterner szerkezet
a kvaterner szerkezet két vagy több polipeptid egy funkcionális multimerikus fehérjévé történő összeállításának eredménye. Az alegységeket a fehérje tartományai vagy régiói közötti kölcsönhatások alapján állítják össze, és hidrofób kölcsönhatások (két nedves tükör) és diszulfidkötések tartják össze., Ha az alegységek ugyanaz a szerkezet leírása az előtag homo, valamint ha más, az előtag a hetero (az izom glikogén foszforiláz homodimer vagy, mint a heterotrimeric G fehérje)
az Intracelluláris folyamatok, mint például a jelzés függ a molekulák közötti kölcsönhatás. Minél jobb a molekuláris illeszkedés két molekula között, annál több kötést képezhetnek, vagy annál erősebb az interakció (affinitás közöttük). Egy gén által diktált aminosav-szekvencia, az aminosavak oldalláncainak tulajdonságai pedig az alakról és az interakciókról döntenek.