1 / 59

Uvodna znanja

Uvodna znanja. Ispitna pitanja. 1. Odredjivanje 3D strukture proteina – kristalografija x-zracima 2. Odredjivanje 3D strukture protina – difrakcija neutrona 3. Odredjivanje 3D strukture proteina – NMR metode 4. Motivi ili supersekundarne strukture

rhian
Download Presentation

Uvodna znanja

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Uvodna znanja

  2. Ispitna pitanja • 1. Odredjivanje 3D strukture proteina – kristalografija x-zracima • 2. Odredjivanje 3D strukture protina – difrakcija neutrona • 3. Odredjivanje 3D strukture proteina – NMR metode • 4. Motivi ili supersekundarne strukture • 5. Raznolikost proteina - Introni, egzoni, inteini i egzeini • 6. Divergnetna evolucija familija proteina • 7. Konvergentna evolucija • 8. TIM barrel proteini • 9. Evolucija proteina fuzijom genskih fragmenata • 10. Enzimi sa više aktivnosti i nekovalentno udruživanje rezličitih aktivnosti • 11. ”Arom” kompleks • 12. Kompleks piruvat dehidrogenaze • 13. Metode za odredjivanje stukture enzim-supstrat • 14. Nomenklatura enzima

  3. Uvodna (pred)znanja Matematika Fizička hemija Organska hemija Biohemija proteina i nukleinskih kiselina Struktura proteina

  4. Struktura proteina • Primarna struktura proteina – aminokiseline (21 proteinska aminokiselina) i sekvenca • Posttranslacione modifikacije proteina - raznolikost • Osnovni gradivni blokovi – peptidna veza (prolin, specifična aminokiselina) • Sekundarna struktura (a heliks i b nabrana ravan). Amfipatična priroda heliksa, dipol ide paralelno sa osom heliksa (pozitivan pol je na N-kraju). • b-zavijutak (b-bend): 4 ostatka u nizu formiraju zavijutak kojim glavni polipeptidni lanac naglo menja pravac za 180o. Na ovaj način je moguće povezati dve antiparalelne nabrane ravni. Tip I, II i III (čijim ponavljam nastaje 310 tip heliksa sa 3.0 ostataka po okretu). • Ramachandran-ov dijagram

  5. Motivi ili supersekundarne strukture b-ukosnica (b-hairpin) • 4 b antiparalelne ravni (Greek key, meander) • jellyroll (6 b-ravni) • Povezivanje paralelnih b-nabranih ravni nije tako jednostavno – konektor treba da promeni pravac dva puta. Strukture koje nastaju imaju sledeće topologije: b-a-b,b-b-b i češće su organizovanje po pravilu desne ruke. • Neuredjeni delovi (petlje) se često nalaze na površini i mogu da imaju vrlo važnu funkciju • Generalna pravila za povezivanje sekundarnih struktura u proteinima u motive tj. supersekundarne strukture: 1. Delovi sekundarnih struktura koji su bliski po sekvenci, često su u kontaktu i u 3D 2. b-X-b struktura je češće organizovana po pravilu DR, nego po pravilu LR 3. Veze medju sek. str. ne prave čvorove, niti se ukrštaju. • Jedinica u strukturi globularnih proteina - domen i pravilo interakcije

  6. Trodimenzionalna (3D) stuktura • 3D struktura i 4 klase proteina; “pakovanje” sekundarnih struktura. • Kvaternerna struktura

  7. Metode za odredjivanje 3D strukture proteina 1. x-ray kristalografija (difrakcija x-zraka na kristalisanim proteinima); isomorphous replacement, molecular replacement 2. Difrakcija neutrona (locira atome vodonika i važan je metod za rasvetljavanje reakcionih mehanizama) 3- NMR u rastvoru 4. Small angle x-ray light scattering 5. Nisko rezolutne metode za odredjivanje topologije površine proteina masenom spektrometrijom 6. Predvidjanje 3D strukture na osnovu sekvence proteina ili DNK

  8. Vidljiva svetlost – talasna duzina: stotinak nm x-ray – 0.1 nm

  9. Amplifikacija signala • Fazni problem • Podesavanje • Validacija (Ramachandranov dijagram)

  10. Prakticni detalji

  11. Kristalizacija

  12. Metode za odredjivanje 3D strukture proteina 1. x-ray kristalografija (difrakcija x-zraka na kristalisanim proteinima); isomorphous replacement, molecular replacement 2. Difrakcija neutrona (locira atome vodonika i važan je metod za rasvetljavanje reakcionih mehanizama) 3- NMR u rastvoru 4. Small angle x-ray light scattering 5. Nisko rezolutne metode za odredjivanje topologije površine proteina masenom spektrometrijom 6. Predvidjanje 3D strukture na osnovu sekvence proteina ili DNK

  13. Difrakcija neutrona

  14. Difrakcija neutrona

  15. Metode za odredjivanje 3D strukture proteina 1. x-ray kristalografija (difrakcija x-zraka na kristalisanim proteinima); isomorphous replacement, molecular replacement 2. Difrakcija neutrona (locira atome vodonika i važan je metod za rasvetljavanje reakcionih mehanizama) 3- NMR u rastvoru 4. Small angle x-ray light scattering 5. Nisko rezolutne metode za odredjivanje topologije površine proteina masenom spektrometrijom 6. Predvidjanje 3D strukture na osnovu sekvence proteina ili DNK

  16. 1D NMR proteina

  17. Metode za odredjivanje 3D strukture proteina 1. x-ray kristalografija (difrakcija x-zraka na kristalisanim proteinima); isomorphous replacement, molecular replacement 2. Difrakcija neutrona (locira atome vodonika i važan je metod za rasvetljavanje reakcionih mehanizama) 3- NMR u rastvoru 4. Small angle x-ray light scattering 5. Nisko rezolutne metode za odredjivanje topologije površine proteina masenom spektrometrijom 6. Predvidjanje 3D strukture na osnovu sekvence proteina ili DNK

  18. Kvaternerna struktura – nekovalentno povezani oligomeri • Metode za odredjivanje kvaternerne strukture • Da li se na osnovu sekvence može predvideti katalitička funkcija enzima (više R ostataka ima katalitički potencijal) i značajne a.k. moraju da budu u odredjenom prostornom rasporedu tj. na odredjenoj udaljenosti da bi obavile katalitizu. • Zašto su molekuli enzima relativno veliki? • Da li su promene u sekvenci letalne za katalitičku funkciju?

  19. Struktura kompleksa enzim-supstrat • Vezivanje malih molekula za protein u kristalu, molecular replacement za enzime čija 3D struktura je odredjena • Dobijanje stabilnih kompleksa Enzim-Supstrat: inhibitori, analozi supstrata, supstrati, ali u nereaktivnim uslovima • Nove kristalografske tehnike (time-resolved crystalography). von Laue metod

  20. Fleksibilnost i konformaciona pokretljivost proteina • Da li su kristalna struktura i struktura enzima u rastvoru identične? • Rotacija u rastvoru • “Disanje” regiona u proteinu • Rotacija bočnih ostataka • Kretanje domena – fleksibilnost segmenata

  21. http://www.chem.ucsb.edu/~molvisual/ABLE/induced_fit/index.htmlhttp://www.chem.ucsb.edu/~molvisual/ABLE/induced_fit/index.html

  22. Raznolikost i evolucija proteina • Gen = Protein (produkt gena)? • Introni i egzoni (ribozimi); obrada RNA, alternativna obrada RNA • Inteini i eksteini; protein splicing

  23. Divergentna i konvergentna evolucija proteinskih familija Serin proteaze su primer divergentne evolucije i verovatno su nastale od zajedničkog pretka. Homologi proteini Konvergentna evolucija proteina – različita 3D struktura, ali isti mehanizam delovanja Endopeptidaza termolizin i karboksipeptidaze

  24. Konvergentno ili divergentno? • Kriterijumi za testiranje – da li su dva proteina evoluirala od zajedničkog pretka? • Sličnost DNK sekvenci • Sličnost amino kiselinskih sekvenci • Sličnost 3D struktura • Interakcije Enzim-Supstrat su slične • Katalitički mehanizmi su slični • Sekvenca fragmenata polipeptidnog niza koji su esencijalni za katalizu je očuvana.

  25. TIM barrel proteini

  26. Evolucija proteina fuzijom genskih fragmenata • Domenska struktura NAD+-zavisnih dehidrogenaza: • gen koji vezuje nukleotid + • gen koji kodira katalitički domen • Domen • kompaktna strukturna jedinica • Da li su egzoni funkcionalne jedinice u evoluciji proteina? • Evolucija fuzijom fragmenata se odvijala preko osnovnih jedinica “domena”. • Razmeštanje domena in vitro (E. coli aspartat transkarbamoilaza (ATCaza)) ima dva globularna domena. E. coli ornitin transkarbamoilaza ima 32 % identičnu sekvencu. • Oligomerizacija razmenom domena (domen swapping). Intra i intemolekularno uparivanje domena (oligomerni proteini). Homologija, sličnost i identičnost sekvence

  27. Viši nivoi organizacije enzimskih aktivnosti

  28. Viši nivoi organizacije: multienzimski kompleksi • Enzimi uključeni u metaboličke procese koji su u sekvenci, ili složene biohemijske procese su često organizovani u fizičke agregate: • triptofan sintetaza, • sintetaza masnih kiselina, • primozom • ribozomi.

  29. Enzimi sa više aktivnih centara i nekovalenta asocijacija različitih aktivnosti • Triptofan sintaza, a2b2 tetramer i nalazi se u okviru triptofanskog operona Indol-3-glicerol fosfat + serin ------> Trp + gliceraldehid-3-fosfat (a2b2) Indol-3-glicerol fosfat ------>indol + gliceraldehid-3-fosfat (a) indol + serin ------> Trp + gliceraldehid-3-fosfat (a2b2) Podjedinice u komplesku su povezane 25-30 Å dugačkim tunelom.

  30. Enzimi sa više aktivnih centara • Indol-3-glicerol fosfat-sintaza-fosforibozil antranilat izomeraza (bifunkcionalni enzim). • Genetskim inženjeringom razdvojene podjedinice imaju istu katalitičku aktivnost. ? • Arom kompleks (šikamat mehanizam biosinteze aromatičnih jedinjenja), kompleks piruvat dehidrogenaze

  31. Enzimi sa više aktivnih centara • Arom kompleks (šikamat mehanizam biosinteze aromatičnih jedinjenja)

  32. Zašto multienzimski kompleksi? • Poboljšana kataliza: smanjuje se vreme difuzije intermedijera u povezanim procesima od jednog do drugog enzima • Kanalisanje supstrata • Zaštita hemijski reaktivnih intermedijera od izlaganja vodenoj sredini • Servis (u slučaju piruvat dehidrogenaze, jedna podjedinica može da prosledi reagens (servisira) ostale podjedinice) • Kooridinisana regulacija • Koordinisana ekspresija

  33. Kompleks piruvat dehidrogenaze

More Related