PROTEINE
(cursul II)
“proteios”= de primă importanţă
STRUCTURA FUNCŢIE
Funcţiile proteinelor
• Structura
• Cataliză
• Transport- metale, lipide, etc.
• Transfer informaţie
• Contracţie
• Hormoni
Clasificare proteine
I. Fct de formă: globulare, fibrilare
II. Fct de compoziţie: Simple, conjugate (apoproteină + gr. prostetică)
Exemple de proteine conjugate:
• Fosfo-P- cazeina, enzime (grad fosforilare)
• Lipo-P- lipide amfipatice legate de P
• Cromo-P- hemoproteine
• Metalo-P- feritina, ceruloplamina
• Nucleo-P- AN legaţi prin leg. saline de P
Clasificare proteine (continuare)• Glico-P – mz (Gal, Man, fucoză, ac sialic, Gal-NH2, Glc-NH2,
arabinoza, xiloza) sau oligoz (3-15 u) – leg COV prin leg N- sau O- glicozidică de Prot
a) Oligoz simple (N-Ac Glc şi Man)
b) Oligoz complexe (+ ac. sialic)
COMUN Man
Asn- N-ac Glc - N-Ac-Glc - Man
Man
ROLURI Glico-P
- structural- colagen
- lubrefiere
- comunicare intercelulară
- hormonal (FSH, LH)
- transport (ceruloplasmina)
- apărare (Ig)
- canale ionice (glicoforine)
PROTEINE
Structura determină funcţiaCataliza reacţii de către enzime
enzima A
B
A
Legarea lui A
Digestia luiA!
enzima
Potrivirea spaţială a lui A enzyme
Receptor hormonal
Fiecare proteină poate adopta o structură spaţială unică!!!
Nivelele de organizare a structurii
proteinelor
Structura primară a proteinelor:
DEF. secventa, numărul si natura aminoacizilor din lantul
polipeptidic
-det de codul genetic
A AF
NGG
ST
S
DK
- Proteine omoloage = înrudite de-a lungul evoluţiei, derivă din
acelaşi strămoş; au structuri similare (formează FAMILII şi
SUPERFAMILII); sunt considerate proteine diferite
Structura primară a proteinelor
Omologie/Proteine omoloage Polimorfism molecular
Proteine DIFERITE cu structuri similare
la specii diferite (insulina umană şi
insulina bovină) sau aceeaşi specie (Mb
şi lanţurile Hb)
ACEEAŞI proteină cu mai multe forme
moleculare, la aceeaşi specie
(ex. colagenul din piele şi colagenul din
inimă)
Funcţii identice sau diferite Funcţii identice
Derivă din acelaşi strămoş (înrudite
evolutiv)
Formează FAMILII şi SUPERFAMILII
SP poate varia uşor:
- de la un individ la altul
- de la un ţesut la altul la acelaşi individ
- de la o etapă de dezvoltare la alta.
Structura primară (SP) a proteinelor
Variaţiile în SP sunt rezultatul mutaţiilor genetice şi sunt tolerate (şi
nu produc boală) DACĂ:
-nu afectează zonele critice (esenţiale pentru rolul biologic, care în
general sunt denumite regiuni invariante), afectează zonele ne-esenţiale
(numite regiuni variante)
-substituire conservativă (a 1 sau mai mulţi aa cu alţii din acelaşi grup)
-oferă un avantaj (ex. creşte activitatea biologică a proteinei)
În restul cazurilor variaţia- produce boală!
ÎNTREBARE
• În anemia cu eritrocite în formă de seceră (sickle
cell anemia) hemoglobina anormală HbS are în
lanţurile β un rest de Glu înlocuit cu un rest de Val.
Este o substituire conservativă?
• Dar înlocuirea unui rest de Glu cu un rest de Asp?
Conformaţia proteinei = forma spaţială
a proteinei
Conformaţia unei proteine se referă la
structurile
secundară,
terţiară
şi
cuaternară.
Tipuri de interacţiuni care det.
conformaţia unei proteineMAJORITATEA SUNT LEGĂTURI NECOVALENTE:
• Leg de H- frecvent COLINIARITATE (ex. între –OH de la două resturi de Ser, Thr sau Tyr)
• Interacţiuni electrostatice
- leg. Ionice (ex. între –COO- de la Glu şi -NH3+ de la Lys)
- între 1 aa cu R polar încărcat şi 1 aa cu R polar neîncărcat
- între 2 aa cu R polar fără sarcină
• Interacţiuni hidrofobe
- între 2 aa cu R nepolar a.î. să scadă contactul cu H2O la minim
RAREORI Punţi disulfurice S-S (in struc. terţ. a prot. extracelulare)
Structura secundară a proteinelor (1):
Tipuri:
1. alpha-helix,
2. beta-foaie plisată,
3. random coil
1. ALFA-HELIX (ex. keratina, 70-75%
din Hb, Mb)
- Toate -NH-CO- formează leg de H
- 2 leg de H/aa (excepţie Pro)
- Leg de H INTRACATENARE
- Aa destabilizatori: ex. Ser, Asp,
Lys, Leu
- Aa dezorganizatori: Pro şi Gly
Care aa sunt comuni pentru un anumit tip de
structură secundară?
De ce Pro şi Gly sunt
aa care nu favorizează
structura alfa-helix?
Structura secundară a proteinelor (2)
Beta- foaie plisată
ex. fibroina
CE PROPRIETĂŢI DERIVĂ DIN ACEASTĂ STRUCTURĂ?
Leg de H
INTERCATENARE
(exista excepţii: β-turn)
Rezistenţă şi flexibilitate
Structura secundară a proteinelor (2)
Beta- foaie plisată: lanţuri paralele sau
antiparalele
Leg de H
perpendiculare pe
AX dacă lanţurile
sunt antiparalele!
CE DIFERENŢĂ OBSERVAŢI?
Beta turn
Beta turn- lanţ îndoit asupra lui
înusuşi, 4 aa, frecvent Pro, Gly
Structura secundară a proteinelor (3)Bucle/Ac de păr (hairpin loops), încolăciri aleatorii (random coil)-
au adesea semnificaţie funcţională
CARE ESTE DIFERENŢA
ÎNTRE UN β- turn şi o
buclă (loop)?
BUCLE/AC DE PĂR-
regiuni care conţin un nr
de aa mai mare decit nr.
MINIM necesar pentru a
conecta 2 regiuni
adiacente din structura
secundară
Structura secundară a
proteinelor(facultativ)
- Poate fi prezisă în funcţie de secvenţa aa în
structura primară
- http://coot.embl.de/SSCP//sscp_seq.html
- http://bioinformatics.weizmann.ac.il/hydroph/
Ex. (A)20(P)19 (A)16 (L)24
De ce scade probabilitatea alfa helix intre aa15 si aa30, iar
apoi creste iar pina la aa 50, pentru ca apoi sa scada iar?
Structura terţiară
-DEFINIŢIE: Raporturi între segmentele α, β şi segmentele
neorganizate (înglobează structura secundară, reprezentand un
nivel sup. de organizare)
-Varianta cea mai favorabilă energetic de împachetare
Structura terţiară
Scheletul hidrocarbonat
Structura secundară
Radicalii R
Structura terţiară
important pt. important pt.
TOTUŞI, structura terţiară nu poate fi prezisă deocamdată (cu
metode bioinformatice) doar pe baza secvenţei de aa, spre deosebire
de structura secundară
Factori necunoscuţi care influenţează structura 3D?
Ce factori stabilizează structura terţiară?
- cazuri speciale-
• Punţile disulfurice
INSULINA
• Chelarea metalelor
Ce factori mai stabilizează structura terţiară?
- cazuri speciale-
Motivul “zinc finger”
Organizare intermediară domenială
-suprastructura secundară-
• Domeniu- o porţiune continuă (în struct primară), şi compactă a proteinei, cu organizare proprie sec şi tert, care se plicaturează independent şi care este suficientă pentru a îndeplini a funcţie(reprezintă o unitate structurală şi funcţională).
- prezintă dinamică
- semnificative evolutiv ( prot. omoloage au cel puţin 1 domeniu în comun)
• Motiv –secvenţe conservate dintr-un domeniu (ex.motive trans-membranare; mai multe motive alcatuiesc de obicei un domeniu
calmodulina
Structuri suprasecundare?Pattern-uri identificate în structura terţiară
Structura cuaternară
= doar la proteine multimere/oligomere
• Lanţurile pot fi identice (hetero-mer) sau diferite (homo-
mer), în general nr. par
• Fct manifestată doar la nivel de oligomer, nu şi protomer
• Protomerii interacţionează prin suprafeţe complementare
• Ex. Hemoglobina
α2β2 2αβ 2α + 2β
Tărie interacţiuni
α: β1 › β2 › α
Structura cuaternară (SC)-
caracteristici structurale care conferă avantaje funcţionale
• conferă stabilitate sporită proteinei
• cooperativitate între protomeri via interacţiuni alosterice(la distanţă)- modificare unui protomer transmisă în restul moleculei, primele interacţiuni fav formarea celorlalte ex. Hb- legarea mai uşoară a O2
• co-localizarea mai multor activităţi- ex. aceeaşi enzimă să prezinte două activităţi catalitice (fiecare localizată pe un protomer diferit)- eficienţă catalitică sporită (produsul primei activităţi enzimatice devine substratul celei de-a doua activităţi enzimatice)
TABEL COMPARATIV !!!Structura Definiţie, caracteristici Tipul de legături
participante la
formarea structurii
Primară Natura, secvenţa aa Leg covalente
Secundară -Aranjamentul spaţial al AXULUI
-Rezultată din interacţiunile grupelor –CO-
şi –NH- din grupările peptidice
-PERIODICITATE
Leg de H
Terţiară Rezultată din interacţiunile între R de la C
alfa
Leg de H
Leg electrostatice
Interacţiuni hidrofobe
Punţi disulfurice S-S
Cuaternară Rezultată din interacţiunile între mai multe
lanţuri polipeptidice
Leg de H
Leg electrostatice
Interacţiuni hidrofobe
Traditional Architecture Molecular Architecture
Form
fits
function
Caramizi
Camere
Etaje
Aminoacizi
Domenii
Nivele de
organizare
Proprietăţile proteinelor
• Solubilitatea
• Punct izoelectric
• Denaturarea
• Împachetarea (rolul chaperonilor)
Punctul izoelectric
• pI < 7: proteine bogate în Glu, Asp
• pI > 7: proteine bogate în Lys, Arg
• La pH= pI
- solubilitatea minimă
- nu migrează în cîmp electric
Denaturarea proteinelor
-ex. keratina-
DENATURARE = distrugerea SS,
ST, SC cu conservarea SP
DENATURARE
(=distrugerea conformaţiei)
Cauze
1. rr chimice nonenzimatice
Formarea AGE (Advanced Glycosylation Endproducts)
via intermediar de tip bază Schiff
Proteine glicozilate şi AGE
• Concentraţia de Hb glicozilată subtipul HbA1c (N =
5.8-7.2%) reflectă glicemia medie pe ultimele 120 zile
DE CE?
• AGE ai colagen si elastinei cresc cu virsta (age),
scazind flexibilitatea tesuturilor.
• Colagenul glicozilat şi oxidat din ţesutul cardiac în
cazul diabeticilor conduce la instalarea
cardiomiopatiei, complicaţie frecventă a bolii
• pH extreme (ex. pH suc gastric)
• Temperatură
• Compuşi cu caracter hidrofob (ex. AG- inhibitori enzimatici nespecifici, prin denaturarea enzimelor)
• Compuşi capabili să formeze legături de H (ex. uree, guanidină)
• Compuşi capabili să distrugă punţile disulfurice (mercaptoetanol)
DENATURARE
2. fără reacţii chimice
(în prezenţa unor ff fizico-chimici)
Denaturarea şi renaturarea
ribonucleazei
Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Edition
Împachetarea lanţului polipeptidic
• Decisă termodinamic
• În trepte:
1. formarea leg de H (responsabile pt structura secundară)
2. formarea leg hidrofobe (responsabile pt structura terţiară)
• Ghidată de proteine auxiliare: chaperoni ex. HSP70 (leagă aa hidrofobi şi previne agregarea lanţurilor polipeptidice), HSP60
Boli neurologice =
„proteinopatii” conformaţionale (facultativ)
• B. Alzheimer- β-amiloid agregat, creşte ponderea structurii β şi scade α
• Boala prionilor- b.Creutzfeldt Jacob, boala vacii nebune, scrapie:
prion related protein PrP codificată de cromozomul 20
- PrP normală: monomerică şi bog. în α
- PrP patologică: creşte ponderea β şi scade α, suferă două procese:
1) copierea matriţei: e ca un template/matriţă pt alterarea conformaţiei PrP normale, transmitere similară unei infecţii
2) polimerizare
ABC-ul cursului
• Definitie şi caracteristici- structura primară, secundara, tertiara, cuaternară
• Forţele stabilizatoare ale fiecărui tip de structură
• Denaturarea –definiţie, exemple de agenţi denaturanţi
• Definiţia chaperonilor