Was ist der isoelektrische Punkt?
Der isoelektrische Punkt, kurz pI, ist ein exakt definierter pH-Wert einer wässrigen Lösung, bei dem sich bei Ampholyten oder Zwitterionen (z.B. Aminosäuren und Proteine) die positive und negative Ladung ausgleicht.
Was machen Peptidbindungen (Amidbindungen) aus?
- Doppelbindungscharakter
- keine freie Rotation
Welche Arten von Isomerie gibt es?
- Konstitutionsisomerie (Selbe Strukturformel, anderer Aufbau)
- Stereoisomerie
- Konformationsisomerie
- Konfigurationsisomerie
- Diastereomerie
- Enantiomerie
Was macht die Primärsequenz aus?
- Sequenz: Abfolge der AS + alle kovalenten Bindungen, sowie PTMs
- Disulfidbrücken (über Cystein ausgebildet)
- PTMs -> AS mit Hydroxgruppen als Target für Kinasen für Phosphorylierung
- physiko-chemische Eigenschaften -> Molekulargewicht, Extinktionskoeffizient, isoelektrischer Punkt, Hydrophobizität
- Strukturelemente (Helices, Turns, usw.)
- Stabilität des Proteins
- Lokalisation des Proteins (Signalsequenz, Nucleus-Lokalisierungssequenz, Export Signal
- Funktion des Proteins / Domänen (Homologien in Domänen und zu anderen Domänen durch Primärstrukturvergleich)
PTM: Prenylierung
Funtion:
- Membranverankerung
Modifizierte AS:
- Cystein
Beteiligten Enzyme:
- Farnesyltranferase
PTM: Glykolisierung
Funtion:
- Erhöhung der Löslichkeit und Stabilität
- Zelladhäsion
Modifizierte AS:
- Asparagin: N-Verknüpfung
- Serin und Threonin: O-Verknüpfung
Beteiligten Enzyme:
- Glykosyltranferase
PTM: Disulfidbrücken
Funtion:
- Quervernetzungen: Stabilität und Schutz vor Degradierung
- v. a. sekretorische Proteine
Modifizierte AS:
- Cystein
Beteiligten Enzyme:
- Proteindisulfidisomerase
PTM: Phosphorylierung
Funtion:
- Konformationsänderungen: intramolekularer Effekt
- Regulation von Proteininteraktionen: intermolekularer Effekt
Modifizierte AS:
- Serin
- Threonin
- Tyrosin
- Histidin
Beteiligten Enzyme:
- Proteinkinase: Phosphorylierung
- Phosphatase: Dephosphorylierung
PTM: Hydroxylierung
Funtion:
- Ausgangspunkt für Glykolisierung
- im Kollagen auch für Quervernetzung
Modifizierte AS:
- Lysin
- Prolin
Beteiligten Enzyme:
- Hydroxylase
PTM: Methylierung
Funtion:
- z.B. DNA-Methylierung: Schutz vor Fremder DNA, Fehlerkorrektu bei der DNA-Synthese, Markierung aktiver Bereiche
Modifizierte AS:
- Glutamat
- Arginin
- Lysin
Beteiligten Enzyme:
- Methyltransferase
PTM: Ubiquintinierung
Funtion:
- Oft Signal für Proteinabbau
Modifizierte AS:
- Lysin
Beteiligten Enzyme:
- Ubiquintin-aktivierendes Enzym
PTM: Acetylierung
Funtion:
- Regulationsmechanismus für die Funktion des Proteins
Modifizierte AS:
- Lysin
Beteiligten Enzyme:
- Histonacetylase
- Histoacetyltransferase
Warum falten sich Proteine?
Der hydrophobe Effekt ist die treibende Kraft der Proteinfaltung
Framework Modell
Hierarchische Faltung:
1. Lokale Sekundärstrukturen -> bestimmte AS-Sequenzen falten freiwillig zu a-Helices und B-sheets
2. Supersekundärstrukturen -> aufgrund energetischer Vorteile + größere Lebensdauer -> größere Wkeit der WW mit Nachbarstrukturen
3. Domänen
4. Tertiärstruktur
Hydrophober Kollaps
Durch WW zwischen unpolaren Resten -> Faltung durch spontanen Kollaps
-> molten globule: kann hohen Gehalt an Sekundärstrukturen besitzen
-> Viele AS-Ketten noch nicht fixiert
Sekundärstruktur: a-Helices
- Aminosäurekette helikal um imaginäre Achse gewunden Wechselwirkungen parallel zur Helixachse in Form von Wasserstoffbrückenbindungen des Polypeptidrückgrades Carbonyl von Rest i mit Amid von Rest i+4 bildet eine WBB
- Optimal ausgebildet wird interne WBB ausgebildet, folglich bildet jede Peptidbindung eine WBB
- Reste zeigen nach außen
- 3.6 AS pro Windung
- meistens rechtsgängige Helix
- Ganghöhe 5,4 A
- Makrodipol: positiv: Aminoterminal, negativ: Carboxyterminal ➔ Dipolmomente der Carboxy- und Amino-Gruppen addieren sich auf (jeweils immer in die gleiche Richtung orientiert!) ➔ Oft: Bindung von Ionen
Sekundärstruktur: B-Faltblätter
- bei β-Faltblättern lagern sich Abschnitte der Polypeptidkette in nahezu komplett ausgestreckter Konformation nebeneinander an dabei bilden sich WBB zwischen Carbonylsauerstoff und Amidstickstoff der Polypeptidkette aus
- Reste zeigen alternierend nach in andere Richtung
Bestimmte Reste bevorzugen bestimmte Sekundärstrukturelemente
- β-verzweigte Reste (Val, Ile, Thr) destabilisieren α-Helices (sterische Hinderung)
- β-verzweigte Reste passen gut in β-Faltblätter
- Ser, Asn, Asp kompetitieren um H-Brücken zu NH, C=O in α-Helices
- Pro: kein NH; interferiert mit β-Sheet und α-Helix (ok am N-terminus einer α-Helix)
- Gly: eher in flexiblen Bereichen
Tertiärstruktur
Globales 3D Arrangement der Polypeptidkette
- vollständige Faltung
- Konformation der Sekundärstrukturen zueinander
- Einberechnung:
o Interaktionen der Seitenketten
o Effekte, die über große Entfernungen wirken, wie WBB, hydrophobe Interaktionen etc.
- Ausbildung von Domänen (lokale Faltungsmotive); eine Domäne ist eine unabhängige Faltungseinheit im Protein (separater hydrophober Kern)
Quartiärstruktur
Anordnung von Proteinuntereinheiten in dreidimensionalen Komplexen
- Zwei oder mehr Polypeptidketten assoziiert
- Homo- oder heteromer
- permanent oder fakultativ
- Baustein = Untereinheit
- Wiederholungseinheit = Protomer
Was sind Chaperone und Chaporine?
Protein besitzt in Primärstruktur intrinsische Informationen für richtige native Faltung
- Chaperone verhindern, dass sich hydrophobe Bereiche eines Proteins zusammenlagern
➔ Chaperone interagieren mit partiell gefalteten/ falsch gefalteten Proteinen, um sie auf den „richtigen Faltungsweg zu bringen“
➔ Bereitstellung einer Mikroumgebung, in der die Faltung erleichtert ablaufen kann.
➔ Diese wird stetig verändert durch Nukleotidaustauschereignisse - keine aktive Faltungsförderung: Verhinderung der Zusammenballung ungefalteter Peptide
- erlauben wiederholte Faltungsversuche
- Missfaltung kann nicht revidiert werden
- Chaperorine (GroEL/ GroES) = Chaperone (DnaJ/K) bloß komplexer
Wirkungsprinzipien von Chaperonen und Chaporinen.
- Bilden abgeschlossenen Raum mit einer Mikroumgebung für Faltung
- Besitzen ATP binding side und ATPase Fähigkeit
→ Je nach gebundenem Nucleotid: verschiedene Affinitäten zu hydrophoben Bereichen durch Konformationsänderungen - ATP-Hydrolyse ist zeitintensiv
→ Faltungszeit für das Protein + Regulation durch Co-Chaperone und Nukleotidaustauschfaktoren
Ablauf vom DnaJ/K (Hsp40/Hsp70) Modell
- DnaJ bindet an ungefaltetes oder partiell ungefaltetes Protein, dann an DnaK-ATP
- ATP-Hydrolyse durch DnaK: stimuliert durch DnaJ ➔ DnaK-ADP hat hohe Affinität zu hydrophoben Bereichen des ungefalteten Proteins
- Bakterien: Nukleotidaustauschfaktor GrpE stimuliert Freisetzung von ADP
- ATP bindet an DnaK und Protein kann dissoziieren
- Wenn immer noch nicht im nativen Zustand: Wiederholung des Zyklus/Weiterleitung an GroEL System
Ablauf vom GroEL/GroES (hsp60/Hsp10) Modell
- Ungefaltetes Protein bindet an GroEL Bindetasche, die nicht von GroES blockiert wird
- ATP bindet an beide GroEL UEs
- ATP-Hydrolyse ➔ Freisetzung von ADP und GroES
- ATP & GroES binden an mit Protein gefülltes GroEL
- Faltung des Proteins im Chaperon-umschlossenen Raum
- Freisetzung des gefalteten Proteins nach wiederholter Dissoziation von GroES
- Wenn Protein nicht gefaltet ist: Wiederholung des Zyklus
