Globulāro proteīnu struktūras un to klasifikācija

1. 2. lekcija Globulāro proteīnu struktūras un to klasifikācija

2. Proteīni Fibrillārie Globulārie • Veido kompaktas, globulām līdzīgas struktūras • Veido izstieptas, pavedienieniem vai plāksnēm līdzīgas struktūras

3. Viendomēna un daudzdomēnu proteīni • Tā kā daudzdomēnu proteīnos katra domēna struktūra var būt radikāli atšķirīga, parasti strukturāli klasificē individuālus domēnus

4. Proteīnu domēni b plāksnes saturošie a spirāles saturošie a/b jauktie

5. Alfa domēnu struktūras

6. a spirāles ir ļoti bieži sastopamas proteīnos • Vai a spirāle var pastāvēt viena pati? Hidrofobais kodols Izolētai a spirālei nav hidrofobā kodola, tāpēc šķīdumā tā būtu ļoti nestabila Divas (vai 3,4, utt) spirāles var pakoties kopā un veidot hidrofobo kodolu

7. Savītā spirāle (“leicīna rāvējslēdzis”) • Vienkāršākais veids, kā savienot 2 a spirāles • Fibrillārajos proteīnos savītās spirāles var būt simtiem aminoskābju garas • Globulārajos proteīnos savītās spirāles ir daudz īsākas (~10-30 atlikumu)

8. Heptādes atkārtojumi • d: Parasti Leu • a: hidrofoba aminoskābe • e, g: bieži lādēta aminoskābe • b,c,f: lādēta vai polāra 1 8 15 22 2x3.5=7 (heptāde...) Leu rāvējslēdzī a spirālē ir 3.5 (nevis 3.6) atlikumi vienā apgrizienā

9. Leu pakojas pret Leu Eksperimentāli noteiktā struktūra Oriģinālais Leu rāvējslēdža koncepts (nepareizs!)

10. Mijiedarbības savītajā spirālē • Hidrofobajā kodolā mijiedarbojas leicīni un citi hidrofobi atlikumi • Spirāļu sānus savieno pretēji lādēti atlikumi • Uz ārpusi ir vērsti polāri un lādēti atlikumi

11. «Kniedes caurumā» («knobs in holes») modelis savītajā spirālē • Leicīns («kniede») no vienas spirāles pakojas starp 4 citiem atlikumiem no otras spirāles Val Lys Leu Leu Val

12. Četru spirāļu saišķis • Visizplatītākais a spirāļu pakošanās veids globulārajos proteīnos

13. 4-spirāļu saišķī spirāles var būt paralēlas vai anti-paralēlas

14. a spirāļu domēni var būt lieli un komplicēti

15. Globīna folds • Viena no vissvarīgākajām a struktūrām • Atrodas daudzos neradniecīgos proteīnos • Cilvēkiem: mioglobīns & hemoglobīns • Aļģēm: gaismas savākšanas komplekss • Satur 8 a spirāles, kuras veido liganda piesaistīšanās centra kabatu

16. Mioglobīns

17. Hemoglobīns • Mioglobīns ir atrodams muskuļos kā skābekļa glabātuve • Hemoglobīns transportē skābekli no plaušām uz pārējo organismu • Mioglobīns ir monomērs • Hemoglobīns satur 4 monomērus: 2xa un 2x b • a un b ķēdes ir strukturāli līdzīgas un tām ir globīna folds

18. Sirpjveida anēmija: molekulāra slimība • Veidojas, ja Glu 6 b ķēdē mutējas par Val

19. Hemoglobīna molekulu polimerizācija sirpjveida anēmijā • Mutētais valīns ievietojas citas hemoglobīna molekulas hidrofobajā kabatā

20. Mutantā hemoglobīna šķiedras eritrocītos • Mutantais hemoglobīns spēj transportēt skābekli tikpat labi, kā normālais • Bet – sirpjveida eritrocītiem ir tendence veidot «sastrēgumus» kapilāros Sirpjveida eritrocīts Normāls eritrocīts

21. Kāpēc Glu 6 mutācija evolūcijas laikā nav eliminēta? • Mutācija pārsvarā satopama Āfrikā • Homozigotiem indivīdiem ir nodrošināta aizsardzību pret malāriju • Heterozigoti indivīdi ir asimptomātiski un viņiem malārija ir vieglā formā

22. Malārijas vēsturiskā izplatība Sirpjveida anēmijas izplatība Āfrikā Malārijas patreizējā izplatība

23. Beta struktūras Daudz mucu...

24. Beta struktūru vispārējs raksturojums • Funkcionāli, ļoti dažādi proteīni (antivielas,enzīmi, transportproteīni, utt) • Otra lielākā proteīnu domēnu grupa (pēc a/b)

25. Beta struktūru kopīgās īpašības • Veidotas no 4 līdz 18+ b virknēm • b virknes pārsvarā ir novietotas antiparalēli (izņemot beta spirāli) • Parasti sastāv no 2 beta plāksnēm, kuras ir novietotas viena pret otru, veidojot b-mucu, “saspiestu” b-mucu vai “sendviču” • Dažu cilpu vietā var būt a-spirāles

26. β mucas • Regulāras beta mucas sastāv no vienas beta plāksnes, kur pirmā (t.i., N-gala) beta virkne veido H-saites ar pēdējo (t.i, C-gala) N- gala beta virkne C-gala beta virkne

27. Topoloģija • Strukturālajā bioloģijā topoloģija ir veids, kādā savienoti otrējās struktūras elementi:

28. Augšup-lejup mucas • Visvienkāršākā topoloģija

29. Augšup-lejup mucas piemērs: retinola piesaistīšanas proteīns (RBP) • Retinols (vitamīns A) ir hidrofobs savienojums, kurš vāji šķīst ūdenī • Organismā retinols cirkulē ar transportproteīnu RBP palīdzību

30. RBP retinola piesaistīšanās centrs • Hidrofobā daļa piesaistās hidrofobā kabatā • Hidroksilgrupa ir eksponēta pret solventu OH

31. Oscilējoša struktūra RBP aminoskābju sekvencē • Katra otrā aminoskābe ir hidrofoba • Hidrofobās aminoskābes ir novietotas pret kodolu • Polārās, lādētās un dažas nelielas hidrobobas aminoskābes ir eksponētas uz virsmas

32. g-kristalīns • Atrodas acu lēcās • Katrs domēns sastāv no 2 grieķu atslēgas motīviem • Abi motīvi ir savienoti ar vienu savienojumu • Abas mucas ir saplacinātas

33. Gēnu duplikācija g-kristalīna evolūcijā • Diviem domēniem ir aptuveni 40% sekvences identitāte • Diviem viena domēna motīviem ir 20-30% identitāte 1. 2. x 2 x 2

34. Ruletes (“Jelly roll”) b-muca • Ruletes b-muca veidojas, satinoties 8 virkņu antiparalēlai beta matadatai

35. Divas grieķu atslēgas ruletes b-mucā • Viens grieķu atslēgas motīvs ir ievietojes otra motīva cilpā

36. Ruletes muca vīrusos • Ļoti bieži sastopams domēns dažādos sfēriskajos vīrusos • Vīrusos muca ir saplacināta un ar spirālēm dažu cilpu vietā • Piemērs: rinovīruss (t.i. iesnu vīruss) • Rinovīrusa daļiņa satur 180 monomērus ar ruletes mucas domēna struktūru x180

37. Visu klasisko 8 virkņu b-mucu salīdzinājums Augšup-lejup g-kristalīna veida ruletes

38. Vēl viena b-muca – himotripsīna folds • Himotripsīns – gremošanas traktā sastopama proteāze, kas sašķeļ barībā esošos proteīnus • Himotripsīna, tripsīna un citu serīna proteāžu struktūra sastāv no diviem līdzīgiem domēniem • Dažiem ne-proteāžu proteīniem arī ir līdzīga sruktūra • Viens grieķu atslēgas motīvs un viena b-matadata (kopā sešas b-virknes) veido mucu • Aktīvais centrs atrodas starp abām mucām

39. Himotripsīna struktūra Grieķu atslēga β matadata 1. domēns Aktīvais centrs 2. domēns

40. Zaļās fluorescences proteīns • b- muca sastāv no 11 virknēm, topoloģija atšķiras no visām iepriekš apskatītajām

41. b spirāle • Divi dažādi veidi – divu un trīs plākšņu b spirāles • Abi varianti ir novirzes no idealizētas vienas virknes b spirāles • Nejaukt ar a spirāli, kura ir daudz šaurāka • Atšķirībā no iepriekš apskatītajām b struktūrām, veidota no paralēlām b virknēm a-spirāle Idealizēta b-spirāle (realitātē neeksistē)

42. Divu plākšņu b spirāles struktūra un tās sekvence X9 X7 U8 U8 X7 X9 Gly-Gly-X-Gly-X-Asp-X-U-X X=jebkura aminoskābe U=bieži Leu Starp cilpām ir Ca2+ joni

43. Trīs plākšņu b spirāle Ir novērotas gan labās, gan kreisās vītnes 3 plākšņu b spirāles Sekvences motīvs - heksapeptīds [LIV] [GAED] XX [STAV] X

44. Pektāta liāzes struktūra

45. a/b struktūras Mucas, plāksnes un pakavi

46. Kopīgās iezīmes • Paralēlasb virknes ir izkārtotas plāksnēs vai mucās • Individuālas b virknes ir savienotas ar a spirālēm • b-a-b motīvs ir galvenā sastāvdaļa

47. TIM muca Pirmo reizi novērots enzīmā Triozes fosfāta Izomerāzē

48. TIM mucas kodols • Kodols ir piepakots ar hidrofobām aminoskābēm • Sānu ķēdes izkārtotas 3 slāņos

49. TIM muca kā domēns • Daudzdomēnu proteīnos ar TIM mucu, enzimātiskā funkcija vienmēr lokalizējas TIM mucas domēnā

50. Aktīvā centra novietojums TIM mucas enzīmos • Aktīvais centrs ir novietots mucas augšpusē starp cilpām b virkņu C-galā