Pojęcia stosowane do opisu cząsteczki białka PDF

# Pojęcia stosowane do opisu cząsteczki białka ## Obraz cząsteczki - **sekwencja aminokwasów:** Struktura pierwszorzędowa - **struktura drugorzędowa:** - Struktura a-harmonijki - Struktura a-helisy - Motywy strukturalne: - Pofałdowane kartki - pętle omega (ang. turn) - **Konfo...

# Pojęcia stosowane do opisu cząsteczki białka ## Obraz cząsteczki - **sekwencja aminokwasów:** Struktura pierwszorzędowa - **struktura drugorzędowa:** - Struktura a-harmonijki - Struktura a-helisy - Motywy strukturalne: - Pofałdowane kartki - pętle omega (ang. turn) - **Konformacja:** Struktura trzeciorzędowa - **Struktura czwartorzędowa** ## Struktura I rz - sekwencja aminokwasów, utrwalona wyłącznie wiąz. peptydowymi - Zamiana pojedynczego aminokwasu w białku przyczyną choroby - np. niedokrwistość sierpowata (zmiana 1 AA w łańcuchu beta Hb) ### HEMOGLOBINA A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys ### HEMOGLOBINA S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys ## Struktura drugorzędowa białka - sposób i stopień zwinięcia łańcucha polipeptydowego - Są to lokalne struktury powstające w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy tlenem grupy >C=O, a wodorem grupy -NH, dwóch niezbyt odległych od siebie w łańcuchu wiązań peptydowych ### Do struktur drugorzędowych zalicza się: - **a helisę** (ang. a helix) - **strukturę ẞ** (struktura beta-faldowa) tworzące "pofałdowane kartki" (ang. ẞ sheet) - **ẞ pętle** (pętle omega) (ang. turn) ## Faldowanie się łańcucha polipeptydowego w α helise - Struktura α-helisy jest dodatkowo stabilizowana wiązaniami wodorowymi grup NH i CO głównego łańcucha - Grupa CO każdego aminokwasu wiąże się wiązaniem wodorowym z grupą NH, aminokwasu odległego do przodu o cztery reszty aminokwasowe ## a helisa - Ma kształt cylindra - Clasno spleciony łańcuch główny polipeptydu tworzy centralną część cylindra, natomiast boczne lańcuchy reszt aminokwasowych wystają na zewnątrz w ułożeniu helikalnym - α helisa charakteryzuje się także polarnością - jej budowa sugeruje, że jest dipolem - wewnętrzny niepolarny rdzeń oraz polarne reszty aminokwasowe wystawione na zewnątrz cząsteczki ## Konformacja dipeptydu nici ß (odległość między sąsiednimi aa o 0.35 nm) - Antyrównoległa harmonijka ß ## Struktura ß - Łańcuch polipeptyd. w porównaniu do α-helisy jest rozciągnięty - Strukturę ß posiada np. fibroina jedwabiu, β-keratyna - W uformowaniu struktury β - harmonijki, może brać udział więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy - Wiąz. Wodorowe tworzone między gr CO i NH należącymi do odrębnych łańcuchów polipetyd. ## Widok z boku na łańcuch polipeptydowy pofaldowany w postaci struktury ß - Faldowanie się łańcucha polipeptydowego w zwrot ß ## β-pętle - Łańcuchy białkowe o strukturze ß często tworzą zagięcia, które zmieniają kierunek przebiegu długiej osi na przeciwstawny - W miejscach, w których łańcuch peptydowy zmienia kierunek tworzą się często ẞ-pętle (β-zagięcia, β-motywy) - ẞ-zagięcia często znajdują się między pojedynczymi łańcuchami o przeciwrównoległym przebiegu struktury harmonijkowej lub między strukturą harmonijkową a α-helisą ## Struktura ß-skrętu - Pomiędzy ugrupowaniami peptydowymi reszt aminokwasowych w pozycji 1,4 tworzą się dwa wiązania wodorowe, powoduje to zagięcie fragmentu łańcucha peptydowego na kształt „szpilki do włosów" ## Motyw  "szpilki do włosów" - Najczęściej występującym motywem ß jest motyw "szpilki do włosów" (ang. harpin loop) - Motyw ten jest zbudowany z jednego łańcucha polipeptydowego, przyjmującego antyrównoległą strukturę typu ß -harmonijki - Wiązań wodorowych pomiędzy grupą -CO reszty n aminokwasu, a grupą -NH reszty n + 3 aminokwasowej, powodując natychmiastowe odwrócenie się kierunku łańcucha i ułożenie antyrównolegle struktury ß-harmonijki ## Motyw "klucza greckiego" - Oprzykładem bardziej złożonej struktury opierającej się na strukturze ß-harmonijki jest motyw "klucza greckiego". - Jest to bardziej rozbudowany motyw "szpilki do włosów", gdzie jeden łańcuch polipeptydowy tworzy ze sobą cztery struktury ß-harmonijki ułożone względem siebie antyrównoległe ## Struktura trzeciorzędowa białka - Struktura trzeciorzędowa określa sposób trójwymiarowego pofałdowania cząsteczki białka z zachowaniem wcześniej omówionych elementów struktury drugorzędowej - Istnienie tej struktury jest możliwe dzięki wiązaniom, które zespalają odlegle od siebie liniowo reszty aminokwasowe; dzięki zagięciom łańcucha blalkowego jego fragmenty odlegle od siebie o kilkanaście - kilkadziesiąt (i więcej) reszt aminokwasowych stają się bliskie przestrzennie - mogą reagować ze sobą, tworząc wiązania (kowalencyjne i niekowalencyjne) stabilizujące strukturę trzeciorzędową ## Struktura trzeciorzędowa białka - Zwoje i fałdy jakie tutaj się obserwuje są utrzymywane dzięki takim wiązaniom jak: - **wiązania wodorowe:** które mogą powstawać między resztami aminokwasów zawierających grupy funkcyjne, nie związane wiązaniami peptydowymi (seryna, arginina, treonina, kwas glutaminowy), - **mostki siarczkowe:** powstające między resztami cysteiny, które łączą różne punkty spirali, zaginając ją w odpowiedni sposab - **wiązania jonowe:** ujemnie naładowane grupy -COO- zawarte w łańcuchach bocznych asparaginianu i glutaminianu, przyciągają na drodze oddziaływań elektrostatycznych dodatnio naladowane grupy -NH3+, zawarte w łańcuchach bocznych reszt lizyny lub dodatnio naładowane grupy guanidynowe zawarte w łańcuchach bocznych reszt argininy - **siły van der Waalsa:** oddziaływania elektrostatyczne między dipolami - **oddziaływania hydrofobowe:** Wynikające z nagromadzenia hydrofobowych r. AA (Ala, Val, Leu, Ile) ## Struktura trzeciorzędowa białka - Ze strukturą trzeciorzędową wiąże się pojęcie domen białkowych - są to zwarte fragmenty struktury trzeciorzędowej pełniące w białku określoną funkcję - Polipeptydy zawierające ponad 200 reszt aminokwasowych na ogół tworzą co najmniej dwie, a często więcej domen - Istnieją białka enzymatyczne zawierające po kilka domen, z których każda pełni inną funkcję katalityczną ## Struktura trzeciorzędowa białka przykłady - **mioglobina:** - białko mięśni szkieletowych (17 kDa) wiążące tlen cząsteczkowy (jej rola w mięśniach polega na tworzeniu niezbędnej rezerwy tlenowej) - Składa się z 153 reszt aminokwasowych i trwale związanej cząsteczki barwnika zwariej hemem; około 75% reszt aminokwasowych jest objętych strukturą a-helisy, wyróżnia się 8 odcinków a-helikalnych zawierających od 7 do 23 reszt rozdzielonych odcinkami o sekwencji niebiałkowej - **lizozym:** - białko enzymatyczne trawiące ściany polisacharydowe komórek bakteryjnych - Składa się ze 129 reszt aminokwasowych, tylko 25% z nich jest objętych strukturą a-helikalną ## Struktura czwartorzędowa - Struktura czwartorzędowa określa występowanie niektórych białek w postaci agregatów kilku podobnych lub nawet identycznych podjednostek (łańcuchów polipeptydowych) o charakterze białkowym - Struktura ta dotyczy przestrzennego ułożenia polipeptydowych podjednostek i natury oddziaływań między nimi, tymi oddziaływaniami mogą być wiązania kowalencyjne o niskiej energii lub oddziaływania niekowalencyjne ## Struktura czwartorzędowa przykład - **hemoglobina:** - zbudowana z czterech podjednostek, które tworzą w przybliżeniu kulistą cząsteczkę (o wymiarach 6,4 x 5,5 x 5,0); każda z podjednostek zawiera cząsteczkę hemu ## Struktura czwartorzędowa - Hemoglobina składa się z 2 łańcuchów a (141 aminokwasów) iz 2 łańcuchów ẞ (146 aminokwasów) zespolonych wiązaniami niekowalencyjnymi - Każda z podjednostek zawiera cząsteczkę hemu, a ten zawiera jon Fe2*, który odwracalnie wiąże cząsteczkę tlenu - Wiązanie tlenu przez hemoglobinę nie zmienia stopnia utlenienia Fe2+, dlatego proces ten nazwano utlenowaniem (a nie utlenieniem) hemoglobiny - Struktury hemoglobiny nieutlenowanej i utlenowanej różnią się ## Struktura czwartorzędowa - Hemoglobina, oznaczana skrótami Hb lub HGB to czerwony barwnik krwi, białko wystp. w erytrocytach, którego zasadniczą funkcją jest przenoszenie tlenu - przyłączanie go w płucach i uwalnianie w tkankach - Mutacje genu hemoglobiny prowadzą do chorób dziedzicznych: anemii sierpowatej, talasemii lub rzadkich chorób zwanych hemoglobinopatiami