Upload
duro-satrap
View
68
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
prezetnacija
Citation preview
1
Sveučilište u SplituPrirodoslovno-matematički fakultet
Odjel za kemijuOdjel za kemiju
prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrančič
broj mogućih konformacija: 10110
Protein od 100 aminokiselinskih ostataka
može ispitati 1023 konformacija u sekundi
vrijeme potrebno da pronađe optimalnu konformaciju: 1087 s
1 000 000 godina =~ 3,2 x 1013 s
2
model energijskog lijevka: uvijanje proteina ne odvija se jednim jedinim
Konformacije iste energije(visoka entropija, visoka slobodna energija)
Proteini se spontano uvijaju utermodinamski najpovoljniju konformaciju
p j j jmehanizmom - protein se može uvijati različitim putovima i pri tome prolaziti kroz različita međustanja
pravilno uvijanje proteina određuju unutrašnji aminokiselinski ostaci
uvijanje proteina pokreće se putem hidrofobnih interakcija
3D struktura određuje funkciju proteina
slobodnaenergija
entropija
nativni
nativno stanje – biološki aktivni oblik proteina
Energijski lijevakUvijanje proteina u nativno stanje
nativniprotein
Šaperoni: proteini, zvani molekulski pratioci
Neki proteini se ne mogu uvitibez pomoći “šaperona”
sprječavaju asocijaciju proteina u nakupine i taloženje proteina u stanici
pomažu pri savijanju i uvijanju polipeptidnog lanca dostavljaju proteine u odgovarajuće stanične odjeljke dostavljaju oštećene proteine na razgradnju
stresni “heat shock” proteini (Hsp70) u eukariota i prokariota induciraju se u stresnim uvjetima: toplina, hladnoća, manjak
kisika b ć k ji d ij j i iš i obrću procese koji se odvijaju pri povišenim
temperaturama (renaturacija proteina)
šaperonini u prokariota
Hsp60 (GroEL u E. coli) i Hsp10 (GroES u E. coli)
3
Heat-shock proteini (Hsp) stabiliziraju stanične proteine isprječavaju njihovo ireverzibilno oštećenje
b
heat-shock proteini štite novonastali protein od interakcija s okolnim
citoplazmatskim molekulama
od oštećenja
u šaperoninu je protein zaštićen od vanjskih utjecaja do potpunog
mRNA
Hsp70
utjecaja do potpunog uvijanja u nativnu strukturuGroES
GroEL
nativniprotein
djelomično uvijenišaperonin GroEL: dvoslojni disk (2x7
podjedinica) bačvaste strukture s unutrašnjim
Uvijanje proteina pomoću šaperonina(GroEL/GroES)
protein
uvijeniprotein
strukture s unutrašnjim hidrofobnim skupinama
svaka podjedinica vezuje jednu molekulu ATP
hidroliza ATP
nativni protein
Šaperonin pokreće pravilno strukturiranje proteina hidrofobnim interakcijamaIzvor energije: hiroliza ATP
GroES je kapa koja zatvara unutrašnju šupljinu GroEL
4
modifikacija tijekom ili nakon sinteze polipeptidnog lanca
Posttranslacijska modifikacija
modifikacija tijekom ili nakon sinteze polipeptidnog lanca
mijenjaju se fizikalna i kemijska svojstva, konformacija, stabilnost i aktivnost proteina, a samim time i funkcija proteina
150 vrsta posttranslacijskih modifikacija proteolitičko cijepanje proteolitičko cijepanje kovalentna modifikacija glikozilacija metilacija itd.
Proteolitičkim izrezivanjem dijela polipeptidnog lanca, iz neaktivne preteče nastaje aktivni protein
Proinzulin sadrži spojni peptid od 30
aminokiselinskih ostataka
proinzulin(neaktivna preteča)
aminokiselinskih ostataka(C-peptid, engl. connecting)
nastaje od perproinzulina u luminalnom prostoru ER
prenosi se u Golgijev aparat proteoliza spojnog peptida
(veza Arg-Arg na N-kraju i Lys-Arg na C-kraju cijepa se enzimom sličnim tripsinu)
zreli protein: inzulin
proteaza izrezujespojni peptid C
CA B
p )
C
5
Specifični aminokiselinski ostaci u polipeptidnom lancu mogu se kovalentno modificirati fosforilacijom
Ser14 je mjestomodifikacije glikogenfosforilaze, enzimakoji katalizirarazgradnju glikogena
glikogen fosforilaza Ser14-O
O-Ser14
Ser14-OH
Pi
Pi
kinaza
fosfataza
fosforilacijom Ser14, glikogen fosforilaza prelazi iz neaktivnog u aktivni oblik
HO-Ser14
Proteini koji Proteini koji Proteini koji
Razvrstavanje i prijenos proteina
se prenose krozmembranu organela
se prenose krozjezgrine pore
se prenose umješinicama
kloroplast
j
ER
mitohondrij jezgra
Golgi
6
O vrsti sintetiziranog proteina ovisi hoće li ribosom ostati slobodan u citosolu, ili se vezati na membranu ER
Sinteza proteina započinje u citosolu citoplazma na slobodnim ribosomima
sintetiziraju se proteini jezgre i proteini koji se prenose kroz membranu organela
ribosomi vezani za ER sintetiziraju proteine koji se prenose u mješinicama
citoplazma
jezgra
mitohondrij
peroksisom
kloroplast
endoplazmatskiretikulum
Golgijevo tijelo
lizosom sekretornemješinice
endosom
plazma membrana
Ribosomi vezani za ER
Na ribosomima vezanim za endoplazmatski retikulum (ER) sintetiziraju se
proteini ER sekretorni proteini transmembranski proteini proteini organela (lizosoma)
protein
ER
ostaci
proteini organela (lizosoma)
plazmamembrana
lizosomsekretornemješinice
7
Signalni slijed Mjesto izrezivanjasignala peptidazom
Signalni sljedovi omogućuju proteinimaprolaz kroz membranu ER
g jsignala peptidazom
Goveđi hormon rasta
Goveđi proalbumin
Humani proinzulin
Humani -interferon
Humani -fibrinogen
Humani IgG teški lanac
Amilaza štakora
Mišji -fetoprotein
K k šji li i
Sekretorni proteini sadrže amino-terminalne produžetkeod 13-36 pretežno hidrofobnih aminokiselinskih ostataka
Kokošji lizozim
Usmjeravanje proteina u ER
SRP – čestica za prepoznavanje signalnog slijeda(eng. signal recognition particle)
signalnislijed
SRP
(eng. signal recognition particle)
receptorza ribosom
SRP
membranaER
SRP
signalnislijed
GTP
GTP
GTP
GDP+Pi
citosol
SRP je ribonukleoprotein (protein-RNA kompleks)koji u eukariota prepoznaje i prenosi specifične proteine do ER
proteintranslokator(zatvoren)
translokator(otvoren)
SRPreceptor
signalnaproteaza
lumen ER
8
Pravilno uvijeni proteini prenose se u mješinicama
nakupine šaperona s lumen ER
p pnepravilno uvijenimproteinima izlučuju se u citosol
neispravni proteini se obilježavaju ubikvitinom i proteolitički razgrađuju
proteinšaperoni
asocijacijai uvijanje
disocijacijašaperona
neispravnouvijeniprotein
ispravnouvijeniprotein
razgradnjaprijenos u
mješinicama
protein od 76
Ubikvitin obilježava proteine predodređeneza razgradnju
protein od 76 aminokiselinskih ostataka
konzerviran u svim oblicima života
veže se na krajnju amino-skupinu lizinskog ostatka ciljnog proteina ciljnog proteina
9
protein se razmota ATPaznom aktivnošću regulatorne čestice (RP) koristeći energiju
Ubikvitinom obilježeni proteini proteolitički serazgrađuju u proteasomu
regulatorne čestice (RP) koristeći energiju ATP
proteasom razgrađuje endogene proteine:
transkripcijske faktore
proteine virusa i drugih unutarstaničnih parazita
nepravilno uvijene proteine, kao posljedica
ubikvitin
protein
peptidi od ~8
RPj
greške u transkripciji
neispravnosti gena
oštećenja drugim molekulama u citosolu
26S ptoteasom
peptidi od ~8aminokiselinskih
ostatakaATP
AMP + PPi
RP
ugljikohidratni
Tijekom translokacije, na mnoge proteine se ulumenu ER-a kovalentno vežu ugljikohidratni ostaci
glikozilacija povećava hidrofilnost proteina
omogućuje vezanje na receptore
omogućuje šaperoninima prepoznavanje nepravilno uvijenih proteina
ugljikohidratniostaci
glikoprotein
proteina
smanjuje dostupnost proteazama
10
Jedinice ugljikohidrata vezane
N- i O-vezani glikoproteini
N-glikozilacija se odvija u ER
O NH
Asn
za asparagin (Asn) imaju zajedničku unutrašnju strukturu
O-glikozilacija se odvija u Golgijevom tijelu
O
HH
NHH
H
O
CH2OH
C O
CH3
OHH
NH C
O
CH2 CH
NH
C O
CH OH
O
Ser
O-glikozilacija se odvija preko Ser ili Thr
O H
H
NHH
OH
CH2OH
C O
CH3
OHH
H O CH2 CH
NH
C O
Lumen ER
Dolikol pirofosfat: donor ugljikohidratakod N-glikozilacije
dolikol
oligo-saharid
pirofosfatna veza osiguravaenergiju za glikozilaciju
izoprenska zasićenajedinica - izoprenska jedinica
dolikol
Dolikol sadrži dvadesetak izoprenskih podjedinica koje čine hidrofobno sidro
izopren
11
Sinteza oligosaharidne preteče odvija sena lipidnom nosaču
citosol
3. stupanj
okret
1. stupanj: postupno dodavanjeugljikohidratnih podjedinisana citosolnoj strani membrane ER
2. stupanj: flip-flop okret u membrani na luminalnu stranu ER Endoplazmatski retikulum
lumen
okret
okret
1. stupanj
2. stupanj3. stupanj: dodavanje
ugljikohidratnih podjedinica na luminalnoj strani membrane ER dolikol
okret
glukoza
N-acetilglukozamin
manoza
/\/\/\/\/-P dolikol fosfat
Oligosaharil-transferaza prenosi oligosaharidna specifični ostatak Asn u rastućem polipeptidnom lancu
citosolribosom ribosom
dolikol fosfat
oligosahariltransferaza
citosolribosom ribosom
membranaER
membranaER
Asn može primiti oligosaharid samo akoje dio slijeda Asn-X-Ser/Thr
N-acetilglukozamin
lumen ER
manoza
glukoza
oligosahariltransferaza
12
Krajnji oblik glikoproteini poprimaju uGolgijevu tijelu
hrapavi ER
Golgijevo tijelocis
mješinice
N-acetilglukozaminmanoza
mješinice
mješinice
medial
trans
manozagalaktozaglukozasialinska kiselinaL-fukoza
mješinice
Proteini se sortiraju u trans Golgijevom tijelu
trans Golgijevo Proteini s različitim
odredištem obilježavaju se različitim ugljikohidratnim biljezima
trans Golgijevotijelo
prenose sedo organele xxx
povrat u ER prenose se doplazma membrane
do organele
xxx
13
Sekretorni proteini prenose se iz Golgijevog tijela u mješinicama obloženim klatrinom
dinamin
ligand
hrapavi ER
Golgijevo tijelo
cis
Sekretorni proteini:
klatrin
dinaminadaptin
trans
plazma membranasekretorni
protein
Sekretorni proteini:hormonienzimitoksini
antibakterijski peptidi
Topljivi proteini ER-a sadrže C-terminalni KDEL ili MDEL slijed
sekretorni protein
proteini ER-a
receptor zaproteine ER-a
odbjegli proteini ER-a, vraćaju se iz Golgijevog tijela u ER vezanjem na KDEL receptor
povrat cis-Golgi trans-GolgiGolgijevo tijeloi
14
Transmembranski proteini sadržesignalni slijed koji zaustavlja translokaciju u ER
“stop-transfer”slijed prekid
CITOSOL
TIP II
TIP I“ER signalni slijed” i “stop-transfer” slijedza prekid prijenosa u ERC-terminalni kraj proteina ostaje u citosolu,a N-terminalni dio proteina u lumenu ER
j
signalnislijed za ER
Lumen ERpeptidaza
prijenosa
TIP IIunutrašnji “start-transfer” slijedkoji započinje prijenos u ER i koji setrajno usidri u membranu ER-a
unutrašnji“start-transfer”
slijed
Antigenske determinante krvnih gruparazlikuju se po ugljikohidratnim ostacima
fukoza
galaktoza
N-acetil-galaktozamin
N-acetil-glukozamin
eritrocit
15
mješinica
Prijenos integralnih membranskih proteina
1. ER: translacija i početna glikozilacija
2. Golgijevo tijelo: nastavak glikozilacije
3. stapanje s membranom
l
ugljikohidrat
mješinica
1.
2.
3.
Golgijevotijelo
ER
Unutrašnja strana membrane ER i ostalih organelaodgovara vanjskoj površini plazma membrane
zreli protein
plazmamembrana
odvija se tako da se očuva pravilna usmjerenost integralnih proteina
vanjska površina
citosol
Stapanje mješinice s membranom
integralnih proteina
luminalna površina mješinice postaje vanjska strana plazma membrane
ugljikohidratne skupine glikoproteina u plazma membrani uvijek se nalaze na njezinoj vanjskoj površini
plazmamembrana
ugljikohidrati
citosolproteini
Glikoproteini na površini stanice
16
Proteini se kovalentno vežu na lipide preko
Proteini usidreni u membranu
proteincitosol izvanstanični
prostor
t ilipide preko izoprenoidne skupine:
farnezil ili geranilgeranil vezani na Cys
masne kiseline: miristoil vezan amidnom vezom na Gly ili palmitoil vezan na Cys
glikoinozitol fosfolipida
manoza
manoza
manoza
manoza
N-acetilglukozamin
N-acetilglukozamin
protein
protein
farnezil sidro
miristoil sidro
S-farnezil
S-geranilgeranil
GPI sidro
Na slobodnim ribosomimasintetiziraju se proteini
jezgre proteinjezgre mitohondrija peroksisoma kloroplasta
protein se otpušta u citosol i zatim prolazi kroz membranu organele
ostaje ucitosolu dostavlja se
u organele
preko jezgrinihporaorganele
jezgra
mitohondrij kloroplast
peroksisom
17
1.signalni slijed
1. odmatanje prekursor
Usmjeravanje proteina u mitohondrij
2.
receptor
j pproteina
2. razmotani protein veže se na receptor i prenosi kroz obje membrane
zreliprotein
proteaza
djelonmično uvijeniprotein
3.
4.
3. uvijanje proteina
4. izrezivanje signalnog slijeda
citoplazma proteini
Oktamerne jezgrine pore
ovojnicajezgre
jezgrajezgrina
pora
molekulska masa < 65 000 Da
Omogućuju ulazak proteina namijenjenih jezgri