1Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet

Odjel za kemijuOdjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani

broj moguih konformacija: 10110

Protein od 100 aminokiselinskih ostataka

moe ispitati 1023 konformacija u sekundi

vrijeme potrebno da pronae 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 moe uvijati razliitim putovima i pri tome prolaziti kroz razliita meustanja

pravilno uvijanje proteina odreuju unutranji aminokiselinski ostaci

uvijanje proteina pokree se putem hidrofobnih interakcija

3D struktura odreuje funkciju proteina

slobodnaenergija

entropija

nativni nativno stanje bioloki aktivni oblik

proteina Energijski lijevak

Uvijanje proteina u nativno stanje

nativniprotein

aperoni: proteini, zvani molekulski pratioci

Neki proteini se ne mogu uvitibez pomoi aperona

sprjeavaju asocijaciju proteina u nakupine i taloenje proteina u stanici

pomau pri savijanju i uvijanju polipeptidnog lanca dostavljaju proteine u odgovarajue stanine odjeljke dostavljaju oteene proteine na razgradnju

stresni heat shock proteini (Hsp70) u eukariota i prokariota induciraju se u stresnim uvjetima: toplina, hladnoa, manjak

kisika b k ji d ij j i i i obru procese koji se odvijaju pri povienim

temperaturama (renaturacija proteina)

aperonini u prokariota

Hsp60 (GroEL u E. coli) i Hsp10 (GroES u E. coli)

3Heat-shock proteini (Hsp) stabiliziraju stanine proteine isprjeavaju njihovo ireverzibilno oteenje

b

heat-shock proteini tite novonastali protein od interakcija s okolnim

citoplazmatskim molekulama

od oteenja u aperoninu je protein

zatien od vanjskih utjecaja do potpunog

mRNA

Hsp70

utjecaja do potpunog uvijanja u nativnu strukturuGroES

GroEL

nativniprotein

djelomino uvijeniaperonin GroEL: dvoslojni disk (2x7

podjedinica) bavaste strukture s unutranjim

Uvijanje proteina pomou aperonina(GroEL/GroES)

protein

uvijeniprotein

strukture s unutranjim hidrofobnim skupinama

svaka podjedinica vezuje jednu molekulu ATP

hidroliza ATPnativni protein

aperonin pokree pravilno strukturiranje proteina hidrofobnim interakcijamaIzvor energije: hiroliza ATP

GroES je kapa koja zatvara unutranju upljinu 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 proteolitiko cijepanje proteolitiko cijepanje kovalentna modifikacija glikozilacija metilacija itd.

Proteolitikim izrezivanjem dijela polipeptidnog lanca, iz neaktivne pretee nastaje aktivni protein

Proinzulin sadri spojni peptid od 30

aminokiselinskih ostataka

proinzulin(neaktivna pretea)

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 slinim tripsinu)

zreli protein: inzulin

proteaza izrezujespojni peptid C

CA B

p )

C

5Specifini aminokiselinski ostaci u polipeptidnom lancu mogu se kovalentno modificirati fosforilacijom

Ser14 je mjestomodifikacije glikogenfosforilaze, enzimakoji katalizirarazgradnju glikogena

glikogen fosforilaza Ser14-O

O-Ser14Ser14-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 umjeinicama

kloroplast

j

ER

mitohondrij jezgra

Golgi

6O vrsti sintetiziranog proteina ovisi hoe li ribosom ostati slobodan u citosolu, ili se vezati na membranu ER

Sinteza proteina zapoinje 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 mjeinicama

citoplazma

jezgra

mitohondrij

peroksisom

kloroplast

endoplazmatskiretikulum

Golgijevo tijelo

lizosom sekretornemjeinice

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

lizosomsekretornemjeinice

7Signalni slijed Mjesto izrezivanjasignala peptidazom

Signalni sljedovi omoguuju proteinimaprolaz kroz membranu ER

g j signala peptidazomGovei hormon rastaGovei proalbuminHumani proinzulin

Humani -interferonHumani -fibrinogenHumani IgG teki lanac

Amilaza takora

Miji -fetoproteinK k ji li i

Sekretorni proteini sadre amino-terminalne produetkeod 13-36 preteno hidrofobnih aminokiselinskih ostataka

Kokoji lizozim

Usmjeravanje proteina u ER

SRP estica 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 specifine proteine do ER

proteintranslokator(zatvoren)

translokator(otvoren)

SRPreceptor

signalnaproteaza

lumen ER

8Pravilno uvijeni proteini prenose se u mjeinicama

nakupine aperona s lumen ER p pnepravilno uvijenimproteinima izluuju se u citosol

neispravni proteini se obiljeavaju ubikvitinom i proteolitiki razgrauju

proteinaperoni

asocijacijai uvijanje

disocijacijaaperona

neispravnouvijeniprotein

ispravnouvijeniprotein

razgradnjaprijenos u

mjeinicama

protein od 76

Ubikvitin obiljeava proteine predodreeneza razgradnju

protein od 76 aminokiselinskih ostataka

konzerviran u svim oblicima ivota

vee se na krajnju amino-skupinu lizinskog ostatka ciljnog proteina ciljnog proteina

9 protein se razmota ATPaznom aktivnou regulatorne estice (RP) koristei energiju

Ubikvitinom obiljeeni proteini proteolitiki serazgrauju u proteasomu

regulatorne estice (RP) koristei energiju ATP

proteasom razgrauje endogene proteine: transkripcijske faktore

proteine virusa i drugih unutarstaninih parazita

nepravilno uvijene proteine, kao posljedica

ubikvitin

protein

peptidi od ~8RP

j

greke u transkripciji

neispravnosti gena

oteenja drugim molekulama u citosolu

26S ptoteasom

peptidi od ~8aminokiselinskih

ostatakaATP

AMP + PPi

RP

ugljikohidratni

Tijekom translokacije, na mnoge proteine se ulumenu ER-a kovalentno veu ugljikohidratni ostaci

glikozilacija poveava hidrofilnost proteina omoguuje vezanje na receptore omoguuje aperoninima

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 zajedniku unutranju strukturu

O-glikozilacija se odvija u Golgijevom tijelu

O

HH

NHH

H

O

CH2OH

C OCH3

OHH NH C

O

CH2 CH

NH

C O

CH OHO

SerO-glikozilacija se odvija preko Ser ili Thr

O HH

NHH

OHCH2OH

C OCH3

OHH

H O CH2 CHNH

C O

Lumen ER

Dolikol pirofosfat: donor ugljikohidratakod N-glikozilacije

dolikol

oligo-saharid

pirofosfatna veza osiguravaenergiju za glikozilaciju

izoprenska zasienajedinica - izoprenska jedinica

dolikol

Dolikol sadri dvadesetak izoprenskih podjedinica koje ine hidrofobno sidro

izopren

11

Sinteza oligosaharidne pretee odvija sena lipidnom nosau

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 specifini ostatak Asn u rastuem polipeptidnom lancu

citosolribosom ribosom

dolikol fosfat

oligosahariltransferaza

citosolribosom ribosom

membranaER

membranaER

Asn moe 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

mjeinice

N-acetilglukozaminmanoza

mjeinice

mjeinice

medial

trans

manozagalaktozaglukozasialinska kiselinaL-fukoza

mjeinice

Proteini se sortiraju u trans Golgijevom tijelu

trans Golgijevo Proteini s razliitim

odreditem obiljeavaju se razliitim 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 mjeinicama obloenim 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 sadre C-terminalni KDEL ili MDEL slijed

sekretorni protein

proteini ER-a

receptor zaproteine ER-a

odbjegli proteini ER-a, vraaju se iz Golgijevog tijela u ER vezanjem na KDEL receptor

povrat cis-Golgi trans-GolgiGolgijevo tijeloi

14

Transmembranski proteini sadresignalni slijed koji zaustavlja translokaciju u ER

stop-transferslijed prekid

CITOSOL

TIP II

TIP IER signalni slijed i stop-transfer slijedza prekid prijenosa u ERC-terminalni kraj proteina ostaje u citosolu,a N-terminalni dio proteina u lumenu ER

jsignalni

slijed za ER

Lumen ERpeptidaza

prijenosa

TIP IIunutranji start-transfer slijedkoji zapoinje prijenos u ER i koji setrajno usidri u membranu ER-a

unutranjistart-transfer

slijed

Antigenske determinante krvnih gruparazlikuju se po ugljikohidratnim ostacima

fukoza

galaktoza

N-acetil-galaktozamin

N-acetil-glukozamin

eritrocit

15

mjeinica

Prijenos integralnih membranskih proteina

1. ER: translacija i poetna glikozilacija

2. Golgijevo tijelo: nastavak glikozilacije

3. stapanje s membranom

l

ugljikohidrat

mjeinica

1.

2.

3.

Golgijevotijelo

ER

Unutranja strana membrane ER i ostalih organelaodgovara vanjskoj povrini plazma membrane

zreli protein

plazmamembrana

odvija se tako da se ouva pravilna usmjerenost integralnih proteina

vanjska povrina

citosol

Stapanje mjeinice s membranom

integralnih proteina

luminalna povrina mjeinice postaje vanjska strana plazma membrane

ugljikohidratne skupine glikoproteina u plazma membrani uvijek se nalaze na njezinoj vanjskoj povrini

plazmamembrana

ugljikohidrati

citosolproteini

Glikoproteini na povrini stanice

16

Proteini se kovalentno veu na lipide preko

Proteini usidreni u membranu

proteincitosol izvanstaniniprostor

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 otputa 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 vee se na receptor i prenosi kroz obje membrane

zreliprotein

proteaza

djelonmino uvijeniprotein

3.

4.

3. uvijanje proteina

4. izrezivanje signalnog slijeda

citoplazma proteini

Oktamerne jezgrine pore

ovojnicajezgre

jezgrajezgrina

pora

molekulska masa < 65 000 Da

Omoguuju ulazak proteina namijenjenih jezgri