1 Ćwiczenia 1. E. Banachowicz Zakład Biofizyki Molekularnej IF UAMWłasności białek - Opt.Ok.II Biofizyka Ćwiczenia 1. E. Banachowicz Zakład Biofizyki Molekularnej IF UAM E.Banachowicz

2 Budowa aminokwasów i białek

3 Ogólna budowa aminokwasóww neutralnym pH grupa aminowa - NH2 grupa karboksylowa - COOH

4 Ogólna budowa aminokwasów - glicynaGly, G

5 Ogólna budowa aminokwasów - alaninaAla, A alfa- amiokwasy L - aminokwasy

6 L-aminokwasy - centrum asymetrii

7 Reguła CORN

8 20 aminokwasów białkowych kod 1- i 3- literowyalanina A, Ala arginina R, Arg asparagina N, Asn kw.asparaginowy D, Asp cysteina C, Cys glutamina Q, Gln kw.glutaminowy E, Glu glicyna G, Gly histydyna H, His izoleucyna I, Ile leucyna L, Leu lizyna K, Lys metionina M, Met fenyloalanina F, Phe prolina P, Pro seryna S, Ser treonona T, Thr tryptofan W, Trp tyrozyna Y, Tyr walina V, Val

9 aminokwasy hydrofobowe/niepolarneA V L I P Y F W M C Ala Val Leu Ile Pro alifatyczne aromatyczne zawierające siarkę Tyr Phe Trp Cys Met

10 aminokwasy hydrofilowe/polarneN Q S T K R H D E N, Asn Q, Gln S, Ser T, Thr K, Lys naładowane (+) D, Asp E, Glu R, Arg H, His naładowane (-)

11 Diagram Venn’a Specyficzne własności reszt aminokwasowych decydują o strukturze i aktywności biologicznej białek.

12 cechy/kryteria: hydrofobowe/hydrofilowe alifatycznearomatyczne, oddziaływujące warstwowo polarne-neutralne polarne naładowane dodatnio/ujemnie kwasowe, zasadowe C-β rozgałęzione małe/duże zawierające siarkę tworzące wiązania wodorowe wzmacniacze/łamacze struktur

13 Łańcuch polipeptydowy - struktura pierwszorzędowastruktura I-rzędowa: kolejność, sekwencja aminokwasów w łańcuchu (skład i kolejność kolejność decydują strukturze i funkcji) Ala Val Gly Ser Thr Leu Ile NH2 - AlaValGlySerThrLeuIle - COOH NH2 - AVGSTLI - COOH

14 Wiązanie peptydowe

15 Kierunkowość łańcucha, nazewnictwoa) 4-Alanina lub tetra-Alanina, b) tetrapeptyd o sekwencji R1R2R3R4 Łańcuch aminokwasów: 2-10 – oligopeptyd, – polipeptyd, powyżej 100 reszt aminokwasowych – białko.

16 Wiązanie peptydowe kąt torsyjny ω i konformacja Trans

17 0o 180o 90o

18 Sekwencja białka determinuje jego strukturę przestrzennąmRNA (1) Prekursor mRNA mRNA (2) Sekwencja aminokwasowa (1) Sekwencja aminokwasowa (2)

19 Struktura drugorzędowaPrzestrzenne ułożenie łańcucha opisane za pomocą kątów torsyjnych φ i ψ. φ ψ ω

20 Elementy struktury II-rzędowejhelisy: prawoskrętna α helisa 310 helisa π helisa helisa φ ψ ω reszt na skręt przesunięcie na resztę wiązania wodorowe α helisa -57 -47 180 3,6 1,5 i+4 310 helisa -49 -26 3,0 2,0 i+3 π helisa -70 4,4 1,2 i+5

21 α - helisa

22 α - helisa 310 - helisa π - helisa 22-reszty aminokwasowe

23 Elementy struktury II-rzędowejbeta-harmonijki, (β-kartki, struktury pofałdowanej kartki): równoległe antyrównoległe mieszane harmonijka φ ψ ω reszt na skręt przesunięcie na resztę równoległa -139 135 180 2 3,2 antyrównoległa -119 113 -175 3,4

24 β-harmonijki

25 Wykres Ramachandrana (Biochemistry, Jeremy Berg, John Tymoczko, Lubert Stryer. 5th ed,PWN 2005).

26 Wykres Ramachandrana (Biochemistry,J.Berg, J.Tymoczko, L.Stryer.,PWN 2005).

27 Wykres Ramachandrana dla białkaφ ψ β-równoległa -119 113 β-antyrównoległa -139 135 α - helisa -57 -47 310 - helisa -49 -26 π - helisa -70

28 Łamacze i wzmacniacze Wzmacniacze Łamacze  - helisa M L E C AWzmacniacze Łamacze  - helisa M L E C A P G Y T S  - harmonijka równoległa V I F M L Y P G D E A N S K  - harmonijka antyrównoległa Q T R H W C kłębek, zwrot G P D N S Y, naładowane

29 Wiązanie wodorowe oddz. elektrostatyczne między dwoma względnie elektroujemnymi atomami energia: kJ/mol (energia wiązań kowalencyjnych: 418 kJ/mol) C O H N δ+ δ- akceptor δ- δ+ δ- N — H · · · · · ·N N — H · · · · · ·O O — H · · · · · ·N O — H · · · · · ·O donor

30 Wiązania wodorowe dla  - harmonijkistruktura równoległa struktura anty-równoległa

31 Wiązania wodorowe dla α - helisy

32 Wiązania wodorowe dla zwrotu (skrętu)

33 Wiązanie wodorowe białko ligand

34 Wiązanie wodorowe

35 Rodzaje oddziaływań stabilizujących strukturęoddziaływania wodorowe  oddziaływania hydrofobowe oddziaływania van der Waalsa mostki dwu-siarczkowe mostki solne

36 Oddziaływania hydrofoboweZasady termodynamiki: I. Energia otoczenia i układu jest stała układ II. W procesach spontanicznych entropia rośnie (ΔS>0) ciepło otoczenie S - entropia - miara przypadkowości i nieuporządkowania H - entalpia - zawartość ciepła w układzie(zwiększenie = wzrost entropii) ΔSotoczenia = -ΔHukładu/T G - energia swobodna (Gibbsa) ΔG = ΔHukładu-TΔSukładu < 0 Reakcja zajdzie spontanicznie jeśli ΔG < 0

37 Oddziaływania hydrofobowe -spontaniczne zwijanie białekukład nieuporządkowany - duża entropia (S)

38 Oddziaływania hydrofobowe -spontaniczne zwijanie białekukład nieuporządkowany: - grupy hydrofobowe porządkują cząsteczki wody - spadek entropii grupy hydrofilowe grupy hydrofobowe

39 Oddziaływania hydrofobowe -spontaniczne zwijanie białekukład uporządkowany (niższa entropia?): - grupy hydrofobowe połączone - uwolnione cząsteczki wody są nieuporządkowane - wzrost entropii grupy hydrofilowe grupy hydrofobowe

40 Oddziaływania hydrofobowe -spontaniczne zwijanie białekukład uporządkowany (niższa entropia?): - grupy hydrofobowe połączone - uwolnione cząsteczki wody są nieuporządkowane - wzrost entropii ΔSwody = -ΔHbiałka/T wzrost entropii wody kompensuje jej spadek związany ze zwijaniem białek! grupy hydrofilowe ΔG = ΔHbiałka-TΔSbiałka < 0 grupy hydrofobowe

41 Rodzaje oddziaływań stabilizujących strukturęoddziaływania wodorowe  oddziaływania hydrofobowe  oddziaływania van der Waalsa mostki dwu-siarczkowe mostki solne

42 Oddziaływania van der Waalsaładunek - dipol dipol - dipol dyspersja (indukowane dipole) N+ O C δ- δ+ O C δ- δ+ OH CH3 H3C δ- δ+

43 Mostek dwu-siarczkowy--CH2-S-S-CH2-- sekwencja insuliny wołowej

44 Struktura trzeciorzędowaprzestrzenne ułożenie elementów struktury II-rzędowej pojedynczego łańcucha

45 Struktura czwartorzędowaPrzestrzenne ułożenie dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych tworzących natywną cząsteczkę białka białko Cro z bacteriofaga l, jest dimerem złożonym z identycznych podjednostek

46 Struktura VI-rzędowa tetramer a2b2 hemoglobiny dimer ab hemoglobiny(1G0B.pdb) dimer ab hemoglobiny

47 Struktura IV-rzędowa Ferytyna - 24mer (1BG7.pdb) Insulina (1APH.pdb)

48 Oddziaływanie białek z ligandamiJądrowy receptor hormonu Grupy prostetyczne to często kofaktory Apoproteina - białko bez grupy prostetycznej

49 Ćwiczenia - RasMol