PBL 1

Vilka är proteiners strukturnivåer?

Primärstruktur

Sekundärstruktur

Tertiärstruktur

Kvartenärstruktur

Primärstruktur

aminosyrasekvensen

Sekundärstruktur

• α-helix

Spiralformad struktur av aminosyrans ryggrad.

Sidokedjorna (R-grupperna) pekar ut från helixen.

• β-flak

- parralella

Kedjorna från N till C teminal går åt samma håll

- antiparalella

Tertiärstruktur

Proteinets 3D form

Kvartenärstruktur

När flera proteiner som kallas subenheter sitter ihop

Vilka aminosyror stabiliserar och destabiliserar α-helix?

α-helix

• Alanin är särskilt bra på att stabilisera α-helixar.

• Prolin begränsar ryggradens rörelser och saknar H på sitt ryggrads-N, vilket stör vätebindningsmönstret i α-helix.

• Glycin –är för flexibel och kan anta många olika vinklar, vilket stör regelbundenheten.

• Om var tredje aminosyra är negativ kommer det inte bildas en alfa-helix.

Vilka aminosyror stabiliserar och destabiliserar β-flak?

• Valin, isoleucin och treonin stabiliserar

• Prolin kan störa β-strukturen eftersom den begränsar ryggradens rörelser och inte har något N–H som kan donera en vätebindning.

• Glycin kan också göra strukturen mindre stabil eftersom den är mycket flexibel.

• Prolin och Glycin främjar istället β-svängningarna

Vilka bindningar finns i primärstruktur?

Kovalenta peptidbindningar och bildas mellan aminogruppen (–NH₂) hos en aminosyra och karboxylgruppen (–COOH) hos en annan aminosyra

Vilka bindningar finns i sekundärstruktur?

Vätebindningar som bildas mellan syret i karbonylgruppen (C=O) och väteatomen i N–H-gruppen i proteinets ryggrad. 

Vätebindningar är svaga och inte kovalenta och bildas pga attraktion mellan små laddningsskillnader.

Vilka bindningar finns i tertiärstruktur?

Tertiärstrukturen skapas av bindningar mellan R grupperna.

• Jonbindningar mellan laddningsskilnader

• Vätebindningar mellan R grupper eller till tex vatten

• Hydrofoba interaktioner

• Van der Waalsbindningar tillfälliga dipol-dipol bindningar pga tillfälliga attraktioner av elektronernas slumpmässiga rörelse. Får större betydelse nära tex hydrofoba interaktioner och mindre betydelse nära starka bindningar.

• Disulfidbryggor (kovalenta) mellan två cystein

• Koordinationsbindningar med hjälp av prostetiska grupper (icke-protein kofaktor som är viktig för funktionen).

Vilka bindningar finns i kvartenärstruktur?

Bindningar mellan R grupperna skapar strukturer

• Jonbindningar

• Vätebindningar

• Hydrofoba interaktioner

• Van der waals bindningar

• Disulfidbryggor

• Koordinationsbindningar

Domän

en självständig del av ett protein som kan vika ihop sig till en egen stabil struktur och utföra en specifik funktion oberoende av resten av proteinet

Hur delas aminosyrorna in?

Polära 

Opolära 

Basiska 

Sura 

Specialfall

Alifatiska 

Aromatiska

Polära aminosyror

• Har sidokedjor med ojämn laddningsfördelning.

• Dessa innehåller hydroxylgrupp (OH) eller amidgrupper (CON) i sidokedjorna.

• Serin och treonin har hydroxylgrupper (OH) och finns ibland i aktiva platser hos enzymer eftersom -OH-gruppen är reaktiv.

• Asparagin och glutamin innehåller amid grupper som är polära

Opolära aminosyror

Aminosyror med opolära sidokedjor.

De opolära aminosyrorna är normalt begravda i proteinkärnan, bort från vattenkontakt.

Basiska aminosyror

• Lysin och arginin har sidokedjor som är fullständigt protonerade vid neutralt pH och är därför positivt laddade.

• Lysin har pKa ≈ 11,

• Arginin är den mest basiska aminosyran (pKa ≈ 13) med en guanidingrupp.

• Histidin har pKa ≈ 6 och fungerar som en syra-bas-katalysator i många enzymer.

protonerad betyder att det har tagit upp en vätejon

Sura aminosyror

Asparginsyra (aspartat vid COO⁻) och glutaminsyra (glutamat vid COO⁻)  har sidokedjor med karboxylgrupper (-COOH) som har förlorat en väteatom vid fysiologiskt pH och därför räknas som negativt laddade.

Specialfall glycin

Glycin har en väteatom som sidokedja, vilket gör den väldigt liten och flexibel. Den kan finnas i delar av proteiner där andra aminosyror skulle vara för stora och böjar. Har ingen isomer. Glycin bryter α-helix struktur.

Specialfall prolin

Prolins sidokedja bildar en ring tillbaka till ryggradens kväveatom, vilket skapar en imino-syra istället för en amino-syra. (En iminosyra har en funktionell grupp där en N är dubbelbunden till C, C=N). Prolin bryter α-helix struktur.

Specialfall cystin

Cystein kan bilda disulfidbindningar som är starka bindningar med andra cysteiner, vilket är väsentligt för stabilitet.

Specialfall histidin

Histidin har pKa på ca 6,5 vilket är nära det fysiologiska pH värdet 7,4. När pH värdet är under histidins pKa på 6,5 blir aminosyran protoniserad (tar upp H ⁺ och blir positiv). När pH värdet är över histidins pKa på 6,5 blir aminosyran deprotoniserad (förlorar H ⁺ och blir negativ).

Vad är alifatiska/aromatiska aminosyror?

• Alifatiska aminosyror är icka aromatiska aminosyror. Alifatiska kan ibland betyda öppen kedja

• Fenylalanin, tyrosin och tryptofan har aromatiska sidokedjor.

• Dubbelbindningar krävs för aromatisering.

Vilka former finns det av protein?

Globulära proteiner

Fibrösa proteiner

Enzym

• Snabbar på kemiska processer genom att sänka aktiveringsenergi utan att självs förbrukas

• Substrat binder till enzym → enzymsubstratkomplex → enzym + product

Vilka två typer av enzymer finns det (beroende på deras plats)?

Intracellulära aminosyror agerar inne i celler

Extracellulära aminosyror agerar utanför celler

Kofaktorer

• Kan vara Koenzym eller metalljoner

• Hjälper S binda till E

• Kofaktorer är icke-protein som hjälper till att aktivera enzym

• Koenzym är organiska molekyler som hjälper E att katalysera en reaktion, till exempel kan koenzym transportera elektroner eller kemiska grupper mellan olika molekyler.

• Kan vara tillfälligt eller permanent bindade till

Emzym kinetik

Inducedfit 

När ett substrat närmar sig ett enzym passar det inte alltid perfekt in i aktiva sätet från början. Men det aktiva centrumet är flexibelt och kan ändra sin form något för att rymma substratet.

Key & lock 

Substratet passar perfekt i det aktiva sätet.

Vilka typer av enzym inhibition finns det? 6

Positiv feedback 

Negativ feedback 

Kompetitiv inhibering 

Inkompetitiv inhibering 

Reversibel inhibering

Reversibel inhibering

Positiv feedback 

Återkopplingsystem som ökar produktionen mer.

Negativ feedback 

Slutprodukten i en kedja hämmar ett enzym tidigt i samma kedja för att stoppa överproduktion

Kompetitiv inhibering 

Hämmaren har mer affinitet (dragningskraft) för att binda till enzymets aktiva sätet vilket blockar substratet.

För att kroppen ska kunna stoppa hämmningen måste den producera mer substrat för att konkurera ut hämmaren.

Km ökar

Vmax samma

Icke-kompetitiv inhibering

Vid icke-kompetitiv inhibering binder inhibitorn till en helt annan plats på enzymet än den aktiva ytan, en så kallad allosterisk yta. Hämnaren kan binda både till E & ES för att skapa ESI

Km samma

Vmax minskar

Inkompetitiv inhibering 

Inhibitorn kan inte binda till det fria enzymet utan kan endast binda till enzym-substratkomplexet ES eftersom först när substratet har satt sig i den aktiva ytan förändras enzymets form så att hämmaren passar.

Detta leder till att mängden substrat minskar eftersom jämnvikten skjuts mot att fler ES ska bildas när några ES försvinner till ESI

Km minskaar

Vmax minskar

Reversibel inhibering 

Hämnare som formar svaga bindningar till E. Tex vätebindningar

Irreversibel inhibering

Hämmaren binder i det aktiva sätet iställert för substratet. Hämmaren beter sig som en substratanalog. Substratanalogen binder i E med Kovalenta bindningar som inte kan brytas och är irreversibla.

Vad är kovalenta modifieringar

När en kemisk grupp eller molekyl fästs kovalent vid ett protein eller tas bort från det.

Exmepel kovalenta modifieringar. 5

Glykosylering 

Acetylering

Metylering 

Fosforylering 

Ubiquitinering

Glykosylering 

Syret i OH-gruppen kan bilda en bindning med en sockergrupp → O-glykosylering.

Vid amidgrupp användas kvävet för att binda sockret → N-glykosylering.

Acetylering

• En acetylgrupp sätts på proteinet.

• Viktigt för metabolismen

• Acetylering (på aminosyran lysin) gör histonens koppling till DNA svagare och därmed transkriberingen enklare

Metylering 

En metylgrupp sätts på en aminosyra.

Metylering hjälper till att omvandla aminosyran homocystein till metionin. När metyleringsprocessen är nedsatt, kan homocysteinnivåerna bli för höga, vilket har kopplats till en ökad risk för hjärtsjukdomar

Fosforylering 

Fosforylering innebär att en fosfatgrupp kovalent adderas till specifika aminosyror i ett protein av enzymer som kallas proteinkinaser. Fosfatgruppen kan sedan tas bort av proteinfosfataser. Denna reversibla modifiering kan aktivera och inaktivera protein.

Ubiquitinering

Processen när ubiquitin protein fästs kovalent vid ett dött, skadat eller felaktigt protein. Sedan bryts proteinet ner av proteasomen.

Vad i omgivningen kan påverka proteiner?

pH 

Saltkoncentration 

Temperatur 

Typ av lösning 

Alkohol 

Reducerande miljö 

Oxiderande miljö 

Urea Detergent

Kemiska faktorer

pHs påverkan på portein

Vid lågt (surt) pH: Proteiner blir mer positivt laddade eftersom både karboxylgrupper (–COOH) och aminogrupper (–NH₃⁺) protoneras

Vid högt (basiskt) pH: Proteiner blir mer negativt laddade eftersom karboxylgrupper deprotoneras till –COO⁻ och aminogrupper till –NH₂

När saltbryggor/jobnindningar bryts förändra proteinets 3D struktur som kan leda till denaturering vid extrema pH

isoelektrisk punkt

Varje protein har en isoelektrisk punkt – det pH där proteinets totala nettoladdning är noll

Saltkoncentrations påverkan på portein

Temperaturs påverkan på portein 

Typ av lösnings påverkan på portein 

Alkohols påverkan på portein

Reducerande miljös påverkan på portein

I en reducerande miljö tas elektroner upp som leder till att disulfidbindningar i cystein kan brytas tillbaka till två –SH-grupper.

Oxiderande miljös påverkan på portein

Elektroner förloras

R-S-H + H-S-R → R-S-S-R.

Ureas påverkan på portein

Detergents påverkan på portein

Kemiska faktorers påverkan på portein