2.4 Protein tertiary and quaternary structure analysis

Ramachadran plot

Winkeln:
Φ: C-N-Cα-C Ramachandran plot
Ψ: N-C-Cα-N Ramachandran plot
ω: peptide bond 180 (trans), 0 (cis)

Strukturbiologie ermöglicht: (5)

•Verständnis von Aufbau und Funktionen von Proteinen und Multiproteinkomplexen

•Erkenntnisse zu Faltung und evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen

•mechanistische Einblicke in Enzymreaktionen

•strukturbasierte Modifikation von Enzymen für biotechnologische Zwecke

•strukturbasierte Medikamentenentwicklung/Suche nach Hemmstoffen

Methoden zur Strukturbestimmung: (3)

-Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy

-X-ray crystallograhy

-Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM)

NMR spectroscopy

Nuclear Magnetic Resonance
für 1H, 13C(nicht 12C!), 15N, 19F, 31P

Atome besitzen ein Spin, Magnetfelder richten die Spinne der Atome aus (parallel/antiparallel zum magn.Feld)
Transmitter berechnet die benötige E

supraleitende (keine Wärme entsteht, durch Kühlen mit flüßigen He und N_2) Spulle generiert ein sehr starkes Magnetfeld

kl. Org. Moleküle, kl. Proteine in Lösung (Deuterium 2H Wasser)

X-Ray crystallography

Krystal wird aus einer Röntgenquelle bestrahlt, die mit einem Detektor delektiert werden (0,5-2Å)
->Beugungsbild (Intensität der Röntgenstrahlung, weil es keine Linsen gibt, um die Strahlungen zu binden und ein Bild des Proteins zu generieren).
->daraus die Struktur ausrechnen

kl., mitt., gr. Moleküle (nicht alle Proteine lassen sich kristallisieren)

*Struktur im Krystall sind identisch zur Struktur in einer Lösung.

*Wegen Röntgenstrahlung muss man den auf -170°C kühlen (H2O kristallisiert sich und deswegen die Protein geht kaputt) → Proteine in Frostschutzmitteln zuerst eintauchen

Cryo-EM

Cryo-Electron Microscopy

Lichtquelle, magnetische Linsen, Probenhalter, Detektor, fl. Ethan zum Kühlen
→ direktes Bild

→ einzelne Bilder von Proteine in aller Orientierungen auf einem Computer zu einer 3D-Struktur zusammenbinden

mittelgroße-große Proteine

tertiäre und quaternäre Struktur von Proteinen (2) DB

-PDB
-CATH

(+Dali server
+Foldseek (vergleichen)
+PISA server)

PDB

the RCSB Protein DB (1971)

speichert Biopolymerstrukturen (DNA; RNA; Proteine; Protein-DNA-Komplexe usw.)

Zeigt:
die Abbildung, Code, Tittle, Literatur - Link zu anderen DB (z.B. PubMed), Link zu UniPlotDB für die Sequenzinformation

Datenformat: PDB, mmCIF (macromolecular crastallographic information file)

PDB Dateiformat

•Atomkoordinaten

•Chemische Verbindungen zwischen den Atomen

•Sekundärstruktur

•Experimentelle Daten: Methoden zur Strukturbestimmung

•Zusätzliche Metadaten: Angaben zur Quelle des Moleküls (z. B. Organismus), experimentellen Bedingungen und mehr.

CATH

Protein Structure Classification DB

C: Class (α/β/α+β)
A: Architecture
T: Topology
H: Homologous Superfamily

Dali Server

Liste von ähnliche oder verwandte Proteinstrukturen aus PDB

Structural similarity is measured by Z-Score:
>2: Significant similarities, usually similar folds

>n/10-4 (with n = number of AS of query protein): strong match

PISA server

(Proteins, Interfaces, Structures and Assemblies)

berechnet ob ein Protein ein Monomer oder Multimer ist;
Zeigt die Interaktionsfläche von Molekülen im Krystall (wenn groß → Multimer)