Funkcije proteinov Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni.

Παρουσίαση με θέμα: "Funkcije proteinov Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Funkcije proteinov Transport/skladiščenje določenih molekul (ligandov, npr. Hb, Mb) Uravnavanje procesov (DNA-vezavni proteini) Oporna funkcija (strukturni proteini, npr keratini, kolagen ...) Kontraktilni proteini Membranski proteini, vključeni v transport molekul/ionov preko membrane Proteini, vključeni v prenos signala (receptorji, G-proteini, kinaze ...) Obramba pred tujki/invazivnimi organizmi (Ig) Kataliza biokemijskih reakcij (encimi)

2 Fibrilarni proteini Sestavljeni v glavnem iz ene vrste sekundarne strukture (npr. α-vijačnice, -strukture) Netopni v vodi zaradi hidrofobnih ak ostankov na zunanjosti Polipeptidne verige se povežejo s hidrofobnimi interakcijami v kvartarno strukturo Supermolekulski kompleksi iz fibrilarnih proteinov so trdne, čvrste strukture Strukturna/oporna funkcija

3 Sekundarno strukturo proteinov pogojujejo:
Številni atomi kisika (O) Številni atomi vodika (H) in dušika (N) Možnost nastanka vodikovih vezi – samo določene so stabilne - vodikove vezi znotraj polipeptidne verige (-vijačnica) - vodikove vezi med sosednjimi polipeptidnimi verigami (-struktura) -vijačnica -struktura

4 Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primer -vijačnica, peptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički čvrsta netopna struktura -keratin lasje, nohti, perje, kopita, kremplji, intermediarni filamenti citoskeleta β-konformacija, peptidne verige povezane s H-vezmi mehka, upogljiva vlakna fibroin svila kolagenska vijačnica, peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi preko -OH ak visoka natezna moč, ni raztegljiv kolagen kite, hructanec, organski matriks kosti, koža, roženica

5 Primer fibrilarnih proteiniv: -keratini
osnovna struktura polipeptida: desnosučna -vijačnica s pogostimi hidrofobnimi ak ostanki Ala, Val, Ile, Met, Phe kvartarna struktura: dve desnosučni α-vijačnici, povezani s hidrofobnimi interakcijami v levosučno spiralo/vijačničo (“coiled coil”) -keratini so strukturni proteini - proteini, ki sestavljajo lase, dlako, nohte, kremplje, perje, rogove, kopita - proteini citoskeleta - družina intermediarnih filamentov

6 Struktura lasu: -keratin
osnovna polipeptidna veriga: desnosučna α-vijačnica kvartarna struktura: levosučna spirala iz 2 desnosučnih α-vijačnic (protofilament) protofibrila (supermolekulski kompleks) Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

7 Prečni prerez lasu Pogled s strani Pogled v prerezu
α-keratin α-vijačnice med seboj povezane s hidrofobnimi interakcijami in disulfidnimi mostički najtrši α-keratin – nosorogov rog vsebuje 18% cys α-vijačnica Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

8 Redukcijsko-oksidacijska sprememba 3D strukture lasu – trajno kodranje las
cistin cistein cistein Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

9 Oksidoredukcijska reakcija cistein cistin
Cistein (Cys, C) Cistin

10 Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primer α-vijačnica, peptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički čvrsta netopna struktura -keratin lasje, nohti, perje, kopita, kremplji, intermediarni filamenti citoskeleta β-konformacija, peptidne verige povezane s H-vezmi mehka, upogljiva vlakna fibroin svila kolagenska vijačnica, peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi preko -OH ak visoka natezna moč, ni raztegljiv kolagen v kitah, v kostnem matriksu, v koži

11 Shematični prikaz evkariontske celice

12 Evkariontska celica v prerezu
Mikrofilamenti: 2 zviti verigi proteina aktina; funkcija: oblika celice, mišična kontrakcija, gibanje citoplazme Intermediarni filamenti: protein -keratin funkcija: oblika celice, interakcija s sosednjimi celicami Mikrotubuli: cevke, nastale iz dimernih podenot tubulina; funkcija: gibanje organelov, gibanje bičkov in migetalk, gibanje kromosomov Citoskelet: mreža proteinskih vlaken v citoplazmi, ki daje celici obliko, umešča in giblje organele ter sodeluje pri celičnem gibanju

13 Proteini citoskeleta epitelijskih celic
mikrotubuli ~ 24 nm aktinski filamenti ~ 7 nm Intermediarni filamenti ~ 8-12 nm

14 Proteini v membrani eritrocita, ki povezujejo citoskelet z zunanjostjo
spektrin Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

15 Model ogrodja eritrocita – pomembno strukturno vlogo ima spektrin (-keratinska vijačnica)
Prečni prerez spektrin Pogled od zgoraj Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

16 Model strukture distrofina (-keratinska vijačnica) v miocitu
B B antiparalelni heterodimer A – domene v strukturi B – distrofin in drugi proteini v sarkolemi Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

17 Mišični distrofin soroden spektrinu v eritrocitih
3684 ak – največji čoveški strukturni gen 2 antiparalelni verigi v vseh vrstah mišic (skeletni, srčni, gladki) v skeletni mišici 0,002%, če ni distrofina → Duchenne-ova mišična distrofija (pospešeno slabenje mišic, izguba mišične mase) bolezen se prične po 1. letu, bolniki umrejo stari ~20 let (odpoved srca, oslabljenje dihalnih mišic) vzrok: delecija v genu za distrofin

18 Keratini v epitelijskih celicah - domene strukture -keratina v epitelijskih celicah
Keratini tvorijo roževinasto plast kožne povrhnjice (struktura polipeptidne verige podobna α-keratinu v laseh in nohtih) znanih vsaj 15 različnih molekul keratina v koži Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

19 Plasti človeške kože epidermis roževinasta plast glanularna
spinocelularna bazocelularna keratin K1/K10 keratin K5/14 bazalna lamina dermis Celice povrhnjice povezujejo desmosomi, nanje so pripeti keratinski filamenti Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

20 Bolezni kože kot posledica nenormalnosti keratina
Epidermolysis bulosa – genska bolezen točkovna mutacija v genu za K14 ali K5 okvarjene bazolateralne celice epidermisa strižne napetosti ob mehanskem pritisku – celice niso čvrste → mehurji na koži Epidermolitična hiperkeratoza – genska bolezen točkovna mutacija v genu za K1 in K10 mehurjenje kože, razpoke v koži

21 Nekaj informacij o keratinih (ponovitev)
vrsta molekule nahaja se v bolezen α-keratin lasje, nohti - spektrin citoskelet eritrocov distrofin citoskelet mišice Duchenova mišična distrofija keratini keratini kože Epidermolysis bulosa Epidermolitična kiperkeratoza

22 Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primer -vijačnica, peptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički čvrsta netopna struktura -keratin lasje, nohti, perje, kopita, kremplji, intermediarni filamenti citoskeleta β-konformacija, peptidne verige povezane s H-vezmi mehka, upogljiva vlakna fibroin svila kolagenska vijačnica, peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi preko -OH ak visoka natezna moč, ni raztegljiv kolagen kite, hrustanec, organski matriks kosti, koža, roženica

23 Primer fibrilarnih proteinov: fibroin - svila
Sekundarna struktura: -struktura Sosednje polipeptidne verige so povezane z vodikovimi vezmi Visoka vsewbnost Ala in Gly Netopni v vodi Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

24 Vrste sekundarne strukture in lastnosti fibrilarnih proteinov
sekundarna struktura značilnosti primer -vijačnica, peptidne verige povezane s hidrofobnimi interakcijami, -S-S- mostički čvrsta netopna struktura -keratin lasje, nohti, perje, kopita, kremplji, intermediarni filamenti citoskeleta β-konformacija, peptidne verige povezane s H-vezmi mehka, upogljiva vlakna fibroin svila kolagenska vijačnica, peptidne verige povezane s kovalentnnimi vezmi preko -OH ak visoka natezna moč, ni raztegljiv kolagen kite, hrustanec, organski matriks kosti, koža, roženica Vsi fibrilarni proteini so netopni v vodi; vzrok: visoka vsebnost hidrofobnih ak ostankov

25 Fibrilarni proteini: kolagen
Model prepletanja filamentoznih struktur v notranjosti in zunanjosti celic kolagenska vlakna in elastinska vlakna - trdnost in elastičnost proteoglikani, hialuronska kislina - amorfna osnovna substanca Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

26 Proteinske molekule na obeh straneh plazemske membrane
kolagen Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

27 Kolagen – najpomembnejši protein ekstracelularnega matriksa EM
Delež kolagena v različnih organih organ/tkivo delež kolagena (%) jetra 4 pljuča 10 aorta 12-24 hrustanec, kite roženica 64 kosti 23 koža 74 kolagen se nahaja v vseh tkivih/organih, celicam daje oporo/trdnost 25% proteinov odraslega človeka, 14-20% otroka

28 Struktura kolagenskih vlaken (fibril)
Struktura in medsebojna povezava polipeptidnih verig ( verig)  veriga kolagena – ponavljajoči se triplet Gly-X-Pro ali Gly-X-Hyp; levosučna vijačnica (b) Prostorsko zapolnjen model iste  verige (c) Tri polipeptidne verige zvite v desnosučno vijačnico (superheliks) (d) Prečni prerez superheliksa pod (c): v nitranjosti ostanki Gly (rdeče kroglice) Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

29 Organizacija kolagenskega vlakna
tropokolagen (300 x 1,5 nm), sestavljen iz 3 α-verig organizacija tropokolagena v kolagenske fibrile – H-vezi kovalentne vezi OH-ak potrebne za kovalentne prečne povezave, nastanejo posttranslacijsko Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

30 Kolagen sekundarna struktura: levosučna kolagenska vijačnica,
α-veriga, 3 ak/zavoj ak sestava: 35% Gly, 11% Ala, 21% Pro in 4-Hyp ak zaporedje (nekaj 100 ponovitev) ponavljajoči se triplet Gly-Pro-X in Gly-X-Hyp kvartarna struktura: desnosučna trojna vijačnica iz α-verig (tropokolagen), povezava med polipeptidnimi verigami preko OH-Pro, OH-Lys; Hidroksilacija ak – posttranslacijsko, potreben vitamin C supermolekulski kompleks – kolagenska fibrila 20 različnih molekul kolagena (I – XX); I, II, III, IV, VI, XI – fibrilarni) denaturiran kolagen – želatina, nima hranljive vrednosti

31 Posttranslacijsko zorenje molekul kolagena
preprokolagen s propeptidi hidroksilacija, glikozilacija ak prokolagen tropokolagen → fibrile v EM Meisenberg H, Simmons WH, Principles of Medical Biochemistry,1998

32 Lastnosti kolagenskih vlaken
fibrila vsebuje od 100 do 1000 molekul tropokolagena debelina od 10 do 300 nm paralelno organizirane fibrile (kite) prereza 1mm nosijo težo 10 kg dolga življenjska doba: nekaj tednov (žile, brazgotine) do nekaj let (kosti) razgradnja kolagena - EC kolagenaze → razvije se trojna vijačnica → običajne proteinaze

33 Hidroksilacija Pro s prolil-hidroksilazo
Nelson DL, Cox MM, Lehninger Principles of Biochemistry, 2005 Za hidroksilacijo Pro potreben encim prolil-hidroksilaza (Fe2+), za ohranjanje encima v Fe2+ redoks stanju potreben vitamin C (askorbat)

34 Metabolizem kolagena se spreminja s staranjem in boleznimi
staranje: naraste količina kolagena, nastane več prečnih povezav med molekulami tropokolagena – krhkost vezivnega tkiva sinteza kolagena poraste po poškodbi – brazgotine vsebujejo veliko kolagena v jetrih se ob boleznih parenhimske celice nadomestijo s fibroznim vezivnim tkivom (ciroza jeter) nekatere patogene anaerobne bakterije (Clostridium histolyticum) vsebujejo kolagenaze → gas gangrena (plinska gangrena) → nekroza tkiva

35 Primeri bolezni, ki izvirajo iz nenormalne
sinteze kolagena bolezen vzrok simptomi skorbut pomanjkanje vitamina C krvavenje dlesni, izpadanje zob, degeneracija kosti slabo celjenje ran osteogenesis imperfecta nenormalni gen za kolagen mutacija Gly → Ser ali Cys nenormalen nastanek kosti pri dojenčkih, krhke kosti, deformacija skeleta/smrt Ehlers-Danlos-ov sindrom preobčutljiva lomljiva koža, hipermobilni sklepi, slabo celjenje ran

36 Primerjava fibrilarnih proteinov keratina in kolagena
desnosučna α-vijačnica levosučna prolinska vijačnica kvartarna struktura - levosučni dvojni heliks stabilizirajo hidrofobne in -S-S- interakcije kvartarna struktura - desnosučni trojni heliks stabilizirano Pro/Pro in OH-Pro povezave supramolekulski kompleksi stabilizirajo hidrofobne interakcije supramolekulski kompleksi stabilizirajo povezeve preko 5-OH-Lys strukturna funkcija: citoskelet (intermediarni filamenti), lasje, nohti, keratini v koži strukturna funkcija ekstracelularnega matriksa