Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL
3. Enzymy a proteinové motory Ivo Frébort
Enzymová katalýza
Mechanismy enzymové katalýzy
o Ztráta entropie při tvorbě komplexu ES o Destabilizace komplexu ES o Kovalentní katalýza o Obecná acidobazická katalýza o Katalýza K t lý kovovým k ý iontem i t o Přiblížení a orientace reaktivních skupin
Ztráta entropie komplexu ES
Destabilizace komplexu ES
Příklady kovalentní katalýzy
Příklady kovalentní katalýzy: NAD(P)+ dehydrogenasy
Acidobazická katalýza
o
Katalýza při které je v přechodovém stavu přenášen proton
o
Specifická acidobazická katalýza spočívá v difúzi H+ nebo OH- do aktivního místa
o
Obecná acidobazická katalýza probíhá za účasti bazí jiných než H+ a OH-, které zprostředkovávají přenos H+ v komplexu ES
Serinové proteasy Trypsin, chymotrypsin, elastasa, thrombin, subtilisin, plasmin Kombinace kovalentní a obecné acidobazické katalýzy o o o o o o
Ser je součástí katalytické triády His-57, Asp-102, Ser-195 Asp-102 udržuje His-57 ve správné orientaci His-57 působí jako obecná kyselina a zásada Ser-195 vytváří kovalentní vazbu se štěpeným peptidem Tvorba kovalentní vazby mění koformaci uhlíku z trigonální na tetrahedrální Tetrahedrální oxyaniontový intermediát je stabilizován Hvazbami s N Gly-193 and Ser-195
Aktivní místo Ser proteas
Aspartátové proteasy Pepsin, chymosin, cathepsin, renin, HIV-1 protease o o o o o o
Všechny Vš h obsahují b h jí dvě d ě Asp A residua id v aktivním kti í místě í tě Tyto dva Asp pracují společně jako silný acidobazický katalyzátor Jeden Asp má relativně nízké pKa, druhý relativně vysoké pKa Deprotonovaný Asp se chová jako báze, je schopne přijmout proton z HOH, a tvoří OH- v přechodovém komplexu D hý Asp Druhý A se chová h á jako j k kyselina, k li odštěpuje dště j proton t a podporuje tak vytváření tetrahedrálního intermediátu V pepsinu, jeden Asp má pKa 1.4, druhý 4.3
Reakce Asp proteas
Lysozym
o
o
o
Lysozym hydrolyzuje polysacharidy a štěpí t kb tak buněčnou ěč stěnu tě některých ěkt ý h b baktérií kté ií Lysozym ze slepičího vaječného bílku -129 residuí, 4 disulfové můstky První enzym jehož struktura byla určena X-ray X ray krystalografií (David Phillips, Phillips 1965)
Reakce lysozymu
Mechanismus reakce lysozymu
Molekulární motory ?
Adenylát kinasa
Motorové proteiny – dyneiny a kinesiny zprostředkovávají pohyb prostřednictvím mikrotubulí
head
d domain i that h interacts with microtubule
C-terminal tail domains
stalk domain
stalk light chains
Dynein ( pp (approximate structure)
motor domain
Kinesin I
hinge
N-terminal heavy chain motor domains (heads)
Tubulin a mikrotubuly
o
o o
o
Základní komponenty cytoskeletonu Microtubuly jsou duté, válcové polymery tvořené tubulinovými dimery 13 tubulinových monomerů na otočku Dimery asociují na "plus" konec a disociují z "minus" konce Mikrotubuly jsou základní složky cytoskeletonu, cilií a bičíku
Tubulin a mikrotubuly
Mikrotubuly v ciliích a bičíku
o
MT jsou základní struktury cilií a bičíku
o
Cilie se vlní; bičíky rotují – vše řízeno ATP!
Dynein „kráčí“ nebo „klouzá“ podél MTs a způsobuje ohyb jedné MT vzhledem k druhé o Pohyb dyneinu je řízen hydrolýzou ATP o
Mikrotubuly v ciliích
Mechanismus pohybu cilií
Pohyb bičíku
http://www.seoulin.co.kr/Up/index-chemotaxis.html
Mikrotubuly a pohyb organel v buňce
Dráhy pro"molekulární motory" o MT také umožňují pohyb organel a částic v buňce o V axonech, dyneiny transportují organely od + k - konci, např. směrem k jádru o Kinesiny y transportují p j organely g y od - k + konci,, např. směrem od jádra o
Pohyb organel
Struktura kinesinu
scaffolding protein
microtubuule
kinesin
cargo vesicle
receptor
inactive kinesin
Pohyb kinesinu po mikrotubulích
Proteinové motory ve svalech
Morfologie svalu o o o
o
o
o o
Svazek vláken obsahuje stovky myofibril Každá myofibrila je svazek sarkomerů Každý sarkomer je ukončen transversální tubulí (t-tubule) tvořené membránou Povrch sarkomerů je pokryt by sarkoplasmatickým retikulem (SR) Nervové impulsy přicházející do svalu produkují "akční potenciál", který se šíří sarkolemovou membránou a do vláken sítí t-tubulí t tubulí Signál indukuje uvolnění Ca2+ ze SR Ca2+ ionty se vážou do specifických míst na vláknech a indukují kontrakci, relaxace je doprovázena pumpováním Ca2+ zpět do SR
Struktura svalové buňky
Struktura tenkého vlákna
Struktura silného vlákna Myosin - 2 těžké a 4 lehké podjednotky o Těžké podjednotky - 230 kDa o Lehké podjednotky - 2 x 2 různé, 20 kDa o "Hlava" těžké podjednotky má ATPasovou aktivitu hydrolýza ATP zde řídí kontrakci svalu o
Akce myosinu řízená Ca2+
v07.tropotropo.mov
Ca - myosin
Myosin - ATP
Kontrakce svalu (sliding filament model)
http://www.seoulin.co.kr/up/index-cytoskeleton.html
Asociované svalové proteiny
Actinin, Dystrophin, Laminin
