Document
Felveckning och denaturering av proteiner Niklas Dahrén Felveckning av proteiner Strukturen är helt avgörande för proteinets funktion ü E# protein är helt beroende av sin struktur för a& kunna fullgöra sina uppgi/er. T.ex. behöver enzymer ha en viss form för a& kunna binda olika ämnen. ü Exempel: Enzymet ”galaktosidas” behöver n edanstående 3-‐dimensionella struktur för a& kunna binda si& substrat ”maltos” och spjälka det Ell 2 glukosmolekyler. Bildkälla: "Galactosidase enzyme" by Thomas Shafee -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galactosidase_enzyme.png#/ media/File:Galactosidase_enzyme.png Efter translationen får proteinet sin 3-dimensionella struktur genom veckning ü De flesta proteiner veckas spontant ;ll sin tredimensionella struktur: Aminosyror med hydrofoba sidokedjor kommer vända dessa inåt (bort från det omgivande va&net) medan aminosyror med hydrofila sidokedjor kommer vända dessa utåt (mot va&net). SamEdigt kommer vätebindningar och andra typer av bindningar (disulfidbryggor etc.) skapas mellan olika aminosyror vilket också bidrar Ell den spontana veckningen. ü Chaperoner hjälper vissa proteiner med veckningen: Det finns en typ av proteiner i cellen proteiner med veckningen. En del chaperoner som heter ”chaperoner” och som hjälper vissa fungerar som ”värmeshockproteiner” och bildas i stora mängder när cellen utsä&s för hög temperatur. Värmeshockproteinerna ser då Ell a& stabilisera proteinets struktur så a& det inte denatureras. Veckning Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/ media/File:Process_of_DenaturaEon.svg Proteinernas veckning och struktur skapas och stabiliseras av olika typer av bindningar Vätebindning Jonbindning H2–– H3+ -‐ O-‐CII-‐C –– CH2-‐N O Hydrofob Disulfidbrygga interak;on –– CH3 -‐ -‐ -‐ CH3–– –– CH3 -‐ –– CH2-‐S––S-‐CH2–– Proteinernas veckning och struktur skapas och stabiliseras av olika typer av bindningar ü Vätebindningar: Vätebindningar uppstår mellan olika delar i polypepEdkedjans ”ryggrad” (mellan syre-‐ och väteatomer). Vätebindningar uppstår även mellan olika aminosyrors polära sidokedjor (även här väte-‐ och syreatomer alt. väte-‐ och kväveatomer). Vätebindningar uppstår även mellan olika aminosyrors polära sidokedjor och de omgivande va&enmolekylerna vilket också är vikEgt för a& stabilisera den tredimensionella strukturen hos proteinet. ü Hydrofoba interak;oner: Spontant kommer h ydrofoba sidokedjor vända sig inåt mot centrum av proteinet (bort från det omgivande va&net) och där binda Ell andra hydrofoba sidokedjor. De&a sker delvis p.g.a. a& va&enmolekylerna inte vill samverka med och binda Ell hydrofoba ämnen utan hellre binder Ell andra va&enmolekyler eller andra polära ämnen e/ersom det genererar starkare och stabilare bindningar (vätebindningar). De hydrofoba sidokedjorna binder då istället Ell varandra. ü Jonbindningar (saltbryggor): Uppstår mellan p osiEvt och negaEvt laddade sidokedjor (R-‐ grupper), precis som 2 joner i e& salt. ü Disulfidbryggor: En disulfidbrygga utgörs av 2 svavelatomer, från 2 olika sidokedjor, som binder Ell varandra med en polär kovalent bindning. Obs. enbart aminosyran cystein har svavel i sin sidokedja så det är alltså 2 olika cysteinmolekyler som binder Ell varandra med en disulfidbrygga. Över 30 sjukdomar är orsakade av felveckade proteiner ü En felveckning av proteiner i cellerna leder Ell a& de inte får sin korrekta 3-‐ dimensionella struktur och förlorar därmed sin normala funkEon. ü Felveckade proteiner kan klumpa ihop sig med varandra och bildar då stora ”proteinaggregat” som kallas för amyloider. Dessa stör de normala funkEonerna i cellen. ü Amyloiderna leder ;ll flera svåra sjukdomar, t.ex. Alzheimer, Parkinson, Skelle/eåsjukan och ”Galna kosjukan” och Creutzfeldt-‐Jakobs sjukdom. Totalt orsaker felveckade proteiner över 30 olika sjukdomar. ü En anledning ;ll a# proteiner veckas felak;gt kan vara a& genen för proteinet har få& en mutaEon vilket leder Ell a& en eller flera aminosyror blir ersa&a av andra aminosyror som omöjliggör en korrekt veckning. Prioner ger upphov till ”galna kosjukan” ü I nervcellerna förekommer det s.k. prionproteinet (PrPC). Prionprotein kan dock bli felveckat och bli en dödlig prion (PrPSc). Det är alltså samma protein men i en ny form och med helt nya egenskaper -‐ tyvärr dödliga. Orsaken Ell denna felveckning kan vara en mutaEon i prionproteingenen. ü Prioner kan ”smi#a” andra friska prionproteiner i cellen. De kan påtvinga sin egen 3D-‐struktur p å "oskyldiga" normala prionproteiner med en slags självgenererande effekt: 1 PrPC+1 PrPSc=2 PrPSc. Exakt hur det felveckade proteinet får andra, normalt är veckade prioner, a& anta den abnorma formen, forlarande inte känt. och ü Prioner kan också smi#a mellan olika människor mellan djur och människor. ü Felveckade prioner förstör hjärncellerna och ger upphov Ell ”Galna kosjukan” hos djur och Creutzfeldt-‐ Jakobs sjukdom hos människor. Kor som inte klarar av a# resa sig upp kan ha drabbats av felveckade prioner som förstör deras hjärnceller. Diabetes typ 2 verkar ha ett samband med felveckning av IAPP ü Amylin, eller ”Islet Amyloid Polypep;de” (IAPP), är e& pepEdhormon som består av 37 aminosyror. Det utsöndras från betacellerna precis som insulin och bidrar Ell ökad blodsockerkontroll genom a& sänka magsäckens tömningshasEghet och öka mä&nadskänslan etc. ü En felveckning av IAPP leder Ell a& pepEden får fel struktur och därför börjar flera IAPP klumpa ihop sig med varandra. Amyloider (proteinaggregat) bildas även utanför cellerna. Teorin är a& dessa är då först i betacellerna och sedan gi/iga för cellen och a& det så småningom leder Ell a& betacellerna genomgår apoptosis (programmerad celldöd). Bukspo&körtelns förmåga a& producera insulin blir i de&a fall nedsa& vilket ger upphov Ell diabetes (i första hand typ 2, men en del forskare menar a& det även kan finnas en koppling Ell diabetes typ 1). uppstår är a& en mutaEon i IAPP-‐genen ü En anledning ;ll a# felveckningen resulterar i a& aminosyran serin ersä&s med glycin vilket gör a& veckningen av hela proteinet blir felakEgt. Mer läsning om de#a: § § § h&p://physrev.physiology.org/content/91/3/795 h&p://www.sciencedirect.com/science/arEcle/pii/S0925443901000783 h&p://www.scq.ubc.ca/islet-‐amyloid-‐a-‐culprit-‐in-‐type-‐2-‐diabetes/ Denaturering av proteiner Denaturering av proteiner innebär att de förlorar sin 3-dimensionella struktur ü Proteiner kan denatureras vilket innebär a& de veckas ut och förlorar sin 3-‐dimensionella struktur (även DNA, RNA och andra molekyler kan denatureras). Om proteinet förlorar sin 3-‐ dimensionella struktur innebär det även a& proteinet förlorar sin funkEon. Proteinet fungerar som det ska pH, värme, salt, alkoholer etc. Denaturering Proteinet fungerar ej Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/ media/File:Process_of_DenaturaEon.svg Olika faktorer som orsakar denaturering av proteiner Faktorer: Bindningar som bryts: Värme Vätebindningar, hydrofoba interakEoner Syror och baser (förändring i pH) Jonbindningar (saltbryggor), vätebindningar Alkoholer Vätebindningar Salter Vätebindningar med omgivande va&enmolekyler Mekanism: Bindningarna i proteinet (vätebindningar och hydrofoba interakEoner) börjar vibrera så kra/igt a& de Ellslut brister. Sidokedjornas laddningar förändras etc. vilket gör a& jonbindningar och vätebindningar upplöses. Alkoholmolekylerna binder Ell polära sidokedjor i proteinet med vätebindningar vilket bryter existerande vätebindningar mellan olika sidokedjor. De va&enmolekyler som omgärdar proteinet bidrar Ell struktur. Va&enmolekylerna binder med proteinets vätebindningar Ell de polära sidokedjorna vilket stabiliserar proteinets struktur, samEdigt så ser va&net Ell a& de hydrofoba sidokedjorna är vända inåt mot proteinets centrum. Vid hög saltkoncentraEon kommer jonerna i saltet a&rahera de va&enmolekyler som omgärdar proteinet. När va&enmolekylerna lämnar proteinet kommer strukturen inte kunna bibehållas och proteinet denatureras. För lågt eller för högt pH-värde upplöser jonbindningar (saltbryggor) i proteinet Medelhögt pH-‐värde (t.ex. fysiologiskt p H-‐värde på 7,4): Ingen jonbindning mellan sidokedjor H+ Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Cl-‐ Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Jonbindning mellan sidokedjor Proteinets ryggrad Högt pH-‐värde (t.ex. ;llsa#s av NaOH): Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Lågt pH-‐värde (t.ex. ;llsa#s av HCl): H+ + OH-‐ H2O Ingen jonbindning mellan sidokedjor Proteinets ryggrad Na+ För lågt eller för högt pH-värde upplöser vätebindningar i proteinet Medelhögt pH-‐värde (t.ex. fysiologiskt p H-‐värde på 7,4): Cl-‐ Ingen vätebindning mellan sidokedjor Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad H+ Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Vätebindning mellan sidokedjor Proteinets ryggrad Högt pH-‐värde (t.ex. ;llsa#s av NaOH): Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad Lågt pH-‐värde (t.ex. ;llsa#s av HCl): H+ + OH-‐ -‐ -‐ z H2O Ingen vätebindning mellan sidokedjor Proteinets ryggrad Na+ Sammanfattning över hur pH-värdet påverkar proteinerna Lågt pH-‐värde: Proteinet denaturerar och förlorar sin funkEon pH-‐värde: Medelhögt Många v äte-‐ och jonbindningar Proteinet bibehåller sin struktur och därmed även sina funkEoner Högt pH-‐värde: Proteinet denaturerar och förlorar sin funkEon Mer om denaturering av proteiner ü Primärstrukturen förstörs aldrig även om proteinet denatureras. Det är bara själva veckningen av proteinet som förstörs. ü Proteiner med disulfidbryggor är mer resistenta mot denaturering e/ersom disulfidbryggor utgöras av starka kovalenta bindningar. De proteiner vi får i ü Saltsyra denaturerar proteiner i magsäcken: oss via födan spjälkas Ell fria aminosyror med hjälp av enzymer i mag-‐/tarmkanalen (t.ex. pepsin). Spjälkningen av dessa proteiner I magsäcken sker underlä&as om proteinerna först denatureras. denatureringen med hjälp av saltsyra (som s änker pH-‐värdet). Saltsyra Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/ media/File:Process_of_DenaturaEon.svg Denaturering av proteinerna i ägg ü Proteinerna i äggvitan genomgår denaturering när ägget kokas. Värmen bryter de bindningar som håller ihop den 3-‐ dimensionella strukturen. ü När bindningarna bryts kommer proteinerna veckas ut och då kommer även lösligheten påverkas negaEvt. Proteinerna kommer nu ”klumpa” ihop sig med varandra istället för a& binda Ell va&enmolekylerna. Man säger a& proteinet ”fälls ut” e/ersom vi kan se proteinerna när det är många proteiner som si&er ihop med varandra. Bildkälla: "Protein DenaturaEon" by RMADLA -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 3.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Protein_DenaturaEon.png#/media/File:Protein_DenaturaEon.png Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: h#p://www.youtube.com/Kemilek;oner h#p://www.youtube.com/Medicinlek;oner
© Copyright 2024