BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT PROTEINER OCH ENZYMER (sid )

Transkript

1 BASÅRET KEMI B BIOKEMI PROTEINER OCH ENZYMER (sid )

2 Hur lätt blir det fel i strukturen? ganska stora skillnader i sekvens - ganska lika strukturer proteinerna är bara identiska i 27 av ca 145 positioner Myoglobin Hemoglobin Många byten är konservativa och de viktigaste krafterna för att bilda en viss struktur finns kvar

3 SICKEL-CELL ANEMI bara en polär aminosyra fel!!! hemoglobin friska normala blodkroppar glutaminsyra (E) -(CH2)2 -COOpolär valin (V) -CH-(CH3)2 opolär klumpar ihop sig till långa kedjor proteinmolekylerna aggregerar och vilket förstör formen på den röda blodkroppen Aminosyrasekvensen bestämmer proteinets 3D struktur, som i sin tur bestämmer dess biologisk funktion.

4 GALNA KOSJUKAN - ETT STRUKTUR PROBLEM? Prion proteinet (PrP) PrPC, löslig cellulär form PrPSc + PrpC ----> 2 PrPSc PrPSc,olöslig och bildar peptide aggregat scrapie plack

5 Varför är 3D strukturen, så viktig för de flesta proteiners funktion? Proteiner fungerar genom att binda andra molekyler. Bindningen är ofta mycket exakt, som när ett enzym binder till sitt substrat, men också när ett protein binder till Kymotrypsins bindningsställe antikroppar binder och märker in inkräktare så att resten av immunförsvaret kan ta hand om dem receptorer binder molekyler med budskap och förmedlar signalen till cellen transport hemoglobin binder syre i lungorna för transport till andra vävnader Många proteiner behöver sk ko-faktorer för att kunna fungera

6 HUR FORMAS PROTEINETS 3D-STRUKTUR? VAR I PROTEINET HITTAR VI LADDADE, POLÄRA RESPEKTIVE OPOLÄRA (HYDROFOBA) AMINOSYROR? Hemoglobin

7 VATTEN är viktigt!!!! Vatten är en dipol väte-bindning mellan två vattenmolekyler Vatten gillar att vara ihop med vatten Varje vattenmolekyl kan väte-binda 4 andra.

8 Strukturen hos alla makromolekyler beror på detta!!!! NaCl löser sig lätt i vatten Men opolära (hydrofoba) föreningar gör det inte

9 Den hydrofoba effekten Leder till att polypeptiden veckar sig så att de opolära grupperna återfinns i det inre av ett protein, avskärmade från vatten, medan de polära aminosyrorna är på utsidan och bildar väte-bindingar med vatten Ett system (en samling ämnen) strävar efter att nå en minskad entalpi (ΔH, lägre energi) och ökad entropi (ΔS, oordning).

10 Polypeptidkedjan antar sin 3D-struktur spontant Strukturen bestäms helt av aminosyrorna och i vilken ordning, som aminosyrorna sitter i polypeptiden Det som driver polypeptiden att vecka sig är den hydrofoba effekten Myoglobin

11 Även integrala membranproteiner hålls i membranet genom hydrofoba bindningar Mellan lipiderna i membranet och proteinets hydrofoba domäner t. ex R-grupperna hos aminosyrorna. lika löser lika hydrofoba effekten glycophorin

12 Denaturering När rymdstrukturen ändras så förlorar proteinet sin funktion det kan hända om man värmer en proteinlösning ger ökad rörlighet hos proteinkedjan ändrar ph medför ändrade laddningar på sura och basiska R-grupper gör lösningen mer opolär ger ökad löslighet hos opolära R-grupper koka ägg?

13 Aminosyror är av dubbel-natur, Både bas och syra, men laddningen är beroende av ph i lösningen vid lågt ph vid högt ph GLYCIN nettoladdning: pi = 5,9 vid ett visst ph är aminosyrans nettoladdning 0 detta ph-värde kallas isoelektriskpunkt (pi)

14 ÄVEN PROTEINER HAR LADDNING Proteiners laddning beror bara på R-gruppen de basiska K, R och H bidrar med positiv laddning till proteinet de sura aminosyrorna D och E bidrar med negativ laddning till proteinet

15 men också på ph vid lågt ph GLUTAMAT vid högt ph Nettoladdning: pi = 3,2 R-grupp Eftersom laddningen i varje R-grupp uppkommer genom protolys (protonering eller deprotonering) är ett proteins nettoladdning beroende av ph en proton (H + ) förloras vid deprotonering (vinns åter vid protonering)

16 En dipeptids laddning vid olika ph Lysin-glutamat isoelektriska punkten för lysin-glutamat 7,45

17 Vilken nettoladdning har peptiden? Vilken är den isoelektriska punkten? ph i lösningen = 7.0

18 Proteinets isoelektriska punkt Vid ett visst ph, som är specifikt för varje protein, är summan av negativa laddningar lika med summan av positiva laddningar och proteinets nettoladdning är då noll.

19 ENZYMER Livets katalysatorer Enzym från grekiskan en = i och zym = jäst Detta namn föreslogs efter den komponent i jäst som påskyndar, dvs katalyserar jäsnings processen.

20 En spontan kemisk reaktion A + B C För att substraten A och B ska omvandlas till produkten C när de krockar krävs att de har en viss energi - Aktiveringsenergi Vad kan vi göra för att A och B snabbare ska bilda C?

21 En katalysator - kan påskynda en reaktionen Katalysatorer sänker aktiveringsenergin utan att själva förbrukas Aktiverings energi utan katalysator Energi S P Aktiverings energi med katalysator Vilka egenskaper har en katalysator?

22 Effektiva dvs bra på att öka hastigheten i en reaktion Karbanhydras är ett av de mest aktiva enzymer man känner till. Detta enzym, som finns i blodet, katalyserar hydratisering av koldioxid. CO 2 (substrat) + H 2 O H 2 CO 3 Tack vare karbanhydras hydratiseras 4 x 10 7 molekyler koldioxid per minut. Detta är ungefär 10 miljoner ggr snabbare än den okatalyserade rx!!! Därför är nästan alla rx i cellen är katalyserade av enzymer

23 Specifika Aktiva centrumet är format så att bara vissa molekyler passar Kymotrypsin utsöndras i bukspottkörteln och katalyserar nedbrytningen av proteiner, som vi intar via födan. primärstruktur Uppförstoring av det aktiva centrumet i kymotrypsin (Ser, His, Asp)

24 Enzymreaktioner regleras - regulatorenzym Cellen nyttjar maximal ekonomi! Anpassar sin ämnesomsättning efter tillgång och behov nyckelreaktioner A B C D P! Feedback-reglering

25 ENZYMER verkar genom att - sänka aktiverings energin - enzymet ändrar reaktionsvägen - håller substraten orienterade i förhållande till varandra, så att reaktionen underlättas Enzymer är biologiska katalysatorer. Ribosomen är ett enzym. Den har två subenheter, lilla och stora subenheten Nästan alla enzymer i cellen är proteiner.

26 Enzymet är mycket större än substratet Hela enzymet deltar inte i katalysen. Katalysen sker i enzymets aktiva centrum. hexokinas ex. karbanhydras g/mol (enzym) CO 2 44 g/mol (substrat) enzym + substrat

27 Två substrat kan binda in till ett enzym De reaktiva grupperna är då placerade nära varandra substrat 1 substrat 1+ 2 Ett enzym reagerar mycket snabbare, när ett substrat bundit, än om de är fria

28 Aktivt centrum I ett aktivt centrum finns grupper, som binder substratet och som katalyserar reaktionen - dessa grupper är de funktionella grupperna (R-grupperna) hos aminosyrorna runt det aktiva centret - de kan också vara metalljoner eller andra föreningar t. ex vitaminer sk kofaktorer - aktiva centrum har en mycket väldefinierad rymdstruktur - i många fall ändras proteinstrukturen i det aktiva centret, när substratet binds, så att den perfekta passningen blir möjlig - sänker övergångstillståndet transition state när enzymet omvandlar substrat till produkt

29 Kofaktorer Många proteiner behöver kofaktorer (något extra) för att klara av att göra sitt jobb, ex NAD och FAD Metalljoner används som kofaktorer av enzymer, men också av andra proteiner Cu 2+ Fe 2+ och Fe 3+ Mg 2+ Mn 2+ Mol Ni 2+ Se Zn 2+

30 Ett enzym kan PÅVERKAS S E P A) Koncentrationen av ett enzym är proportionell mot reaktionshastigheten. B) Om koncentrationen av ett substrat ökar, så ökar reaktionshastigheten tills enzymet är mättat. C) Om den yttre miljön t.ex. ph eller temperatur ändras, sker denaturering vid 60 C och ph optimum. D) tillsats av hämmare - negativ påverkan av specifika föreningar

31 Klassifiering av enzymer enligt katalyserad reaktion 1. Oxidoreduktaser - oxidationer och reduktioner 2. Transferaser - överföring av grupper 3. Hydrolaser - spjälkning mha vatten 4. Lyaser - addition till dubbelbindning/ bildande av dubbelbindning 5. Isomeraser - isomeriseringar 6. Ligaser - bildande av C-C, C-S, C-O, C-N i reaktioner som kräver ATP

32 UNDERSÖKNING AV PROTEINER kromatografi och elektofores Proteiner måste isoleras för att kunna studeras 1. Källa, organism Djur, växt eller bakterie celler 2. Sönderdela celler med tex mortel, mixer 3. Separera lösliga delar från olösliga delar d.v.s membranproteiner från lösliga proteiner. Detta görs genom olika sorters centrifugeringar. 4. Separera proteiner m.h.a olika typer av kolonner, som kan binda proteiner Ett isolerat protein kan studeras på flera olika sätt

33 Proteiner kan separeras ifrån varandra? Kromatografimetoder Vätskekromatografi (pappers- och tunnskikts- Kromatografi) Kolonnkromatografi (HPLC, gaskromatografi mfl) Botanisten Tswett i början av 1900-talet.

34 Tre typer av kromatografi, som är vanlig vid isolering av proteiner 1. Jonbyteskromatografi 2. Gelfiltrering 3. Affinitetskromatografi En stationär och en rörlig fas

35 JONBYTESKROMATOGRAFI Separerar molekyler med avseende på laddning Anjonbytare - separerar proteiner med neg. laddning Katjonbytare - separerar proteiner med pos. laddning Eluering vid ändrat ph eller med salt.

36 GELFILTRERING Separerar molekyler med avseende på storlek

37 AFFINITESKROMATOGRAFI Separerar molekyler med avseende på biologisk aktivitet

38 ELEKTROFORES Lösningen av proteiner vandrar genom en finmaskig gel i ett elektriskt fält. För att se proteinerna måste de färgas. Används t.ex. för att analysera om man lyckats isolera sitt protein och för att bestämma storleken av proteinet.

39 TACK FÖR I DAG!