Biochemie-2-2-proteiny-cz 1
Biochemie
2. 2 Struktura a
funkce proteinů
http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:PBB_Pr
otein_VWF_image.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 2
Proteiny – klíčové vlastnosti- široký
rozsah funkcí
1. Proteiny jsou lineární polymery sestavené z monomerních jednotek
aminokyselin – spontánně složeny do prostorových struktur
2. Proteiny obsahují velké množství funkčních skupin- alkoholy,
thioly, thioethery, karboxylové kyseliny, karboamidy, a další
základní
skupiny - např. chemická reaktivita nezbytná pro funkci proteinů
3. Proteiny mohou interagovat spolu navzájem, s dalšími biologickými
makromolekulami za vzniku komplexních struktur
4. Některé proteiny jsou rigidní, zatímco ostatní vykazují určitou
flexibilitu- strukturlní elementy v cytoskeletu
Biochemie-2-2-proteiny-cz 3
Funkce proteinů
 1) Katalýza – Enzymy (proteiny, které řídí a urychlují 1000
biochem. reakcí, mírné podmínky, teplota)
 2) Struktura (strukturní materiály, poskytují ochranu a
podporu, specifické pvlastnosti – kolagen, elastin, fibroin)
 3) Pohyb (všechny typy pohybu v buňce, aktin, tubulin, další
cytoskeletární proteiny)
 4) Obrana (protekce, keratocyty v kůži, proteiny krevní
srážlivosti-fibrinogen, trombin; imunoglobuliny)
 5) Regulace (hormony inzulin, gluckagon, růstový hormon)
 6) Transport (nosiče molekul nebo iontů přes membránu,
Na+K+ATPáza, glukózový přenašeč, hemoglobin, lipoproteiny)
TEST
Biochemie-2-2-proteiny-cz 4
http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_stru
cture#mediaviewer/File:Main_protein_
structure_levels_en.svg
Úrovně popisu organismu –
velikost proteinů
jednoduché
molekuly, atomy
makromolekulární
látky (proteiny,
polysacharidy)
buňky
orgány
Biochemie-2-2-proteiny-cz 5
Proteiny – nativní konformace
• proteiny jsou molekuly s velmi složitou strukturou
• po syntéze polypetidu, se řetězec skládá do své
přirozené (nativní) konformace - trojrozměrná
struktura s nejnižší energií
- stav, kdy může protein plnit svojí biologickou funkci
funkční protein
nefunkční rozbalený
polypeptidový řetězecBiochemie-2-2-proteiny-cz 6
Skládání proteinů
C CNH3
+
OH
C C
CH2
N
O
HH
C C
H
N
O
HHCH2
CH2
C O
NH2
SH
C C
CH2
N
O
HH
C C
H
N
O
O
-
CH2H
OH
-Gln-Cys-Gly-Ser-Pherůzné
úrovně pohledu na proteiny
protein jako celek – kvartérní struktura
kostra proteinu – aminokyselinové složení
primární struktura
terciární
struktura
sekundární
struktura
1 2
3
4
Biochemie-2-2-proteiny-cz 7
Biochemie-2-2-proteiny-cz 8
1) Primární struktura
• pořadí (sekvence) aminokyselin
• polypeptidový řetězec, ve kterém jsou aminokyseliny spojeny
peptidovou (kovalentní) vazbou
• primární struktura proteinů je přímý obraz genetické
informace
• základní řetězec, pořadí a typy aminokyselin určují, jak
bude protein prostorově uspořádán
(např. hydrofobní postranní řetězce aminokyselin se shlukují
uvnitř proteinů, aby se nedostaly do styku s vodou)
• záměna jen jedné aminokyseliny může způsobit nefunkčnost
proteinu (př. srpkovitá anemie)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 9
Biochemie-2-2-proteiny-cz 10
Primární struktura
http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/=Texty/04
-Peptidy/04-Peptidy_soubory/image019.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 11
Peptidová vazba – trans konfigurace
http://oldweb.izip.cz/ds3/hypertext/AJDOB.htm
http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/=Texty/04-
Peptidy/04-Peptidy.htm
Biochemie-2-2-proteiny-cz 12
Peptidové vazba ležící v rovině zaujímají torzní úhel
http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/=Texty/04
-Peptidy/04-Peptidy.htm
2) Sekundární struktura
 polypetidové řetězce se
skládají do několika
strukturních prvků
 dva základní jsou: α-helix
(šroubovice) a β-skládaný
list, ale existují i další
 sekundární strukturu
stabilizují H-můstky
(vodíkové vazby)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 13
Biochemie-2-2-proteiny-cz 14
Sekundární struktura proteinů
• Vyjadřuje místní konformaci některých částí
polypeptidového řetězce
Typy:
• α helix
• ß skládaný list
• ß smyčka
• Vodíková vazba
• mezi karbonylovou skupinou a N-H v polypeptidu
Pauling and Corey
Předpověděli existenci těch sekundírních struktur v roce
1951, několik let před tím než byla objasněna struktura
prvního proteinu
Primární struktura hovězího
insulinu
First protein to be fully sequenced (by
Fred Sanger in 1953). For this, he won his
first Nobel Prize (his second was for the
Sanger dideoxy method of DNA
sequencing).
15Biochemie-2-2-proteiny-cz
16
Bovinní insulin: AMK sekvence
1953, Fred Sanger stanovil sekvenci inzulinu, mezník!
Ukázáno vůbec poprvé, že protein má přesně definovanou sekvenci
Také dokázáno, že jsou přítomny pouze L-aminokyseliny spojené
peptidickou vazbou
Nyní je známa AMK sekvence > 100,000 proteinů
1950-1960 léta: studie rovněž dokázaly genetické ovlivnění
sekvence
Každá z 20 AMK je kódována jednou nebo více specifickými
sekvencemi 3 nukleotidů. http://cnx.org/resources/20a380bd2
28cff5ec1a23622e0d2a596/Figure_
03_04_04.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz
Biochemie-2-2-proteiny-cz 17
α - helix
-Rigidní vláknitá struktura,
- pravotočivá spirálovitá
konformace
- 3.6 AMK na jednu otočku
-Vodíkové vazby mezi N-H
skupinou každé AMK a CO
skupinou vzdálenou o 4 AMK
- kolagen –prolin – levotočivá
helix
-Nabité AMK a Try jsou
inkompatibilní s α - helix
http://biochemistrycourse.blogspot.cz/2011/05/secondary-
structure-of-proteins.html
Biochemie-2-2-proteiny-cz 18
Ferritin, zásobní forma železa
75% α helix
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons
/thumb/6/67/Ferritin.png/1024px-Ferritin.png
Biochemie-2-2-proteiny-cz 19
α – helix v hemoglobinu
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thum
b/3/3d/1GZX_Haemoglobin.png/1024px-
1GZX_Haemoglobin.png
α-helix
v proteinech pravotočivá
šroubovice
H-můstky
spojují skupiny
CO a NH uvnitř
řetězce
postranní řetězce
směřují ven,
v důsledku
sterických zábran
Biochemie-2-2-proteiny-cz 20
Keratin a kolagen
tyto dva proteiny jsou složeny ze šroubovic, které se
ještě stáčejí kolem sebe a tvoří pevná vlákna
kolagen – protein
kostí, zubů a šlach,
v tahu je pevný
stejně jako ocel
keratin se vyskytuje
např. ve vlasech, v
pokožce, nehtech,
rohovině nebo v peří
šroubovice stočené
kolem sebe tvoří
terciární strukturu
Biochemie-2-2-proteiny-cz 21
Biochemie-2-2-proteiny-cz 22
Super helix: alfa helikálně svinutá α - helix
Může být dlouhá až1000 Å, velmi stabilní
Helikální struktura v těchto proteinech zastává mechanickou roli,
Tvoří pevné svazky vláken
Výskyt: • myosin a tropomyosin ve svalech,
• fibrin v krevních sraženinách,
• keratin ve vlasech, ostnech, drápech,
kopytech, rozích
• intermediární filamenta (cytoskelet)
https://encrypted-
tbn3.gstatic.com/images?q=t
bn:ANd9GcRKvj5SJ2wEx5l
YPSckj_67gVqTt7wfstKhF
NJzbqDshdF4ZiCJRQ
Biochemie-2-2-proteiny-cz 23
β – skládaný list
-Dva a více polypeptidových řetězců
seřazené vedle sebe
-Každý řetězec je plně prodloužený
-Vodíkové vazby mezi polypeptidovými
N-H and CO skupin sousedních řetězců
-Paralelní (stejný směr)
-Antiparalelní (opačný směr)
http://www.pnas.org/c
ontent/98/21/11955/F6
.large.jpg
http://biology.kenyo
n.edu/courses/biol6
3/dna-prot/dna-
prot.htm
Biochemie-2-2-proteiny-cz 24
Antiparalelní beta list
Řetězce spojené H – můstky mezi protějšími aminokyselinami
http://biologicalphysics.iop.org/cws/a
rticle/lectures/46259
Biochemie-2-2-proteiny-cz 25
Paralelní beta list
Řetězce spojené H – můstky mezi AMK jednoho řetězce a dvěma
různými AMK sousedního řetězce
http://biologicalph
ysics.iop.org/cws/a
rticle/lectures/4625
9
Biochemie-2-2-proteiny-cz 26
Struktura smíšeného beta listu
http://biologicalphysics.iop.org
/cws/article/lectures/46259
Biochemie-2-2-proteiny-cz 27
Protein vázající mastné kyseliny
Bohatý na beta listy
Šipky směřují k
C- konci řetězce
http://quizlet.com/15083412/bi
ochem-lecture-7-flash-cards/
β-skládaný list
H-můstky opět mezi skupinami CO a NH
postranní řetězce
vyčnívají střídavě na
opačné strany
řetězce, kvůli
sterickým zábranám
Biochemie-2-2-proteiny-cz 28
schematické značení
skládaného listu
H-můstky spojují
sousední řetězce
Biochemie-2-2-proteiny-cz 29
Titin
největší známý polypetidový řetězec, spolu s
aktinem a myosinem ve svalech obratlovců
funkce ještě není úplně prozkoumaná –
zřejmě kontroluje činnost aktinu a myosinu,
prodlužování a zkracování sarkomery
mutace v
aminokyselinové
sekvenci způsobuje
onemocnění svalů
včetně srdce
skládá se
převážně ze
skládaných listů
Biochemie-2-2-proteiny-cz 30
Biochemie-2-2-proteiny-cz 31
Otočení, vlásenka
H- můstek
http://quizlet.com/150834
12/biochem-lecture-7-
flash-cards/
Biochemie-2-2-proteiny-cz 32
β - otočení
http://e106.life.nctu.edu.tw/~hwhuang/dssp/
type2turn.gif
Biochemie-2-2-proteiny-cz 33
Supersekundární
struktury
• Globulární
proteiny: kombinace
a-helix
and b-listu
http://ictwiki.iitk.ernet.in/wiki/im
ages/thumb/Rbr79.png/480px-
Rbr79.png
3) Terciární struktura
• uspořádání sekundárních struktur v prostoru
• skládání proteinů v prostoru ovlivňují
především interakce postranních řetězců
aminokyselin
• sekundární struktury nejsou spojeny
kovalentně
• stabilizují je: H-můstky, elektrostatické
interakce (iontové síly, dipól-dipól), van der
Waalsovy interakce, disulfidové vazby,
hydrofobní interakce
Biochemie-2-2-proteiny-cz 34
Disulfidový můstek a vznik cystinu
CH
CH2
SH
CH
CH2
SH
+
oxidace
redukce
CH
CH2
S
CH
CH2
S
postranní řetězce
cysteinu v proteinu
jednoduchá
kovalentní
vazba
výrazná stabilizace
terciární struktury
proteinů
SH skupina se oxiduje a redukuje tak jiné látky, např. H2O2
– boj proti oxidativnímu stresu (glutathion)
Oxidace a redukce disulfidového můstku
je principem účesu zvaného trvalá.
Biochemie-2-2-proteiny-cz 35
Interakce terciární
struktury
polypeptidový
řetězec
Biochemie-2-2-proteiny-cz 36
Trypsin
pankreatický enzym
štěpící bílkoviny, které
už částečně natrávila
kyselina chlorovodíková
a pepsin v žaludku
terciární struktura trypsinu –
prostorové uspořádání motivů
sekundární struktury: α-helixů a
skládaných listů Biochemie-2-2-proteiny-cz 37
4) Kvartérní struktura
• většina proteinů se skládá z
více než jednoho
polypetidového řetězce
• uspořádání řetězců v
prostoru - kvartérní
struktura
Proteiny se zpravidla skládají tak, že hydrofobní zbytky
aminokyselin jsou uzavřené uvnitř a hydrofilní části jsou na
povrchu proteinu. Záleží však na prostředí, ve kterém se protein
nachází (vodný roztok, membrána …).
Biochemie-2-2-proteiny-cz 38
Hemoglobin – přenašeč O2 a CO2
hem je uzavřen uvnitř podjednotky,
v hydrofobním prostředí
skládá se ze 4
podjednotek
každá obsahuje 1 hemovou skupinu
Biochemie-2-2-proteiny-cz 39
Biochemie-2-2-proteiny-cz 40
Shrnutí: struktura a funkce
proteinů
Proteiny jsou nejvšestrannějšími
makromolekulami v živých systémech
a mají klíčové funkce v podstatě ve všech
biologických procesech
3.1 Proteiny se skládají z 21 AMK
3.2 Primární struktura: aminokyseliny spojené peptidovou vazbou
tvoří polypeptidový řetězec
3.3 Sekundární struktura: polypeptidové řetězce se sbalují do pravidelných
struktur jako alfa helix, beta list, & obraty & smyčky
3.4 Terciární struktura: ve vodě rozpustné proteiny se sbalují
do kompaktrních struktur s nepolárním jádrem
3.5 Kvartérní struktura: polypeptidové řetězce se mohou seskupovat
do více jednotkových struktur
3.6 Sekvence aminokyselin v proteinu určuje jeho trojrozměrnou strukturu
http://www.brighthub.com/science/g
enetics/articles/21915.aspx
Proteiny jako proměnlivé struktury
• každý protein má určitou prostorovou strukturu (z ní plyne
jeho funkce)
• př.: hemoglobin, princip svalového stahu a mnoha
enzymatických reakcí
• struktura není
neměnná – po
navázání nějaké
látky (ligandu) se
může prostorové
uspořádání
pozměnit
Biochemie-2-2-proteiny-cz 41
Skupiny proteinů
• proteiny jsou velká skupina látek
• rozdělujeme je do mnoha skupin podle
různých hledisek:
podle tvaru (globulární a fibrilární)
podle složení (jednoduché a složené)
podle funkce (strukturní, regulační,
zásobní, signální, receptorové,
enzymy a mnoho a mnoho dalších)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 42
Vlákno nebo klubko
globulární proteiny
kulovité, ve vodě rozpustné
enzymy, transportní proteiny,
receptory, imunoglobuliny
příklady: hemoglobin, titin, trypsin,
alkohol dehydrogenáza (na obr.),
aktin, myosin
fibrilární proteiny
vláknité, nerozpustné ve vodě
proteiny kůže, šlach, kostí
příklady: keratin, kolagen,
fibroin (hedvábí), elastin
(elastické vazy, stěny plic
atd..), fibrin (srážení krve,
na obr.)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 43
Biochemie-2-2-proteiny-cz 44
Vláknité a globularní proteiny
• VLÁKNITÉ – Vysoký podíl sekundárních struktur (ahelix,
b-list)
- dlouhé tyčovité, ploché molekuly,
- Nerozpustné ve vodě, fyzikálně tuhé, keratin (kůže, vlasy,
nehty)
- a-keratin, kolagen, fibroin (hedvábí)
- STRUKTURÁLNÍ, OCHRANNÁ FUNKCE
• GLOBULARNÍ
- kompaktní sférické molekuly, většinou ve vodě rozpustné,
- DYNAMICKÁ funkce: ENZYMY, imunoglobuliny,
TRANSPORT
- dutiny, štěrbiny – komplementární k LIGANDU
- Hemoglobin
Biochemie-2-2-proteiny-cz 45
a-keratin
• Vlasy, vlna, kůže, nehty
• α-helikální polypeptidy
• 3 α helicalní řetězce – levotočivá
superhelikální struktura – protofibrila
• Microfibrila
• Macrifibrila
• AA- ne prolin, Ala, Leu; vnější zbytky –
ve vodě nerozpustné; tvrdý keratin disulfid
(oxidace)…
http://dwiputranto.files.wordpress.com/
2008/06/picture2.png
Biochemie-2-2-proteiny-cz 46
Kolagen
• Hojně se vyskytující u obratlovců
• Buňky pojivové tkáně, sekretován do
extracelulární matrix
• Výskyt: kůže, kosti, šlachy, krevní cévy
• 3 levotočivé šroubovice, zatočené kolem sebe →
pravotočivá superhelix
• AA – 30% glycin, 30% prolin, 4-hydroxyprolin
• ER hydroxylace Pro a Lys
• Opakování tripletů: Gly-X-Y (X,Y často Pro,
Hydro-Pro), Y – hydroxy-Lys
http://www.biog1445.org/med
ia/collagen.jpg
Proteiny jednoduché a složené
• proteiny jsou biologicky aktivní jen ve svém nativním
stavu mohou být a) jednoduché, b) složené
b) protein má 2 složky:
polypeptidový řetězec a
nebílkovinnou složku
a) makromolekula tvořená
jen polypeptidovým řetězcem
(v nativní konformaci)
př.: fibrilární proteiny, albuminy
(proteiny krevního séra), histony
(v jádře se vážou na DNA) transferin –
přenáší v těle
atomy železa
(nebílkovinná
složka)
př. složených proteinů:
glykoproteiny (cukerná složka),
lipoproteiny (lipidová složka) a další
myoglobin
skladování kyslíku
ve svalech
Biochemie-2-2-proteiny-cz 47
K čemu slouží proteiny v organismech?
(rozdělení dle funkce)
Proteiny zastávají mnoho a mnoho rozdílných rolí:
1) biokatalyzátory (enzymy) – pepsin, trypsin a
další trávicí enzymy, DNA-polymeráza (syntéza
DNA), alkohol dehydrogenáza (odbourávání
alkoholu)
2) strukturní proteiny – mechanická podpora
buněk a tkání; př.: keratin (vlasy), elastin a
kolagen (vlákna ve šlachách a vazivu), aktin
(plasmatická membrána buněk)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 48
Další funkce proteinů
3) transportní proteiny – přenášejí
po těle různé látky př.: hemoglobin,
transferin, albuminy (v
krevním séru přenos lipidů),
cytochrom c (přenos elektrony v
dýchacím řetězci)
4) pohybové proteiny – např.
myosin, ale i další (kinesin
pohybuje organelami v buňkách)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 49
Další funkce proteinů
5) zásobní proteiny – ferritin ukládá Fe v játrech,
ovalbumin (zásoba aminokyselin ve vaječném bílku),
kasein (zásoba aminokyselin pro novorozence v
mléce)
6) signální proteiny – některé hormony
(např. insulin) a růstové faktory jsou
proteiny
7) receptory – rhodopsin v oční sliznici a mnoho
dalších receptorů v membránách buněk
a další a další proteiny a funkce..
8) proteinové jedy – např. bakterie Vibrio cholerae
syntetizuje protein → toxin způsobující choleru, nebo hadí
jedy Biochemie-2-2-proteiny-cz 50
Biochemie-3-1-proteiny-cz 51
Konformace proteinů
• Prostorové uspořádání atomů v proteinu, rotace
kolem jednoduchých vazeb, termodynamicky
stabilnější, nižší Gibsonova volná energie
• Nativní proteiny
• Proteiny jsou stabilizovány různými SLABÝMI interakcemi
• Hydrofóbní interakce jsou nejčastější – globularní formy
rozpustnějších proteinů
• Vodíkové vazby a iontové vazby využívají různorodé strukturytermodynamicky
stabilnější
3D struktury
 Konformace proteinů (kovalentní vazby, volná rotace,
neomezený počet konformací)
 Každý protein má specifickou chemickou nebo strukturální
funkci, ž čehož plyne, že má každý jedinečnou 3D strukturu
Biochemie-2-2-proteiny-cz 51
Biochemie-2-2-proteiny-cz 52
Pět tezí o 3D struktuře proteinů
1. 3D struktura je dána sekvencí aminokyselin
2. Funkce proteinů záleží na jejich struktuře
3. Izolovaný protein zaujímá 1 nebo malé množství
stabilních strukturních forem
4. Nejdůležitější síly – nekovalentní interakce
5. Běžné strukturní vzory
Každý protein má svou 3D strukturu, která odráží jeho
funkci.
Biochemie-2-2-proteiny-cz 53
Alternativní konformace: kontext
beta list alfa helix
Stejná sekvence
Terciární interakce (mezi vzdálenými zbytk) oblivňují sekundární strukturu
http://www.learner.org/courses/p
hysics/visual/img_half/protein_f
olding.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 54
Interakce stabilizující terciární
strukturu
 Hydrofóbní interakce (hydrofóbní postranní
řetězce – blízkost, vyloučení vody, sbalování
globulárních proteinů)
 Elektrostatické interakce mezi iontovými
skupinami
 Vodíkové vazby
 Kovalentní vazby (disulfidické můstky)
TEST
Biochemie-2-2-proteiny-cz 55
https://kimberlybiochemist.fil
es.wordpress.com/2013/03/ter
tiary_structure.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 56
Tertiarní struktura, myoglobin, schématicky
Převládá α-helix,
celkem = 8 helix
(75% hlavního řetězce)
Prostetická (pomocná)
skupina pro vazbu O2
Hemová skupina je
protoporphyrin IX,
& centrální atom železa
TEST
http://plaza.ufl.edu/tmullins/BCH3023/i
mages/CH20/F2012.jpg
http://chemed.chem.purdue.edu/genche
m/topicreview/bp/1biochem/graphics/13
.gif
Biochemie-2-2-proteiny-cz 57
Zastoupení AMK v myoglobinu
Žluté: hydrofóbní AMK
Modré: nabité AMK
Bílé: ostatní AMK
Povrch, hlavně nabité AMK. Uvnitř, hlavně hydrofóbní AMK
http://1.bp.blogspot.com/-
jJqoNdNExQQ/TeaJAlOcZoI/AA
AAAAAAAF0/cJj-
4wQkD5k/s1600/figure+1.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 58
Porin: “naruby”
Membránový protein
http://1.bp.blogspot.com/-
mhX10OTP-
tQ/TeaJMY8YehI/AAAAAAAAAG
A/VjqbcKLtjMo/s1600/figure+4.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 59
Kvartérní struktura, tetramer
Lidský
hemoglobin,
Dvě alfa (červeně)
Dvě beta (žlutě)
Podjednotky,
4 hemové skupiny
Denaturace ~ ztráta
prostorového uspořádání
denaturace
skládání
proteinu
ztráta nativní konformace – postupné narušení vazeb
kvartérní, terciární a sekundární struktury
(H-můstky, Van der Waalsovy a hydrofobní interakce,
disulfidové vazby, …)
porušení nekovalentních vazeb
peptidové vazby zůstanou
zachovány (zbude
neuspořádaný
polypeptidový řetězec)
Biochemie-2-2-proteiny-cz 60
Denaturace
• nevratná – protein se nemůže složit do své nativní
konformace, jeho prostorové uspořádání je úplně
narušené
• v roztoku pak dojde k agregaci molekul denaturovaných
proteinů (důsledek narušení vyšších struktur) – vzniká
sraženina
denaturační čínidla:teplota
těžké kovy, soli
silné kyseliny a báze
některá organická rozpouštědla
redukční činidla (močovina)
a další..
Denaturovaný protein ztrácí svoji biologickou aktivitu!!
Biochemie-2-2-proteiny-cz 61
Využití denaturace
• vaření – vaření napomáhá trávení proteinů –
narušuje prostorové uspořádání proteinů,
trávicí enzymy pak mohou snadněji štěpit
peptidové vazby v základním řetězci
• výzkum
Biochemie-2-2-proteiny-cz 62
vratná denaturace - vysolování
• není denaturace
• nenarušuje se kvartérní, terciární, sekundární
ani primární struktura
• vratné
• způsobeno přídavkem některých solí –
rozpouštějí se ve vodě, ‘vychytávají‘ molekuly
H2O, které předtím rozpouštěly molekuly
proteinu
• ten se vysráží z roztoku ve formě svého
krystalu – základní metoda izolace proteinů
Biochemie-2-2-proteiny-cz 63
Biochemie-2-2-proteiny-cz 64
Denaturace a sbalování proteinů
 Denaturace – ztráta 3D struktury
 - částečně sbalený stav
- Fyzikální podmínky – T, teplo, mechanický stres (pěna –
vaječný bílek)
- Chemické podmínky:
- extrémní pH (silné kyseliny a zásady),
- Organická rozpouštědla (alkoholy, aceton),
- Určitě roztoky – močovina, chlorid guanidinu,
- detergenty
- Koncentrace soli, těžké kovy (Pb, Hg-anémie)
- Šetrné ošetření – ne kovalentní vazby
- Nemusí být ekvivalentní
Biochemie-2-2-proteiny-cz 65
Sekvence aminokyselin ovlivňuje 3D strukturu
Bovinní ribonukleasa, 1950, C. Anfinsenova práce
4 disulfidické vazby
124 AMK
Denaturace &
renaturace
http://oregonstate.edu/instruct/bb45
0/spring14/stryer7/2/figure_02_51.j
pg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 66
Redukce disulfidické vazby
beta-mercaptoethanol, redukovaný
oxidovaný
http://oregonstate.edu/instruct/bb
450/spring14/stryer7/2/figure_02
_52.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 67
Denaturační činidlo, močovina
http://0.tqn.com/d/chemistry/1/7/x/E/1/Ure
a.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 68
Denaturační činidlo, chlorid guanidinu
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/3/3a/Guanidinium_chloride.
png
Biochemie-2-2-proteiny-cz 69
Denaturační činidlo, beta mercaptoethanol
http://classconnection.s3.amazonaws.
com/956/flashcards/1438956/png/bet
a1334412888105.png
Biochemie-2-2-proteiny-cz 70
Ribonuclease: reduction & denaturation
http://oregonstate.edu/instruct/bb450/spri
ng14/stryer7/2/figure_02_53.jpg
Biochemie-2-2-proteiny-cz 71
Patologické důsledky porušení
konformace proteinů
 Prions
 Alzheimer disease
 Beta-Thalassemias
 A prion in the Scrapie form (PrPSc) is an
infectious agent composed of protein in a
misfolded form.
 Základ prionové teorie
 Nervové buňky savců obsahují tzv. prionové bílkoviny (v angl. literatuře je častá zkratka
PrP, případně PrPC pro zdravou buněčnou bílkovinu). Má se za to, že tyto prionové
bílkoviny hrají významnou úlohu při odpočinku a spánku.
 Prion (PrPSC) představuje vadnou formu této normální bílkoviny, od které se odlišuje
rozdílnou konformací (prostorovým uspořádáním). Důsledkem této změny konformace je
mimořádná odolnost vůči různým fyzikálním vlivům, prakticky absolutní odolnost proti
štěpným enzymům odklízejícím vadné bílkoviny a schopnost navazovat se na zdravé
formy prionových bílkovin a konvertovat je na svoji vadnou formu. Následkem je, že se v
buňce hromadí rostoucí chuchvalce propojených vadných molekul prionové bílkoviny,
kterých se buňka nedokáže zbavit, posléze je zcela zaplněna a uhyne.
 Předchozí část teorie je obecně přijímána. Navazující část je sice přijímána většinou
odborníků, nicméně ne absolutně. Ta předpokládá možnost přenosu prionových
onemocnění potravou nejen mezi jedinci jednoho druhu (což je též obecně přijímáno – v
případě nemoci kuru se to má za dostatečně podložené), ale i mezi jedinci různých druhů,
zejména pak se zdůrazňuje přenos ovce (scrapie) – kráva (bovinní spongiformní
encefalopatie) a kráva (BSE) – člověk (nová varianta CJD). Zde mají někteří vědci výhrady
a nepovažují tuto část teorie za dostatečně prokázanou.[
 K přenosům mezi druhy existuje několik předpokládaných obecností:
 šance na přenos mezi druhy je přímo úměrná podobnosti prionových bílkovin obou druhů
 největší šance na přenos skýtá konzumace mozku či jiných vysoce inervovaných tkání
 masožravci jsou obecně odolnější proti přenosu než býložravci.
Biochemie-2-2-proteiny-cz 72
Biochemie-2-2-proteiny-cz 73
Posttranslační modifikace proteinů
•Po syntéze proteinu je často k molekule připojena nebílkovinná složka.
•Některá OH skupina postranního řetězce (Ser, Thr...) je fosforylována.
•Přes dusík (Asn) nebo kyslík (Ser, Thr) je připojen oligosacharid
(glykoproteiny)
•Je připojen acyl mastné kyseliny (lipoprotein), nebo isotrenová skupina
(zakotvení proteinu v membráně)
•Je připojena prostetická skupina nutná pro katalytickou funkci (organická
molekula, iont kovu ...)
•Částečná proteolýza (inzulin, zymogeny (pepsinogen, chymotrypsinogen ...,
virové proteiny)
Zajímavé linky:
3D modely proteinů
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/structure
např. enzym aldolasa
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/mmdb/mmdbsrv.cgi?uid=69559
Nutné je mít nainstalován plug-in modul Cn3D:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/CN3D/cn3d.shtml
Aplikace umožňující porovnávat sekvence proteinů
http://www.jalview.org/examples/applets.html
http://www.wehi.edu.au/education/wehitv/
Biochemie-2-2-proteiny-cz 74
Konečné úpravy: kovalentní
modifikace
Pozměnění funkce po modifikaci AK
Biochemie-2-2-proteiny-cz 75
Hydroxyprolin
stabilizuje vlákna
kolagenu v
kostí a pojivové
tkáně.
Kurděje: vitamin C
nedostatek, vede k
nedostatečná
hydroxylace
Hydroxylace prolinu
Biochemie-2-2-proteiny-cz 76
gamma-karboxyglutamat
Karboxylace glutamate v bilkovinách
karboxylace
glutamát v
protrombinový
(srážení bílkovin)
vitamín K
nedostatek vede k
nedostatečná
karboxylace, a
krvácení
Biochemie-2-2-proteiny-cz 77
Modifikace cukry - asparagin
Přídavek cukrů
dělá bílkoviny
více hydrofilní,
a interaktivní
s jinými proteiny
Biochemie-2-2-proteiny-cz 78
Fosforylace serinu, threoninu, & tyrosinu
-hormony,
a růstové faktory
fosforylace je
reverzibilní, a tím působí jako,
reverzibilní spínače pro
regulaci buněčné
procesy
Biochemie-2-2-proteiny-cz 79
Green fluorescent protein (GFP)
Internal rearrangement and oxidation of Ser-Tyr-Gly; fluorescence
Biochemie-2-2-proteiny-cz 80
Denaturace a folding proteinů
 Denaturace je změna 3D struktury proteinu
vedoucí ke ztrátě jeho biologické aktivity. Je
možná renaturace (refolding), což je důkazem,
že správná 3D konformace řetězce je dána
jeho primární strukturou.

 Konformace prionového proteinu: vlevo
nezdravá, vpravo zdravá
 Aby při syntéze některých proteinů bylo
dosaženo vysokého výtěžku správně sbalených
molekul je nutný tzv. asistovaný folding, kdy
je správné sbalení podporováno skupinou
specializovaných proteinů (enzymů) zvaných
chaperony.
Biochemie-2-2-proteiny-cz 81
Skládání proteinů
 Molecular chaperones- correct folding
 HSP70
Chaperon
 je speciální protein, který v buňce pomáhá skládat většinu bílkovin do jejich
správného prostorového uspořádání. Tím tedy těmto proteinům umožňují
vykonávat jejich funkci v buňce. Chaperony se vyskytují jak v eukaryotických
buňkách, tak i u bakterií a v mitochondriích.[1]
 Chaperony jsou strážci, kteří kontrolují a zabezpečují správnou prostorovou
strukturu proteinů a brání vzniku nesprávných vazeb. Chaperony hsp60
dokonce umí špatně sbalené proteiny opět rozbalit.
 Je známo, že funkce bílkovin obecně není dána pouze jejich primární
strukturou, ale z velké části také terciární strukturou. Právě složení do této
terciární struktury je kontrolováno z velké části chaperony. V podstatě se jedná
o dosažení optimální prostorové organizace molekuly proteinu. Chaperon však
není součástí výsledného proteinu, nýbrž se po vykonání své činnosti opět
odpojí.
 Jak molekulové chaperony fungují, není zatím dostatečně dobře známo, ale
některé z nich jsou ATPázy, které se váží k proteinům, a tím umožňují jejich
uvolnění za vzniku energie v podobě ATP. K významným molekulárním
chaperonům patří tzv. proteiny tepelného šoku (heat shock proteiny).
Biochemie-2-2-proteiny-cz 82
Biochemie-2-2-proteiny-cz 83
Chaperony