Struktura Proteinů a Nukleových kyselin C3210 Strukturní Bioinformatika Proteiny Aminokyseliny • Základní stavební blok proteinů • V přírodě se vyskytuje více než 300 aminokyselin • V proteinech se nachází 20 proteinogenních aminokyselin • Všechny proteinogenní aminokyseliny mají L- formu kromě glycinu (nemá chirální uhlík) H H-N Amino skupina Boční řetězec Boční řetězce NON-POLAR H I H-N- Amino skupina H R Boční řetězec O ■C-OH Karboxylová skupina i

o A iu -Q ° 5 ■*-> o o >- VJ 5 ä + phi 180 a-šroubovice (a-helix) • Interakce mezi CO a NH skupinou páteře • Tvar pravotočivé šroubovice • Boční řetězce směřují vně • Kromě a-šroubovice se zřídka vyskytují 310a n-šroubovice JQQJ Pro zajímavost Type ^10 a 71 Residues per turn 3.0 3.6 4.1 Atoms in H-bonded ring 10 13 16 Hydrogen bonding n - n+3 n - n+4 n - n+5 Angle between neighboring residues 120 100 88 Helical rise per amino acid residue (A) 2.0 1.5 1.15 4>(°) -71 -60 -75 -18 -45 -40 a-šroubovice Text book of structural biology (2009) P-skladany list Strukturní motivy N C Sekundární motivy spojené smyčkami (loops) nebo otočkami (turns) Tyto 3D motivy se běžně vyskytují v mnoha proteinech, které nejsou evolučně příbuzné an Motiv řeckého klíče (Greek key motif) ß-vlasenka (ß-hairpin) Helix-smyčka-helix (Helix-loop-helix; HLH) Helix-otočka-helix (Helix-turn-helix; HTH) Zinkový prst (Zinc finger) Struktura proteinů • Primární struktura (sekvence proteinu) • Sekundární struktura • Terciární struktury • Interakce bočních řetězců • Tvořena kombinací sekundárních motivů • Hydratační vrstva proteinu proteinu Hydrofobní jádro Výhled do budoucna- membránové proteiny Hydrofilní prostředí Hydrofobní prostředí Hydrofilní prostředí Cytoplasma https://www.creative-biolabs.com/blog/index.php/membrane-protein-overview/ Typy proteinů ct-proteiny (3-proteiny a/P-proteiny Hemoglobin Lektin PHL Triosafosfátisomerása (PDB:1A3N) (PDB:5MXF) (PDB:8TIM) Domény • Jeden peptidový řetězec může obsahovat více strukturních podjednotek známe jako domény • Tyto domény jsou spojeny flexibilním regionem • Domény mají své hydrofobní jádra a jsou obvykle kompaktní a stabilní i sami o sobě • Výhody: • Segregace funkcí • Multifunkční proteiny • Snadnější regulace Nukleotid vázající doména Substrát vázající doména Regulační doména Struktura proteinů Primární struktura (sekvence proteinu) Sekundární struktura Terciární struktury Kvartérní struktura (Oligomerizace proteinů) • Stabilizace monomerů pomocí interakce s jinými proteiny • Mono-, di-, tri-,... oligomer • Heteromer/Homomer HFQ protein (PDB:1HK9) HomoHexamer Nukleové kyseliny Nukleotid • Základní stavební blok nukleových kyselin (NK) • Složen ze zbytku kyseliny fosforečné, pentosy, a nukleové báze Nukleová báze nh2 ?n X" 7 1 ľ* NH "fsj-Adenin N c NH ;nh N nh2 Guanin O NH ■ NH Uracil o 3NH 'NH "O Thymin NH- N .4 NH X_) Cytosin Fosfátová skupina Fosfoesterová vazba Nukleová báze A/-glykosidová vazba Pentosa HO- o 0H HO— C 0. x V \ 3 2/ \ä_J OH OH 1 OH D-ribosa D-deoxyribosa Torzní úhly 5' Konec OB Úhly a-í; určují konformaci cukr-fosfátové páteře NK Úhel x určuje orientaci báze vůči pentose Konformace pentosy je určená pomocí 5 torzních úhlů • Určení konformace zjednodušená pomocí pseudorotace („Sugar Puckering") „Sugar Puckering" ♦i i JQpj Pro zajímavost Dvě různé konformace n,, uo U4 2' B • Obálka (Envelope, E) E \ ĽA/ Zkroucená (Twisted, T) 2t: 3' C5' f B 3' 04' Preferovaná konformace pro: DNA RNA C5 2' 3' 04' B C5' o 04' 2 B Klíč pro určení hodnot konformace pentosy N C3 '-endo 36° Cl '-endo 04'-exo 216 C3 '-exo Text book of structural biology (2009) Struktura nukleových kyselin • Primární struktura (sekvence nukleotidů) • Psaná od 5'-konce k 3'-konci Sekvence genu lidského hemoglobinu: 5'-ATGGTGCATCTGACTCCTGAGGAGAAGTCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGCAAGGTGAACGTGGATGAAGTTG GTGGTGAGGCCCTGGGCAGGCTGCTGGTGGTCTACCCTTGGACCCAGAGGTTCTTTGAGTCCTTTGGGGATCTGTC CACTCCTGATGCTGTTATGGGCAACCCTAAGGTGAAGGCTCATGGCAAGAAAGTGCTCGGTGCCTTTAGTGATGGC CTGGCTCACCTGGACAACCTCAAGGGCACCTTTGCCACACTGAGTGAGCTGCACTGTGACAAGCTGCACGTGGATC CTGAGAACTTCAGGCTCCTGGGCAACGTGCTGGTCTGTGTGCTGGCCCATCACTTTGGCAAAGAATTCACCCCACC AGTGCAGGCTGCCTATCAGAAAGTGGTGGCTGGTGTGGCTAATGCCCTGGCCCACAAGTATCAC-3' Struktura nukleových kyselin • Primární struktura (sekvence nukleotidů) • Sekundární struktura • DNA • Watson-Crickovo párovaní bází CH3 // \ / H-N / \ / N-C / ^ N-H // \ / H \ c- // \ r H \ N-H / -C / OH H-N \ / C —N / \ ľ N. T-A C = G Struktura nukleových kyselin Primární struktura (sekvence nukleotidů) Sekundární struktura • DNA • RNA • OH skupina na C2' umožňuje více možností pro interakci a větší reaktivitu Struktura nukleových kyselin Primární struktura (sekvence nukleotidů) Sekundární struktura • DNA RNA i i i 5' 3' Vlásenka (hairpin) Vnitřní smyčky (internal loops) 3' 5 3' 5'- ttttv VT* ITT LLU 3' „Kissing hairpins' „G-quadruplex' 1 ■ i 1 i v I I I I I. TTť'VnTf } -"Aj;..........y Pseudouzel (pseudoknot) Křižovatky (junctions) TMvL|AQj^ 71p *AlflC AU-CUBBAQ0 ♦ Ml/4 Pro zajímavost EDO 680 ^ G ~C ™ U I I ř I gu u g c g CCJJ4UccJJJí 11 — i i i i i n i qqqqu aug A A AC aug I U ■ ■ j<^ jflCC £QQUC I » I I I I I c tAflfl gcíjq.g 1140 a q Zobrazení sekundární struktury 16S rRNA z £ co//. A"C U A i " ■: ■: - r3 g "-■jcii'Ci'iŕ c - t.. : I I ' M I " I I P ( I I I I I " I I I ' I V T. lU g A B A A U' f I II ■ I I ■ ■310 -g jia gÍicuac uuůO u ,5-Čn J* □ . BS» \i □ S£D T V™ A "t: 7: 1 c j c ^ Cr nwa c -SfU» *u^: rP Q JIT;11 „ _ ■ y A*c ■ c 1MC .T 1280 c c (i 7:. VIL u q a c g^e na c c c aua c a-CjUgu Ljccaaac A A din V^\,B A ^ 1 191 p *AQ a i g U AACCQL|AGGGq n * I llll i U U -j -j.- -jL c 5 TÍ 23 A 1SS0 -Vi Ej*19Il\Vě, j ACQ UA C \ c- AAQ 1360 -"»'Al310 ABQAAGAAGC -(i -J * a c I " Q c ut g g 100 142> -u — a-MflO ^ ..- L ■: ■: -1 i Ti ag u c an- y * * * e j 3=. uif -■« 310 a -u *A»°V, 1 «Ů —A - U I Q — C-WM 1 s.flGG CCĽCUU [j 1111*11-u c c G G G g A g g Al A » i i I I ■ I * G A U -B-B-C A Text book of structural biology (2009) Struktura nukleových kyselin Primární struktura (sekvence nukleotidů) Sekundární struktura Terciární struktura DNA • A-forma (pravotočivá) -vzniká dehydratací B-formy • B-forma (pravotočivá) -nejběžnější forma DNA -malý a velký žlábek • Z-forma (levotočivá) -nejběžněji vzniká při vysoké koncentraci soli A-forma B-forma Z-forma https://www.mun.ca/biology/scarr/A_B_Z_DNA.html Struktura nukleových kyselin Primární struktura (sekvence nukleotidů) Sekundární struktura Terciární struktura RNA • tRNA, megakomplexy rRNA Model 80S eukaryotního ribozomu PDB:2XZM,4A17,4A19 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:80S_2XZM_4A17_4A19.png Co po dnešku umíme... • Popsat základní stavební jednotky proteinů a nukleových kyselin • Popsat rozdíl mezi primární, sekundární, terciární a kvarterní strukturou proteinů a nukleových kyselin • Popsat základní strukturní motivy proteinů a nukleových kyselin