EXAMENVRAGEN PROTEÏNECHEMIE
Hoofdstuk 1: Chemistry of polypeptides
- BV Er werd quasi altijd een AZ gevraagd met reacties etc.
- BV Geef alle ioniseerbare groepen en hun pKa
- BV Geef de karakteristieken van peptidebinding
Standaard formule van een peptidebinding:
1) Een peptidebinding heeft een partieel dubbele bindingskaraker door resonantie. Er is een binding
tussen C en N die korter is dan de andere en waarrond draaiingen kunnen gebeuren. Daarom kan een
peptidebinding voorkomen in een cis- en een trans-conformatie. De trans-conformatie is energetisch
gunstiger, behalve als het volgende residu Proline is (sterische hinder door de ring).
2) Een peptidebinding heeft een permanent dipoolmoment.
Aminozuren (BV): Eigenschappen (per AZ moet je 2 reacties kunnen bespreken)
Soms zijn de reacties heel gedetailleerd beschreven, dit is voor de volledigheid en zeker niet omdat je
die allemaal absoluut moet kennen en tekenen. In vorige jaren vroeg hij altijd glycine, cysteïne, lysine
of histidine.
1
,Glycine, Gly, G (+ 2 reacties)
- niet rigide
- zijketen: -H → daardoor niet reactief
reacties:
1) bij alkaline pH zijn Asn residu’s veel labieler en is er vorming van cyclic succinimidyl →
vorming van Asp en iso-Asp of chain break, vooral voor Gly → zie eerste reactie asparagine
2) sortase mediated labeling: sortase maakt oppervlakteproteïnen vast aan de celwand → knipt
tussen Gly en Thr van het LPXTG motif en katalyseert vorming van een amidebinding tussen -
COOH van Thr en NH2 van de celwand (peptidoglycaan) → LPXTG kan gelabeld worden.
Alanine, Ala, A & Valine, Val, V & Leucine, Leu, L & Isoleucine, Ile, I (alifatische residu’s)
- geen reactieve groepen
- interageren niet gunstig met water
- Ile heeft een 2de chiraal centrum
- belangrijk voor de vouwing van eiwitten → alle hydrofobe AZ worden naar binnen gedraaid
Proline, Pro, P (cyclic imino acid)
- alifatisch AZ
- zit niet graag in alfa helix of beta sheet
- rigide beperkingen op draaiing rond N-C binding
- peptide voor Pro vormt waarschijnlijker een cis-configuratie
- groot effect op conformatie van de peptidebackbone
Serine, Ser, S & Threonine, Thr, T (hydroxyl residu’s)
- polaire hydroxylgroepen
- kunnen H-bruggen vormen
- chemisch niet zo reactief (OH heeft hoge pKa)
- Thr heeft 2de chiraal centrum
Aspartaat, Asp, D & Glutamaat, Glu, E (negatief geladen residu’s)
- vaak geïoniseerd en heel polair onder fysiologische omstandigheden
- Asp en Glu verschillen in lengte → verschillende effecten op de peptide backbone
- kunnen chelators zijn voor metaalionen in proteïnen (Ca2+, Mg2+)
reacties:
1) reactie met diazo compounds of epoxides om een onderscheid te maken tussen de geprotoneerde
en gedeprotoneerde vorm van Asp of Glu
Bv: in carboxyl protease pepsine zitten 2 katalytisch actieve Asp residu’s, Asp32 en Asp125.
2
, o 1 daarvan met pKa ~ 4,5 moet in geprotoneerde vorm zijn (zuur) → Asp125
o andere met pKa ~ 1,1 moet in gedeprotoneerde vorm zijn (basisch) →Asp32
➔ Asp 125 reageert met N-diazoacetyl-Lphenylalanine → on-geïoniseerde zure vorm
➔ Asp32 reageert met epoxide → geïoniseerde basische vorm
2) modificatie van carboxylgroepen door ze te koppelen aan amine, gekatalyseerd door
carbodiimides → kan gebruikt worden om proteïnen via Asp of Glu te koppelen aan
amine/geactiveerde carboxyl
Bv: DCC (N,N’-dicyclocarbodiimide) voor solid phase peptide synthese
Asparagine, Asn, N & Glutamine, Gln, Q (amide residu’s)
- polair
- niet heel chemisch reactief
- kunnen naar Asp en Glu deamineren onder extreme pH en hoge temperatuur
reacties:
1) bij alkaline pH: Asn is veel labieler dan Gln en kan cyclische succinimidyl vormen waaruit iso-
Asp of ketenbreuk kan vormen
3
, 2) bij zure pH: Gln is veel labieler dan Asn waardoor de N-terminus van Gln kan cyclisch worden
waardoor pyrrolidone carboxylic acid kan worden gevormd → N-terminus wordt is niet meer
reactief voor AZ sequencing
Lysine, Lys, K (+ 2 reacties voor labelling) (positief geladen residu’s deel I)
- aminegroep van pKa = 10,5-11
- meestal geïoniseerd (positive lading)
- niet-geïoniseerde fractie is mogelijke nucleofiel (vrij elektronenpaar)
- veel belangrijk chemische en fysiologische reacties: acylation, alkylation, amidination, Schiff
base formation → de snelheid van deze reacties nemen toe met de pH (hoge pKa)
reacties:
1) acylation (additie van R-CO-)
Bv: reactie met anhydrines (nucleofiele substitutie), vaak met cyclische anhydrines
In levende cellen gebeurt acylering na post-translational modification van proteïnen (bv
histonen). De acylgroep neutraliseert de positieve lading van lysine en vermindert de reactie
met negatieve ladingen van DNA → omzet van gecondenseerd heterochromatine naar
gerelaxeerd euchromatine.
4
Hoofdstuk 1: Chemistry of polypeptides
- BV Er werd quasi altijd een AZ gevraagd met reacties etc.
- BV Geef alle ioniseerbare groepen en hun pKa
- BV Geef de karakteristieken van peptidebinding
Standaard formule van een peptidebinding:
1) Een peptidebinding heeft een partieel dubbele bindingskaraker door resonantie. Er is een binding
tussen C en N die korter is dan de andere en waarrond draaiingen kunnen gebeuren. Daarom kan een
peptidebinding voorkomen in een cis- en een trans-conformatie. De trans-conformatie is energetisch
gunstiger, behalve als het volgende residu Proline is (sterische hinder door de ring).
2) Een peptidebinding heeft een permanent dipoolmoment.
Aminozuren (BV): Eigenschappen (per AZ moet je 2 reacties kunnen bespreken)
Soms zijn de reacties heel gedetailleerd beschreven, dit is voor de volledigheid en zeker niet omdat je
die allemaal absoluut moet kennen en tekenen. In vorige jaren vroeg hij altijd glycine, cysteïne, lysine
of histidine.
1
,Glycine, Gly, G (+ 2 reacties)
- niet rigide
- zijketen: -H → daardoor niet reactief
reacties:
1) bij alkaline pH zijn Asn residu’s veel labieler en is er vorming van cyclic succinimidyl →
vorming van Asp en iso-Asp of chain break, vooral voor Gly → zie eerste reactie asparagine
2) sortase mediated labeling: sortase maakt oppervlakteproteïnen vast aan de celwand → knipt
tussen Gly en Thr van het LPXTG motif en katalyseert vorming van een amidebinding tussen -
COOH van Thr en NH2 van de celwand (peptidoglycaan) → LPXTG kan gelabeld worden.
Alanine, Ala, A & Valine, Val, V & Leucine, Leu, L & Isoleucine, Ile, I (alifatische residu’s)
- geen reactieve groepen
- interageren niet gunstig met water
- Ile heeft een 2de chiraal centrum
- belangrijk voor de vouwing van eiwitten → alle hydrofobe AZ worden naar binnen gedraaid
Proline, Pro, P (cyclic imino acid)
- alifatisch AZ
- zit niet graag in alfa helix of beta sheet
- rigide beperkingen op draaiing rond N-C binding
- peptide voor Pro vormt waarschijnlijker een cis-configuratie
- groot effect op conformatie van de peptidebackbone
Serine, Ser, S & Threonine, Thr, T (hydroxyl residu’s)
- polaire hydroxylgroepen
- kunnen H-bruggen vormen
- chemisch niet zo reactief (OH heeft hoge pKa)
- Thr heeft 2de chiraal centrum
Aspartaat, Asp, D & Glutamaat, Glu, E (negatief geladen residu’s)
- vaak geïoniseerd en heel polair onder fysiologische omstandigheden
- Asp en Glu verschillen in lengte → verschillende effecten op de peptide backbone
- kunnen chelators zijn voor metaalionen in proteïnen (Ca2+, Mg2+)
reacties:
1) reactie met diazo compounds of epoxides om een onderscheid te maken tussen de geprotoneerde
en gedeprotoneerde vorm van Asp of Glu
Bv: in carboxyl protease pepsine zitten 2 katalytisch actieve Asp residu’s, Asp32 en Asp125.
2
, o 1 daarvan met pKa ~ 4,5 moet in geprotoneerde vorm zijn (zuur) → Asp125
o andere met pKa ~ 1,1 moet in gedeprotoneerde vorm zijn (basisch) →Asp32
➔ Asp 125 reageert met N-diazoacetyl-Lphenylalanine → on-geïoniseerde zure vorm
➔ Asp32 reageert met epoxide → geïoniseerde basische vorm
2) modificatie van carboxylgroepen door ze te koppelen aan amine, gekatalyseerd door
carbodiimides → kan gebruikt worden om proteïnen via Asp of Glu te koppelen aan
amine/geactiveerde carboxyl
Bv: DCC (N,N’-dicyclocarbodiimide) voor solid phase peptide synthese
Asparagine, Asn, N & Glutamine, Gln, Q (amide residu’s)
- polair
- niet heel chemisch reactief
- kunnen naar Asp en Glu deamineren onder extreme pH en hoge temperatuur
reacties:
1) bij alkaline pH: Asn is veel labieler dan Gln en kan cyclische succinimidyl vormen waaruit iso-
Asp of ketenbreuk kan vormen
3
, 2) bij zure pH: Gln is veel labieler dan Asn waardoor de N-terminus van Gln kan cyclisch worden
waardoor pyrrolidone carboxylic acid kan worden gevormd → N-terminus wordt is niet meer
reactief voor AZ sequencing
Lysine, Lys, K (+ 2 reacties voor labelling) (positief geladen residu’s deel I)
- aminegroep van pKa = 10,5-11
- meestal geïoniseerd (positive lading)
- niet-geïoniseerde fractie is mogelijke nucleofiel (vrij elektronenpaar)
- veel belangrijk chemische en fysiologische reacties: acylation, alkylation, amidination, Schiff
base formation → de snelheid van deze reacties nemen toe met de pH (hoge pKa)
reacties:
1) acylation (additie van R-CO-)
Bv: reactie met anhydrines (nucleofiele substitutie), vaak met cyclische anhydrines
In levende cellen gebeurt acylering na post-translational modification van proteïnen (bv
histonen). De acylgroep neutraliseert de positieve lading van lysine en vermindert de reactie
met negatieve ladingen van DNA → omzet van gecondenseerd heterochromatine naar
gerelaxeerd euchromatine.
4
