Summary Molekulare Biologie 1 (Bio111)

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Zusammenfassung Mol 1
Zellbiologie-Macek
1. Proteindynamik
a) Gestalt und Struktur von Proteinen
 Protein wird durch seine AS-Sequenz (Polypeptidketten aus AS mit unterschiedlichen AS-
Seitenketten) bestimmt
o AS haben unterschiedliche Größe, Polarität, Ladung, Reaktivität  Eigenschaften
 Proteinfaltung und Konformation
o Lange Polypeptidketten sehr beweglich  unterschiedliche Formen können
angenommen werden
o Nichtkovalente Bindungen stabilisieren die Faltung
1. Wasserstoffbrückenbindungen (zw. H- und O-/N-Atomen)
2. Elektrostatische Anziehung (zw. Positiv und negativ geladenen AS)
3. Van-der Waals-WW (schwach bindend)
 Hydrophobe Wechselwirkungen
o Hydrophobe Seitenketten lagern sich
in wässriger Lösung zusammen 
Konformation wird durch Verteilung
polarer und unpolarer Seitenketten
beeinflusst
o Unpolare: hydrophober Kern
o Polare: Auf der Oberfläche
 Denaturierung und Renaturierung
o Faltung des Proteins mit geringster Energie  kann mit Lösungsmittel entfaltet
werden (Denaturierung)
o Denaturierung durch Zerstörung der nichtkovalenten Wechselwirkungen
o Lösungsmittelentfernung  oft spontane Renaturierung
 Qualitätskontrolle für Proteinfaltung
o Falsche Konformation führt zu Funktionsverlust  Aggregation
 Basis für viele Krankheiten: Alzheimer, Huntington, Prionenerkrankungen
 Bei Prionenerkrankungen kann das Prionprotein falsch gefaltete Form
annehmen und Konformation von richtig
gefalteten Proteinen ändern  Infektiös
o Qualitätskontrolle durch molekulare Chaperone
 Falsch gefaltete Proteine lösen Chaperon-Bildung
aus (im ER-Lumen)
 Chaperon-Molekül versucht Protein richtig zu falten  falls nicht
möglich: Abbau des Proteins
 Strukturelemente der Proteine  kommen in Vielzahl von Formen vor
o Faltungsmuster: α-Helix
 resultiert aus H-Brücken zwischen N-H und C=O Gruppen im
Polypeptidgerüst
 Polypeptidkette dreht sich  starrer Zylinder bildet sich
 H-Brücken zwischen jeder 4. Peptidbindung (also 3.6 AS-Reste
pro Windung)




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o Superhelix
 α-Helix-Paar, das sich umeinander wickelt  sehr stabile Struktur
 Hydrophobe Seitenketten zeigen nach innen
 Wichtig bei langestreckten Proteinen (α-Keratin /Myosin)
o β-Faltblätter  starre Strukturen, hohe Zugfestigkeit
 entstehen, wenn sich zwischen nebeneinander liegenden
Polypeptidketten H-Brücken ausbilden
 Anitparalleles: PPK laufen in entgegengesetzte Richtungen
 Paralleles: PPK laufen in gleiche Richtung (z.B. NC Terminus)
 Organisationsstufen der Proteinstruktur
o Primärstruktur: AS-Sequenz
o Sekundärstruktur: α-Helix und β-Faltblatt
o Tertiärstruktur: vollständige 3D-Struktur eines Proteins
o Quartärstruktur: mehrere Polypeptidketten
 Proteindomänen
o Sekundärstrukturelemente bilden zusammen
stabile, globuläre Elemente
o Bsp: regulatorisches Protein CAP kleine Domäne
bindet DNA, große cAMP
o Mehrere Domänen sind kovalent aneinander
gebunden
 Proteinfamilien
o Proteine mit ähnlichen Strukturen, die aber
unterschiedliche Funktionen haben
o Im Laufe der Zeit durch Modifikation entstanden
o Bsp: Proteasen Elastase und Chymotrypsin
 Proteinkomplexe
o Verbund aus mehreren PPK´s, die nichtkovalent
aneinander binden
o Jede PPK ist dann Untereinheit
 Identisch UE: (Homo-)
 Verschiedene UE: (Hetero-)
o Bsp: Homodimer, Homotetramer,…
 Proteinfilamente, Schichten, Kugeln
o Proteine könne auch größere Strukturen bilden z.B.
im Cytoskelett
 Aktinfilamente: lange, helikale Struktur
 Mikrotubuli: helikale Röhre
 Faserproteine
o Besitzen einfache, lange 3D-Strucktur
o Häufig bei Proteinen des Cytoskeletts und der ECM
o Bsp: Kollagen (Tripelhelix)  hohe Zugfestigkeit, Elastin (unstrukturierte,
quervernetzte Kette) hohe Elastizität
o Kovalente Quervernetzung oft über Disulfidbindungen (zw. Cysteinresten)

b) Wie Proteine arbeiten?
 Proteine binden an andere Moleküle
o Substanz, an die gebunden wir: Ligand




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o Liganden können unterschiedlich stark oder spez. gebunden werden
o Bindung durch schwache,
nichtkovalente WW in
Bindungsstelle
 Bindungsstelle besteht
meist aus Grube auf
Oberfläche des Proteins
 Bsp: gebundenes cAMP
(=Ligand)

o Bindungsstelle von Antikörpern
 Immungloboline = Proteine, di als Antwort auf fremde Moleküle
hergestellt werden
 Binden extrem fest und mit hoher Spezifität and Antigen (=Zielmolekül)
 Antigen = Y-förmiges Molekül mit 2 Bindestellen
 Proteine als Katalysatoren (Enzyme)
o Enzyme führen fast alle chem. Reaktionen in Zellen aus
o Binden an einen oder mehre Liganden  beschleunigen Reaktion
o In Funktionelle Klassen unterteilt (Hydrolasen, Proteasen, Synthasen,…)
o Jede Enzymart hochspezifisch!
o Bsp: Lysozym (=natürliches Antibiotikum in z.B. Tränen)
 Zerschneidet Polysachharidkette, aus denen Zellwände der Bakterien
bestehen
 Katalysierte Reaktion ist Hydrolyse Beschleunigung der Reaktion
 Mechanismen der Enzyme
o Fixieren von Substraten in bestimmter Anordnung
o Stabilisation der Ladung von Reaktionsintermediaten
o Bindewinkel im Substrat ändern
o Binden von kleinen, nicht-Proteinmolekülen

c) Wie Proteine kontrolliert werden?
 Regulation der katalytischen Aktivität
o Proteinfunktion wird reguliert durch
 Genexpression
 Subzelluläre Lokalisation
 Änderung der Enzymaktivität
 Regulation durch Rückkopplungshemmung
o Enzym, das am Anfang eines Reaktionsweges steht,
durch späteres Produkt desselben Weges gehemmt
o Keine zu hohe Produktmenge kann produziert werden
o Meistens erfolgt Regulation an mehreren Punkten des
Reaktionswegs
 Rückkopplung kann auch positiv sein  Feed-
forward Stimulierung
 Allosterische Regulation  Allosterie (griech. allos=anders;
stereos=fest)
o Enzyme haben oft 2 (oder mehr) Bindestellen, die sich gegenseitig beeinflussen:
 Aktives Zentrum (bindet Substrate)
 Regulatorische Stelle (bindet regulatorisches Molekül)



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