H2 – Protein composition and structure
Structuur van de 20 aminozuren
Zie PDF: OneDrive – Biochemie – SV aminozuren
Waarom deze 20 AZ? → ze waren toevallig aan het begin van het leven aanwezig (en zijn bij elke
soort hetzelfde gebleven), enige voorwaarde was dat ze zeer stabiel moesten zijn
pH van aminozuren
• Bij neutrale pH: aminozuren zijn netto neutraal, maar 1 element heeft een positieve lading
en een andere heeft een negatieve lading
• Als pH stijgt → aminozuur wordt negatief want amino-groep geeft H af
• Als pH daalt → aminozuur wordt positief want zuur-groep neemt H op
• Als aminozuren aan elkaar worden geschakeld → 𝐶𝑂𝑂− en 𝑁𝐻3+ wordt in beslag genomen
→ kan niet meer (de-)protoneren (maar er zijn 7 AZ met ioniseerbare zijketens → die kunnen
dus wel nog (de-)protoneren in polypeptideketens
1
,Structuur van eiwitten
Primaire structuur
• Aminozuren zijn gekoppeld aan elkaar via peptidebindingen → vormen polypeptideketens
• Peptidebindingen liggen tussen de zuurgroep (𝐶𝑂𝑂− ) van het ene AZ, en de aminogroep
(𝑁𝐻3+ ) van het andere
o Er is een constant skelet, met aan de zijkanten variërende R-groepen
o Enkel aan de uiteindes van de polypeptideketen zijn vrije 𝐶𝑂𝑂− en 𝑁𝐻3+ groepen
• Er kunnen 2 resonantiestructuren vormen → de werkelijke structuur is er tussenin →
partiële dubbele bindingen (hierdoor ligt alles in een vlak, want rond dubbele bindingen kan
niet geroteerd worden)
• Getallen die een beeld geven van de grootte:
o 1 aminozuur: 110 Da
o Peptide: minder dan 50 aminozuren
o Eiwit: 50 tot 2000 aminozuren
• Cross-linking: als 2 lineaire polypeptideketens een verbinding aangaan
o Gebeurt via zwavelbruggen tussen cysteines → vormen samen cystine
o Gebeurt niet per se altijd als twee cysteines elkaar tegenkomen
o Handig in bv insuline
Polypeptideketens zijn redelijk flexibel
• Je kan enkel rond de C-C binding roteren → er is een
zekere flexibiliteit, maar de conformatie staat vast
• Elke peptidebinding ligt in een vlak, maar rond de enkele bindingen van de aparte
aminozuren (dus rond stereocentrum C) kan wel geroteerd worden
o Toch zijn er maar bepaalde 𝜓/𝜙-combinaties mogelijk door sferische hinder → enkel
groene gebieden op de Ramachandran diagram komen voor
• De meeste peptidebindingen hebben de trans-vorm, want in cis-vorm sferische hindering
o Uitzondering: X-pro-bindingen (= bindingen met Proline): hier bij zowel trans als cis
sferische hindering → beide vormen komen voor
2
,Secundaire structuur (examenvraag)
• Polypeptideketens kunnen zichzelf opvouwen in 2 soorten secundaire structuren:
o Alpha-helices
o Beta-sheets
o Andere, zeldzame structuren (coil proteines, collageen)
Alpha helices
• De R-groepen zitten aan de buitenkant → dragen niet bij tot de secundaire structuur
• De helix wordt gevormd door waterstofbruggen tussen carbonyl-groepen (C=O) en
aminogroepen van de hoofdketen
• Eigenschappen van de helix:
o Meestal rechtshandig (loopt omhoog volgens de vouwing van de rechterhand)
o 3,6 aminozuren per ‘turn’
o Compatibel met de Ramachamdram diagram
Beta sheets
• De R-groepen dragen ook hier niet bij tot de secundaire structuur
• De sheet wordt gevormd door waterstofbruggen, dit kan op 3 manieren:
o Parallel: binding tussen 𝐻 en 𝐶𝑂𝑂− van een AZ met respectievelijk 𝐶𝑂𝑂− en 𝐻 van
twee verschillende AZ
o Antiparallel: binding tussen 𝐻 en 𝐶𝑂𝑂 − van een AZ met respectievelijk 𝐶𝑂𝑂− en 𝐻
van eenzelfde AZ
o Gemixed: afwisselend antiparallel en parallel
Coiled coil proteïnes
• Secundaire structuur waarbij meerdere helices samen een superhelix vormen
• VB1: 𝛼-keratine: 2 rechtshandige 𝛼-helices die samen een linkshandige superhelix vormen
• VB 2: Collageen: 3 verweven helices van polypeptideketens, gestabiliseerd door H-bruggen
tussen de helices
3
, Tertiaire structuur
• Wateroplosbare proteïnes kunnen zichzelf opvouwen in compacte structuren met apolaire
kernen (geladen atomen zitten aan de buitenkant) (geel = apolair, blauw = polair)
• Membraanproteïnen vouwen zichzelf anders op: apolaire delen aan de buitenkant + een
hydrofiel kanaal door de binnenkant
• Veelvoorkomende combinaties van secundaire structuren:
o Helix-turn-helix: typisch voor eiwitten die met DNA interageren → kunnen zo in de
groeven van het DNA geraken
o Rossmann-vouwing: opgebouwd uit 3 afwisselende lagen van beta-sheets en alpha-
helices → typisch voor eiwitten die met nucleotiden binden (FAD, NAD, NADP)
• Soms vouwen polypeptiden zich op in verschillende domeinen → je krijgt aparte segmenten
die volgens dezelfde regels (polair vanbuiten, apolair vanbinnen) zijn opgebouwd
Quaternaire structuren
• Als meerdere eiwitten samenkomen om een eiwitcomplex te vormen
• Is niet per se nodig om een functioneel eiwit te krijgen
• VB: hemoglobine (tetrameer): bevat 2 identieke rode sub-units en 2
identieke gele sub-units
Invloed van de aminozuursequentie op de 3D structuur
• De aminozuursequentie bepaald de volledige 3D-structuur van een eiwit
• In bepaalde oplossingen (bv: ureum) gaat de 3D-structuur volledig verloren → door de
oplossing te verwijderen, herstelt de 3D-structuur zich weer
• Het opvouwen van proteïnen gebeurt via specifieke pathways, maar we weten nog niet hoe
die pathways er uit zien → we weten wel:
o Vouwen gebeurt zeer snel, je kan dus niet een ‘half-gevouwen’ proteïne krijgen
o Het is niet zo dat 1 bepaalde sequentie altijd voor een bepaalde vouwing zorgt, de
positie van die sequentie in de AZ-code is ook van belang
o Kleine foutjes in de opvouwing heeft grote gevolgen (bv: Alzheimer of Huntington)
Verschillende manieren om proteïnen voor te stellen
4
Structuur van de 20 aminozuren
Zie PDF: OneDrive – Biochemie – SV aminozuren
Waarom deze 20 AZ? → ze waren toevallig aan het begin van het leven aanwezig (en zijn bij elke
soort hetzelfde gebleven), enige voorwaarde was dat ze zeer stabiel moesten zijn
pH van aminozuren
• Bij neutrale pH: aminozuren zijn netto neutraal, maar 1 element heeft een positieve lading
en een andere heeft een negatieve lading
• Als pH stijgt → aminozuur wordt negatief want amino-groep geeft H af
• Als pH daalt → aminozuur wordt positief want zuur-groep neemt H op
• Als aminozuren aan elkaar worden geschakeld → 𝐶𝑂𝑂− en 𝑁𝐻3+ wordt in beslag genomen
→ kan niet meer (de-)protoneren (maar er zijn 7 AZ met ioniseerbare zijketens → die kunnen
dus wel nog (de-)protoneren in polypeptideketens
1
,Structuur van eiwitten
Primaire structuur
• Aminozuren zijn gekoppeld aan elkaar via peptidebindingen → vormen polypeptideketens
• Peptidebindingen liggen tussen de zuurgroep (𝐶𝑂𝑂− ) van het ene AZ, en de aminogroep
(𝑁𝐻3+ ) van het andere
o Er is een constant skelet, met aan de zijkanten variërende R-groepen
o Enkel aan de uiteindes van de polypeptideketen zijn vrije 𝐶𝑂𝑂− en 𝑁𝐻3+ groepen
• Er kunnen 2 resonantiestructuren vormen → de werkelijke structuur is er tussenin →
partiële dubbele bindingen (hierdoor ligt alles in een vlak, want rond dubbele bindingen kan
niet geroteerd worden)
• Getallen die een beeld geven van de grootte:
o 1 aminozuur: 110 Da
o Peptide: minder dan 50 aminozuren
o Eiwit: 50 tot 2000 aminozuren
• Cross-linking: als 2 lineaire polypeptideketens een verbinding aangaan
o Gebeurt via zwavelbruggen tussen cysteines → vormen samen cystine
o Gebeurt niet per se altijd als twee cysteines elkaar tegenkomen
o Handig in bv insuline
Polypeptideketens zijn redelijk flexibel
• Je kan enkel rond de C-C binding roteren → er is een
zekere flexibiliteit, maar de conformatie staat vast
• Elke peptidebinding ligt in een vlak, maar rond de enkele bindingen van de aparte
aminozuren (dus rond stereocentrum C) kan wel geroteerd worden
o Toch zijn er maar bepaalde 𝜓/𝜙-combinaties mogelijk door sferische hinder → enkel
groene gebieden op de Ramachandran diagram komen voor
• De meeste peptidebindingen hebben de trans-vorm, want in cis-vorm sferische hindering
o Uitzondering: X-pro-bindingen (= bindingen met Proline): hier bij zowel trans als cis
sferische hindering → beide vormen komen voor
2
,Secundaire structuur (examenvraag)
• Polypeptideketens kunnen zichzelf opvouwen in 2 soorten secundaire structuren:
o Alpha-helices
o Beta-sheets
o Andere, zeldzame structuren (coil proteines, collageen)
Alpha helices
• De R-groepen zitten aan de buitenkant → dragen niet bij tot de secundaire structuur
• De helix wordt gevormd door waterstofbruggen tussen carbonyl-groepen (C=O) en
aminogroepen van de hoofdketen
• Eigenschappen van de helix:
o Meestal rechtshandig (loopt omhoog volgens de vouwing van de rechterhand)
o 3,6 aminozuren per ‘turn’
o Compatibel met de Ramachamdram diagram
Beta sheets
• De R-groepen dragen ook hier niet bij tot de secundaire structuur
• De sheet wordt gevormd door waterstofbruggen, dit kan op 3 manieren:
o Parallel: binding tussen 𝐻 en 𝐶𝑂𝑂− van een AZ met respectievelijk 𝐶𝑂𝑂− en 𝐻 van
twee verschillende AZ
o Antiparallel: binding tussen 𝐻 en 𝐶𝑂𝑂 − van een AZ met respectievelijk 𝐶𝑂𝑂− en 𝐻
van eenzelfde AZ
o Gemixed: afwisselend antiparallel en parallel
Coiled coil proteïnes
• Secundaire structuur waarbij meerdere helices samen een superhelix vormen
• VB1: 𝛼-keratine: 2 rechtshandige 𝛼-helices die samen een linkshandige superhelix vormen
• VB 2: Collageen: 3 verweven helices van polypeptideketens, gestabiliseerd door H-bruggen
tussen de helices
3
, Tertiaire structuur
• Wateroplosbare proteïnes kunnen zichzelf opvouwen in compacte structuren met apolaire
kernen (geladen atomen zitten aan de buitenkant) (geel = apolair, blauw = polair)
• Membraanproteïnen vouwen zichzelf anders op: apolaire delen aan de buitenkant + een
hydrofiel kanaal door de binnenkant
• Veelvoorkomende combinaties van secundaire structuren:
o Helix-turn-helix: typisch voor eiwitten die met DNA interageren → kunnen zo in de
groeven van het DNA geraken
o Rossmann-vouwing: opgebouwd uit 3 afwisselende lagen van beta-sheets en alpha-
helices → typisch voor eiwitten die met nucleotiden binden (FAD, NAD, NADP)
• Soms vouwen polypeptiden zich op in verschillende domeinen → je krijgt aparte segmenten
die volgens dezelfde regels (polair vanbuiten, apolair vanbinnen) zijn opgebouwd
Quaternaire structuren
• Als meerdere eiwitten samenkomen om een eiwitcomplex te vormen
• Is niet per se nodig om een functioneel eiwit te krijgen
• VB: hemoglobine (tetrameer): bevat 2 identieke rode sub-units en 2
identieke gele sub-units
Invloed van de aminozuursequentie op de 3D structuur
• De aminozuursequentie bepaald de volledige 3D-structuur van een eiwit
• In bepaalde oplossingen (bv: ureum) gaat de 3D-structuur volledig verloren → door de
oplossing te verwijderen, herstelt de 3D-structuur zich weer
• Het opvouwen van proteïnen gebeurt via specifieke pathways, maar we weten nog niet hoe
die pathways er uit zien → we weten wel:
o Vouwen gebeurt zeer snel, je kan dus niet een ‘half-gevouwen’ proteïne krijgen
o Het is niet zo dat 1 bepaalde sequentie altijd voor een bepaalde vouwing zorgt, de
positie van die sequentie in de AZ-code is ook van belang
o Kleine foutjes in de opvouwing heeft grote gevolgen (bv: Alzheimer of Huntington)
Verschillende manieren om proteïnen voor te stellen
4
