Hoofdstuk 4 - Structuur en functie van eiwitten
-> Belangrijkste groep macromoleculen in cellen
-> Meest verscheiden groep qua grootte, vorm en structuur
-> Zeer uiteenlopende functies uitoefenen
Functies:
- Enzymen: katalyseren van breuk of vorming van covalente bindingen
- Structuur proteïnen: mechanische steun voor cellen en weefsel
- Transport proteïnen: dragen kleine moleculen of ionen
- Motor proteïnen: genereren beweging in cellen en weefsels!!
- Opslag proteïnen: slaan aminozuren en ionen op
- Signaal proteïnen: dragen extracellulaire signalen van cel tot cel
- Receptor proteïne: signalen detecteren en doorgeven naar het reactie apparaat van
de cel
- Transcriptie regulatoren: binden met DNA om genen aan en uit te schakelen
- Speciale functies (variabel)
Vorm en structuur:
-> Elk aminozuur heeft een identieke basische structuur, enig verschil is
restgroep
-> Zijn met elkaar verbonden door peptidebindingen
Covalente peptidebinding wordt gevormd wanneer koolstofatoom van de
carboxylgroep van een aminozuur elektronen deelt met het stikstofatoom
van de aminogroep van een tweede aminozuur. Een
waterstofmolecuul wordt geëlimineerd -> condensatiereactie
Ruggengraat:
- Herhalende structuur van
kernatomen
Zijketen:
- Apolair
- Polair geladen
- Positief geladen
- Negatief geladen
➔ Verschillende, individuele eigenschappen
➔ Niet betrokken bij de covalente bindingen
-> Beginnend met N-terminus (amine) en eindigend met C-terminus (carboxyl)
,20 verschillende aminozuren:
Peptide ruggengraat:
- Peptide binding: laat rotatie toe
- Eiwitten plooien en vormen 3D-structuur
- Gestabiliseerd door niet-covalente bindingen
➔ Van der Waals kracht
➔ Waterstofbruggen (komen op verschillende plaatsen voor!)
➔ Elektrostatische interactie (hydrofiele krachten)
- Eventueel door vorming van Zwavelbruggen (covalent)
Hydrofobe interacties:
-> Helpen eiwitten vouwen in compacte conformaties
-> Apolaire aminozuur zijketens zijn aan de binnenkant begraven om een dicht
opeengepakte hydrofobe kern van atomen te vormen die verborgen zijn voor water
Vorming van zwavelbruggen (komen niet in de cel voor):
- Disulfide bindingen helpen bij stabiliseren van eiwit conformatie
- Tussen cysteïne zijketens door oxidatie van hun SH-groepen
- De energie die nodig is om één covalente binding te verbreken is veel groter dan de
energie die nodig is om een hele reeks niet-covalente bindingen te verbreken ->
belangrijk stabiliserend effect hebben op de gevouwen structuur
Denaturatie en renaturatie van eiwitten:
-> Denaturatie: proteïne uit zijn vorm krijgen aan de hand van een solvent, die de
niet-covalente bindingen uit elkaar haalt.
-> Renaturatie: als men solvent weghaalt, zal de proteïnen terug zijn oorspronkelijke vorm
aannemen.
=>Wijst erop dat de aminozuursequentie de 3D-structuur van
proteïnen aangeeft
Chaperone-eiwitten:
- Correcte vouwing van nieuw gesynthetiseerde eiwitten
- Binden zich aan nieuw gesynthetiseerde of gedeeltelijk
gevouwen ketens en helpen hen om langs de meest
energetisch gunstige route te vouwen.
- Vereist ATP-binding en hydrolyse.
, Sommige chaperonne-eiwitten fungeren als isolatiekamers die een polypeptide helpen
vouwen:
-> Het vat van de chaperonne biedt een
gesloten kamer waarin een nieuw
gesynthetiseerde polypeptideketen kan
vouwen zonder het risico te aggregeren
met andere polypeptiden in de drukke
omstandigheden van het cytoplasma.
-> Dit systeem vereist ook een input van
energie van ATP-hydrolyse, voornamelijk
voor de associatie en daaropvolgende
dissociatie van de dop die de kamer
afsluit.
Eiwitten - verschillende structuurniveaus:
1. Primaire structuur: aminozuursequentie
2. Secundaire structuur: alpha-helix en beta-plaat
-> veel voorkomende structuurvorm in eiwitten
-> alleen tussen atomen in de ruggengraat
Alpha-helix:
- N-H van elke peptidebindingen waterstof gebonden aan de C=O van een
naburige peptidebindingen die zich vier aminozuren verder in dezelfde
keten bevindt.
- Kan zowel rechtshandig als linkshandig zijn (in eiwitten bijna altijd
rechtshandig)
- Veel membraangebonden eiwitten passeren lipide dubbellaag als een
alpha-helix
- Hydrofobe zijketens maken contact met hydrofobe koolwaterstof staarten
van fosfolipide moleculen.
- Hydrofiele delen vormen waterstofbindingen met elkaar langs de
binnenkant van de helix.
Vorming van Coiled-coil:
-> Twee of drie alpha-helices kunnen om elkaar heen wikkelen.
-> Apolaire zijketens van de ene alpha helix een interactie aangaat met de apolaire zijketen
van de nadere alpha helix (contact met waterige cytosol minimaliseren).
-> Hydrofiele aminozuur zijketens worden blootgesteld aan de waterige omgeving
Beta-plaat:
- Verschillende segmenten van een polypeptideketen worden bij elkaar gehouden door
waterstofbindingen tussen peptidebindingen in aangrenzende strengen.
- Aangrenzende kettingen lopen in tegengestelde richting -> antiparallel vel
- Aangrenzende kettingen lopen in gelijke richting -> parallel vel
Stapeling van beta-platen:
-> Vorming van eiwit-aggregaten tot amyloïde vezels.
-> Belangrijkste groep macromoleculen in cellen
-> Meest verscheiden groep qua grootte, vorm en structuur
-> Zeer uiteenlopende functies uitoefenen
Functies:
- Enzymen: katalyseren van breuk of vorming van covalente bindingen
- Structuur proteïnen: mechanische steun voor cellen en weefsel
- Transport proteïnen: dragen kleine moleculen of ionen
- Motor proteïnen: genereren beweging in cellen en weefsels!!
- Opslag proteïnen: slaan aminozuren en ionen op
- Signaal proteïnen: dragen extracellulaire signalen van cel tot cel
- Receptor proteïne: signalen detecteren en doorgeven naar het reactie apparaat van
de cel
- Transcriptie regulatoren: binden met DNA om genen aan en uit te schakelen
- Speciale functies (variabel)
Vorm en structuur:
-> Elk aminozuur heeft een identieke basische structuur, enig verschil is
restgroep
-> Zijn met elkaar verbonden door peptidebindingen
Covalente peptidebinding wordt gevormd wanneer koolstofatoom van de
carboxylgroep van een aminozuur elektronen deelt met het stikstofatoom
van de aminogroep van een tweede aminozuur. Een
waterstofmolecuul wordt geëlimineerd -> condensatiereactie
Ruggengraat:
- Herhalende structuur van
kernatomen
Zijketen:
- Apolair
- Polair geladen
- Positief geladen
- Negatief geladen
➔ Verschillende, individuele eigenschappen
➔ Niet betrokken bij de covalente bindingen
-> Beginnend met N-terminus (amine) en eindigend met C-terminus (carboxyl)
,20 verschillende aminozuren:
Peptide ruggengraat:
- Peptide binding: laat rotatie toe
- Eiwitten plooien en vormen 3D-structuur
- Gestabiliseerd door niet-covalente bindingen
➔ Van der Waals kracht
➔ Waterstofbruggen (komen op verschillende plaatsen voor!)
➔ Elektrostatische interactie (hydrofiele krachten)
- Eventueel door vorming van Zwavelbruggen (covalent)
Hydrofobe interacties:
-> Helpen eiwitten vouwen in compacte conformaties
-> Apolaire aminozuur zijketens zijn aan de binnenkant begraven om een dicht
opeengepakte hydrofobe kern van atomen te vormen die verborgen zijn voor water
Vorming van zwavelbruggen (komen niet in de cel voor):
- Disulfide bindingen helpen bij stabiliseren van eiwit conformatie
- Tussen cysteïne zijketens door oxidatie van hun SH-groepen
- De energie die nodig is om één covalente binding te verbreken is veel groter dan de
energie die nodig is om een hele reeks niet-covalente bindingen te verbreken ->
belangrijk stabiliserend effect hebben op de gevouwen structuur
Denaturatie en renaturatie van eiwitten:
-> Denaturatie: proteïne uit zijn vorm krijgen aan de hand van een solvent, die de
niet-covalente bindingen uit elkaar haalt.
-> Renaturatie: als men solvent weghaalt, zal de proteïnen terug zijn oorspronkelijke vorm
aannemen.
=>Wijst erop dat de aminozuursequentie de 3D-structuur van
proteïnen aangeeft
Chaperone-eiwitten:
- Correcte vouwing van nieuw gesynthetiseerde eiwitten
- Binden zich aan nieuw gesynthetiseerde of gedeeltelijk
gevouwen ketens en helpen hen om langs de meest
energetisch gunstige route te vouwen.
- Vereist ATP-binding en hydrolyse.
, Sommige chaperonne-eiwitten fungeren als isolatiekamers die een polypeptide helpen
vouwen:
-> Het vat van de chaperonne biedt een
gesloten kamer waarin een nieuw
gesynthetiseerde polypeptideketen kan
vouwen zonder het risico te aggregeren
met andere polypeptiden in de drukke
omstandigheden van het cytoplasma.
-> Dit systeem vereist ook een input van
energie van ATP-hydrolyse, voornamelijk
voor de associatie en daaropvolgende
dissociatie van de dop die de kamer
afsluit.
Eiwitten - verschillende structuurniveaus:
1. Primaire structuur: aminozuursequentie
2. Secundaire structuur: alpha-helix en beta-plaat
-> veel voorkomende structuurvorm in eiwitten
-> alleen tussen atomen in de ruggengraat
Alpha-helix:
- N-H van elke peptidebindingen waterstof gebonden aan de C=O van een
naburige peptidebindingen die zich vier aminozuren verder in dezelfde
keten bevindt.
- Kan zowel rechtshandig als linkshandig zijn (in eiwitten bijna altijd
rechtshandig)
- Veel membraangebonden eiwitten passeren lipide dubbellaag als een
alpha-helix
- Hydrofobe zijketens maken contact met hydrofobe koolwaterstof staarten
van fosfolipide moleculen.
- Hydrofiele delen vormen waterstofbindingen met elkaar langs de
binnenkant van de helix.
Vorming van Coiled-coil:
-> Twee of drie alpha-helices kunnen om elkaar heen wikkelen.
-> Apolaire zijketens van de ene alpha helix een interactie aangaat met de apolaire zijketen
van de nadere alpha helix (contact met waterige cytosol minimaliseren).
-> Hydrofiele aminozuur zijketens worden blootgesteld aan de waterige omgeving
Beta-plaat:
- Verschillende segmenten van een polypeptideketen worden bij elkaar gehouden door
waterstofbindingen tussen peptidebindingen in aangrenzende strengen.
- Aangrenzende kettingen lopen in tegengestelde richting -> antiparallel vel
- Aangrenzende kettingen lopen in gelijke richting -> parallel vel
Stapeling van beta-platen:
-> Vorming van eiwit-aggregaten tot amyloïde vezels.
