Struktura a funkce biomakromolekulKBC/BPOL

3. Enzymy a proteinové motory

Ivo Frébort

Enzymová katalýza

Mechanismy enzymové katalýzy

oZtráta entropie při tvorbě komplexu ESoZtráta entropie při tvorbě komplexu ESoDestabilizace komplexu ES oKovalentní katalýzaoObecná acidobazická katalýza

K t lý k ý i toKatalýza kovovým iontemoPřiblížení a orientace reaktivních skupin

Ztráta entropie komplexu ES

Destabilizace komplexu ES

Příklady kovalentní katalýzy

Příklady kovalentní katalýzy: NAD(P)+ dehydrogenasy

Acidobazická katalýza

o Katalýza při které je v přechodovém stavu přenášen protonpřenášen proton

o Specifická acidobazická katalýza spočívá v difúzi H+ nebo OH- do aktivního místa

o Obecná acidobazická katalýza probíhá za účasti bazí jiných než H+ a OH-, které zprostředkovávají přenos H+ v komplexu ES

Serinové proteasy

Trypsin, chymotrypsin, elastasa, thrombin, subtilisin, plasminKombinace kovalentní a obecné acidobazické katalýzy

o Ser je součástí katalytické triády His-57, Asp-102, Ser-195 o Asp-102 udržuje His-57 ve správné orientacio His-57 působí jako obecná kyselina a zásadao Ser-195 vytváří kovalentní vazbu se štěpeným peptidemo Tvorba kovalentní vazby mění koformaci uhlíku z trigonální nao Tvorba kovalentní vazby mění koformaci uhlíku z trigonální na

tetrahedrálnío Tetrahedrální oxyaniontový intermediát je stabilizován H-

vazbami s N Gly-193 and Ser-195

Aktivní místo Ser proteas

Aspartátové proteasy

Pepsin, chymosin, cathepsin, renin, HIV-1 protease

Vš h b h jí d ě A id kti í í těo Všechny obsahují dvě Asp residua v aktivním místěo Tyto dva Asp pracují společně jako silný acidobazický

katalyzátoro Jeden Asp má relativně nízké pKa, druhý relativně vysoké pKa

o Deprotonovaný Asp se chová jako báze, je schopne přijmout proton z HOH, a tvoří OH- v přechodovém komplexuD hý A h á j k k li dště j to Druhý Asp se chová jako kyselina, odštěpuje proton a podporuje tak vytváření tetrahedrálního intermediátu

o V pepsinu, jeden Asp má pKa 1.4, druhý 4.3

Reakce Asp proteas

Lysozym

o Lysozym hydrolyzuje polysacharidy a štěpí t k b ěč tě ěkt ý h b kté iítak buněčnou stěnu některých baktérií

o Lysozym ze slepičího vaječného bílku -129 residuí, 4 disulfové můstky

o První enzym jehož struktura byla určenaX-ray krystalografií (David Phillips 1965)X ray krystalografií (David Phillips, 1965)

Reakce lysozymu

Mechanismus reakce lysozymu

Molekulární motory ?

Adenylát kinasa

d i h

Motorové proteiny – dyneiny a kinesiny

zprostředkovávají pohyb prostřednictvím mikrotubulí

motor

stalk

head

Dynein (approximate

domain thatinteracts with

microtubule stalk domain

N-terminal heavychain motor

domains (heads)

Kinesin I

hinge light chains

C-terminal tail domains

domain ( ppstructure) Kinesin I

Tubulin a mikrotubuly

Základní komponenty cytoskeletonuo Microtubuly jsou duté, válcové polymery

tvořené tubulinovými dimeryo 13 tubulinových monomerů na otočkuo Dimery asociují na "plus" konec a disociují z

"minus" konceo Mikrotubuly jsou základní složkyo Mikrotubuly jsou základní složky

cytoskeletonu, cilií a bičíku

Tubulin a mikrotubuly

Mikrotubuly v ciliích a bičíku

o MT jsou základní struktury cilií a bičíkuo MT jsou základní struktury cilií a bičíkuo Cilie se vlní; bičíky rotují – vše řízeno ATP!o Dynein „kráčí“ nebo „klouzá“ podél MTs a

způsobuje ohyb jedné MT vzhledem k druhéo Pohyb dyneinu je řízen hydrolýzou ATP

Mikrotubuly v ciliích

Mechanismus pohybu cilií

Pohyb bičíkuPohyb bičíku

http://www.seoulin.co.kr/Up/index-chemotaxis.html

Mikrotubuly a pohyb organel v buňce

o Dráhy pro"molekulární motory" o MT také umožňují pohyb organel a částic v

buňceo V axonech, dyneiny transportují organely od +

k - konci, např. směrem k jádruo Kinesiny transportují organely od - k + konci, y p j g y ,

např. směrem od jádra

Pohyb organel

Struktura kinesinu

cargo vesicle

kinesin

ule

scaffolding protein

receptor

mic

rotu

bu

inactive kinesin

Pohyb kinesinu po mikrotubulích

Proteinové motory ve svalech

Morfologie svalu

o Svazek vláken obsahuje stovky myofibril o Každá myofibrila je svazek sarkomerůo Každý sarkomer je ukončen transversální tubulí (t-tubule)o Každý sarkomer je ukončen transversální tubulí (t-tubule)

tvořené membránouo Povrch sarkomerů je pokryt by sarkoplasmatickým retikulem

(SR)o Nervové impulsy přicházející do svalu produkují "akční

potenciál", který se šíří sarkolemovou membránou a do vláken sítí t tubulívláken sítí t-tubulí

o Signál indukuje uvolnění Ca2+ ze SR o Ca2+ ionty se vážou do specifických míst na vláknech a

indukují kontrakci, relaxace je doprovázena pumpováním Ca2+ zpět do SR

Struktura svalové buňky

Struktura tenkého vlákna

Struktura silného vlákna

o Myosin - 2 těžké a 4 lehké podjednotkyo Těžké podjednotky - 230 kDao Lehké podjednotky - 2 x 2 různé, 20 kDao "Hlava" těžké podjednotky má ATPasovou aktivitu -

hydrolýza ATP zde řídí kontrakci svalu

Akce myosinu řízená Ca2+

Ca - myosin

Myosin - ATP

v07.tropotropo.mov

Kontrakce svalu(sliding filament model)

http://www.seoulin.co.kr/up/index-cytoskeleton.html

Asociované svalové proteiny

Actinin, Dystrophin, Laminin