Niklas Dahrén
Felveckning och denaturering
av proteiner
Felveckning av proteiner
Strukturen är helt avgörande för proteinets funktion
ü E# protein är helt beroende av sin struktur för a& kunna fullgöra sina uppgi/er. T.ex.
behöver enzymer ha en viss form för a& kunna binda olika ämnen.
ü Exempel: Enzymet ”galaktosidas” behöver nedanstående 3-‐dimensionella struktur för a&
kunna binda si& substrat ”maltos” och spjälka det Ell 2 glukosmolekyler.
Bildkälla: "Galactosidase enzyme" by Thomas Shafee -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galactosidase_enzyme.png#/
media/File:Galactosidase_enzyme.png
Efter translationen får proteinet sin
3-dimensionella struktur genom veckning
Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/
media/File:Process_of_DenaturaEon.svg
ü De flesta proteiner veckas spontant ;ll sin tredimensionella struktur: Aminosyror med hydrofoba sidokedjor kommer vända dessa inåt (bort från det omgivande va&net) medan aminosyror med hydrofila sidokedjor kommer vända dessa utåt (mot va&net). SamEdigt kommer vätebindningar och andra typer av bindningar (disulfidbryggor etc.) skapas mellan olika aminosyror vilket också bidrar Ell den spontana veckningen.
ü Chaperoner hjälper vissa proteiner med veckningen: Det finns en typ av proteiner i cellen som heter ”chaperoner” och som hjälper vissa proteiner med veckningen. En del chaperoner fungerar som ”värmeshockproteiner” och bildas i stora mängder när cellen utsä&s för hög temperatur. Värmeshockproteinerna ser då Ell a& stabilisera proteinets struktur så a& det inte denatureras.
Veckning
Proteinernas veckning och struktur skapas och stabiliseras av olika typer av bindningar
Vätebindning
–– CH3 -‐ -‐ -‐ CH3––
Hydrofob interak;on
–– CH 3 -‐
–– CH2-‐S––S-‐CH2––
Disulfidbrygga
–– CH2-‐NH3+
-‐ O-‐C-‐CH2––
O
II
Jonbindning
Proteinernas veckning och struktur skapas och stabiliseras av olika typer av bindningar
ü Vätebindningar: Vätebindningar uppstår mellan olika delar i polypepEdkedjans
”ryggrad” (mellan syre-‐ och väteatomer). Vätebindningar uppstår även mellan olika aminosyrors polära sidokedjor (även här väte-‐ och syreatomer alt. väte-‐ och kväveatomer). Vätebindningar uppstår även mellan olika aminosyrors polära sidokedjor och de omgivande va&enmolekylerna vilket också är vikEgt för a& stabilisera den tredimensionella strukturen hos proteinet.
ü Hydrofoba interak;oner: Spontant kommer hydrofoba sidokedjor vända sig inåt mot centrum av proteinet (bort från det omgivande va&net) och där binda Ell andra hydrofoba sidokedjor.
De&a sker delvis p.g.a. a& va&enmolekylerna inte vill samverka med och binda Ell hydrofoba ämnen utan hellre binder Ell andra va&enmolekyler eller andra polära ämnen e/ersom det
genererar starkare och stabilare bindningar (vätebindningar). De hydrofoba sidokedjorna binder då istället Ell varandra.
ü Jonbindningar (saltbryggor): Uppstår mellan posiEvt och negaEvt laddade sidokedjor (R-‐
grupper), precis som 2 joner i e& salt.
ü Disulfidbryggor: En disulfidbrygga utgörs av 2 svavelatomer, från 2 olika sidokedjor, som binder Ell varandra med en polär kovalent bindning. Obs. enbart aminosyran cystein har svavel i sin sidokedja så det är alltså 2 olika cysteinmolekyler som binder Ell varandra med en
disulfidbrygga.
Över 30 sjukdomar är orsakade av felveckade proteiner
ü En felveckning av proteiner i cellerna leder Ell a& de inte får sin korrekta 3-‐
dimensionella struktur och förlorar därmed sin normala funkEon.
ü Felveckade proteiner kan klumpa ihop sig med varandra och bildar då stora
”proteinaggregat” som kallas för amyloider. Dessa stör de normala funkEonerna i cellen.
ü Amyloiderna leder ;ll flera svåra sjukdomar, t.ex. Alzheimer, Parkinson,
Skelle/eåsjukan och ”Galna kosjukan” och Creutzfeldt-‐Jakobs sjukdom. Totalt orsaker felveckade proteiner över 30 olika sjukdomar.
ü En anledning ;ll a# proteiner veckas felak;gt kan vara a& genen för proteinet har få&
en mutaEon vilket leder Ell a& en eller flera aminosyror blir ersa&a av andra aminosyror som omöjliggör en korrekt veckning.
Prioner ger upphov till ”galna kosjukan”
ü I nervcellerna förekommer det s.k. prionproteinet (PrPC). Prionprotein kan dock bli felveckat och bli en dödlig prion (PrPSc). Det är alltså samma protein men i en ny form och med helt nya egenskaper -‐ tyvärr dödliga. Orsaken Ell denna felveckning kan vara en mutaEon i prionproteingenen.
ü Prioner kan ”smi#a” andra friska prionproteiner i cellen. De kan påtvinga sin egen 3D-‐struktur på
"oskyldiga" normala prionproteiner med en slags självgenererande effekt: 1 PrPC+1 PrPSc=2 PrPSc.
Exakt hur det felveckade proteinet får andra, normalt veckade prioner, a& anta den abnorma formen, är forlarande inte känt.
ü Prioner kan också smi#a mellan olika människor och mellan djur och människor.
ü Felveckade prioner förstör hjärncellerna och ger upphov Ell ”Galna kosjukan” hos djur och Creutzfeldt-‐
Jakobs sjukdom hos människor.
Kor som inte klarar av a# resa sig upp kan ha drabbats av felveckade prioner som förstör deras hjärnceller.
Diabetes typ 2 verkar ha ett samband med felveckning av IAPP
Mer läsning om de#a:
§ h&p://physrev.physiology.org/content/91/3/795
§ h&p://www.sciencedirect.com/science/arEcle/pii/S0925443901000783
§ h&p://www.scq.ubc.ca/islet-‐amyloid-‐a-‐culprit-‐in-‐type-‐2-‐diabetes/
ü Amylin, eller ”Islet Amyloid Polypep;de” (IAPP), är e& pepEdhormon som består av 37 aminosyror. Det utsöndras från betacellerna precis som insulin och bidrar Ell ökad blodsockerkontroll genom a& sänka magsäckens
tömningshasEghet och öka mä&nadskänslan etc.
ü En felveckning av IAPP leder Ell a& pepEden får fel struktur och därför börjar flera IAPP klumpa ihop sig med varandra. Amyloider (proteinaggregat) bildas då först i betacellerna och sedan även utanför cellerna. Teorin är a& dessa är gi/iga för cellen och a& det så småningom leder Ell a& betacellerna genomgår apoptosis (programmerad celldöd). Bukspo&körtelns förmåga a& producera insulin blir i de&a fall nedsa& vilket ger upphov Ell diabetes (i första hand typ 2, men en del forskare menar a& det även kan finnas en koppling Ell diabetes typ 1).
ü En anledning ;ll a# felveckningen uppstår är a& en mutaEon i IAPP-‐genen resulterar i a& aminosyran serin ersä&s med glycin vilket gör a& veckningen av hela proteinet blir felakEgt.
Denaturering av proteiner
Denaturering av proteiner innebär att de förlorar sin 3-dimensionella struktur
ü Proteiner kan denatureras vilket innebär a& de veckas ut och förlorar sin 3-‐dimensionella struktur (även DNA, RNA och andra molekyler kan denatureras). Om proteinet förlorar sin 3-‐
dimensionella struktur innebär det även a& proteinet förlorar sin funkEon.
Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/
media/File:Process_of_DenaturaEon.svg
pH, värme, salt, alkoholer etc.
Denaturering
Proteinet fungerar som det ska Proteinet fungerar ej
Olika faktorer som orsakar denaturering av proteiner
Faktorer: Bindningar
som bryts: Mekanism:
Värme Vätebindningar, hydrofoba
interakEoner
Bindningarna i proteinet (vätebindningar och hydrofoba interakEoner) börjar vibrera så kra/igt a& de Ellslut brister.
Syror och baser
(förändring i pH) Jonbindningar (saltbryggor), vätebindningar
Sidokedjornas laddningar förändras etc. vilket gör a&
jonbindningar och vätebindningar upplöses.
Alkoholer Vätebindningar Alkoholmolekylerna binder Ell polära sidokedjor i proteinet med vätebindningar vilket bryter existerande vätebindningar mellan olika sidokedjor.
Salter Vätebindningar
med omgivande va&enmolekyler
De va&enmolekyler som omgärdar proteinet bidrar Ell proteinets struktur. Va&enmolekylerna binder med
vätebindningar Ell de polära sidokedjorna vilket stabiliserar proteinets struktur, samEdigt så ser va&net Ell a& de
hydrofoba sidokedjorna är vända inåt mot proteinets
centrum. Vid hög saltkoncentraEon kommer jonerna i saltet a&rahera de va&enmolekyler som omgärdar proteinet. När va&enmolekylerna lämnar proteinet kommer strukturen inte kunna bibehållas och proteinet denatureras.
För lågt eller för högt pH-värde upplöser jonbindningar (saltbryggor) i proteinet
Medelhögt pH-‐värde (t.ex.
fysiologiskt pH-‐värde på 7,4):
Lågt pH-‐värde
(t.ex. ;llsa#s av HCl): Högt pH-‐värde
(t.ex. ;llsa#s av NaOH):
Jonbindning mellan sidokedjor
Pr ote in ets ry gg rad
Pr ote in ets ry gg rad
Proteinets ryggrad
Cl-‐Proteinets ryggrad
Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad
Ingen jonbindning mellan sidokedjor
Pr ote in ets ry gg rad
Na+
Ingen jonbindning mellan sidokedjor
Proteinets ryggrad
H+
H+ + OH-‐
H2O
Proteinets ryggrad
För lågt eller för högt pH-värde upplöser vätebindningar i proteinet
Medelhögt pH-‐värde (t.ex.
fysiologiskt pH-‐värde på 7,4):
Vätebindning mellan sidokedjor
Pr ote in ets ry gg rad
Pr ote in ets ry gg rad
Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad
Ingen vätebindning mellan sidokedjor
Pr ote in ets ry gg rad
Na+
Proteinets ryggrad Proteinets ryggrad
Proteinets ryggrad
Ingen vätebindning mellan sidokedjor
Proteinets ryggrad
-‐ z
Cl-‐Lågt pH-‐värde
(t.ex. ;llsa#s av HCl): Högt pH-‐värde
(t.ex. ;llsa#s av NaOH):
H+
H+ + OH-‐
-‐ H2O
Sammanfattning över hur pH-värdet påverkar proteinerna
Många väte-‐
och
jonbindningar
Lågt pH-‐värde: Medelhögt pH-‐värde: Högt pH-‐värde:
Proteinet denaturerar och förlorar sin funkEon
Proteinet bibehåller sin struktur och
därmed även sina funkEoner Proteinet denaturerar och förlorar sin funkEon
Mer om denaturering av proteiner
ü Primärstrukturen förstörs aldrig även om proteinet denatureras.
Det är bara själva veckningen av proteinet som förstörs.
ü Proteiner med disulfidbryggor är mer resistenta mot denaturering e/ersom disulfidbryggor utgöras av starka kovalenta bindningar.
ü Saltsyra denaturerar proteiner i magsäcken: De proteiner vi får i oss via födan spjälkas Ell fria aminosyror med hjälp av enzymer i mag-‐/tarmkanalen (t.ex. pepsin). Spjälkningen av dessa proteiner underlä&as om proteinerna först denatureras. I magsäcken sker denatureringen med hjälp av saltsyra (som sänker pH-‐värdet).
Saltsyra
Bildkälla: "Process of DenaturaEon" by Scurran15 -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 4.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Process_of_DenaturaEon.svg#/
media/File:Process_of_DenaturaEon.svg
Denaturering av proteinerna i ägg
Bildkälla: "Protein DenaturaEon" by RMADLA -‐ Own work. Licensed under CC BY-‐SA 3.0 via Commons -‐ h&ps://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Protein_DenaturaEon.png#/media/File:Protein_DenaturaEon.png
ü Proteinerna i äggvitan genomgår
denaturering när ägget kokas. Värmen bryter de bindningar som håller ihop den 3-‐
dimensionella strukturen.
ü När bindningarna bryts kommer proteinerna veckas ut och då kommer även lösligheten påverkas negaEvt. Proteinerna kommer nu
”klumpa” ihop sig med varandra istället för a& binda Ell va&enmolekylerna. Man säger a& proteinet ”fälls ut” e/ersom vi kan se proteinerna när det är många proteiner som si&er ihop med varandra.
