structural biology helps to understand molecular biology
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Strukturbio-SoSe-2008-1 Struktur und Funktion von Proteinen Ralf Ficner SoSe 2008 http://www.img.bio.uni-goettingen.de/ms-www/teaching.html Literatur Strukturbio-SoSe-2008-2 • Aktuelle Auflagen der Biochemie-Lehrbücher: Lehninger, Stryer, Voet & Voet, und der Molekularbiologie-Lehrbücher: Lewin, Alberts, Lodish • Protein Structure and Function Gregory Petsko & Dagmar Ringe, 2004 • Introduction to Protein Structure Carl Branden & John Tooze, 2nd Edition, 1999 Strukturbio-SoSe-2008-3 „Axiom“ der Strukturbiologie • Drei-dimensionale Struktur eines Proteins bestimmt seine Funktion (was ist „Funktion“ ?) • Ziel der strukturbiologischen Forschung: Zusammenhang zwischen 3D-Struktur und Funktion zu verstehen Strukturbio-SoSe-2008-4 Fundamentale biochemische Funktionen von Proteinen Strukturbio-SoSe-2008-5 Strukturbio-SoSe-2008-6 Die 4 Ebenen einer Protein-Struktur Primär- Sekundär- Tertiär- Quartär-Struktur Strukturbio-SoSe-2008-7 Strukturbio-SoSe-2008-8 PDB Entries Strukturbio-SoSe-2008-9 The Universe of Protein Structures Proteine können aufgrund ihrer Domänen und ihrer Faltung in Familien eingeordnet werden Alpha Domänen (zB. 4-helix bundle, Globin fold) Beta Domänen (zB. Beta-propeller, Greek-key) Alpha/Beta Domänen (zB TIM barrel, Rossmann fold) „Cross-linked“ Domänen (zB Scorpion Toxin, ZnFinger) Strukturbio-SoSe-2008-10 Classes: SCOP Structural Classes Strukturbio-SoSe-2008-11 Follow the structural hierarchy from the general to the specific Strukturbio-SoSe-2008-12 Strukturbio-SoSe-2008-13 Strukturbio-SoSe-2008-14 Strukturbio-SoSe-2008-15 Strukturbio-SoSe-2008-16 Protein - Domänen • Proteine mit weniger als ca. 250 Aminsäuren sind meistens globuläre ‚Single-Domain‘ Proteine • Im Durchschnitt ca. 200 Aminosäuren (Ausnahmen bestätigen die Regel: grösste Domäne besteht aus 907 As.) • Hydrophober ‚Core‘ Stabilität der Faltung • Domänen in Multidomänen-Proteine haben oft unterschiedliche Funktionen (zB Dimerisierungs- und DNA-Bindungsdomäne von Transkriptionsfaktoren) Strukturbio-SoSe-2008-17 Protein-Domänen sind oft, aber nicht immer, ein kontinunierlicher Teil der Polypeptidkette Strukturbio-SoSe-2008-18 Was bestimmt die Faltung ? • Hydrophobizität • • • • Wasserstoffbrücken-Bindungen Ionische und polare Interaktionen van der Waals Interaktionen Sterische Wechselwirkung • Disulfid-Bindung • Metallionen Strukturbio-SoSe-2008-19 Strukturbio-SoSe-2008-20 Quartär-Struktur Strukturbio-SoSe-2008-21 Quartär-Struktur Strukturbio-SoSe-2008-22 Struktur und Funktion von Enzymen Strukturbio-SoSe-2008-23 Enzyme • Spontanietät ≠ Geschwindigkeit der Reaktion • Aktivierungsenergie ΔG‡ • Enzyme beeinflussen die Geschwindigkeit, aber nicht das Gleichgewicht • Reaktionsgleichgewicht ΔGº Reaktionsgeschwindigkeit v Strukturbio-SoSe-2008-24 Prinzipien der Enzym-Katalyse • Erniedrigung der Aktivierungsenergie ΔG‡ • Stabilisierung des Übergangszustandes • „Schlüssel-Schloß“ – Hypothese ist nicht korrekt • Enzym muss komplementär zum Übergangszustand sein Strukturbio-SoSe-2008-25 Enzyme stabilisieren den Übergangszustand der Reaktion Strukturbio-SoSe-2008-26 Mechanismen der Enzymkatalyse • Katalyse durch Stabilisierung des Übergangszustandes • Säure-Base Katalyse • Kovalente Katalyse • Metall-Ionen Katalyse • Orientierungseffekte Säure-Base Katalyse Strukturbio-SoSe-2008-27 Strukturbio-SoSe-2008-28 RNase A
