Vertiefendes Seminar zur Vorlesung Biochemie

Transkript

1 Vertiefendes Seminar zur Vorlesung Biochemie Proteine: Faltung Gerhild van Echten-Deckert Fon Homepage:

2 Möglichkeiten der Assoziation von Membranproteinen mit der Lipid-Doppelschicht Alberts et al. Molecular Biology of the Cell (2011)

3 Membranproteine unterscheiden sich durch ihre Topologie

4 Expression der genetischen Information DNA mrna Aminosäurenkette (linear) Transkription Translation Faltung Natives Protein (3D) Lineare Information 3 dimensionale Information

5 Das Experiment von C.B. Anfinsen Renaturierung von ungefalteter, denaturierter Ribonuklease Levinthal Paradoxon

6 U: Unfolded I: Intermediate N: Native Wie falten Proteine?

7 Beginn der Helixbildung und Kollaps Die Thermodynamik der Proteinfaltung als Freier-Enthalpie-Trichter. Am oberen Ende ist die Zahl der Konformationen, und deshalb auch die konformationelle Entropie, hoch. Nur ein kleiner Bruchteil der intramolekularen Wechselwirkungen, die in der nativen Konformation auftreten, t itb ist bereits vorhanden. Während die Flt Faltung fortschreitet, t verringert der in den Ti Trichter führende thermodynamische Weg die Zahl der vorliegenden Zustände (die Entropie nimmt ab), erhöht die Menge des Proteins in nativer Konformation und minimiert die Freie Enthalpie. Einbuchtungen am Rand des Trichters repräsentieren semistabile Zwischenprodukte der Faltung, die gelegentlich den Faltungsprozess verlangsamen können

8 Schematic of the folding energy landscape of a protein molecule where the energy of the protein is displayed as a function of the topological arrangements of the atoms. The multiple states of the unfolded protein located at the top fall into a folding funnel consisting of an almost infinite number of local minima, each of which describes possible folding arrangements in the protein. Most of these states represent transient folding intermediates in the process of attaining the correct native fold. Some of these intermediates retain a more stable structure such as the molten globule, whereas other local minima act as folding traps irreversibly capturing the protein in a misfolded state.

9 In vivo Proteinfaltung In vitro mg/ml 0,01 0,02 mg/ml

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11 Hsp 70 Hsp 60 (Chaperonine) Prokaryonten Gruppe I Eukaryonten Zytosol ER Mitochondrien Chloroplasten GroEL: Eubakterien Hsp60: Mitochondrien Chloroplasten Gruppe II Thermosom: Archaebakterien TRIC: Zytosol - Eukaryonten

12 Overall architecture and dimensions of the GroEL GroES complex. a, Van der Waals space-filling model of the entire complex in atopview looking down from the GroES-binding (cis) side;b, asa, but in a side view. The complex is colour coded as follows: trans GroEL ring, red; cis GroEL ring, green; GroES, Go S,gold. c, C drawing daw gof the 'inside' sde of the GroEL GroES Go Go complex. The view was produced by cutting the assembly open with a plane containing the 7-fold axis. ADP molecules bound to cis GroEL ring are shown as space-filling models. a, b, Produced d using MidasPlus (Computer Graphics Lb Laboratory, University of California, San Francisco); c, produced using program O 53. Nature 388, (21 August 1997)

13 Bänderdarstellung einer GroEL-Untereinheit

14 Der Reaktionszyklus von GroE

15 Mechanismus der Chaperone-vermittelten Proteinfaltung bei E.coli (a) (b) a. Hsp70-System (Dnak, DnaJ, GrpE) b. Chaperonin-System (GroEL, GroES) TIBS 23, Feb. 1998

16 Proteinfaltung in Eukaryonten (a) () (b) () a. Co-translationale Faltung b. Post-translationale Faltung TIBS 23, Feb. 1998