Chemical structure of proteins - amino acids - peptide bond and polypeptide chain Secondary structure - α-chine - β-Structure The globular structure (folding of proteins), the Levintal paradox - the role of the secondary structure in the formation of the globule - Globule stabilization, chaperones - structure of membrane proteins - unstructured proteins Endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, translocon Failure in folding, endoplasmic reticulum stress Regulation, degradation - limited proteolysis - proteasome proteolysis - lysosomal (autophagy, mTOR) - extracellular proteolysis

1. Білки: структура, упаковка,
транспорт, деградація,
регуляція
Старший науковий співробітник,
к.б.н. Древицька Тетяна

2. План
Постранскрипційна регуляція: микроРНК, довгі некодуючі РНК, редагування РНК.
Хімічна будова білків: амінокислоти, пептидний зв'язок та поліпептидний ланцюг.
Вторинна структура
- α-Спіраль
- β-Структура
Глобулярна структура (фолдінг білків), парадокс Левинталя
- роль вторинної структури в утворенні глобули
- стабілізація глобули, шаперони
- структура мембранних білків
- неструктуровані білки
Ендоплазматический ретикулум, апарат Гольджи, транслокон
Порушення фолдінгу, стрес ендоплазматичного ретикулюму, сигналінг в ядро, ERAD
Регуляція, деградація
- обмежений протеоліз
- протеасомний протеоліз
- лізосомний (автофагія, мTOR)

3. 3Посттранскріпційна регуляція
Альтернативний сплайсінг
РНК-редагування
РНК-інтерференція
Деградація мРНК

4. RNA інтерференція: мікроРНК

6. Довгі некодуючі РНК

8. Хугстінівські взаємодії при формуванні
тріплексів

10. Редагування РНК

11. Два види редагування
Модифікація основ (дезамінування)
- А в І (у вірусів, у людей)
- C в U, U в C (в хлоропластах, мітохондріях рослин, у людей),
Вставка/делеція
- U вставка/делеція кінетопластити у протозоа
- моно/динуклеотидні вставки (Physarum)
- Нуклеотидні перестановки (Acanthamoeba tRNAs)

12. Функції РНК редагування дезамінуванням

14. ADAR - adenosine deaminase -
гіпоксантин

15. AID/APOBEC – цитідін дезамінази

17. Що таке амінокислоти?
- органічні сполуки, в молекулі яких
містяться одночасно карбоксильні
та амінні групи;
- при нейтральному рН обидві групи
знаходяться в іонізованому стані,
що забезпечує їх здатність
утворювати полімери
- R – характер радикалів грає
важливу роль у просторовій
організації білків.

18. Протеіногенні
α-амінокислоти

19. Формирование пептидной связи

20. В результате трансляции мРНК образуется
полипептидная цепь
Стабилизирована ковалентными пептидными связями. Имеет N- и С-конец
Характеризуется количеством аминокислот, их последовательностью и свойствами.
Эти характеристики обуславливают дальнейшую пространственную упаковку

21. TRANS CONFIG
CIS CONFIG
Взаимная ориентация атомов в пептидной
связи
Связь планарная и группа может принять одну из двух основных
конфигураций:
95
%

22. Парадокс Левинталя
?
100 аминокислот – 10100 комбинаций

23. Диаграмма Рамачандрана

24. Планарные и непланарные связи в
полипептидах

25. Пептидная группа полярная, выступает и донором и
акцептором водородных связей
Одна пара электронов, которая соответствует связям С-
О на самом деле делокализована также между атомами
С-N, что делает невозможным вращение вокруг нее,
таким образом реализуется выгодная транс-
конформация пептидной связи.

26. Что будет дальше происходить с полипептидной цепью?
В глобулярных водорастворимых белках соотношение
между гидрофобными и полярными остатками в
среднем 50:50. В следствие гидрофобного эффекта
неполярные остатки стремятся оказаться в середине
глобулы, а полярные остаются на поверхности и
взаимодействуют с водой. Это есть главной движущей
силой, которая заставляет полипептидную цепь
укладываться определенным образом в пространстве,
формируя компактную структуру – ГЛОБУЛУ.

27. Рівні організації білків

28. Уровни организации белковых молекул

29. Базовые структурные единицы белков: вторичная
структура
α-helix β-sheet
Водородные связи

30. α-спираль
Полипептидная цепь закручивается в виде спирали. Ветки скреплены между собой
межпептидными водородными связями (через 4 аминокислоты)
Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали, R-группы направлены наружу.
Полный оборот спирали содержит в среднем 3,6 аминоацильных остатков,
а расстояние она поднимается в свою очередь, составляет 0,54 нм.

31. β-структура (β-лист, складчатость)
состоят из нескольких антипаралельных бета-цепей (по 6-10 ак), связанных с боков
двумя или тремя водородными связями,
между амидных атомов водорода и карбонильных атомов кислорода, образуя слегка
закрученные,
складчатые листы. Они антипаралельны, одна из поверхностей всегда гидрофобна
Большие ароматические остатки (Тир, Фен, Трп) и β-разветвленные аминокислоты
(Тре, Вал, Иле) чаще всего находятся в середине β-листа. Пролины располагаются по краям
тяжей в β-листе, предположительно для избегания агрегации белков, которая может привести к
формированию амилоидов.

32. Другие минорные виды
Спираль 310
β- поворот

33. Третичная структура
Третичная структура описывает взаимосвязь различных областей друг с
другом в пределах белка и конечное расположение доменов в полипептиде

34. Роль вторичной структуры в образовании
глобулы
Правило 1. Каркас глобулы всегда состоит из участков вторичной структуры (α-спирали
и/или β-структурных слоев), гидрофобные поверхности которых, взаимодействуя между
собой, образуют гидрофобное ядро.
Насыщение пептидных групп водородными связями есть необходимой предпосылкой
образования внутри глобулы гидрофобного ядра.
Правило 2. Сегменты вторичной структуры протянуты от одного края глобулы к другому.
Перемычки между участками вторичной структуры остаются на поверхности и никогда не
углубляются в глобулу.
Правило 3. Перемычки между сегментами вторичной структуры избегают взаимного
перекреста – соседние по цепи перемычки расположены по разным бокам глобулы.

35. Стабилизация глобулы
- Гидрофобные взаимодействия между неполярными АК, расположенными
в пределах сегментов вторичной структуры
- Водородные связи между пептидными группами в пределах самих
сегментов
- Вандервальсовы взаимодействия в середине глобулы – обеспечивают
конечную жесткость
Дополнительно:
- Водородные связи в середине глобулы
- Электростатические взаимодействия на поверхности
- Ковалентные дисульфидные связи
- Взаимодействия с небольшими молекулами небелковой природы –
лигандами, простетическими группами, ионами металлов

36. Четвертичная структура

37. Примеры организации белков

38. Структура мембранных белков
бактериородопсин аквапорин

39. Неструктурированные белки
40% белков не образуют жесткой
третичной структуры
70% белков имеют
неупорядоченные участки, которые
обеднены гидрофобными
аминокислотами и такое состояние
энергетически более выгодно

40. Молекулярные
шапероны
(chaperones), або белки
теплового шока (HSP)

41. HEAT SHOCK PROTEINS AND
CHROMOSOMAL PUFFS

42. Hsp 100 – собственно белки теплового шока, работают при
повышении температуры
Hsp 90 – фолдинг рецепторов стероидов и факторов
транскрипции, внутриклеточные рецепторы, связанные
с собственным иммунитетом
Hsp 70 – обеспечивают гидрофильность и повторный фолдинг
денатурированных или неправильно упакованных, а также митохондриальных
белков
Hsp 60 – обеспечивают фолдинг белков, которые транспортируются в
митохондрии
Не-АТФ-азные малые белки теплового шока (small Hsps, sHsps, М = 12-43
кДа, или HSP33)

43. Функциональная классификация
1. Молекулы, обеспечивающие правильный фолдинг белков (фолдинг-
шапероны — folding chaperones).
2. Молекулы, созданные для удержания частично свернутой молекулы белка в
определенном положении. Это необходимо, чтобы система имела возможность
закончить фолдинг (удерживающие шапероны — holding chaperones).
3. Шапероны, разворачивающие белки с неправильной формой
(дезагрегирующие шапероны — disaggregating chaperones).
4. Шапероны, сопровождающие белки, транспортируемые через клеточную
мембрану (секреторные шапероны — secretory chaperons).

44. HSPB1 - Heat shock protein family B (small) member 1

45. Что делают шапероны, если не могут
обеспечить фолнинг и рефолдинг?
 ERAD - Endoplasmic-reticulum-associated protein degradation
 CMA - Chaperone-mediated autophagy
 autophagy
 Proteasomes

46. Стабилизация и рефолдинг

47. Эндоплазматический ретикулум

49. Стресс эндоплазматического ретикулума и ответ на
“анфолдинговые” белки (UPR)

50. ERAD – деградация, ассоциированная с
эндоплазматическим ретикулюмом
EPAD1 – протеасомный протеолиз
EPAD2 – лизосомный путь расщепления
белков

51. Endoplasmic reticulum to nucleus signaling
Activated IRE1 recruits TNF receptor-associated factor 2 (TRAF2) to the ER membrane and activates the pro-
apoptotic ASK1 (apoptosis signal-regulating kinase)-JNK pathway

52. Endoplasmic reticulum to nucleus signaling
X-box-binding protein-1 (XBP-1) (IRE-1/XBP-1), activating transcription factor (ATF)6, and
protein kinase R-like ER kinase (PERK)

53. Стресс эндоплазматического
ретикулума

54. ДЕГРАДАЦИЯ (ПРОТЕОЛИЗ) БЕЛКОВ
ОГРАНИЧЕННЫЙ
НЕОГРАНИЧЕННЫЙ
ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ
ОГРАНИЧЕННЫЙ
НЕОГРАНИЧЕННЫЙ
- активация внутриклеточных
проферментов системы апоптоза,
синтез нейротрансмиттеров в
ЦНС, ПОМК и др.
- активация проферментов
системы пищеварения,
свертываемость крови,
система комплимента и др.
- переваривание белков в
пищеварительной системе
- протеасомный протеолиз
- лизосомный протеолиз

59. Убиквитин-активирующий фермент (E1)
Убиквитин-конъюгирующий фермент (E2)
Убиквитин-лигаза (E3)

60. E1 - ubiquitin-activating
enzyme
E2 - ubiquitin-conjugating
enzyme
E3 - ubiquitin ligase
ZNF216 is involved in the
recognition and delivery to
the proteasome of
ubiquitylated proteins
during muscle atrophy

62. Роль протеасомного протеолиза
Протеолиз
“изношенных”,
модифицированных,
окисленных белков
Регуляция деления
и дифференцияции
клетон
Регуляция
транскрипции и
трансляции
Регуляция
аутофагии
Регуляция
апоптоза
Имунный ответ,
презентация
антигенов
Деградация белков з
коротким периодом
“полужизни”

63. АУТОФАГИЯ - [греч. auto и phagos – самопоедание] – биологически
запрограмированный путь деградации белков

64. Молекулярные
механизмы
аутофагии

68. Всем качественной
деградации белков)