Proteiinit eli valkuaisaineet Makromolekyylit polypeptidejä (us. 10 - us. 100 ah.) primaarirakenne = aminohappojärjestys useita korkeamman asteen konformaatiotasoja natiivi konformaatio kuumennus kemikaalit ym. denaturoitu proteiini palautuminen = renaturaatio Valkuaisaineet 2 Molekyylien massan yksikkö dalton (Da tai D) 1 Da = yhden vetyatomin massa 1.66 x 10-24 g glukoosi = 180 Da ja ATP 507 Da tyypillisesti proteiinien massa 100 kda -helix kierre kolmois-helix (esim. kollageeni) globulaariset proteiinit (G-prot.) hydrofobinen ydin hydrofiilinen (polaarinen) ulkopinta konformaatioon vaikuttavat: hydrofobiset osat disulfidisillat (kysteiini) vetysillat suolasillat van der Waalsin voimat (lähietäisyydellä)
Proteiinin (lysotsyymi) Lysotsyymin sek. rakenne Hydrogen bonds Pleated sheet Lysotsyymin -helix -helix Proteiinin kvaternaarirakenne Polypeptidi ketju -ketju Hydrogen bonds kollageeni -ketju hemoglobiini rauta hemi
Yhteenveto proteiinien neljästä rakennetasosta Yhteenveto proteiinien neljästä rakennetasosta 2 Primaari (aminohapposekvenssi) alfa helix Sekundaari Tertiaari Kvaternaari Myoglobiinin tertiaarirakenne Hemoglobiinin tertiaarirakenne hapenkuljetukseen erikoistunut molekyyli hapenkuljetus
Valkuaisaineet 3 Proteiinien denaturaatio entsyymiproteiinit (~1000) konformaatiomuutokset reaktioissa rakenneproteiinit esim. kollageeni (jäykkä), elastiini (elastinen) glykoproteiinit, lipoproteiinit, metalloprot. jne. proteiinisynteesi ks. ribosomit Denaturation and renaturation of a protein Hiilihydraatit Hiilihydraatit monosakkaridiketjuja voivat sisältää: NH 2, SO 3 H - ym. selluloosa, lineaarinen -glukoosiketju, kasvisolun seinässä glykogeeni ja tärkkelys: varastohiilihydraatteja 1-4 ja 1-6 sidoksia haaraisia homopolysakkarideja heteropolysakkarideja (hepariini, kitiini, hyaluronihappo)
Polymerisaatio Unlinked monomer HO Polymeerien muodostuminen HO H HO H H HO H Condensation Short polymer H 2 O Monomer Hydrolysis H 2 O HO H HO H HO H Longer polymer STARCH Tärkkelys LM of potato cells Tärkkelys 2 LM of starch granules
GLYCOGEN Glykogeeni LM of liver cells Glykogeeni 2 TEM of glycogen granules Human liver Selluloosa TEM of cell wall in leaf Amylopektiini CELLULOSE Branched starch (amylopectin)
Glykogeeni Selluloosa Branched glycogen Cellulose Nukleiinihapot Nukleiinihapot DNA eli deoksiribonukleiinihappo: tumassa, mitokondriossa, kloroplastissa emäkset: A, G, C, T sokeri: deoksiriboosi kaksoishelix pakkautuminen kromosomit RNA eli ribonukleiinihappo: tumassa, solulimassa 1. lähetti- eli mrna (messenger) 2. siirtäjä- eli trna (transfer) 3. ribosomaalinen- eli rrna (nukleolus) sokeri: riboosi emäkset: A, G, C, U
RNA:n rakenne DNA:n rakenne 5 end Uracil 5 end Thymine Adenine Cytosine Phosphodiesterlinkage Adenine Cytosine Guanine Guanine Phosphodiester linkage 3 end 3 end Sugar-phosphate backbone DNA:n kaksoiskierrerihmaa Sugar-phosphate backbone Emäsparit Base pairs Cytosine Guanine
Kotitentillä suoritetaan edelliset, deadline pe 27.9.2013 klo 16 Solukalvon rakenne (Chapter 10, Alberts et al.) Tästä eteenpäin suoritetaan 1. välikokeella dd dd.mm.2013 klo 12-14 sali xx Kotitentti on suoritettava hyväksytysti ennen osallistumista 1. välikokeeseen. Jokaista solua ympäröi solukalvo eli plasmamembraani eli plasmalemma Solukalvon tehtävät Solunsisäiset kalvot 1. rajaa solun yksilöksi 2. säätelee soluun tulevien ja sieltä poistuvien aineiden määrää 3. ylläpitää solun homeostaasia 4. välittää solunulkoisia (ekstrasellulaarisia) viestejä solunsisäisiin (intrasellulaarisiin) toimintoihin Solukalvo on aktiivinen, valikoiva ja energiaa käyttävä 1. jakavat solun sisällön soluorganelleiksi 2. toimivat aktiivisesti 3. ylläpitävät kullekin organellille ominaista homeostaasia 4. ympäröivät mm. tumaa, mitokondrioita, kloroplasteja, lysosomeja, peroksisomeja, endoplasmakalvostoa sekä Golgin laitteen rakkuloita ja levyjä solukalvon paksuus on 0,01 µm
Solukalvon kerrokset Elektronimikroskoopilla solukalvossa erottuu kolme kerrosta Solukalvon kerrostuminen Figure 10-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Lipoproteiini asettuu veden pinnalle siten, että hydrofobinen pää on ulospäin Sandwich-mallissa hydrofobiset osat ovat vastakkain, fosfolipidikerros Dawson-Danielli-malli Nestemäinen mosaiikkimalli Protein Hydrophilic zone Hydrophobic zone Hydrophilic zone Esitettiin v. 1935, laajasti hyväksyttiin aina vuoteen 1970 saakka sandwich-malli fosfolipidikaksoiskerros kahden proteiinikerroksen välissä perifeeriset proteiinit uivat pinnalla Phospolipid bilayer Nykyisin hyväksytty, yksinkertaistettu malli Proteiinit hajaantuneet ja uponneina nestemäisessä tilassa olevaan fosfolipidikaksoiskerrokseen Integraaliproteiinit lävistävät solukalvon
Nestemosaiikkimalli Biologisten kalvojen lipidit Heino & Vuento 2004, WSOY Fosfolipidit Kaikissa kalvoissa sama perusrakenne. Amfipaattiset lipidit Glyserofosfolipidit Sfingolipidit Glykolipidit PHOSPHOLIPIDS Phosohatidylcholine (shown) Phosphatidylethanolamine Phosphatidylserine Phosphatidylthreonine Phosphatidylinositol Phosphatidylglycerol Diphosphatidylglecerol (cadiolipin)
Glyserofosfolipidimolekyylien osat Sfingolipidit Sphingomyelin (a sphingolipid) Figure 10-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Nisäkkään solukalvojen fosfolipidit Glykolipidit Glycolipids Cerebrosides (galctocerebroside shown) Gangliosides Figure 10-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Sterolit Sterolit Kaksoiskerros sisältää lisäksi steroleja: Eläinsoluissa kolesteroli Kasveissa sitosteroli ja stigmasteroli Hiivassa ergosteroli STEROLS Cholesterol (shown) Campesterol Sitosterol Stigmasterol Kolesterolin rakenne Kolesteroli lipidikerroksessa Figure 10-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Miten hydrofiiliset ja hydrofobiset molekyylit ovat vuorovaikutuksessa vesiympäristön kanssa? Lipidimolekyylien pakkaaminen vesiympäristössä Figure 10-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kalvolipidien liike Stabiili rakenne Rotaatiota Kalvolipidien rasvahappoketjujen (glyserofosfolipidien) suhteen Hiilivetyketjujen (sfingolipidien) C-Csidosten suhteen konformaation muutokset, koska kalvon hydrofobinen sisäosa juokseva Figure 10-8 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Fosfolipidimolekyylien liike keinotekoisessa lipidikaksoiskerroksessa Lipidipitoisuuksia solussa Lipidi (%) Plasmamembraani Myeliini Mitokondrion kotelo Maksasolu Punasolu ER Kolesteroli 17 23 22 3 6 Fosfolipidit 54 60 42 78 67 Glykolipidit 7 3 28 - - Muut 22 13 8 21 27 Figure 10-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Fluiditeetti Fosfolipidit juoksevia Kolesteroli jäykistää Juoksevuus Lipidikoostumus Lämpötila (alh Ta liike lähes kidemäinen, korkea Ta lipidit liikkuvat nopeasti) Tyydyttyneet rh, jähmeä, nostavat siirtymä-ta Tyydyttymättömät laskevat siirtymä-ta, kaksoissidokset mutkia hvketjuun Sterolit jäykistävät, laskevat siirtymä-ta
Lipidilauttojen merkitys keinotekoisessa kaksoiskerroksessa Lipidilautat konsentroituvat spesifisten kalvoproteiinien ympärille Figure 10-14a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-14b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Lipidipisaroiden muodostumisen malli Solukalvon epäsymmetria glykolipidejä vain ulkopinnalla fosfolipidit jak. epäsymmetrisesti proteiinien hiilihydraattiosat aina ulospäin - solujen tunnistus - antigeenit - alkionkehitys Figure 10-15 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Ihmisen punasolun fosfolipidien ja glykolipidien epäsymmetrinen jakautuminen lipidikaksoiskerroksessa Inositoli fosfolipidien kaksi signaalitehtävää Phosphatidylinositol 3-kinase Figure 10-16 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-17a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Fosfatidylinositoli difosfaatti Paikat, jossa fosfolipaasit pilkkovat fosfolipidit merkitty kuvaan Figure 10-17b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-17c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Solukalvon proteiinit Proteiinit assosioituvat eri tavoin lipidikerrokseen entsyymejä pumppuja reseptoreita kytkeytyneenä soluväliaineeseen antigeenejä tukirakenteita 1 = yksinkertainen -helix; 2 = moninkertainen -helix; 3 = -tynnyri (edelliset sitoutuneet kovalenttisella sidoksella FFA:n; 4 = kiinnittyneenä sytosoliin, amfifiilinen -helix; 5 = kovalenttisella sidoksella kiinnittyneenä lipidikaksoiskerrokseen; 6 = oligosakkaridin välityksellä kiinni fosfatidylinositoliin, GPI-ankkuri; 7, 8 = nonkovalenttinen vuorovaikutus muiden kalvoproteiinien kanssa Figure 10-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kalvoproteiinin kiinnittyminen rasvahappoketjun avulla Transmembraaninen polypeptidiketju lävistää lipidikaksoiskerroksen -helixinä Figure 10-20 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-21 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Kaksi -helixiä akvaporiini vesikanavassa Monilävisteisen transmembraaniproteiinin kiertymisvaiheet Figure 10-23 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-25 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Solukalvon proteiinien käsittely jatkuu Lipidikerrokseen uponneina Periferaalisia proteiineja Integraaliproteiineja Figure 10-26 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Yksittäinen transmembraaninen proteiini. Oikeankätinen -helix lävistää kaksoislipidikalvon Hiilihydraattikerros lipidikerroksen päällä Figure 10-27 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-28b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Proteiinien liike Kalvoproteiinit ajelehtivat Kalvon tasossa eri nopeuksilla Toiset liikkuvat vapaasti (diffuusio) kalvon tasossa Jotkut muod. lipidien kanssa lauttoja, joissa prot. paikallaan Mouse cell Membrane proteins Human cell 1. Membrane proteins labelled with fluorscent antibodies 2. Hybrid cell produced by virus-induced fusion 3. Proteins begin to mix in a few minutes 4. Proteins completely mixed after 40 minutes
Proteiinien diffuusio hiiri/ihmisen hybridisolun kalvossa. Voidaan havaita fluoresenssimikroskopian avulla. Fluoreskeiini on vihreä ja rodamiini punainen. Miten kalvomolekyylit rajoittuvat tiettyihin kalvorakenteisiin Figure 10-35 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-37 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Neljä tapaa rajoittaa tiettyjen kalvoproteiinien lateraalista liikettä Yhteydet solutukirankaan Figure 10-39 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Heino & Vuento 2004, WSOY
Spektriinin merkitys punasolun tukirakenteena Figure 10-41a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-41b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kortikaalisen sytoskeletonin filamenttien pitäminen yhdessä Kalvoproteiinien värin vaihtuminen osoittaa ajoittaista diffuusiota viereiseen proteiinimolekyyyliin. Figure 10-42a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 10-42b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Eläinsolun solukalvon rakenne (yksityiskohtainen) Fibers of Carbohydrate extracellular matrix(ecm) te Glycoprotein EXTRA- CELLULAR FLUID Glycolipid Filaments of cytoskeleton Cholesterol Peripheripal protein Integral protein