Lülitid d d :elusrakkudes: proteiinkinaasidF5gina.pdf · 18. Proteiinkinaasid kui katalüsaatorid...
Transcript of Lülitid d d :elusrakkudes: proteiinkinaasidF5gina.pdf · 18. Proteiinkinaasid kui katalüsaatorid...
Lülitid elusrakkudes:d d :proteiinkinaasid
Koostaja: Darja Lavõgina, PhD
Å
Elusrakk: mõned protsessid...p
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/Signal_transduction_pathways.png2
Meeldetuletuseks
SISSEJUHATUSMeeldetuletuseks
3
Valgud ehk proteiinidValgud ehk proteiinid
• Ül d dhttp://www.pbs.org/wgbh/nova/genes/images/fate‐02.jpg
• Ülesanded:
Toidavad (energiavarud)Transpordivad aineid
Annavad kudedele struktuuri
O l d liik i õi i
Reguleerivad eri protsesse organismis
Osalevad liikumisvõime tagamises
http://www.thefoodguys.com/images/categories/milk‐and‐eggs.jpg
http://criticalbench.com/images/muscle‐fibers.jpg
http://www.animaldefense.com/A_images/chinese_fur%20(36).jpg
4
Valkude keemiline koostisValkude keemiline koostis• Biopolümeerid, koosnevad aminohapetestp p
Mis on pildil valesti?
Aminohape:aluseline rühm,happeline rühm p
Polümeeri teke
http://3.bp.blogspot.com/‐jqyNe0M6Xqs/TZybsJFxWUI/AAAAAAAAALE/ZiDT3JVZtYY/s1600/702px‐AminoAcidball.svg.png5
• Aminohapete kõrvalahelad on olulised, k l b d l d
http://www.neb.com/nebecomm/tech_reference/images/amino.gif
a...
kuna lubavad luua vastasmõjusid:Valgu sees eri aminohapete vahelV lk d h l
usen
a Valkude vahelValkude ja teiste molekulide vahelV lk d j l k lid h l
ärku
Valkude ja veemolekulide vahel
hem
äV
ah
6
Valkude struktuurid
• Polümeeri ahel:2D ahel: primaarne 2D ahel: primaarne
struktuur D ili d 3D ruumilised
paigutused: kõ d kõrgemad struktuurid
S k d • Sekundaarne, tertsiaarne, kvaternaarnekvaternaarne
http://withfriendship.com/images/g/33606/what‐is‐an‐alpha‐helix.gif
http://doctorgrasshopper.files.wordpress.com/2010/10/beta_sheet.jpg7
a...
sena
rkus
emär
Vah
eV
http://i078.radikal.ru/1109/18/996eb226ce20.gifhttp://vyazat.ru/wp‐content/uploads/2011/04/%D0%A3%D0%B7%D0%BE%D1%80‐%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%87%D0%BA%D0%B0.jpg
http://photo‐dict.faqs.org/photofiles/list/4003/5375green_thread.jpg 8
a...
• Kvaternaarstruktuuri näide: Insuliini heksameer: 6 × 5808 Da (g/mol)
sena
nsuliini heksameer: 6 5808 Da (g/mol)rk
usem
ärV
ahe
V
9
1. osa
VALGUD JA JA SIGNALISEERIMINE RAKUS
10
Valkude ruumilise kuju muutus kui elu alus
• Nn konformatsioonilised muutusedKeemiliste sidemete pikkused ei
muutu! M d d d Muutuvad nurgad sidemete
vahel!• Võib kaasneda sekundaarsete • Võib kaasneda sekundaarsete
struktuuride üleminek üksteiseks• Võib kaasneda kõrgemate
struktuuride osaline “lahti põimumine” (unfolding) / primaarstruktuuri korrastumine pkõrgemateks struktuurideks (folding)
https://parasol.tamu.edu/dsmft/images/1bdd.gif11
a...
• Näide*: keemilised sidemed, nurgad, torsiaalnurgad
senag
Aminohape seriin
rkus
emär
Ser.s3d
Vah
eV *Faili avamiseks vajalik programm ACD/Chemsketch 3D Viewer
(ACD/Labs Freeware)
12
a...
• Valgud võivad ka: Hüdrolüüsuda aminohapeteks
sena
p• Sisuliselt protsess, mis on vastupidine
polümerisatsioonile
rkus Denatureeruda
• Keskkonna mõjul (pH, temperatuur, d d d) d / d
emär detergendid) toimuv pöörduv/pöördumatu
kõrgemate struktuuride kadu st täielik unfolding
Vah
e st täielik unfolding
Koaguleeruda • “Kokku kleepumine” kus primaarstruktuuri V Kokku kleepumine , kus primaarstruktuuri
või kõrgema struktuuriga valgumolekulid moodustavad suuremaid osakesi (agregaate)
13
Valkude paindlikkus: näiteid elustp
• Valk: proteiinkinaas AValk: proteiinkinaas APainduv osa: glütsiini-rikas aas
14
Raku signaaliradadesse põimumineRaku signaaliradadesse põimumine
V l ili k j l • Valgu ruumilise kuju muutuse tulemusena toimub valgu sisselülitumine rakus toimuvatesse protsessidesse toimuvatesse protsessidesse või nendest väljalülitumine
• Miks?Miks?Muutub valgu võime siduda teisi molekuleMuutub tõenäosus selleks, et olla seotud teiste Muutub tõenäosus selleks, et olla seotud teiste
molekulide poolt• N-ö valgu struktuuri “ära tundmine” teiste molekulide
seisukohaltseisukohaltMuutub valgu paigutus rakusMuutub valgu stabiilsusMuutub valgu stabiilsus
http://www.shivacharity.com/images/black‐cat‐animation.gif15
Erijuht: laengu sisseviimine kui lülitiErijuht: laengu sisseviimine kui lüliti• Fosforüleerimisreaktsioon:Fosforüülrühma (-PO3
2-) ülekanne teatud aminohapete* kõrvalahelas paiknevale hüdroksüülrühmale (-OH)
*A i h d ii ii ii• *Aminohapped: seriin, treoniin, türosiinFosforüüli võtab vastu: valk (nn substraatvalk)Fosforüüli annab ära: ATPFosforüüli annab ära: ATP
ATP ADPNH2
ONH2
O
O‐P‐O‐OH =
‐O‐
NH2 OH
OH
2 OH
OHO
Ser Thr
NH
= O
NH2 OH
N
N
N
N
NH2
OOP
O
-P
O
O-
O-
-O
O
P
ATP
OHTyr
16OH
OOO
OH
2. osa
PROTEIINKINAASID2. osa
17
Miks on vaja katalüsaatoreid?j• Energeetiline diagramm
• Elusorganismides katalüüsivad reaktsioone ensüümidMeeldetuletuseks: samuti valgud!
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/CatalysisScheme.png18
Proteiinkinaasid kui katalüsaatoridProteiinkinaasid kui katalüsaatorid
• Proteiinkinaas (PK):Seob ATP-d Seob valku (substraatvalku)“Võtab” ATP-lt ära fosforüüli ja “paneb” valgu
k lkülgeSeejärel dissotsieeruvad ADP ja fosforüleeritud valk
PK molekulistPK molekulist
19
Proteiinkinaasi molekul
• Proteiinkinaas (PK):Proteiinkinaas (PK): Seob ATP-d Seob valku (nn substraatvalk) Võt b ATP lt ä f f üüli j b l kül Võtab ATP-lt ära fosforüüli ja paneb valgu külge Seejärel dissotsieeruvad ADP ja fosforüleeritud valk PK molekulist
20
3.osa
PROTEIINKINAASID 3.osa
INIMORGANISMIS
21
Üldist infotÜldist infot• Inimese organismis on 518 erinevat proteiinkinaasi (PK)g 5 p ( )• PK-d vastutavad mitmete ülesannete (nn radade) eest:Nt raku jagunemine, kasv, rakusisene ainevahetus ning
i e het s keskk s rainevahetus keskkonnaga, surm• Ühte valku võib fosforüleerida mitu kinaasi• Üks PK võib fosforüleerida mitmeid valke Üks PK võib fosforüleerida mitmeid valke • Selleks, et PK-de rajad segi ei läheks, on rakus erinevad
kontroll-mehhanismid: E i d PK d k ii d i j l ( d k kli i • Erinevad PK-d aktiivsed eri ajal (seotud rakutsükliga ning aktiveerivate ainetega) ning raku eri osades
• PK-de kontsentratsioon: Keskmine kontsentratsioon rakus üldiselt madal (kuni 1 M) Teatud rakupiirkonnas (st lokaalselt) võib kontsentratsioon
üsna kõrge ollag
22
• Meeldetuletuseks: rakutsükkela.
..• Meeldetuletuseks: rakutsükkelJagunemine + interfaas (G1, S, G2)
sena Ettevalmistumine
jagunemiseks
rkus
jagunemiseks
emär
Vah
eV
Raku kasv
http://homepage.mac.com/enognog/cell%20cycle.jpg
DNA kahekordistumine23
• Ülesanded ja küsimused
a...
Ülesanded ja küsimusedOletame, et raku ruumala on 1 mm3 (1 L) ja
mingisuguse proteiinkinaasi (PK) k i k M Mi ll PK
sena
kontsentratsioon rakus 1 M. Mitu selle PK molekuli on rakus?
• 6×1011 molekuli
rkus Lisaks eelmisele: oletame, et see PK on
esimeses lähenduses kerakujuline ja kera raadius on 30 Å. Kui suure protsendi raku
emär
3 pruumalast võtavad enda alla kõik selle PK molekulid?
• Vk = 4/3 R3
Vah
e Vkera = 4/3 R• 1 Å= 10-10 m• Ühe molekuli ruumala on 10-16 mm3, järelikult ühe
PK molekulide koguruumala on 6×10-5 mm3 ning V PK molekulide koguruumala on 6×10 mm ning suhe raku ruumalasse on 6×10-3 %
• Kui oletada, et kõigi PK-de kontsentratsioon oleks nii suur, siis kõigi PK-de molekulid võtaksid raku , gruumalast 518×6×10-3 % = 3 %
24
Proteiinkinaasid rakusDi Benedetto G et al. Circulation Research 2008;103:836-844
Helesinine: proteiinkinaas PKA
10 M
Roheline: Aurora A(kollane: aktiivne vorm)Si i äid d k DNA
Roheline: proteiinkinaas EGFRSi i äid t d k DNA Sinisega näidatud raku DNASinisega näidatud raku DNA
50 M
Irwin M E et al. Journal of Cellular Physiology 2011; 226:2316-2328
25
Proteiinkinaasid ja haigusedj g
http://www.youtube.com/watch?v=jceNvrDTxKo
• Elusrakkudes on lisaks valgu aktiveerimisele alati oluline ka õigeaegne aktiivsuse alati oluline ka õigeaegne aktiivsuse mahavõtmine
k d l k d • Proteiinkinaaside liigne aktiivsus on seotud mitmete haigustega!Vähkkasvajad, Alzheimeri tõbi, diabeedid,
südame-veresoonkonna haigused, põletikud, jne.g , p , j
26
• Fosforüleerimise puhul:pTuleb lõpetada katalüsaatorite
(proteiinkinaaside) tootminea... p
• St lõpetada PK-de ekspressioon
Tuleb lõpetada proteiinkinaaside tegevussena
• St teostada PK-de lagundamine
Tuleb teostada fosforüüli äravõtmine lk d l rk
us
valkudelt • katalüüsivad fosfataasid
emär
PK
Vah
e ATP ADP
fosfataas
V
O‐P‐O‐OH = O
‐O‐
O
27
• Küsimused ja ülesanded:a.
..j
Kuidas toimub valgu ekspressioon DNA-lt (st geneetilise info avaldumine)?
Mi lk k d i i i i l?
sena
Mitu valku kodeerivat geeni on inimesel? • 20.000 kuni 25.000
Mitu protsenti valke kodeerivast genoomist
rkus
p gmoodustavad PK-d?
• 2,0 % kuni 2,5 %• Võrrelge saadud numbrit eelmiste ülesannete vastustega
emär Võrrelge saadud numbrit eelmiste ülesannete vastustega ja otsustage, kas raku sisu on niiväga vedel
Transport
Vah
e Transkriptsioon,RNA töötlemine
Transport,translatsioon,
folding
V
DNA
tuumas Ribosoomidel tsütoplasmas
valk
http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/DNA2.gif http://blog.dearbornschools.org/renkomapbio/files/2010/10/mrna4.png
mRNAvalk
28
KOKKUVÕTE
29
Kokkuvõte loengustKokkuvõte loengust
l k k l l ll l• Palun kirjutage kolm lauset selle loengu kohta: mida uut saite teada?Või kolm küsimust loengu põhjal: mida veel
tahaksite teada saada?t k t t d d ?
5 min
30
31
AITÄH TÄHELEPANU EEST!
32http://www.blackcatprinters.co.uk/assets/logo/Black_Cat_Animation.gif
Viited ja kasulikud lingidViited ja kasulikud lingid
h // db / db/h /h d• http://www.pdb.org/pdb/home/home.doAndmebaas valkude kristallstruktuuridega
• Antud ettekandes on illustratsioonidena kasutatud järgmised kristallstruktuurid: 1ATP, 1BKX, 1CDK, 1FD6, 1FMO, 1J3H, 1JBP, 1JLU, 1L3R, 1RGS, 1U7E, 2GFC, 2OMI, , J3 , J , J , 3 , , 7 , , ,2QCS, 2QVS, 3IDB, 3IDC
• http://www.acdlabs.com/resources/freeware/chemsketch/Vabavara keemiliste struktuuride joonistamiseks
ning vastavate 3D struktuuride tekitamiseks ja vaatamiseks
33