Sự linh động và chức năng của protein vị trí bám

Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Sinh học – Cơng nghệ Sinh học Khóa 30 – Cơng nghệ sinh học SỰ LINH ĐỘNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN VỊ TRÍ BÁM Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TRÍ NHÂN 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.1 Tính linh hoạt cấu trúc bậc ba giúp protein liên kết với phối tử ❑ Để liên kết với phối tử, protein phải có vị trí liên kết phù hợp với phối tử Protein ❑ Cơ chế liên kết protein – phối tử tương tự chế ổ khóa-chìa khóa ❑ Nhiều phối tử phù hợp với vị trí liên kết bề mặt protein Phối tử có phối tử phù hợp tạo chức sinh học “đúng” protein ❑ Protein phối tử trình gắn linh hoạt, quan điểm cổ điển ổ khóa – chìa khóa bổ sung: trình gắn, protein phối tử điều chỉnh cấu trúc để phù hợp với protein bao phủ xung quanh phối tử để tối ưu hóa tương tác chúng (Hình 2-4) Hình 2.4 Sự tương thích chặt chẽ protein phối tử 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.1 Tính linh hoạt cấu trúc bậc ba giúp protein liên kết với phối tử ❑ Protein thay đổi cấu trúc tính linh hoạt ❑ Protein thay đổi cấu trúc để đáp ứng lại cân lực giữ cấu trúc bậc ba lực tương tác tạo liên kết với phối tử ❑ Phối tử có tính linh hoạt nên nhiều loại thuốc khơng phải dạng sinh học liên kết chặt chẽ với protein thơng qua vị trí liên kết 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.1 Tính linh hoạt cấu trúc bậc ba giúp protein liên kết với phối tử ❑ Protease HIV, loại enzyme từ vi rút gây bệnh AIDS Enzyme gồm hai chuỗi bên axit aspartic để tạo thành vị trí xúc tác ❑ Tác dụng chống vi rút thuốc sử dụng điều trị AIDS dựa khả liên kết với vị trí hoạt động protease vi rút từ ức chế enzyme ❑ Các chất ức chế protease: haloperidol (a), crixivan (b) chất tương tự peptite (c) ❑ Các chất ức chế có cấu trúc khác có hai loại peptite, chúng liên kết chặt chẽ với vị trí hoạt động enzyme gây đóng nắp, bao phủ vị trí hoạt động enzyme Hình 2.5 Protease HIV, loại enzym từ vi rút gây bệnh AIDS, liên kết với ba chất ức chế khác Rutenber E et al, J Bio Chem (1993) 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.2 Tính linh hoạt protein cần thiết cho chức sinh hóa ❑ Hầu hết liên kết protein – phối tử gây số kiện biến đổi hóa học phối tử (xúc tác), thay đổi cấu trúc protein, vận chuyển protein tế bào, vận chuyển phối tử, thay đổi tính chất phối tử đại phân tử, kết hợp kiện ❑ Cấu trúc protein phải đủ linh hoạt để lượng tự giải phóng từ q trình liên kết biến đổi hóa học phối tử thúc đẩy thay đổi cần thiết cấu trúc đặc tính protein ❑ Lực gắn kết từ yếu (hằng số phân ly Kd ~ 10–3 M) đến cực mạnh (Kd ~ 10–12 M) chí gắn kết chặt 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.2 Tính linh hoạt protein cần thiết cho chức sinh hóa ❑ Nếu protein q linh hoạt, chúng khơng thể nhận biết đặc hiệu hay tạo phản ứng đặc hiệu Lồi bình thường ❑ Ngược lại, số protein cấu trúc q cứng nhắc Lồi ưa nhiệt linh hoạt làm chức chúng ⮚ Sự cân tính linh hoạt độ cứng cần thiết protein ❑ Tính linh hoạt protein hệ lực Hình 2.6 Khác biệt phụ thuộc nhiệt độ hoạt tính D-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) lồi sinh vật sống nhiệt độ bình thường loài ưa nhiệt yếu giúp giữ cấu trúc bậc ba lại với Wrba, A et al.,Biochemistry (1990) 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.3 Mức độ linh hoạt khác protein có chức khác ❑ Không phải tất protein linh hoạt ❑ Một số protein tương đối cứng linh hoạt Ví dụ protein ngoại bào, tính cứng giúp chúng tồn mơi trường khắc nghiệt bên ngồi tế bào ❑ Một số protein thay đổi hình dạng khác biệt liên kết với phối tử 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.3 Mức độ linh hoạt khác protein có chức khác ❑ Tùy thuộc vào chất liên kết mà enzyme adenylate kinase hình thành cấu trúc mở đóng ✔ Hình A: Khi có diện AMP khơng có thay đổi xảy ✔ Hình B: Khi liên kết với đồng chất ATP, hình thành dạng tương tự AMPPNP, tái xếp khác biệt xảy làm đóng phần lớn vị trí hoạt động enzyme Hình 2.7 Ví dụ thay đổi hình dạng khác biệt protein gắn phối tử 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 10 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 2.3.1 Vị trí biding site ligand đại phân tử ❖ Biding site nằm bề mặt protein lõm, lồi, phẳng ❖ Protein tương tác với đại phân tử thơng qua diện tích bề mặt tiếp giáp lớn (hằng trăm A²) số vùng kết nối riêng lẻ 11 2.3 VỊ TRÍ CỦA BINDING SITE 2.3.1 Vị trí binding site ligand đại phân tử ❖ Một đại phân tử tạo nên nhiều điểm liên kết với bề mặt protein ❖ Vị trí biding site ligand đại phân tử theo lý thuyết nằm đâu bề mặt protein => Khó để dự đốn xác binding site liên kết đại phân tử bề mặt protein ❖ Thường quan sát thấy vùng có hình dạng cụ thể : có loop lồi ra, lỗ lớn 12 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 13 2.3 VỊ TRÍ CỦA BINDING SITE 2.3.2 Vị trí binding site ligand có phân tử nhỏ ❖ Binding site ligand nhỏ khe hở, túi, lỗ hỗng ❖ Những ligand có phân tử nhỏ liên kết chỗ lõm bề mặt protein (trừ trường hợp phối tử nằm phía protein 14 2.3 VỊ TRÍ CỦA BINDING SITE Ví dụ hốc gắn chất enzyme 15 2.3 VỊ TRÍ CỦA BINDING SITE 16 2.3 VỊ TRÍ CỦA BINDING SITE 2.3.3 Vùng xúc tác thường xảy bề mặt chung miền tiểu đơn vị ❖ Vị trí Binding site hoạt động enzyme hầu hết liên kết receptor với phối tử có phân tử nhỏ thường tìm thấy vị trí bề mặt protein ❖ Nếu protein có nhiều miền cấu trúc => vùng xúc tác gần ln tìm thấy bề mặt chung tất ❖ Nếu protein bao gồm nhiều tiểu đơn vị => vùng hoạt động thường tìm thấy bề mặt chung liên tiểu đơn vị ❖ Nếu nhiều miền cấu trúc tiểu đơn vị => vùng hoạt động thường nằm vùng tương ứng với bề mặt chung liên miền liên tiểu đơn vị 17 2.4 BẢN CHẤT CỦA BINDING SITE 2.4.1 Binding site thường có diện tích bề mặt kỵ nước lớn - Ligand binding site thường có diện tích bề mặt kỵ nước lớn - Vùng có nhiều nhóm khơng phân cực tập trung thành cụm bề mặt protein 🡪 Đặc tính lý hóa để nhận biết binding site Hình ảnh bề mặt heme-binding pocket cytochrome c6 P Roesch Beissinger M et al, EMBO J (1998) 18 2.4 BẢN CHẤT CỦA BINDING SITE 4.2 Binding site phân tử nhỏ thường lõm có phần kỵ nước - Vùng kỵ nước lớn bề mặt protein tự liên kết với oligomerization - Binding site – ligand kỵ nước khơng tự liên kết với khơng oligomerization nhỏ lõm - Binding site liên kết với ligand phân tử nhỏ hiệu 🡪 Độ lõm bề mặt kỵ nước tạo kết hợp mức độ cao binding site ligand có phân tử nhỏ 19 2.4 BẢN CHẤT CỦA BINDING SITE 2.4.2 Lực tương tác yếu dẫn đến xảy trao đổi - Những diện tích chứa nhóm kỵ nước lớn xảy oligomer hóa - Diện tích có nhóm kỵ nước nhỏ có tương tác tạm thời protein-protein, tương tác hình thành cần thiết - Tương tác yếu dễ phân tách kết hợp với protein khác partner swapping Partner swapping đường truyền tín hiệu Jak-STAT 20 ... phần lớn vị trí hoạt động enzyme Hình 2.7 Ví dụ thay đổi hình dạng khác biệt protein gắn phối tử 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 10 2.3 VỊ TRÍ CỦA BIDING SITE 2.3.1 Vị trí biding... (1990) 2.2 TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.3 Mức độ linh hoạt khác protein có chức khác ❑ Khơng phải tất protein linh hoạt ❑ Một số protein tương đối cứng linh hoạt Ví dụ protein ngoại... TÍNH LINH HOẠT VÀ CHỨC NĂNG PROTEIN 2.2.1 Tính linh hoạt cấu trúc bậc ba giúp protein liên kết với phối tử ❑ Để liên kết với phối tử, protein phải có vị trí liên kết phù hợp với phối tử Protein