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für viele enzymatische Reaktionen ist Flexibilität wichtig- Enzyme, die die Konformation nach Substratbindung ändern:
induced fit- Protein-Protein-Interaktionen- Regulation von Protein durch Modifikation- kooperativ arbeitende Proteine
HämoglobinPhosphofructokinaseGlykogenphosphorylaseAspartatcarbamoylase
Flexibilität, Dynamik und Kooperativität
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Lock & Key versus Induced Fit
• “Lock and Key” model by Emil Fisher (1894)Complementary surfaces are preformed
• “Induced fit” model by Daniel Koshland (1958)Both the ligand and the protein can change their conformations upon binding tighter binding, high affinity for different ligands
+
+
3
Konformationsänderungen1. Änderungen in Loop-Regionen
- GTP/GDP bindendes kleines G-protein- Antigen-Antikörper Bindung
2. Bewegung zweier Domänen- Bindung von Eisen an Lactoferrin- Bindung von ATP an GroEL- Actin-Myosin Bindung
3. Kumulative Verschiebungen der Sekundär-strukturenam Interface
- Citrat Synthase, Hexokinase4. Änderungen der Geometrie der Untereinheiten
- Calmodulin
5. Kooperativität- Hämoglobin, Phosphofructokinase
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Konformationsänderungen
1. Änderungen in Loop-Regionen
p21 ras (kleines G-Protein)
GTP
C13-sigtransd-2Gprotein
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Konformationsänderungen
2. Bewegung zweier DomänenDomänen bleiben dabei unverändert
Lactoferrin mit und ohne Eisen
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Konformationsänderungen3. Kumulative Verschiebungen der Sekundär-
strukturen am Interface Citrat-Synthase
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Konformationsänderungen3. Kumulative Verschiebungen der Sekundär-
strukturen am Interface
c6fldflx-13MBP
Citrat-Synthase
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Induced Fit: Hexokinase
c6fldflx-7Hexokinase
ATP abhängige Phosphorylierung von Glucose zu Glucose-6-Phosphat
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4. Änderungen der Geometrie der Untereinheiten
Calmodulin mit und ohne gebundenes Peptid
Gefaltete Strukturen sind flexibel!!!!
CBTag…
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• Proteine, die aus mehreren Untereinheiten (UE) bestehen
• nicht unabhängig von einander agieren• Zustand einer UE bestimmt Aktivität der
anderen• sequentiell oder konzertiert
5. Kooperativität
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Hill-Diagramm
PLn P + nL
log log log d
Hill Faktor nHDie Bindung ist:nH=1 nicht kooperativnH>1 positiv kooperativnH<1 negativ kooperativ
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Kooperativität
Sequentielle KooperativitätLiganden (nicht Symmetrie!) getriebene Kooperativität
T-Zustand R-Zustand
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• Proteine, die aus mehreren Untereinheiten (UE) bestehen
• nicht unabhängig von einander agieren• Zustand einer UE bestimmt Aktivität der
anderen (allosterische Interaktion)• Konzertierte Kooperativität durch
Modulatoren
5. Kooperativität
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Allosterisches Protein: Bindung eines Liganden an einerbestimmten Stelle beeinflusst Bindungseigenschaften aneiner anderen Stelle desselben Proteins
Modulatoren lösen Konformationsänderungen aus,wandeln aktivere und weniger aktive Formen einesProteins ineinander um
Homotrop: Ligand = ModulatorHeterotrop: Ligand ≠ Modulator
Allosterisches Protein
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Struktur der PFK: • 4 identische Unterheiten, Dimer von Dimeren• Gleichgewicht zwischen zwei Konformationen R und T• Koordinierte Bewegung zwischen den Untereinheiten alle 4 UE R oder T• Konformationen haben gleiche Affinität für ATP
aber verschiedene für F6P, ADP (allosterischer effector) und PEP
c6fldflx-11
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Active Site der Katalyse: zwischen zwei Untereinheiten
R: aktivF6P interagiertmit Arg162
T: inaktivGlu161 an dieserPosition
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Konzertierte Kooperativität(symmetrie-getriebene Kooperativität)
allosterischerÜbergang
reguliert durchModulatoren
S SS
S SS S
S S S
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F1-ATPase: 3 Zustände
O: open; L: loose; T: tight
Step 1 ATP and Pi bind to the L siteStep 2 The L site is converted into a T site by conformational change
ATP is formedStep 3 The T site is converted into a O site by conformational change
ATP dissociates
Proton translocation rotation of binding changes
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