Protein Structure & Disease

By :196 _ Amani Mohe 197_ Amal Ebrahim 198_ Amal Elsayed 199 _ Amal Gamal

200_ Amal Refaat : Under supervision of

Prof.Dr. Mamdouh El_Sheshtawy

protein, highly complex substance that is present in all living organisms .  They deserve the name protein , the Greek “proteios” = the most important compound .

 Proteins are made up of hundreds or thousands of smaller units called amino acids, which are attached to one another in long chains.

What are proteins?

Structural unit of protein : Amino Acids

 There are 20 different types of amino acids that can be combined to make a protein .

  They are composed of :1. amine (-NH2) group .2. carboxylic acid (-COOH) group . 3. side chain ( R ) specific to each amino acid .

Amino Acids

General structure of proteins

4ry structure 3ry structure 2ry structure 1ry structure

Polypeptide chains , it may be : 1) homogenous .2) heterogeneous .

Stabilized by : non-covalent bond.

Three dimensional structure of protein .

Stabilized by :1) hydrogen bond .2) disulfide bond.

3 )Ionic bond .4) Vander waals.

Types : 1) α-helixes .2) β- pleated sheets .3) triple helixes .

  :Stabilized by hydrogen bond.

Linear sequence of amino acids .

  :Stabilized by strong  peptide bond .

 Biochemists often refer to four distinct aspects of a protein's structure.

Structure and function relationship

 Protein folding is the process by which a protein structure assumes its functional shape or conformation .

 Failure to fold into native structure generally produces inactive proteins, but in some instances misfolded proteins have modified or toxic functionality .

Protein functions

Proteopathy

  proteopathy refers to a class of disease in which certain proteins become structurally abnormal, and thereby disrupt the function of cells, tissues and organs of the body.

  In this misfolded state, the proteins can become toxic in some way or they can lose their normal function.  They include such diseases as Alzheimer's    disease, Parkinson's disease , prion disease, type 2 diabetes , amyloidosis , and a wide range of other disorders .

Some important definitions

AmyloidsThey are insoluble fibrous protein aggregates sharing specific structural traits .

PrionIs a unique type of infectious agent, as it is made only of protein .

ChaperonesProteins that have a particularly complicated or unstable conformation sometimes have difficulty achieving their native state.

Misfolded Proteins and Neurodegenerative Diseases

Accumulation of misfolded proteins can cause amyloid diseases . The most prevalent one is Alzheimer's disease, Parkinson's disease and Huntington's disease have similar amyloid origins. These diseases can be sporadic or familial . The risk of getting any of these diseases increases dramatically with age .

Alzheimer's disease

 Alzheimer's disease  (AD) has been identified as a protein misfolding  disease due to the accumulation of abnormally folded amyloid beta protein in the brains of Alzheimer's patients.

 AD is also considered a tauopathy due to abnormal aggregation of the tau protein, a microtubule-associated protein expressed in neurons that normally acts to stabilize microtubules in the cell cytoskeleton. 

Protein aggregation diseases are not exclusive to the central nervous system; they can also appear in peripheral tissues. Such diseases include type 2 diabetes, inherited chataracts, some forms of atherosclerosis, hemodialysis-related disorders ,and short-chain amyloidosis, among many others.

 All these diseases have in common the expression of a protein outside its normal context, leading to an irreversible change into a sticky conformation rich in beta sheets that make the protein molecules interact with each other.

Misfolding in Non-neurological Diseases

Diabetes disease

 People with adult onset (type 2) diabetes typically exhibit misfolded, insoluble protein aggregates in their pancreas.Regarding diabetes, these aggregates damage the membrane (outer barrier) of certain pancreatic cells, hindering the production of insulin.  There is evidence that an important step is the action of intermediately misfolded and aggregated proteins.Such results suggest that the transition from an intermediately aggregated protein to a more extensively aggregated protein plays an important role in the progression of type 2 diabetes. 

Thank You