Aminokyseliny -
Základní stavební jednotky peptidů a proteinů Proteinogenní (kódované) 20 AK Odvozené – chemické modifikace, metabolity Esenciální AK
AMINOKYSELINY Substituční deriváty karboxylových kyselin ( -COOH, -NH2 nebo -NH-) prostorový vztah aminoskupiny a karboxylové skupiny: - (=2-), -(=3-)..... -(=poslední) -alanin: +H3N-CH2-CH2-COO-aminobutyrát (GABA): +H3N-CH2-CH2-CH2-COO-aminokyseliny: konfigurace (podle Fischera)
COO D: H CNH3+ R
L:
COO NH3+ CH R
Postranní skupina
Prolin – α-iminokyselina
Rozdělení podle chemické povahy postranních skupin
Funkční skupiny
Alifatické Aromatické Hydroxylové Sulfhydrylové Karboxylové Basické
Polarita ( pozor! všechny AK jsou polární) Přesto: Nepolární (hydrofobní) • Polární - bez náboje - nesoucí náboj (kyselé,basické)
Nepolární aminokyseliny
Polární, nenabité aminokyseliny
Polární, kyselé aminokyseliny
Bazické aminokyseliny
quanidin
L--aminokyseliny: kódované (= proteinogenní, viz dále, selonocystein, pyrrolysin) nekódované: - odvozené od kódovaných aminokyselin Arg ornithin, Asp β-Ala …, Glu→ GABA Tyr katecholaminy (dopamin, adrenalin, thyroxin... - vzniklé modifikacemi bílkovin (posttranslační modifikace) - hydroxyprolin - metabolické meziprodukty (ornithin, citrulin) D--aminokyseliny: buněčné stěny bakterií, antibiotika, hadí jed
Názvosloví: systematické, triviální Alanin – 2-aminopropanová kyselina Třípísmenné zkratky Ala (A) Gly (G)
His (H)
Jednopísmenkové symboly Lys (K)
Glu (E)
Nábojové vlastnosti aminokyselin – klíčová vlastnost Proč jsou v tabulce vzorce s náboji? Dipolární, obojetné ionty = amfionty počet nábojů amfiontu: součet všech nábojů (pro Gly v pH 7 = 2) volný náboj amfiontu: algebraický součet nábojů (pro Gly v pH 7 = 0)
TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN Disociace slabých kyselin: HA → H+ + A-
H A +
KA
-
HA
HA H K A +
A
-
převedeme na pH:
A log
pH pK A
HA
(Hendersonova - Hasselbalchova rovnice)
Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit pH, když budu přidávat NaOH? Na začátku: jen HA, množství A- odpovídá množství přidaného louhu.
HA + OH- → A- + H2O
TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN
A log
pH pK A
HA
Nábojové vlastnosti aminokyselin Aminokyseliny – více disociovatelných skupin, různé disociační konstanty Celkový náboj AK se mění v závislosti na pH (kladný při nižším pH, záporný při vyšším pH Nábojové vlastnosti rozhodují o chování AK, peptidů a bílkovin – nevazebné interakce!
ISOELEKTRICKÝ BOD - pI DEFINICE: pH, při němž se amfiont nepohybuje ve stejnosměrném elektrickém poli (interakce s dalšími ionty, závisí na prostředí - pufr); označujeme pI Isoionický bod: pH, při němž je v destilované vodě volný náboj iontu nulový.
př.: titruji glycin Ka1 COOH H C H
Ka2 COOH C H +
+
NH3
NH3
Z = +1 (Gly1+)
0 (Gly)
pKa1 = 2,35 (α-COOH) pKa2 = 9,78 (α- NH3+)
COOH C H NH2 -1 (Gly-1)
pI ( pK a1 pK a 2 ) / 2 pIgly = 6,1
Více disociovatelných skupin: rozhodují ty, které "sousedí" s pI (nutno načrtnout titrační křivku) Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pKa v okolí pI)
-COOH ,-COOH 2,5 4,0
imidazolium 6,0
-SH 8,3
-NH3+ 9,5
NH+3(CH2)4 CH(NH+3) COOH
fenol -NH3+ guanidinium 10,1 10,5 12,5
+2
-H+ NH+3(CH2)4 CH(NH+3) COO-
+1
-H+ NH+3(CH2)4 CH(NH2) COO-
0
NH2(CH2)4 CH(NH2) COO-
-1
Lysin
Výpočet pI ?
Hodnoty pKa disociovatelných skupin v aminokyselinách a v bílkovinách (25 oC) se liší
Funkční skupina
Aminokyselina
Hodnoty pKA nalezené ve volných aminokyselinách
Hodnoty pKA nalezené v bílkovinách
-karboxylová
C-koncová
1,7 - 2,6
1,8 - 3,6
,-karboxylová
Asp, Glu
3,86; 4,25
3,0 - 4,7
imidazolová
His
6,0
5,6 - 7,0
-aminová
N-koncová
8,8 - 10,7
7,9 - 10,6
-aminová
Lys
10,53
9,4 - 11,0
sulfhydrylová
Cys
8,33
8,3 - 8,6
fenolová
Tyr
10,07
9,8 - 10,8
guanidylová
Arg
12,48
11,6 - 12,6
Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pKa v okolí pI) Cystin:
Isoelektrické body kódovaných aminokyselin
AK
pI
AK
pI
AK
pI
AK
pI
Gly
6,0
Ser
5,7
Phe
5,5
His
7,6
Ala
6,0
Thr
5,6
Tyr
5,7
Lys
9,6
Val
6,0
Cys
5,0
Trp
5,9
Arg
10,8
Leu
6,0
Met
5,7
Asn
5,4
Asp
3,0
Ile
6,0
Pro
6,4
Gln
5,6
Glu
3,2
SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Absorpce UV záření: aromatické (především Tyr a Trp) u 280 nm
1,6
3
2
1,4
absorbance
1,2 1 0,8 0,6
1
0,4 0,2 0 210
230
250
270
290
310
330
vlnová délka [nm]
Absorpční spektra 1: hovězího sérového albuminu (1 mg/ml), 2: lidského imunoglobulinu (1 mg/ml) a 3: DNA (0,1 mg/ml), optická délka kyvety 1 cm.
Chemické reakce AK Stanovení AK (reakce aminosk.): reakce postranních řetězců: modifikační reakce - různá specifita
R2
R2
CO H C CH2
CO OH
+ I2
H C CH2
NH
NH
R1
R1
Tyr
OH I
značení bílkovin radioaktivním jodem
R2
R2
CO
CO
H C H2C SH + ICH2-CONH2
H C H2C S CH2-CONH2 + HI
NH
NH
R1
R1
blokování SH skupin (proti oxidaci a vzniku disulfidových můstků)
R – SH + R – SH + O2
R- S – S –R + H-CO-OOH
R- S – S –R
R-SO3-
R- S – S –R + HS CH2CH2OH → 2 RSH
Další reakce aminokyselin…..
2,2-Dihydroxyindane-1,3-dione
Nejdůležitější reakce (hypothetická): vznik peptidové vazby
+
H3N
CH R1
COO-
+
+
H3N
CH
COO-
R2
+
H3N
CH C R1
Peptidy 2 – několik desítek AK
O
NH CH COOR2
Nomenklatura peptidů: N- konec (začátek), C-konec (konec) acylaminokyseliny, např. Val-Gly-Ser-Ala = valylglycylserylalanin
Pozor: Ala-Tyr Tyr-Ala O +
H3N
O
CH C NH CH CH3
H2C
OH
COO-
+
H3N
CH C NH CH
H2C
OH
CH3
COO-
PŘIROZENÉ PEPTIDY Zvláštnosti struktury: • nekódované aminokyseliny (ornithin, -alanin ...) • často i D-aminokyseliny • někdy i tzv. -peptidové vazby (Glu) • cyklické struktury (laktamy, disulfidové vazby) • větvené struktury • blokování konců (pyroglutamát, glycinamid)
Biosynthesa: • meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů • synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou protheosynthesy)
Skupiny přirozených peptidů • di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...) • peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin) • neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK) • peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK) • peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny: Amanita phalloides) • protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb) • polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
Glutathion a jeho funkce v organismech kofaktor oxidoreduktas a isomeras chrání volné SH skupiny
detoxikace peroxidu a volných radikálů
reserva SH skupin
Biosynthesa: • meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů • synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou protheosynthesy)
Skupiny přirozených peptidů • di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...) • peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin) • neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK) • peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK) • peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny: Amanita phalloides) • protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb) • polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
StrukturaStruktura některých některých peptidů peptidů
Peptidové hormony
antibiotika neuromodulátory
Endorfiny, dynorfiny
Gramicidin S
Biosynthesa: • meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů • synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou protheosynthesy)
Skupiny přirozených peptidů • di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...) • peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin) • neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK) • peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK) • peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny: Amanita phalloides) • protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb) • polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
-COOH ,-COOH 2,5 4,0
imidazolium 6,0
-SH 8,2
-NH3+ 9,5
fenol -NH3+ guanidinium 10,1 10,5 12,5
Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7 NH3+ CH
CO
(CH2)4
N
CH
CH2
CH2
NH3+
CO
NH
CH
COO-
CH2
CH2
SH V pI již bude ve formě S-.
Určete pI tohoto tripeptidu 2
-NH3+ -COOH -NH3+ SH
Volný náboj tripeptidu:
8,2
9,5
+ 0 + 0
+ + 0
+ + -
+2
+1
0
10,5
0 + -
0 0 -
- 1 -2
pI = (8,2 + 9,5) / 2 pI = 8,85
