Aminosavak és fehérjék
Aminosavak Fehérjékb!l savas hidrolízis hatására aminokarbonsavak, röviden aminosavak keletkeznek. Az aminosavak olyan vegyületek, amelyek molekulájában aminocsoport és karboxilcsoport egyaránt el!fordul. Biológiai jelent!ségüknél fogva ehelyett csak a fehérjeeredet" aminosavakkal foglalkozunk. 1
2
Aminosavak
Az oldallánc
• a természetes aminosavak L sztereokémiájúak és alfa-NH2-t tartalmaznak:
• igen sokféle funkciós csoport és tulajdonság • a glicinnek nincs oldallánca glicin H2N-CH2-COOH • Gly
szerkezetük az R csoportban különbözik 20 természetes aminosavat ismerünk 10 (eszenciális) aminosavat a táplálékkal veszünk magunkhoz (a többit képesek vagyunk szintetizálni) 3
• Gy"r"s oldallánc (szekunder amin)
• egyszer" alkil (apoláris) oldallánc Ala alanin CH3 • R= Val
–
Pro
prolin
• aromás oldallánc
valin
Leu leucin Ile
4
izoleucin
5
–
Phe fenil-alanin
–
Tyr
tirozin
–
Trp
triptofán
6
• alkohol oldallánc – –
Ser Thr
szerin
• amid oldallánc (a fenti savakból) HO-CH2-
treonin
Cys cisztein HS-CH2-
–
Met metionin CH3-S-CH2-CH2-
H2NOC-CH2-
– Gln
H2NOC-CH2-CH2-
glutamin
• bázikus oldallánc
• kéntartalmú oldallánc –
– Asn aszparagin
– Lys
lizin
– Arg
arginin
H2N-(CH2)4-
– His
hisztidin
• karbonsav oldallánc –
Asp aszparaginsav HOOC-CH2-
–
Glu
glutaminsav HOOC-CH2-CH27
8
Az aminosavak halmazszerkezete
Tulajdonságaik
• Minden aminosav tartalmaz legalább egy bázikus aminoés egy savas jelleg" karboxilcsoportot. Vizes oldatban, de kristályosítva, szilárd állapotban is az aminocsoport protonált, a karboxilcsoport protonálatlan állapotban van: ikerionos szerkezet!!
Amfoterek, tehát a vízben rosszul oldódó (nagy, apoláros jelleg" láncot tartalmazó) típusaik is feloldhatók sav-, illetve lúgoldatban (savoldatban a karboxilátion protonálódik, lúgoldatban az alkilammóniumion ad le egy protont). •
A vízoldékony aminosavak vizes oldatának kémhatása a karboxilés az aminocsoportok, valamint az egyes csoportok sav-bázis er!sségét!l (Ks, Kb) függ. Az amino-dikarbonsavak savas, a diamino-karbonsavak lúgos kémhatást okoznak a vízben, de az egyetlen amino- és egyetlen karboxilcsoportot hordozó aminosavak sem feltétlenül semlegesek. Példa erre, hogy a glicin vizes oldata gyengén savas kémhatású, mivel a Ks= 4,5#10-3, a Kb= 2,5#10-10.
9
• A természetes eredet" aminosavak a fehérjékben amidkötéssel, biológiai értelemben peptidkötéssel kapcsolódnak.
10
Fehérjék • Alapszerkezet – Egy vagy több, aminosavakból összekapcsolódó polipeptidláncból és esetenként szervetlen vagy szerves, nem polipeptid típusú részb!l álló makromolekulák.
11
12
•
Jellemz"k – Specifikus makromolekulák, melyben az épít!egységek (aminosavak) sorrendje egyediséget kölcsönöz az adott molekulának!
•
• b.) Másodlagos szerkezet (szekunder struktúra)
Szerkezet
– A lánckonformáció viszonylag monoton ismétl!d! egységekb!l kialakuló szerkezete, mely leggyakrabban az #-hélix, illetve a $-red".
– a.) Els"dleges szerkezet (primer struktúra) • aminosavszekvencia (aminosavsorrend) • az egyediséget a polipeptidláncban oldalláncként jelentkez! R-csoportok sorrendje biztosítja. • A polipeptidlánc a peptidkötés körül nem foroghat (az oxocsoport pi-kötése és a nitrogén atom nemköt! elektronpárja delokalizálódik, ezzel rögzül a peptidkötés! /ls. ábra/).
– A lánckonformációt a peptidkötések atomjai között kialakuló másodrend" kötések (pl. hidrogénkötések) tartják fenn, melyek a spirális szerkezetben az egymás feletti struktúrákat (#-hélix), a $-red!ben az egymás mellé, hullámpapírszer"en rendez!dött láncrészeket tartják össze.
• A merev, síkalkatú peptidkötések közötti (az alfa-szénatom körül!) részlet mindkét oldalon elfordulhat (az ún. amidsíkok az alfa szénatom körül elforoghatnak). Az elvileg végtelen lehet!ség közül az R-oldalláncok nagysága és töltése miatt jó néhány nem valósulhat meg. • Mégis a természetben egy adott fehérje csak egy vagy néhány konformációban fordul el!. Ennek oka a környezet (pH, ionkoncentráció, h!mérséklet stb.) viszonylagos állandóságában keresend!. 13
14
• c.) Harmadlagos szerkezet (tercier struktúra)
A fehérjék típusai
– A másodlagos szerkezeti elemek - az %-hélix, $-red! egymáshoz viszonyított elrendez!dését jelenti, beleértve az azokat egymástól esetleg elválasztó rendezetlen, ún. random szerkezeti részeket is!
1.) Konformáció szerint – FIBRILLÁLIS FEHÉRJÉK, melyeknek tercier struktúrájára az jellemz!, hogy a molekuláknak csaknem teljes hosszában egyféle szekunder szerkezeti elem van jelen, így a hajat %-hélix, míg a selymet b-red! szerkezeti elemek építik fel.
– A lánckonformációt a másodrend" kötések mellett az oldalláncok közötti ionos kötések (pl. a karboxilátion és az alkilammóniumion között), illetve kovalenskötések (diszulfidhíd két cisztein molekula között) tartják fenn.
– GLOBULÁRIS FEHÉRJÉK, amelyek harmadlagos szerkezetére random (rendezetlen) szakaszok is jellemz!k, míg más szakaszok $-red!zött vagy %hélix struktúrát vesznek fel. Ilyenek az immunglobulinok, a hemoglobin, az albuminok. Molekuláik nagyjából gömb alakúak.
•
• d.) Negyedleges szerkezet (kvaterner struktúra)
2.) Vegyi összetételük szerint – Egyszer! fehérjék (proteinek), amelyek csak aminosavakra hidrolizálhatók.
– A több polipeptidláncból álló fehérjemolekulákra jellemz!, és a polipeptidláncok egymáshoz való viszonyát jelenti.
– Összetett fehérjék (proteidek), amelyek aminosavakon kívül más, szerves vagy szervetlen, ún. nem fehérjerészt is tartalmaznak. Ilyen a hemoglobinban a hem, ami vastartalmú porfirinvázas vegyület; a tejben a kazein, ami foszfátcsoportot tartalmaz. A név utal a nem fehérje rész milyenségére: lipoproteid (a nem fehérje rész lipid), glükoproteid (a nem fehérje rész szénhidrát) stb.
– A különböz! alegységek (polipeptidláncok) közötti kapcsolatot a tercier struktúrát fenntartó er!khöz hasonló kötések biztosítják. 15
16
•
• 3.) Funkció szerint – Struktúrfehérjék, az él!lények szerkezetét meghatározó fehérjék (szaru).
Nem megfelel! körülmények között a természetes lánckonformáció megsz"nhet, ennek okai: – az ionkoncentráció megváltozása – pH-változás (a töltéssel rendelkez! csoportok töltése megsz"nhet, az oldalláncok ennek következtében elmozdulhatnak egymástól, és más oldalláncok között jöhetnek létre kötések)
– Enzimek, vagyis biokatalizátorok. – A sejtek kommunikációjában fontos fehérjék (hormonok, receptormolekulák).
– h!mérsékletváltozás (a h!mozgás hatására el!bb a gyengébb, majd magasabb h!mérsékleten akár a kovalens diszulfidhidak is felszakadhatnak)
– Transzportmolekulák.
– sugárzások, amelyek képesek a kovalens kötések felszakítására.
– A mozgásban jelent!s fehérjék (aktin, miozin, mikrotubulosok fehérjéi). – Immunfehérjék (immunglobulinok). – (Energiahordozók) 17
•
Következményei:
•
Denaturálódás: az eredeti funkció megsz"nése.
•
Koaguláció: a kolloid állapot megsz"nése (kicsapódás). Mind a denaturáció mind a koaguláció lehet megfordítható reverzibilis -, vagy visszafordíthatatlan - irreverzibilis -. 18
A fehérjék kimutatása
Nukleinsavak
1.) Biuret-reakció – NaOH-val meglúgosított oldatban néhány csepp CuSO4 hozzáadásakor, fehérjék jelenlétében ibolya színreakció tapasztalható. A folyamat feltétele, hogy a vegyület legalább két peptidkötést tartalmazzon! A folyamat során lúgos közegben a réz(II.)-ionok komplexet alkotnak valószín"leg a peptidkötés oxigénatomjaival, ez okozza a színváltozást miközben ammónia szabadul fel, a peptidkötés reakciójáról van tehát szó.
• 2.) Xantoprotein-reakció
• Az él! szervezet minden biológiai tulajdonságának átörökítéséért felel!s makromolekulák! • Savval f!zve hidrolizálnak, és a hidrolizátum: – foszforsavat, – ötszénatomos cukrot,
– Tömény cc.HNO3 hatására sárga színreakciót kapunk. Az aromás oldalláncokat a cc.HNO3 nitrálja, s az így keletkez! vegyület sárga szín". Csak az aromás oldalláncú aminosavakat tartalmazó fehérjék adják a próbát (tirozin, fenilalanin)!
– és nitrogéntartalmú heterociklusos vegyületet tartalmaz.
19
• Épít!egységeik a NUKLEOTIDOK!
20
A nukleotidok szerepe
• A nukleotidok felépítése:
• Tri- és difoszfátjai a szervezet energiahordozói: ATP, ADP!
– PENTÓZ: D-ribóz (RNS) vagy 2-dezoxi-D-ribóz (DNS).
• Koenzimek alkotórészei: NAD, NADP, KoA!
– A pentóz 1'-szénatomjához kapcsolódó nitrogéntartalmú heteroaromás bázis: - PURINVÁZAS bázisok: adenin, guanin - PIRIMIDINVÁZAS bázisok: citozin, uracil, timin
• A sejtek kommunikációs kapcsolataiban játszanak szerepet: cAMP! • A nukleinsavak alkotórészei!
– A pentóz 5'-szénatomján lév! hidroxilcsoportját észteresítve foszforsav.
21
22
A nukleinsavak felépülése A nukleinsavak nukleotidokból épülnek fel. A polinukleotidlánc tulajdonképpen poliészterlánc, melyben a nukleotid pentózának 5' szénatomjával észterkötésben lév! foszfátcsoport a másik nukleotid pentózának 3' szénatomján lév! hidroxilcsoporttal kondenzációs reakcióban (vízkilépés) hoz létre észterkötést.
23
Dezoxiribóz az RNS-ben a cukor ribóz, pontosabban béta-D-ribofuranóz a DNS-ben a cukor 2-dezoxiribóz, szintén béta-furanóz formában
24
• A nitrogénbázisok
• a purinbázisok kétgy"r"sek, négy nitrogénatommal adenin és guanin
– a pirimidinbázisok 6-tagú, két nitrogént tartalmazó heterociklusok citozin, uracil (az RNS-ben található) és timin (a DNS-ben található)
cukorhoz kapcsolódó pont citozin
uracil
cukorhoz kapcsolódó pont
timin adenin
25
guanin
26
Nukleozidok • nitrogénbázis + cukor = nukleozid • a nukleozidokat egybetûs kódokkal jelöljük
• Nukleotidok • nitrogénbázis + cukor + foszfát = nukleotid • Polinukleotidok - DNS és RNS
C = citozin U = uridin T = timidin A = adenozin G = guanozin 27
28
• Bázispárosodás – specifikus H-kötés jöhet létre a szomszédos szál bázisaival az DNS-ben: az A és a T, valamint a G és a C kapcsolódik párba az RNS: az A és az U, valamint a G és a C kapcsolódik párba – a bázispárosodáshoz szükséges, hogy a szálak párhuzamosak legyenek a bázispárosodás optimális szerkezete: kettõs spirál
29
30
