Aminokyseliny • α-uhlík je asymetrický • pouze L-aminokyseliny
opticky aktivní
(D-aminokyseliny: bakterie, antibiotika, …)
H2N
H
C
rozdělení
• podle počtu karboxylových skupin • podle počtu aminoskupin
COOH α
Aminokyseliny
• podle polarity postranního řetězce
R
Aminokyseliny
podle polarity
Postranní řetězec
Aminokyseliny H2C COOH NH2
• nepolární
nepolární
glycin, Gly, G aminooctová kyselina
• polární, neionizovaný za fyziologických hodnot pH H3C CH COOH
• polární a ionizovaný - kyselý
NH2
- bazický
Aminokyseliny
nepolární
alanin, Ala, A 2-aminopropanová kyselina
Aminokyseliny
nepolární
Aminokyseliny s rozvětveným postranním řetězcem H3C CH CH COOH CH3 NH2
Aromatická aminokyselina
valin, Val, V 2-amino-3-methylbutanová CH2
H3C CH2
CH2 CH COOH
CH3 H3C CH2
NH2 *
*
CH CH COOH CH3 NH2
leucin, Leu, L
CH COOH
fenylalanin, Phe, F
NH2
2-amino-3-fenylpropanová
2-amino-4-methylpentanová
isoleucin, Ile, I 2-amino-3-methylpentanová
1
Aminokyseliny
Aminokyseliny
nepolární
Aminokyseliny s heterocyklem
nepolární
Aminokyselina dialkylsulfid
CH COOH
CH2
tryptofan, Trp, W
NH2
2-amino-3-(indol-3-yl)propanová
N
H3C S
H2C H2C
CH COOH NH2
H
methionin, Met, M
prolin, Pro, P
COOH
N
2-amino-4-(methylsulfanyl)butanová
pyrrolidin-2-karboxylová
H
Aminokyseliny
Aminokyseliny
polární
Aminokyseliny s hydroxyskupinou
CH2
CH COOH
serin, Ser, S
OH
NH2
2-amino-3-hydroxypropanová
*
*
H3C CH CH COOH
Aminokyselina s thiolovou skupinou
HS
H2 C
CH COOH
cystein, Cys, C
NH2
2-amino-3-sulfanylpropanová
threonin, Thr, T 2-amino-3-hydroxybutanová
OH NH2
Aminokyseliny
polární
Aminokyseliny
H2N CO CH2 CH2
CH COOH NH2
polární
Amidy „kyselých aminokyselin“
Aminokyselina s fenolickou skupinou
HO
polární
CH COOH
asparagin, Asn, N
NH2
2-amino-3-karbamoylpropanová
tyrosin, Tyr, Y 2-amino-3-(4-hydroxyfenyl)propanová
H2N CO CH2
CH2
CH COOH NH2
glutamin, Gln, Q 2-amino-3-karbamoylbutanová
2
Aminokyseliny
kyselé
Aminokyseliny CH2
(CH2)3
NH2 HOOC CH2
CH COOH
asparagová kyselina, Asp, D
NH2
2-aminobutandiová 2-aminojantarová
CH2
CH2
CH2
H2N C NH
bazické
CH COOH
lysin, Lys, K
NH2
2,6-diaminohexanová
CH COOH
arginin, Arg, R
NH2
2-amino-5-guanidinopentanová
NH
HOOC CH2
CH2
CH COOH
glutamová kyselina, Glu, E
NH2
2-aminopentanová 2-aminoglutarová
CH2 N
CH COOH NH2
histidin, His, H
N
2-amino-3-(imidazol-4-yl)propanová
H
Aminokyseliny
esenciální nepostradatelné
Peptidová vazba
-CO-NH-
O
• Val, Leu, Ile
(s rozvětveným řetězcem)
• Phe, Tyr
(s aromatickým řetězcem)
• Lys
(bazická)
• Met
(sirná)
• Thr
(hydroxy-)
• His, Arg
v období růstu (bazické)
Peptidy
OH
+
C
-H2O
N
N H
H
R
O
R
N-konec
názvy
peptidová vazba
Tripeptid
C-konec
glutathion (Glu-Cys-Gly)
COOH
NH2
α
CH
β
CH2
γ CH
2
NH2
O
CO
CH C N H
Ala
H
H 2N CH C NH CH COOH
• od N-konce k C-konci • zbytky AK zakončení –yl • název C-koncové AK nezměněn
CH3
O
C
CH
CH2 SH
COOH
NH CH CO
NH CH2 COOH
CH2 SH
Cys
3
Peptidy Počet AK
Počet peptidových vazeb
• Dipeptid
2
1
• Tripeptid
3
2
• Oligopeptid
2-10
1-11
• Polypeptidy
> 10
> 11
• Proteiny
> 50 - 100
Mr > 10 000
Proteiny
Struktura proteinů
označení
primární struktura
• Primární • Sekundární • Terciární • Kvartérní
Primární struktura tetrapeptidu C-konec
N-konec
• pořadí AK zbytků v polypeptidovém řetězci • geneticky kódované ve sledu nukleotidů v DNA
• uvádí se vždy od N-konce k C-konci v
O H2N R1
R2 N H
H N O
O R3
R4 N H
COOH
souladu se směrem proteosyntézy
Proteiny
sekundární struktura
• prostorové uspořádání hlavního polypeptidového řetězce (bez ohledu na postranní řetězce) • pravidelné: α-helix a β-struktura
α-helix
pravotočivá šroubovice • 3,6 AK na 1 otáčku • postranní řetězce AK jsou vně helixu
• nepravidelné
Stabilizace sekundární struktury • pouze vodíkové můstky mezi skupinami >N-H·····O=C< peptidových vazeb
4
β-struktura
Proteiny
jednořetězový β-hřeben • stabilizace do struktury skládaného listu • postranní řetězce střídavě nad a pod rovinu skládaného listu
Stabilizace terciární struktury
terciární struktura
• prostorové uspořádání všech atomů polypeptidového řetězce • závisí na charakteru postranních řetězců AK Stabilizace terciární struktury: • vodíkové vazby, van der Waalsovy síly, iontové vazby, disulfidové vazby
Myoglobin
terciární struktura C-konec
S
O
S
H N
disulfidové vazby van der Waalsovy síly
Proteiny
O
NH3+
HO
O-
O
C
C
vodíkové vazby
kvartérní struktura
• podjednotky mohou být stejné nebo různé
(α2β2)
O
OH
N-konec
iontové vazby
• počet a prostorové uspořádání podjednotek v oligomerní molekule
hemoglobin A
C
Denaturace • Proces, při kterém se mění nativní konformace molekuly (kvartérní, terciární a sekundární struktura) • Ztrácí se biologické funkce proteinu • Nemění se primární struktura • Vratná (např. přídavek soli) • Nevratná (teplo, změna pH, kationty těžkých kovů)
5
Proteiny • Globulární
rozdělení
ve vodě většinou rozpustné
albumin, hemoglobin, fibrinogen globuliny (nerozpustné v čisté vodě)
Proteiny
a imunitní systém
Protilátky (imunoglobuliny) • tvoří se při tzv. humorální odpovědi organismu na přítomnost cizích látek (antigenů) • specificky váží antigen, který jejich tvorbu vyvolal
• Vláknité (fibrilární) nerozpustné ve vodě α-keratin (vlasy, nehty, peří,…) myosin (svaly) kolagen (pojivo), elastin (kůže, cévy)
• Membránové
Enzymy
Antigeny (imunogeny) • makromolekuly, vyvolávající tvorbu protilátek • proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy • nízkomolekulární látky tvorbu protilátek nevyvolají
Enzymy
charakteristika
kofaktory
• proteiny, katalyzující biochemické reakce
• neproteinová složka některých enzymů
• vysoce specifické
• většinou stabilní při zahřátí
katalyzují přeměnu pouze určité látky jedním způsobem (nevznikají vedlejší produkty)
• regulovatelné (aktivátory, inhibitory, částečnou proteolýzou, kovalentní modifikací - fosforylací)
• aktivní centrum
• ionty některých kovů • koenzym (nekovalentní vazba s enzymem) • prostetická skupina (kovalentně vázaná na enzym) holoenzym =
+
místo, kam se váže substrát a přeměňuje se na produkt
Enzymová reakce E + S
ES
E + P
komplex enzym-substrát
Faktory ovlivňující rychlost enzymové reakce
• koncentrace substrátu • pH • teplota
• k vazbě substrátu na enzym dochází v tzv. aktivním centru
• aktivátory / inhibitory
• s rostoucí koncentrací substrátu roste rychlost reakce až do „nasycení“ enzymu substrátem
6
Vliv teploty
Vliv pH • disociace ionizovatelných skupin v aktivním centru v
v
T
• s rostoucí teplotou roste rychlost enzymové reakce 1,5
7
pepsin
pH
většina enzymů
Typy inhibice • inhibice vratná např. kompetitivní inhibitory strukturní podobnost se substrátem soutěží o vazbu v aktivním centru
Enzymy • zakončení
-asa
• triviální názvy
klasifikace
6 základních tříd
(česky –áza)
ureasa dehydrogenasa
nevratná
Enzymy
názvosloví
pepsin trypsin
1. Oxidoreduktasy
• oxidačně redukční reakce, přenos vodíku, elektronu, vestavění molekuly kyslíku dehydrogenasy, oxidasy
1. oxidoreduktasy 2. transferasy 3. hydrolasy 4. lyasy 5. isomerasy 6. ligasy
2. Transferasy • přenos skupin atomů aminotransferasy (přenos –NH2) 3. Hydrolasy
• hydrolytické štěpení vazeb (peptidových, esterových, glykosidových, …) trávicí enzymy zažívacího traktu
7
Hydrolázy 4. Lyasy
• nehydrolytické štěpení vazeb nebo tvorba vazeb
polymer
enzym
štěpená vazba
5. Isomerasy
• intramolekulární přesuny vazeb nebo atomů
Proteiny
peptidová
6. Ligasy
Polysacharidy
glykosidová
Triacylglyceroly
esterová
• vznik vazeb za současného štěpení ATP synthetasy
Proteiny
Lipidy
metabolismus
Enzymy • endopeptidasy (štěpí peptidové vazby uvnitř řetězce) tvoří se v neaktivní formě „zymogeny“ (parietální buňky) pepsinogen → pepsin (pankreas) trypsinogen → trypsin • exopeptidasy (štěpí peptidový řetězec od konce) karboxypeptidasy, aminopeptidasy
• dipeptidasa (štěpí poslední dipeptid)
Biologické funkce lipidů • Zdroj energie • Zásobní látka – energetická rezerva • Zdroj esenciálních mastných kyselin • Strukturní funkce – součást membrán: buněčných a subcelulárních částic • Hydrofóbní prostředí v organismu pro příjem a uchovávání nepolárních látek: – hormony (steroidní a tyreoidální), vitaminy (A, D, K, E)
• Deriváty (estery, amidy) mastných kyselin a alkoholů. • Hydrofóbní charakter: – nerozpustné ve vodě – rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech
• Některé lipidy mají amfipatický charakter (přirozené tenzidy): např. fosfolipidy
Klasifikace lipidů • Jednoduché lipidy – Tuky, oleje (acylglyceroly) – Vosky
• Složené lipidy – Fosfolipidy – Glykolipidy
• V krvi jsou součástí lipoproteinů (kromě vosků)
• Tepelná izolace organismu
8
Složky lipidů 1 • Mastné kyseliny – Alifatické monokarboxylové kyseliny získané hydrolýzou přirozených lipidů – Sudý počet uhlíků: – Nenasycené kyseliny dvojné vazby konfigurace cis
H
Zkrácený zápis struktury mastné kyseliny kapronová kyselina
olejová kyselina
hexanová kyselina
cis-oktadec-9-enová kyselina
C 5H11COOH
C 17H33COOH
CH3(CH2)4COOH
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
6:0
18:1 (9)
H C
COOH
C
poloha C=C počet C počet C=C COOH
Hlavní mastné kyseliny v přirozených lipidech • • • • • • •
máselná kapronová palmitová stearová olejová linolová* linolenová*
4:0 hexanová 6:0 hexadekanová 16:0 oktadekanová 18:0 cis-oktadec-9-enová 18:1 cis,cis-oktadeka-9,12-dienová 18:2 cis,cis,cis-oktadeka-9,12,15-trienová 18:3 butanová
Složky lipidů 2 • Alkoholy – glycerol tuky fosfolipidy – vyšší jednofunkční alkoholy - hexadekanol (cetylalkohol) vosky – sfingosin = dvojfunkční nenasycený aminoalkohol C18 fosfolipidy, glykolipidy
*nepostradatelné (esenciální)
Acylglyceroly = estery glycerolu a mastných kyselin • monoacylglyceroly (MG) • diacylglyceroly (DG) • triacylglyceroly (triglyceridy, TG) - velmi nepolární
Triacylglyceroly • Tuky – pevné (hovězí lůj), polotuhé (vepřové sádlo)
• Oleje – tekuté, vyšší obsah nenasycených mastných kyselin nižších mastných kyselin
O 1
O R2
C
O
2
CH2 O
C
R1
C
R3
hydrogenací dvojných vazeb mastných kyselin
CH
3 CH
2
O
O
ztužené tuky
9
Možnosti hydrolytického štěpení esterové vazby TG
Žluknutí tuků • Iniciace: světelné záření a mikroorganismy
• A) zahříváním s minerální kyselinou → glycerol + směs mastných kyselin
• Oxidace dvojné vazby O2 ⇒ peroxidy, aldehydy, ketony, …
• B) vařením s alkalickými hydroxidy (zmýdelnění)
• Hydrolýza esterových vazeb
→ glycerol + mýdlo (směs alkalických solí mastných kyselin)
Jak poznáme žluklý tuk?
• C) enzymaticky - lipasy
Oxidační polymerace olejů
Vosky (ceridy) • směsi esterů vyšších alkoholů s vyššími nasycenými mastnými kyselinami
• snadno TG s velkým podílem nenasycených mastných kyselin
• tuhé
• např. olej lněný, sojový
• hydrofobnější než triacylglyceroly
• fermeže = tyto oleje s přísadami včelí vosk ester cerotové kyseliny C22 + cerylalkoholu C22
Fosfolipidy
Katabolismus aminokyselin
• Esterově vázané na glycerol nebo sfingosin
• Odstranění aminoskupiny
– kyselina fosforečná – mastné kyseliny
– deaminací: vznik NH4+ – transaminací: přenos –NH2 na 2-oxokyseliny
• Amfipatický charakter
• uhlíkatý řetězec
→ acetyl-CoA → meziprodukt citrátového cyklu
O
lecithin
O R2
C
O
CH2 O
C
CH
O
CH2 O
P O
→ pyruvát
R1
• v játrech: NH4+ → močovina
CH3 O
CH2CH2 N
CH3
CH3
10
