Aminokyseliny, proteiny, enzymy Základy lékařské chemie a biochemie 2014/2015 Ing. Jarmila Krotká
Metabolismus n
základní projev života
látková přeměna n souhrn veškerých dějů, které probíhají uvnitř organismu a které slouží k získání energie a k tvorbě látek, určených pro činnost organismu n
Metabolismus bílkovin n
souhrn biochemických přeměn bílkovin v organismu
Odpověď na otázky: Co je to bílkovina? Z čeho se skládá? Jaké je její chemické složení?
Co je to bílkovina (protein) n
organická sloučenina (látka složená ze stejných molekul, které vždy obsahují jeden nebo více atomů C a dále atomy vodíku, kyslíku, dusíku, síry, aj.)
n
molekula bílkoviny je tvořena řetězcem aminokyselin
Aminokyselina n
organická sloučenina, která obsahuje současně na jednom atomu uhlíku (alfa) funkční aminoskupinu ((-NH2) a karboxylovou skupinu (-COOH)
amino skupina
karboxylová skupina
Vlastnosti aminokyselin n
Amfiterní povaha - v závislosti na pH prostředí se mohou chovat a) jako kyseliny b) jako zásady
Fyzikální vlastnosti aminokyselin jsou dobře rozpustné ve vodě (polární rozpouštědlo) - Amfiterní povaha umožňuje jejich separaci a identifikaci (elektroforéza, chromatografie) -
Chemické vlastnosti aminokyselin 1.
na α-uhlíku - peptidová vazba
2.
R–postranní řetězec (radikál) může být jednoduchý, rozvětvený, obsahovat aromatická jádra, síru apod. à důležité pro budování prostorových struktur bílkovin
Peptidová vazba
Dělení aminokyselin podle struktury
Dělení aminokyselin n
Esenciální AMK – organismus neumí vytvořit, musí se přijímat v potravě
Esenciální n
Neesenciální AMK – organismus umí vytvořit z jiných AMK
Neesenciální Ala Asn Asp Cys Gln Glu Gly Pro Ser Tyr, Arg*, His*
Isoleucin Leucin Lysin Methionin Phenylalanin Threonin Tryptofan Valin
Získávání AMK pro organismus z potravy – bílkoviny živočišného a rostlinné původu jsou v trávicím procesu a dále v játrech metabolizovány na AMK) n produkt metabolismu při odbourávání peptidů a bílkovin n syntéza v lidském organismu 1. transaminace 2. přestavba neesenciální aminokyselin 3. přestavba esenciální aminokyselin n
Aminokyselinová hotovost n n n n n n n
70 kg dospělý člověk, jeho tělo obsahuje cca 14 kg proteinů Aminokyselinová hotovost 600 – 700 g Příjem potravou 70 – 100 g/den Proteolýza 300 – 500 g/den Proteosyntéza 300 – 500 g/den Resyntéza AMK 30 – 40 g/den, nejvíce alanin a glutamin Odbourávní AMK 120 – 130 g/den
Novorozenecký screening n n n
u každého novorozence v ČR vyšetřením ze suché krevní kapky odběr krve 48 – 72 hodin po narození 13 vyšetřovaných analytů
14
PKU - Fenylketonurie Celoplošný screening od roku 1975 n Mutagace genu, nedokáže odbourat PHE, produkty degradace poškozují CNS n Léčba dietou n Bez léčby mentální retardace, zápach moči připomíná myšinu, neurologické nálezy n Incidence v ČR 1 : 6500 n
Peptidová vazba
Peptidy n
n
n
Peptid – látka tvořená řetězcem dvou a více AMK: a) oligopeptidy (2 – 10 aminokyselin) b) polypeptidy (11 – 100 aminokyselin) příklady v organismu – hormony (insulín, C peptid, PTH, hormony hypofýzy, oxytocin, vasopresin) vznik v organismu –rozštěpením bílkovin, jejich natrávením pepto = vařit, trávit
Bílkoviny = proteiny
charakteristika, struktura, dělení, metabolismus, vlastnosti a funkce
řec. protos – první n vysokomolekulární látka (makromolekula), tvořená řetězcem AMK (až tisíc v jedné molekule) n přesné pořadí AMK tvořících bílkovinu je zakódováno v genech n v organismu existuje 20 AMK → velký počet různých kombinací, přesné pořadí AMK je rozhodující pro funkci bílkovin n
Struktura bílkovin n
rozlišujeme 4 úrovně struktury, každá z nich je důležitá pro správnou funkci bílkoviny v organismu
n
odlišnost ve stavbě bílkoviny může být rozeznána imunitním aparátem a vést k tvorbě protilátek.
Primární struktura bílkovin n
- lineární pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci
Sekundární struktura bílkovin n
prostorové uspořádání lineárního řetězce polypeptidu. Vzniká na základě vzájemných interakcí mezi jednotlivými aminokyselinovými zbytky v polypeptidovém řetězci uplatňují se především slabé vazebné (nekovalentní) interakce. Nejčastějšími typy je struktura alfaalfa-helix (šroubovice) a betabetaskládaný list. Sekundární struktura závisí na fyzikálně chemických podmínkách prostředí, ve kterých se protein nachází (pH, iontová síla, přítomnost dalších látek).
Terciální struktura bílkovin n
další prostorové uspořádání jednotlivých úseků proteinů, uspořádaných do sekundární struktury, vzniká během syntézy proteinu procesem zvaným sbalování proteinu - podle terciární struktury se proteiny dělí na globulární (klubíčko) nebo fibrilární (vlákna)
Kvartérní struktura bílkovin n
uspořádání jednotlivých polypeptidů u proteinů tvořených více polypeptidy (tzv. oligomerní proteiny)
Význam bílkovin pro organismus n
1. stavební (konstrukční) – kolagen - šlachy, chrupavky, kůže, pojivová tkáň - pevný v tahu – elastin - stavba cév – keratin - vlasy, nehty, kůže
n
2. transportní – hemoglobin - krevní barvivo v erytrocytech, podílí se na přenosu kyslíku a CO2 krví, je složen ze 4 jednotek bílkoviny globinu – albumin – plasmatická bílkovina, produkován jaterními hepatocyty, podílí se z více než 70 % na onkotickém tlaku plazmy, dále transportní bílkovina (nekonjugovaný bilirubin, tyreoidní hormony, ionty vápníku, hořčíku, zinku, léky aj.) – transferin - transportní bílkovina přenášející v krvi železo
n
3. zásobní (skladovací)
– feritin - bílkovina sloužící k uložení železa v buňce, jeho hladina v krvi odráží velikost zásob železa v organismu
n
4. zajišťující pohyb
– bílkoviny svalových vláken - aktin, myosin
n
5. katalytické, řídící a regulační – enzymy – hormony
n
6. ochranné, obranné - imunoglobuliny
– fibrin, fibrinogen - zamezení krvácení
Proteolýza n
jedná se o rozložení bílkovin na menší části (peptidy) a na aminokyseliny
n
Žaludek: Kyselina chlorovodíková rozvolňuje kolagen spojující svalová vlákna přijatého masa a umožňuje trávicím enzymům přístup k jeho bílkovině, která se štěpí na kratší řetězce
n
Tenké střevo: pokračuje trávení bílkovin prostřednictvím enzymů (proteázy - např. pepsin a trypsin) na peptidy. Ty jsou dále štěpeny peptidázami až na aminokyseliny, didi- a tripeptidy. Ty již většinou prostupují volnou difúzí stěnou střeva do krevního oběhu.
Štěpení bílkovin Endopeptidasy pepsin trypsin chymotrypsin
Exopeptidasy
AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK
AK AK
aminopeptidasa
Karboxypeptidasy aminopeptidasy
2.10.2009
AK AK AK AK AK AK AK
AK
AK
AK AK AK AK
AK AK AK AK AK
AK
AK AK AK
karboxypeptidasa
AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK AK NH2 AK AK AK AK COOH AK AK AK AK AK 27
Měřené parametry celková bílkovina (směs bílkovin) albumin imunoglobuliny imuno globuliny (A, G, M, E) E) transferin, ferritin ceruloplasmin C reaktivní protein aminokyseliny hormony, enzymy fibrinogen reaktanty akutní fáze 2.10.2009
28
Enzymy n
Enzymy – slouží jako tzv. biokatalyzátory
n
Význam: chceme ze substrátu S získat produkt P S ßà P a) reakce samovolně neprobíhá b) reakce probíhá rychle za současného uvolnění velkého množství energie (exploze) c) chci řídit, jaké množství substrátu se přemění d) substrát může být surovinou pro více produktů a potřebuji zvolit pouze jeden z nich
n
Zapojení enzymu S + E ßà S-E ßà P-E ßà P + E
Enzymy bílkoviny nebo peptidy apoenzym (bílkovinná složka) + koenzym (nebílkovinová složka, např. vitamíny B) Funkce: koenzym se váže váže v blízkosti aktivního centra enzymu a účastní se katalyzované reakce
Specifičnost enzymové reakce n
substrátová – enzym katalyzuje přeměnu pouze jednoho substrátu na produkt
n
funkční – enzym katalyzuje stejný typ reakce u podobných substrátů (např. lipáza katalyzuje hydrolýzu triacylglycerolů)
Enzymy
Názvosloví enzymů n n
n
triviální (historické) – tripsin, pepsin obecně užívané – pojmenovává substrát a často typ přeměny – laktátdehydrogen laktátdehydrogenáza áza,, kreatinkináza kreatinkin áza,, amyláza amyláza vědecké – klasifikace všech enzymů pomocí 4-místného čísla, které určuje typ reakce, koenzymu a substrátu např. LDH LL-laktát: NAD+ oxidoreduktáza, EC 1.1.1.27 oxidoreduktázy, transferázy, hydrolázy, lyázy, isomerázy, ligázy (syntetázy)
Koncentrace enzymu Katalytická koncentrace = množství substrátu přeměněného pomocí enzymu na produkt za časovou jednotku a) katal/l, μkat/l b) U/l, IU/l – mezinárodní jednotka 1 μkat/l = 60 IU/l n hmotnostní koncentrace enzymu (mass) – g/l, μg/l n
2.10.2009
34
Faktory ovlivňující aktivitu enzymu 1. 2. 3.
teplota (37o C) acidita (pH 7 - 8) aktivátory – umožňují nebo urychlují reakci (např. Ca2+ pro koagulační faktory)
4.
5.
inhibitory – zpomalují nebo zastavují enzymovou reakci a) struktura molekuly je podobná substrátu a obsadí část aktivních center (reakce je vratná) b) pevně se navážou na aktivní centra (Hg, Pb) koncentrace substrátu
Inhibitory n
nekompetitivní
kompetitivní
Vyšetřované enzymy n
aminotransferázy - AST, ALT – katalyzují přenos aminoskupiny NH2- z aminokyseliny na ketokyselinu a naopak alanin + 22-oxoglutarát à pyruvát + glutamát aspartát + 2-oxoglutarát à oxalacetát + glutamát
n
n
při poškození buněk přejdou enzymy v nich obsažené do krve a v laboratořích prokazujeme jejich zvýšenou aktivitu v plazmě nejčastěji vyšetřované enzymy: AST, ALT, GGT, CK, AMS, LPS, ALP, CHS
K inspiraci
