Přírodní polymery struktura syntéza
Nukleové kyseliny Proteiny Polysacharidy Polyisopreny Ligniny ……….. průmyslové využití (tradiční, obnovitelný zdroj)
Sruktura – komplikovanější
Homopolymery Kopolymery (stat ?, alt, block, graft), různé(podobné) stavební jednotky Lineární, větvené, síťované Struktura – závislost na prostředí, nativní struktura, zásadní vliv na funkci dvě odlišné „divize“ – funkce (energetická, strukturní X informační – paměť), struktura (variabilní X identické molekuly) - polysacharidy, ligniny, isopreny….. - proteiny, NK
polysacharidy
sacharidy
aldozy , ketózy Fischerova projekce Stereoizomerie (L a D)
Cyklické hemiacetaly (intramolekulární nukleofilní adice)
Ring formation creates a new asymmetric center. This kind of epimery at the C1 atom is called anomery in the case of sugars. In the α anomers, the anomeric hydroxyl group is axially oriented; the anomeric hydrogen is equatorial. In· contrast, the anomeric hydroxyl group is equatorial in the case of β anomers.
celuloza • • • • • • • •
Zdroj: dřevo, rostliny ….len , bavlna DP 3,5tis – 36tis (len – průměrná Mw 5,900,000) struktura – hierarchická (fibrily) vždy v kombinaci –hemicelulosa, lignin (bavlna X dřevo)…… „pulping“ Lineární (velmi řídce síťovaná), semikrystalická (různá %, amorfní), nerozpustná ve vodě (silné interakce mezi molekulami)
• Deriváty celulozy
proteiny
Funkční úloha bílkovin 1. Funkce dynamická transport kontrola metabolismu interakce (komunikace, kontrakce) katalýza chemických přeměn 2. Funkce strukturální architektura orgánů a tkání podpůrné funkce
Chemická povaha bílkovin • • • • •
Biopolymery Stavební (strukturní) jednotky: aminokyseliny Peptidová vazba Makromolekuly o molekulové hmotnosti > 10 000 Typický protein má 200 – 300 aminokyselin (protein titin z kosterního a srdečního svalu má 26 926 AK v jednom polypeptidovém řetězci)
• Primární struktura je zapsána v DNA (gen) • Syntéza (v buňce) – translace
Proteiny – bílkoviny hierarchická struktura
oPrimární struktura
(aminokyseliny, peptidová vazba) Sekundární struktura (nevazebné interakce, sekundární struktury) Terciární str. Kavarterní str.
o o o
Primární struktura proteinů • Kopolymery • Monomer = substrát - AMINOKYSELINY
Kódované aminokyseliny (20): -aminokyseliny (kromě prolinu – NH2 skupina zabudována do cyklu - iminokyselina) Amfionty – obojetné ionty Postranní řetězce - vlastnosti AA – skupiny AA (nepolární, polární, polární nabitý)
Hydrofobní aminokyseliny
Polární aminokyseliny
Kyselé aminokyseliny
Bazické aminokyseliny
Figure 3-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Stereochemie aminokyselin Chirální molekuly - existují ve dvou formách
Esenciální aminokyseliny • •
přísun z potravy člověk není schopen syntetisovat jejich uhlíkovou kostru Arginin* Histidin* Isoleucin Leucin Valin Lysin Methionin Threonin Phenylalanin Tryptophan
* Esenciální pouze u dětí, ne u dospělých
Peptidová vazba
Primární struktura
lineární pořadí aminokyselin N-terminální část je nalevo (volná a-aminoskupina posledního levého amino-kyselinového zbytku). C-terminální část je napravo (volná a-karboxylová skupina posledního pravého aminokyselinového zbytku).
>gi|307229470|ref|ZP_07515881.1| putative Cerebroside-sulfatase [Escherichia coli TA143] MQKTLMASLIGLAVCTGNAFNPVVAAETKQPNLVIIMADDLGYGDLATYGHQIVKTPNIDRLAQEGVKFTDYYAPAPLSSPSRAG LLTGRMPFRTGIRSWIPTGKDVALGRNELTIANLLKAQGYDTAMMGKLHLNAGGDRTDQPQAKDMGFDYSLVNTAGFVTDATLD NAKERPRFGMVYPTGWLRNGQPTPRSDKMSGEYVSSEVVNWLDNKKDSKPFFLYVAFTEVHSPLASPKKYLDMYSQYMSDYQ KQHPDLFYGDWADKPWRGTGEYYANISYLDAQVGKVLDKIKAMGEEDNTIVIFTSDNGPVTREARKVYELNLAGETDGLRGRK DNLWEGGIRVPAIIKYGKHLPKGMVSDTPVYGLDWMPTLANMMNFKLPTDRTFDGESLVPVLENKALKREKPLIFGIDMPFQDD PTDEWAIRDGDWKMIIDRNNKPKYLYNLKTDRFETINQIGKNPDIEKQMYGKFLKYKADIDNDSLMKARGDK PEAVTWG
Z primární struktury proteinů lze odvodit: • strukturu proteinu • mechanismus působení na molekulární úrovni • vzájemné vztahy k jiným proteinům v evoluci
• studium modifikací proteinu
Proteiny – bílkoviny Hierarchická struktura Sekundární struktura • Prostorové uspořádání polypeptidového řetězce (závisí na aminokyselinovém složení) • otáčení peptidových vazeb kolem auhlíků • atomy peptidové vazby se účastní na vzniku vodíkových vazeb postranní řetězce aminokyselin R se vazeb neúčastní
Figure 2-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Pravotočivá šroubovice, stabilizovaná vodíkovými vazbami • 3,6 aminokyselinových zbytků na jednu otáčku, R aminokyselin jsou orientovány ven. • Všechny C=O a N-H skupiny peptidových vazeb jsou uloženy rovnoběžně s podélnou osou a-helixu. • C=O skupina vázána vodíkovou vazbou ke čtvrté N-H skupině Helikální struktura - převážně vláknité bílkoviny (keratiny), svalové proteiny aj.
Β-struktura (struktura skládaného listu) • Segmenty natažených polypeptidových řetězců. • Dva segmenty (polypeptidové řetězce) jsou stabilizovány vodíkovými vazbami mezi C=O a • N-H skupinami dvou sousedních peptidových vazeb. • Sousední polypeptidové řetězce uloženy antiparalelně nebo paralelně. • Velký počet vodíkových vazeb udržuje strukturu v nataženém stavu
Proteiny – bílkoviny Hierarchická struktura terciární struktura •Trojrozměrné uspořádání polypeptidových jednotek (doklubka nebo vlákna) • Vzájemné interakce postranních řetězců aminokyselin - nevazebné interakce - kovalentní vazby
Typy nekovalentních interakcí uplatňujících se v živých systémech
• Terciární uspořádání bílkoviny do domén • Každá doména má svou funkci (enzymy a katalytické centrum, otáčky transmembránových bílkovin plasmatickou membránou) • důležitá pro funkci bílkoviny – denaturace vede ke ztrátě funkce
Proteiny – bílkoviny Hierarchická struktura Kvarterní struktura • Komplex dvou a více polypeptidových řetězců • jsou dohromady spojeny nekovalentními vazbami
Figure 3-41 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Cytoplasmatická membrána o membránové proteiny –specifická fce: tok látek, E, info o Povrchové proteiny (polární interakce, kovalentní vazba) o Integrální proteiny (jednoznačná orientace)
Figure 10-19 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Svinování (folding) - neprobíhá náhodným způsobem - probíhá postupně a) malé dočasné periodické struktury b) supersekundární struktury c) strukturní domény a "roztavená" glubule d) závěrečné úpravy za účasti enzymů
- Potřebují bílkoviny ke svinování pomocníky?
Figure 3-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Denaturace a opětovné složení •
• • •
• •
Denaturace je ztráta trojrozměrné struktury. Bílkovina ztrácí svoji funkci. Denaturace teplem zcela ruší slabé interakce (primárně narušuje vodíkové vazby). Krajní hodnoty pH mění celkový povrchový náboj, vznikají odpudivé elektrostatické síly a zanikají některé vodíkové vazby. Organická rozpouštědla a detergenty ruší hydrofóbní interakce Renaturace opětovné získání původní přirozené struktury.
Ligandové interakce
Enzym-substrát Protilátka-antigen Receptor-signál …… Figure 3-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 3-37b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Dělení bílkovin podle jejich funkce stavební a podpůrné
transportní a skladovací
pohyb ochranné a obranné
regulační
katalytická
kolageny, elastin, keratiny (fibrilární) bílkoviny cytoskeletu (tubulin, vimentin, též pohyb) nukleoproteiny (histony, ribosomální bílkoviny) hemoglobin a myoglobin (O2) transferrin a ferritin (Fe) sérový albumin (mast. kyseliny, bilirubin, hem...) apolipoproteiny (lipidy, cholesterol) cytochrom c (elektrony) bílkoviny zajišťující membránový transport aktin a myosin (+další) imunoglobuliny fibrinogen hormony receptory (membránové a intracelulární) regulační bílkoviny proteosynthesy enzymy
Enzymy
• biokatalyzátory • každá (metabolická) reakce má svůj enzym • Ligand - substrát
