Struktura, chemické a biologické vlastnosti aminokyselin, peptidů a proteinů

Struktura, chemické a biologické vlastnosti aminokyselin, peptidů a proteinů

Aminokyseliny

CH COOH NH2

obsahují karboxylovou skupinu a aminovou skupinu nebarevné sloučeniny (Trp, Tyr, Phe – absorbce v UV) základní stavební prvky peptidů a bílkovin tvorba biogenních aminů, purinů, pyrimidinů, hemu celkem známých amk 300 pouze 20 proteinogenní

Funkce aminokyselin

Převzato: Koolman, J., Roehm, K. H.; Color Atlas of Biochemistry, 2005

Aminokyseliny

amk proteinů „nekódové“ amk – vzácné amk proteinů neproteinové amk

proteinogenní amk

α-aminokyseliny, asymetrický uhlík, konfigurace L kódované amk, jen 20

Aminokyseliny

esenciální amk – 10 Agr, His – semiesenciální nedostatečná syntéza v období růstu

Aminokyseliny proteinů – základní přehled

Neutrální s nepolárním postranním řetězcem

Neutrální s polárním postranním řetězcem

serin, threonin, tyrosin, asparagin, glutamin, cystein

Kyselé aminokyseliny

glycin, alanin, valin, leucin, isoleucin, prolin, fenylalanin, tryptofan, methionin

kyselina asparagová, kyselina glutamová

Zásadité aminokyseliny

lysin, arginin, histidin

Neutrální aminokyseliny s nepolárním postranním řetězcem glycin

H N

H

prolin

C

alanin

H3C

valin

H3C

OH

CH

fenylalanin

CH2

CH3

leucin

H3C

CH CH2

H3C

CH2

tryptofan

CH3

isoleucin

O

(iminokyselina)

N H

CH2 CH CH3

methionin

H3C

S

CH2 CH2

Neutrální aminokyseliny s polárním postranním řetězcem serin

asparagin

HO CH2

H2N

C CH2 O

threonin

H3C CH

glutamin

OH

tyrosin

HO

H2N

C CH2 CH2 O

CH2

cystein

HS CH2

Kyselé aminokyseliny

kyselina asparagová

HO

kyselina glutamová

HO

C CH2 O

C CH2 CH2 O

Zásadité aminokyseliny lysin

H2N CH2 CH2 CH2 CH2

arginin

H2N

C

NH CH2 CH2 CH2

NH

N

histidin HN

CH2

Další významné aminokyseliny

4-hydroxyprolin, 5-hydroxylysin - v kolagenu ornithin a citrulin – součástí močovinového cyklu kyselina γ-aminomáselná (GABA) – neurotransmitér tetrajodthyronin a trijodthyronin - hormony štítné žlázy kyselina p-aminobenzoová – výroba lokálních anestetik, (procain, novocain) β-alanin – kyselina panthotenová = vit. B5 homocystein – metabolismus amk, vznik z methioninu (methylhomocystein)

Acidobazické vlastnosti amk nedisociovaná forma

H

CH

COOH

NH2

„zwitterion“, amfion, obojetný ion, amfoterní povaha H

CH

COO

NH3

disociace aminokyselin H

CH

COOH

NH3

pH = 1

H

CH NH3

pH = 6

COO

H

CH

COO

NH2

pH = 11

Izoelektrický bod

pI = izoelektrický bod pKa + pKb pI = 2

rovnováha mezi kladnými a zápornými náboji amk je nejméně rozpustná! nenese žádný náboj (+ a – se vyruší)

Chemické vlastnosti

přeměny možné na COOH, NH2, R

tvorba peptidové vazby

dekarboxylace za vzniku aminů

v organismu katalyzována dekarboxylázami – pro vznik biogenních aminů (Histidin – Histamin)

transaminace

syntéza peptidů

reakce amk a 2-oxokyseliny, katalyzováno aminotransferázou

oxidační deaminace

katalyzováno oxidázami amk v játrech a ledvinách, deaminace kys. glutamové na kyselinu 2-oxoglutarovou

PEPTIDY

vznikají spojením amk peptidovými vazbami tvorba peptidové vazby: O

H2N

CH

COOH

H2N

CH

COOH

H2N

CH

C

N

CH

H

R2

+ R1

R2

R1

rozdělení:

oligopeptidy – di-, tri- až dekapeptidy – 2- 10 amk polypeptidy – 10 – 100 amk proteiny – bílkoviny - nad 100 amk

COOH + H2O

Peptidová vazba

N-konec, N-koncová aminokyselina C-konec, C-koncová aminokyselina O H2N

CH R1

C

O N

CH

H

R2

C

N

CH

H

R3

COOH

Peptidová vazba – 2 tautomery


Významné peptidy

glutathion – tripeptid – Gly-Cys-Glu v buňkách, 90 % v redukované formě GSH/GSSH Endorfíny (16-31 amk), enkefaliny – pentapeptidy vytvářené v mozku, účinky pododné jako morfium, jejich prekurzory jsou endorfiny angiontensin II – oktapeptid produkovaný ledvinami, vytváří vazokonstrikci periferních cév vasopresin a oxytocin – nonapeptidy vyvolávají kontrakci děložní svaloviny bradykinin – nonapeptid snižuje krevní tlak a permeabilitu kapilár

Proteiny – bílkoviny - složení

stálost prvkového složení

C 50 – 60% H 6,5 – 7,5% O 21,5 – 28,5% N 16 – 18% S do 2% P do 2%

průměrný obsah N 16%

Struktura proteinů

20 aminokyselin vzájemně propojených peptidovými vazbami v lineární nerozvětvený řetězec

počet amk – od několika desítek po několik tisíc, Mr = 104 až 106

funkce bílkovin je dána jejich strukturou

funkce bílkovin je dána jejich strukturou

Enzym či receptor

4 úrovně struktury bílkovin -

-

-

Primární struktura určena pořadním (sekvencí) amk v polypeptidovém řetězci Sekundární struktura pravidelná struktura části peptidových řetězců, pravidelné konformace Terciární struktura trojrozměrná struktura peptidového řetězce jako celku, mezi sekundární a terciární strukturou je nejasná hranice Kvartérní struktura týká se proteinů složených z více podjednotek (řetězců), prostorové uspořádání podjednotek navzájem, př. Hemoglobin

Primární struktura

pořadí (sekvence) amk v řetězci N-konec, C-konec sekvence amk jednoznačně určuje prostorové uspořádání molekuly a tím i biologickou funkci

Sekundární struktura

geometrické uspořádání polypetidového řetězce vyvolané otáčením rovin peptidových vazeb kolem α-uhlíků stabilizované vodíkovými vazbami vodíkové vazby mezi C=O … H-N předpoklady vzniku stabilizované struktury:

L-amk, trans peptidová vazba, max. možnost tvorba H vazeb

struktury α-helix a β-struktura

Helikální stuktura

α-helix pravidelná struktura stabilizace H-vazbami pravotočivá šroubovice s 11 amk připadajícími na 3 otáčky (1 závit 3,6 amk) roviny peptidových vazeb rovnoběžné s osou šroubovice postranní řetězce amk vyčnívají ven ze šroubovice převažuje v keratinu a myosinu Pro ruší pravidelnost řetězce, způsobuje ohyb Převzato: R. Murray, Harper´s Biochemistry, 26th edition

Struktura skládaného listu

β-struktura polypeptidový řetězec více natažen H-vazby mezi vzdálenými C=O a N-H skupinami dvou sousedních řetězců řetězce uloženy paralelně nebo antiparalelně v počtu 2-15 (průměrně 6) postranní řetězce amk vyčnívají nad a pod rovinu skládaného listu převažuje ve fibroinu Převzato: R. Murray, Harper´s Biochemistry, 26th edition

Struktura skládaného listu

Antiparalelní β-struktura Paralelní β-struktura Převzato: Koolman, J., Roehm, K. H.; Color Atlas of Biochemistry, 2005

Přehled sekundárních struktur bílkovin

Terciární struktura

trojrozměrná struktura polypeptidového řetězce – interakce mezi aminokyselinovými zbytky, které jsou v primární struktuře od sebe vzdáleny základní typy: fibrilární globulární řada přechodných typů

Převzato: R. Murray, Harper´s Biochemistry, 26th edition

Terciární struktura

vazby vytvářející terciární strukturu:

vodíkové vazby –NH2, -NH-, -OH, -COOH skupin postranních řetězců – v hydrofóbních částech iontové vazby – mezi kyselinou asparagovou, glutamovou a histidinem, lysinem a argininem, v hydrofóbních částech hydrofóbní interakce – mezi hydrofóbními zbytky Valinu, Leucinu, Isoleucinu disulfidové vazby – mezi dvěma cysteinovými zbytky

Vazby v bílkovinách KOVALENTNÍ VAZBY PEPTIDOVÁ -CO-NH2 DISULFIDOVÁ

-S-S-

NEVAZEBNÉ INTERAKCE vodíkové můstky hydrofóbní interakce Iontové interakce

Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme

Hydrofóbní interakce

hydrofóbní efekt – nepolární látky (mastné) mají snahu ve vodném prostředí minimalizovat svůj kontakt s vodou, shlukují se

proteiny tvoří útvary s minimálním povrchem – nepolární skupiny dovnitř

proteiny jsou vlastně intracelulární micely (albumin), většina nepolárních molekul směřuje dovnitř molekuly, nejsou v kontaktu s vodou

hydrofóbní interakce jsou důležitým determinantem struktury proteinů

Fibrilární proteiny

dlouhé molekuly uspořádané v jednom směru proteiny – kůže, kosti, pojiva funkce – ochranná, stavební, spojovací, pohybová - α-keratin, fibroin, kolagen


α-keratin

Inertní, vyšší obratlovci (vlasy, rohy, nehty, srst) α–keratin - savci β-keratin – ptáci, plazi chemické vlastnosti – celá struktura α–helix, bohatý na cys, S-S - nerozpustnost

Struktura vlasu: protofibrily – mikrofibrily – makrofibrila – buňka – vlas

α-keratin



Fibroin

podstata hedvábného vlákna chemické složení – velký podíl malých amk – Gly, Ala, Ser struktura skládaného listu pevné vazby

Kolagen

nejrozšířenější protein, extracelulární uspořádaný do nerozpustných vláken pojivové tkáně 3 řetězce 1/3 Gly, 10% Pro a 10% OH-pro kolagen

Kolagen, fibroin


Globulární proteiny

rozpustné ve vodě v molekule α–helix, β-konformace v různých poměrech myoglobin – pouze α-helix velké molekuly (více než 200 amk) uspořádané do několika domén – funkčně a konformačně nezávislé části molekul

Kvartérní struktura

asociace dvou nebo více polypeptidových řetězců do oligomeru globulárního charakteru na vazbě se podílejí větší oblasti polypeptidových řetězců, geometrická komplementárnost těchto oblastí – vysoká specifita spojení hemoglobin – tetramer, dva α– a dva βřetězce velké molekuly proteinů, velmi časté

Kvartérní struktura

Výhody kvartérní struktury

velká molekula se tvoří lépe z menších stavebních podjednotek, lépe se opravují chyby syntéza podjednotky jinde než sestavování kompletní molekuly větší molekuly – stabilnější – důležité u enzymů aktivita enzymů (podjednotkových) může být lépe regulovaná

Podjednotky identické (oligomer) neidentické (protomer)

Přehled struktur bílkovin

Nepeptidové složky bílkovin

sacharidy v proteinech

glykoproteiny proteoglykany kolagen – disacharid (D-gal, D-glu)

fosfát – fosfoproteiny kovové ionty – metaloproteiny lipidy – lipoproteiny nukleové kyseliny - nukleoproteiny

Chování bílkovin v roztocích

Rozpustnost bílkovin

roste se vzrůstající ionizací postranních skupin s přídavkem neutrální soli nejprve roste - tvorba hydratačního obalu, při určité koncentraci soli začne klesat – vysolování bílkoviny albuminy – rozpustné v čisté vodě globuliny – rozpustné ve zředěných roztocích solí závisí na pH, iontové síle (jaké ionty jsou ve vodném prostředí), teplotě

Elektrochemické vlastnosti bílkovin

jsou dány počtem a druhem ionizovatelných skupin v molekule proteiny se chovají jako obojetný ion celkový náboj závisí na pH prostředí pH = pI … izoelektrický bod, celkový náboj proteinu je 0 pI závisí na iontech v prostředí, závisí na konformaci molekuly využití – izolace proteinů ze směsi, elektroforéza

Denaturace bílkovin ztráta vyšších struktur při zachování struktury primární – ztráta vlastností nativní bílkoviny stabilita klesá od sekundární po kvartérní strukturu vratná (reversibilní), nevratná (irreversibilní) Denaturační faktory: fyzikální – teplo, mechanické účinky, záření (RTG, UV, radioaktivní) chemické – změna pH, soli těžkých kovů, změna permitivity (organická rozpouštědla), porušení vodíkové a hydrofóbní vazby (močoviny, detergenty)


Struktury insulinu 86 amk

Zn

Struktura, chemické a biologické vlastnosti aminokyselin, peptidů a proteinů

Recommend Documents