aminokyseliny

1. aminokyseliny

2. Aminokyseliny • stavební jednotky bílkovin • deriváty karboxylových kyseliny • liší se postranním řetězcem (R) karboxylová skupina aminoskupina postranní řetězec

3. Prostorové uspořádání • α-aminokyseliny = NH2 skupina na 2. C (Cα) • Cαje chirální → enantiomery D a L D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd L-aminokyselina

4. NH2CH2COOH nemá chirální uhlík (nejjednodušší AK) většina aminokyselin v přírodě: α,L-AK

5. L-alanin D-alanin Proč je většina aminokyselin v přírodě právě v kofiguraci L a ne D nevíme..

6. Elektrický náboj aminokyselin neutrální pH (fyziologicé) nízké pH vysoké pH kation amfion anion aminokyselinaje elektroneutrální

7. Isoelektrický bod • pI • pI = pH, kdy je celkový elektrický náboj aminokyseliny nulový (amfion), pro každou aminokyselinu jiné

8. Kódované aminokyseliny • základní stavební jednotky bílkovin • mají svoji specifickou tRNA • existuje 21 kódovaných aminokyselin • některé si organismus neumí sám vytvořit a musí je přijímat v potravě - esenciální • liší se svými postranními řetězci (-R) V roce 1986 objevena 21. kódovaná aminokyselina selenocystein.

9. Selenocystein selenocystein (Sec) cystein (Cys) serin (Ser) • v selenoproteinech – enzymy, kde Se je redukčním centrem (redukují volné kyslíkové radikály) • v deiodinasach – regulují působení thyroidních hormonů

11. Postranní řetězce aminokyselin zásaditý postranní řetězec kyselý postranní řetězec hydrofobní postranní řetězce polární postranní řetězce

12. K čemu slouží aminokyseliny v organismech? • dodávají a přenášejí N(esenciální prvek) • jsou základní stavební jednotkou proteinů • v případě hladovění mohou být alternativními zdroji energie a prekurzory pro tvorbu sacharidů • slouží jako neurotransmitery a hormony– některé samy o sobě, jiné jako výchozí látky pro jejich tvorbu • podílejí se na syntéze lipidové dvojvrstvy, nukleotidů, alkaloidů atd.. • a mají mnoho dalších funkcí

13. Tvorba proteinů - vznik peptidové vazby dipeptid peptidová vazba

14. tyto dvě vazby jsou jednoduché, umožňují volnou rotaci atomů, takže dlouhé řetězce aminokyselin jsou vysoce pohyblivé peptidová vazba je vazbou kovalentní, je rigidní – vazba C-N má částečně charakter dvojné vazby v důsledku rezonance, atomy se kolem ní nemohou volně otáčet

15. stabilita peptidové vazby: při pH~7 je stabilní i při 100°C hydrolyzuje se v silně kyselém nebo zásaditém prostředí nebo pomocí enzymů

16. Peptidy a proteiny • v těle vznikají proteosyntézou v cytoplazmě buněk • proteosyntéza probíhá na ribozomech • 2 – 50 AK: peptid • > 50 AK: protein (bílkovina)

17. Názvosloví peptidů • pořadí aminokyselin (=jejich sekvenci) čteme od N konce k C konci • k názvu aminokyselin přidáme koncovku –yl • např.: Tyrozylalanylcystein • H2N-Tyr-Ala-Cys-COOH • většina peptidů a proteinů mají triviální názvy (glutathion, hemoglobin, kolagen)

18. Některé významné peptidy v našem těle některé hormony: oxytocin, vazopresin, glukagon, ... také některé jedy a mnoho dalších významných látek glutathion – tripeptid, v těle působí proti oxidativnímu stresu tvorbou disulfidových můstků Umělá příprava polypeptidů by mohla vést k získání bezpečných vakcín.

19. Oxidace glutathionu

20. Úrovně popisu organismu – velikost proteinů makromolekulární látky (proteiny, polysacharidy) orgány buňky jednoduché molekuly, atomy

21. Proteiny – nativní konformace • proteiny jsou molekuly s velmi složitou strukturou • po syntéze polypetidu, se řetězec skládá do své přirozené (nativní) konformace - trojrozměrná struktura s nejnižší energií -stav, kdy může protein plnit svojí biologickou funkci funkční protein nefunkční rozbalený polypeptidový řetězec

22. Skládání proteinů 4 terciárnístruktura 3 protein jako celek – kvartérnístruktura různé úrovně pohledu na proteiny 1 2 -Gln-Cys-Gly-Ser-Phe- kostra proteinu – aminokyselinové složení primárnístruktura sekundární struktura

23. 1) Primární struktura • pořadí (sekvence) aminokyselin • polypeptidový řetězec, ve kterém jsou aminokyseliny spojeny peptidovou (kovalentní) vazbou • primární struktura proteinů je přímý obraz genetické informace • základní řetězec, pořadí a typy aminokyselin určují, jak bude protein prostorově uspořádán(např. hydrofobní postranní řetězce aminokyselin se shlukují uvnitř proteinů, aby se nedostaly do styku s vodou) • záměna jen jedné aminokyseliny může způsobit nefunkčnost proteinu (př. srpkovitá anemie)

24. 2) Sekundární struktura • polypetidové řetězce se skládají do několika strukturních prvků • dva základní jsou: α-helix (šroubovice) a β-hřeben (skládaný list), ale existují i další • sekundární strukturu stabilizují H-můstky

25. H-můstky spojují skupiny CO a NH uvnitř řetězce α-helix v proteinech pravotočivá šroubovice postranní řetězce směřují ven, v důsledku sterických zábran

26. Keratin a kolagen tyto dva proteiny jsou složeny ze šroubovic, které se ještě stáčejí kolem sebe a tvoří pevná vlákna kolagen – protein kostí, zubů a šlach, v tahu je pevný stejně jako ocel keratin se vyskytuje např. ve vlasech, v pokožce, nehtech, rohovině nebo v peří šroubovice stočené kolem sebe tvoří terciární strukturu

27. β-hřeben/skládaný list postranní řetězce vyčnívají střídavě na opačné strany řetězce, kvůli sterickým zábranám H-můstky opět mezi skupinami CO a NH

28. H-můstky spojují sousední řetězce schematické značení skládaného listu

29. Titin největší známý polypetidový řetězec, spolu s aktinem a myosinem ve svalech obratlovců skládá se převážně ze skládaných listů mutace v aminokyselinové sekvenci způsobuje onemocnění svalů včetně srdce funkce ještě není úplně prozkoumaná – zřejmě kontroluje činnost aktinu a myosinu, prodlužování a zkracování sarkomery

30. 3) Terciární struktura • uspořádání sekundárních struktur v prostoru • skládání proteinů v prostoru ovlivňují především interakce postranních řetězců aminokyselin • sekundární struktury nejsou spojeny kovalentně • stabilizují je: H-můstky, elektrostatické interakce (iontové síly, dipól-dipól), van der Waalsovy interakce, disulfidové vazby, hydrofobní interakce

31. Disulfidový můstek a vznik cystinu jednoduchá kovalentní vazba postranní řetězce cysteinu v proteinu výrazná stabilizace terciární struktury proteinů SH skupina se oxiduje a redukuje tak jiné látky, např. H2O2 – boj proti oxidativnímu stresu (glutathion) Oxidace a redukce disulfidového můstku je principem účesu zvaného trvalá.

32. polypeptidovýřetězec Interakce terciární struktury

33. Trypsin pankreatický enzym štěpící bílkoviny, které už částečně natrávila kyselina chlorovodíková a pepsin v žaludku terciární struktura trypsinu – prostorové uspořádání motivů sekundární struktury: α-helixů a skládaných listů

34. 4) Kvartérní struktura • většina proteinů se skládá z více než jednoho polypetidového řetězce • uspořádání řetězců v prostoru - kvartérní struktura Proteiny se zpravidla skládají tak, že hydrofobní zbytky aminokyselin jsou uzavřené uvnitř a hydrofilní části jsou na povrchu proteinu. Záleží však na prostředí, ve kterém se protein nachází (vodný roztok, membrána …).

35. Hemoglobin – přenašeč O2 a CO2 skládá se ze 4 podjednotek každá obsahuje 1 hemovou skupinu hem je uzavřen uvnitř podjednotky, v hydrofobním prostředí

36. Denaturace ~ ztráta prostorového uspořádání ztráta nativní konformace – postupnénarušení vazeb kvartérní, terciární a sekundární struktury (H-můstky, Van der Waalsovy a hydrofobní interakce, disulfidové vazby, …)porušení nekovalentních vazeb skládání proteinu peptidové vazby zůstanou zachovány (zbude neuspořádaný polypeptidový řetězec) denaturace

37. nevratná – protein se nemůže složit do své nativní konformace, jeho prostorové uspořádání je úplně narušené v roztoku pak dojde k agregaci molekul denaturovaných proteinů (důsledek narušení vyšších struktur) – vzniká sraženina Denaturace Denaturovaný protein ztrácí svoji biologickou aktivitu!! teplota těžké kovy, soli silné kyseliny a báze některá organická rozpouštědla redukční činidla (močovina) a další.. denaturační čínidla:

38. Využití denaturace • vaření – vaření napomáhá trávení proteinů – narušuje prostorové uspořádání proteinů, trávicí enzymy pak mohou snadněji štěpit peptidové vazby v základním řetězci • výzkum

39. vratná denaturace - vysolování • není denaturace • nenarušuje se kvartérní, terciární, sekundární ani primární struktura • vratné • způsobeno přídavkem některých solí – rozpouštějí se ve vodě, ‘vychytávají‘ molekuly H2O, které předtím rozpouštěly molekuly proteinu • ten se vysráží z roztoku ve formě svého krystalu – základní metoda izolace proteinů

40. každý protein má určitou prostorovou strukturu (z ní plyne jeho funkce) př.: hemoglobin, princip svalového stahu a mnoha enzymatických reakcí Proteiny jako proměnlivé struktury • struktura není neměnná – po navázání nějaké látky (ligandu) se může prostorové uspořádání pozměnit

41. Skupiny proteinů • proteiny jsou velká skupina látek • rozdělujeme je do mnoha skupin podle různých hledisek:podle tvaru (globulární a fibrilární)podle složení (jednoduché a složené)podle funkce (strukturní, regulační, zásobní, signální, receptorové, enzymy a mnoho a mnoho dalších)

42. globulární proteiny kulovité, ve vodě rozpustné enzymy, transportní proteiny, receptory, imunoglobuliny příklady: hemoglobin, titin, trypsin, alkohol dehydrogenáza (na obr.), aktin, myosin fibrilární proteiny vláknité, nerozpustné ve vodě proteiny kůže, šlach, kostí Vlákno nebo klubko příklady: keratin, kolagen, fibroin (hedvábí), elastin (elastické vazy, stěny plic atd..), fibrin (srážení krve, na obr.)

43. Proteiny jednoduché a složené • proteiny jsou biologicky aktivní jen ve svém nativním stavu • mohou být a) jednoduché, b) složené a) makromolekula tvořená jen polypeptidovým řetězcem (v nativní konformaci) b) protein má 2 složky: polypeptidový řetězec a nebílkovinnou složku př.: fibrilární proteiny, albuminy (proteiny krevního séra), histony (v jádře se vážou na DNA) transferin – přenáší v těle atomy železa (nebílkovinná složka) př. složených proteinů: glykoproteiny (cukerná složka), lipoproteiny (lipidová složka) a další myoglobin skladování kyslíku ve svalech

44. K čemu slouží proteiny v organismech?(rozdělení dle funkce) Proteiny zastávají mnoho a mnoho rozdílných rolí:1)biokatalyzátory (enzymy) – pepsin, tripsin a další trávicí enzymy, DNA-polymeráza (syntéza DNA), alkohol dehydrogenáza (odbourávání alkoholu)2)strukturní proteiny – mechanická podpora buněk a tkání; př.: keratin (vlasy), elastin a kolagen (vlákna ve šlachách a vazivu), aktin (plasmatická membrána buněk)

45. Další funkce proteinů 3)transportní proteiny – přenášejí po těle různé látky př.: hemoglobin, transferin, albuminy (v krevním séru přenos lipidů), cytochrom c (přenos elektrony v dýchacím řetězci) 4)pohybové proteiny – např. myosin, ale i další (kinesin pohybuje organelami v buňkách)

46. Další funkce proteinů 5) zásobní proteiny – ferritin ukládá Fe v játrech, ovalbumin (zásoba aminokyselin ve vaječném bílku), kasein (zásoba aminokyselin pro novorozence v mléce) 6)signální proteiny – některé hormony (např. insulin) a růstové faktory jsou proteiny 7) receptory – rhodopsin v oční sliznici a mnoho dalších receptorů v membránách buněk 8) proteinové jedy – např. bakterie Vibrio cholerae syntetizuje protein → toxin způsobující choleru, nebo hadí jedy a další a další proteiny a funkce..