Aminosavak, peptidek, fehérjék

1. Aminosavak, peptidek, fehérjék

2. Aminosavak • Az emberi szervezet fehérjéi gyakorlatilag 20 L,-aminosavból képződnek. • A variációs lehetőségek és a változatos molekulatömegek bőven elégségesek a természetben előforduló 1012 fehérjeféleség megvalósulásához.

3. Szerkezetük • aminocsoport (a prolin kivételével) • karboxilcsoport • R- oldalláncban különböznek egymástól (→eltérő a méretük, töltésük, fizikokémiai tulajdonságaik)

4. (-) (-) (+) (+) bázikus apoláros hidrofob savas töltés-nélküli poláros (+) Az aminosavak csoportosítása R

5. Néhány aminosav térszerkezete Alanin izoleucin fenilalanin szerin glutamin aszpartát lizin

6. Az aminosavak elektrokémiai tulajdonságai • Neutrális vizes oldatban amino- és karboxilcsoportok ionizált állapotban vannak (ikerion). (a –COOH csoportok disszociációja visszaszorul, az –NH2 csoport protont vesz fel) (a –COOH csoportok disszociációja teljes)

7. Az aminosavak optikai sajátsága • A glicin kivételével aszimmetriás C-atomot tartalmaznak, optikailag aktív molekulák. • A fehérjéket L-konfigurációjú aminosavak alkotják. (A szubsztituensek az óramutató járásával ellentétes irányban követik egymást)

8. Az aminosavak fényelnyelése A • Az aromás gyűrűt tartalmazó aminosavak (fenil-alanin, tirozin, triptofán) ultraibolya tartományban fényelnyelést mutatnak. • A Lambert-Beer törvény szerint a fényelnyelés mértéke alkalmas a koncentráció meghatározására: E (A)= Lg I0/I=  * ℓ =  * c * ℓ

9. Aminosavak legfontosabb reakciói • Legfontosabb a ninhidrin-reakció : → • A konjugált kettőskötés- rendszer miatt ibolyáskék színű végtermék keletkezik (kivéve a prolint, mely sárgás színű). • A lizin -aminocsoportja ninhidrinnel nem reagál.

10. A peptidek • Az amino- és karboxilcsoport biológiai szempontból legfontosabb reakciója az, hogy vízkilépéssel peptidkötést alakítanak ki. A peptidkötés jellemzői • mezoméria (A szén és nitrogén közötti kötés az egyszeres és kétszeres kovalens kötés közötti erősségű)→ a kötés merev → szabad rotáció nem lehetséges. • Energetikailag a transz izoméria a kedvezőbb.

11. Biológiailag fontos, nem fehérjefelépítő aminosavak és származékaik • Hidroxi- prolin, hidroxi- lizin – kötőszövet fehérjéiben (kollagén) Posztszintetikusan jönnek létre. • -alanin –koA-ban (az aminocsoport a -C atomhoz kapcsolódik) • -aminovajsav (GABA) (glutaminszármazék) – neurotranszmitter • dopamin (tirozin származék) – neurotranszmitter • tiroxin (tirozin származék) – pajzsmirigy jód tartalmú hormonja • hisztamin (hisztidin származék) – az allergiás reakciók mediátora

12. Biológiai jelentőségű peptidek • glutation • peptidhormonok • ACTH (Adrenokortikotrop hormon) • parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin (pajzsmirigy) • -endorfin • inzulin

13. Glutation • (Tripeptid, melyben a glutaminsav -aminocsoportja vesz részt a peptidkötésben) • A redoxirendszerekben fontos.

14. Peptidhormonok • Az oxitocint (neve:gyors szülés) és vazopresszint a hipotalamusz termeli és a hipofízis hátulsó lebenye tárolja. • Az oxitocin simaizomösszehúzó hatású, míg a vazopresszin a vízháztartás szabályozásában játszik fontos szerepet.

15. ACTH (Adrenokortikotrop hormon) A hipofízis elülső lebenye termeli és a mellékvesekéregre hat. • parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin (pajzsmirigy) • A hipofízis által termelt lipotropin származéka a -endorfin, amely fájdalomcsillapító hatású. Az enkefalinokkal együtt a morfinhoz hasonló a hatásuk. • Az inzulin a szénhidrátanyagcsere szabályozásában fontos hormon, melyet a hasnyálmirigy Langerhans-szigetei termelnek.

16. A fehérjék csoportosítása Biológiai aktivitás alapján • Enzimek (pepszin, glükóz-foszfát-izomeráz) • Védőfehérjék(immunglobulinok) • Transzportfehérjék (hemoglobin, mioglobin, transzferrin (vas szállítás) szérumalbumin(zsírsavak)) • Tartalékfehérjék (ovalbumin (tojásfehérje) kazein (tejfehérje) ferritin (vas) gliadin (búza) zein (kukorica) ) • Hormonok (inzulin, ACTH) • Szerkezeti fehérjék (kollagén, elasztin, keratin) • Kontraktilis fehérjék (aktin, miozin) • Toxinok (kígyómérgek, diftériatoxin) a sejthártya lipidjeinek bontásával hemolízist idéznek elő.

17. A fehérjeszerkezet különböző szintjei • A. elsődleges (primer) szerkezet • B. másodlagos (szekunder) szerkezet • C. harmadlagos szerkezet • D. negyedleges szerkezet

18. Elsődleges (primer) szerkezet • Az elsődleges (primer) szerkezetet az aminosavak kapcsolódási sorrendje határozza meg, de következtetni lehet belőle a további szerkezeti szintekre. • Az inzulin volt az első fehérje, amelynek az aminosavszekvenciája ismertté vált (Sanger) • Két polipeptidláncból áll: A-lánc 21, B-lánc 30 aminosavat tartalmaz. A két láncot két diszulfid híd kapcsolja össze, és az A-láncban található még egy diszulfid híd. • Inaktív előalakban termelődik (proinzulin), és a lánc közepéről egy kb. 30 tagú polipeptidrészlet kihasadásával jön létre. • A proinzulinnak is van egy előfutára, a pre-proinzulin, mely egy 19 aminosavból álló szignál-peptidet tartalmaz az N-terminális végen.

19. Az elsődleges szerkezet alapvető jelentőségét bizonyítja a sarlósejtes anémia, mely Afrika közép-nyugati részén fordul elő. A betegségben szenvedők vörösvértestjei sarló alakúak. A vörösvértestekben a hemoglobin kristályosodásra hajlamos, melynek következtében az oxigénszállító funkció csökken. A sarló alakú vörösvértestek aggregálódnak és trombotikus tüneteket okoznak. • A két hemoglobin két -lánca mindössze egyetlen aminosavban különbözik. • A normális hemoglobinban (HLA) levő glutaminsav (savas aminosav) helyett valin (neutrális aminosav) található, aminek következtében a HbS oldékonysága csökken.

20. Az azonos funkciót betöltő fehérjékben levő aminosav-sorrendből a rokonságra is lehet következtetni. (Pl. citokróm-c törzsfa)Megállapították, hogy az aminosavcserék száma és a fajok fejlődésében mutatkozó fejlődéstörténeti, időbeli távolság között egyenes arányosság van. • •

21. A fehérjék másodlagos szerkezete (szekunder struktúra) • Röntgendiffrakciós vizsgálatok azt mutatják, hogy a fehérjékben periodikusan rendezett szerkezetek találhatók. Ennek két fajtája az -hélix és a -redőzött lemez. • Egy fehérjében nemcsak -hélix vagy -redő fordulhat elő, hanem ezek más szabályos (-turn(görbület)) vagy szabálytalan struktúrákkal (random coil) keveredhetnek.

22. Az -hélix • Az -hélixúgy alakul ki, hogy a peptidsíkok a N-C-C=0 -kötések, mint tengelyek körül olyan szöggel fordulnak el, hogy egy hidrogénkötések által stabilizált helikális alakzat jön létre. A hidrogénkötések két, egymástól 4 peptidkötés-távolságra lévő amid N-atomja és a karbonil oxigén atomja között alakulnak ki. • A hidrogénhidak a hélix hossztengelyével majdnem párhuzamosak. Egy csavarmenet magassága 0,54 nm, mely 3,6 aminosavrészt alkot és a csavar jobb menetes (az óramutató járásával megegyező). Az R oldalláncok a hélix külső felszínén helyezkednek el. Néhány aminosav (pl. prolin) nem hélixképző.

23. -redőzött lemez • -redőzött lemezben (-pleated sheet) az egymást követő peptidsíkok kinyújtott, ún. cikkcakk szerkezetet alakítanak ki. • A peptidkötések úgy kerülnek közel egymáshoz, hogy két polipeptidlánc egymás mellett helyezkedik el, vagy egy polipeptidlánc különböző szakaszai kerülnek egymás közelségébe. /paralel- antiparalel/ • A hidrogénhidak a hossztengelyre merőlegesen helyezkednek el. A glutaminsav megtöri a -szerkezetet. Animáció (-redő)

24. A fehérjék harmadlagos szerkezete • A szekunder szerkezeti egységeket is tartalmazó polipeptidláncban további kölcsönhatások révén egymástól távol eső aminosavak egymáshoz közel kerülhetnek→ 3 dimenziós, globuláris formát alakíthatnak ki. • A fehérjék ezen három dimenziós, specifikus funkcióra alkalmas alakját natív konformációnak nevezzük. • A szerkezet stabilizálásában a következő nem kovalens kötések vesznek részt: 1. Hidrogénkötések 2. Elektrosztatikus kötések (ionos kötések, sókötés, sóhíd) 3. Apoláros kölcsönhatások • Ezeket kiegészíti még egy kovalens kötés (diszulfidhidak).

26. A fehérjék a hidroxil-, amino-, karboxil csoportjaik révén nagy mennyiségű vizet képesek megkötni hidrogénkötések kialakításával. • Vizes fázisban a fehérjék nagy része globuláris formába tekeredik fel (folding), a poláros oldalláncok befelé orientálódnak. • A fehérjék ionos karaktere (+ és – töltések száma) pH függő. • Amikor a + és – töltések száma megegyezik, a hidrátburok szétesik, a fehérje oldékonysága minimumra csökken. • Azt a pH értéket, ahol ez bekövetkezik izoelektromos pontnak nevezzük (IP). • Egy láncból felépülő fehérjén belül különböző funkciókat ellátó nagyobb struktúrelemek (domének) képződhetnek.

27. A fehérjék negyedleges szerkezete (kvaterner struktúra) • Több globuláris fehérje kapcsolódik össze /dimer, tetramer, stb./ → alegységek („subunit”) • Ha azonos szerkezetű fehérjék kapcsolódnak össze homomernek, ha különböző szerkezetűek, heteromernek nevezzük. Animáció

28. Röntgendiffrakciós vizsgálattal először a mioglobin térszerkezetét J.C. Kendrew állapította meg. Moltömege 16.900, mely kb. 1 hemoglobin alegységnek felel meg, 152 aminosavat tartalmaz. • A hemoglobin 4 alegységből áll (tetramer): a 2 (1, 2) alegység 141, a 2 (1 , 2) alegység 146 aminosavból épül fel.

29. Felépítésük: HEM (4 pirrol gyűrűből álló porfirinváz) melynek közepén Fe van. A vas négy koordinációs kötéssel a pirrol gyűrűhöz, kettővel a globin 1-1 hisztidil- oldallánchoz kötődik. (E7 és F8) →Lehetővé teszi, hogy a vas két vegyértékű (Fe2+) állapotban maradjon. • Az egyik His a proximális (F8 helyzetű), másik a disztális His (E7 helyzetű). Az előzővel a Fe szoros, utóbbival laza kapcsolatot alakít ki.

30. Az O2 kötődéskor a Tyr oldallánc elmozdul és a Fe behúzódik a hem síkjába

31. A mioglobin és hemoglobin oxigén telítési görbéje. • A mioglobin már alacsony O2 nyomáson képes az O2-t felvenni → telítési görbéje hiperbola. /csak egy alegységből áll/ • A hemoglobin O2 telítési görbéje szigmoid (S alakú). /4 alegységből áll, és az alegységek között pozitív kooperativitás van: Az első alegység térszerkezete az O2 kötés után megváltozik, ez kedvez a második alegység O2 megkötésének/