Proteiny globulární a vláknité a jejich funkce. Metabolismus aminokyselin

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Proteiny globulární a vláknité a jejich funkce. Metabolismus aminokyselin"

Jarmila Květa Pokorná
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Proteiny globulární a vláknité a jejich funkce Metabolismus aminokyselin

2 Funkce globulárních proteinů Skladování iontů a molekul myoglobin, ferritin Transport iontů a molekul hemoglobin, serotoninový transporter Obrana před patogeny protilátky, cytokiny Svalové kontrakce actin, myosin Biologická katalýza - enzymy chymotrypsin, lysozy

3 Příkad funkce globulárních proteinů Myoglobin jediný polypeptid skladování kyslíku v tkáních, svalech Hemoglobin tetramer dvou alfa a dvou beta podjednotek transportuje kyslík z plic do tkání

4 Vazba ligandů Vazba - reversibilní, přechodný proces s chemickou rovnováhou: A + B AB Molekula, ktetá se váže se nazývá ligand (typicky malá molekula) Místo, kam se ligand váže se nazývá vazebné místo Ligandy se váží nevazebnými interakcemi, které umožňují přechodnou vazbu ligandu

5 Funkce myoglobinu Organismus potřebuje skladovat kyslík Obecně vedlejší řetězce aminokyselin nemají možnost vázat O 2 Hem - Fe 2+ může být ve volném hemu oxidováno na Fe 3+ V hemu vázanému k proteinu je železo chráněno před oxidací vazbou na histidin U savců je myoglobin určený ke skladování kyslíku

6 Struktura porfirinu a hemu

7 Struktura myoglobinu

8 Vazba oxidu uhelnatého CO má podobnou velikost a strukturu jako O 2, a tak se může vázat do vazebného místa kyslíku CO se váže k hemu přes 20,000 x lépe než O 2 protože uhlík z CO může poskytnout jeden elektronový pár do prázdného d-orbitalu železa Fe 2+ Proteinová kapsa snižuje afinitu CO k proteinu, nicméně stále má CO asi 250 x vyšší afinitu k proteinu než kyslík CO je vysoce toxický tím, že kompetuje s kyslíkem. Blokuje funkci myoglobinu, hemoglobinu a mitochondriálních cytochromů účastnících se oxidativní fosforylace

9 Vazebné místo O 2 a CO v hemoglobinu a myoglobinu

11 Myoglobin nemůže fungovat jako dobrý O 2 transporter po 2 v plicích je asi 13 kpa: kyslík se dobře váže po 2 v tkáních je jen 4 kpa: kyslík se neuvolní q afinita kyslíku k proteinu

12 Obyčejné snížení afinity pomůže, ale není to ideální řešení Spolupráce více vazebných míst je řešení problému změna afinity po vazbě ligandu

13 Pro efektivní transport Affinita se mění po vazbě ligandu po 2 v plicích je přibližně 13 kpa: účinná vazba kyslíku po 2 v tkáních je přibližně 4 kpa: uvolní se asi polovina kyslíku (při ph ph 7,6)

14 Jak se mění afinita ke kyslíku? Proteinn s více vazebnými místy Vazebná místa mezi sebou musí interagovat To se nazývá kooperativní vazba (cooperativity) Pozitivní kooperativní vazba je charakterizována sigmoidní vazebnou křivkou

16 Hemoglobin Hemoglobin je tetramer dvou různých podjednotek (a2b2) Podjednotky jsou podobné myoglobinu - každá váže jeden hem

17 Hemoglobin Vazebná místa spolu musí interagovat

18 Interakce podjednotek: detail Vazebná místa spolu musí interagovat Příklady některých interakcí Interakce mezi podjednotkami ale i v rámci jedné pojednotky

19 Konformační změna indukovaná vazbou kyslíku na hem

20 Hemoglobin je alosterický protein alosterické proteiny mění svou aktivitu v závislosti na změně své konformace Hemoglobin dva afinitní stavy indukované vazbou ligandu

22 Molekulární nemoci u hemoglobinu

23 Srpková anemie Mutace Glu na Val na pozici 6 v beta řetězci Náhrada Glu za Val tvoří hydrofobní prostředí na povrchu Hemoglobin tak agreguje a deformuje tvar krvinek

26 Funkce vláknitých proteinů Strukturní funkce - kolagen, keratin, fibroin

27 Vláknité proteiny: od struktury k funkci Function Structure Example Tough, rigid, Cross-linked a-helixes a-keratin hard (nails, horns) Rigid linker (S S) Tensile strength, Cross-linked triple-helixes Collagen non-stretching Flexible linker (Lys-HyLys) (tendons, cartilage) Soft, flexible Non-covalently held b-sheets non-stretchy van der Waals interaction Silk fibroin (egg sac, nest, web)

28 Struktura a-keratinu

29 Struktura a-keratinu ve vlasech

30 Chemie vlasové trvalé

31 Struktura kolagenu Kolagen je důležitá součást pojivových tkání: šlachy, chrupavky, rohovka, krycí blány orgánů... Základní vlákno bohaté na Gly-, Pro- a Lys- tvoří levotočivou šroubovici Tři vlákna tvoří vyšší strukturu pravotočivé trojsuperšroubovice (triple helix) Trojitá šroubovice má vyšší pevnost v tahu než ocel (vztaženo na průřez) Množství trojitých šroubovic se skládají do kolagenových vláken

33 4-hydroxyprolin v kolagenu Vnucuje prolinu výhodnější pozici pro sbalení proteinu Zvyšuje množství možných vodíkových vazeb mezi jednotlivými vlákny Post-translační modifikace katalyzována prolyl hydroxylázou nutný vitamin C Podobnou funkci má v kolagenu i 5-hydroxylysin

34 Fibroin z hedvábí Fibroin je hlavním proteinem v hedvábí nebo pavučinách Antiparalelní b skládaný list Malé vedlejší řetězce aminokyselin (Ala a Gly) dovolují těsnější sbalení jednotlivých listů Struktura je stabilizována vodíkovými vazbami uvnitř listů Londonými dispersními silami mezi listy

36 Metabolismus aminokyselin

37 Katabolismus

38 Oxidace jako zdroj energie Karnivoři získávají bezprostředně po krmení okolo 90% energie z aminokyselin U herbivorů je jen malá část energie získávána z aminokyselin Mikroorganismy mohou aminokyseliny jako zdroj energie získávat ze svého okolí Rostliny jen velmi zřídka oxidují aminokysleiny jako zdroj energie, pouze pro metabolické účely

39 Podmínky, za kterých se metabolisují aminokyseliny Aminokyseliny podléhají oxidativnímu katabolismu za třech situacích: Aminokysleiny zbylé po normální výměně proteinů a jejich degradaci Aminokyseliny z potravy zbývající po syntéze proteinů Aminokyseliny z degradovaných proteinů v případě nedostatku cukrů (hladovění, diabetes mellitus)

40 Enzymatická hydrolýza proteinů z potravy Pepsin štípe v žaludku proteiny na peptidy Trypsin a chymotrypsin štípe v tenkém střevě proteiny a vetší peptidy na krátké peptidové řetězce Aminopeptidázy a carboxypeptidázy degradují v tenkém střevě peptidy na aminokyseliny

41 Enzymatická hydrolýza proteinů z potravy

42 Přehled katabolismu aminokyselin

43 Osud dusíku v organismech Rostliny recyklují téměř veškerý svůj dusík Vodní obratlovci uvolňují do prostředí dusík ve formě amoniaku Pasivní difúze přes buňky epitelu Aktivní transport přes žábry Ostatní obratlovci a žraloci uvolňují dusík ve formě močoviny Močovina je méně toxická než amoniak Močovina je dobře rozpustná Někteří živočicové ptáci, ještěři, plazi uvolňují dusík v močové kyselině Močová kyselina je málo rozpustná Vylučování tak šetří vodu (zárodky ve vajíčku) Lidé a lidoopi uvolňují dusík ve formě močoviny (z aminokyselin) a močové kyseliny (z purinů)

44 Formy vylučovaného dusíku

45 První je z aminokyseliny odstraněna aminoskupina Enzymatická transaminace Primárním příjemcem aminu je a-ketoglutarát za vzniku glutamátu Glutamin funguje k přechodnému uskladnění nadbytečného dusíku

46 Amomiak z glutamátu je metabolizován v mitochondriích

47 Dusík vstupuje do močovinového cyklu přes karbamoylfosfát Dusík vstupuje do mitochondrie jako součást glutaminu nebo glutamátu Amoniak reaguje s CO 2 (HCO 3- ) za vziku karbamoylfofátu a s oxalacetátem za vzniku aspartátu První dusík z vstupuje do močovinového cyklu reakcí karbamoylfosfátu s ornithinem Druhý dusík vstupuje do močovinového cyklu reakcí asptátu s citrulinem Močovinový cyklus má čtyři reakce

48 Reakce močovinového cyklu

49 Aspartát Arginosukcinát spojuje močovinový a citrátový cyklus

50 Cesty degradace jednotlivých aminokyslein

51 Ketogenní Sedm na acetyl-coa Leu, Ile, Thr, Lys, Phe, Tyr, Trp Glukogenní Šest na pyruvát Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp Pět naa-ketoglutarát Arg, Glu, Gln, His, Pro Čtyři na sukcinyl-coa Ile, Met, Thr, Val Dvě na fumarát Phe, Tyr Dvě na oxalacetát Asp, Asn

52 Přehled katabolismu aminokyselin

54 Biosyntéza aminokyselin

55 Přehled biosyntézy aminokyselin

56 Skupiny aminokyselin podle metabolických prekurzorů

57 Esenciální aminokyseliny pro lidi Musí být dodány v potravě

58 Jak jsou proteiny tráveny zvířaty Aminokyseliny jako důležitý zdroj energie u některých organismů (masožravci) Forma metabolismu dusíku u různých organismů Transfer amoniaku na a-ketoglutarat a vznik a úloha glutamátu a glutaminu Vznik močoviny Vstup amoniaku do močovinového cyklu Katabolismus aminokyselin na šest různých intermediátů Aminokyseliny Glukogenní a Ketogenní Syntéza aminokyselin Co musím znát

Podobné dokumenty

Metabolismus aminokyselin 2. Vladimíra Kvasnicová

Metabolismus aminokyselin 2. Vladimíra Kvasnicová Metabolismus aminokyselin 2 Vladimíra Kvasnicová Odbourávání AMK 1) odstranění aminodusíku z molekuly AMK 2) detoxikace uvolněné aminoskupiny 3) metabolismus uhlíkaté kostry AMK 7 produktů 7 degradačních