Struktura aminokyselin, peptidů a bílkovin.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Struktura aminokyselin, peptidů a bílkovin."

Olga Veselá
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Struktura aminokyselin, peptidů a bílkovin. Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2.LF UK a FN Motol MUDr. Bc. Matej Kohutiar, Ph.D. matej.kohutiar@lfmotol.cuni.cz Praha 2018

2 I. Struktura aminokyselin a peptidů

3 Aminokyseliny Substituční deriváty karboxylových kyselin H α R Poloha aminoskupiny + H 3 N γ NH 3 + GABA - β NH β-alanin

4 Aminokyseliny Prolin je sekundární amin H N H 20 kódovaných aminokyselin a stovky nekódovaných

5 Stereochemie aminokyselin zrcadlo

6 Stereochemie aminokyselin zrcadlo objekt, který nemá střed a rovinu symetrie je chirální

7 Stereochemie aminokyselin zrcadlo objekt, který nemá střed a rovinu symetrie je chirální asymetrický uhlík = uhlík se 4 různými substituenty

8 Stereochemie aminokyselin Fischerova projekce CH H H 2 N CH H R D-aminokyselina Absolutní konfigurace R L-aminokyselina CH CH H H 2 N H R (R)-aminokyselina R (S)-aminokyselina

9 Klasifikace aminokyselin ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ ZÁSADITÉ

10 ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ H CH 3 H H N H S CH3 ZÁSADITÉ H CH 3 H H CH 3 CH 3 CH 3 CH3 CH 3

11 ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ ZÁSADITÉ H H N H

12 ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ ZÁSADITÉ H H H CH 3 H H H SH H H H H

13 ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ ZÁSADITÉ H H H H

14 ALIFATICKÉ NEPLÁRNÍ ARMATICKÉ AMINKYSELINY NENABITÉ PLÁRNÍ KYSELÉ H H N ZÁSADITÉ N H H NH NH

Kvalita bílkovin plnohodnotné neplnohodnotné Deficit u zátěže Syntéza je dostatečná

15 Klasifikace aminokyselin Esenciální Podmíněné esenciální Neesenciální Totálně C skelet je esenciální Vznik z esenciálních AMK Zdroje bílkovin rostlinné a živočišné Kvalita bílkovin plnohodnotné neplnohodnotné Deficit u zátěže Syntéza je dostatečná LYS VAL CYS ARG ALA THR LEU TYR CYS GLY ILE RN TYR GLU TRP RN ASP PHE GLU PR MET HIS ASN

16 Hydrofobicita ΔS >0 Cytochrom c RNAasa Lysosym Chymotrypsin Směr růstu hydrofobicity molekuly (žlutě)

Hydrofobicita ΔS >0 červená modrá + bílá 0 Kyte, J. and Doolittle, R. 1982.

17 Hydrofobicita ΔS >0 červená modrá + bílá 0 Kyte, J. and Doolittle, R A simple method for displaying the hydropathic character of a protein. J. Mol. Biol. 157:

18 Acidobazické vlastnosti aminokyselin - + H 3 N H R Zwitterion Amfion bojetný ion Počet nábojů = Σ nábojů (bez ohledu na znaménko Volný náboj = Σ nábojů Isoelektrický bod pi = nulový volný náboj

19 Acidobazické vlastnosti aminokyselin Při ph > pi se molekula chová jako kyselina a stává se donorem H H 3 N H H 2 N H + H + R R Při ph < pi se molekula chová jako zásada a stává se akceptorem H + - H + H 3 N H + H + N R H 3 + H R

20 Acidobazické vlastnosti aminokyselin H H 3 N CH 2 pka 1 pka 2 + H 3 N CH 2 H 2 N CH pi pk a1 2 pk a2 ph pk a log Gly Gly 0

21 ph Acidobazické vlastnosti aminokyselin + H 3 N CH 2 H ph< pi + H 3 N CH 2 - ph>pi H 2 N CH ,0 10,0 pt 2 8,0 6,0 pt 1 4,0 2,0 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 NaH (ml) 100,0 120,0 140,0 160,0

22 ph Acidobazické vlastnosti aminokyselin + H 3 N CH 2 H ph< pi + H 3 N CH 2 - ph>pi H 2 N CH ,0 10,0 pt 2 8,0 6,0 pt 1 4,0 2,0 Gly + /Gly 0 Gly 0 Gly 0 /Gly 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 NaH (ml) 100,0 120,0 140,0 160,0

23 ph Acidobazické vlastnosti aminokyselin + H 3 N CH 2 H ph< pi + H 3 N CH 2 - ph>pi H 2 N CH ,0 10,0 pt 2 8,0 6,0 4,0 2,0 pt 1 0 Gly ph pka log Gly Gly + /Gly 0 Gly 0 Gly 0 /Gly 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 NaH (ml) 100,0 120,0 140,0 160,0

24 ph Acidobazické vlastnosti aminokyselin + H 3 N CH 2 H ph< pi + H 3 N CH 2 - ph>pi H 2 N CH ,0 10,0 pt 2 8,0 6,0 pt 1 4,0 pka 1 2,0 Gly + /Gly 0 Gly 0 Gly 0 /Gly 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 NaH (ml) 100,0 120,0 140,0 160,0

25 ph Acidobazické vlastnosti aminokyselin + H 3 N CH 2 H ph< pi + H 3 N CH 2 - ph>pi H 2 N CH ,0 10,0 8,0 pka 2 pt 2 6,0 pt 1 4,0 pka 1 2,0 Gly + /Gly 0 Gly 0 Gly 0 /Gly 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 NaH (ml) 100,0 120,0 140,0 160,0

26 Acidobazické vlastnosti aminokyselin Skupina Aminokyselina pk a volné pk a v proteinu α-karboxyl Všechny 1,7-2,6 1,8-3,6 β-karboxyl Asp 3,86 3,0-4,7 Imidazol His 6,04 5,6-7,0 α-amin Všechny 8,8-10,7 7,9-10,6 ε-amin Lys 10,53 9,4-11,0 fenol Tyr 10,07 9,8-10,8 thiol Cys 8,33 8,3-8,6

27 Acidobazické vlastnosti aminokyselin V jaké formě se bude vyskytovat kyselina glutamová při ph=7,4? α-karboxyl H α γ H γ-karboxyl α-aminoskupina

28 Acidobazické vlastnosti aminokyselin V jaké formě se bude vyskytovat kyselina glutamová při ph=7,4? α-karboxyl pk a1 = 2,0 H α γ H γ-karboxyl pk a2 = 3,8 α-aminoskupina pk a3 = 9,1

29 Acidobazické vlastnosti aminokyselin V jaké formě se bude vyskytovat kyselina glutamová při ph=7,4? - Struktura odpovídá zwitterionu = nulový volný náboj α NH 3 + γ H Funkční skupina pk a <2,0 2,0 3,8 3,8 9,1 9,1< α-karboxyl 2, γ-karboxyl 3, α-amin 9, Volný náboj

30 Chemické reakce aminokyselin Vznik peptidové vazby NH 3 + H + H 3 N H H 3 C CH 3 Valin H 3 N CH 3 - Threonin H H H 3 C NH CH 3 Valyl-threonin CH 3 - C H 3 N C C H R detaily v přednášce metabolizmus aminokyselin I a II

31 Chemické reakce aminokyselin Redoxní rovnováha cysteinu H H H H SH + HS S S Cystein Cystein Cystin Redukovaná forma Cys xidovaná forma Cys

32 Peptidy Peptidy (2+) ligopeptidy (2 10) Polypeptidy (10+) Proteiny (100+) H 3 C N-konec + H 3 N CH 3 NH H Valyl-threonin CH 3 - C-konec γ-glutamyl-cysteinyl-glycin GLUTATHIN

33 II. Struktura proteinů

34 Proteiny protein=bílkovina funkční skupiny (slabé kyseliny/zásady) stálé vnitřní prostředí velikost v Da zdroj dusíku brovská variabilita

35 Proteiny Kolik dipeptidů lze teoreticky poskládat z 20 základních proteinogenních aminokyselin, pokud lze každou aminokyselinou použít jenom jednou? záleží na pořadí variace bez opakování V n! (n - k)! 20! (20 2)! 20! 18! ! 18! 380

36 Proteiny Kolik dipeptidů lze teoreticky poskládat z 20 základních proteinogenních aminokyselin, pokud se mohou opakovat? záleží na pořadí variace s opakováním V n k

37 Proteiny Kolik hektapeptidů (100) lze teoreticky poskládat z 20 základních proteinogenních aminokyselin, pokud se mohou opakovat? záleží na pořadí variace s opakováním V n k , počet odhadovaných atomů ve vesmíru ~10 90

38 Proteiny Klasifikace: 1. Podle funkce 2. Podle složení 3. Podle tvaru

39 Proteiny 1. Podle funkce Enzymy Zásobní bílkoviny Transportní Kontraktilní Hormony brana Strukturální Receptory pro signální molekuly 2. Podle složení 3. Podle tvaru

40 Proteiny 1. Podle funkce 2. Podle složení Glykoproteiny Metaloproteiny Lipoproteiny 3. Podle tvaru

41 Proteiny 1. Podle funkce 2. Podle složení 3. Podle tvaru Globulární Fibrilární Membránové

Struktura proteinů Nativní konformace = biologicky aktivní Primární struktura Sekundární struktura Terciární struktura Kvarterní struktura Molecular chaperones in protein folding and proteostasis -

42 Struktura proteinů Nativní konformace = biologicky aktivní Primární struktura Sekundární struktura Terciární struktura Kvarterní struktura Molecular chaperones in protein folding and proteostasis - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: shaped_fig3_ [accessed 28 Sep, 2018]

43 Peptidová vazba a primární struktura Resonanční struktury peptidové vazby

44 Peptidová vazba a primární struktura trans cis

45 Peptidová vazba a primární struktura Torzní úhly Cα-N-C (Φ) a Cα-C-N (ψ)

46 Peptidová vazba a primární struktura Ramachandranův diagram mezení rotace

47 Sekundární struktura NH CHR C α-helix Parametry helixu: výška závitu (0,54 nm) směr otáčení (+,-) počet aminokyselin (3,6) NE: Pro, Hypro, přítomnost aminokyselin se stejným nábojem

48 Sekundární struktura β-skládaný list Paralelní Antiparalelní β-barel

49 Sekundární struktura Suprasekundární struktury (motivy) αβα, αα, βαβ, β-barel β-barel Zinkový prst EF hand motif Leucinový zip

50 Terciární struktura Prostorové uspořádaní polypeptidového řetězce, Doménové uspořádání Interakce postranních řetězců a disulfidické můstky

51 Kvarterní struktura Více samostatných polypeptidových řetězců (pojdednotek) organizovaných do celku Dimery, trimery, tetramery Homodimer, heterodimer Nekovaleltní interakce

52 Interakce stabilizující molekuly bílkovin 1. Vazba vodíkovým můstkem 3. Londonovy disperzní síly 2. Elektrostatické interakce 4.Patrové interakce 5.Hydrofobní interakce ΔS >0

53 Folding (sbalování proteinů)

54 Folding (sbalování proteinů) Hydrofobní efekt TΔS>0 Stabilita proteinu ΔG<0 Vodíkové vazby ΔH<0 Nevazebné interakce ΔH<0 Konformační změny řetězce TΔS<0

55 Patologické konformace proteinů Globulární protein fibrila protofibrila Nesvinutý protein Nerozpustné extracelulární útvary s převahou β-struktury zralé fibrily

AD (kongo červeň) zralé fibrily https://elements.chem.umass.

edu/lm/ids_104_neurodegenerative/case1/case1diagn https://www.

56 Patologické konformace proteinů Globulární protein fibrila protofibrila Nesvinutý protein Depozita amyloidu v mozku pacienta s AD (kongo červeň) zralé fibrily

57 Denaturace Ztráta charakteristické nativní struktury vedoucí ke ztrátě biologických funkcí Neuspořádané klubko (random coil) Expozice hydrofobních skupin a řetězců Denaturace: vratná nevratná Teplota

Podobné dokumenty

Struktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová

Struktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová Struktura proteinů - testík na procvičení Vladimíra Kvasnicová Mezi proteinogenní aminokyseliny patří a) kyselina asparagová b) kyselina glutarová c) kyselina acetoctová d) kyselina glutamová Mezi proteinogenní