AMINOKYSELINY Substituční deriváty karboxylových kyselin ( -COOH, -NH 2 nebo -NH-) Prolin α-iminokyselina

Transkript

1 Aminokyseliny - Základní stavební jednotky peptidů a proteinů - Proteinogenní (kódované) 20 AK - Odvozené chemické modifikace, metabolity - Esenciální AK

2 AMINOKYSELINY Substituční deriváty karboxylových kyselin ( -COOH, -NH 2 nebo -NH-) prostorový vztah aminoskupiny a karboxylové skupiny: - (=2-), -(=3-)... -(=poslední) -alanin: + H 3 N-CH 2 -CH 2 -COO - -aminobutyrát (GABA): + H 3 N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COO - -aminokyseliny: konfigurace (podle Fischera) Postranní skupina COO - COO - D: H CNH 3+ L: NH 3+ CH R R Prolin α-iminokyselina

3 Rozdělení podle chemické povahy postranních skupin Funkční skupiny Alifatické Aromatické Hydroxylové Sulfhydrylové Karboxylové Basické Polarita ( pozor! všechny AK jsou polární) Přesto: Nepolární (hydrofobní) Polární - bez náboje - nesoucí náboj (kyselé,basické)

4 Nepolární aminokyseliny

5 Polární, nenabité aminokyseliny

6 Polární, kyselé aminokyseliny

7 Bazické aminokyseliny quanidin

8 L--aminokyseliny: kódované (= proteinogenní, viz dále, selonocystein, pyrrolysin) nekódované: - odvozené od kódovaných aminokyselin Arg ornithin, Asp β-ala, Glu GABA Tyr katecholaminy (dopamin, adrenalin, thyroxin... - vzniklé modifikacemi bílkovin (posttranslační modifikace) - hydroxyprolin - metabolické meziprodukty (ornithin, citrulin) D--aminokyseliny: buněčné stěny bakterií, antibiotika, hadí jed

9 Názvosloví: systematické, triviální Alanin 2-aminopropanová kyselina Třípísmenné zkratky Jednopísmenkové symboly Ala (A) Gly (G) His (H) Lys (K) Glu (E)

10 Nábojové vlastnosti aminokyselin klíčová vlastnost Proč jsou v tabulce vzorce s náboji? Dipolární, obojetné ionty = amfionty počet nábojů amfiontu: součet všech nábojů (pro Gly v ph 7 = 2) volný náboj amfiontu: algebraický součet nábojů (pro Gly v ph 7 = 0)

11 TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN Disociace slabých kyselin: HA H + + A - K A + - H A HA převedeme na ph: H K HA + A - A ph pk A log A HA (Hendersonova - Hasselbalchova rovnice) Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit ph, když budu přidávat NaOH? Na začátku: jen HA, množství A - odpovídá množství přidaného louhu. HA + OH - A - + H 2 O

12 TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN ph pk A log A HA

13 Nábojové vlastnosti aminokyselin Aminokyseliny více disociovatelných skupin, různé disociační konstanty Celkový náboj AK se mění v závislosti na ph (kladný při nižším ph, záporný při vyšším ph Nábojové vlastnosti rozhodují o chování AK, peptidů a bílkovin nevazebné interakce! ISOELEKTRICKÝ BOD - pi DEFINICE: ph, při němž se amfiont nepohybuje ve stejnosměrném elektrickém poli (interakce s dalšími ionty, závisí na prostředí - pufr); označujeme pi Isoionický bod: ph, při němž je v destilované vodě volný náboj iontu nulový.

14 př.: titruji glycin K a1 K a2 COOH COO - COO - H C H NH 3 + H C H NH 3 + H C H NH 2 Z = +1 (Gly 1+ ) 0 (Gly ) -1 (Gly-1) pk a1 = 2,35 (α-cooh) pk a2 = 9,78 (α- NH 3+ ) pi( pk ) / a pk a pi gly = 6,1 Více disociovatelných skupin: rozhodují ty, které "sousedí" s pi (nutno načrtnout titrační křivku) Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pk a v okolí pi)

15 -COOH,-COOH imidazolium -SH -NH 3+ fenol -NH 3+ guanidinium 2,5 4,0 6,0 8,3 9,5 10,1 10,5 12,5 NH + 3(CH 2 ) 4 CH(NH + 3) COOH +2 -H + NH + 3(CH 2 ) 4 CH(NH + 3) COO - -H + NH + 3(CH 2 ) 4 CH(NH 2 ) COO NH 2 (CH 2 ) 4 CH(NH 2 ) COO - -1 Lysin Výpočet pi?

16

17 Hodnoty pk a disociovatelných skupin v aminokyselinách a v bílkovinách (25 o C) se liší Funkční skupina Aminokyselina Hodnoty pk A nalezené ve volných aminokyselinách Hodnoty pk A nalezené v bílkovinách -karboxylová C-koncová 1,7-2,6 1,8-3,6,-karboxylová Asp, Glu 3,86; 4,25 3,0-4,7 imidazolová His 6,0 5,6-7,0 -aminová N-koncová 8,8-10,7 7,9-10,6 -aminová Lys 10,53 9,4-11,0 sulfhydrylová Cys 8,33 8,3-8,6 fenolová Tyr 10,07 9,8-10,8 guanidylová Arg 12,48 11,6-12,6

18 Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pka v okolí pi) Cystin:

19 Isoelektrické body kódovaných aminokyselin AK pi AK pi AK pi AK pi Gly 6,0 Ser 5,7 Phe 5,5 His 7,6 Ala 6,0 Thr 5,6 Tyr 5,7 Lys 9,6 Val 6,0 Cys 5,0 Trp 5,9 Arg 10,8 Leu 6,0 Met 5,7 Asn 5,4 Asp 3,0 Ile 6,0 Pro 6,4 Gln 5,6 Glu 3,2

20 absorbance SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Absorpce UV záření: aromatické (především Tyr a Trp) u 280 nm 1,6 1,4 1, ,8 0,6 0,4 1 0, vlnová délka [nm] Absorpční spektra 1: hovězího sérového albuminu (1 mg/ml), 2: lidského imunoglobulinu (1 mg/ml) a 3: DNA (0,1 mg/ml), optická délka kyvety 1 cm.

21 Chemické reakce AK Stanovení AK (reakce aminosk.): reakce postranních řetězců: modifikační reakce - různá specifita R2 R2 CO H C CH 2 OH + I 2 CO H C CH 2 OH NH R1 NH R1 I Tyr značení bílkovin radioaktivním jodem R2 R2 H CO C C H 2 SH + ICH 2 -CONH 2 H CO C C H 2 SCH 2 -CONH 2 + HI NH NH R1 R1 blokování SH skupin (proti oxidaci a vzniku disulfidových můstků) R SH + R SH + O 2 R- S S R R- S S R + H-CO-OOH R-SO 3 - R- S S R + HS CH 2 CH 2 OH 2 RSH

22 Další reakce aminokyselin.. 2,2-Dihydroxyindane-1,3-dione

23 Nejdůležitější reakce (hypothetická): vznik peptidové vazby + H 3 N CH R1 COO + + H 3 N CH COO + H 3 N CH C NH CH COO - R2 R1 O R2 Peptidy 2 několik desítek AK

24 Nomenklatura peptidů: N- konec (začátek), C-konec (konec) acylaminokyseliny, např. Val-Gly-Ser-Ala = valylglycylserylalanin Pozor: Ala-Tyr Tyr-Ala + H 3 N O CH C CH 3 NH CH H 2 C OO - + C H N CH C NH CH COO - 3 C H 2 O CH 3 OH OH

25 PŘIROZENÉ PEPTIDY Zvláštnosti struktury: nekódované aminokyseliny (ornithin, -alanin...) často i D-aminokyseliny někdy i tzv. -peptidové vazby (Glu) cyklické struktury (laktamy, disulfidové vazby) větvené struktury blokování konců (pyroglutamát, glycinamid)

26 Biosynthesa: meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou protheosynthesy) Skupiny přirozených peptidů di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...) peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin) neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15-32 AK) peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK) peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny: Amanita phalloides) protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb) polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--l-glu, poly--d-glu)

27 Glutathion a jeho funkce v organismech kofaktor oxidoreduktas a isomeras chrání volné SH skupiny detoxikace peroxidu a volných radikálů reserva SH skupin

29 Struktura Struktura některých některých peptidů peptidů Peptidové hormony neuromodulátory antibiotika Endorfiny, dynorfiny Gramicidin S

31 -COOH,-COOH imidazolium -SH -NH 3+ fenol -NH 3+ guanidinium 2,5 4,0 6,0 8,2 9,5 10,1 10,5 12,5 Nakreslete Lys-Pro-Cys v ph 7 NH + 3 CH CO N CH CO NH CH COO - (CH 2 ) 4 CH 2 CH 2 CH 2 NH + 3 CH 2 SH V pi již bude ve formě S -. Určete pi tohoto tripeptidu 2 8,2 9,5 10,5 -NH + 3 -COOH -NH + 3 SH pi = (8,2 + 9,5) / 2 pi = 8,85 Volný náboj tripeptidu: