Obecná struktura a-aminokyselin

Transkript

1 AMINOKYSELINY

2 Obsah Obecná struktura Názvosloví, třídění a charakterizace Nestandardní aminokyseliny Reaktivita - peptidová vazba Biogenní aminy Funkce aminokyselin Acidobazické vlastnosti Optická aktivita

3 Aminokyseliny

4 Obecná struktura a-aminokyselin a-aminokyseliny (2-aminokyseliny) R specifický zbytek jednotlivých AK Ve fyziologickém prostředí ve formě amfiontu Definice amfionty: obsahují jak kyselé, tak basické skupiny. V neutrálním roztoku karboxylová skupina ztrácí proton a vzniká z ní záporně nabitá skupina -COO -, aminoskupina zde proton přijímá a vzniká kladně nabitá skupina -NH 3+. Volný náboj aminokyseliny, obsahující jednu karboxylovou a jednu aminovou skupinu, je tedy v neutrálním roztoku nulový. Pro každý amfion existuje určitá hodnota ph, při níž má nulový volný náboj (tzv. isoelektrický bod).

5 Třídění aminokyselin V bílkovinách (proteinogenní) Posttranslační modifikace Volné AK a deriváty, složky jiných biomolekul Dělení podle struktury významných vlastností Nepolární neutrální alifatické Polární nedisociované (zbytky R) Polární disociované (zbytky R) Kyselé Bazické Jiné dělení Aromatické Sirné Heterocyklické apod.

6 Nepolární - alifatické Glycin Nejmenší AK První objevená AK, v hydrolyzátu želatiny v roce 1820

7 Nepolární - alifatické, větvené, sirné

8 Nepolární - aromatické Tryptofan Indolová skupina Fenylalanin Fenolová skupina Tyrozin Je řazený i mezi polární nedisociované AK

9 Nepolární heterocyklické Prolin Cyklická a-iminokyselina Pyrrolidinová postranní skupina Vliv na strukturu polymeru bílkoviny

10 Polární - nedisociované Tyrozin, serin, threonin Hydroxy AK

11 Polární - nedisociované Cystein Thiolová skupina Sirná - (slabě kyselá) Možnost tvorby disulfidové můstky (vznik cystinu) Asparagin, glutamin Amid kys. asparagové, resp. glutamové

12 C O Cystein NH H C CH 2 SH + SH CH 2 C H NH Cystein O C 1/2 O 2 H 2 O C O NH H C CH 2 S S CH 2 C H NH O C disulfidová vazba

13 Polární - disociované - bazické Lysin Butylamoniový postranní řetězec Arginin Guanidinová skupina Histidin Imidazolová skupina Při ph 6 postranní skupina disociována z 50 % V zásaditém prostředí neutrální molekula

14 Polární - disociované - kyselé Aspartát, glutamát Při ph vyšším než 3 negativní náboj

15 Je zvláštní neesenciální proteinogenní aminokyselina podobná cysteinu, místo atomu síry atom selenu. -SeH (pka-5,3) má nížší pka než SH (pak-8,3), je převážně v disociovaném stavu v buňce Hlavní zdroj organického selenu (stopový prvek) U člověka obsažena v cca 10 bílkovinách Selenocystein se váže na speciální trna, která nese antikodon UCA. Tento antikodon rozeznává UGA kodon na mrna, což je za normálních okolností stopkodon - žádná aminokyselina by se v tomto případě neměla zařadit a prodlužování proteinu by se mělo zastavit. Zařazení selenocysteinu, je způsobeno sekvencí v bezprostředním okolí kodonu UGA Speciální aminokyseliny Selenocytein "21. proteinotvorná aminokyselina"

16 Selenocystein v proteinech s enzymovou aktivitou Enzym glutathionperoxidasa dejodasa thioredoxinreduktasa Funkce odbourání hydroperoxidů v lipidech (R-O-H) přeměna tyroxinu na trijodtyronin antioxidační ochrana, syntéza deoxyribonukleotidů

17 Speciální aminokyseliny Pyrolyzin "22. proteinotvorná aminokyselina" Zvláštní proteinogenní aminokyselina Začleňování pyrolysinu jako proteinogenní aminokyseliny bylo objeveno u některých archebakterií (Methanosarcina barkeri) v enzymu monomethylaminmethyltransferasa U prokaryot, jako jsou archebakterie Methanococcoides burtoni či grampozitivní bakterie Desulfitobacterium hafniense Bakterie Desulfitobacterium hafniense je zatím jediný známý organismus, který používá při translaci všech 22 aminokyselin

18 Proteinogenní aminokyseliny

21 Názvy a zkratky Troj- a jednopísmenkové AMK Symboly AMK Symboly glycin Gly G methionin Met M alanin Ala A glutamová k. Glu E valin Val V asparagin Asn N leucin Leu L glutamin Gln Q izoleucin Ile I lysin Lys K serin Ser S arginin Arg R threonin Thr T tyrosin Tyr Y cystein Cys C fenylalanin Phe F histidin His H tryptofan Trp W prolin Pro P asparagová k. Asp D selenocystein Sec U pyrolyzin Pyl O Základy biochemie ZS 2014

22 Esenciální aminokyseliny nezbytná složka potravy, neumíme je syntetizovat rozvětvené (Val, Leu, Ile) aromatické (Phe, Trp) bazické (Lys, Arg, His) Thr, Met

23 Modifikované aminokyseliny

24 Nestandardní aminokyseliny Mohou být složkou proteinů nebo biologicky aktivních polypeptidů Vznik modifikací aminokyselinových zbytků v již syntetizovaném polypeptidickém řetězci Kolagen 4-hydroxyprolin, 5-hydroxyprolin Histony AK mohou být methylovány, acetylovány, fosforylovány, sulfurylovány Proteiny působící při srážení krve g-karboxyglutamová kys

25 Volné aminokyseliny a deriváty Součásti jiných biomolekul b-alanin Meziprodukty metabolických drah homocystein, S-adenosylmethionin ornitin a citrulin Nervové mediátory a hormony glycin, g aminomáselná (GABA) DOPA, dopamin, adrenalin thyroxin, trijodthyronin Antibiotika azaserin, cykloserin, chloramfenikol

26 Volné aminokyseliny a deriváty

27 Vznik dekarboxylací AK Inaktivace deaminací a současnou oxidací na aldehyd aminoxidasy (inhibitory aminoxidas významné účinky na metabolismus neurotransmiterů) Biogenní aminy Aminokyselina Amin Funkce Serin etanolamin součást lipidů Cystein cysteamin součást koenzymu A Treonin aminopropanol součást vitamínu B12 Aspartát b-alanin součást koenzymu A Ornitin putrescin základní polyamin Glutamát g-aminobutyrát neurotransmiter (GABA) Histidin histamin mediátor, neurotransmiter Dopa dopamin neurotransmiter 5-hydroxytryptofan serotonin mediátor, neurotransmiter Arginin agmatin neuromodulátor

28 Funkce aminokyselin Funkce Stavební součást peptidů a bílkovin Stavební součást fosfolipidů Stavební součást Příklad 20+2 proteinogenních AK serin ve fosfolipidech glycin ve žlučových kyselinách glycin ve žlučových kyselinách Neurotansmitery nebo jejich prekurzory glutamát, aspartát, glycin Prekurzory Transportní molekula (-NH 2 ) pro skupinu (-NH 2 ) oxokyselin, biogenních aminů, glukózy, nukleotidů, hemu, kreatinu, hormonů, neurotransmiterů

29 Acidobazické vlastnosti Obojetné ionty x zjednodušené vzorce Rozpustnost ve vodě, téměř nerozpustné v organických rozpouštědlech

30 Hodnoty pk ionozovatelných skupin dvaceti základních a-aminokyselin při 25 C a-aminokyselina pk 1 (a-cooh) pk 2 (a-nh 3+ ) pk R (postranní řetězec) Alanin 2,35 9,87 Arginin 1,82 8,99 12,48 (guanidinium) Asparagin 2,10 8,84 Asparagová kyselina 1,99 9,90 3,90 (b-cooh) Cystein 1,92 10,78 8,33 (thiol) Fenylalanin 2,16 9,18 Glutain 2,17 9,13 Glutamová kyselina 2,10 9,47 4,07 (b-cooh) Glycin 2,35 9,78 Histidin 1,80 9,33 6,04 (imidazolium) Isoleucin 2,32 9,76 Leucin 2,33 9,74 Lysin 2,16 9,18 10,79 (e-nh 3- ) Methionin 2,13 9,28 Prolin 2,95 10,65 Serin 2,19 9,21 Threonin 2,09 9,10 Tryptofan 2,43 9,44 Tyrosin 2,20 9,11 10,13 (fenol) Valin 2,29 9,74

31 Titrační (disociační) křivka glycínu Disociace AK Jednoduchá struktura Více disociabilních skupin složitější křivka Pojem pi (izoelektrický bod = hodnota ph, kdy má molekula nulový elektrický náboj) pi = pk COOH + pknh2 2

32 Titrační (disociační) křivka histidinu

33 Aromatické aminokyseliny absorbují světlo v UV oblasti: HO HC CH CH HC CH CH CH HC C CH CH HN C C CH CH C CH C CH C CH 2 CH 2 CH 2 + H 3 N C - COO + H 3 N C - COO + H 3 N C - COO H H H Fenylalanin (Phe, F) Tyrosin (Tyr, Y) Tryptofan (Trp, W)

34 Absorpční spektra a molární absorpční koeficienty Trp, Phe a Tyr: Trp e Tyr Phe (nm) Tyr a Trp silně absorbují v oblasti nm možnost fotometrického stanovení

35 Chemická reaktivita Reakce karboxylu Tvorba solí (disociace viz výše) Tvorba esterů Tvorba anhydridů Tvorba amidů vazba CO-NH- Reakce aminoskupin Tvorba solí (disociace viz výše) Acylace vazba CO-NH- Diazotace R-CH(NH 2 ).COOH + HNO 2 = R-CH(OH).COOH + N 2 van Slyke Reakce skupin bočního řetězce Speciální, podle druhu AK Význam metabolický struktura, funkce (oxidace SH aj.) Analytické využití

36 Vazba jiných sloučenin na protein Ser, Thr, (Tyr) vazba fosfátu nebo sacharidu Asn vazba sacharidu Tvorba disulfidových můstků (oxidace/redukce): 2 Cys-SH Cys-S-S-Cys ( cystin ) Významné reakce aminokyselin tvorba solí dekarboxylace biogenní aminy transaminace 2-oxokyseliny oxidativní deaminace 2-oxokyseliny tvorba peptidové vazby peptidy a proteiny

37 kovalentní chemická vazba obsahuje seskupení atomů CO NH typická např. pro proteiny a polypeptidy vzniká kondenzací jednotlivých aminokyselin kondenzace hydroxylové a primární aminové skupiny Peptidová vazba

38 Všechny proteinogenní AK (s vyjímkou glycinu) jsou opticky aktivní stáčí rovinu polarizovaného světla L isomer Centrum chirality a-atomy C aminokyselin Optická aktivita chiralita aminokyselin

39 Fischerovy projekční vzorce L-aminokyseliny typické pro většinu biomolekul D-aminokyseliny vzácně Nejméně 1 asymetrický C (vyjímka Gly)

40 CAHN-INGOLD-PRELOGŮV model absolutní konfigurace Substituenty na a-uhlíku se řadí podle klesající priority. Substituenty s vyšším atomovým číslem zařazeny před ty s nižším. Směr šipky proti směru hodinových ručiček značí S konfiguraci (sinister = doleva) Skupiny dle klesající priority SH; OR; OH; NH-COCH 3 ; NH 2 ; COOR; COOH; CHO; CH 2 OH; C 6 H 5 ; CH 3 ; 3 H; 2 H; H

41

42 Absolutní konfigurace Gly (G) není chirální L-Cys (C) je v absolutní konfiguraci R Ile (I) a Thr (T) mají dvě chirální centra L-Ile (2S,3S), L-Thr (2S,3R) L-konfigurace čtení ve směru hodinových ručiček CORN Všechny ostatní L-aminokyseliny mají S konfiguraci!!!

43 Optická otáčivost aminokyselin Důsledkem chirality aminokyselin je vlastnost jejich roztoků otáčet rovinu polarizovaného světla (kmitá v jedné rovině). Otočení ve směru hodinových ručiček: Značíme (d nebo +), proti směru hodinových ručiček: Značíme (l nebo -) Nezaměňovat l a L, d a D!!! Některé L-aminokyseliny otáčí doprava (např. L-Leu)!!! Měří se polarimetrem. Úhel otočení závisí na: délce optické dráhy (1 dm), vlnové délce polarizovaného světla (žlutá D čára sodíku 589,3 nm), koncentraci roztoku a teplotě.

44 Polarimetr