L-aminokyselina chirální (asymetrický) uhlík

Transkript

1 PEPTIDY A BÍLKOVIY (PROTEIY) (proteos = ec. prvotní) pítomny ve všech bukách základní stavební jednotkou jsou -L-aminokyseliny (AK) spojené tzv. peptidovými vazbami podle potu spojených AK zbytk (Mr): peptidy = spojeno AK zbytk => Mr bílkoviny = spojeno více než 100 AK zbytk => Mr > SH A) AMIOKYSELIY z chemického hlediska = substituní deriváty karboxylových kyselin biochemicky významné jsou -L-aminokyseliny dnes známo ~ 300 AK z toho 20 je proteinogenních (kódovaných genetickým kódem) píslušnost k D- nebo L- ad se odvozuje od serinu (2-amino-3-hydroxypropanové kyseliny): H H H H OH L-serin OH D-serin => všechny proteinogenní AK obsahují spolenou ást: R L-aminokyselina chirální (asymetrický) uhlík H R D-aminokyselina pouze glycin je opticky inaktivní (nemá chirální uhlík) krom základních charakteristických skupin ( a ) obsahují nkteré AK i další skupiny, jako nap.: OH, SH, O, H ( )=H, S S, názvy AK používají se pednostn triviální od nichž jsou odvozeny típísmenné zkratky podle pomru potu základních charakteristických skupin a : neutrální = pomr : = 1 : 1 kyselé = pomr : > 1 : 1 zásadité = pomr : < 1 : 1 podle schopnosti organismu syntetizovat AK se rozlišují aminokyseliny: = organismus je nedokáže syntetizovat => nepostradatelné v potrav = organismus je dokáže syntetizovat nap. transaminací oxokyselin R O R H( ) dle množství ch AK se uruje biologická hodnota bílkovin plnohodnotné bílkoviny (obsahují AK), neplnohodnotné bílkoviny (neobsahují AK) VLASTOSTI AMIOKYSELI pevné, krystalické, bezbarvé látky s relativn vysokou teplotou tání iontové sloueniny > v roztoku podléhají disociaci, v krystalické mížce vnitní ionizace R H R H OO - amfion = obojetný ion (navenek neutrální!) K c ~ 10 5 => AK existují pevážn v podob amfiont Peptidy a bílkoviny - 1 -

2 Pehled kódovaných aminokyselin Glycin Gly G Serin Ser S polární HO Alanin Ala A Threonin Thr T polární HO Valin Val V ystein ys polární HS Leucin Leu L Methionin Met M S Isoleucin Ile I Lysin Lys K zásaditá Prolin Pro P H Arginin Arg R zásaditá H H Fenylalanin Phe F Kyselina aspragová Asp D HOO kyselá Tyrosin Tyr Y polární HO Kyselina glutamová Glu E HOO kyselá Tryptofan Trp W H Aspragin Asn polární O Histidin His H zásaditá H Glutamin Gln Q polární O Peptidy a bílkoviny - 2 -

3 podle prostedí se AK chovají jako kyseliny nebo jako zásady => amfoterní charakter R H OO - H R H R H OO - => v siln kyselém prostedí (ph~1) mají všechny AK náboj v siln zásaditém prostedí (ph~13) mají všechny AK náboj ph, pi kterém je výsledný náboj AK je 0 = izoelektrický bod pi =>AK je v podob amfiontu (=> AK se nepohybuje ve stejnosmrném elektrickém poli, stejn jako peptidy a bílkoviny jsou AK v pi nejmén rozpustné) hodnota ph = významný parametr všech kapalných prostedí živých soustav (obvykle ~ neutrální oblast => 6,0 7,5), nap.: - krevní plazma... 7,34 7,43 - žaludek. ~ 2,0 - dvanáctník.... 7,50 8,80 velká ást biologicky aktivních molekul = charakter slabých kyselin => ve fyziologickém prostedí (ph ~ 7) jsou disociovány => asto se oznaují názvy jejich aniont, nap.: - kys. citrónová.. citrát - kys. asaparagová. aspartát - kys. octová.. acetát - kys. trihydrogenfosforená.. fosfát (anorganický fosfát) - P i B) PEPTIDY OH - - O látky složené ze zbytk AK spojených peptidovou (peptidickou, amidovou) vazbou Mr podle potu AK zbytk: oligopeptidy 2 10 zbytk AK (dipeptidy, tripeptidy, ) polypeptidy zbytk AK (100<zbytk AK = bílkoviny (proteiny)) kondenzace peptidová vazba H R 1 H R 2 - O H R 1 O H H R 2 AK 1 AK 2 dipeptid všechny atomy peptidové vazby O H jsou v jedné rovin (význam pro strukturu a konformaci protein) názvosloví peptid základ = názvy acyl (zbytk) píslušných AK v poadí od -konce (volná skupina na -uhlíku) název AK na -konci (volná skupina ) => záleží na poadí Ala Gly Gly Ala (!), nap. tripeptid: -konec -konec H H H O H H O H OH - O OH alanin serin glycin alanyl-seryl-glycin Peptidy a bílkoviny Ala-Ser-Gly nebo A-S-G

4 dkaz peptidové vazby = biuretová reakce reakce s u 2 ionty v alkalickém prostedí ervenofialový komplex (dkaz a analytické stanovení peptid a protein) stejnou pozitivní reakci poskytuje i kondenzát vzniklý zahíváním mooviny = biuret (obsahuje také peptidovou vazbu odtud název reakce) H O O - O O moovina moovina biuret (provedení biuretové reakce: 1g vzorku 0,5 ml uso 4 (aq,0,1%) 1 ml aoh (aq,10%)) BIOLOGIKÉ FUKE PÍRODÍH PEPTID - hormony, antibiotika, jedy, toxiny, 1) HORMOY Oxytocin (ocytocin) = cyklický oktapeptid - vznik v podhrbolí mezimozku do neurohypofýzy (zadního laloku hypofýzy) - zpsobuje kontrakce hladkého svalstva (nap. dlohy, mléných žláz, ) Tyr Ile Glu Asn SH ys S S ys Pro Leu Gly Vasopresin (antidiuretický hormon - ADH) = cyklický oktapeptid podobný oxytocinu - vznik v podhrbolí mezimozku do neurohypofýzy (zadního laloku hypofýzy) - zvyšuje resorpci vody v ledvinách => zvýšení krevního tlaku (vliv na množství tlních tekutin) Tyr Phe Glu Asn ys S S ys Pro Arg Gly Kortikotropin (adrenokortikotropní hormon - ATH) = polypeptid (39 AK) - vznik v podhrbolí mezimozku do adenohypofýzy (pedního laloku hypofýzy) - stimuluje tvorbu hormon kry nadledvinek Insulin = polypeptid (51 AK) - vznik v B-bukách Langerhansových ostrvk pankreas v podob proinsulinu (84 AK) aktivace = odštpení stední inaktivní ásti (tzv. peptid ) obsahující 33 AK 2 polypeptidové etzce (peptid A 21 AK a peptid B 30 AK) spojené dvma disulfidovými vazbami (3. disulfidová vazba uzavírá cyklus) - podporuje metabolismus odbourávání glukosy => snižuje hladinu Glc v krvi - nedostatek = Diabetes mellitus (cukrovka) Glukagon = polypeptid (29 AK) antagonista insulinu - vznik v A-bukách Langerhansových ostrvk pankreas - mobilizace Glc ze zásob (glykogenu) 2) ATIBIOTIKA = látky selektivn (více i mén) toxické vi mikroorganismm produkované mikroorganismy, asto obsahuhjí neobvyklé AK jako nap.: ornithin (Orn), -methylvalin, -methylglycin a neproteinogenní D-AK - nap.: penicilin G, ampicilin, = metamorfované dipeptidy aktinomycin D, gramicidin S, valinomycin, = s D-aminokyselinami Peptidy a bílkoviny - 4 -

5 S H H OO - H H O R R = R = H O O penicilin G ampicilin 3) JEDY - nap.: -amanitin (cyklický polypeptid) = jeden z jed muchomrky zelené 4) DALŠÍ PEPTIDY - nap.: glutathion (tripeptid) = redukní inidlo obsahující skupinu SH (ve všech bukách) ) BÍLKOVIY (PROTEIY) makromolekulární (vysokomolekulární) látky složení = polypetidový etzec složený z více než 100 zbytk AK spojených peptidovou vazbou nebílkovinné složky tvoí 80 % sušiny živé hmoty (u živoich více než u rostlin (více polysacharid)) vznik kondenzací AK: mikroorganismy (bakterie, sinice, ) syntéza AK z 2 rostliny syntéza AK z O 3 - živoichové píjem AK v potrav! prokaryotní buka ~ 3000 druh protein, eukaryotní buka ~ druh protein ( molekul v buce) složení 50%, 24% O, 18%, 6% H, 2% další prvky (S, ) KLASIFIKAE PROTEI 1) JEDODUHÉ výjimené obsahují pouze polypeptidový etzec proteinogenních AK a) Fibrilární (skleroproteiny) - vláknité b) Globulární (sferoproteiny) - kulovité 2) SLOŽEÉ krom polypeptidového etzce (= apoprotein) obsahují i pevn vázanou nepeptidovou složku (= prosthetická skupina) a) Glykoproteiny obsahují glykosidov vázaný sacharid b) hromoproteiny obsahují vázané barvivo c) Metaloproteiny obsahují vázané ionty kov (= komplexy protein s kovy) d) Lipoproteiny obsahují vázané lipidy e) ukleoproteiny jednoduché bazické proteiny vázané na K (nap. v RA) f) FUKE PROTEI 1) STAVEBÍ - pevážn nerozpustné, fibrilární proteiny - extracelulární (mimobunené) struktury (chrupavky, kosti, vlasy, nehty, tkán kže, svaly, orgány, ) - nap.: kolageny (chrupavky), elastiny (elastická vaziva), keratiny (kže a její deriváty = vlasy, nehty, rohy, ), fibroin (hedvábí), 2) KATALYTIKÁ - enzymy vliv na biochemické dje v bukách i mimo n Peptidy a bílkoviny - 5 -

6 3) ÍDÍÍ A REGULAÍ - koordinátory hormony (bílkovinné povahy), nap.: insulin, hormony adenohypofýzy, - regulace toku látek metabolickými drahami a další fyziologické funkce 4) OBRAÁ A OHRAÁ - proteiny = antigeny (v cizím organismu vyvolávají imunitní reakci = vznik protilátek) - nap.: imunoglobuliny (IgG, IgE, ), hemokoagula ní systém (pemna fibrinogenu na fibrin pi zacelování porušených cév), 5) TRASPORTÍ - nap.: hemoglobin a myoglobin (penos O 2 ), transferin (penos Fe III pes bunné membrány), ferritin (váže zásobní Fe II ve slezin), sérový albumin (penos malých molekul a iont), 6) KOTRAKTILÍ - podíl na pemn chemické energie na mechanickou práci - obvykle komplexy katalyzující rozklad energeticky bohatých látek - nap.: aktin, myosin, troponin, tropomyosin, 7) ZÁSOBÍ - zásoba a zdroj energie - nap.: ovoalbumin (ve vajeném bílku), 8) TOXIY - nap.: hadí jedy VLASTOSTI PROTEI relativn vysoká Mr > 10000, velikost molekuly nm => koloidní charakter mikrobiální rozklad = hnití zapáchající sloueniny (i jedovaté) rozpustnost ve vod: nerozpustné odolné vi fyzikálním i chemickým vlivm (v kži a jejích derivátech, ) rozpustné citlivé vi fyzikálním i chemickým vlivm (v krevní plazm, vajeném bílku, ) isoelektrický bod pi (analogie u AK) uruje pohyblivost molekuly v roztoku, do nhož je zaveden stejnosmrný elektrický proud => bílkoviny s pi pi rzném ph lze rozdlit pomocí elektroforézy lze je oddlit od minerálních solí dialýzou (za použití semipermeabilní membrány, jejíž póry nepropouštjí molekuly protein, ale propouštjí ionty solí a rozpouštdla) další dlící technika protein = chromatografie DKAZY PROTEI biuretová reakce = dkaz peptidové vazby (viz. peptidy) ninhydrinová reakce = ninhydrin (inidlo) reaguje s volnými skupinami za vzniku fialového zabarvení (pozitivní reakci poskytují i peptidy a AK) xanthoproteinová reakce = dkaz pítomnosti aromatických AK vzorek po zahátí s HO 3 poskytn žluté zabarvení (lze zvýraznit pidáním amoniaku) STRUKTURA PROTEI souvisí s funkcí X proteiny stejné funkce se liší ve struktue podle druhu organismu (nap. sérový albumin lidský koský hovzí, ), nkdy v rámci jednoho druhu i podle vývojového stadia (nap. u lovka fetální Hb (lidského plodu) Hb dosplého jedince ; u enzym asté variace isoenzymy drobné odchlky ve struktue i funkci) proteiny = chemická individua v pravém slova smyslu (=> pesn definované poadí AK zakódované v K unikátní dokonale organizovaná a úinn stabilizovaná struktura 1 i více polypeptidových etzc pomocí kovalentních i nekovalentních vazeb Peptidy a bílkoviny - 6 -

7 Typy vazeb fixující nej astji prostorové uspoádání protein 1) disulfidové vazby (mstky) kovalentní propojení dvou míst v etzci nebo mezi etzci uskuteuje se mezi dvma zbytky ys S S - velmi asté, nap.: v IgG propojení 4 etzc, ve fibrinogenu propojení 6 etzc, 2) nekovalentní vazby (nevazebné interakce) velmi významné pro stabilizaci tzv. nativní struktury (nativní konformace) protein nap. enzymy rzná struktura = rzná aktivita - pro každou nativní konformaci existuje soubor energeticky výhodných vazebných interakcí, kdy má protein nejnižší energii => nejvýhodnjší stav a) vodíkové vazby (mstky) vznikají mezi skupinami H a O ale i mezi ástmi postranních etzc AK b) iontové vazby (elektrostatické interakce) vznikají mezi opan nabitými ástmi postranních etzc AK a OO - c) hydrofóbní interakce pitažlivé psobení ch skupin zejména u globulárních a membránových protein d) Úrovn popisu struktury protein 1) Primární struktura = poadí (sekvence) AK v peptidovém etzci - zakódována poadím nukleotid v K - pro každý protein typická! - kódovaných AK je 20, ale nap. pro protein složený z 500 AK existuje možných chemických individuí - neposkytuje úplnou informaci o chemické struktue proteinu tu poskytuje tzv. kovalentní stuktura bílkoviny (= primární struktura všechny chemické modifikace proteinu) - spojovcí lánek mezi genetickou informací (v DA i RA) a trojrozmrnou strukturou (ta uruje i funkci proteinu) 2) Sekundární struktura = urité pravideln se opakující uspoádání (konformaní motivy) - nejastji stabilizována H-mstky - podmínna volnou rotací podle -vazeb -uhlík AK - 2 typy: a) -helix (-šroubovice) pro L-AK obvykle pravotoivý, délka 1 závitu = 3,6 AK, postranní etzce AK jsou vn, chirální struktura, nkteré AK preferují tuto strukturu (nap. Ala, Glu, ), je-li v etzci Pro dochází k porušení -helixu SH Peptidy a bílkoviny - 7 -

8 b) -struktura (struktura skládaného listu) hlavní etzec je pln rozvinutý propjení 2 paralelních nebo astji antiparalelních (-konec jednoho je proti -konci druhého etzce) etzc, plochá struktura, postranní etzce AK jsou nad a pod rovinou skládaného listu, nkteré AK preferují tuto strukturu (nap. ys, Phe, ) SH c) kolagenová struktura zvláštní typ = 3 šroubovice stoené podle 1 osy (podobn jako lano), 3,3 AK na 1 závit, ~ 30% Pro neobvyklé AK (5-hydroxylysin, 4-hydroxprolin, ) - ob základní struktury (, ) jsou univerzální, dovolují inkorporacivšech proteinogenních AK s výjimkou Pro (nemá na peptidovém dusíku atom vodíku => nemže tvoit H-mstek => protein s vysokým obsahem Pro netvoí struktury a ) - nkdy se sekundární struktury kombinují do vtších opakujících se celk supersekundární struktura 3) Terciární struktura = výsledný tvar vlákna protienu fixovaný kovalentními a nekovalentními vazbami - asto obtížn odlišitelná od sekundární struktury - nap. klubíko (ve vodném prostedí jsou AK uvnit a polární vn) - jednotlivé ásti molekuly mohou být konforman i funkn nezávislé proteinové domény zabezpeující nap. vazbu na bunné struktury, katalytické funkce, imunochemické funkce, Peptidy a bílkoviny - 8 -

9 4) Kvarterní struktura = u protein složených z více peptidových etzc (jsou oligomerní ) - výsledný tvar molekuly protienu => kombinace kompletn sbalených struktur jednotlivých vláken (podjednotek) shodných (nap. u viru tabákové mozaiky) nebo rzných (nap. u hemoglobinu) - asociace podjednotek je vratná => nejsou spojeny kovalentními vazbami => schopné disociovat Protien Píklady protein s kvarterní strukturou Mr (oligomeru) Po et podjednotek Peptidy a bílkoviny Funkce -amylasa enzym štpící škrob hemoglobin penos krevních plyn glutaminsynthetasa enzym (pemna Glu Gln) ferritin uskladnní Fe II pyruvátdekarboxylasa multienzymová jednotka Virus tabákové mozaiky bílkovinný obal virové RA Zjišování primární (resp. kovalentní) struktury protein - poprvé F. Sanger (obelova cena) postupné odštpování (sekvenování) AK zbytk od -konce pomocí fenylisothiokyanátu (tzv. Edmannovo odbourávání) - produkty se liší podle -koncové AK S - identifikace obvykle chromatogarficky (=> nutná výpoetní technika) - lze urit poadí až 80 AK fenylisothiokyanát BIOLOGIKÁ AKTIVITA PROTEI úzce souvisí se strukturou a složením charakteristický fixovaný prostorový tvar proteinu v organismu = nativní struktura energeticky nejvýhodnjší vlivem fyzikálních i chemických podnt (nap. tepání, teplo, psobení solí, kyelin, zásad, ) zmna vyšších úrovní struktury = denaturace => zánik biologické aktivity míra stability proteinu = odolnost proti zmn prostorového uspoádání (denturaci) denaturovaný protein: - mén pravidelné uspoádání vtšinou irreverzibilní (nevratná) zmna - pokles rozpustnosti a optické aktivity - ztráta biologické aktivity - lépe pístupný hydrolytickým enzymm => lepší stravitelnost (podstata tepelné úpravy pokrm vetn likvidace choroboplodných zárodk) - pln denaturovaný protein všechny stabilizující interkce perušeny náhodné svinutí etzce (random coil) => neuspoádaná struktura denaturace: - reverzibilní (vratná) vtšinou u jednoduchých protien vlivem vyšší koncentrace solí - irreverzibilní (nevratná) v nkterých pípadech i zmna kovalentní struktury proteinu koagulace (precipitace, agllutinace) = vylouení proteinu z roztoku: - reverzibilní vlivem psobení lehkých solí (H 4, K, a, ) - irreverzibilní vlivem psobení solí tžkých kov fotooxidace = nap. za podpory UV-záení oxidace postranních etzc nkterých AK

10 PEHLED PROTEI 1) JEDODUHÉ PROTEIY a) Fibrilární proteiny (skleroproteiny) - vláknitá struktura (makroskopiská vlákna = fibrily) - stvební funkce pojivové, podprné a povrchové tkán, vnitní bunné struktury - ve vod nerozpustné Kolagen kosti, chrupavky, šlachy, kže, - zahíváním v EtOH v alkalickém prostedí klih želatina (pi zahívání bobtná gel) Keratin kže a její deriváty (vlasy, nehty, chlupy, peí, vlna, rohy, šupiny, ) => základní protein n povrchu tla obratlovc Fibroin tvoí podstatu pírodního hedvábí b) Globulární proteiny (sferoproteiny) - kulovitý tvar - specifické funkce v tkáních - rozpustné ve vod (albuminy) nebo v roztocích solí (globuliny) Albuminy - rozpustné ve vod lze je vysolit vysokou koncentrací (H 4 ) 2 SO 4 - zdroj AK pro organismus - v mléce, krevní plazm, vajeném bílku, Globuliny - nerozpustné ve vod, ale rozpustné v roztocích solí - specifické funkce v organismu - v mléce, krevní plazm, vajeném bílku, nkterých tkáních (játra, svaly, ), Proteiny krevní plazmy - celkový obsah ~ 6,0 8,0 mg/100ml - jednoduché i složené proteiny - nejdležitjší frakce (ve 100 ml krevní plazmy): albumin (3,45 mg) -globulin (1,4 mg) - imunitní systém lovka fibrinogen (0,3 mg) - srážení krve ( vláknitý fibrin), obsažený i v míše další: 2 -protein (váže Fe), lipoproteiny rzné hustoty, glykoproteiny, hemoglobin, Histony - vtší podíl zásaditých AK - v bunných jádrech vázány na DA 2) SLOŽEÉ PROTEIY a) Glykoproteiny - obsahují glykosidicky vázaný sacharid (obvykle polsacharid) - souást sekret sliznic (vazkost) nap. v žaludku, sliny ; krevní skupiny - ve vod rozpustné ( viskózní roztoky), nkteré chemicky velmi odolné b) hromoproteiny - obsahují barvivo, asto v kombinaci s ionty Fe nebo u Hemoglobin a myoglobin penos krevních plyn (O 2, O 2 ) ytochromy souásti redoxních systém (nap. koncový dýchací etzec, fotosyntéza, ) - transport e - Peptidy a bílkoviny

11 c) Metaloproteiny - komplexy protein s kovy Ferritin uskladnní Fe II (obsahuje ~ 20% Fe) Transferin penos Fe III pes membránu nkteré enzymy d) Lipoproteiny - vázána lipidová složka - u lipid vazbou na protein mže dojít ke zmn vlastností (nap. ztráta hydrofobnosti) => možnost transportu v polárním prostedí (nap. v krvi) - stavba biomembrán e) ukleoproteiny - bazické proteiny vázané na K =>v bunných jádrech f) Fosfoproteiny - esterov vázáno vtší množství kyseliny trihydrogenfosforené - v mléce, vajeném bílku, - zdroj fosforu pro syntézu K Kasein v mléce (jeho a 2 sl = zdroj vápníku pro organismus) OBSAH PROTEI V POTRAVIÁH vysoký - luštniny (24%), telecí maso (22%), drbež (21%), tvrdé sýry (25%), mkký tvaroh (19%), stední - zrna obilovin (hladká pšeniná mouka - 10%), nízký - zelenina (2%), brambory (2%), ovoce (1%), IMUITÍ SYSTÉM zajišuje obratlovcm obranu proti cizorodým látkám a mikroorganismm (bakterie, viry, paraziti, ) rozpoznává cizorodé molekuly startuje jejich destrukci humorální imunitní odpov rozpustné protilátky bílkovinné povahy celulární imunitní odpov speciální buky = lymfocyty (rozpoznávají a likvidují buky s cizorodými strukturami na povrchu) protilátky (imunoglobuliny) = proteiny - vznik = odpov na pítomnost antigenu (= imunogenu) jako antigen psobí makromolekuly (proteiny, polysacharidy, K, ), malé molekuly vtšinou tvorbu protilátek nevyvolávají - specifické detektory patogenních mikroorganism, poškození tkání nebo rakovinného procesu - každá protilátka má specifickou afinitu k antigenu, který ji vyvolal - struktura imunoglobulinu (Ig): 4 peptidové etzce: 2 lehké (L) Mr ~ tžké (H) Mr ~ spojené disulfidovými vazbami do tetramerní struktury tvaru Y - základní typ = IgG (struktura L 2 ) - další typy: IgA, IgD, IgE, IgM bun bý imunitní systém - brání šíení virové nákazy likvidací napadených bunk - nap. AIDS (vyvolán virem HIV) selhání imunitního systému = organismus se neumí bránit bžným infekcím - nkdy je nutné používat látky ásten potlaující imunitní odpov organismu pi transplantacích komplikace s nepijetím i odhojováním transplantátu, Peptidy a bílkoviny

12 Struktura IgG: SH Peptidy a bílkoviny