AMINOKYSELINY
Obsah Obecná struktura Názvosloví, třídění a charakterizace Nestandardní aminokyseliny Reaktivita - peptidová vazba Biogenní aminy Funkce aminokyselin Acidobazické vlastnosti Optická aktivita
Aminokyseliny
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).
Třídění aminokyselin V bílkovinách 20 + 2 (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.
Nepolární - alifatické Glycin Nejmenší AK První objevená AK, v hydrolyzátu želatiny v roce 1820
Nepolární - alifatické, větvené, sirné
Nepolární - aromatické Tryptofan Indolová skupina Fenylalanin Fenolová skupina Tyrozin Je řazený i mezi polární nedisociované AK
Nepolární heterocyklické Prolin Cyklická a-iminokyselina Pyrrolidinová postranní skupina Vliv na strukturu polymeru bílkoviny
Polární - nedisociované Tyrozin, serin, threonin Hydroxy AK
Polární - nedisociované Cystein Thiolová skupina Sirná - (slabě kyselá) Možnost tvorby disulfidové můstky (vznik cystinu) Asparagin, glutamin Amid kys. asparagové, resp. glutamové
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
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
Polární - disociované - kyselé Aspartát, glutamát Při ph vyšším než 3 negativní náboj
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"
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
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
Proteinogenní aminokyseliny
Proteinogenní aminokyseliny
Proteinogenní aminokyseliny
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
Esenciální aminokyseliny nezbytná složka potravy, neumíme je syntetizovat rozvětvené (Val, Leu, Ile) aromatické (Phe, Trp) bazické (Lys, Arg, His) Thr, Met
Modifikované aminokyseliny
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
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
Volné aminokyseliny a deriváty
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
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
Acidobazické vlastnosti Obojetné ionty x zjednodušené vzorce Rozpustnost ve vodě, téměř nerozpustné v organických rozpouštědlech
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
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
Titrační (disociační) křivka histidinu
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)
Absorpční spektra a molární absorpční koeficienty Trp, Phe a Tyr: 40 000 20 000 10 000 5 000 Trp e 2 000 1 000 500 Tyr 200 100 Phe 50 20 10 200 220 240 260 280 300 320 (nm) Tyr a Trp silně absorbují v oblasti 250 300 nm možnost fotometrického stanovení
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
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
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
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
Fischerovy projekční vzorce L-aminokyseliny typické pro většinu biomolekul D-aminokyseliny vzácně Nejméně 1 asymetrický C (vyjímka Gly)
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
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!!!
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.
Polarimetr