Peptidy Lékařská chemie a biochemie 2. ročník - zimní semestr Doc. Tomáš Navrátil, PhD. Peptidy Lékařská chemie a biochemie 2. ročník - zimní semestr © Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005 - 2020 1. LF UK Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky

PEPTIDOVÁ VAZBA Vznik peptidové vazby: - reakce probíhá v roztoku, proto jsou ionizovatelné skupiny ionizovány peptidová vazba Peptidová vazba je planární – leží v rovině, protože má částečně charakter dvojné vazby C–N = 0,149 nm, C=N = 0,127 nm Peptidová vazba = 0,132 nm Peptidy 2019/2020

POLYPEPTIDOVÝ ŘETĚZEC začátek zbytek zbytek konec zbytek („residue“) – to, co zbyde z AMK po vytvoření peptidové vazby Pokud není polypeptid cyklický, má vždy vytvořený amino (N-) i karboxylový (C-) konec. Ty mohou být ale také blokovány. Peptidy x bílkoviny Rozdělení není zcela ostré, zhruba platí, že: < 100 AMK = polypeptid (r.m.h. < 10000) > 100 AMK = bílkovina (r.m.h > 10000) To zhruba odpovídá dalšímu kritériu – dialyzovatelnosti přes běžné dialyzační membrány Peptidy 2019/2020

FUNKCE PEPTIDŮ A PROTEINŮ dorozumívací signál mezi buňkami velmi stará funkce (již u kvasinek – kopulační faktory) velmi časně se objevuje i u mnohobuněčných organismů první neurotransmitery-prokazatelné už u láčkovců – nemají ještě „klasické neurotransmitery“(acethylcholin, katecholaminy, serotonin) vyskytují se v organismu ve velmi malých množstvích studium a poznatky o funkcích jsou teprve v začátcích různé účinky v závislosti na orgánu, kde působí - př.: cholecystokinin v trávicím traktu vyvolává stah žlučníku a přísun žluči do střeva a sekreci pankreatické šťávy bohaté na trávicí enzymy v mozku – dva receptory pro tento peptid receptor A – dojde k vyvolání pocitu sytosti receptor B – navázáním na tento receptor dojde k vyvolání pocitu úzkosti a paniky = antagonisté cholecystokininu – účinná léčiva pro zvládání panického strachu v psychiatrii z jednoho syntetizovaného peptidového řetězce může enzymatickým štěpením vznikat několik různých peptidů s velmi rozdílnou biologickou aktivitou v různých orgánech tudíž může tentýž protein vyvolat jinou odpověď v závislosti na enzymatickém vybavení orgánu, př.: POMC (pro-opiomelanocortin) – jeho štěpením vzniká ACTH (adenokortikotropní hormon), lipotropní hormon, melanocyty stimulující hormon, β- endorfin (opiátově působící hormon) a další peptidy působící v mozku, kde ovlivňují chování jedince všechny peptidy a proteiny působí jako „první posel“ (B→B‘) Peptidy 2019/2020

Pro-opiomelamocortin (Pro-hormon, m. hm Pro-opiomelamocortin (Pro-hormon, m.hm. 29000) MSH, ACTH, β-lipotropní, β-endorfin, enkefaliny H3N+ signální sekvence pro-opiomelamocortin COO- Ac α -MSH kortikotropin (ACTH) β-lipotropin γ-lipotropin β-endorfin β-MSH met-enkefalin Peptidy 2019/2020

ENKEFALINY 1975-Hughens β-ENDORFIN A) Met-Enkefalin H3N+-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- B) Leu-Enkefalin H3N+-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- β-ENDORFIN H3N+-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Thr-Ser-Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val-Thr-Leu-Phe- -Lys-Asn-Ala-Ile-Val-Lys-Asn-Ala-His-Lys—Lys-Gly-Gln-COO- Peptidy 2019/2020

KOLAGEN AMK sekvence části α1(I) řetězce kolagenu: Gly13-Pro-Met-Gly-Pro-Ser-Gly-Pro-Arg- -Gly22-Leu-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Hyp- -Gly31-Pro-Glu-Gly-Phe-Glu-Gly-Pro-Hyp- -Gly40-Glu-Hyp-Gly-Glu-Hyp-Gly-Ala-Ser- -Gly49-Pro-Met-Gly-Pro-Arg-Gly-Pro-Hyp- -Gly58-Pro-Hyp-Gly-Lys-Asn-Gly-Asp-Asp- Po celé délce řetězce (více než 1000 AMK) je každá třetí AMK glycin – pouze tato AMK může vytvářet vodíkové můstky mezi řetězci kolagenu za vzniku trojitého helixu (větší AMK by se tam „nevešla“) Peptidy 2019/2020

KOLAGEN (pokračování I) Peptidy 2019/2020

Trojitý helix kolagenu – prostorové uspořádání (pokračování II) Všechny tři řetězce jsou mezi sebou vázány vodíkovými můstky (.......). α-uhlík glycinu je označen G. Je jasné, že při tomto uspořádání musí být každá třetí AMK glycin, protože zde není místo pro větší postranní řetězec (zbytek) Příčný řez molekulou kolagenu Peptidy 2019/2020

Karnosin (β-alanyl-L-histidin) Anserin (β-alanyl-L-methylhistidin) GLUTATHION (GSH) γ-Glu - Cys - Gly N-konec má zároveň karboxyl = do peptidové vazby vstoupil γ-karboxyl Karnosin (β-alanyl-L-histidin) Nachází se ve svalech člověka, hlavně v kostech a svalech Anserin (β-alanyl-L-methylhistidin) Ve svalech některých živočichů (běžci a letci) Peptidy 2019/2020

MECHANISMY ENZYMOVÉ KATALÝZY 1) acidobazické – poskytnutí či přijetí protonu reaktantu - často se k tomu využívají ionizovatelné postranní řetězce AMK 2) kovalentní – nukleofilní napadení substrátu katalyzátorem - přechodně vzniká kovalentní vazba následovaná elektrofilní stabilizací vznikajícího negativního náboje na komplexu přechodového stavu reakce - kovalentní katalyzátory = postranní řetězce a koenzymy 3) kovové ionty – katalyzují reakce tím, že stabilizují vznikající negativní náboje způsobem připomínajícím kyselou katalýzu - mohou být vázány: - pevně = metaloenzymy – nejčastěji Fe2+ i Fe3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+, Co2+ a řada dalších volně – z roztoku, svou přítomností enzym aktivují - Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Kovové ionty se účastní katalýzy třemi způsoby: vazbou na substrát, aby byl vhodně orientován pro reakci zprostředkování redoxní reakce reverzibilními změnami kovového iontu v oxidovaném stavu elektrostatickou stabilizací nebo odstíněním negativního náboje - působí podobně jako proton (Lewisova kyselina), jsou však mnohem účinnější, protože mohou být přítomny ve vysoké koncentraci i při neutrálním pH a mohou mít náboj větší než +1 (= superkyseliny) - jejich přítomnost způsobuje, že na ně vázané molekuly H2O jsou kyselejší než volná H2O a jsou zdrojem –OH iontů - vzniklá hydroxylová skupina vázaná kovovým iontem je silným nukleofilem Peptidy 2019/2020