Bílkoviny Proteiny SŠZePř Rožnov p. R PaedDr Bílkoviny Proteiny SŠZePř Rožnov p. R PaedDr.Lenka Těžká Modernizace výuky odborných předmětů CZ.1.07/1.1.08/03.0032

Makromolekukární přírodní látky Délka 200 - 1000 aminokyselin Základní složka svalové hmoty Propojeny peptidickou vazbou 20 proteinogenních bílkovin z toho 8 esenciálních

AMINOKYSELINY Trojrozměrná struktura bílkovin Strukturální funkce 8 esenciálních aminokyselin, 2 semiesenciální Hormonální a katalytické funkce Biosyntéza biologicky významných sloučenin Genetické poruch metabolismu aminokyselin (fenylketonurie)

Všechny aminokyseliny, které jsou součástí bílkovin, mají tuto základní strukturu. Liší se pouze složením svého postranního řetězce R V proteinech se nacházejí pouze L-izomery valin izoleucin leucin

Klasifikace aminokyselin Aminokyseliny se obecně dělí na skupiny podle polarity postranních řetězců Východiskem pro dělení aminokyselin je to, že mají: nepolární postranní řetězec polární postranní řetězec polární nabitým postranní řetězcem

Nepolární aminokyseliny V postranním řetězci pouze uhlík a vodík, nejsou reaktivní. Jsou hydrofóbní, pomáhají proteinům uspořádávat se do 3-D struktury. Glycin (Gly), alanin (Ala), valin (Val), leucin (Leu), izoleucin (Ile) - alifatický postranní řetězec; methionin (Met) – síra v postranním řetězci fenylalanin (Phe), tryptofan (Trp) – aromatické jádro v postranním řetězci; prolin (Pro) - iminokyselina

Polární aminokyseliny mají v postranním řetězci kyslík nebo síru a nebo dusík a proto jsou polární. Snadno interagují s vodou, jsou hydrofilní. Jsou velmi dobře rozpustné ve vodě. serin, (Ser), threonin (Thr), asparagin (Asn), glutamin (Gln) cystein (Cys), selenocystein (Sec) – v postranním řetězci je síra

Typ postranního řetězce aminokyselin má vliv na konečnou strukturu proteinu

Struktura proteinů Makromolekuly jsou tvořeny sadou různých aminokyselin v přesně definovaném pořadí. Prostorové uspořádání a biologická funkce je dána aminokyselinovým složením.

Proteiny - funkce 1. Funkce dynamická transport kontrola metabolismu kontrakce katalýza chemických přeměn 2. Funkce strukturální architektura orgánů a tkání podpůrné funkce

Klasifikace proteinů z biochemického hlediska 1. enzymy (laktátdehydrogenáza, DNA polymeráza); 2. zásobní proteiny (ferritin, kasein, ovalbumin); 3. transportní proteiny (hemoglobin, myoglobin, sérový albumin); 4. kontraktilní proteiny (myosin, aktin); 5. hormony (insulin, růstový hormon); 6. ochranné proteiny krve (protilátky, komplement, fibrinogen); 7. strukturální proteiny (kolagen, elastin, proteoglykany); 8. receptory pro hormony a jiné signální molekuly.

Primární struktura Primární struktura proteinů – lineární pořadí aminokyselin. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Polypeptides.html

Sekundární struktura a-helix Pravotočivá šroubovice, stabilizovaná vodíkovými vazbami. Výjimečný a-helix má kolagen. Tři levotočivé a-helixy uspořádány do pravotočivé trojité šroubovice – superhelixu

b–struktura (struktura skládaného listu) Segmenty natažených polypeptidových řetězců. Dva segmenty (polypeptidové řetězce) jsou stabilizovány vodíkovými vazbami mezi C=O a N-H skupinami dvou sousedních peptidových vazeb. Sousední polypeptidové řetězce uloženy antiparalelně nebo paralelně. Velký počet vodíkových vazeb udržuje strukturu v nataženém stavu

Terciární struktura Je důležitá pro funkci proteinu: - denaturované enzymy ztrácejí svou funkci - denaturované protilátky ztrácejí schopnost vázat antigen. Mutace v genetickém kódu ovlivní terciátní strukturu (priony).

Kvartérní struktura Komplex dvou a více polypeptidových řetězců jsou dohromady spojeny nekovalentními vazbami Čtyři podjednotky hemoglobinu (dvě a a dvě b se spojují do kvartérní struktury)

Ve struktuře bílkoviny se dále uplatňují tyto síly a interakce Nevazebné interakce Hydrofóbní interakce Vodíkové vazby Elektrostatické síly van der Waalsovy síly Vazby kovalentní Peptidová vazba -CO-NH- Disulfidová vazba –s-s-

Denaturace a renaturace Denaturace je ztráta trojrozměrné struktury. Protein ztrácí svoji funkci. Denaturace teplem zcela ruší slabé interakce (primárně narušuje vodíkové vazby). Krajní hodnoty pH mění celkový povrchový náboj proteinu, vznikají odpudivé elektrostatické síly a zanikají některé vodíkové vazby. Organická rozpouštědla a detergenty ruší hydrofóbní interakce Renaturace je proces, kdy protein opět získává svou přirozenou strukturu Převzato: D. L. Nelson, M. M. Cox :LEHNINGER. PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Fifth edition

Zástupci proteinů Globulární proteiny Fibrilární proteiny Lipoproteiny sféroidní tvar variabilní molekulová váha relativně vysoká rozpustnost různé funkce – katalytické, transportní, regulační (metabolismus, genové exprese) Fibrilární proteiny tyčinkovitý tvar malá rozpustnost strukturální funkce v organismu Lipoproteiny komplexy protein + lipid Glykoproteiny proteiny s kovalentně vázanými cukry

Struktura Globulární proteiny Globulární proteiny, jako je celá řada enzymů, jsou obvykle složeny z kombinace obou typů sekundární struktury; ale například hemoglobin je složen výhradně z a-helixu a protilátky pouze z b- struktury.

Fibrilární proteiny Kolagen Tvoří více jak 2/3 všech tělesných bílkovin; pevný v tahu, pružný; ve všech typech pojiva, tkáních a orgánech; je to nerozpustný glykoprotein (protein + cukerná složka - glukóza, galaktóza); každá třetí aminokyselina je glycin (Gyl-X-Y), vysoký obsah prolinu, lysinu; některé z Pro a Lys jsou hydroxylované (hydroxyprolin, hydroxylysin); je složen ze tří polypetidových levotočivých a-řetězců stočených do superhelixu. NH3 COOH Kolagen Tvorba fibril Tvorba příčných vazeb

Fibrilární proteiny Elastin Vyskytuje se ve tkáních vyžadujících elasticitu (arterie, plíce, kůže, elastická ligamenta, chrupavka); obsahuje velké množství hydrofóbních aminokyselin – glycenu, alaninu valinu a prolinu; lysin zodpovědný za tvorbu příčných vazeb – desmosinu a isodesmosinu; je složen z monomerního rozpustného tropoelastinu, ten je pak příčně pospojován v nerozpustný elastin pomocí desmosinu a isodesmosinu.

Fibrilární proteiny Keratin Keratin je hlavní fibrilární strukturální protein vlasů, kůže a nehtů; keratinová intermediální filamenta jsou také cytoskeletární součástí desmosomů tvořících buněčná spojení; keratiny mají velmi mnoho příčných vazeb a jsou složeny jak z a-helixu. Mají vysoký obsah glycinu a alaninu.

Lipoproteiny Složené komplexy proteinu a lipidu; molekulární agregát s přibližnou stechiometrií mezi oběma komponentami; různé funkce v krvi (transport lipidů mezi tkáněmi), v lipidovém metabolismu. Apolipoprotein = čistá proteinová složka lipoproteinové částice, většinou dlouhý polypeptid, s obsahem sacharidů

Lipoproteiny Klasifikace plasmatických lipoproteinů (podle jejich hustoty): Lipoproteiny s vysoké hustotě (HDL) – proteinová složka apolipoprotein A-I (ApoA-I) Lipoproteiny o nízké hustotě (LDL) – ApoB-100 Lipoproteiny o střední hustotě (IDL) – ApoB-100 Lipoproteiny o velmi nízké hustotě(VLDL) - ApoC

Glykoproteiny Sacharidový podíl je na proteinovou složku vázán: O-glykosidovou vazbou buď na –OH skupiny seirnu nebo threoninu (proteoglykany) nebo na hydroxyprolin nebo hydroxylysin (kolagen); N-glykosidovou vazbou na amidový dusík asparaginu 1. Proteiny vylučované specifickými buňkami ghormony lykoproteiny extracelulární matrix (fibronektin, laminin) proteiny kaskády krevní koagulace (fibrinogen) protilátky mukózní sekrety epiteliálních buněk 2. Proteiny lokalizované na buněčném povrchu - receptory (přijímání signálů z okolního prostředí buňky – hormony, růstové faktory, cytokiny aj. buněčná signalizace)

Proteiny biologických membrán

Hemoglobin a myoglobin Složen ze dvou a a dvou b poLidský hemoglobin má několik forem. djednotek, které se liší primární strukturou. Váže čtyři molekuly kyslíku, přenáší kyslík krví z plic do tkání a buněk.

Hemoglobin a myoglobin Myoglobin má jeden polypeptidový řetězec, váže jednu molekulu kyslíku. Váže a uvolňuje kyslík v cytoplasmě svalových buněk. Hemoglobin a myoglobin obsahují prostetickou skupinu hem. Protein bez hemu = apoprotein Kompletní protein s hemem = holoprotein

Buněčný cytoskelet Všechny části cytoskeletu jsou z proteinů. Cytoskelet je složen z: mikrotubulů, mikrofilament a středních mikrofilament intermediárních filament). Mikrotubuly jsou sestaveny z tubulinu, mikrofilamenta z aktinu a střední filamenta hlavně z keratinu, ale i jiných látek.

Buněčný cytoskelet Tubilin – dimerní protein, podjednotky a a b Aktin – monomerní protein (b-aktin) Keratin S cytoskeletem jsou navíc asociovány některé další proteiny: dyneiny a kineziny v mikrotubulech kineziny a dynein uskutečňují transport látek v buňce - přenášejí náklad po mikrotubulech zhruba jako po kolejnicích

Zdroje http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure http://en.wikipedia.org/wiki/Cytoskeleton biologie.uni-hamburg.de