Aminokyseliny Proteiny upraveno v rámci projektu OPPA Tento projekt je financován z prostředků Evropského sociálního fondu a rozpočtu hl. města Prahy v.

Prezentace na téma: "Aminokyseliny Proteiny upraveno v rámci projektu OPPA Tento projekt je financován z prostředků Evropského sociálního fondu a rozpočtu hl. města Prahy v."— Transkript prezentace:

1 Aminokyseliny Proteiny upraveno v rámci projektu OPPA Tento projekt je financován z prostředků Evropského sociálního fondu a rozpočtu hl. města Prahy v rámci Operačního programu Praha Adaptabilita. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 Aminokyseliny stavební jednotky deriváty kyseliny liší se postranním řetězcem (R) postranní řetězec aminoskupina karboxylová skupina bílkovin karboxylových

3 Prostorové uspořádání α-aminokyseliny = NH 2 skupina na 2. C (C α ) C α je → D-glyceraldehydL-glyceraldehydL-aminokyselina enantiomery D a Lchirální

4 NH 2 CH 2 COOH chirální uhlík (nejjednodušší AK) většina aminokyselin v přírodě: α,L-AK nemá

5 L-alaninD-alanin Proč je většina aminokyselin v přírodě právě v kofiguraci L a ne D nevíme..

6 Elektrický náboj aminokyselin kationanionamfion neutrální pH (fyziologické) nízké pH vysoké pH aminokyselina je elektroneutrální

7 Isoelektrický bod p I p I = pH, kdy je celkový elektrický náboj aminokyseliny nulový (amfion), pro každou aminokyselinu jiné

8 Kódované aminokyseliny  základní stavební jednotky bílkovin  mají svoji specifickou tRNA  existuje 21 kódovaných aminokyselin  některé si organismus neumí sám vytvořit a musí je přijímat v potravě –  liší se svými postranními řetězci (-R) V roce 1986 objevena 21. kódovaná aminokyselina selenocystein. esenciální

9 Selenocystein v selenoproteinech – enzymy, kde Se je redukčním centrem (redukují volné kyslíkové radikály) selenocystein (Sec)

10 Postranní řetězce aminokyselin hydrofobní postranní řetězce polární postranní řetězce kyselý postranní řetězec zásaditý postranní řetězec

11 K čemu slouží aminokyseliny v organismech?  dodávají a přenášejí (esenciální prvek)  jsou základní stavební jednotkou  v případě hladovění mohou být alternativními zdroji a prekurzory pro tvorbu sacharidů  slouží jako neurotransmitery a hormony – některé samy o sobě, jiné jako výchozí látky pro jejich tvorbu  podílejí se na syntéze lipidové dvojvrstvy, nukleotidů, alkaloidů atd..  a mají mnoho dalších funkcí N proteinů energie

12 Tvorba proteinů - vznik peptidové vazby peptidová vazba dipeptid

13 peptidová vazba je vazbou kovalentní, je rigidní – vazba C-N má částečně charakter dvojné vazby v důsledku rezonance, atomy se kolem ní nemohou volně otáčet tyto dvě vazby jsou jednoduché, umožňují volnou rotaci atomů, takže dlouhé řetězce aminokyselin jsou vysoce pohyblivé

14 při pH~7 je stabilní i při 100°C hydrolyzuje se v silně kyselém nebo zásaditém prostředí nebo pomocí enzymů stabilita peptidové vazby:

15 Peptidy a proteiny v těle vznikají proteosyntézou v cytoplazmě buněk proteosyntéza probíhá na ribozomech 2 – 50 AK: peptid > 50 AK: protein (bílkovina)

16 Názvosloví peptidů pořadí aminokyselin (= jejich sekvenci) čteme od N konce k C konci k názvu aminokyselin přidáme koncovku –yl např.: Tyrozylalanylcystein H 2 N-Tyr-Ala-Cys-COOH většina peptidů a proteinů mají triviální názvy (glutathion, hemoglobin, kolagen)

17 Některé významné peptidy v našem těle glutathion – tripeptid, v těle působí proti oxidativnímu stresu tvorbou disulfidových můstků některé hormony: oxytocin, vazopresin, glukagon,... také některé jedy a mnoho dalších významných látek Umělá příprava polypeptidů by mohla vést k získání bezpečných vakcín.

18 Úrovně popisu organismu – velikost proteinů jednoduché molekuly, atomy makromolekulární látky (proteiny, polysacharidy) buňky orgány

19 Proteiny – nativní konformace proteiny jsou molekuly s velmi složitou strukturou nativní -stav, kdy může protein plnit svojí biologickou funkcipo syntéze polypeptidu, se řetězec skládá do své (nativní) konformace - trojrozměrná struktura s nejnižší energií - stav, kdy může protein plnit svojí biologickou funkci funkční protein nefunkční rozbalený polypeptidový řetězec přirozené

20 Skládání proteinů -Gln-Cys-Gly-Ser-Phe- různé úrovně pohledu na proteiny protein jako celek – kvartérní struktura kostra proteinu – aminokyselinové složení primární struktura terciární struktura sekundární struktura 1 2 3 4

21 1) Primární struktura pořadí (sekvence) aminokyselin polypeptidový řetězec, ve kterém jsou aminokyseliny spojeny peptidovou (kovalentní) vazbou primární struktura proteinů je přímý obraz genetické informace základní řetězec, pořadí a typy aminokyselin určují, jak bude protein prostorově uspořádán (např. hydrofobní postranní řetězce aminokyselin se shlukují uvnitř proteinů, aby se nedostaly do styku s vodou) záměna jen jedné aminokyseliny může způsobit nefunkčnost proteinu (př. srpkovitá anemie)

22 2) Sekundární struktura  polypetidové řetězce se skládají do několika strukturních prvků α-helix β-hřeben  dva základní jsou: α-helix (šroubovice) a β-hřeben (skládaný list), ale existují i další  sekundární strukturu stabilizují H-můstky

23 α-helix v proteinech pravotočivá šroubovice H-můstky spojují skupiny CO a NH uvnitř řetězce postranní řetězce směřují ven, v důsledku sterických zábran

24 Keratin a kolagen tyto dva proteiny jsou složeny ze šroubovic, které se ještě stáčejí kolem sebe a tvoří pevná vlákna kolagen – protein kostí, zubů a šlach, v tahu je pevný stejně jako ocel keratin se vyskytuje např. ve vlasech, v pokožce, nehtech, rohovině nebo v peří šroubovice stočené kolem sebe tvoří terciární strukturu

25 Skládaný list β-hřeben H-můstky opět mezi skupinami CO a NH postranní řetězce vyčnívají střídavě na opačné strany řetězce, kvůli sterickým zábranám

26 β-hřeben/skládaný list H-můstky opět mezi skupinami CO a NH postranní řetězce vyčnívají střídavě na opačné strany řetězce, kvůli sterickým zábranám

27 schematické značení skládaného listu H-můstky spojují sousední řetězce

28 3) Terciární struktura uspořádání sekundárních struktur v prostoru skládání proteinů v prostoru ovlivňují především interakce postranních řetězců aminokyselin sekundární struktury nejsou spojeny kovalentně stabilizují je: H-můstky, elektrostatické interakce (iontové síly, dipól-dipól), van der Waalsovy interakce, disulfidové vazby, hydrofobní interakce

29 Disulfidový můstek a vznik cystinu postranní řetězce cysteinu v proteinu jednoduchá kovalentní vazba výrazná stabilizace terciární struktury proteinů SH skupina se oxiduje a redukuje tak jiné látky, např. H 2 O 2 – boj proti oxidativnímu stresu (glutathion) Oxidace a redukce disulfidového můstku je principem účesu zvaného trvalá.

30 Interakce terciární struktury polypeptidový řetězec

31 Trypsin pankreatický enzym štěpící bílkoviny, které už částečně natrávila kyselina chlorovodíková a pepsin v žaludku terciární struktura trypsinu – prostorové uspořádání motivů sekundární struktury: α-helixů a skládaných listů

32 4) Kvartérní struktura většina proteinů se skládá z více než jednoho polypetidového řetězce kvartérní strukturauspořádání řetězců v prostoru - kvartérní struktura Proteiny se zpravidla skládají tak, že hydrofobní zbytky aminokyselin jsou uzavřené uvnitř a hydrofilní části jsou na povrchu proteinu. Záleží však na prostředí, ve kterém se protein nachází (vodný roztok, membrána …).

33 Hemoglobin – přenašeč O 2 a CO 2 hem je uzavřen uvnitř podjednotky, v hydrofobním prostředí skládá se ze 4 podjednotek každá obsahuje 1 hemovou skupinu

34 Denaturace ~ ztráta prostorového uspořádání denaturace skládání proteinu postupnénarušení vazeb kvartérní, terciární a sekundární struktury (H-můstky, Van der Waalsovy a hydrofobní interakce, disulfidové vazby, …) porušení nekovalentních vazeb ztráta nativní konformace – postupné narušení vazeb kvartérní, terciární a sekundární struktury (H-můstky, Van der Waalsovy a hydrofobní interakce, disulfidové vazby, …) porušení nekovalentních vazeb peptidové vazby zůstanou zachovány (zbude neuspořádaný polypeptidový řetězec)

35 Denaturace nevratná – protein se nemůže složit do své nativní konformace, jeho prostorové uspořádání je úplně narušené v roztoku pak dojde k agregaci molekul denaturovaných proteinů (důsledek narušení vyšších struktur) – vzniká sraženina denaturační čínidla: teplota těžké kovy, soli silné kyseliny a báze některá organická rozpouštědla redukční činidla (močovina) a další.. Denaturovaný protein ztrácí svoji biologickou aktivitu!!

36 Využití denaturace vaření – vaření napomáhá trávení proteinů – narušuje prostorové uspořádání proteinů, trávicí enzymy pak mohou snadněji štěpit peptidové vazby v základním řetězci výzkum

37 Skupiny proteinů proteiny jsou velká skupina látek rozdělujeme je do mnoha skupin podle různých hledisek: podle tvaru (globulární a fibrilární) – podle složení (jednoduché a složené) – podle funkce (strukturní, regulační, zásobní, signální, receptorové, enzymy a mnoho a mnoho dalších)

38 Vlákno nebo klubko fibrilární proteiny ve vodě proteiny kůže, šlach, kostí příklady: keratin, kolagen, fibroin (hedvábí), elastin (elastické vazy, stěny plic atd..), fibrin (srážení krve, na obr.) vláknité nerozpustné

39 globulární proteiny ve vodě enzymy, transportní proteiny, receptory, imunoglobuliny příklady: hemoglobin, titin, trypsin, alkohol dehydrogenáza (na obr.), aktin, myosin kulovité rozpustné

40 Proteiny jednoduché a složené proteiny jsou biologicky aktivní jen ve svém nativním stavu mohou být a) jednoduché, b) složené b) protein má 2 složky: polypeptidový řetězec a nebílkovinnou složku a) makromolekula tvořená jen polypeptidovým řetězcem (v nativní konformaci) př.: fibrilární proteiny, albuminy (proteiny krevního séra), histony (v jádře se vážou na DNA) transferin – přenáší v těle atomy železa (nebílkovinná složka) př. složených proteinů: glykoproteiny (cukerná složka), lipoproteiny (lipidová složka) a další myoglobin skladování kyslíku ve svalech

41 K čemu slouží proteiny v organismech? (rozdělení dle funkce) Proteiny zastávají mnoho a mnoho rozdílných rolí: 1) biokatalyzátory (enzymy) – pepsin, tripsin a další trávicí enzymy, DNA-polymeráza (syntéza DNA), alkohol dehydrogenáza (odbourávání alkoholu) 2) strukturní proteiny – mechanická podpora buněk a tkání; př.: keratin (vlasy), elastin a kolagen (vlákna ve šlachách a vazivu), aktin (plasmatická membrána buněk)

42 Další funkce proteinů 3) transportní proteiny – přenášejí po těle různé látky př.: hemoglobin, transferin, albuminy (v krevním séru přenos lipidů), cytochrom c (přenos elektrony v dýchacím řetězci) 4) pohybové proteiny – např. myosin, ale i další (kinesin pohybuje organelami v buňkách)

43 Další funkce proteinů 5) zásobní proteiny – ferritin ukládá Fe v játrech, ovalbumin (zásoba aminokyselin ve vaječném bílku), kasein (zásoba aminokyselin pro novorozence v mléce) 6) signální proteiny – některé hormony (např. insulin) a růstové faktory jsou proteiny 7) receptory – rhodopsin v oční sliznici a mnoho dalších receptorů v membránách buněk a další a další proteiny a funkce.. 8) proteinové jedy – např. bakterie Vibrio cholerae syntetizuje protein → toxin způsobující choleru, nebo hadí jedy