15. fejezet - Aminosavak és fehérjék

Aminosavak

• a természetes aminosavak L sztereokémiájúak és alfa-NH₂-t tartalmaznak:
  
• szerkezetük az R csoportban különbözik
  20 természetes aminosavat ismerünk
  10 (esszenciális) aminosavat a táplálékkal veszünk magunkhoz
  (a többit képesek vagyunk szintetizálni)

Az oldallánc

• igen sokféle funkciós csoport és tulajdonság
• a glicinnek nincs oldallánca

Gly

glicin

H2N-CH2-COOH

• egyszerû alkil (apoláris) oldallánc

		R=
Ala	alanin	CH3
Val	valin
Leu	leucin
Ile	izoleucin

• Gyûrûs oldallánc (szekunder amin)

Pro

prolin

• aromás oldallánc

Phe	fenil-alanin
Tyr	tirozin
Trp	triptofán

• alkohol oldallánc

Ser	szerin	HO–CH2–
Thr	treonin

(vegyük észre, hogy a tirozin egyben fenol is)

• kéntartalmú oldallánc

 

Cys	cisztein	HS–CH2–
Met	metionin	CH3–S–CH2–CH2–

• karbonsav oldallánc

 

Asp	aszparaginsav	HOOC–CH2–
Glu	glutaminsav	HOOC–CH2–CH2–

• amid oldallánc (a fenti savakból)

 

Asn	aszparagin	H2NOC–CH2–
Gln	glutamin	H2NOC–CH2–CH2–

• bázikus oldallánc

Lys	lizin	H2N–(CH2)4–
Arg	arginin
His	hisztidin

Aminosavak 3D modelljei

Az aminosavak sav-bázis tulajdonságai

• a bázikus amino- és a savas karboxilcsoport vizes oldatban a biológiai pH körül ionizált formában van
• az alfa-amino-csoport pK_a-ja kb. 9-10
• a karboxilcsoport pK-ja kb. 2-3
  
  
• pH ~ 2 alatt fõként kation (ammóniumion) forma
• pH ~ 2 - 10 között többnyire kettõs ionos forma (ammónium kation és karboxil anion)
• pH ~ 10 fölött többnyire anionos forma (karboxilát anion)
• az ionizálható oldallánccal rendelkezõ aminosavak komplikáltabban viselkednek

Az izoelektromos pont

• az a pH, ahol a molekula fõként semleges formában van
  (és egyenlõ kis mennyiségben jelen van a kationos és anionos forma is)
• a legtöbb aminosav izoelektromos pontja pK_a értékeik között van
• az ionizálható oldalláncú aminosavak izoelektromos pontja magasabb pH-jú (bázikus oldallánc) vagy alacsonyabb pH-jú (savas oldallánc)

Elektroforézis

• az aminosavak elválaszthatók oldatban, töltésük alapján egy adott pH-n
  pl. pH 7-nél az alanin közel semleges, az arginin többnyire +, a glutaminsav többnyire -
• töltésüktõl függõen a molekulák vagy a negatív, vagy a pozitív elektróda felé vándorolnak (nedves gélen vagy papíron keresztül)

Peptidek - amidkötéssel összekapcsolt aminosavak

• az elnevezés az N-terminális (szabad amin) felõl a C-terminális (szabad karboxil) felé
• az aminosavak -in végzõdését az utolsó kivételével -ilre cseréljük
  pl. a treonil-valin dipeptid

Thr-Val (treonil-valin)

• a valin-treonin más dipeptid lenne

Polipeptidek

• a peptideket 3-betûs (néha 1-betûs) kóddal jelölik
• a polipeptidek variációja óriási, a 20 aminosavat használva
  20 aminosav
  400 dipeptid
  8,000 tripeptid
  160,000 tetrapeptid építhetõ
• egy tipikus fehárje 100 vagy több aminosavból áll, így a variációk száma hatalmas
• a peptidek rendelkeznek az életfolyamatokhoz szükséges összes tulajdonsággal

Aminosav maradék

• az aminosav maradék egy vízmolekulával kevesebb az aminosavnál

Diszulfid kapcsolódás

• a cisztein szívesen kapcsolódik S-S kötéssel egy másik ciszteinnel

• a diszulfid hidak összekapcsolhatnak olyan peptidláncokat is, melyek távol vannak a peptid szekvenciában

Aminosav analízis

• primer szerkezet - az aminosavak sorrendje a peptidláncban
• a teljes hidrolízis (huzamosabb hevítés vizes sósavban) felhasítja az amidkötéseket és felszabadítja az összes aminosavat
• az aminosavak egyenként elválaszthatók elektroforézissel vagy kromatográfiával, és ninhidriddel detektálhatók (lila foltot ad az alfa-aminosavakkal)
• a teljes hidrolízis, elválasztás és a ninhidrines analízis megadja az aminosavak peptidbeli számát és relatív mennyiségét

Peptidek részleges hidrolízise

• idõnként részleges hidrolízist is alkalmaznak, így kisebb peptideket izolálnak, melyeket könnyebb teljesen analizálni
• a kisebb peptid darabokból néha hasznos kapcsolódási információ határozható meg
• a kimotripszin és tripszin (emésztõ-) enzimeket gyakran használják erre a célra, mert szelektíven hasítják a peptideket
• a kimotripszin csak az aromás aminosavak (Phe, Tyr, Trp) karboxil felét hasítja
• a triszin csak az erõsen bázikus aminosavak (Lys and Arg) karboxil felét hasítja

Peptid-szekvenálás

• a peptid teljes szekvenálása sorban kb. 20 aminosavon keresztül lehetséges
• Edman-lebontással szelektíven eltávolítható és analizálható az N-terminális aminosav
  (a szelektív reagens fenil-izotiocianát, és a lehasított termék fenil-tiohidantoin)

Peptidszintézis

• a teljes peptidszintézissel elõször Emil Fischer próbálkozott
• az eljárás manapság kb. 100 aminosavig automatizálható
• a védõcsoportok nélkülözhetetlenek a kapcsolási reakció vezetéséhez
• az AS1 N-felének védelme
  (pl. BOC-amidként - késõbb könnyen eltávolítható)
• az AS1 C-felének aktiválása
  (pl. DCC-vel - enyhébb, mint az SOCl₂)
• az aktív AS1-et kapcsoljuk AS2 -höz
  dipeptid keletkezik (AS2-AS1)
  (az N-terminális még védett)
• aktiváljuk a dipeptid szabad karboxilcsoportját, majd kapcsoljuk AS3-hoz
  tripeptid keletkezik (AS1-AS2-AS3)
• megismételjük a polipeptid összes aminosavjával
• végül eltávolítjuk a védõcsoportot az N-terminálisról

Fehérjék - természetes polipeptidek

• a fehérjék osztályozása történhet szerkezetük, funkciójuk vagy eredetük szerint
• minden fehérje polipeptid (néha több láncból), de kapcsolódhat más típusú molekulákhoz is

A konjugált fehérjék más molekulákhoz kapcsolódnak

• a glikoproteinek - cukrokkal
• a lipoproteinek - lipidekkel (apoláris zsírokkal és olajokkal)
• a nukleoproteinek - nukleinsavakkal
• a hem fehérjék - porfirin molekulával
• a metalloproteinek - fémionokkal (gyakran a hem csoporton belül)

A fehérjék alakja

• fibrilláris fehérjék - egymás mellett alló polipeptid láncok
  általában vízben oldhatatlanok, mechanikailag erõsek
  izmokban, vázanyagokban
• globuláris fehérjék - kompakt, változtatható alak
  általában vízoldhatók, a testben szállíthatók
  enzimekben

A fehérjék funkciói

• enzimek - specifikus reakciók sebességszabályzó katalizátorai
• hormonok - testi folyamatok specifikus szabályzói
• szállítás - más molekulák vagy ionok mozgását szabályozzák
• szerkezet - izom, bõr stb.
• tárolás - tápanyag tárolás
• védelem - antitestek

A fehérjék szerkezete - elsõdleges szerkezet

• aminosav-szekvencia
• aminosav-maradékok sorrendjének meghatározása

A fehérjék másodlagos szerkezete

• a peptidlánc normál konformációja
• alfa-helix - H-kötéssel összetartott tekercs
• béta-lapok (vagy hajtogatott lapok) - H-kötésekkel összetartott merõleges peptidláncok

A fehérjék harmadlagos szerkezete

• a fehérje teljes háromdimenziós szerkezete
• ide tartoznak a diszulfid hidak, ionos kölcsönhatások, H-kötések, más poláros kölcsönhatások és hidrofób kölcsönhatások

A fehérjék negyedleges szerkezete

• néhány peptidlánc nagyobb proteinegységekké történõ aggregációja

Fehérje hômozgásának 3D modellje

Enzimek - fehérje katalizátorok

• az enzimek egyes reakciók sebességét befolyásolják
  általában nagyon specifikus, mely reakciót vagy reakciócsaládot katalizálnak
• nómenklatúra: az általuk katalizált reakció nevéhez -áz utótag
• hidroláz - hidrolízis
• izomeráz - izomerizáció
• transzferáz - egy csoport átvitele egyik molekuláról a másikra
• lizáz - kis molekula (mint pl. a víz) bevitele vagy eltávolítása
• oxidoreduktáz - oxidáció vagy redukció (általában NADH-val vagy más kofaktorokkal)
• ligáz - két molekula összekapcsolása (általában az ATP kofaktorral)
• az enzimek a reakciókat mindkét irányban képesek katalizálni
  más katalizátorokhoz hasonlóan alacsonyabb energiájú utat nyitnak a reaktánsok és a termékek között
  a reakció iránya a szubsztrátok és a kofaktorok koncentrációjától függ

Kofaktorok

• sok enzim mûködéséhez szükséges egy másik molekula
• sok kofaktor (koenzim) vitamin

Kimotripszin - példa a proteolitikus enzimekre

• a kimotripszin hasítja az amidkötést az aromás aminosavak mellett
• a közeli imidazolgyûrû specifikus protonátadással vagy -felvétellel segíti a nukleofil támadást
  

A kimotripszin aktív helye

Ismeretanyag

• aminosavak várható ionizáltságának megállapítása adott pH és pK_a értékük alapján
• egyszerû peptidek elnevezése
• a peptid-szekvenálás szükséges lépéseinek bemutatása
• a peptidszintézis szükséges lépéseinek bemutatása
• azoknak a tulajdonságoknak az azonosítása, amelyek a különbözõ szintû fehérjeszerkezetekkel járnak
• polipeptid-szekvencia meghatározása részleges hidrolízis és egyéb eredmények alapján
• kimotripszin és tripszin peptidhasító aktív helyének felismerése

Vissza