Aminokyseliny
- Základní stavební jednotky peptidů a proteinů
- Proteinogenní (kódované) 20 AK
- Odvozené – chemické modifikace, metabolity
- Esenciální AK
AMINOKYSELINY
Substituční deriváty karboxylových kyselin
( -COOH, -NH2 nebo -NH-)
prostorový vztah aminoskupiny a karboxylové skupiny:
- (=2-), -(=3-)..... -(=poslední)
-alanin: +H3N-CH2-CH2-COO-
-aminobutyrát (GABA): +H3N-CH2-CH2-CH2-COO-
-aminokyseliny: konfigurace (podle Fischera)
COO- COO-
D: H CNH3+ L: NH3+ CH
R R
Prolin – α-iminokyselina
Postranní
skupina
Rozdělení podle chemické povahy postranních skupin
Funkční skupiny Alifatické
Aromatické
Hydroxylové
Sulfhydrylové
Karboxylové
Basické
Polarita ( pozor! všechny AK jsou
polární)
Přesto dělíme na :
Nepolární (hydrofobní)
• Polární
- bez náboje
- nesoucí náboj (kyselé, bazické)
L--aminokyseliny:
kódované (= proteinogenní, viz dále, selonocystein, pyrrolysin)
nekódované:
- odvozené od kódovaných aminokyselin
Arg ornithin, Asp β-Ala …, Glu→ GABA
Tyr katecholaminy (dopamin, adrenalin, thyroxin...
- vzniklé modifikacemi bílkovin (posttranslační modifikace) - hydroxyprolin
- metabolické meziprodukty (ornithin, citrulin)
D--aminokyseliny: buněčné stěny bakterií, antibiotika, hadí jed
Esenciální vs neesenciální
Člověk: Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Lys, Met, Thr, Arg (novorozenci)
Názvosloví: systematické, triviální
Alanin – 2-aminopropanová kyselina
Třípísmenné zkratky Jednopísmenkové symboly
Ala (A) Gly (G) His (H) Leu (L) Lys (K) Glu (E)
Proč jsou v tabulce vzorce s náboji?
Dipolární, obojetné ionty = amfionty
počet nábojů amfiontu: součet všech nábojů (pro Gly v pH 7 = 2)
volný náboj amfiontu: algebraický součet nábojů (pro Gly v pH 7 = 0)
Nábojové vlastnosti aminokyselin – klíčová vlastnost
TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN
KH A
HAA
+ -
Na začátku: jen HA, množství A- odpovídá množství přidaného louhu.
c
H K
HA
AA
+
-
převedeme na pH:
pH pKA
HAA
log
Hendersonova – Hasselbalchova rovnice popisuje titrační křivku jednosytné slabé kyseliny
Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit pH, když budu přidávat NaOH?
HA + OH- → A- + H2O
Disociace slabých kyselin: HA → H+ + A-
TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN
pH pKA
HAA
log
Na začátku: jen HA, množství A- odpovídá množství přidaného louhu.
HA + OH- → A- + H2O
Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit pH, když budu přidávat NaOH?
2/)( 21 aa pKpKpI
Více disociovatelných skupin: rozhodují ty, které "sousedí" s pI (nutno
načrtnout titrační křivku)
Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pKa v
okolí pI)
př.: titruji glycin
pKa1 = 2,35 (α-COOH)
pKa2 = 9,78 (α- NH3+)
pIgly = 6,1
NH+3(CH2)4 CH(NH2) COO-
NH2(CH2)4 CH(NH2) COO-
NH+3(CH2)4 CH(NH+
3) COOH
-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium
2,5 4,0 6,0 8,3 9,5 10,1 10,5 12,5
NH+3(CH2)4 CH(NH+
3) COO-
Lysin
-H+
-H+
+2
+1
0
-1
Výpočet pI ?
Hodnoty pKa disociovatelných skupin v aminokyselinách a v bílkovinách (25 oC) se liší
Funkční skupina Aminokyselina Hodnoty pKA nalezené ve volných
aminokyselinách
Hodnoty pKA nalezené
v bílkovinách
-karboxylová C-koncová 1,7 - 2,6 1,8 - 3,6
,-karboxylová Asp, Glu 3,86; 4,25 3,0 - 4,7
imidazolová His 6,0 5,6 - 7,0
-aminová N-koncová 8,8 - 10,7 7,9 - 10,6
-aminová Lys 10,53 9,4 - 11,0
sulfhydrylová Cys 8,33 8,3 - 8,6
fenolová Tyr 10,07 9,8 - 10,8
guanidylová Arg 12,48 11,6 - 12,6
-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium
2,5 4,0 6,0 8,3 9,5 10,1 10,5 12,5
Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho
pKa v okolí pI)
Cystin:
ISOELEKTRICKÝ BOD - pI DEFINICE: pH, při němž se amfiont nepohybuje ve stejnosměrném elektrickém
poli (interakce s dalšími ionty, závisí na prostředí - pufr); označujeme pI
Isoionický bod: pH, při němž je v destilované vodě volný náboj iontu nulový.
Aminokyseliny – více disociovatelných skupin, různé disociační
konstanty
Celkový náboj AK se mění v závislosti na pH (kladný při nižším pH,
záporný při vyšším pH
Nábojové vlastnosti rozhodují o chování AK, peptidů a bílkovin –
nevazebné interakce!
Nábojové vlastnosti aminokyselin - shrnutí
Isoelektrické body kódovaných aminokyselin
AK pI AK pI AK pI AK pI
Gly 6,0 Ser 5,7 Phe 5,5 His 7,6
Ala 6,0 Thr 5,6 Tyr 5,7 Lys 9,6
Val 6,0 Cys 5,0 Trp 5,9 Arg 10,8
Leu 6,0 Met 5,7 Asn 5,4 Asp 3,0
Ile 6,0 Pro 6,4 Gln 5,6 Glu 3,2
SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Absorpce UV záření: aromatické (především Tyr a Trp) u 280 nm
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
210 230 250 270 290 310 330
vlnová délka [nm]
ab
so
rba
nce
1
23
Absorpční spektra 1: hovězího sérového albuminu (1 mg/ml), 2:
lidského imunoglobulinu (1 mg/ml) a 3: DNA (0,1 mg/ml), optická
délka kyvety 1 cm.
2,2-Dihydroxyindane-1,3-dione
Chemické reakce AK Stanovení AK (reakce aminosk.): reakce postranních řetězců: modifikační reakce - různá specifita
O
+ ICH2-CONH2C
C
H CH2
NH
R2
R1
SH
O
C
C
H CH2
NH
R2
R1
SCH2-CONH2 + HI
blokování SH skupin (proti oxidaci a vzniku disulfidových můstků)
R – SH + R – SH + O2 R- S – S –R
R- S – S –R + H-CO-OOH R-SO3
-
R- S – S –R + HS CH2CH2OH → 2 RSH
Další reakce AK:
Nejdůležitější reakce (hypothetická): vznik peptidové vazby
CH CNH3
+
R1
OO- CH CNH3
+
R2
OO-OO-+ CHNH
3
+C
R1 O
NH CH
R2
C
Peptidy
2 – několik desítek AK
Nomenklatura peptidů:
N- konec (začátek), C-konec (konec)
acylaminokyseliny, např. Val-Gly-Ser-Ala = valylglycylserylalanin
OO- OO-CH
CH3
C
O
NH CH C
CH2
NH3
+CH
CH2
C
O
NH CH C
CH3
NH3
+
OH OH
Pozor: Ala-Tyr Tyr-Ala
PŘIROZENÉ PEPTIDY
Zvláštnosti struktury:
• nekódované aminokyseliny (ornithin, -alanin ...)
• často i D-aminokyseliny
• někdy i tzv. -peptidové vazby (Glu)
• cyklické struktury (laktamy, disulfidové vazby)
• větvené struktury
• blokování konců (pyroglutamát, glycinamid)
Skupiny přirozených peptidů
• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)
• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)
• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)
• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)
• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:
Amanita phalloides)
• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)
• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
Biosynthesa:
• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů
• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou
protheosynthesy)
Glutathion a jeho funkce v organismech
kofaktor
oxidoreduktas a
isomeras
chrání volné SH
skupiny
detoxikace
peroxidu a
volných radikálů
reserva SH
skupin
Skupiny přirozených peptidů
• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)
• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)
• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)
• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)
• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:
Amanita phalloides)
• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)
• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
Biosynthesa:
• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů
• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou
protheosynthesy)
antibiotika
Gramicidin S
Cys + Val
Skupiny přirozených peptidů
• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)
• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)
• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)
• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)
• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:
Amanita phalloides)
• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)
• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)
Biosynthesa:
• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů
• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou
protheosynthesy)
-NH3+
+ + + 0 0-COOH 0 - - - --NH3
+
+ + + + 0SH 0 0 - - -
-NH3+
+ + + 0 0-COOH 0 - - - --NH3
+
+ + + + 0SH 0 0 - - -
pI = (8,2 + 9,5) / 2
pI = 8,85
Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7
Určete pI tohoto tripeptidu
NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-
(CH2)4 CH2 CH2 CH2
NH3+ CH2 SH
2 8,2 9,5 10,5
V pI již bude ve formě S-.
pI = (8,2 + 9,5) / 2
pI = 8,85
Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7
Určete pI tohoto tripeptidu
NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-
(CH2)4 CH2 CH2 CH2
NH3+ CH2 SH
2 8,2 9,5 10,5
V pI již bude ve formě S-.
Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7
Určete pI tohoto tripeptidu
NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-
(CH2)4 CH2 CH2 CH2
NH3+ CH2 SH
2 8,2 9,5 10,5
V pI již bude ve formě S-.
-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium
2,5 4,0 6,0 8,2 9,5 10,1 10,5 12,5
+2 +1 0 - 1 -2 Volný náboj tripeptidu:
pKa