Aminosavak, peptidek, feh

1
Aminosavak, peptidek, fehérjék

2
Aminosavak

• Az emberi szervezet fehérjéi gyakorlatilag 20
  L,?-aminosavból képzodnek.
• A variációs lehetoségek és a változatos
  molekulatömegek boven elégségesek a természetben
  eloforduló 1012 fehérjeféleség megvalósulásához.

3

• Szerkezetük
• aminocsoport (a prolin kivételével)
• karboxilcsoport
• R- oldalláncban különböznek egymástól
• (?eltéro a méretük, töltésük, fizikokémiai
  tulajdonságaik)

4
Az aminosavak csoportosítása
R
5
Néhány aminosav térszerkezete
Alanin izoleucin
fenilalanin szerin
glutamin
aszpartát
lizin
6
Az aminosavak elektrokémiai tulajdonságai

• Neutrális vizes oldatban amino- és
  karboxilcsoportok ionizált állapotban vannak
  (ikerion).

(a COOH csoportok disszociációja visszaszorul,
az NH2 csoport protont vesz fel)
(a COOH csoportok disszociációja teljes)
7
Az aminosavak optikai sajátsága

• A glicin kivételével aszimmetriás C-atomot
  tartalmaznak, optikailag aktív molekulák.
• A fehérjéket L-konfigurációjú aminosavak alkotják.

(A szubsztituensek az óramutató járásával
ellentétes irányban követik egymást)
8
Az aminosavak fényelnyelése
A

• Az aromás gyurut tartalmazó aminosavak
  (fenil-alanin, tirozin, triptofán) ultraibolya
  tartományban fényelnyelést mutatnak.
• A Lambert-Beer törvény szerint a fényelnyelés
  mértéke alkalmas a koncentráció meghatározására
• E (A) Lg I0/I ? l ? c l

9
Aminosavak legfontosabb reakciói

• Legfontosabb a ninhidrin-reakció
  ?
• A konjugált kettoskötés- rendszer miatt
  ibolyáskék színu végtermék keletkezik (kivéve a
  prolint, mely sárgás színu).
• A lizin ?-aminocsoportja ninhidrinnel nem reagál.

10
A peptidek

• Az amino- és karboxilcsoport biológiai
  szempontból legfontosabb reakciója az, hogy
  vízkilépéssel peptidkötést alakítanak ki.
• A peptidkötés jellemzoi
• mezoméria (A szén és nitrogén közötti kötés az
  egyszeres és kétszeres kovalens kötés közötti
  erosségu)? a kötés merev ? szabad rotáció nem
  lehetséges.
• Energetikailag a transz izoméria a kedvezobb.

11
Biológiailag fontos, nem fehérjefelépíto
aminosavak és származékaik

• Hidroxi- prolin, hidroxi- lizin kötoszövet
  fehérjéiben (kollagén) Posztszintetikusan
  jönnek létre.
• ?-alanin koA-ban (az aminocsoport a ?-C atomhoz
  kapcsolódik)
• ?-aminovajsav (GABA) (glutaminszármazék)
  neurotranszmitter
• dopamin (tirozin származék) neurotranszmitter
• tiroxin (tirozin származék) pajzsmirigy jód
  tartalmú hormonja
• hisztamin (hisztidin származék) az allergiás
  reakciók mediátora

12
Biológiai jelentoségu peptidek

• glutation
• peptidhormonok
• ACTH (Adrenokortikotrop hormon)
• parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin
  (pajzsmirigy)
• ?-endorfin
• inzulin

13
Glutation

• (Tripeptid, melyben a glutaminsav
  ?-aminocsoportja vesz részt a peptidkötésben)
• A redoxirendszerekben fontos.

14
Peptidhormonok

• Az oxitocint (nevegyors szülés) és
  vazopresszint a hipotalamusz termeli és a
  hipofízis hátulsó lebenye tárolja.
• Az oxitocin simaizomösszehúzó hatású, míg a
  vazopresszin a vízháztartás szabályozásában
  játszik fontos szerepet.

15

• ACTH (Adrenokortikotrop hormon)
• A hipofízis elülso lebenye termeli és a
  mellékvesekéregre hat.
• parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin
  (pajzsmirigy)
• A hipofízis által termelt lipotropin származéka a
  ?-endorfin, amely fájdalomcsillapító hatású.
• Az enkefalinokkal együtt a morfinhoz hasonló
  a hatásuk.
• Az inzulin a szénhidrátanyagcsere szabályozásában
  fontos hormon, melyet a hasnyálmirigy
  Langerhans-szigetei termelnek.

16
A fehérjék csoportosítása

• Biológiai aktivitás alapján
• Enzimek (pepszin, glükóz-foszfát-izomeráz)
• Védofehérjék(immunglobulinok)
• Transzportfehérjék (hemoglobin, mioglobin,
  transzferrin (vas szállítás) szérumalbumin(zsírsav
  ak))
• Tartalékfehérjék (ovalbumin (tojásfehérje) kazein
  (tejfehérje) ferritin (vas) gliadin (búza) zein
  (kukorica) )
• Hormonok (inzulin, ACTH)
• Szerkezeti fehérjék (kollagén, elasztin, keratin)
• Kontraktilis fehérjék (aktin, miozin)
• Toxinok (kígyómérgek, diftériatoxin) a sejthártya
  lipidjeinek bontásával hemolízist idéznek elo.

17
A fehérjeszerkezet különbözo szintjei

• A. elsodleges (primer) szerkezet
• B. másodlagos (szekunder) szerkezet
• C. harmadlagos szerkezet
• D. negyedleges szerkezet

18
Elsodleges (primer) szerkezet

• Az elsodleges (primer) szerkezetet az aminosavak
  kapcsolódási sorrendje határozza meg, de
  következtetni lehet belole a további szerkezeti
  szintekre.
• Az inzulin volt az elso fehérje, amelynek az
  aminosavszekvenciája ismertté vált (Sanger)
• Két polipeptidláncból áll A-lánc 21, B-lánc 30
  aminosavat tartalmaz. A két láncot két diszulfid
  híd kapcsolja össze, és az A-láncban található
  még egy diszulfid híd.
• Inaktív eloalakban termelodik (proinzulin), és a
  lánc közepérol egy kb. 30 tagú polipeptidrészlet
  kihasadásával jön létre.
• A proinzulinnak is van egy elofutára, a
  pre-proinzulin, mely egy 19 aminosavból álló
  szignál-peptidet tartalmaz az N-terminális végen.

19

• Az elsodleges szerkezet alapveto jelentoségét
  bizonyítja a sarlósejtes anémia, mely Afrika
  közép-nyugati részén fordul elo. A betegségben
  szenvedok vörösvértestjei sarló alakúak. A
  vörösvértestekben a hemoglobin kristályosodásra
  hajlamos, melynek következtében az oxigénszállító
  funkció csökken. A sarló alakú vörösvértestek
  aggregálódnak és trombotikus tüneteket okoznak.
• A két hemoglobin két ?-lánca mindössze egyetlen
  aminosavban különbözik.
• A normális hemoglobinban (HLA) levo glutaminsav
  (savas aminosav) helyett valin (neutrális
  aminosav) található, aminek következtében a HbS
  oldékonysága csökken.

20
Az azonos funkciót betölto fehérjékben levo
aminosav-sorrendbol a rokonságra is lehet
következtetni. (Pl. citokróm-c törzsfa)
Megállapították, hogy az aminosavcserék száma
és a fajok fejlodésében mutatkozó
fejlodéstörténeti, idobeli távolság között
egyenes arányosság van.


21
A fehérjék másodlagos szerkezete (szekunder
struktúra)

• Röntgendiffrakciós vizsgálatok azt mutatják, hogy
  a fehérjékben periodikusan rendezett szerkezetek
  találhatók. Ennek két fajtája az ?-hélix és a
  ?-redozött lemez.
• Egy fehérjében nemcsak ?-hélix vagy ?-redo
  fordulhat elo, hanem ezek más szabályos
  (?-turn(görbület)) vagy szabálytalan
  struktúrákkal (random coil) keveredhetnek.

22
Az ?-hélix

• Az ?-hélix úgy alakul ki, hogy a peptidsíkok a
  N-C?-C0 ?-kötések, mint tengelyek körül
  olyan szöggel fordulnak el, hogy egy
  hidrogénkötések által stabilizált helikális
  alakzat jön létre. A hidrogénkötések két,
  egymástól 4 peptidkötés-távolságra lévo amid
  N-atomja és a karbonil oxigén atomja között
  alakulnak ki.

A hidrogénhidak a hélix hossztengelyével majdnem
párhuzamosak. Egy csavarmenet magassága 0,54 nm,
mely 3,6 aminosavrészt alkot és a csavar jobb
menetes (az óramutató járásával megegyezo). Az R
oldalláncok a hélix külso felszínén helyezkednek
el. Néhány aminosav (pl. prolin) nem hélixképzo.

23
?-redozött lemez

• ?-redozött lemezben (?-pleated sheet) az egymást
  követo peptidsíkok kinyújtott, ún. cikkcakk
  szerkezetet alakítanak ki.
• A peptidkötések úgy kerülnek közel egymáshoz,
  hogy két polipeptidlánc egymás mellett
  helyezkedik el, vagy egy polipeptidlánc különbözo
  szakaszai kerülnek egymás közelségébe. /paralel-
  antiparalel/
• A hidrogénhidak a hossztengelyre merolegesen
  helyezkednek el. A glutaminsav megtöri a
  ?-szerkezetet.

Animáció (?-redo)
24
A fehérjék harmadlagos szerkezete

• A szekunder szerkezeti egységeket is tartalmazó
  polipeptidláncban további kölcsönhatások révén
  egymástól távol eso aminosavak egymáshoz közel
  kerülhetnek? 3 dimenziós, globuláris
  formát alakíthatnak ki.
• A fehérjék ezen három dimenziós, specifikus
  funkcióra alkalmas alakját natív konformációnak
  nevezzük.
• A szerkezet stabilizálásában a következo nem
  kovalens kötések vesznek részt
• 1. Hidrogénkötések
• 2. Elektrosztatikus kötések (ionos kötések,
  sókötés, sóhíd)
• 3. Apoláros kölcsönhatások
• Ezeket kiegészíti még egy kovalens kötés
  (diszulfidhidak).

25

26

• A fehérjék a hidroxil-, amino-, karboxil
  csoportjaik révén nagy mennyiségu vizet képesek
  megkötni hidrogénkötések kialakításával.
• Vizes fázisban a fehérjék nagy része globuláris
  formába tekeredik fel (folding), a poláros
  oldalláncok befelé orientálódnak.
• A fehérjék ionos karaktere ( és töltések
  száma) pH függo.
• Amikor a és töltések száma megegyezik, a
  hidrátburok szétesik, a fehérje oldékonysága
  minimumra csökken.
• Azt a pH értéket, ahol ez bekövetkezik
  izoelektromos pontnak nevezzük (IP).
• Egy láncból felépülo fehérjén belül különbözo
  funkciókat ellátó nagyobb struktúrelemek
  (domének) képzodhetnek.

27
A fehérjék negyedleges szerkezete (kvaterner
struktúra)

• Több globuláris fehérje kapcsolódik össze /dimer,
  tetramer, stb./ ? alegységek (subunit)
• Ha azonos szerkezetu fehérjék kapcsolódnak össze
  homomernek, ha különbözo szerkezetuek,
  heteromernek nevezzük.

Animáció
28

• Röntgendiffrakciós vizsgálattal eloször a
  mioglobin térszerkezetét J.C. Kendrew állapította
  meg. Moltömege 16.900, mely kb. 1 hemoglobin
  alegységnek felel meg, 152 aminosavat tartalmaz.
• A hemoglobin 4 alegységbol áll (tetramer) a 2?
  (?1, ?2) alegység 141, a 2? (?1 , ?2) alegység
  146 aminosavból épül fel.

29

• Felépítésük HEM (4 pirrol gyurubol álló
  porfirinváz) melynek közepén Fe van. A vas négy
  koordinációs kötéssel a pirrol gyuruhöz, kettovel
  a globin 1-1 hisztidil- oldallánchoz kötodik. (E7
  és F8) ?Lehetové teszi, hogy a vas két vegyértéku
  (Fe2) állapotban maradjon.
• Az egyik His a proximális (F8 helyzetu), másik a
  disztális His (E7 helyzetu). Az elozovel a Fe
  szoros, utóbbival laza kapcsolatot alakít ki.

30

• Az O2 kötodéskor a Tyr oldallánc elmozdul és a Fe
  behúzódik a hem síkjába

31
A mioglobin és hemoglobin oxigén telítési görbéje.

• A mioglobin már alacsony O2 nyomáson képes az
  O2-t felvenni ? telítési görbéje hiperbola. /csak
  egy alegységbol áll/
• A hemoglobin O2 telítési görbéje szigmoid (S
  alakú).
• /4 alegységbol áll, és az alegységek között
  pozitív kooperativitás van Az elso alegység
  térszerkezete az O2 kötés után megváltozik, ez
  kedvez a második alegység O2 megkötésének/