2. Aminokwasy i białka

Prof.dr hab. inż. Korneliusz Miksch

Silesian University of Technology, Gliwice, Poland

Environmental Biotechnology Department

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

Białka zbudowane są z aminokwasów, które

powiązane są w długie łańcuchy zwane

łańcuchami polipeptydowymi. Gdy łączą się

dwa aminokwasy, otrzymamy dwupeptyd,

gdy trzy - trójpeptyd, gdy więcej -

wielopeptyd. Peptydy zawierające do 10

reszt

aminokwasów

nazywamy

oligopeptydami, gdy zawierają więcej reszt -

polipeptydami.

Peptyd

powstaje

przez

połączenie grupy karboksylowej (-COOH)

jednego aminokwasu z grupą aminową (-

NH

2

) drugiego aminokwasu z wydzieleniem

cząsteczki wody.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka

    

R

W budowie białek wszystkich organizmów uczestniczy tylko 20
typowych aminokwasów. W cząsteczce typowego aminokwasu (a-
aminokwasu) wyróżnia się centralnie położony atom węgla a, do
którego przyłączone są kowalencyjnie: grupy aminowa i
karboksylowa, atom wodoru oraz łańcuch boczny (R). Łańcuchy
boczne determinują właściwości fizykochemiczne aminokwasów.
Podział aminokwasów ze względu na budowę ich łańcucha bocznego
jest następujący:

AMINOKWASY HYDROFOBOWE

Alifatyczne

glicyna, alanina, walina, leucyna,izoleucyna, metionina,

cysteina i prolina

Aromatyczne

fenyloalanina, tyrozyna itryptofan

AMINOKWASY HYDROFILOWE (POLARNE)

Pozbawione ładunku

asparagina, glutamina, seryna i treonina

Obdarzone ładunkiem

zasadowe- lizyna, arginina i histydyna
kwasowe- kwas asparaginowy i kwas glutaminowy
.
U niektórych organizmów występują dodatkowe aminokwasy, które
nie uczestniczą w budowie białek

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy z łańcuchem węglowym bez grup

dodatkowych     

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawierające pierścień

    

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawierające dodatkową grupę aminową

  

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawierające grupę karboksylową -COOH

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawierające siarkę  

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy z grupą hydroksylową -OH

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

R

Charakterystycznym wiązaniem, które powstaje przy
połączeniu się dwóch i więcej ze sobą aminokwasów
jest tzw. wiązanie peptydowe (-NH-CO-). Po
utworzeniu wiązania peptydowego między dwiema
cząsteczkami aminokwasów powstaje wolna grupa
aminowa (-NH

2

) oraz karboksylowa

(-COOH). Obie zatem mogą tworzyć dalsze wiązanie
peptydowe

z

innymi

aminokwasami.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

Przykłady oddziaływań pomiędzy łańcuchami bocznymi
aminokwasów w białkach. Mostki dwusiarczkowe,
oddziaływania jonowe, wodorowe i hydrofobowe
zilustrowane są kolejno od lewej do prawej strony

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka     

Zachowanie się polimeru złożonego z elementów
hydrofilowych w wodzie

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Struktura pierwszorzędowa - określa, w jaki
sposób atomy w cząsteczkach białka są z sobą
połączone wiązaniami kowalencyjnymi, czyli jak
tworzą

się

łańcuchy.

Inaczej

struktura

pierwszorzędowa

określa

kolejność

aminokwasów w łańcuchu białkowym.
Struktura drugorzędowa - określa, w jaki
sposób utworzone łańcuchy są ułożone w
przestrzeni, czyli jakie formy przestrzenne
(spirale, arkusze albo kule) tworzą one za
pomocą wiązań wodorowych, łączących różne
łańcuchy lub różne części tego samego łańcucha.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Struktura

trzeciorzędowa

-

określa

najbardziej

korzystne

uporządkowanie

przestrzenne poszczególnych części cząsteczki
białka z punktu widzenia energetycznego;
zależy od oddziaływań między łańcuchami
bocznymi

jednej

lub

większej

liczby

makrocząsteczek.
Struktura czwartorzędowa - określa sposób
przestrzennego powiązania kilku cząsteczek w
jedną złożoną strukturę białka.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Białka zbudowane są z łańcuchów peptydowych w którym
do co trzeciego atomu węgla jest przyłączony łańcuch
boczny (R

1

, R

2

, R

3

, R

4

,...).

Sekwencja aminokwasów może na przykład wyglądać
następująco:

H

2

N -Tyr-Tre-Wal-Asp-Leu-Gli-Gli-Cys-His- COOH

Struktura pierwszorzędowa

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Struktura

"

pofałdowanej

kartki

(harmonijki)".

Taka struktura nazywana jest

również

strukturą beta

(beta-harmonijka)

.

To

pofałdowanie powstaje w wyniku ściągnięcia
łańcuchów peptydowych, przez co zmienia się
geometria wiązania peptydowego aminokwasu z
płaskiej na pofałdowaną. Uzyskuje się wtedy
bardziej korzystną strukturę do rozmieszczenia
małych lub średnich łańcuchów bocznych.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Struktura

pofałdowana

jest

korzystna dla białek w których
łańcuchy boczne są małe. Gdy
łańcuchy boczne są bardzo
duże,

wówczas

najlepsze

rozmiesz-czenie

zapewnia

struktura innego rodzaju, w
której każdy łańcuch jest
zwinięty

i

tworzy

helisę

(struktura alfa).

Łańcuch pepty-

dowy jest tu spiralnie owinięty
wokół hipotetycznego walca z
taką gęstością zwojów, aby
grupy -C=O i -N-H zwojów
sąsiadujących ze sobą znalazły
się w odległości odpowiedniej
do

utworzenia

wiązań

wodorowych.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i białka   (struktura białek)  

Trzecio- i czwartorzędowa struktura białka