A M I N O K W A S Y i B I A Ł K A

1. Aminokwasy (ogólny wzór zaliczanych do nich związków organicznych) i przykłady różnych aminokwasów

występujących w organizmach żywych: alfa ( ) [alanina, ornityna, cytrulina], beta ( ) [ -alanina], gamma
( ) [kwas -aminomas³owy]

2. -aminokwasy białek: 20 (21) kodowanych genetycznie, aktywne optycznie - szereg konfiguracyjny L- (L-

stereoizomery), różniące się jedynie łańcuchami bocznymi

3. Podstawowe kryterium klasyfikacji aminokwasów - „powinowactwo” łańcuchów bocznych do wody:

hydrofilowość w tym zdolność do dysocjacji (kwasowość, zasadowość); hydrofobowość. Wypadkowy
ładunek aminokwasów i ich łańcuchów bocznych w zależności od pH roztworu (zależność Hendersona-
Hasselbacha). Jony obojnacze - pI.

4. Przykłady nie kodowanych genetycznie aminokwasów znajdowanych w białkach. Są one pochodnymi

aminokwasów podstawowych: hydroksylizyna, hydroksyprolina (kolagen), metylolizyna, metylohistydyna
(miozyna miêœni) , fosfoseryna, fosfotreonina, fosfootyrozyna (wiele bia³ek), kwas -karboksyglutaminowy
(protrombina)

5. Tworzenie wiązania peptydowego (reakcja kondensacji) i jego własności: polaryzacja (końce N- i C-),

planarność (sztywność), forma izomeryczna trans-, zdolność do tworzenia wiązań wodorowych. Jednostka
peptydowa. Konsekwencje jej istnienia dla struktury łańcucha polipeptydowego (polikondensatu - struktury
makromolekularnej).

6. Peptydy (2-50 aminokwasów) a białka (51- około 2000 aminokwasów). Najwięcej białek ma około 100-200

aminokwasów w łańcuchu.

7. Przykłady peptydów o znaczeniu fizjologicznym:

tripeptydy - THR (tyreoliberyna); GSH - -Glu-Cys(SH)-Gly (zredukowany glutation)
pentapeptydy - Met- i Leu-enkefaliny - Tyr-Gly-Gly-Phe-Met(Leu) (opioidy)
oktapeptydy - angiotensyna II - Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
nonapeptydy - cykliczne: ADH (wazopresyna) and oksytocyna
nonapeptydy - liniowe: bradykinina - Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg
dłuższe (do nie więcej niż 50 ak) - gastryna (17 ak), glukagon (29 ak)

8. Funkcje białek:

a/ kataliza - enzymy - więcej niż 2000 znanych obecnie
b/ struktura - kolagen (do 25% całkowitej zawartości białka organizmów
wyższych); -keratyna skóry, włosów; keratyna i tubulina cytoszkieletu
c/ ruch (praca mechaniczna) - miozyna i aktyna mięśni; aktyna, dyneina i kinezyna
cytoszkieletu
d/ transport i magazynowanie - hemoglobina (O

2

), mioglobina (O

2

), transferyna (Fe

+3

),

ferrytyna (Fe

+3

), albumina surowicy krwi (kwasy tłuszczowe, bilirubina, hormony

steroidowe, wiele leków)
e/ odporność - immunoglobuliny (przeciwciała)
f/ regulacja podstawowych procesów życiowych - hormony, receptory, czynniki
transkrypcyjne i inne

9. Wielopoziomowa organizacja łańcucha polipeptydowego. Struktury:

a/ pierwszorzędowa - sekwencja aminokwasów w łańcuchu, determinuje wszystkie
wyższe szczeble organizacji i funkcje białek; podawana od N- do C- końca
b/ drugorzędowa - ułożenie jednostek peptydowych względem siebie w bezpośrednim
sąsiedztwie (sąsiadujące ze sobą w sekwencji) ; wpływ niezmienników
strukturalnych łańcucha peptydowego - sztywność jednostek peptydowych, wybór
formy trans-, hybrydyzacja sp

3

węgli alfa (C ), możliwość ograniczonych rotacji

wokół wiązań C --N i C --C ze względu na zawady przestrzenne.
Kąty torsyjne i . Diagram Ramachandrana.
Struktury drugorzędowe periodyczne (regularne) - jednakowe ułożenie jednostek
peptydowych na pewnej długości łańcucha peptydowego. Preferowane
drugorzędowe struktury periodyczne ze względu na ich stabilizację wiązaniami
wodorowymi - alfa helisa (helisa

P

) - prawoskrętna linia „śrubowa” o skoku

2

0.54 nm, skręcie o 100

0

wokół osi, 3.6 aminokwasach na skok oraz odległości 0.15

nm pomiędzy poszczególnymi aminokwasami, stabilizowana wiązaniami
wodorowymi pomiędzy grupami NH i CO co czwartej kolejnej jednostki peptydowej
w obrębie danego odcinka łańcucha; struktura beta (harmonijka ) - bardziej
rozciągnięty łańcuch, periodyczność 0.7 nm o 2 aminokwasach z odległością
pomiędzy nimi 3.5 nm, stabilizowana wiązaniami wodorowymi pomiędzy grupami
NH i CO jednostek peptydowych należących do dwóch odcinków łańcucha
biegnących względem siebie równolegle lub antyrównolegle (częściej występująca);
zwrot beta (zagięcie spinki do włosów) - układ czterech aminokwasów, często z
proliną, stabilizowany wiązaniami wodorowymi między 1 i 4 aminokwasem
powodujący zawrócenie biegu łańcucha peptydowego - nie wystepuje w białkach
włókienkowych (fibrylarnych), obecny w białkach globularnych;
struktura poliproliny - modelowa struktura lewoskrętnej helisy o periodyczności

0.9 - 0.96 nm, 3 aminokwasach na skok i odległościami pomiędzy nimi 0.3 - 0.32 nm

występująca w łańcuchach kolagenowych; struktura nieregularna - na danym
odcinku łańcucha kolejne jednostki peptydowe ułożone są względem siebie pod
innymi kątami torsyjnymi co wynika z rodzaju kolejnych aminokwasów i

uniemożliwia wytworzenie którejkolwiek ze wspomnianych struktur periodycznych -
często występuje w tych fragmentach białek globularnych, które znajdują się
pomiędzy odcinkami o regularnej strukturze drugorzędowej formując tzw. pętle,
element funkcjonalny białek eksponowany często na ich powierzchni i uczestniczący
m.in. w specyficznych oddziaływaniach z innymi strukturami (ligandami białek)
c/ struktura trzeciorzędowa - wzajemne ułożenie reszt aminokwasowych często
oddalonych od siebie w sekwencji - rozpatrywana głównie w odniesieniu do białek
globularnych. Nazywana również trójwymiarową strukturą białka globularnego, jest
wynikiem pofałdowania łańcucha polipeptydowego nie posiadającego na całej swojej
długości jednego typu struktury drugorzędowej, w efekcie powstaje twór mniej lub
bardziej przypominający kulę lub elipsoidę, stabilizowany takimi oddziaływaniami
odwracalnymi (nie kowalencyjnymi) jak hydrofobowe i cały szereg o charakterze
elektrostatycznym - wodorowe, jonowe (mostki solne), van der Waalsa oraz
mostki dwusiarczkowe (powstające w wyniku utlenienia grup -SH dwóch cystein)
W obrębie struktury trzeciorzędowej wyróżnia się jeszcze: strukturę
naddrugorzędową tzn. złożenia struktur drugorzędowych występujące w
różnych białkach - trój-, pięcio- lub więcej odcinkowe arkusze beta (

-

n

równoległe lub antyrównoległe),

,

itp. a także tzw. domeny

charakteryzujące się kompletną strukturą trzeciorzędową ale reprezentujące
fragment łańcucha polipeptydowego stanowiącego dane białko globularne.
Pojęcie domeny odnosi się też często do funkcji co oznacza, że dana domena
występuje w różnych białkach zachowując zasadniczo swoją strukturę i pełniąc
wszędzie analogiczną rolę. Receptory hormonów steroidowych posiadają w jednym
łańcuchu polipeptydowym kilka domen - wiążącą hormon, wiążącą się z DNA
wiążącą się z innymi białkami i aktywującą dzięki temu ekspresję genu

d/ struktura czwartorzędowa - dotyczy białek zbudowanych z więcej niż jedenego
łańcucha polipeptydowego, z których każdy nazywany jest podjednostką (w
kontekście funkcjonalnym często protomerem) czyli ten poziom struktury odnosi się
do tzw. białek wielopodjednostkowych. Ich struktura stabilizowana jest zespołem
tych samych oddziaływań co struktura trzeciorzędowa z pominięciem w wielu
przypadkach mostków dwusiarczkowych

10. Porównanie sekwencji typowych białek fibrylarnych (monotonność sekwencji, powtarzające się zestawy

aminokwasów, zdecydowana przewaga jednych aminokwasów nad innymi):

a/ kolagen [rodzina białek tkanki łącznej; typowe białko fibrylarne; włókna koagenowe

powstają z połączenia tzw. wiązaniami krzyżowymi (m.in.aldolowymi - rezultat
wiązania się utlenionych do aldehydu węgli łańcuchów bocznych lizyn) cząsteczek

3

tropokolagenu; pojedyncza cząsteczka tropokolagenu zbudowana jest z trzech
takich samych lub różnych łańcuchów (typu poliproliny II) zbudowanych z około
1000 ak każdy i skręconych w formę superhelisy prawoskrętnej o długości
wypadkowej około 300 nm; powtarzający się motyw strukturalny to sekwencja –
(Gly-X-Y)

333

- gdzie X może być Pro a Y- Hypro, w efekcie zawartość Gly – 33%,

Pro i Hypro – 21% a Ala - 11%; poszczególne łańcuchy tworzące tropokolagen są
glikozylowane (Glc, Gal) na resztach hydroksylizyny jest to wiec zarazem przykład
glikoproteiny (nietypowej); do hydroksylacji Pro i Lys niezbędny jest askorbinian
(witamina C); Hypro uczestniczy w stabilizacji trójłańcuchowej struktury
tropokolagenu wiązaniami wodorowymi, częsta obecność Gly pozwala na ścisłe
skręcenie trzech łańcuchów w cząsteczkę tropokolagenu, jej M

W

około 285 kDa]]

b/ keratyna [rodzina białek skóry i jej przydatków jak włosy czy paznokcie a także

cytoszkieletu; -keratyna to typowe białko fibrylarne zbudowane z dwóch
jednakowych lub różnych łańcuchów polipeptydowych, każdy o strukturze -helisy,
skręconych wokół siebie w lewoskrętną superhelisę (superhelikalną linę); posiadają 7
aminokwasowy, wielokrotnie powtarzający się motyw strukturalny a-b-c-d-e-f-g
(tzw. heptada) z hydrofobowymi ak w pozycjach a i d (w strukturze -helisy
tworzą apolarną krawędz) i hydrofilowymi w pozostałych co daje przy zwijaniu się
dwóch łańcuchów wokół siebie hydrofobowe wnętrze superhelisy, oraz dochodzącą
w niektórych keratynach nawet do 18% zawartość cysteiny, która tworząc mostki
dwusiarczkowe m.in. wzmacnia ich stabilność i rzutuje na ostateczny kształt
tworzonych struktur (np. włosy)]
i globularnych (różnorodność aminokwasów budujących dane białko, wszystkie aminokwasy są w nim
reprezentowane):

c/ insulina [51 ak, dwa łańcuchy A (21 ak) i B (30 ak) połączone dwoma mostkami
dwusiarczkowymi w pozycjach A7-B7 i A20-B19, struktura -helisy stanowi około
57%, harmonijki 6%, zwrot 10% i struktura nieregularna 27%, M

W

około 6

kDa]

d/ mioglobina [153 ak, jeden łańcuch polipeptydowy zawierający osiem odcinków -
helikalnych A do H angażujących więcej niż 75% aminokwasów, typowe złożone
białko o strukturze trzeciorzędowej, posiada jako komponentę nie białkową silnie
związany w hydrofobowej niszy (kieszeni) hem nadający białku zdolność
przyłączania O

2

, M

W

około 17.8 kDa]

e/ rybonukleaza A [124 ak, jeden łańcuch polipeptydowy zawierający zarówno
fragmenty struktury -helisy (24%) jak i harmonijki (35%), istotnym czynnikiem
stabilizującym jej strukturę są cztery mostki dwusiarczkowe, typowe białko proste o
strukturze trzeciorzędowej, enzym, istotna rolę w aktywności odgrywają dwie
histydyny, M

W

około 13.7 kDa]

f/ hemoglobina [typowe białko o strukturze czwartorzędowej - jej struktura i funkcja są

przedmiotem osobnego, szczegółowego omówienia]
11. Białka proste (zbudowane wyłącznie z aminokwasów) i białka złożone (posiadają oprócz części białkowej,

aminokwasowej część nie białkową (glikoproteiny - węglowodan, lipopropteiny - lipid, hemoproteiny - hem
lub inną niskocząsteczkową strukturę organiczną - n.p. enzymy)

12. Natywna struktura białka jest tylko „marginalnie” trwała, stabilna. Denaturacja - utrata funkcji biologicznej

białka w wyniku niszczenia natywnej struktury białka w efekcie zerwania oddziaływań stabilizujących
strukturę czwartorzędową, trzeciorzędową lub rzadziej drugorzędową bez naruszenia wiązań peptydowych.
Czynniki denaturujące - temperatura, mocznik (w wysokim stężeniu), solwenty organiczne, wysokie i niskie
wartości pH, sole metali ciężkich jak rtęć czy ołów, związki redukujące mostki dwusiarczkowe i inne.
Denaturacja i renaturacja na przykładzie rybonukleazy - znaczenie stabilizacji struktury natywnej białka
(uzyskiwanej w procesie szeroko rozumianej jego biosyntezy) dla pełnienia określonej daną strukturą funkcji