R CHCOOH

NH

2



H

2

N

H

R

H

2

N

H

R

H

R

H

3

N

-Amino Acid

-L-Amino Acid

acid

-

base

equilibrium

(Fischer projection) (proton transfer from

acid

to

base

)

Zwitterion

pH = pI

COOH

COOH

COO

Aminokwasy, peptydy, białka

mieszanina aminokwasów

Peptyd

mieszanina peptydów

stęż. HClaq

Białko

110oC, 24h

37oC, 1h

6M HClaq

6M HClaq

110oC, 24h

pH = pK

a

+ log

pH = pK

a

+ log

Valine (pI=6.0)

(

Val

)

V

Name Isoelectric

point

Essential

Amino Acid

Abbreviations

CH

3

CHCOO

CH

2

COO

H

3

C

H

3

C

CHCHCOO

NH

3

NH

3

NH

3

Glycine (pI=6.0)

(

Gly

)

G

Alanine (pI=6.0)

(

Ala

)

A

Valine (pI=6.0)

(

Val

)

V

Neutral amino acids (15):

CH

3

CH

2

CHCHCOO

NH

3

NH

3

CHCH

2

CHCOO

H

3

C

H

3

C

CH

3

Leucine (pI=6.0)

(

Leu

)

L

Isoleucine (pI=6.0)

(

Ile

)

I

HO

CH

2

CHCOO

CH

3

CHCHCOO

HO

NH

3

NH

3

HS

CH

2

CHCOO

NH

3

Cysteine (pI=5.0)

(

Cys

)

C

Threonine (pI=5.6)

(

Thr

)

T

Serine (pI=5.7)

(

Ser

)

S

COO

H

H

N

NH

3

CH

3

S

CH

2

CH

2

CHCOO

Methionine (pI=5.7)

(

Met

)

M

Proline (pI=6.3)

(

Pro

)

P

CH

2

CHCOO

CH

2

CHCOO

CH

2

CHCOO

H

NH

3

NH

3

HO

NH

3

N

Phenyloalanine (pI=5.9)

(

Phe

)

F

Tyrosine (pI=5.7)

(

Tyr

)

Y

Tryptophan (pI=5.9)

(

Trp

)

W

NH

3

O

H

2

NC

CH

2

CHCOO

NH

3

O

H

2

NC

CH

2

CH

2

CHCOO

Aspargine (pI=5.4)

(

Asn

)

N

Glutamine (pI=5.4)

(

Gln

)

Q

HOOC

CH

2

CHCOO

NH

3

HOOC

CH

2

CH

2

CHCOO

NH

3

Glutamic acid (pI=3.2)

(

Glu

)

E

Aspartic acid (pI=3.0)

(

Asp

)

D

Acidic amino acids (2):

Basic amino acids (3):

CH

2

CHCOO

NH

2

NH

2

H

H

2

NCN

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

NH

2

H

3

N

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

NH

3

H

N

N

Lysine (pI=9.8)

(

Lys

)

K

Arginine (pI=10.8)

(

Arg

)

R

Histidine (pI=7.6)

(

His

)

H

Jeśli przyjrzymy się bliżej budowie łańcuchów bocznych zaprezentowanych

aminokwasów oczywiste okażą się różnice wynikające z dominanty ich

charakteru: czy ich właściwości są hydrofobowe, czy raczej hydrofilowe,

czy ich natura jest polarna czy niepolarna. Czy występują w nich zdolne

do jonizacji grupy.

Proponowano różne sposoby klasyfikacji aminokwasów. Oto podział na klasy

opierający się na charakterze ich łańcucha bocznego:
Aminokwasy mające

alifatyczny łańcuch boczny

:

Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro,

Aminokwasy

z grupą –OH

lub zawierające w swym składzie

siarkę

:

Ser,

Cys, Thr, Met.

Aminokwasy

aromatyczne

:

Phe, Tyr, Trp,

Aminokwasy

zasadowe

:

His, Lys, Arg,

Aminokwasy

kwaśne i ich amidy

:

Asp, Asn, Glu, Gln

Możemy wskazać pewne wspólne cechy tych aminokwasów: wszystkie z

wyjątkiem proliny mają pierwszorzędową grupę aminową na atomie węgla

C-α. Wszystkie za wyjątkiem glicyny są chiralne, zatem mogą występować

jako pary enancjomerów. Tak się jednak (kiedyś…) złożyło, że natura

wybrała

z

nieznanych

nam

powodów

aminokwasy

szeregu

konfiguracyjnego L-.

D-Asparagina

L-Asparagina

H

2

N

COO

H

NH

3

O

H

2

N

COO

NH

3

H

O

smak gorzki smak słodki

COO

H

3

N

CH

2

CONH

2

R-CH-COOH R

-CH-COO R

-CH-COO

NH

3

NH

3

NH

2

low pH pH = pI high pH

To, jak jest zjonizowany aminokwas zależne jest od pH środowiska :

Znając wartości pK dla monokationu (pK

1

) oraz dla jonu obojnaczego, czyli

formy dipolarnej (pK

2

) możemy obliczyć wartość punktu izoelektrycznego

danego aminokwasu czy peptydu:

pI =

2

pK1 + pK2

pK

1

= pK monokationu

pK

2

= pK jonu obojnaczego

H

3

N-CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOOH

NH

3

Dicationic form of lysine

(pKa = 2.2)

H

3

N-CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

NH

3

Monocationic form

(pKa = 9.0)

H

OH

H

2

N

H

3

N-CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

NH

3

Monocationic form

(pKa = 9.0)

H

3

N-CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

Dipolar ion

(pKa = 10.5)

H

OH

H

OH

H

2

N-CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CHCOO

H

2

N

Anionic form

Stąd wartość pI dla

Lys: pI = (9.0 + 10 .5) / : 2 = 9.8

HOOCCH

2

CHCOOH

NH

3

H

OH

HOOCCH

2

CHCOO

NH

3

H

OH

OOCCH

2

CHCOO
NH

3

Monocationic form

(pKa = 2.1)

Dipolar ion

(pKa = 3.9)

Monoanion

(pKa = 9.8)

OOCCH

2

CHCOO

H

2

N

H

OH

Dianion

Rozważmy przykład

Asp

, aminokwasu mającego w położeniu β drugą grupę karboksylową:

wartość pI dla

Asp

:

pI = (2.1 + 3 .9) / : 2 = 3.0

Lys

ma obok grupy aminowej w położeniu α-, drugą, przy węglu ε-

Dla „neutralnego” aminokwasu,

Ala

wartość pI wynosi :

pI = (2.3 + 9 .7) / : 2 = 6.0

Warto wspomnieć o cysteinie

Cys

i to przynajmniej z dwóch powodów:

 obecności zdolnej do jonizacji grupy tiolowej –SH

 tendencji do utworzenia wiązania disiarczkowego (-S-S-) w wyniku utlenienia grup tiolowych

w dwóch resztach cysteiny.

H

S-CH2CHCOO

NH

3

NH

3

pKa = 8.3

S-CH2CHCOO +

H

H

S-CH2CHCOO

NH

3

OOCCHCH

2-S

H

NH

3

oxidation

reduction

NH

3

NH

3

OOCCHCH

2-S

S-CH2CHCOO + 2H + 2e

disulfide bond

Cys Cys Cys

-

Cys

(Cysteine) (Cysteine) (Cystine)

NH

3

CHCHCOO

H

3

C

H

3

C

+ H

3N-CHCOO

CH

3

CHCHCON-CHCOO

H

3

C

H

3

C

CH

3

H

NH

3

Val Ala Val-Ala

+ H2O

Wiązanie peptydowe:

G ~ +10kJ/mol

Minor resonance structure Major resonance structure

O

H

C

N

C

O

H

C

N

C

O

H

C

C

N





Resonance hybrid

(6 atoms in the same plane)

Budowa wiązania peptydowego

Atomy C



sąsiadujących aminokwasów leżą w jednej

płaszczyźnie. Rotacja jest możliwa jedynie wokół wiązań

N–C



i C



–CO.

Architektura peptydów i białek – organizacja struktury:

Struktura pierwszorzędowa – zdefiniowana kolejność aminokwasów w łańcuchu peptydowym / białka
Struktura drugorzędowa – konformacja pojedynczego łańcucha peptydu / białka

(najczęściej α-heliks i β-harmonijka = nić β )
Struktura trzeciorzędowa – obejmuje kompletną trójwymiarową strukturę jednostek polipeptydowych

danego białka ( → oddziaływania…)
 Struktura czwartorzędowa – wzajemne ułożenie przestrzenne podjednostek

F

NO

2

NO

2

F.Sanger

-

DNFB

N

SO

2

Cl

H

3

C

CH

3

Chlorek dansylu

(czułość 1nMol)

-N=C=S

P.Edman

-

izotiocyjanian fenylu

N-terminus, C-terminus

Reagenty stosowane do identyfikacji N-końca:

egzopeptydaza

egzopeptydaza

egzopeptydaza

endopeptydaza

endopeptydaza

endopeptydaza

Reagentami stosowanymi do identyfikacji C-końca są karboksypeptydazy =

egzopeptydazy

Specificities of Several Endoproteases

Enzyme

Specificity

Trypsin

peptide bond C-terminal to

Arg

,

Lys

, but not if

next to

Pro

Chymotrypsin

peptide bond C-terminal to

Phe

,

Tyr

,

Trp

,but not if

next to

Pro

Elastase

peptide bond C-terminal to

Ala

,

Gly

,

Ser

,

Val

, but

not if next to

Pro

Thermolysin

peptide bond N-terminal to

Ile

,

Met

,

Phe

,

Trp

,

Tyr

,

Val

, but not if next to

Pro

Pepsin

peptide bond N-terminal to

Leu

,

Phe

,

Trp

,

Tyr

, but

when next to

Pro

Endopeptidase V8

peptide bond C-terminal to

Glu

Bromocyjan

Br-C≡N

HOOC-CHCH

2

CH

2

C-N-CH-C-NCH

2

COO

O

O

NH

3

H

CH

2

SH

Glutathione (GSH)

SH

S

S

2

GSH GSSG

BrCN

Trypsyna

Trypsyna

BrCN

Phe-Ala-Lys-His-Met-Glu-Tyr-Ile-Phe-Phe-Leu-Glu- Met- Cys-Arg-Asn

-Pro-Leu-GlyNH

2

Tyr

Ile

Gln

Asn

Cys

Cys

Phe

Arg

Oligopeptydy:

oksytocyna /

wazopresyna

Enkefaliny

– endogenne pentapeptydy

wykazujące aktywność opiatów

Enkefalina leucynowa:

Tyr-Gly-Gly-Phe-

Leu

,

Enkefalina metioninowa:

=

Tyr-Gly-Gly-

Phe-

Met

C
C

N

C

N

C

carbamoyl phosphate

Aspartate

-

OO

OO

-

H

3

+

C
C

N

C

C

N

C

O

O

H

2

P

+

Aspartate

carbamoyl phosphate

1

2

3

4

5

6

N

C

N

C

C

C

N

C

N

Glutamine

Glycine

CO

2

Aspartate

N

10

-formyl-H

4

-folate

N

N

N

N

N

N

H

Puryna Pirymidyna

7

2

3

4

5

1

2

3

4

5

6

6

1

8

9

9 H-Puryna

(dominujący tautomer)

N

N

N

N

H

NH

2

Adenina Guanina Cytozyna Uracyl Tymina

N

N

N

N

H

OH

NH

2

N

N

NH

2

O

H

N

N

O

O

H

N

N

O

O

H

H

3

C

H

H

Nukleozydy

to N-glikozydy:



-N-rybofuranozydy

lub

2-deoksy-



-N-rybofuranozydy :

O

HOCH

2

HO

OH

N

N

N

N

H

NH

2

O

HOCH

2

HO

H

H

N

N

N

N

NH

2

Adenozyna Dezoksyadenozyna Dezoksytymidyna

O

HOCH

2

HO

H

N

N

O

H

3

C

O

1'

2'

3'

4'

5'

H

Przykłady nukleozydów

O

HO

OH

N

N

NH

2

O

OCH

2

O-P-

O

O

Fosforan

- ryboza -

zasada

5'

Nukleotydy

to 5'-fosforany

lub

3'-fosforany nukleozydów :

O

OCH

2

OH

O

O

OCH

2

OH

O

O

OCH

2

OH

O

O

OCH

2

OH

O

P

O

O

P

O

O

P

O

O

P

O

O

P

O

O

P

O

O

OCH

2

O

O

OH

A

U

G

C

C

N

N

N

N

sacharyd

N

H

H

N

N

O

O

CH

3

H

sacharyd

O

H

CH

3

O

sacharyd

N

N

O

H

CH

3

sacharyd

N

N

O

A

denina

T

ymina (laktam)

T

ymina (laktam)

laktim

Ponieważ wiązania wodorowe mają charakter kierunkowy, więc w każdej z

dwóch pokazanych niżej form tautomerycznych inny jest charakter tych

wiązań z punktu widzenia donor - akceptor.

5'

OCH

2

OH

O

5'

4'

3'

2'

1'

NH

2

N

N

N

N

OH

HO

O

Ważniejsze nukleotydy

NH

2

N

N

N

N

O

O

O-P-

O

P

O

O

OCH

2

O

O

O-P-

O

O

O-P-

wiązania bezwodnikowe

wiązanie estrowe

wiązanie N-glikozydowe

c-AMP

ATP

cykliczny-Adenozynomonofosforan Adenozynotrifosforan

Go= -12.5kJ

Go= -31kJ

K~167,000

Go= -2.303RTlogK

K~128

O

O-P-

O

O

O

N

C NH

2

O

NH

2

N

N

N

N

OH

HO

O

OCH

2

N

H

H

N

CONH

2

CONH

2

H

NAD NADH Eo=-0.320V (pH=7)

+ H + 2e

- H - 2e

O

HO

O

R

CH

2

O

-P-

NADH

R

= H

NADPH

R

=

PO

3

fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego

dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy

2-

OCH

2

OH

O

N

N

N

N

NH

2

HO

O

O

H

CH

2

CH

2

O

O

O-P-

O

O O

-P-

FAD

Dinukleotyd flawinowo-adeninowy

układ

izoallooksazyny

Rybitol

Ryboflawina

Vit. B

2

5'

HO

HO
HO

N

N

N

N

H

3

C

H

3

C

O

N=N=N

HOCH

2

H

H

N

N

H

3

C

O

H

O

AZT

O

HOCH

2

N

N

O

HO

HO

NH

2

Cytarabina

Przyklady nukleozydów

antywirusowych

Cytozyna

Tymina

Arabinoza