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