2. Aminokwasy i bia ka

Prof.dr hab. in . Korneliusz Miksch

Silesian University of Technology, Gliwice, Poland

Environmental Biotechnology Department

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych

  

  

Do wiadczenie S.

Millera, 1953

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych

  

  

Stanley Miller w 1999

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych

  

  

Niektóre
znalezione
przez S.
Millera
zwi zki

chemiczne

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych

  

  

Czy jeste my

sami we

Wszech wiecie?

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

Bia ka zbudowane s z aminokwasów, które

powi zane s w d ugie

a cuchy zwane

a cuchami polipeptydowymi. Gdy cz si dwa

aminokwasy, otrzymamy dwupeptyd, gdy trzy -
trójpeptyd, gdy wi cej - wielopeptyd. Peptydy

zawieraj ce do 10 reszt aminokwasów nazywamy

oligopeptydami, gdy zawieraj wi cej reszt -

polipeptydami. Peptyd powstaje przez po czenie

grupy

karboksylowej

(-COOH)

jednego

aminokwasu z grup aminow (-NH

2

) drugiego

aminokwasu z wydzieleniem cz steczki wody.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

R

W budowie bia ek wszystkich organizmów uczestniczy tylko 20 typowych

aminokwasów. W cz steczce typowego aminokwasu (a-aminokwasu) wyró nia

si centralnie po o ony atom w gla a, do którego przy czone s

kowalencyjnie: grupy aminowa i karboksylowa, atom wodoru oraz a cuch

boczny (R). a cuchy boczne determinuj w a ciwo ci fizykochemiczne

aminokwasów. Podzia aminokwasów ze wzgl du na budow ich a cucha

bocznego jest nast puj cy:

AMINOKWASY HYDROFOBOWE

Alifatyczne

glicyna, alanina, walina, leucyna,izoleucyna, metionina, cysteina i

prolina

Aromatyczne

fenyloalanina, tyrozyna itryptofan

AMINOKWASY HYDROFILOWE (POLARNE)

ozbawione adunku

asparagina, glutamina, seryna i treonina

Obdarzone adunkiem

zasadowe- lizyna, arginina i histydyna
kwasowe- kwas asparaginowy i kwas glutaminowy

U niektórych organizmów wyst puj dodatkowe aminokwasy, które nie

uczestnicz w budowie bia ek

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy z a cuchem w glowym bez grup dodatkowych

    

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawieraj ce pier cie

    

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawieraj ce dodatkow grup aminow

  

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawieraj ce grup karboksylow

-COOH

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy zawieraj ce siark

 

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy z grup  hydroksylow  

-OH

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

R

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

R

Charakterystycznym 

wi zaniem, 

które 

powstaje 

przy 

po czeniu  si   dwóch  i  wi cej  ze  sob   aminokwasów  jest 

tzw. wi zanie peptydowe (-NH-CO-).

 Po utworzeniu wi zania 

peptydowego  mi dzy  dwiema  cz steczkami  aminokwasów 

powstaje wolna grupa aminowa (-NH

2

) oraz karboksylowa 

(-COOH).  Obie  zatem  mog   tworzy   dalsze  wi zanie 

peptydowe

 z 

innymi 

aminokwasami. 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

R

. 

Wi zania peptydowe w polipeptydach (tutaj jest to tripeptyd – trzy

po czone ze sob aminokwasy) s p askie i zawsze typu

trans

.

NH

3

C

C

O

N

R

H

H

C

C

R

H

O

N

H

COO

H

R

+

-

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

Przyk ady oddzia ywa pomi dzy a cuchami bocznymi

aminokwasów w bia kach. Mostki dwusiarczkowe, oddzia ywania

jonowe, wodorowe i hydrofobowe zilustrowane s kolejno od lewej do

prawej strony

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

Typowe warto ci energii wi za  mi dzyatomowych 

wyst puj cych w bia kach pocz wszy od 

najsilniejszych, jakimi s  wi zania kowalencyjne, 

przez jonowe i wodorowe, a  do najs abszych — 

wi za  van der Waalsa. 

Rodzaj wi zania

Energia

[kcal/mol]

KJ/mol

[eV]

Kowalencyjne

70 - 100

290 - 420

1,7 - 4,4

Jonowe

10

42

0,45

Wodorowe

4 - 5

17 - 21

0,18 - 0,22

Van der Waalsa

1 - 2

4,2 - 8,4

0,044 - 0,088

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

    

Zachowanie si  polimeru z o onego z elementów 

hydrofilowych w wodzie

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Struktura pierwszorz dowa

- okre la, w jaki sposób atomy

w cz steczkach bia ka s z sob po czone wi zaniami

kowalencyjnymi, czyli jak tworz si a cuchy. Inaczej

struktura pierwszorz dowa okre la kolejno aminokwasów w

a cuchu bia kowym.

Struktura drugorz dowa

- okre la, w jaki sposób utworzone

a cuchy s u o one w przestrzeni, czyli jakie formy

przestrzenne (spirale, arkusze albo kule) tworz one za

pomoc wi za wodorowych, cz cych ró ne a cuchy lub

ró ne cz ci tego samego a cucha

.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Struktura trzeciorz dowa

- okre la najbardziej korzystne

uporz dkowanie przestrzenne poszczególnych cz ci

cz steczki bia ka z punktu widzenia energetycznego;

zale y od oddzia ywa mi dzy a cuchami bocznymi

jednej lub wi kszej liczby makrocz steczek.

Struktura

czwartorz dowa

-

okre la

sposób

przestrzennego powi zania kilku cz steczek w jedn

z o on struktur bia ka

.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Bia ka zbudowane s  z  a cuchów peptydowych w którym do co 

trzeciego atomu w gla jest przy czony  a cuch boczny (R

1

, R

2

, 

R

3

, R

4

,...). 

Sekwencja aminokwasów mo e na przyk ad wygl da  

nast puj co:

H

2

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

Struktura pierwszorz dowa

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Struktura  "

pofa dowanej kartki (harmonijki

)".

 Taka 

struktura nazywana jest równie 

struktur beta

(beta-

harmonijka)

.

 To  pofa dowanie  powstaje  w  wyniku 

ci gni cia  a cuchów peptydowych, przez co zmienia 

si   geometria  wi zania  peptydowego  aminokwasu  z 

p askiej  na  pofa dowan .  Uzyskuje  si     wtedy  bardziej 

korzystn   struktur   do  rozmieszczenia  ma ych  lub 

rednich 

a cuchów 

bocznych.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Struktura

pofa dowana

jest

korzystna dla bia ek w których

a cuchy boczne s ma e.

Gdy

a cuchy boczne s bardzo du e,

wówczas

najlepsze

rozmiesz-

czenie zapewnia struktura innego
rodzaju, w której ka dy a cuch

jest zwini ty i tworzy

helis

(struktura alfa).

a cuch pepty

-

dowy jest tu spiralnie owini ty

wokó hipotetycznego walca z tak

g sto ci zwojów, aby grupy -C=O

i -N-H zwojów s siaduj cych ze

sob znalaz y si w odleg o ci

odpowiedniej

do

utworzenia

wi za wodorowych.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Struktura
drugorz dowa

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Aminokwasy i bia ka

  (struktura bia ek)

  

Trzecio- i czwartorz dowa struktura bia ka

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Polimerowe odwzorowanie molekularne