Biochemia peptydów i białek – biochemia

Transaminacja – przeniesienie grupy aminowej z aminokwasu na jeden z 3 ketokwasów, w
wyniku czego powstaje nowy aminokwas i ketokwas. Proces ten katalizowany jest przez
transaminazy(aminotransferazy)

Te ketowkasy to: pirogronian, szczawiooctan, alfa-ketoglutaran
Reakcje te zachodzą wg. Wzoru
alfa aminokwas + pirogronian ----->alfa alanina + ketokwas (aminotransferaza alaninowa)
aminokwas + szczawiooctan -----> asparaginian + ketokwas (aminotransferaza asparaginowa)
aminokwas + α-ketoglutaran -------> glutaminian + ketokwas
(aminotransferaza glutaminanowa)

Dezaminacja – proces odłączania grup aminowych od cząst. Związków organicznych
(aminokwasów). W wyniku kwasu powstaje ketokwas i toksyczny amoniak NH3.

Jest to pierwszy proces związany z degradacją aminokwasu umozliw. Jego późnijesze wykozystanie
jako substratu oddechowego.
Dezaminacja. nie wymaga obecnosci tlenu. Warunkiem jest odpowiednia ilość azotanów oraz
organizmów denitryfikacyjnych. Przeprow. Jest przez grupe bakteri jelitowych e.coli, enterobacter
aerogenos.

Dekarboksylacja (inaczej dekarboksylowanie) to reakcja chemiczna , w której dochodzi do
usunięcia grupy karboksylowej z kwasów karboksylowych . W wyniku tej reakcji następuje
zazwyczaj wydzielenie dwutlenku węgla . W organizmie jest wywoływana najczęściej poprzez
działanie enzymów .prowadzi do powstawania amin po dekarboksylacji aminokwasów
jednokraboksylowych

Aminy biogenne - organiczne związki chemiczne, aminy które powstają w wyniku procesu
dekarboksylacji aminokwasów obojętnych i zasadowych .

•

Histydyna – histamina – hormon tkankow regulujący ciśnienie krwi, odpowiedzialny za

reakcje alergiczne

•

kwas asparaginowy – b alanina – element CoA

•

Kwas glutaminowy – kwas g aminomaslowy\

•

Seryna – kolamina – element tłuszczy złożonych

•

Treonina – propanolamina – elemen wit.B12

•

Cysteina - cysteamina – element CoA

•

Tyrozyna – tyramina – hormon tkankowy, dopamina – substrat do syntezy adrenaliny

•

Tryptofan – tryptamina – hormon tkankowy, serotonina – hormon tkankowy

Peptydy – cząsteczki łańcuchowe zbudowane z 2 do 100 aminokwasów, w których pojedyncze
człony połaczone są wiązaniami amidowym zwanymi też peptydowym.

Cząsteczki te przechodzą przez błony dializacyjne (cięzar cząsteczkowy do 10 000 daltonów) oraz
nie ulegają denaturacji ze względu na brak strukury wtórnej.

Tworzenie wiązania peptydowego
Aminokwasy mają zdolnosc do reagowania ze sobą poprzez grupę karboksylową jednej reszty
aminokwasowej z grupa aminową drugiej reszty aminokwasowej, z wytworzeniem wiązania
peptydowego.



Wiązanie peptydowe ma charakter częściowo wiązania podwójnego co powoduje usztywnienie tego
układu oraz zablokowanie wokół niego rotacji przyległych atomów. Sprawia to, że wszystkie 4
atomy tworzace wiązanie ( C, O, N, H) znajdują się w jednej płaszczyźnie tzn są koplanarne i
pozbawione są możliwości wzajemnego ruchu.

Wiązanie peptydowe nie posiada ładunku w fizjologicznym pH. W fizjologicznym pH peptydy są
obdarzone ładunkiem elekrycznym dzięki ładunkom ich grup końcowych (karboksylowej i
aminowej) oraz polarnych grup R. Wartość tego ładunku zalęzy od wartości pK i otoczenia grup
dysocjujących oraz pH otoczenia. Podobnie jak każdemu aminokwasowi mozna pzyporzadkować pl,
tak każdemu peptydowi odpowiada punkt izojonowy – wartośc pH, przy której liczba protonów
związanych z grupami zasadowymi jest równa liczbie protonów odszczepionych przez grupy
kwasowe (wyrównanie liczby ładunków)
Wiążeni peptydowe nie absorbuje promieniowania z zakresu widzialnego, więc nie nadaje
zawierającym je związkom barwy. Pochłania pomieniowanie UV z zakresu λ = 220-230 nm.
Obecność wiązania peptydowego można wykazać za pomocą reakcji biuretynowej. Nazwa ta
pochodzi od biuretu (H2N – CO – NH – CO – NH2) najprostszego związku dającego pozytywny
wynik wspomniajej reakcji.
Przeprowadza się ją dodając do próby zasadowego roztworu siarczanu miedzi (CuSO4) wynik
pozytywny objawia się intensywnie fioletowym zabarwieniem.

Podział peptydów

Ze względu na ilość reszt aminokwasowych wchodzących w skład peptydu, wyróżniamy:
•

oligopeptydy (3-10; 3 – trójpeptydy, 4 – tetrapeptydy itd.)

•

polipeptydy (10 – 100)

•

białka (>100)

Zgodnie z innym kryterium (masy) peptydy o masie <10 kDa określane są jako polipeptydy zas o
masach większych jako białka.

Inny podział:



Homeomeryczne – złożone wyłącznie z aminokwasów



Heteromeryczne - zawierają dodatkowe elementy strukturalne



Homodetyczne – zawierają wyłącznie wiązania peptydowe



Heterodetyczne – występują też inne wiązania t.j: estrowe, disulfitowe, tioestrowe

Biologiczne funkcje peptydów:



Hormony np. TRH, ADH, OT



Neuroprzekaźniki i neuromodulatory np. enfekaliny, endorfiny, PS, neurotensyna,

samatostatyna



Toksyny np. mikrocystyny i nodularyny syntezowane przez cyjanobakterie



Antybiotyki np. walinomycyna, gramicydyna A i S, bleomycyna



Antyoksydanty np.GSH

Biologicznie ważne oligopeptydy:



Karnozyna i anseryna



Aspartan(słodszy od sacharozy)



Glutation



Enkefaliny



Angiotensyna II



Bradykinina



Wazopresyna, oksytocyna

Biologicznie ważne polipeptydy (przykłady):



Glukagon – ma istotne znaczenie w gospodarce węglowodanowej



Insulina - ma istotne znaczenie w gospodarce węglowodanowej



Endorfiny – tzw. Hormony szczęścia

Białka ( Proteiny)

 Wielkocząsteczkowe peptydy o masie od ok. 10000 Daltonów(Da) do milionów Da
 Polimery zawierające więcej niż 100 aminokwasów
 Podstawowy składnik materii organicznej, o kluczowym znaczeniu dla struktury i

funkcji komórek oraz dla regulacji procesów metabolicznych

 Olbrzymia różnorodność białek spotykanych w żywych organizmach wiąże się ze

zmiennością składu oraz sekwencji aminokwasów budujących łańcuchy
polipeptydowe, a także z obecnością innych nie aminokwasowych związków
chemicznych i ugrupowań

 W skład cząsteczki białkowej wchodzi ok. 20 różnych L-αaminokwasów, zwanych

aminokwasami białkowymi

Białka możemy podzielić ze względu na :

 Ich rozmieszczenie w organizmie
 Pełnioną funkcję
 Budowę
 Własności fizykochemiczne

Klasyfikacja białek

Proteiny wewnątrzkomórkowe:

 Białka cytoplazmatyczne
 Występujące specyficznie w poszczególnych organellach oraz błonach

Proteiny wydzielane pozakomórkowe:

 Pełnią w ustroju rozmaite funkcje strukturalne, fizjologiczne i biochemiczne

Ze względu na kształt cząsteczki i rozpuszczalność w wodzie białka dzieli się na:

 Globularne – w przybliżeniu kuliste, dobrze rozpuszczalne w wodzie
 Fibrylarne – kształt wydłużony, nierozpuszczalne w wodzie

Ze względu na stan skupienia białka dzieli się na:

 Stałe (kolagen, elastyna)
 Półpłynne (cytoplazmatyczne)
 Płynne (białka osocza)

Ze względu na budowę cząsteczki – obecność dodatkowych składników – białka dzielimy na :

 Białka proste (proteiny) – zbudowane wyłącznie z aminokwasów i nie posiadające

dodatkowych elementów: albuminy, globuliny, histony, protaminy, skleroproteiny

 Białka złożone (proteidy) – zawierające dodatkowe składniki niebiałkowe np. cząsteczki

węglowodanów (glikoproteiny), lipidów (lipoproteiny), resztę kwasu fosforowego
(fosfoproteiny), atom metalu ( metaloproteiny), cząsteczkę barwnika (chromoproteiny) lub
związane z kwasem nukleinowym (nukleoproteiny)

Ze względu na pełnione w organizmie funkcje białka dzielimy na:

 Enzymatyczne – np. dehydrogenaza mleczanowa (LDH), transaminaza

asparaginowa(AspAT), cyklooksygenaza (COX)

 Hormonalne – np. hormony przedniego płata przysadki (GH, PRL, ACTH, TSH, FSH,LH),

Hormony trzustki (insulina, glukagon), parathormon (PTH)

 Strukturalne – np. kolagen, elastyna, keratyna
 Transportowe – np. transferryna, hemoglobina (HGB), ceruloplazmina (CER),

transkobalamina (TC)

 Zapasowe – np. mioglobina, ferrytyna
 Odpornościowe – np. immunoglobuliny, białka układu dopełniacza (C), białka ostrej fazy
 Kurczliwe lub bezpośrednio biorące udział w ruchu – np. aktyna, miozyna, tropomiozyna,

troponina

 Toksyny – np. Tężcowa (tetanospamina i tetanolizyna), botulinowa, toksyna cholery

Role pełnione przez białka w organizmie:

 Budulcowa
 Zapasowa
 Enzymatyczna
 Regulacyjna
 Transportująca
 Ochronna
 Receptorowa
 Kurczliwa
 Onkotyczna
 Białka układu odpornościowego
 Hormony białkowe
 Toksyny
 Czynniki wzrostu i różnicowania komórek

Klasyfikacja białek

Białka pokarmowe dzielimy ze względu na przydatność dla organizmu na:

 Pełnowartościowe – złożone z aminokwasów egzogennych
 Niepełnowartościowe – złożone z aminokwasów endogennych

Białko w stanie natywnym (rodzimym) tzn. takim, w jakim występuje w organizmie w sposób
naturalny, pełniąc swoje biologiczne funkcje, przyjmuje określoną strukturę przestrzenną zwaną
konformacją.
W badaniach struktury protein określono kilka poziomów organizacji budowy molekularnej:
struktura I, II, III, IV – rzędowa ponieważ białka należą do najbardziej złożonych związków
chemicznych występujących w przyrodzie.

Białka struktura:

 Struktura I rzędowa: jest to kolejność wiązań kowalencyjnych, co w pewnych

przybliżeniu oznacza sekwencję aminokwasów.
Struktura ta jest określona informacją zawartą w odpowiednich genach i warunkuje
wszystkie przestrzenne struktury wyższego rzędu, a zatem i specyficzne własności fizyko –
chemiczne oraz funkcjonalne natywnych białek.

 Struktura II rzędowa: (α – helisa, β – forma, struktura włókna kolagenu) określa sposób

skręcenia łańcucha polipeptydowego czyli jego konformację, są to wszystkie struktury
uporządkowane, jakie łańcuch polipeptydowy może tworzyć w swoim przestrzennym
ułożeniu. Struktura ta stabilizowana jest przez wiązania wodorowe pomiędzy tlenem, a
wodorem występującym przy wiązaniu peptydowym.

W typowym białku globularnym jedynie około połowa aminokwasów wchodzi w skład struktur
α i β, podczas gdy reszta występuje w postaci struktur nieregularnych ( pętli i zwojów).
Szczególnie dotyczy to obu końców ( N i C) oraz reszt R lizyny. Obszary pętli warunkują głównie
właściwości powierzchni cząsteczek białek.
Bezładna struktura wiąże się z giętkością i łatwością dopasowania.
Wiele z obszarów bezładnych ulega organizacji pod wpływem specyficznych ligandów; z tego
powodu regiony nieregularne często występują w miejscach interakcji cząsteczek białek z innymi
cząsteczkami (ligandami), np. w centrach katalitycznych enzymów czy na powierzchni białek
odpornościowych, gdzie kształtują obszary oddziaływania przeciwciała z antygenem.

 Struktura III rzędowa określona jest przestrzennym ukształtowaniem całości łańcucha

polipeptydowego i obejmują zarówno struktury uporządkowane jak i nieuporządkowane.
W strukturze tej można wyróżnić trójwymiarowe domeny strukturalne, stabilizowane
dodatkowymi wiązaniami wodorowymi grup bocznych aminokwasów, wiązaniami
jonowymi, a także oddziaływaniami hydrofobowymi, siłami van der Waalsa oraz
kowalencyjnymi wiązaniami disiarczkowymi pomiędzy resztami cysteiny.
Białka stabilizowane kowalencyjnymi wiązaniami disiarczkowymi (S-S); to niektóre
enzymy (np. rybonukleaza), hormony (np. insulina) czy białka strukturalne (keratyna)
Struktura III rzędowa to wzajemne relacje położenia struktur II rzędowych

 Struktura IV rzędowa: występuje w przypadku białek oligomerycznych tzn. zbudowanych

z kilku podjednostek polipeptydowych – protomerów i charakteryzuje wzajemne ułożenie w
przestrzeni poszczególnych łańcuchów polipeptydowych.
Strukturę tę charakteryzuje oddziaływanie między polipeptydami. Opisuje ona sposób
ułożenia w przestrzeni kilku wzajemnie ze sobą oddziałowujących łańcuchów.
Ze względu na liczbę podjednostek wyróżniamy odpowiednio di-, tri-, tetrametry itd.
Homooligomery składają się z kilku identycznych podjednostek, podczas gdy
heterooligomery z różnych.
Różne protomery białek heterooligomerycznych pełnią zazwyczaj specyficzne funkcje, np.
katalityczne, regulacyjne czy rozpoznające ligandy.
Właściwości chemiczno-biologiczne białek podjednostkowych zależą od przestrzennej
orientacji ich podjednostek.

Przykłady metod stosowanych w badaniu białek: elektroforeza w żelu poliakrylamidowym (rysunek
w prezentacji)