AMINOKWASU I BIAA
KA
Podział aminokwasów
1. ze względu na budowę
Ze względu na konfigurację podstawników przy atomie a�
D i L aminokwasy
OH OH
O O O O
OH OH
C C
C C
H2N C H H2N C H
H C NH2 H C NH2
R CH2 OH
R CH2 OH
L-aminokwas D-aminokwas
Ze względu na właściwości kwasowo zasadowe
obojętne  mające jedną grupę aminową i jedną karboksylową
glicyna Gly
alanina Ala
walina Val
leucina Leu
izoleucyna Ile
fenyloalanine Phe
metionina Met
prolina Pro
tryptofan Trp
cysteina Cys
seryna Ser
treonina Thr
asparagina Asn
glutamina Gln
tyrozyna Tyr
kwaśne  mające dwie grupy karboksylowe i jedną aminową
kwas asparaginowy Asp
kwas glutaminowyGlu
zasadowe  mające dwie grupy aminowe i jedną karboksylową
lizyna Lys
arginina Arg
histydyna His
1.
Wzory
Aminokwasy obojętne, apolarne
Aminokwasy obojętne, polarne
Aminokwasy kwaśne
Aminokwasy zasadowe
2.
Ze względu na zapotrzebowanie organizmu
Aminokwasy egzogenne - aminokwasy, które nie są wytwarzane przez organizm, a ich obecność w białkach
spożywanych decyduje o wartości odżywczej.
Zaliczamy do nich:
Arginina*
Lizyna
Metionina
Leucyna
Izoleucyna
Histydyna*
Fenyloalanina
Treonina
Tryptofan
Walina
* niezbędny młodych osobników
Aminokwasy endogenne- aminokwasy, które są syntezowane w organizmie ludzkim.
Zaliczamy do nich wszystkie pozostałe aminokwasy
Ze względu na metabolizm
Aminokwasy ketogenne  w wyniku metabolizmu następuje wyraz
ny wzrost stężenia ciał ketonowych. Do
aminokwasów ketogennych zaliczamy:
leucynę,
fenyloalaninę,
tyrozynę.
Zarówno keto-, jak glukogenne są:
izoleucyna
hydroksyprolina.
Aminokwasy glukogenne  powodują wzrost syntezy glukozy i glikogenu. Do aminokwasów glukogennych
zaliczamy:
glicynę
alaninę
serynę
treoninę
walinę
kwas asparaginowy
kwas glutaminowy
histydynę
argininę
prolinę
cysteinę
WA
AŚCIWOŚCI KWASOWO-ZASADOWE
13 spośród aminokwasów białkowych posiada tylko dwie grupy funkcyjne zdolne do jonizacji.
W postaci krystalicznej występują one jako, tak zwane, jony obojnacze, w których zarówno grupa karboksylowa, jak
i aminowa są zjonizowane:
3.
COO-
COOH
+
+
H3N C H
H3N C H
H3O+
+
H3C C CH3
H3C C CH3
H
H
COO-
COO-
+
H3N C H
H2N
C H
OH-
+
H3C C CH3
H3C C CH3
H
H
jon obojnaczy waliny
i w takiej postaci przechodzą do roztworu podczas rozpuszczania ich w wodzie.
Jon obojnaczy ma właściwości amfiprotyczny i może reagować zarówno z kwasem;
COO-
COOH
+
+
H3N C H
H3N C H
H3O+
+
H3C C CH3
H3C C CH3
H
H
jak i zasadą:
COO-
COO-
+
H3N C H
H2N
C H
OH-
+
H3C C CH3
H3C C CH3
H
H
W roztworach wodnych jony obojnacze ulegają dwojakiego rodzaju protolizie:
COO- COOH
+ +
H3N C H + H2O H3N C H + OH-
R R
a.
COO-
COO-
+
H3N C H + H2O H2N C H + H3O+
R R
b.
W roztworze wodnym aminokwasu obojętnego istnieje stan równowagi pomiędzy wszystkimi jonowymi postaciami
aminokwasu:
4.
COOH COO-
COO-
+ OH - +
OH -
H3N C H H3N C H
H2N C H
H3O+
H3O+
R K1 R
R
K2
kwas kationowy jon obojnaczy zasada anionowa
który w zależności od pH roztworu ulega przesunięciu
- środowisku kwaśnym w - kierunku kwasu kationowego
- środowisku zasadowym  w kierunku zasady anionowej
W roztworze aminokwasu kwaśnego występują cztery, będące w stanie równowagi formy jonowe:
kwas kationowy jon obojnaczy amfiprotyczny anion zasada anionowa
Dla aminokwasów obojętnych i kwaśnych
pK1 + pK2
pHi =
2
Podobnie jest w roztworze aminokwasu zasadowego;
COO-
COOH COO- COO-
+
+ OH -
OH - OH - H2N C H
H3N C H
H3N C H H2N C H
H3O+
H3O+ H3O+
H C H H C H
H C H H C H
K2
K1
K3
H C H H C H
H C H H C H
H C H
H C H
H C H H C H
+
+ +
CH2 NH3 CH2 NH2
CH2 NH3 CH2 NH3
kwas kationowy amfiprotyczny kation jon obojnaczy zasada anionowa
W przypadku aminokwasów zasadowych zazwyczaj pierwsza ulega, ze wzrostem pH roztworu, główna grupa
aminowa (a� - aminowa). Odwrotnie jest jednak w przypadku histydyny:
+ +
NH3 NH3
OH-
CH2 CH CH2 CH COO -
COOH
H3O+
+ +
HN NH HN NH
+
NH3 NH2
OH-
CH2 CH CH2 CH COO -
COO - OH-
H3O+
H3O+
+
HN N HN NH
5.
a wartość pHi dla wszystkich aminokwasów zasadowych jest równa
pK2 + pK3
pHi =
2
PEPTYDY
Aminokwasy, dzięki obecności w ich cząsteczkach grup karboksylowych i aminowych mogą reagować między sobą,
tworząc peptydy:
O O
NH2 CH C OH H2N CH C OH
+
R1 R2
O O
NH2 CH C HN CH C OH
R1 R2
Cechy wiązania peptydowego
Wiązanie peptydowe może przyjmować dwie konfiguracje:
C H C C
C N C N
i
O C O H
trans cis
przy czym zwykle uprzywilejowaną konfiguracją, ze względów energetycznych, jest konfiguracja trans.
Inną charakterystyczną cechą wiązania peptydowego, wynikającą z efektu rezonansowego, jest planarność
wiązania peptydowego. Oznacza to, że wszystkie atomy wchodzące w skład tego wiązania oraz atomy węgla w
pozycji a� w stosunku do tego wiązania leżą w jednej płaszczyz
nie.
NAZEWNICTWO PEPTYDÓW
O O O
NH2 CH C HN CH C NH CH C OH
R1 R2
R3
Nazwę peptydu rozpoczynamy zawsze od aminokwasu z wolna grupą a�-aminową i kończymy nazwą aminokwasu z
wolna grupą karboksylową
Jeśli aminokwasem a łańcuchu bocznym R1 jest na przykład walina, aminokwasem o łańcuchu bocznym R2  alanina,
a R3  histydyna, to tripeptyd taki nazywamy: walilo-alanylo-histydyna.
Jeśli aminokwasem o łańcuchu bocznym R3 byłby aminokwas kwaśny, na przykład kwas asparaginowy, to nazwę
peptydu rozpoczynamy od słowa kwas i wówczas nosiłby on nazwę
kwas walilo-alanylo-asparaginowy.
TRWAA
OŚC WI
ZANIA PEPTYDOWEGO
Wiązanie peptydowe w peptydach ulega w podwyższonej temperaturze, w obecności zarówno mocnych kwasów, jak
i mocnych zasad hydrolizie do aminokwasów, z których jest zbudowany ten peptyd:
O O
H2N CH CH2 CH2 C NH CH C NH CH COOH
COOH CH2SH H
Na przykład glutation w takich warunkach ulega hydrolizie do:
kwasu glutaminowego
6.
cysteiny i
glicyny
O O
H2N CH CH2 CH2 C NH CH C NH CH COOH
COOH CH2SH H
O
O
H2N CH CH2 CH2 C OH
NH2 CH C OH
+
+ NH2 CH COOH
COOH
CH2SH
H
kwas glutaminowy
cysteina
glicyna
STRUKTURA BIAA
EK
Zgodnie z propozycja Lindestroma  Langa do opisu struktury białek wprowadzono pojęcia struktury:
- pierwszorzędowej
- drugorzędowej
- trzeciorzędowej
uzupełnione przez Bernala pojęciem struktury
- czwartorzędowej.
Struktura pierwszorzędowa określa liczbę i sekwencję, połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi,
aminokwasów.
Struktura drugorzędowa opisuje ułożenie (konformacje) jednych odcinków łańcucha polipetydowego względem
innych, będące wynikiem tworzenia wiązań wodorowych pomiędzy grupą >C=O jednego i grupą  NH  drugiego
wiązania peptydowego.
TYPY STRUKTUR DRUGORZ
DOWYCH BIAA
KA
C
O
C
O
H
N
H
N
a�-HELIKS
7.
O C
O C O C CH2
N H
N H O C
N H
HC
HC HC CH
C O
C O C O N
H
H N
H N H N C O
CH
CH CH HC
O C
O C O C N H
CH2
N H N H O C
STRUKTURY POFAA
DOWANEJ KARTKI (STRUKTURY b� )
równoległa antyrównoległa
STRUKTURA KOLAGENU
Pojęcie struktury trzeciorzędowej odnosi się do trójwymiarowego pofałdowania pojedynczego łańcucha
polipeptydowego, które jest wynikiem oddziaływań pomiędzy łańcuchami bocznymi aminokwasów tego
polipeptydu. Struktura czwartorzędowa to przestrzenne ułożenie kilku łańcuchów polipeptydowych względem siebie,
stabilizowane wiązaniami tego samego typu, co struktura (III  rzędowa).
WI
ZANIA STABILIZUJ
CE STRUKTURY III- i IV-RZ
DOWE
NH CH CH2 SH HS CH2 CH NH
C O C O
2H
NH CH CH2 S S CH2 CH NH
C O C O
H2C S S CH2
Wiązanie disiarczkowe  kowalencyjne
8.
_
+
COO H3N
Wiązanie jonowe
O
O
C
C H O CH2
O
H2N: H O CH2
Wiązania wodorowe
CH3 CH3
CH2 CH CH CH2
CH3 CH3
Wiązania hydrofobowe Oddziaływania typu asocjacji warstwowej
Schematyczne przedstawienie III  rzędowej struktury białka
CZWARTORZ
DOWA STRUKTURA BIAA
KA
Wiele białek zbudowanych jest z kilku łańcuchów polipeptydowych  podjednostek (monomerów) tego białka.
Tworzą one asocjaty (kompleksy) białkowe, a wzajemne ułożenie przestrzenne tych podjednostek nazywane jest
strukturą czwartorzędową białka. Struktura ta jest stabilizowana takimi samymi wiązaniami i oddziaływaniami, co
struktura III  rzędowa tyle, że pomiędzy łańcuchami bocznymi aminokwasów wchodzących w skład różnych
polipeptydów.
9.
Schematyczne przedstawienie IV  rzędowej struktury białka
Dodatkowym czynnikiem stabilizującym strukturę cząsteczek białka jest oddziaływanie cząsteczek wody ze
znajdującymi się na powierzchni cząsteczek białkowych polarnymi wiązaniami peptydowymi oraz polarnymi
łańcuchami bocznymi niektórych aminokwasów. Niektóre z cząsteczek wody, niezależnie od tworzenia otoczek
hydratacyjnych, tworzą mostki pomiędzy poszczególnymi grupami polarnymi białka lub wchodzą w skład sieci
łączących większą liczbę grup polarnych.
WYSALANIE BIAA
EK
W rozworze wodnym cząsteczki białka tworzą micele, których schemat przedstawiono na poniższym rysunku:
+ +
+
+
warstwy jonowe
-
- - +
+
- -
+
+ - -
warstwa hydratacyjna
- -
cząsteczka białka
+
+
-
-
+
+ -
-
-
-
+
+
- -
-
+
+
+ +
Schemat miceli białka
Wzrost stężenia jonów nieorganicznych w roztworze białka zwiększa konkurencje o wodę hydratacyjną
pomiędzy cząsteczkami białka i jonami na korzyść tych ostatnich. Woda jest usuwana z miceli, które stopniowo
zanikają, siły odpychania pomiędzy jednoimiennie naładowanymi cząsteczkami białka maleją. Tworzą się agregaty
białkowe o dużej masie, dzięki czemu białko ulega wytrąceniu
z roztworu. Proces takiego wytrącenia nazywamy wysalaniem białka.
Do zniszczenia otoczek hydratacyjnych cząsteczek białka może dojść również pod wpływem substancji
tworzących wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. Substancjami takimi są, na przykład, zimny etanol i zimny
aceton.
DENATURACJA BIAA
KA
Proces niszczenia natywnej struktury białka, poprzez niszczenie wiązań stabilizujących charakterystyczną dla
tego białka strukturę przestrzenną, nazywamy denaturacja białka. Czynniki denaturujące różnią się między sobą
rodzajem wiązań, które ulegają rozerwaniu pod ich wpływem, a zatem skalą powodowanych zniszczeń (deformacji
cząsteczki białkowej).
Ciepło, promieniowanie jonizujące i rentgenowskie, ultradz
więki niszczą praktycznie wszystkie wiązania, ze
wyjątkiem wiązań peptydowych są, więc czynnikami niespecyficznymi. Inne czynniki denaturujące powodują
zniszczenie określonego typu wiązań wykazując specyfikę w stosunku do tych wiązań.
Mocne kwasy i zasady (silne obniżenie lub silne podwyższenie pH roztworu) powodują zmianę jonizacji
niektórych grup funkcyjnych. Skutkiem tego rozerwaniu ulegają wiązania jonowe i niektóre wodorowe:
+
+
+ H3O+
COOH
COO- H3N
H3N + H2O
+
-
+ OH
COO- H3N COO-
H2N + H2O
O
O
C
H O CH2
+ H3O+
C
H O CH2
+ H2O
O
OH
10.
Sole metali ciężkich, ze względu na dużą łatwość tworzenia trudnorozpuszczalnych siarczków, niszczą wiązania
dwusiarczkowe:
S S + 2Ag+ 2
S Ag
Wiązania te mogą być również rozerwane pod wpływem silnych reduktorów:
S S + 2H-Red
+ Red
+
SH HS
Rozpuszczalniki, takie jak etanol czy aceton niszczą wiązania wodorowe tworząc własne, konkurencyjne
wiązania tego typu z łańcuchami bocznymi aminokwasów. Podobnie działają mocznik i guanidyna.
Apolarne rozpuszczalniki organiczne powodują niszczenie przede wszystkim wiązań hydrofobowych, osłabianie
sił van der Waalsa i efektów asocjacji warstwowej, poprzez wnikanie pomiędzy łańcuchy boczne aminokwasów
apolarnych.
Denaturacja białka związana jest ze zmniejszeniem stanu uporządkowania struktur cząsteczki białkowej, a tym
samym wzrostem entropii. Białko zdenaturowane jest zawsze trudniej rozpuszczalne niż białko natywne. Nie zawsze
jednak zmiana rozpuszczalności jest na tyle duża, aby białko uległo wytrąceniu z roztworu w wyniku denaturacji.
Proces denaturacji bywa najczęściej, ale nie zawsze, procesem nieodwracalnym. Jeżeli czynnik denaturujący
powoduje zniszczenie niewielkiej liczby wiązań, możliwy jest  po usunięciu tego czynnika denaturującego  proces
przywrócenia natywnej struktury cząsteczce białkowej. Proces taki nazywa się renaturacją. Jednym z warunków
pomyślnej renaturacji, nawet przy niewielkiej skali zniszczeń, jest możliwie najwolniejsze prowadzenie procesu
renaturacji. Zbyt szybka renaturacja mogłaby, bowiem, prowadzić wprawdzie do odtworzenia zniszczonych wiązań,
ale niekoniecznie między tymi samymi, co poprzednio łańcuchami bocznymi, jak to pokazano na rysunku.
a. renaturacja prowadzona powoli
b. renaturacja prowadzona szybko
11.