Aminokwasy

• Aminokwasy są to związki drobnocząsteczkowe, będące podstawowymi jednostkami strukturalnymi peptydow i białek.

• W budowie białek wszystkich organizmow uczestniczy tylko 20 typowych aminokwasow.

• W cząsteczce typowego aminokwasu (a-aminokwasu) wyrożnia się centralnie położony atom węgla a, do ktorego przyłączone są kowalencyjnie: grupy aminowa i karboksylowa, atom wodoru oraz łańcuch boczny (R)

• Łańcuchy boczne determinują właściwości fizykochemiczne aminokwasow.

• Znanych jest ponad 200 aminokwasow

• W białkach (kodowanych) występuje tylko 20 aminokwasow

• Aminokwasy białkowe to a-aminokwasy

• Aminokwasy białkowe posiadają węgiel asymetryczny - izomeria optyczna, należą do szeregu L-analogia do kwasu L-(+) mlekowego:

• Związki organiczne zawierające przynajmniej jedną grupę aminową i karboksylową

• Aminokwasy hydrofobowe: Alanina, Walina, Leucyna, Izoleucyna, Prolina, Fenyloalanina, Metionina, Tryptofan

• Prolina - iminokwas , 4 -Hydroksyprolina występuje w kolagenie i żelatynie

• Aminokwasy hydrofilowe: Cysteina, Glicyna, Asparagina, Glutamina, Seryna, Treonina, Tyrozyna,

• Aminokwasy z grupami zasadowymi: Lizyna, Arginina, Histydyna,

• Aminokwasy z grupami kwasowymi: kwas asparaginowy, kwas glutaminowy

• Aminokwasy egzogenne dla organizmu to takie, ktorych organizm sam nie potrafi syntetyzować i muszą one być dostarczane z zewnątrz z pożywieniem

• D-Aminokwasy: w przyrodzie występuje ponad 20 D-aminokwasow.

• Zaliczają się do nich D-alanina i kwas D-glutaminowy ze ścian komorkowych pewnych bakterii oraz rożnorodne D-a-aminokwasy w antybiotykach.

• D-Phe - Gramicydyna S, D-Leu, D-Val - Gramicydyna A, D-Val - Walinomycyna

• Przykłady a-aminokwasów, które nie występują w białkach ale pełnią podstawowe funkcje w metabolizmie ssaków:

- Homocysteina - prod. pośredni w syntezie metioniny

- Homoseryna - prod. pośredni w katabolizmie treoniny, asparaginianu i metioniny

- Ornityna - prod. pośredni w katabolizmie treoniny, asparaginianu i metioniny

- Cytrulina - prod. pośredni w biosynt. mocznika

- Kwas argininobursztynowy - prod. pośredni w biosynt. mocznika

- Dopa - prekursor melaniny

- Tyroksyna - prekursor hormonów tarczycy

• Przykłady a-aminokwasow, ktore nie występują w białkach ale pełnią podstawowe funkcje w metabolizmie niższych form życia:

- kwas a-aminoadypinowy - produkt pośredni w biosyntezie lizyny u drożdży

- kwas a,e-diaminopimelinowy -składnik ścian komorek bakterii, produkt pośredni w biosyntezie lizyny u bakterii

- kwas a,b-diaminopropionowy - składnik antybiotyku wiomycyny

• Przykłady nie a-aminokwasow, ktore odgrywają ważną rolę w metabolizmie ssakow:

- b-Alanina - część koenzymu A i witaminy pantoteiny

- tauryna - występuje w żołci związana z kwasami żołciowymi

- kwas g-aminomasłowy powstaje z glutaminianu w tkance mózgowej, regulator aktywności nerwowej

Białka:

• Liczba aminokwasów:

- Peptydy od 2

- Oligopeptydy kilka-kilkanaście

- Polipeptydy poniżej 100

- Białka powyżej 100

• Łańcuchy polipeptydowe są utworzone z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi

• Łańcuch polipeptydowy tworzą: regularnie powtarzający się układ wiązań szkieletu i charakterystyczne łańcuchy boczne (R1, R2, R3, R4)

• Dipeptydy występują w mięśniach, funkcja buforująca (kwas mlekowy),

- Karnozyna (β-Ala-His),

- Anseryna (β-Ala-N-Met-His)

• Trójpeptydy działanie antyutleniające w komórkach,

- Glutation (γ-Glu-Cys-Gly), reaguje z H2O2 i nadtlenkami organicznymi

• Oligopeptydy i polipeptydy są często hormonami:

Oksytocyna	podwzgórze	skurcz macicy (początek porodu), wydzielanie mleka
Wazopresyna	podwzgórze	wzrost ciśnienia krwi, efekt antydiuretyczny
Insulina	trzustka (komórki β)	obniża poziom cukru we krwi
Glukagon	trzustka (komórki α)	podwyższa poziom cukru we krwi
Kalcytonina	tarczyca	obniża poziom wapnia we krwi
Gastryna	błona śluzowa żołądka	pobudza wydzielanie soków żołądkowych i pepsyny
Sekretyna	błona śluzowa jelit	pobudza trzustkę do syntezy i wydzielania soków trawiennych
Angiotensyna	plazma krwi	podnosi ciśnienie krwi; pobudza produkcję aldosteronu w nadnerczach
Bradykinina	plazma krwi	obniża ciśnienie krwi; zwiększa przepuszczalność naczyń; powoduje skurcz mięśni gładkich

• Struktura pierwszorzędowa: kolejność(sekwencja) aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym

• Struktura drugorzędowa:układ głównego łańcucha polipeptydowego bez uwzględniania konformacji łańcuchów bocznych cząsteczki białka

• Struktura trzeciorzędowa:przestrzenny układ wszystkich atomów w cząsteczce (podjednostce)

• Struktura czwartorzędowa: układ przestrzenny podjednostek w cząsteczce białka

• Grupa peptydowa jest płaska, ponieważ wiązanie między atomami azotu i węgla ma częściowo charakter wiązania podwójnego

• Mioglobina była pierwszym białkiem, którego 3-D strukturę określono na podstawie badań rentgenowskich (1960);sekwencja -1965r.

• Obecność mostków dwusiarczkowych w białkach wpływa w istotny sposób na ich konformację przestrzenną

• Rybonukleaza A, enzym trawienny, ma złożoną strukturę przestrzenną.

• Struktura czwartorzędowa białek

- RUBISCO -karboksylaza/oksygenaza1,5-rybulozobisfosforanu (RuBP)

- kluczowy enzym w fazie ciemnej fotosyntezy

- asymilacja CO2

- najpowszechniej występujące białko w biosferze (ok.. 40 X 106ton !)

• Klasyfikacja białek na podstawie ich funkcji biologicznej

Enzymy	rybonukleaza, lizozym, trypsyna
Białka zapasowe	owoalbumina, kazeina, ferrytyna (Fe), gliadyna, zeina
Białka transportowe	hemoglobina, hemocjanina, mioglobina (tlen), albumina surowicy (kwasy tłuszczowe), ceruloplazmina(Cu)
Białka kurczliwe	miozyna, aktyna, dyneina
Białka ochronne we krwi kręgowców	przeciwciała, fibrynogen, trombina
Toksyny	toksyna jadu kiełbasianego ,toksyna błonicy i cholery, jad węża, rycyna (roślinna)
Hormony	insulina, hormon wzrostowy (somatotropina), relaksyna
Białka strukturalne	relaksyna białka osłonki wirusów, glikoproteid, białka strukturalne błon,keratyna (włosy), sklerotyna, fibroina jedwabiu,kolagen (tkanka łączna, skóra, chrząstka), elastyna (naczynia krwionośne), mukoproteidy, białka cytoszkieletu: mikrotubule(tubuliny), mikrofilamenty (aktyna, tropomiozyna), filamenty pośrednie (fibronektyna)

• Białka proste:

protaminy	20kDa w jądrach, poł. z DNA, rozp. w H2O i kwasach,	łosoś, śledź
histony	duża zawartość Arg, Lys, rozp. w H2O i kwasach, w jądrach poł. z DNA u Eucariota,
albuminy	Dobrze rozp. w H2O	Leukozyna żyta, legumelina roślin strączkowych, rycyna, albumina surowicy
globuliny	Rozp. w r-rach soli	edestyna - nasiona konopi, glicynina - ziarna soi a-laktoglobulina mleka, immunoglubuliny
prolaminy	Rozp. w 50-90% etanolu, 30-45 Glu, ok. 15% Pro	Gliadyna - pszenica i żyto, hordenina - jęczmień, zeina - kukurydza
gluteliny	Rozp. w kwasach i zasadach w H2O i r-rach soli; duża zawartość Glu	Oryzeina ryżu, glutenina - pszenica Glutenina i gliadyna składająs ię na lepkie białko (gluten) mąki pszennej i żytniej
skleroproteiny	Nierozp. białka strukturalne, typowo zwierzęce	kolagen, keratyna, fibroina, elastyna

• Białka złożone:

Nukleoproteidy	kompleksy kwasów nukleinowych (DNA) z białkami (histony, protaminy, białka niehistonowe chromosomów), białka wirusowe
Glikoproteidy	Owomukoid jaja, γ-globulina krwi, przyłączanie oligosacharydów przez wiązanie O-glikozydowe(do Ser, Thr), N-glikozydowe(do N-końcowych grup NH2np. Lys, Asn), połączenia estrowe z Glu, Asp
Lipoproteidy	Β-lipoproteina osocza
Chromoproteidy	hemoglobina, mioglobina, cytochromy, katalaza, peroksydaza
Metaloproteidy	hemocjanina, plastocjanina, oksydaza fenolowa, oksydaza askorbinianowa(Cu), , dehydrogenaza alkoholowa (Zn), nitrogenaza(Mo)
Fosfoproteidy	Kazeina mleka (ok. 80% białek), witellina i fosfowityna żółtka jaja (58 % reszt fosfowityny stanowi P-Ser)

Enzymy:

• Enzymy - biokatalizatory

• przyspieszaja reakcję chemiczną,

• obniżają energię aktywacji,

• reakcja musi być termodynamicznie korzystna - spadek energii swobodnej,

• wszystkie enzymy są białkami,

• katalizują prawie wszystkie reakcje biochemiczne

• Struktura enzymow: białka proste lub złożone

• część niebiałkowa: grupa prostetyczna (silnie związana część składowa) lub koenzym (mogąca występować samodzielnie),

• enzym (holoenzym) = apoenzym + koenzym

• Koenzymy, grupy prostetyczne:

• Układy hemowe (cytochromy, hemoglobina),

• koenzymy nikotynamidowe (wit. PP, NAD, NADP),

• koenzymy flawinowe (ryboflawina, wit. B2, FMN, FAD),

• pirydoksal (wit. B6), kwas tetrahydrofoliowy, biotyna, koenzym A, wit. B12

• Czynniki wpływające na aktywność enzymow

• temperatura (denaturacja)

• pH

• Mechanizm reakcji enzymatycznej

- poprzez utworzenie kompleksu enzym-substrat E + S <-> ES -> E + P

- Model Koshlanda - wymuszonego dopasowania

- Model Fischera - klucza i zamka

• Cechy charakterystyczne miejsc katalitycznych enzymow

• Zajmują niewielką część enzymu

• Mają formę trojwymiarową

• Znajdują się zazwyczaj w szczelinach i bruzdach o charakterze hydrofobowym

• Substrat musi pasować kształtem do miejsca katalitycznego enzymu

- Teoria Fischera

- Teoria Koshlanda

• Substraty przyłączone są stosunkowo słabymi siłami, wolna energia oddziaływań od -3 do -12 kcal/Mol (siła wiązania kowalencyjnego: od -50 do -110 kcal/Mol)

• Dowody na istnienie kompleksu enzym-substrat

• Mikroskopia elektronowa, krystalografia rentgenowska

• Zmiana niektorych właściwości fizycznych

• Zmiany właściwości spektroskopowych (absorpcja, fluorescencja, EPR, NMR)

• Wysoka stereospecyficzność w stosunku do substratu

• Możliwość izolacji kompleksu: enzym-substrat

• Efekt wysycenia enzymu przy wzroście stężenia substratu

• Jednostki aktywności enzymatycznej

- Jednostka enzymu - taka ilość enzymu, ktora w określonych warunkach katalizuje przekształcenie jednego mikromola substratu w ciągu jednej minuty (pH, temp. 30C, wysycające stężenie substratu)

- Aktywność właściwa (molekularna) - ilość jednostek enzymu na 1 mg białka

- Liczba obrotow - liczba cząsteczek substratu przekształconych w produkt reakcji na jednostkę czasu, w warunkach pełnego wysycenia enzymu substratem.

• Inhibitory

• hamowanie nieodwracalne (np. grup -SH, CN-, CO, N3-)

• hamowanie odwracalne

• kompetycyjne (wspołzawodnictwo)

• niekompetycyjne

• Enzymy allosteryczne

- budowa podjednostkowa (np. hemoglobina)

• Międzynarodowa klasyfikacja enzymow

• Oksydoreduktazy

- Działające na -CH-OH

- Działające na -C=O

- Działające na -CH=CH

- Działające na -CH-NH

- Działające na -CH-NH

- Działające na NADH; NADPH

• Transferazy /przenoszenie grup funkcyjnych/

- Grupy jednowęglowe

- Grupy aldehydowe lub ketonowe

- Grupy acylowe

- Grupy glikozylowe

- Grupy fosforanowe

- Grupy zawierające S

• Hydrolazy

- Estry

- Wiązania glikozydowe

- Wiązania peptydowe

- Inne wiązania C-N

- Bezwodniki kwasowezy

• Liazy /rozszczepienie bez udziału cząsteczki H2O/

-C-C

-C-O

-C-N=

• Izomerazy

- Racemazy i epimerazy

- Izomerazy cis trans

- Oksydoreduktazy wewnątrzcząsteczkowe

- Transferazy wewnątrzcząsteczkowe

• Ligazy/tworzenie wiązań kosztem rozszczepienia ATP/

- C-O

- C-S

- C-N

- C-C

Węglowodany: SACHARYDY, CUKROWCE, CUKRY

• Wielowodorotlenowe aldehydy lub ketony oraz substancje, które po hydrolizie uwalniająte związki lub ich pochodne

• PODZIAŁ WĘGLOWODANÓW:

• Monosacharydy = jednocukry = cukry proste:

- glukoza-cukier gronowy (winogrona, miód), występuje w wielu płynach ustrojowych roślin i zwierząt (np. w sokach owocowych, krwi zwierząt), jest produktem hydrolizy polisacharydów

- galaktoza-składnik m.in. lipidów roślinnych, laktozy, wielocukrowców (gumy, śluzy, agar)

- fruktoza-cukier owocowy (owoce, miód); składnik sacharozy i wielocukrów (np. inuliny)

- ryboza-składnik kwasów nukleinowych, niektórych witamin i koenzymów

• Oligosacharydy

- kilkucukry złożone z kilku (od 2 do 10) monosacharydów:

- sacharoza-materiał zapasowy; w stanie wolnym występuje w sokach wielu roślin, szczególnie obficie w korzeniach buraka cukrowego oraz łodygach trzciny cukrowej; biała, krystaliczna substancja, bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie

- laktoza-cukier mlekowy

- maltoza -cukier słodowy (zawiera 2 cząsteczki glukozy); występuje głównie w kiełkujących nasionach; produkt hydrolizy skrobi i glikogenu

• Polisacharydy = wielocukry

- zbudowane są z dużej liczby monosacharydów (ich liczba może sięgać 3000)

A. Homopolisacharydy

- wielocukry jednoskładnikowe -zbudowane są z takich samych monosacharydów

- skrobia-polisacharyd zapasowy u roślin (występuje w bulwach ziemniaków, nasionach zbóż, ryżu itp.); stanowi podstawowy składnik pokarmowy człowieka i zwierząt roślinożernych -jest dla nich materiałem energetycznym

- celuloza= błonnik, najbardziej rozpowszechniona w przyrodzie substancja organiczna (1015kg celulozy rocznie ulega przemianom metabolicznym); materiał budulcowy ścian komórkowych roślin; znaczny procent celulozy zawiera drewno oraz łodygi np..: lnu, konopi, natomiast bawełna to prawie czysta celuloza

- glikogen-substancja zapasowa zwierząt (wątroba, mięśnie)

- chityna-buduje pancerze owadów i skorupiaków oraz ściany komórkowe grzybów

B. Heteropolisacharydy= wielocukry wieloskładnikowe

- zbudowane są z cząsteczek różnych monosacharydów:

- hemicelulozy, śluzy, gumy roślinne-(polimery pentoz, heksoz i kwasów uronowych)

- mukopolisacharydy-polisacharydy zwierzęce, zbudowane z kwasów uronowych i aminocukrów, występują w tkankach łącznych (heparyna, kwas hialuronowy, chondroityna)

• Funkcje węglowodanów:

- Materiał zapasowy (skrobia, glikogen)

- Materiał budulcowy (celuloza, chityna)

- Metabolity pośrednie (fosforany cukrów)

- Substancje przekaźnikowe w kaskadach sygnałowych (inozytol)

- Antygeny (glikoproteiny)

- Szkielet DNA i RNA

• Czynność optyczna cukrów

- cukry to związki optycznie czynne-wykazują zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji światła w prawo lub w lewo

- posiadają asymetryczne, nierówno cenne atomy węgla (centra asymetryczne)

- jeżeli w cząsteczce znajduje się„n”centrów asymetrycznych to liczba stereoizomerów wynosi 2n ;

- cukry szeregu D różniące się konfiguracją przy jednym węglu asymetrycznym to epimery,

• Mutarotacja-ustalanie się równowagi między formami αi β( anomery) w roztworze, związane ze zmianą skręcalności optycznej roztworu (z +113°na 52,5°), α→α+β

---