AMINOKWASY

Budowa:

Aminokwasy to związki organiczne posiadające co najmniej jedną grupę aminową i karboksylową. Znakomitą większość aminokwasów stanowią α-aminokwasy, w których grupa aminowa dołączona jest do węgla α kwasu karboksylowego.

Ze względu na obecność w aminokwasach przynajmniej jednej grupy kwasowej i jednej zasadowej, związki te mają charakter amfoteryczny, co oznacza, że w zależności od pH środowiska ujawniają się ich kwasowe lub alkaliczne właściwości. Niskie pH cofa dysocjację grup karboksylowych, a wzmaga dysocjację grup aminowych (przyłączanie protonu), natomiast w środowisku alkalicznym zdysocjowane są jedynie grupy karboksylowe w wyniku odłączania protonu.

Klasyfikacja:

1. Wg stopnia kwasowości (punktu izoelektrycznego):

• obojętne (posiadające jedną grupę aminową i jedną karboksylową), np. glicyna, alanina, walina, leucyna;

• kwaśne (posiadające jedną grupę aminową i dwie karboksylowe), np. kwas glutaminowy i kwas asparaginowy;

• zasadowe (posiadające więcej niż jedną grupę aminową) np. arginina, lizyna, histydyna; lub posiadające grupę hydroksylową, np. treonina, seryna, tyrozyna.

2. Wg stopnia hydrofilności lub hydrofobowości:

• na aminokwasy hydrofobowe, zawierające rodnik węglowy alifatyczny (glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna) lub aromatyczny (tryptofan, tyrozyna, fenyloalanina);

• aminokwasy hydrofilne, zawierające zdolne do dysocjacji dodatkowe grupy kwaśne lub zasadowe,np. kwas glutaminowy, kwas asparaginowy, arginina, lizyna, histydyna, treonina, seryna, tyrozyna.

3. Wg obecności, bądź nieobecności siarki:

• siarkowe (cysteina, cystyna i metionina);

• pozostałe nie zawierające siarki.

4. Wg miejsca biosyntezy aminokwasu:

• aminokwasy egzogenne, otrzymywane wyłącznie z pokarmem, np. walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, tryptofan, treonina, metionina, lizyna;

• aminokwasy endogenne wytwarzane w komórkach – wszystkie pozostałe.

Peptydy, budowa wiązania peptydowego:

Wynikiem połączenia się grupy karboksylowej jednego aminokwasu i grupy aminowej innego aminokwasu jest wydzielenie się cząsteczki wody i powstanie nowego wiązania łączącego te aminokwasy – tzw. wiązania peptydowego. Atom wodoru występujący w wiązaniu peptydowym jest słabo związany z atomem azotu i może przemieszczać się w cząsteczce w kierunku atomu tlenu. Obydwa wymienione atomy posiadają wolne pary elektronów, do których atom wodoru pozbawiony swojego elektronu może się przyłączać, stąd też wiązanie peptydowe występuje w dwóch formach molekularnych. W jednej z tych form występuje podwójne wiązanie pomiędzy atomami azotu i węgla a więc wiązanie to ma w części charakter wiązania nienasyconego. Wiązanie podwójne jest sztywne i płaskie.

Rys. Powstawanie wiązania peptydowego między dwoma aminokwasami.

Ważne polipeptydy:

• insulina – anaboliczny hormon peptydowy o działaniu ogólnoustrojowym, ogrywającą zasadniczą rolę w metabolizmie węglowodanów, białek i tłuszczów. Cząsteczka insuliny składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych ze sobą dwoma mostami disiarczkowymi. Produkowana przez komórki trzustki. Główne działanie podlega homeostatycznej kontroli licznych mechanizmów, głównie hormonalnych.

Rozróżnianie aminokwasów:

1. Odróżnianie aminokwasów od innych związków.

Do próbówek z nieznanymi aminokwasami dodaje się 0,1% r-ru ninhydryny w acetonie i ogrzewa na łaźni wodnej. W obecności wolnego aminokwasu pojawia się fioletowe zabarwienie, a żółte w obecności wolnego aminokwasu.

1. Wykrywanie wolnych gr tiolowych

Do próbówek z nieznanymi aminokwasami dodaje się 20% NaOH i 2% octanu ołowiu, podgrzewa na łaźni wodnej. W obecności gr tiolowych tworzy się brunatno czarny osad.

1. Wykrywanie obecności pierścieni aromatycznych

Do próbówek z nieznanymi aminokwasami dodaje się stężonego kwasu azotowego, podgrzewa na łaźni wodnej. Po ostudzeniu dodaje się małymi porcjami 20% NaOH. W obecności pierścieni aromatycznych pojawia się pomarańczowe zabarwienie.

Wzory:

BIAŁKA

Właściwości:

Zbudowane z 20 aminokwasów o zróżnicowanych właściwościach. Związki amfoteryczne. Tworzą idealne r-ry koloidalne, dzięki temu, że składają się z wielu aminokwasów, tworzą duże cząsteczki. Mają dużą powierzchnię. W kompleksie sorpcyjnym w glebie pełnią funkcję „magazynowania” jonów. Otaczają się otoczką wodną która zapobiega koagulacji, czyli zlepianiu się wielu cząsteczek w duże agregaty widoczne gołym okiem jako zmętnienie r-ru. Otoczki wodne pełnia funkcje ochronne, zapobiegając odwodnieniu i wytrącenia się innych substancji. Niektóre białka są dobrze rozpuszczalne w wodzie (albuminy) inne zaś w rozcieńczonych r-rach soli, kwasów i zasad (globuliny, gluteliny, histony). Białka rozpuszczalne w wodzie pełnia zazwyczaj funkcje enzymatyczne, a nierozpuszczalne funkcje strukturalne. Istnieje takie pH – punkt izoelektryczny – r-ru, w którym dysocjacja obydwu rodzaju grup jest tak samo silna i dzięki temu sumaryczny ładunek całej cząsteczki jest zerowy.

Otoczka wodna – otacza białko, zapobiega koagulacji czyli zlepiania się wielu cząsteczek w duże agregaty widoczne gołym okiem jako zmętnienie roztworu. Pełnią funkcję ochronną zapobiegając odwodnieniu i wytracaniu się innych substancji.

Punkt izoelektryczny - wartość pH, przy której następuje jednakowy stopień dysocjacji obydwu rodzajów grup funkcyjnych aminokwasu, w wyniku czego cząsteczki tego aminokwasu utrzymywane są w stanie tzw. jonu obojnaczego o zerowym sumarycznym ładunku elektrycznym

Ładunek elektryczny – . Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Ładunki elektryczne są skwantowane, elektronowi przypisano elementarny ładunek ujemny, protonowi dodatni

Denaturacja - pozbawienie substancji jej naturalnych właściwości.

Denaturacja białka - Podczas denaturacji niszczone są wiązania wodorowe, a w obecności odczynników redukujących zerwaniu ulegają mostki dwusiarczkowe. Podczas denaturacji zachodzą także zmiany rozpuszczalności i przesunięcie punktu izoelektrycznego

Liofilizacja – suszenie sublimacyjne zamrożonych substancji. W metodzie tej rozpuszczalnik jest usuwany w obniżonej temperaturze i pod zmniejszonym ciśnieniem. Umożliwia suszenie produktów termolabilnych (nieodpornych na ogrzewanie).

Struktura białka:

1. Struktura I-rzędowa

Najważniejszy czynniki kształtujący strukturę cząsteczki danego białka. Jest to sekwencja aminokwasów. Aminokwasem pierwszym jest ten, który ma wolną grupę aminową , a z kolei aminokwas ostatni to ten, który ma wolną grupę karboksylową. Struktura I rzędu jest trwała, ponieważ tworzą ją silne, atomowe wiązania peptydowe

1. Struktura II-rzędowa

Lokalne struktury powstające w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy tlenem a wodorem. Wiązania wodorowe są znacznie słabsze od peptydowych.

Formy przestrzenne struktury II-rzędu:

• Struktura α: wiązania peptydowe skręcają się śrubowo; wiązania wodorowe powstają pomiędzy każdym piątym aminokwasem z tej samej cząsteczki białkowej

• Struktura β: przypomina powierzchnię porównywalną do pofałdowanej kartki papieru; wiązania wodorowe powstają między aminokwasami leżącymi w oddalonych częściach cząsteczki albo między różnymi cząsteczkami danego białka.

  1. Struktura III-rzędowa

Powstaje w wyniku ukształtowania przestrzennego białka posiadającego II-rzędową strukturę. Powstaje w skutek tworzenia się wiązań: wodorowych, peptydowych, hydrofobowych, π oraz sił Van der Waalsa.

4. Struktura IV-rzędowa

Opisuje ilość i wzajemne położenie podjednostek cząsteczkowych.

Białka proste - białka składające się wyłącznie z łańcuchów polipeptydowych, zbudowane wyłącznie z aminokwasów np. Protaminy, histony, prolaminy, gluteiny. Ze względu na kształt cząsteczek wyróżnia się białka fibrylarne i globularne.

Białkami złożonymi są natomiast te, które oprócz części polipeptydowej zawierają części niebiałkowe np. fosfoproteiny, glikoproteiny, metaloproteiny.

Białka zwierzęce: miozyna, hemoglobina, keratyna, kolagen.

Białka roślinne: albuminy, globuliny, prolaminy i gluteliny, fitochelatyny.

Metody badania struktury białek:

1. Wykrywanie wiązań peptydowych (reakcja biuretowa Piotrowskiego)

Do trzech próbówek wprowadza się r-r białka z jaja kurzego, kazeiny i glicyny, następnie 10% NaOH, 0,5% CuSO₄. W obecności wiązań peptydowych pojawia się fioletowe zabarwienie.