IMG61

4

od. tabałi 4*1

Nazwa J Symbol ] Wtór strukturalny__		pK,	pK,	pKs
Imlnokwasy	i HBW	ot-COOH	a-NHJ	Grupa R
Prolins	ProfPJ 1 ^H*	2,0	10.6

Fosforylacja i defosforylacja aminokwasów sc-ryny, treoniny i tyrozyny odgrywa główną rolę w szlakach transdukcji sygnału, dzięki którym komórki komunikują się i odpowiadają na sygnały otoczenia.

L-a-Aminokwasy w niskocząstcczk owych

łydach dodatkowo pełnią funkcję hormonów, | w postaci D- i L-aininokwasów występują w polipeptydowych antybiotykach wytwarzanych przez mikroorganizmy.

WŁAŚCIWOŚCI AMINOKWASÓW

Kod gonotyczny okroiła 20 Ł-a-amłnokwasów

Chociaż w' przyrodzie występuje ponad 300 różnych aminokwasów, tylko 20 spośród nich stanowi monomeryczne jednostki, z których budowane są szkielety białek. Podczas gdy tfójłiterowy kod genetyczny mógłby pomieścić ponad 20 aminokwasów, nadmiarowość uniwersalnego kodu ogranicza kodony dostępnych aminokwasów do 20 zebranych w tab. 4-1. Wskutek tego wszystkie białka zawierają odmienne proporcje tych 20 L-ot-aminokwasów.

W specyficznych białkach występują dodatkowa aminokwasy

Podczas gdy większość białek zawiera różną ilość tych samych 20 L-o-mrunokwasów (tab. 4-1), w niektórych z nich występują aminokwasy dodatkowe. Oprócz scienocystcuiy. która powstaje przez modyfikację seryny związanej i cząsteczką transportowego RN A (p. ro/dz 30), || dodatkowe aminokwasy powstają przez chemiczną modyfikację aminokwasów włączonych uprzednio w peptyd czy białko. Te „po-translacyjne" modyfikacje w powszechnie wy-stępujących aminokwasów obejmują pochodne N-końoiwycł) grup aminowych czy C-końcowych grup karboksylowych oraz peptydowo połączonych aminokwasów łańcuchów bocznych. Przykładem może być zamiana peptydy-loproliny i lizyny w 4-hydroksyprolinę i 5-hyd-roksylizynę. peptydyloglutaminianu w y-kar-boksyglutaminian oraz metylacja, formylacja, acctylacja. prcnylacja i fosforylacja grup funkcyjnych. Potranslacyjne modyfikacje nie mogą być wykryte standardowymi technikami sek-wcncjonowanin, ponieważ zawierają zmienione przez konwersję D-izomery niektórych L-ami-nokwasów. Takie modyfikacje zwiększają różnorodność biologiczną białek przez zmianę ich rozpuszczalności, stabilności, lokalizacji wewnątrzkomórkowej i interakcji z innymi białkami uczestniczącymi w sieciach sygnalizacji wykorzystujących fosforylację (p. rozdz. 11).

Tylko L-a-aminokwasy występują w białkach

Aminokwasy zawierąją dwie grupy funkcyjne, tj. aminową i karboksylową. W ot-amino-kwasach obie grupy są połączone z tym samym atomem węgla (ryc. 4-1). Atom węgla połączony /. czterema różnymi podstawnikami nazywany jest chiralnym. Z wyjątkiem glicyny, dla której R stanowi atom wodoru (ryc. 4-1), wszystkie c/tery podstawniki /wiązane z atomem węgła « aminokwasów są różne. To tetraedrycz-ne ułożenie czterech różnych podstawników wokół atomu węgla ot nadaje aminokwasom

ą-C-NH,

COOM I

o

Ryc, 4-1. Owi* formy prinditswwnii a-amino kwasu aktywność optyczną (zdolność do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego). Chociaż niektóre aminokwasy występujące w białkach są prawoskrętne, a niektóre lcwoskrętne, w pH 7,0 wszystkie mają bezwzględną konfigurację aldehydu ct-glicerynowego, opisuje się je więc jako L-a-aminokwasy.

U ssaków występują wolne D-amlnokwasy

Pula wolnych aminokwasów występujących ussaków to prawie wyłącznie L-izomery, ostatnio jednak wykazano obecność dwóch wolnych D-aminokwasów. Są to D-seryna występująca w przodomózgowiu oraz D-asparaginian obecny zarówno w mózgu. Jak i na obwodzie. Pomimo występowania D-aminokwasów w formie wolnej lub w peptydach u gatunków innych niż ssaki (p. rozdz. 5) tylko L-izomery aminokwasów wykrywa się w białkach. Dlaczego tak jest — nie wiadomo. Być może taka selekcja była wynikiem przypadkowego zdarzenia, które nastąpiło we wczesnych etapach ewolucji życia na ziemi.

Aminokwasy mogą mieć dodatni, ujemny bądź zerowy ładunek

Aminokwasy zawierają co najmniej dwie zjonizowane, słabo kwaśne grupy: —COOH i —NH |. W roztworze obie formy tych grup, jedna naładowana, a druga obojętna, występują w równowadze protonowej:

R—COOH <-+ R—COO + H ■^h R—NH j♦-♦ R—NH* + H*

W równowadze tej R—COOH i R—NH 3 reprezentują związki protonowe lub kwaśne, natomiast R—COO^- i R—NH.    zasady

sprzężone (protonobioreów) 2 odpowiednimi kwasami. Chociaż zarówno R—COOH, jak 1R—NH j są słabymi kwasami, R—COOH jest znacznie silniejszym kwasem niż R—N H V W pH osocza krwi czy przestrzeni śródkomor-kowej (pH odpowiednio 7,4 i 7,1) grupy karboksylowe istnieją prawie całkowicie jako jony karboksylowe    R—*COO'. Przy tych wartoś

ciach pH większość grup aminowych występuje w formie zasocjowancj (protonowej)

R—NH | że względu nu przewagę postaci /jonizowanej aminokwasów we krwi i większo* to tkanek, należy przedstawić ich budowę tuk jtk na ryc 4- 2A tonny cząsteczkowe, które zawierają równą liczbę zjonizowanych grup¹ o przeciwnym ładunku f w konsekwencji nie są obdarzone ładunkiem nazywa się jonami obuwniczymi (/wi tterions). Należy pamiętać, że struktura B (ryc. 4-2) nie może istnieć w żadnym pH. Przy dostatecznie niskim pH, w którym cofa się jonizacja grupy karboksylowej, znacznie słabsza kwaśna grupa aminowa będzie występować także w formie protonowej.

Przy pH wynoszącym 2 jednostki poniżej wartości pK_a, kwas w ok. 99% ma formę protonową. Jeżeli pH stopniowo wzrasta, to proton z grupy karboksylowej odłącza się znacznie wcześniej niż z grupy R—NH j. W każdym wystarczająco wysokim pH do powstania przc-* wagi grupy aminowej R—NH₂ musi być również obecny jon karboksylowy (R—COO"). Jednakże postać B stosuje się w wielu równaniach, w których nie jest istotna równowaga protonowa.

NH,⁺    NH,

"II    o II

O    O

A    B

Ryc. 4-2. Poprawna struktura zjonizowartego aminokwasu w pH fizjologicznym lub blisko pH fizjologicznego (A). Postać B (niezjonizowana} nie występuje w żadnym pH, ale jest często używana, dla wygody, przy omawianiu chemii aminokwasów.

Wartości pK, wyrażają moc słabych kwasów

Względna moc słabych kwasów wyna atę przez ich stałe dysocjacji K. lub przez Ich pK.

ujemny iogarytm ze stałej dysocjacji:

pK*= -tog K,

W tabeli 4-1 przedstawiono wartości pK. dła grup funkcyjnych 20 aminokwasów spotykanych w białkach.

Dla wygody, zapis a we frakcji dolnej K.« i pK* będzie dalej opuszczony. Rycina 4-3 przedstawia protonowe formy imidazołowej grupy histydyny i guanidynowej grupy argtniny. Obie występują jako rezonansowe hybrydy i w tej postaci mogą być przedstawione, iak to pokazano po prawej stronie, z dodatnim ładunkiem rozłożonym między dwa atomy azotu (histydyna) czy wszystkie trzy atomy azotu (argininak