1. Medicina, Aminokiseline,Peptidi,Proteini

Univerzitet u Tuzli

Prof. Dr. Lejla Begić

Medicinski fakultet Tuzla

Predavanja na dodiplomskom studiju

Preuzeto od katedre za Biohemiju, Prof. Dr. Lejla

Begić

Univerzitet u Tuzli




Proteini su najrasprostranjenije biološke makromolekule.

Prisutni su u svim ćelijama i dijelovima ćelija.

Veličina proteina može varirati od malih peptida do velikih polimera. Naziv potiče od grčke riječi “protos” što znači prvi ili prije svih.

Svi proteini, počevši od E.coli do čovjeka, sastavljeni su iz seta od 20 aminokiselina.

Univerzitet u Tuzli




U ćeliji nastaju proteini sa različitim osobinama kombinacijomsamo 20 gradivnih elemenata međusobno povezanih kovalentnim vezama u karakterističnoj linearnoj sekvenci.

U proteine spadaju: enzimi, hormoni, antitijela, transporteri, mišići, proteini očne leće, perje, paukova mreža, rog nosoroga, proteini mlijeka, antibiotici, otrovi gljiva i mnoštvo drugih supstanci sa različitim biološkim djelovanjem.

Univerzitet u Tuzli




Luciferin je protein svica koji učestvuje u reakciji stvaranje svjetla.

Univerzitet u Tuzli




Eritrociti sadrže protein hemoglobin.

Univerzitet u Tuzli




Svi kičmenjaci stvaraju protein keratin koji je glavna komponenta kose, rogova, vune, noktiju, perja.

Univerzitet u Tuzli




Proteini su dehidratacioni polimeri aminokiselina.

Mogu se razložiti do aminokiselina različitim postupcima.

Asparagin je prva otkrivena aminokiselina (1806.), dok je zadnja treonin otkriven 1938. godine.

Sve aminokiseline imaju trivijalna imena najčešće po izvoru iz kojeg su izolovane.

Univerzitet u Tuzli




Aminokiseline imaju zajedničke strukturne karakteristike.

Svih 20 standardnih aminokiselina koje čine proteine su α- aminokiseline.

Univerzitet u Tuzli




Karboksilna i amino grupa vezane su za isti C-atom, označen kao α- karbon.

Aminokiseline se međusobno razlikuju po bočnom lancu ili R- grupama.

R-grupe se razlikuju po strukturi, veličini i električnom naboju što utiče na topivost aminokiseline u vodi.

Sve α- aminokiseline, izuzev prolina, imaju ovakvu strukturu. Prolin je ciklična aminokiselina.

Univerzitet u Tuzli




U praksi postoje dva način numeracije karbon atoma aminokiselina.

Univerzitet u Tuzli




U svih standardnih aminokiselina, izuzev glicina, α- karbon je vezan za 4 različite grupe: karboksilnu, amino grupu, R-ostatak i hidrogen atom. Zato C-atom predstavlja hiralni centar.

Sve molekule sa hiralnim centrom su optički aktivne jer zakreću ravan polarizovane svjetlosti

Univerzitet u Tuzli




Četiri različite grupe mogu zauzeti dva prostorna rasporeda koji se ne preklapaju i predstavljaju stereoizomere-enantiomere.Dva stereoizomera predstavljaju predmet i lik u ogledalu.

Univerzitet u Tuzli




Perspektivni način prikazivanja stereoizomera.

Pune linije su ispred ravni slike (papira), a iscrtkane iza.

Univerzitet u Tuzli




Horizontalne linije su ispred ravni slike (papira), a verikalne iza.

Univerzitet u Tuzli




Sterički odnos stereoizomera alanina sa apsolutnom konfiguracijom L- i D- gliceraldehida.

Apsolutna konfiguracija jednostavnih šećera i aminokiselina specificirana je pomoću L- i D- sistema.

Univerzitet u Tuzli




E. Fischer je predložio da se apsolutna konfiguracija šećera i aminokiselina određuje prema konfiguraciji gliceraldehida.

Univerzitet u Tuzli




Aminokiselinski ostaci u proteinima su L-stereoizomeri.

D-aminokiselinski ostaci su nađeni smo u nekoliko malih peptida (peptidi ćelijskog zida bakterija i neki peptidni antibiotici).

Ćelije specifično sintetiziraju L-izomere aminokiselina zato što su aktivna mjesta enzima asimetrična.

Reakcije koje enzimi kataliziraju su stereospecifične.

Univerzitet u Tuzli




Aminokisline se dijele na 5 klasa na osnovu polarnosti R-grupa, odnosno njihove tendencije da reaguju s vodom pri biološkom pH:

1. Nepolarne alifatske R grupe

2. Aromatske R-grupe

3. Polarne nenaelektrisane R-grupe

4. Pozitivno naelektrisane (bazne) R-grupe

5. Negativno naelektrisane (kisele) R-grupe

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




R-grupe ovih aminokiselina su nepolarne i hidrofobne. Međusobno se privlače hidrofobnim interakcijama i na taj način stabiliziraju strukturu proteina.

Univerzitet u Tuzli




Bočni lanci ovih aminokiselina su relativno nepolarni.

Tirozin i triptofan su polarniji od fenilalanina.

Hidroksilna grupa tirozina može formirati vodikove veze.

Univerzitet u Tuzli




Tirozin i triptofan, te u mnogo manjoj mjeri fenilalnin, apsorbuju ultravioletno svjetlo.

Apsorpcija pri 280 nm koristi se za karakterizaciju proteina.

Univerzitet u Tuzli




Ova skupina aminokiselina je topiva u vodi jer sadrži funkcionalne grupe koje formiraju vodikove veze sa vodom.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Najhidrofilnije su aminokiseline koje nose pozitivan ili negativan naboj.

Među aminokiselinama jedino histidin ima jonizabilni bočni lanac sa pKa u blizini neutralnog.

Univerzitet u Tuzli




Dvije aminokiseline imaju grupe sa negativnim neto nabojem.

Univerzitet u Tuzli




Nestandardne aminokiseline nastaju modifikacijom standardnih ostataka koji su već ugrađeni u polipeptid.

Hidroksilizin i hidroksiprolin ulaze u strukturu kolagena.

Metillizin je konstituent miozina.

Gama-karboksiglutamat ulazi u strukturu protrombina i drugih proteina koji vežu kalcijum.

Komplicirana aminokiselina dezmozin sadrži četiri lizinska ostatka i ulazi u strukturu elastina.

Selenocistein je rijetka aminokiselina koja sadrži selen umjesto sumpora u cisteinu. Ulazi u sastav enzima glutation peroksidaze.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




U ćelijama je otkriveno oko 300 dodatnih aminokiselina. Ornitin i citrulin učestvuju u metabolizmu arginina i u ciklusu uree.

Univerzitet u Tuzli




Aminokiseline mogu djelovati kao kiseline i kao baze.

Supstance koje imaju ovakvu dvostruku, amfoternu, prirodu nazivaju se amfoliti.

Univerzitet u Tuzli




Neionske forme se ne javljaju u značajnoj količini u vodenim otopinama.

Zwitterion je predominantna forma u neutralnom pH.

Univerzitet u Tuzli




Aminokiselinska titracija predstavlja postupno dodavanje ili oduzimanje protona.

Titracijska kriva diprotske forme glicina ukazuje na dva različita stanja koja odgovaraju deprotonizaciji dvije različite grupe glicina, karboksilne i amino grupe.

Svako od ovih stanja oblikom odgovara titracijskoj krivulji monoprotske aminokiseline (sirćetna kiselina).

Univerzitet u Tuzli




Pri veoma niskom pH dominira protonizirana forma glicina.U sredini prve faze titracije, kada karboksilna grupa glicina gubi proton, prisutna je jednaka koncentracija proton donora i proton akceptora pa je neto naboj + 0,5.

+1 0 -1

Tačka infleksije se dostiže kada je pH jednak pKa protonizirane grupe koja se titrira.

pH vrijednost pri prvoj tački infleksije za glicin iznosi 2,34 i predstavlja pKa karboksilne grupe.

Univerzitet u Tuzli




Produžavanjem titracije druga važna tačka se dostiže pri pH 5,97. Ovo je druga tačka infleksije pri kojoj je uklanjanje protona sa karboksilne grupe kompletirano i započinje uklanjanje 2. protona.Ovaj pH predstavlja pI vrijednost pošto glicin nema ionizabilne grupe u bočnom lancu.Glicin se pri ovom pH nalazi u dipolarnoj formi.

+1 0 -1

Druga faza titracije predstavlja uklanjanje protona sa NH3 grupe glicina. pH na sredini te faze iznosi 9,60 što je jednako pKa vrijednosti NH3 grupe. Neto naboj aminokiseline je - 0,5. Titracija se kompletira pri pH 12 kada je dominantna negativna forma glicina.

Univerzitet u Tuzli




Titraciona kriva aminokiseline glicina. Ionski oblici koji prevladavaju pri ključnim tačkama titracije prikazani su iznad grafika.

Osjenčeni dijelovi pri pk1 2,34 i pk2 9,60 predstavljaju područja najveće puferske moći.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Karboksilna grupa glicina je oko 100 puta kiselija od karboksilne grupe sirćetne kiseline.

Razlog je repulzija odlazećeg protona i pozitivno naelektrisane amino grupe.

Amino grupa glicina ima nižu pKa usljed prisustva elektronegativnog oksigen atoma u karboksilnoj grupi koji odvlači elektrone od amino grupe i na taj način olakšava deprotonizaciju.

Znači da na pKa vrijednost funkcionalnih grupa aminokiselina utiče njihovo okruženje.

Univerzitet u Tuzli




Peptidi i proteini su polimeri aminokiselina koji mogu sadržavati od dvije ili tri aminokiseline do nekoliko hiljada povezanih aminokiselinskih ostataka.

Dvije aminokiseline se kovalentno vežu pomoću supstituirane amidne veze koja se zove peptidna veza.

Peptidna veza nastaje kondenzacijom

Da bi se zadovoljili termodinamički zahtjevi za odvijanje reakcije kondenzacije neophodno je da se aktivira karboksilna grupa.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Međusobno povezivanje dvije aminokiseline sa jednom peptidnom vezom daje dipeptid.

Međusobno povezivanje tri aminokiseline sa dvije peptidne veze daje tripeptid.

Nekoliko povezanih aminokiselina čini oligopeptid.

Mnogo povezanih aminokiselina čini polipeptid.

Proteini mogu imati hiljade aminokiselinskih ostataka.

Proteini su polipeptidi sa Mr iznad 10.000.

Univerzitet u Tuzli




Struktura pentapeptida Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu. Aminokiselina u peptidu naziva se ostatak. N-terminalni ostatak je krajnja aminokiselina sa slobodnom alfa amino grupom. C-terminalni ostatak je krajnja aminokiselina sa slobodnom alfa karboksilnom grupom. Peptidna veza u proteinima je veoma stabilna i poluživot (t1/2) iznosi oko 7 godina.

Univerzitet u Tuzli




Peptidi se razlikuju po svojim ionizacijskim svojstvima.

Peptidi sadrže samo jednu slobodnu alfa-amino grupu i samo jednu slobodnu alfa-karboksilnu grupu.

R-grupe aminokiselina mogu ionizirati i tako uticati na kiselinsko-bazna svojstva peptida.

Univerzitet u Tuzli




Biološki aktivni peptidi i polipeptidi imaju veoma različite Mr. Ne postoji povezanost između veličine proteina i njihove funkcije.

Mali peptidi mogu imati veliku biološku aktivnost: primjer su hormoni neurohipofize i hipotalamusa ocitocin, vazopresin, faktori oslobađanja.

Nešto veći su mali polipeptidi i oligopeptidi: insulin sa 51 aminokiselinskim ostatakom, glukagon sa 29 i kortikotropin sa 39 aminokiselinskih ostataka.

Proteini veoma variraju u svojoj dužini.

Citohrom c ima 104 aminokiselinska ostatka dok je ekstremno veliki protein mišića kičmenjaka titin sa 27.000 aminokiselinskih ostataka i Mr oko 3,000.000.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Neki proteini se sastoje iz jednog polipeptidnog lanca, dok se drugi sastoje iz dva ili više nekovalentno povezanih polipeptidnih lanaca.

Ovi proteini se nazivaju multipodjedinični proteini.

Pojedini polipeptidni lanci u multipodjediničnim proteinima mogu biti identični i ovakvi proteini su oligomeri sastavljeni od polipeptida-protomera.

Ponekad su polipeptidni lanci u proteinima vezani kovalentno. Na primjer u insulinu su dva polipeptidna lanca povezana disulfidnim vezama.

U ovom slučaju polipeptidni lanci nisu podjedinice.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Prosječan broj aminokiselinskih ostataka u nekom jednostvnom proteinu (koji ne sadrži prostetske grupe) možemo izračunati dijeljenjem Mr sa 110.

Mada je prosječna molekularna težina 20 standardnih aminokiselina 138, u većini proteina prevladavaju male aminokiseline. Zbog toga je prosječna Mr 128.

Oduzimanjem Mr vode (18) koja se oslobađa nastajanjem svake pojedine peptidne veze dobijamo vrijednost 110 za prosječnu molekulrnu težinu aminokiselinskog ostatka.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Mnogi proteini (enzimi ribonukleaza i himotripsin) sadrže samo aminokiseline. To su jednostavni proteini.

Neki proteini uz aminokiseline sadrže asocirane i druge hemijske grupe. To su konjugovani proteini.

Neaminokiselinski dio konjugovanih proteina naziva se prostetska grupa.

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Postoji nekoliko nivoa u strukturi proteina.

Sekvenca aminokiselina u polipeptidnom lancu predstavlja primarnu strukturu proteina.

Sekundarna struktura je stabilni aranžman aminokiselinskih ostataka koji čini dio ponavljajućeg strukturnog uzorka proteina.

Tercijarna struktura opisuje sve aspekte trodimenzionalnog svijanja (foldinga) polipeptida.

Kada protein sadrži dvije ili više podjedinica tada njihov aranžman u prostoru predstavlja kvaternernu strukturu.

Univerzitet u Tuzli




Documents

1. Medicina, Aminokiseline,Peptidi,Proteini