Aminosavak, peptidek, fehérjék

Jelentőség

• Protein (Berzelius: protos, proteios)

• Oligo- és polipepitdek (hormonok)

• Önmagában hormon és neurotranszmitter

Aminosav – bifunkciós vegyület

COOHH2N

R

Aminocsoport Karboxilcsoport

AcilezhetőAminosav esetén peptid lesz

SavszármazékÉszteresíthető, …

COOHH2N

R

COOH3N

R

ikerion

Csoportosítás

Amino- és karboxilcsoport relatív helyzete szerint

(oxovegyületek)

NH

NH

O OR3

NH

NH

O O

R2

NH

NH

O OR3

R2

NH

NH

O OR3

R2

(S)-β3

(S)-β2

(S,S)-β2,3

(R,S)-β2,3

COOHH2N

CH3H2N

COOH

H2N COOH H2N COOH

α-alaninβ-alanin

GABA EACA

Kapcsolódó oldallánc típusa szerintCOOHH2N

R

H2N COOH

HN

COOH

OH

NH2

COOH

NH2

COOHantranilsav

NH2

COOH

H2N

HOOC

NH2

COOH

H2N

HOOC

NH2

COOH

H2N

HOOC

NH2

COOH

H2N

HOOC

R

S

R

S

S

R

S

R

S

S

S

S

R

R

R

R

Előfordulás szerint – proteinogénGenetikai kódOldallánc szerint: neutrális aminosavak

H2N CHCH

OHO

H2N CHCCH3

OHO

H2N CHCCH

OHO

CH3CH3

H2N CHCCH2

OHO

CHCH3CH3

H2N CHCCH

OHO

CH3CH2CH3

glicin, Gly, G alanin, Ala, Avalin, Val, V

leucin, Leu, L izoleucin, Ile, I

Előfordulás szerint – proteinogénOldallánc szerint: neutrális aminosavak

H2N CHCCH2

OHO

H2N CHCCH2

OHO

OH

H2N CHCCH2

OHO

HN

fenilalanin, Phe, Ftirozin, Tyr, Y

triptofán, Trp, W

Előfordulás szerint – proteinogénOldallánc szerint: neutrális aminosavak

HN

C OHO

H2N CHCCH2

OHO

OH

H2N CHCCH

OHO

OHCH3

H2N CHCCH2

OHO

SH

H2N CHCCH2

OHO

CH2SCH3

H2N CHCCH2

OHO

SSCH2CH

H2N C OHO

prolin, Pro, P szerin, Ser, S treonin, Thr, T

cisztein, Cys, C

cisztin

metionin, Met, M

Előfordulás szerint – proteinogénOldallánc szerint: bázisos aminosavak

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2CH2NH2

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2NHCNH2

NH

lizin, Lys, Karginin, Arg, R

H2N CHCCH2

OHO

NNH

hisztidin, His, H

Előfordulás szerint – proteinogénOldallánc szerint: savas aminosavak

H2N CHCCH2

OHO

COH

O

H2N CHCCH2

OHO

CH2COH

Oaszparaginsav, Asp, D

glutaminsav, Glu, E

Előfordulás szerint – proteinogénOldallánc szerint: aminodikarbonsav-monoamidokValójában semlegesek

H2N CHCCH2

OHO

CNH2

O

H2N CHCCH2

OHO

CH2CNH2

Oaszparagin, Asn, N

glutamin, Gln, Q

Előfordulás szerint – ritkaSzekunder módon képződnek

H2N CHCCH2

OHO

OH

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2

HCNH2

OH

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2NH2

hidroxilizin

ornitin

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2NHCNH2

O

citrulin

H2N CHCCH2

OHO

CH2CH2COOH

α-aminoadipinsav

I I

H2N CHCCH2

OHO

OI I

I IOH

3,5-dijódtirozin

tiroxin

HN

COOH

OH4-hidroxiprolin

Aminosavak

Amino- és karboxilcsoport egy molekulában.

NH2 NH N N, , , CO

OH

Csoportosítás- az amin rendűsége szerint

(első, másod, harmad, negyedrendű)- az amino- és karboxil-csoportok száma szerint

monoamino-monokarbonsavdiamino-monokarbonsavmonoamino-dikarbonsav, stb

- a szénlánc szerkezete szerintnyíltláncú, gyűrűs, alifás, aromás

Nyíltláncú, alifás, monoamino-monokarbonsavak

H2N CH2 COOH H3C CH COOH

NH2

H2N CH2 CH2 COOH H2N (CH2)5 COOH

Amino-ecetsavAmino-etánsavGlicin

α-amino-propionsav 2-amino-propánsavAlanin

β-amino-propionsav3-amino-propánsavβ-alanin

ε-amino kapronsav6-amino-hexánsav

123

αβ

Fehérjealkotó aminosavak

HR

H2N COOHNH COOH

H2N-CH2-COOH Glicin (Gly) G

Glycinα-C-n helyettesített

α-aminosavakProlin (Pro) P

R = CH3CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

Alanin (Ala) A Valin (Val) V Leucin (Leu) L Izoleucin (Ile) IIsoleucin

SCH3

OH

CH3

OH

SH

Metionin (Met) MMethionin

Fenilalanin (Phe) FPhenylalanin

Szerin (Ser) SSerin

Cisztein (Cys) CCystein

Treonin (Thr) TThreonin -S-S- Cisztin

R =

OH NH

NH

N

NH2

O

Tirozin (Tyr) YTyrosin

Triptofán (Trp) WTryptophan

Hisztidin (His) HHistidin

Aszparagin (Asn) NAsparagin

NH2

O

OH

O OH

O

NH

NH2

NH2

NH3

Glutamin (Gln) QGlutamin

Aszparaginsav (Asp) DAspartic acid

Glutaminsav (Glu) EGlutamic acid

Lizin (Lys) KLysin

Arginin (Arg) RArginin

Fehérjealkotó aminosavak:glicin, alanin + 18 alaninszármazék

királisak, L konfiguráció, S(Cys R)

Fizikai tulajdonságaik

Ikerionosak

RHC COOHNH2

RHC COONH3

+HClR

HC COOHNH3

RHC COONH2

+NaOH

Cl

Na + H2O

pI=6 izoelektromos pont

Izoelektromos pont: az a kémhatás (pH érték), amelyen az aminosav nem rendelkezik formálisan töltéssel

Ikerionosak

NaOH ekvivalens

Izoelektromos pont

pK2 = 9,60

pK1 = 2,34

A két disszociációs állandó számtani közepe

Bázisos aminosavak

H3N CHCCH2

OO

CH2CH2CH2NH3

H3N CHCCH2

OHO

CH2CH2CH2NH3

+H

H2N CHCCH2

OO

CH2CH2CH2NH2

-2H

pI: 9,59

Izoelektromos pont

Ha töltéssel rendelkezik: a semleges állapototszegélyező pK értékek átlaga

Savas aminosavak

+2H

-H

H3N CHCCH2

OO

CH2CO

O

H3N CHCCH2

OHO

CH2COH

O

H2N CHCCH2

OO

CH2CO

O

pI: 3,22

Térszerkezet

Relatív konfiguráció

CCOOH

RH2N H C

COOH

RH2N H C

COOH

RH NH2 C

COOH

RH NH2

L-aminosav D-aminosav

Abszolút konfiguráció (CIP)

COOHH3C

NH2

H

1

23

4

COOH

NH2

H

1

2 3

4HS

[S ]-alanin [R]-cisztein

Természetben előforduló D-aminosavak

CCOOH

CH2

H NH2 CCOOH

CH2

H NH2NH2

COOHH

2

3 1

4HOOC

COOH COOH

CCOOH

C

H NH2 CCOOH

C

H NH2NH2

COOHH

3

2 1

4HS

SH SHH3C CH3 H3C CH3

R

S

D-glutaminsav

D-penicillamin

Aminosavak kimutatása

Ninhidrin reakcióO

O

O

H2OO

O

OHOH

H2NR

COOH-2 H

2O

O

N

O

COOHR

-CO2

O

N

O

RO

N

OH

RH2O

-RCHO

O

NH2

O

-H2O

O

O

O

O

N

O

O

O

OH

N

O

O

Oibolya

Ipari szintézisek

DL-metionin

H

O

akrolein

CH3-SH

H

OSH3C HCN

CN

OHSH3C

NHHN

O

OSMe

NH3

CO2

NaOH

-NH3, -CO

2

H2N

OSMe

OH

CNakrilnitril

COkat.

OH

CN

NH3 HNH

CN

HCN

H2NCN

CN

H / H2OH2N

COOH

COOH

DL-glutaminsav

Azlakton szintézis

HOOC NH

PhO

Ac2O N

O PhO

Ar-CHO-H

2O

N

O PhO

Ar

H2 / kat.

N

O PhO

ArNH2

OHO

Ar

azlakton

Malonészter eljárásCOOEt

COOEt

HNAc

1. EtONa2. R-Hlg

COOEtCCOOEt

HN RAc

NaOHCOOCCOO

HN RAc

HCl/H2OCOOHCH

H3N R

ClLiOHvagy piridin

COOCH

H3N R

COOEt

COOEt

NaNO2HOAc COOEt

COOEtHON

Zn/AcOHAc2O

Gabriel-szintézis

NK

O

O

COOEt

COOEtBr+ N

O

O

COOEt

COOEt

EtONaN

O

O

COOEt

CH2OOEt

R-Hlg

N

O

O

COOEt

COOEt

R

NaOHCOO

COO

COOCCOO

RH2NHCl/H2OCOOH

CH

H3N R

Cl

Strecker-Zelinszkij-szintézis

MeO

H

NH3Me

NH

H

HCNMe

NH2

CNMe

NH2

COOH

Glicin szintézise

Cl COOH H2N COOHNH3

H

O

H

NH3, HCN

H2N CN

H / H2O

Rezolválás

Frakcionált kristályosítás

COOH3N

R

1. C6H5COCl NaOH

2. HCl

COOHHN

R

Ph

O

enantiomer tisztakirális bázispl. brucin

COOHN

R

Ph

O

( -)-Bázis+

COOHN

R

Ph

O

( -)-Bázis

diasztereomerek ( 1:1)

frakcionált kristályosítás

COOHN

R

Ph

O

( -)-BázisHCl/H2OCOOHHN

R

Ph

O

racém (±) (±) (-) (+)

(-)(-)rezolvált enantiomer

Enzimatikus rezolválás

COOH3N

R

1. Ac2O Na2CO3

2. HCl

COOHHN

R

Me

O

enzimpl. CAL-B

COOHH2N

R

COOHHN

R

Me

O

+

racém (±) racém (±) (+) (-)

CAL-B: Candida antarctica Lipáz-B

Kémiai tulajdonságok1. Sav-bázis jelleg

NH

CH2 CO

OHHN

H

CH2

H

H CO

O„aminoecetsav”

gyakorlatilag nem létezikglicin

„ikerion”

gyenge sav

gyenge bázis

alanin pufferhatása

pI=6 izoelektromos pont

2. Karboxilcsoportra jellemző tulajdonságoksavszármazékok amidok

3. Aminocsoportra jellemző tulajdonságokacilezhetőα-aminosavval acilezett α-aminosav → peptid

1. Kinyerés fehérje hidrolizátumból, vagy fermentlébőlpl. lizin (Lys) cukorgyári melaszból

2. Kémiai szintézis

α-Aminosavak előállítása

a. ammóniab. Gabriel szintézis

d. malonészter szintézis

c. Strecker szintézisαβ

glicin

a. Halogénezett karbonsavból ammóniávalCl CH2 COOH + NH3 H2N CH2 COOH + NH4Cl

c. Strecker-Zelinszkij szintézis aldehidből

CH2 CO

H

NH4CN-H2O

CH2 CH

CN

NH2

H

H2OCH2 CH COOH

NH2

DL-fenilalaninα-aminonitril

b. Gabriel-szintézissel

α

NH4Cl

d. Malonészterből

malonsav-dietilészter

„malonészter”

acetamino-malonészter

DL-szerin hidroklorid

βα

Peptidek

polikondenzáció, poliamid

H2N CH CO NH CH COOH

R2R1

-H2OH2N CH

R2

COOHH2N CH

R1

COOH

peptidkötés

H2N CH CO NH CH CO NH CH COOH

QQQn

N-terminus(amino láncvég)

C-terminus(karboxil láncvég)

polipeptid (fehérjelánc)(a Q húszféle csoportot jelenthet!)

α-aminosavak peptid

H2N-CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOHglicil - alanil - glicin

H-Gly-Ala-Gly-OH

GAG

CH3

a. papírkromatográfia, vékonyréteg-kromatográfia előhívás

hidrolízis aminosav analízis

Peptidek szerkezetmeghatározása

1. Aminosav összetétel:

b. oszlopkromatogáfia

- ioncserélő

- RP-HPLCszármazék

képzéselválasztás utánelválasztás előtt

N C S

S

N

O

HO

H

O

NNHNH

R3

R2

R1

N

O

HOR2

R3

H2N

NO

NH S

R1

O O

O

H2N

R3

NHR1

NH

R2_

+

OH

H+

S

NO

OH

HNH

R1

H

S

N

O

NH

R1

_ H2O

2-anilino-tiazolidin-5-on

fenil-izotiocianát

fenil-tiokarbamoil-peptid

feniltiokarbamoil-aminosav

3-fenil-2-tiohidantoin (PTH-aminosav)

H+

2. Peptid szekvenciameghatározás

TFA

vizes HCl

a. Edman lebontás

Peptidszekvencia meghatározás tömegspektrométerrel

a. fragmentálódás

b. y fragmensek

Tömegspektrométer: 1. a vizsgált molekulákat ionizálja2. az elektromos térben felgyorsított ionokat m/z értékük szerint szétválasztja

V S P T D I E E G M R

Peptidszintézis

... N-CH-C-N-CH-C-N-CH-C-- ...Q1 Q2 Q3

OO HHOH

H-N-CH-C-OH + H-N-CH-C-OH + H-N-CH-C-OHH O H O H O

...+Q1 Q2 Q3

+

NH2

O

OZR2

OH

OYHN

R1

OYHN

XR1

OHNH2

O

R1

OHNH2

O

R2

O

NHO

YHN OZ

R1

R2

NH2

O

NHOH

OR1

R2védés

védés védőcsoport eltávolítás

aktíválás

kapcsolás

Dipeptid szintézis

Védőcsoport: átmenetileg megszünteti egy funkciós csoport reaktivitását,legyen könnyen, jó hozammal bevihető és enyhe körülmények közt eltávolítható

X = aktíváló csoportY = amino-védőcsoport, Z = karboxil-védőcsoport

NNH

C

O

OCH2

CO CH NH C

O

OCH2CH3

CH2OC

O

NHCH C

O

OH

H2 / Pd

NNH2

COOH

CH3

H2NCHCOOHVal

védelem

HO NO2aktiválás

CH2OC

O

NHCH C

O

O NO2

N-védett-C-aktivált valin

NNH2

C

O

OCH2

CH3

CH2OCCl

O

N1-metil-Try

HOCH2védelem

védett triptofánszármazék

NNH

C

O

OH

CO CH NH2

CH3

valil-N1-metiltriptofán

+ 2 H3C+ CO2

piridin

DCC, CH2Cl2

NH2

OH

O

R3

YNHOH

O

R3

YNHO

R3X

YNHO

R1NH

OZ

O

R2

NH2

O

R1NH

OZ

O

R2YNH

O

R1NH

OH

O

R2

YNHO

R1NH

X

O

R2

OZ

OYNH

O

R1NH

O

R2NH

R3

OZ

OYNH

O

R3NH

O

R1NH

R2NH2

OZ

O

R3

NH2

OH

O

R3

C NN C

szelektív védőcsoport

hasításracemizáció!

Tripeptid szintézis, lánchosszabbítás

szénsav félamid-félészter

uretán C2H5OCONH2

N-karbonsav

Z -,

PhCH2-O-CO-Cl + H2N-CH2-COOH PhCH2-O-CO-NH-CH2-COONa

Uretán típusú amino-

védőcsoportok

fluoren

Z = benziloxi-karbonil, Boc = terc.-butiloxi-karbonil, Fmoc = 9-fluorenilmetiloxi-karbonil

Karboxil védőcsoport: benzil-észter, terc.-butil-észter

Oldallánc védőcsoport: Asp, Glu, Lys, Cys (Arg, His, Ser, Thr, Tyr, Asn, Gln)

A védőcsoportokra a szintézis végéig szükségünk van az oldalláncokon és a felépítendő molekula láncvégein (tartós védelem),

a továbbépülő láncvégeken a védőcsoportot minden láchosszabbítás előtt szelektíven el kell távolítani (átmeneti védelem).

Aktiváló csoportok:

diciklohexil-karbodiimid (DCC)

aktív észterek

p-nitrofenil-észter N-hidroxi-szukcinimid- észter

kondenzálószerek

DCU

Oxitocin szintézisM. Bodánszky, V. du Vigneaud 1959

9 aminosav, 8 peptidkötésláncépítés: 2x7+1 reakciólépés + 1 végső védőcsop. eltáv. + 1 diszulfid képzés = 17 reakciólépés, 15 izolált intermedier

Peptidek az élő szervezetben:hormonok,neurotranszmitterek

védőcsoportok:átmeneti: Boctartós: Z, Cys(Bzl)C-term.- on nem kell, mert amid

polimer hordozó

1. funkcionalizálás

2. az első védettaminosav kapcsolása

3. az átmeneti védőcsoport eltávolítása

4. a következő védettaminosav kapcsolása

5. a 3. és 4. lépés ismétlése szükség szerinti számban

6. a peptid lehasítása a gyantáról, az összes védőcsoport eltávolítása

Szilárd fázisú peptidszintézis

R. B. Merrifield 1963

polisztirol- 0,5% DVB

Cl

R

R

OR'

O

R'-COOH

R

nagy reagens felesleg: gyors reakció, 100% konverzióizolálás: mosássaltisztítás: HPLC (csak a végtermék tisztítható)miniatürizálásautomatizálás hagyományos

(oldatfázisú) szilárdfázisú

peptidszintézisvegyszerigény kicsi nagyoldószerigény kicsi nagyhozam közepes magas (>90%)

sarzsméret g-tól több kg-ig (>0,1g)

néhány mg-tól több g-ig

automatizálható nem igen

időigény nagy kicsimunkaigény nagy igen kicsi

intermedier izolált, tisztítható

nem izolálható ezért nem tisztítható

∼ 100 - több száz (ritkán több ezer) aminosavból álló polipeptidlánc, többnyire stabil konformáció (a felületi hurkok, oldalláncok mozgékonyak, a vázelemek is elmozdulhatnak egymás mellett)

A fehérjék szerepe az élőanyagban alapvető

protein (proteosz = első)

proteom: egy sejt, szövet,vagy egy élőlény teljesfehérjekészlete (vö. gén genom)

Fehérjék

KONSTITÚCIÓ1. Elsődleges szerkezet: aminosav sorrend (szekvencia),

meghatározása tömegspektrometriával, DNS szekvencia alapján

KONFORMÁCIÓ (meghatározása Röntgen diffrakcióval, NMR-rel)2. Másodlagos szerkezet: periodikusan rendezett szakaszok3. Harmadlagos szerkezet: jellemzően gombolyagszerkezet: periodikusan és

nem periodikusan rendezett szakaszokból állSzerkezeti típusok: - fonal (fibrilláris)

- gombolyag (globuláris) sokszor egy láncon több gombolyag (domének)

- membránfehérje, transzmembrán szakasz(ok)- eredendően rendezetlen fehérje (nincs stabilis

konformációja, IDP, IUP)4. Negyedleges szerkezet: több láncból álló fehérje asszociátum szerkezete

Fehérjék molekulaszerkezete

1. Fehérjék molekulatömeg meghatározása tömegspektrométerrel

a. Elektroporlasztásos ionizálás : a többszörösen töltött molekulaionok képződése kiterjeszti a méréshatárt, növeli a pontosságot

mioglobin mt: 16951 Da

+10

+16

+24

b. Mátrixszal segített lézerdeszorbciós ionizálás (MALDI-TOF) :

a lézerfénnyel gerjesztett mátrix ionizálja a mintát, repülési időből határozza meg a tömeget,fmol (10-18 mol) mintaméret

2. Fehérjék aminosavsorrendjének meghatározása (elsődleges szerkezet)

a. enzimes hidrolízisb. a peptid keverék szétválasztása,

a komponensek aminosavsorrendjének meghatározása (LC-MS)c. a szerkezet részletek összeillesztése átfedő szekvenciák segítségével

A.

Ha ismert a fehérjét termelő szervezet genomja, a fehérjéből nyert peptid aminosavsorrendjének segítségével azonosítható az őt kódoló gén, és ezzel a fehérje teljes aminosavsorrendje is megismerhető.

B.

Fehérjekeverék komponenseinek azonosítása

Tandem tömegspektrométer (MS/MS) : elválasztás fragmentálás szekvencia meghatározás azonosítás

Előkészítés:

1.Fehérjekeverék elválasztása 2D gélelektroforézissel (izoelektromos fókuszálás + SDS-gélelktroforézis), utána enzimes hasítás

2. Enzimes hasítás, utána fordított fázisú kromatográfia (RPHPLC) LC-MS

100

pH3 10

kDa

7

30

2D elektroferogram

ioncsapda detektor60.000-szeres felbontás !

enzimes emésztésre kivett minták

Ezen az úton a vizsgált minta, több mintából a vizsgált szervezet teljes fehérje készlete (proteom) azonositható (bioinformatika, nincs szükség a teljes aminosavsorrend meghatározására!). A minta fehérjéinek rendszer szintű vizsgálata is megvalósítható.

(Nature 201466 szerző)

Humán proteom

DNS pre-mRNS mRNS fehérje fehérjeátírás érés, splicing transzláció transzláció utáni módosulások

~20.000 gén több százezeregy génből többféle mRNS polipeptidek módosított polipeptidek

Transzláció utáni módosulások:

- diszulfid kötések Cys SH-csoportok között- peptidlánc hasadás- láncvég módosulások (N-terminális Glu - piroglutamil,

C-terminális amid Gly lebomlásával)- acetilezés- foszforilezés- glikozilezés Ser, Thr, Asn- fém ionok, kis molekulák kapcsolódása (pl. hem)- stb. összesen ~50-féle

glükózN-acetil-glükozaminmannózgalaktóz5-acetil-neuraminsavfukózN-acetil-galaktozamin

3. A fehérjék térszerkezetének meghatározása(másod- és harmadlagos szerkezet)

a. Röntgen diffrakció:A Röntgen sugarak a kristályok rácsán áthatolva szóródnak. Ez a visszavert sugarak

interferenciája miatt csak meghatározott irányokban észlelhető. A szóródott hullámok intenzitása (és a beeső sugárhoz viszonyított fázisa) a rácsot felépítő molekuláknak az elhelyezkedésétől függ. Értékükből a rács elemi cellájának elektronsűrűség térképe kiszámítható, ezzel a rácsot felépítő molekulák térbeli szerkezete meghatározható.

b. NMR spektroszkópia:A térben egymáshoz közel álló atomok közti távolságokra nyerhető

NMR adatokból is meg lehet határozni a fehérjék térszerkezetét. Ebben segítséget jelent, ha a hidrogén atomokon kívül más NMR jelet adó atom pl. 15N is van a molekulában. Ehhez a fehérjét jelzett aminosavakat tartalmazó táptalajon baktériummal kell szintetizáltatni. A távolságadatokból több egymáshoz közel álló alternatív szerkezet nyerhető.

c. Elektron mikroszkópia

szinkrotron röntgensugárzással kapott diffrakciós kép

1994

Fehérje és nukleinsav térszerkezetek a Fehérje Adatbankban (Protein Data Bank) 2015. február 28.

~10.000 új szerkezet/év

>100.000

A fehérje konformáció meghatározói:

1. mozgási (forgási) lehetőségek (a lánc gerince, oldalláncok)

2. konformációt stabilizáló, molekulán belüli(intramolekuláris) kölcsönhatások

- poláris hidrogénkötéssókötés

- apoláris hidrofób kölcsönhatások

a peptidlánc gerince: polárisN - H hidrogén donorC = O hidrogén akceptor

az aminosav oldalláncok: kétfélékpoláris (hidrofil) D, E, K, R; S, T, N, Q, Y, Wapoláris (hidrofób) A, V, L, I, F, P, Mnem kategorizálható G, C

A fehérje konformációt nagyszámú, kisenergiájú kölcsönhatás együttesen hozza létre. Egy 80-120 tagú peptidláncból akkor képződik stabilis gombolyag, ha a belsejében az apoláris oldalláncok halmozódnak és a lánc gerincének poláris csoportjai egymással le vannak kötve. Ilyenkor a vízmolekulák a gombolyag belsejéből kiszöknek.

A … P A … A

A … P P … P

P … P dipól-dipól kölcsönhatásA … P indukált dipól kölcsönhatásA … A diszperziós erők

AP

AP

AA

PP

Apoláris (hidrofób) kölcsönhatás

H2O

ω φ ψ

torziós v. diéder szög

…-CO-NH-CαHR-CO-NH-CαHR-CO-NH-… a peptidlánc „gerince”

a gerinc görbületét az ω, φ és ψ diéderszögek értékei írják le

Cα

NH

NH

CO

Cα

Cα

NH

CO

Cα

NH

CO

CO

A fehérjemolekula konformációját a peptidlánc gerincének konformációja határozza meg

ω = ~ 180o ω = ~ 0o

Cα – C – N – Cα

ω = 180o

a CO-NH konjugáció miatt ω mentén nincs szabad forgás

C – N – Cα – C φ

φ = 180o

N – Cα - C - N ψ

ψ = 180o

Φ = 180 o ψ = 180 oΦ = 0 o ψ = 180 o

Φ = 180 o ψ = 0 o

Φ = 0 o ψ =0 oRamachandran diagram

R = H !

Lψ

Φ

nincs szabad körbe forgás

Φ

ψ

lepke

csavart

Φ = - 139 o ψ = +135 o

Φ = - 57 o ψ = - 47 o

NH

CO

NH

CO

előnyös helyzetek

α-hélixcsavart elemek egymás fölött

keratina hajszál szerkezete

5,47 A =

= 3,61 . 1,50 A

Másodlagos szerkezetek

makrof.H-kötések

mikro-fibrillum

proto-filament

mikrofibrillum

dimer

peptidlánc

β-redőzött rétegváltakozó„lepke”elemek szalagot képeznek

6,95 A = 2 . 3,47 A

párhuzamos láncok

ellentétes láncok

H-kötések

H-kötések

az R-csoportok az alsó és a felső oldalon a törésvonalakon sorokat alkotnak

Selyem fibroin

egymásra halmozott β-rétegek

G A G A G A G A G A

Harmadlagos szerkezetmásodlagos szerkezetű szakaszok + összekötő szakaszok, hurkok

α-szerkezetek

mioglobin 153 as

α/β-szerkezetek

aszpartát karbamoil-transzferáz flavodoxin plasztocianin

hidrofób csoportokhidrofil csoportok

olaj – szappan micella

citokróm c

- a gombolyag belsejéből kiszorul a víz- A H-donorok és –akceptorok egymással vannak lekötve

α-szénatomok hálózata

Ámbrás cet mioglobinjának H-hélixe

hidrofil csoportok

hidrofób csoportok 18 as > 5 menet

A Q G A M N K A L E L F R K D I A A

Antiparallel β-réteg a concanavalin-a felületén

hidrofil csoportok

hidrofób csoportok

a peptidláncok gerince fehér

Felgombolyodás, összetekeredés (folding)

mozgási szabadság

„energiatölcsér”

Az elsődleges szerkezet egyértelműen meghatározza a fehérjemolekula térszerkezetét (ez lehet rendezetlen is!).

Biztosítja ebben az irányban a gyors felgombolyodást (msec!).

E

denaturált állapot rendezetlen lánc (random coil)

natív szerkezetfelgombolyodott

állapot

intramolekuláriskontaktusok száma

H-kötések száma(szekunder struktúra)

hidrofób kontaktusok száma(apoláris kölcsönhatás)

elfoglalt térfogat

Negyedleges szerkezet

fehérje asszociátumok

hemoglobin

1. HIV proteáz (homodimer) enzim-szubsztrát komplex

Fehérjék működés közben

hasadó kötés

oldallánc „zsebek”

kovalens szerkezet ? térszerkezet ? funkció

Pepszinmonomer, 2 domén

2. Hemoglobin

β 146 as

α 141 as

mioglobin 154 as

hemoglobinmioglobin

szövetek tüdő

Membrán fehérjék:transzport fehérjék, receptorok

3. Nátrium-kálium pumpa

E1E1

E2

E1 E2Na+ -kötő K+ -kötő

befelé nyitott kifelé nyitottfoszforilezett