1

BjelanBjelanččevineevineMastiMasti

EnzimiEnzimi

Doc. Dr. Azra TahiroviDoc. Dr. Azra Tahirovićć

Sarajevo, 11.12. 2008. Sarajevo, 11.12. 2008.

Bjelančevine ili proteini

• Bjelančevine - jedinjenja velike molekulske mase građena od alfa-aminokiselina, povezanih peptidnim vezama.

• Mr = 13 000 – nekoliko miliona• Minimum 70 aminokiselina

• Podjela:

– Jednostavne bjelančevine

• Hidrolizom daju samo aminokiseline

– Složene bjelančevine

• Proteinska komponenta

• Neproteinska komponenta (prostetična grupa)

Biološka funkcija proteina

Primjeri proteina i njihove uloge:

• enzimi - dehidrogenaze• hormoni - insulin

• transportni proteini - hemoglobin• strukturalni proteini - kolagen• rezervni proteini- feritin• protektivni- antitijela, fibrinogen

Strukturna uloga: ćelijske membrane, protoplazma ćelije, jedra ćelije

Katalitička uloga: enzimi

Regulacija biohemijskih procesa: hormoni

Aminokiseline

• Osnovna gradivna jedinica (monomer) bjelančevina.

• Aminokiselina - organska kiselina koja pored COOH grupe u svom sastavu ima –NH2 (amino) - grupu

na α- C atomu.

• Proteinske aminokiseline-

(20 važnih) aminokiselina

• α- C atom je C-atom u susjedstvu COOH grupe.

amino - grupa

karboksilna - grupa

α - C atom

glicin

2

Klasifikacija aminokiselina

•• Hemijska klasifikacijaHemijska klasifikacija::– neutralne (monoamino-monokarbonske)– kisele (monoamino-dikarbonske)– bazne (diamino-monokarbonske)– imino-kiseline (imino-grupa)

•• BioloBiološška klasifikacijaka klasifikacija::– bitne ili esencijalne aminokiseline (leucin, izoleucin,

lizin, histidin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin).

– nebitne ili neesencijalne aminokiseline

* Biljke sintetišu sve aminokiseline.

Pregled važnih aminokiselina

glicin alanin valin

leucin serin cistein

Pregled važnih aminokiselina

asparaginska kiselina

glutaminska kiselina prolin arginin

fenilalanin tirozin histidin triptofan

Stereohemija aminokiselina• Sve aminokiseline izuzev glicina su kiralne.• L-aminokiseline su dominantne u prirodi.• D,L-nomenklatura je zasnovana na D- i L-

gliceraldehidu.

L - izomer D - izomer

3

Svojstva aminokiselina• čvrste, kristalne supstance• topive u vodi (prisustvo polarnih grupa)• netopive u organskim otapalima• amfoterna jedinjenja (amfoliti)• izrazito reaktivne (reakcije na COOH i –NH2 grupu)

pH < pHi pH = pHi pH > pHi

Aminokiseline

kationski oblik zwitter-ion anionski oblik

kisela sredina bazična sredina

Aminokiseline imaju sposobnost puferskog djelovanja u organizmima.

Izoelektrična tačka – vrijednost pH na kojem se aminokiselina javlja u obliku zwitter-iona.

Reakcije na aminokiseline

1. Reakcije formiranja soli s kiselinama i bazama:

H3N+CH(R)COO- + HCl → H3N+(R)COOH + Cl-

H3N+CH(R)COO- + NaOH → H3N+(R)COO-Na+ + HOH

2. Reakcije formiranja peptidne veze:

3. Reakcija s amonijakom:

Reakcije na aminokiseline

4. Reakcija s alkoholima:

ESTER

AMID

4

Peptidi

� kratki polimeri aminokiselina

� 2 aminokiseline - dipeptid

� 3 aminokiseline - tripeptid

� više od 10 aminokiselina - polipeptidi

� preko 70 aminokiselina - proteini

Opšta svojstva proteina

� strukturne karakteristike (radikal, dužina lanca)

� amfoterna svojstva (elektroliti)

� vodeni rastvori mogu pokazivati kiselu ili baznu

reakciju

� optički aktivne supstance

Struktura proteina• Oblik:

� globularni� fibrilarni

• Strukture proteina:

� Primarna – redoslijed aminokiselina u lancupolipeptida (hemijska formula proteina).

� Sekundarna – način uvijanja lanca u spiralu ilisekundarnog vezivanja za drugi lanac ( vodikove veze).

� Tercijarna - ukupni trodimenzionalni oblik, uvijanje spirale u kompaktnu globulu.

� Kvaternerna – organizacija subjedinica u prostoru.

Struktura proteina

Cik-cak struktura

Α-heliks(spirala)

primarna struktura

Sekundarna struktura – izgled i raspored lanca u prostoru.

Primarna struktura - raspored aminokiselina u lancu.

Kolagen

fibrilarni protein

Fibrilarni proteini

Vezivanje poprečnim vodikovim vezama

Teško se otapaju u vodi.

5

Struktura proteina

Mioglobin

Tercijarna struktura

Globularni proteini

Vezivanje poprečnim vodikovim vezama

Vezivanje aminokiselina

Lako topivi u vodi

Hemoglobin

Kvaternerna struktura

Zastupljena kod složenih proteina.

Izgrađena od više podjedinica.

Osobine proteina

• Denaturacija

– reverzibilna– ireverzibilna– temperatura

– kiseline– baze

• Rastvorljivost

– amfoternost

– pokretljivost – elektroforeza

• Koloidni karakter

Denaturacija proteina

Podjela proteina• Albumini

– serum albumini, ovoalbumin (bjelance jajeta), laktalbumin (mlijeko)

• Globulini– serum globulini, laktoglobulini (mlijeko), miozin (mišići);

uljarice; • Glutelini

– biljni proteini, žitarice; orizenin (riža), glutelin ( kukuruz), glutenin ( pšenica)

• Glijadini (prolamini)– biljni proteini; zein (kukuruz), glijadin (pšenica), avenin

(zob), hordein (ječam)

• Protamini i histoni– Ulaze u sastav nukleoproteida.

• Skleroproteini– keratin (kosa, nokti, kopita), kolagen (vezivna tkiva, koža)-

kuhanjem s vodom daju želatinu; elastini (aorte)

Složene bjelančevine - proteidi

Složene bjelančevine:

Proteinski dioNeproteinski dio (prostetična grupa)

Vrsta proteida Prostetična grupaLipoproteidi lipid

Fosfoproteidi fosfatna kiselina

Glikoproteidi saharid

Hromoproteidi pigment

Nukleoproteidi nukleinske kiseline

Metaloproteidi metalni ioni

6

Važniji proteidi• Fosfoproteidi

– Kazein (mlijeko), ovovitelin (žumanjce jajeta)• Lipoproteidi

– Mitohondrije i ribozomi, ćelijska membrana• Lecitin, kefalin, holesterol

• Glikoproteidi– Zastupljeni u životinjskom svijetu uglavnom

Hromoproteidi– Hemoglobin, mioglobin, citohromi, flavoproteidi,

enzimi (katalaze, peroksidaze)• Nukleoproteidi

– Životinjske i biljne ćelije• Metaloproteidi

– Enzimi sa Fe (feridoksin) , Zn, Mn, Mo, Cu itd.

Lipidi ili masti

Opšte karakteristike:

• lipos = mast

• ne rastvaraju se u vodi

• rastvaraju se u organskim rastvaračima• (eter, hloroform, benzen, aceton)

• nemaju opštu formulu

• različite klase jedinjenja

Značaj lipida

• Gradivna uloga -ulaze u sastav ćelije membrane (složeni lipidi).

• Energetska rezerva u životinjskim i biljnim tkivima (masti i ulja).

• Učestvuju u procesu fotosinteze (karotinoidi).

• Određuju strukturu protoplazme (steroli).

• Transportna uloga (kretanje materije kroz ćelijeske membrane (složeni lipidi).

Podjela lipida

Lipidi

Saponifikacijski Nesaponifikacijski

Prosti lipidi

mastiulja

voskovi

Složeni lipidifosfolipidi

sfingolipidi

Karotinoidikarotini

ksantofili

Steroidifitosteroli

zoosteroli

Saponifikacija - proces razlaganja estera na soli masnih kiselina i alkohol pod uticajem baze (KOH, NaOH).

7

Prosti lipidi ( masti i ulja)

Gliceridi - triesteri trohidroksilnog alkohola glicerola i viših

masnih kiselina.

Podjela glicerida (triglicerida):

• jednostavni

• mješoviti

Opšta formula triglicerida

•Masti - triesteri alkohola glicerola i viših masnih zasićenih kiselina.

• Ulja - triesteri alkohola glicerola i viših masnih nezasićenih kiselina.

Više masne kiseline

Više masne kiseline :

- broj atoma karbona: C12-C24

- sadrže paran broj C atoma

Podjela viših masnih kiselina:

•zasićene masne kiseline

•nezasićene masne kiseline

-jednostruko nezasićene masne kiseline

-polinezasićene masne kiseline

Važnije masne kiseline• Zasićene masne kiseline:• Miristinska (C14) C13H27COOH• Palmitinska (C16) C15H31COOH• Stearinska (C18) C17H35COOH• Nezasićene masne kiseline:• Oleinska (18:1)

CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7COOH• Linolna (18:2)

CH3(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7COOH• Linolenska (18:3)

CH3CH2-(CH=CH-CH2)2-CH=CH- (CH2)7COOH

MastiMasti

• životinjskog porijekla (svinjska mast, goveđa mast, maslac )

• biljnog porijekla (kokosova mast, kakao puter)

• čvrste ili polučvrste supstance

• netopive u vodi

• topive u organskim rastvaračima

Kakao puter

Kakao- plod i sjeme

8

Ulja

Ulja

• biljnog porijekla (suncokretovo, maslinovo, uljane repice, laneno i sl)– Biljni plodovi, sjemenke

• tečne supstance• netopive u vodi• topive u organskim otapalima• hidrogenacija ulja

Plantaža suncokreta

Plantaža uljane repice

Hidroliza masti i ulja

Vrsta hidrolize:• Enzimska hidroliza- odvija se pod uticajem

odgovarajućih enzima. • Kisela hidroliza – odvija se u prisustvu kiselina.• Bazna hidroliza – odvija se u prisustvu baza

(saponifikacija).

mast + baza → sapun + glicerol

Sapuni- soli viših masnih kiselina. Sapuni imaju u svom sastavu nepolarni dio (radikalni

ostatak masnih kiselina) i polarni dio (karboksilnu) grupu.

Voskovi

• Esteri viših masnih kiselina i viših monohidroksilnih alkohola.

• Podjela prema porijeklu:� Biljni voskovi

�Karnauba vosak– Ester karnauba kiseline i cerotinske kiseline

�Japanski vosak– Glicerid palmitinske kiseline

� Životinjski voskovi�Pčelinji vosak – ester palmitinske kiseline i alkohola

miricila (C30H61OH).

– Zaštitna uloga voskova

Složeni lipidi• Fosfolipidi- esteri fosfatne kiseline i različitih

alkohola.�Holin-fosfatidi

� Holamin-fosfatidi

�Inozitol-fosfatidi

�Glicerol-fosfatidi

• Sfingolipidi- esteri masnih kiselina i alkohola sfingozina (amino-alkohol). S monosaharidima grade etere.�Galaktolipidi

�Sulfolipidi

• Složeni lipidi ulaze u sastav ćelijskih membrana.

9

Holin-fosfatidi (lecitini)Fosfatidna kiselina

jedna molekula glicerola+2 molekule masne kiseline+1 molekula fosfatne kiseline

Holin fosfatidi (lecitini)- esteri fosfatidne kiseline s alkoholom holinom.

Lanac masnih kiselina

Glicerolski kostur

Polarni dio molekule

Holin

Fosfatna kiselina

Sfingolipidi

alkohol sfingozin

•Imaju alkohol sfingozin u svom sastavu.

glikozid sa šećerom

peptidna veza s masnom kiselinom

�Galaktolipid = sfingozin+ viša masna kiselina+ galaktoza

�Sulfolipid = sfingozin+ viša masna kiselina+ galatoza + sulfatna kiselina

ester s sulfatnom kiselinom

75% fosfolipida

5%glikolipida

20% holesterola

Značaj složenih lipida Steroli (steroidi)

Policiklički alkoholiDerivati sterana (ciklopentanoperhidrofenantren)• Podjela steroida prema porijeklu:�Zoosteroli

� holesterol• krv, ćelije

�Fitosteroli� stigmasterol

�Mikosteroli� ergosterol

• Prekursor vitamina D

Holesterol

10

Enzimi ili fermenti

• Biološki katalizatori – biokatalizatori.• Makromolekule proteina.• Proizvode se u živim organizmima.• Mogu biti: intraćelijski i ekstraćelijski enzimi.• Kataliziraju reakcije sinteze u organizmima

(anabolizam).• Kataliziraju reakcije razlaganja u organizmima

(katabolizam).• Ubrzavaju reverzibilne biohemijske reakcije.• Specifičnost- reaguju sa jednom ili nekoliko vrsta

molekula.

Struktura enzima

• Enzimi su bjelančevine!

• Podjela:�Jednostavni (protein- enzimi)

• Sastoje se samo od bjelančevinastog dijela. • Bjelančevinasti dio određuje:

–Selektivnost: prostorna konfiguracija bjelančevine.

–Katalitička aktivnost: dio bjelančevine koji vrši katalizu ( aktivno mjesto).

Struktura enzima

�Složeni (proteid-enzimi)

– bjelančevinasti dio (apoenzim)

– nebjelančevinasti dio (koenzim)- prostetična

grupa

– Bjelančevinasti dio određuje selektivnost.

– apoenzim + koenzim = holoenzim ( katalitički

aktivan)

Koenzimi

• Koenzimi vitaminske prirode• Koenzimi nevitaminske prirodeVitamini se često prevode u koenzime.

Vitamin Koenzim Funkcija

PP Nikotinamid-adenin-dinukleotid kataliza redoks-procesa

(NAD)

B2 flavin-mononukleotid (FMN) kataliza redoks-reakcija

flavin-adenin-dinuklotid (FAD)

pantotenska koenzim A metabolizam masnih kiselina

11

Efekat pH i temperature na enzimatske reakcije

• Optimalna temperatura i optimalni pH: � temperatura = 25-40oC� pH = 5-8

Primjena pufera u regulaciji pH vrijednosti

Mehanizam katalitičkogdjelovanja enzima

Princip “ ključ-brava”

supstrat

enzim

aktivno mjesto

područje

djelovanja

kompleks

enzim-supstrat

Energetski profil enzimatski katalizirane reakcije

Aktivatori i inhibitori enzima

• Aktivatori- supstance koje aktiviraju enzime.– Metalni ioni: K+, M2+, Co2+, Mn2+, Ni2+

• Nosilac veze između enzima i supstrata

• Inhibitori- supstance koje blokiraju rad enzima ili ih inaktiviraju blokiranjem aktivnih mjesta enzima.– soli teških metala, jake kiseline, jake baze.

• Inhibicija– Reverzibilna - formiranje slabih veza samo dok je

inaktivator prisutan.– Ireverzibilna - formiranje jakih nekovalentnih veza.

12

Nomenklatura enzima

1. Dodaje se sufiks- aza na ime supstrata:

– saharaza (djeluje na saharozu).

2. Prema tipu reakcije u kojoj učestvuje:• hidrolaza (reakcija hidrolize); oksidaza (oksidacija).

3. Nosi ime i reakcije i supstrata:• glukozooksidaza (oksidacija glukoze).

4. Trivijalna imena (pepsin, tripsin, itd.).

Podjela enzimaVI klasa enzima - prema reakcijama koje kataliziraju

1. Hidrolaze hidrolitička razgradnja

(celulaza, lipaza, amilaza, peptidaza)

2. Oksidoreduktaze redoks-reakcije

3. Transferaze intermolekularno premještanje

(fosfotransferaza)

4. Ligaze (sintetaze) reakcije sinteze - formiranja veza

5. Liaze reakcije prekida veza bez učešća vode

6. Izomeraze intramolekulsko premještanje