Aminosavak Az emberi szervezet fehérjéi gyakorlatilag 20 L,-aminosavból képződnek

Aminosavak, peptidek, fehérjék

Aminosavak

• Az emberi szervezet fehérjéi gyakorlatilag 20 L,-aminosavból képződnek.

• A variációs lehetőségek és a változatos molekulatömegek bőven elégségesek a természetben előforduló 1012 fehérjeféleség megvalósulásához.

• Szerkezetük

• aminocsoport (a prolin kivételével)

• karboxilcsoport

• R- oldalláncban különböznek egymástól

• (→eltérő a méretük, töltésük, fizikokémiai tulajdonságaik)

Néhány aminosav térszerkezete

Az aminosavak elektrokémiai tulajdonságai

• Neutrális vizes oldatban amino- és karboxilcsoportok ionizált állapotban vannak (ikerion).

Az aminosavak optikai sajátsága

• A glicin kivételével aszimmetriás C-atomot tartalmaznak, optikailag aktív molekulák.

• A fehérjéket L-konfigurációjú aminosavak alkotják.

Az aminosavak fényelnyelése

• Az aromás gyűrűt tartalmazó aminosavak (fenil-alanin, tirozin, triptofán) ultraibolya tartományban fényelnyelést mutatnak.

• A Lambert-Beer törvény szerint a fényelnyelés mértéke alkalmas a koncentráció meghatározására:

• E (A)= Lg I0/I=  * ℓ =  * c * ℓ

Aminosavak legfontosabb reakciói

• Legfontosabb a ninhidrin-reakció : →

• A konjugált kettőskötés- rendszer miatt ibolyáskék színű végtermék keletkezik (kivéve a prolint, mely sárgás színű).

• A lizin -aminocsoportja ninhidrinnel nem reagál.

A peptidek

• Az amino- és karboxilcsoport biológiai szempontból legfontosabb reakciója az, hogy vízkilépéssel peptidkötést alakítanak ki.

• A peptidkötés jellemzői

• mezoméria (A szén és nitrogén közötti kötés az egyszeres és kétszeres kovalens kötés közötti erősségű)→ a kötés merev → szabad rotáció nem lehetséges.

• Energetikailag a transz izoméria a kedvezőbb.

Biológiailag fontos, nem fehérjefelépítő aminosavak és származékaik

• Hidroxi- prolin, hidroxi- lizin – kötőszövet fehérjéiben (kollagén) Posztszintetikusan jönnek létre.

• -alanin –koA-ban (az aminocsoport a -C atomhoz kapcsolódik)

• -aminovajsav (GABA) (glutaminszármazék) – neurotranszmitter

• dopamin (tirozin származék) – neurotranszmitter

• tiroxin (tirozin származék) – pajzsmirigy jód tartalmú hormonja

• hisztamin (hisztidin származék) – az allergiás reakciók mediátora

Biológiai jelentőségű peptidek

• glutation

• peptidhormonok

• ACTH (Adrenokortikotrop hormon)

• parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin (pajzsmirigy)

• -endorfin

• inzulin

Glutation

• (Tripeptid, melyben a glutaminsav -aminocsoportja vesz részt a peptidkötésben)

• A redoxirendszerekben fontos.

Peptidhormonok

• Az oxitocint (neve:gyors szülés) és vazopresszint a hipotalamusz termeli és a hipofízis hátulsó lebenye tárolja.

• Az oxitocin simaizomösszehúzó hatású, míg a vazopresszin a vízháztartás szabályozásában játszik fontos szerepet.

• ACTH (Adrenokortikotrop hormon)

• A hipofízis elülső lebenye termeli és a mellékvesekéregre hat.

• parathormon (mellékpajzsmirigy), kalcitonin (pajzsmirigy)

• A hipofízis által termelt lipotropin származéka a -endorfin, amely fájdalomcsillapító hatású.

• Az enkefalinokkal együtt a morfinhoz hasonló a hatásuk.

• Az inzulin a szénhidrátanyagcsere szabályozásában fontos hormon, melyet a hasnyálmirigy Langerhans-szigetei termelnek.

A fehérjék csoportosítása

• Biológiai aktivitás alapján

• Enzimek (pepszin, glükóz-foszfát-izomeráz)

• Védőfehérjék(immunglobulinok)

• Transzportfehérjék (hemoglobin, mioglobin, transzferrin (vas szállítás) szérumalbumin(zsírsavak))

• Tartalékfehérjék (ovalbumin (tojásfehérje) kazein (tejfehérje) ferritin (vas) gliadin (búza) zein (kukorica) )

• Hormonok (inzulin, ACTH)

• Szerkezeti fehérjék (kollagén, elasztin, keratin)

• Kontraktilis fehérjék (aktin, miozin)

• Toxinok (kígyómérgek, diftériatoxin) a sejthártya lipidjeinek bontásával hemolízist idéznek elő.

A fehérjeszerkezet különböző szintjei

• A. elsődleges (primer) szerkezet

• B. másodlagos (szekunder) szerkezet

• C. harmadlagos szerkezet

• D. negyedleges szerkezet

Elsődleges (primer) szerkezet

• Az elsődleges (primer) szerkezetet az aminosavak kapcsolódási sorrendje határozza meg, de következtetni lehet belőle a további szerkezeti szintekre.

• Az inzulin volt az első fehérje, amelynek az aminosavszekvenciája ismertté vált (Sanger)

• Két polipeptidláncból áll: A-lánc 21, B-lánc 30 aminosavat tartalmaz. A két láncot két diszulfid híd kapcsolja össze, és az A-láncban található még egy diszulfid híd.

• Inaktív előalakban termelődik (proinzulin), és a lánc közepéről egy kb. 30 tagú polipeptidrészlet kihasadásával jön létre.

• A proinzulinnak is van egy előfutára, a pre-proinzulin, mely egy 19 aminosavból álló szignál-peptidet tartalmaz az N-terminális végen.

• Az elsődleges szerkezet alapvető jelentőségét bizonyítja a sarlósejtes anémia, mely Afrika közép-nyugati részén fordul elő. A betegségben szenvedők vörösvértestjei sarló alakúak. A vörösvértestekben a hemoglobin kristályosodásra hajlamos, melynek következtében az oxigénszállító funkció csökken. A sarló alakú vörösvértestek aggregálódnak és trombotikus tüneteket okoznak.

• A két hemoglobin két -lánca mindössze egyetlen aminosavban különbözik.

• A normális hemoglobinban (HLA) levő glutaminsav (savas aminosav) helyett valin (neutrális aminosav) található, aminek következtében a HbS oldékonysága csökken.

Az azonos funkciót betöltő fehérjékben levő aminosav-sorrendből a rokonságra is lehet következtetni. (Pl. citokróm-c törzsfa) Megállapították, hogy az aminosavcserék száma és a fajok fejlődésében mutatkozó fejlődéstörténeti, időbeli távolság között egyenes arányosság van.

A fehérjék másodlagos szerkezete (szekunder struktúra)

• Röntgendiffrakciós vizsgálatok azt mutatják, hogy a fehérjékben periodikusan rendezett szerkezetek találhatók. Ennek két fajtája az -hélix és a -redőzött lemez.

• Egy fehérjében nemcsak -hélix vagy -redő fordulhat elő, hanem ezek más szabályos (-turn(görbület)) vagy szabálytalan struktúrákkal (random coil) keveredhetnek.

Az -hélix

• Az -hélix úgy alakul ki, hogy a peptidsíkok a N-C-C=0 -kötések, mint tengelyek körül olyan szöggel fordulnak el, hogy egy hidrogénkötések által stabilizált helikális alakzat jön létre. A hidrogénkötések két, egymástól 4 peptidkötés-távolságra lévő amid N-atomja és a karbonil oxigén atomja között alakulnak ki.

-redőzött lemez

• -redőzött lemezben (-pleated sheet) az egymást követő peptidsíkok kinyújtott, ún. cikkcakk szerkezetet alakítanak ki.

• A peptidkötések úgy kerülnek közel egymáshoz, hogy két polipeptidlánc egymás mellett helyezkedik el, vagy egy polipeptidlánc különböző szakaszai kerülnek egymás közelségébe. /paralel- antiparalel/

• A hidrogénhidak a hossztengelyre merőlegesen helyezkednek el. A glutaminsav megtöri a -szerkezetet.

A fehérjék harmadlagos szerkezete

• A szekunder szerkezeti egységeket is tartalmazó polipeptidláncban további kölcsönhatások révén egymástól távol eső aminosavak egymáshoz közel kerülhetnek→ 3 dimenziós, globuláris formát alakíthatnak ki.

• A fehérjék ezen három dimenziós, specifikus funkcióra alkalmas alakját natív konformációnak nevezzük.

• A szerkezet stabilizálásában a következő nem kovalens kötések vesznek részt:

• 1. Hidrogénkötések

• 2. Elektrosztatikus kötések (ionos kötések, sókötés, sóhíd)

• 3. Apoláros kölcsönhatások

• Ezeket kiegészíti még egy kovalens kötés (diszulfidhidak).

• A fehérjék a hidroxil-, amino-, karboxil csoportjaik révén nagy mennyiségű vizet képesek megkötni hidrogénkötések kialakításával.

• Vizes fázisban a fehérjék nagy része globuláris formába tekeredik fel (folding), a poláros oldalláncok befelé orientálódnak.

• A fehérjék ionos karaktere (+ és – töltések száma) pH függő.

• Amikor a + és – töltések száma megegyezik, a hidrátburok szétesik, a fehérje oldékonysága minimumra csökken.

• Azt a pH értéket, ahol ez bekövetkezik izoelektromos pontnak nevezzük (IP).

• Egy láncból felépülő fehérjén belül különböző funkciókat ellátó nagyobb struktúrelemek (domének) képződhetnek.

A fehérjék negyedleges szerkezete (kvaterner struktúra)

• Több globuláris fehérje kapcsolódik össze /dimer, tetramer, stb./ → alegységek („subunit”)

• Ha azonos szerkezetű fehérjék kapcsolódnak össze homomernek, ha különböző szerkezetűek, heteromernek nevezzük.

• Röntgendiffrakciós vizsgálattal először a mioglobin térszerkezetét J.C. Kendrew állapította meg. Moltömege 16.900, mely kb. 1 hemoglobin alegységnek felel meg, 152 aminosavat tartalmaz.

• A hemoglobin 4 alegységből áll (tetramer): a 2 (1, 2) alegység 141, a 2 (1 , 2) alegység 146 aminosavból épül fel.

• Felépítésük: HEM (4 pirrol gyűrűből álló porfirinváz) melynek közepén Fe van. A vas négy koordinációs kötéssel a pirrol gyűrűhöz, kettővel a globin 1-1 hisztidil- oldallánchoz kötődik. (E7 és F8) →Lehetővé teszi, hogy a vas két vegyértékű (Fe2+) állapotban maradjon.

• Az egyik His a proximális (F8 helyzetű), másik a disztális His (E7 helyzetű). Az előzővel a Fe szoros, utóbbival laza kapcsolatot alakít ki.

• Az O2 kötődéskor a Tyr oldallánc elmozdul és a Fe behúzódik a hem síkjába

A mioglobin és hemoglobin oxigén telítési görbéje.

• A mioglobin már alacsony O2 nyomáson képes az O2-t felvenni → telítési görbéje hiperbola. /csak egy alegységből áll/

• A hemoglobin O2 telítési görbéje szigmoid (S alakú).

• /4 alegységből áll, és az alegységek között pozitív kooperativitás van: Az első alegység térszerkezete az O2 kötés után megváltozik, ez kedvez a második alegység O2 megkötésének/