Aminokyseliny

- Základní stavební jednotky peptidů a proteinů

- Proteinogenní (kódované) 20 AK

- Odvozené – chemické modifikace, metabolity

- Esenciální AK

AMINOKYSELINY

Substituční deriváty karboxylových kyselin

( -COOH, -NH2 nebo -NH-)

prostorový vztah aminoskupiny a karboxylové skupiny:

- (=2-), -(=3-)..... -(=poslední)

-alanin: +H3N-CH2-CH2-COO-

-aminobutyrát (GABA): +H3N-CH2-CH2-CH2-COO-

-aminokyseliny: konfigurace (podle Fischera)

COO- COO-

D: H CNH3+ L: NH3+ CH

R R

Prolin – α-iminokyselina

Postranní

skupina

Rozdělení podle chemické povahy postranních skupin

Funkční skupiny Alifatické

Aromatické

Hydroxylové

Sulfhydrylové

Karboxylové

Basické

Polarita ( pozor! všechny AK jsou

polární)

Přesto dělíme na :

Nepolární (hydrofobní)

• Polární

- bez náboje

- nesoucí náboj (kyselé, bazické)

L--aminokyseliny:

kódované (= proteinogenní, viz dále, selonocystein, pyrrolysin)

nekódované:

- odvozené od kódovaných aminokyselin

Arg ornithin, Asp β-Ala …, Glu→ GABA

Tyr katecholaminy (dopamin, adrenalin, thyroxin...

- vzniklé modifikacemi bílkovin (posttranslační modifikace) - hydroxyprolin

- metabolické meziprodukty (ornithin, citrulin)

D--aminokyseliny: buněčné stěny bakterií, antibiotika, hadí jed

Esenciální vs neesenciální

Člověk: Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Lys, Met, Thr, Arg (novorozenci)

Názvosloví: systematické, triviální

Alanin – 2-aminopropanová kyselina

Třípísmenné zkratky Jednopísmenkové symboly

Ala (A) Gly (G) His (H) Leu (L) Lys (K) Glu (E)

Proč jsou v tabulce vzorce s náboji?

Dipolární, obojetné ionty = amfionty

počet nábojů amfiontu: součet všech nábojů (pro Gly v pH 7 = 2)

volný náboj amfiontu: algebraický součet nábojů (pro Gly v pH 7 = 0)

Nábojové vlastnosti aminokyselin – klíčová vlastnost

TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN

KH A

HAA

+ -

Na začátku: jen HA, množství A- odpovídá množství přidaného louhu.

c

H K

HA

AA

+

-

převedeme na pH:

pH pKA

HAA

log

Hendersonova – Hasselbalchova rovnice popisuje titrační křivku jednosytné slabé kyseliny

Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit pH, když budu přidávat NaOH?

HA + OH- → A- + H2O

Disociace slabých kyselin: HA → H+ + A-

TITRAČNÍ KŘIVKY SLABÝCH KYSELIN

pH pKA

HAA

log

Na začátku: jen HA, množství A- odpovídá množství přidaného louhu.

HA + OH- → A- + H2O

Mám roztok slabé kyseliny. Jak se bude měnit pH, když budu přidávat NaOH?

2/)( 21 aa pKpKpI

Více disociovatelných skupin: rozhodují ty, které "sousedí" s pI (nutno

načrtnout titrační křivku)

Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho pKa v

okolí pI)

př.: titruji glycin

pKa1 = 2,35 (α-COOH)

pKa2 = 9,78 (α- NH3+)

pIgly = 6,1

NH+3(CH2)4 CH(NH2) COO-

NH2(CH2)4 CH(NH2) COO-

NH+3(CH2)4 CH(NH+

3) COOH

-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium

2,5 4,0 6,0 8,3 9,5 10,1 10,5 12,5

NH+3(CH2)4 CH(NH+

3) COO-

Lysin

-H+

-H+

+2

+1

0

-1

Výpočet pI ?

Hodnoty pKa disociovatelných skupin v aminokyselinách a v bílkovinách (25 oC) se liší

Funkční skupina Aminokyselina Hodnoty pKA nalezené ve volných

aminokyselinách

Hodnoty pKA nalezené

v bílkovinách

-karboxylová C-koncová 1,7 - 2,6 1,8 - 3,6

,-karboxylová Asp, Glu 3,86; 4,25 3,0 - 4,7

imidazolová His 6,0 5,6 - 7,0

-aminová N-koncová 8,8 - 10,7 7,9 - 10,6

-aminová Lys 10,53 9,4 - 11,0

sulfhydrylová Cys 8,33 8,3 - 8,6

fenolová Tyr 10,07 9,8 - 10,8

guanidylová Arg 12,48 11,6 - 12,6

-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium

2,5 4,0 6,0 8,3 9,5 10,1 10,5 12,5

Pro polyionty (např. bílkoviny) tuto rovnici nelze použít (příliš mnoho

pKa v okolí pI)

Cystin:

ISOELEKTRICKÝ BOD - pI DEFINICE: pH, při němž se amfiont nepohybuje ve stejnosměrném elektrickém

poli (interakce s dalšími ionty, závisí na prostředí - pufr); označujeme pI

Isoionický bod: pH, při němž je v destilované vodě volný náboj iontu nulový.

Aminokyseliny – více disociovatelných skupin, různé disociační

konstanty

Celkový náboj AK se mění v závislosti na pH (kladný při nižším pH,

záporný při vyšším pH

Nábojové vlastnosti rozhodují o chování AK, peptidů a bílkovin –

nevazebné interakce!

Nábojové vlastnosti aminokyselin - shrnutí

Isoelektrické body kódovaných aminokyselin

AK pI AK pI AK pI AK pI

Gly 6,0 Ser 5,7 Phe 5,5 His 7,6

Ala 6,0 Thr 5,6 Tyr 5,7 Lys 9,6

Val 6,0 Cys 5,0 Trp 5,9 Arg 10,8

Leu 6,0 Met 5,7 Asn 5,4 Asp 3,0

Ile 6,0 Pro 6,4 Gln 5,6 Glu 3,2

SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Absorpce UV záření: aromatické (především Tyr a Trp) u 280 nm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

210 230 250 270 290 310 330

vlnová délka [nm]

ab

so

rba

nce

1

23

Absorpční spektra 1: hovězího sérového albuminu (1 mg/ml), 2:

lidského imunoglobulinu (1 mg/ml) a 3: DNA (0,1 mg/ml), optická

délka kyvety 1 cm.

2,2-Dihydroxyindane-1,3-dione

Chemické reakce AK Stanovení AK (reakce aminosk.): reakce postranních řetězců: modifikační reakce - různá specifita

O

+ ICH2-CONH2C

C

H CH2

NH

R2

R1

SH

O

C

C

H CH2

NH

R2

R1

SCH2-CONH2 + HI

blokování SH skupin (proti oxidaci a vzniku disulfidových můstků)

R – SH + R – SH + O2 R- S – S –R

R- S – S –R + H-CO-OOH R-SO3

-

R- S – S –R + HS CH2CH2OH → 2 RSH

Další reakce AK:

Nejdůležitější reakce (hypothetická): vznik peptidové vazby

CH CNH3

+

R1

OO- CH CNH3

+

R2

OO-OO-+ CHNH

3

+C

R1 O

NH CH

R2

C

Peptidy

2 – několik desítek AK

Nomenklatura peptidů:

N- konec (začátek), C-konec (konec)

acylaminokyseliny, např. Val-Gly-Ser-Ala = valylglycylserylalanin

OO- OO-CH

CH3

C

O

NH CH C

CH2

NH3

+CH

CH2

C

O

NH CH C

CH3

NH3

+

OH OH

Pozor: Ala-Tyr Tyr-Ala

PŘIROZENÉ PEPTIDY

Zvláštnosti struktury:

• nekódované aminokyseliny (ornithin, -alanin ...)

• často i D-aminokyseliny

• někdy i tzv. -peptidové vazby (Glu)

• cyklické struktury (laktamy, disulfidové vazby)

• větvené struktury

• blokování konců (pyroglutamát, glycinamid)

Skupiny přirozených peptidů

• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)

• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)

• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)

• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)

• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:

Amanita phalloides)

• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)

• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)

Biosynthesa:

• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů

• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou

protheosynthesy)

Glutathion a jeho funkce v organismech

kofaktor

oxidoreduktas a

isomeras

chrání volné SH

skupiny

detoxikace

peroxidu a

volných radikálů

reserva SH

skupin

Skupiny přirozených peptidů

• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)

• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)

• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)

• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)

• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:

Amanita phalloides)

• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)

• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)

Biosynthesa:

• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů

• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou

protheosynthesy)

antibiotika

Gramicidin S

Cys + Val

Skupiny přirozených peptidů

• di a tripeptidy (glutathation, umělý aspartám...)

• peptidové hormony (oxytocin, vasopresin, přechod k proteohormonům, insulin)

• neuromodulátory: enkefaliny (pentapeptidy), endorfiny (15 - 32 AK)

• peptidová antibiotika (mnoho nekódovaných AK)

• peptidové zoo- a fytotoxiny (hadi, štíři, apamin, falloidiny a amanitiny:

Amanita phalloides)

• protaminy (malé bazické lineární peptidy, mlíčí ryb)

• polyaminokyseliny (buněčné stěny bakterií: poly--L-Glu, poly--D-Glu)

Biosynthesa:

• meziprodukty odbourávání bílkovinných prekursorů

• synthesa pomocí speciálních enzymových reakcí (ne na ribosomech cestou

protheosynthesy)

-NH3+

+ + + 0 0-COOH 0 - - - --NH3

+

+ + + + 0SH 0 0 - - -

-NH3+

+ + + 0 0-COOH 0 - - - --NH3

+

+ + + + 0SH 0 0 - - -

pI = (8,2 + 9,5) / 2

pI = 8,85

Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7

Určete pI tohoto tripeptidu

NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-

(CH2)4 CH2 CH2 CH2

NH3+ CH2 SH

2 8,2 9,5 10,5

V pI již bude ve formě S-.

pI = (8,2 + 9,5) / 2

pI = 8,85

Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7

Určete pI tohoto tripeptidu

NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-

(CH2)4 CH2 CH2 CH2

NH3+ CH2 SH

2 8,2 9,5 10,5

V pI již bude ve formě S-.

Nakreslete Lys-Pro-Cys v pH 7

Určete pI tohoto tripeptidu

NH3+ CH CO N CH CO NH CH COO-

(CH2)4 CH2 CH2 CH2

NH3+ CH2 SH

2 8,2 9,5 10,5

V pI již bude ve formě S-.

-COOH ,-COOH imidazolium -SH -NH3+ fenol -NH3+ guanidinium

2,5 4,0 6,0 8,2 9,5 10,1 10,5 12,5

+2 +1 0 - 1 -2 Volný náboj tripeptidu:

pKa