Aminohapped ja valgud
description
Transcript of Aminohapped ja valgud
Aminohapped ja valgud
Loeng 4
R-C-COOH
NH2
H
•Aminohapete nomenklatuur, struktuur ja keemilised omadused•Peptiidside. Polüpeptiidid ja valgud•Valkude funktsionaalne mitmekesisus
Aminohapped
•Valgud koosnevad aminohapetest•20 aminohapet on harilikud ehk standardsed•Aminohapped va proliin on -aminohapped
R-C-COOH
NH2
H-süsinik
-aminohape üldkujul
Aminohapped kui tsvitterioonid
Neutraalse pH juures on laenguga nii amino- kui ka karboksüülrühm st molekulid on bipolaarsed ioonid
pKa karboksüülrühmale ca 2.2pKa aminorühmale ca 9.4
pI=1/2(pKa1 + pKa2) =5.7
pKa1 = 2.2
pKa2 = 9.2
Isoelektriline punkt- pH väärtus, kus ühendi summaarne elektrilaeng on null
Näide: seriini tiitrimine
-aminohapped – valkude koosseisukuuluvad monomeerid
20 aminohapet on standardsed ehk klassikalised, erinevad üksteisest R poolest
Milleks nii erinevad kõrvalahelad?
-valkude struktuurse ja funktsionaalse
mitmekesisuse tagamine
NH2
CH C
OR
OH
-laeng-geomeetria-keemilised omadused
-süsinik ja neli asendajat:
R- kõrvalrühmaminorühmkarboksüülrühmH-aatom
Valgud ja aminohapped
•Valgud, polüpeptiidid- lineaarsed aminohappe jääkidest koosnevad polümeerid •Valkude primaarstruktuur defineeritud nukleiinhappe järjestuse poolt•Mw alates ca 5000 (5 kD)- vähemalt 500kD•Valkude struktuurne ja funktsionaalne mitmekesisus baseerub 20 erineva aminohappe kombinatsioonidel
Alaniin Ala AArginiin Arg RAsparagiin Asn NAsparagiinhape Asp DGlutamiin Gln QGlutamiinhape Glu EGlütsiin Gly GHistidiin His HIsoleutsiin Ile ILeutsiin Leu LLüsiin Lys KMetioniin Met M
Fenüülalaniin Phe FProliin Pro PSeriin Ser STreoniin Thr TTrüptofaan Trp WTsüsteiin Cys CTürosiin Tyr YValiin Val VSuvaline ah . Xaa XAsn või Asp Asx BGln või Glu Glx Z
Aminohapped on optiliselt aktiivsed
Optiline aktiivsus- polariseeritud valguse tasapinna pööramineOptiliselt aktiivsed molekulid on asümmeetrilisedAsümmeetria ehk kiraalne tsenter- süsinikAsümmeetria tsentrit ei ole glütsiinil
Fisheri projektsioon:-vertikaalsed sidemed suunatud tasapinna alla-horisontaalsed sidemed tasapinna ette
D-glütseeraldehüüd L-glütseeraldehüüd
L-aminohape
dextro D-levo L-
EnantiomeeridStereoisomeerid
R ja S
Peptiidside
Peptiidside- amiidsideMoodustub kondensatsioonireaktsioonisDi, tri, …oligo ja polüpeptiididN terminus ja C terminusNB! Valkudes sageli rohkem kui 1 ahel
G0 on ca 20 kJ/molst piisab 1 ATP hüdrolüüsi energiast
Biosüntees ATPAMP + 2Pi
2GTP 2GDP + Pi =4 ATP
Peptiidside on vesikeskkonnas suhteliselt stabiilneAktivatsiooni vabaenergia G0* on ca 80 kJ/mol
Aminohapped ja peptiidid: nomenklatuurist
5´AUGUCUUCCGCCUUUCUG 3´ RNA järjestus Met Ser Ser Ala Phe Leu kolmetähelised sümb.
M S S A F L ühetähelised sümb.
N terminus C terminus
Geneetiline kood on tripletne – XYZ , näit. AGC- Ser 2. positsioon U C A G Phe Ser Tyr Cys U U Phe Ser Tyr Cys C1. Pos. Leu Ser XXX XXX A 3. Pos. Leu Ser XXX Trp G Leu Pro His Arg U C Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G Ile Thr Asn Ser U A Ile Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G Val Ala Asp Gly U G Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G
Miks on 20 aminohapet? 64 koodonit? tripletne kood?
Vastused on sõltuvad muna-kana probleemi lahendusest
Aminohapete klassifikatsioon
Vastavalt R asendajale mittepolaarne polaarne laenguta laenguga happelised laenguga aluselised
S sisaldavaromaatne
Aminohapete Mw
57…186 D, Keskmine aminohappejäägi mass valgu koostises ca 110D-120D25 ah jäägist koosnev peptiid 110 x 25 = 2750 = 2.75kD
Mittepolaarse kõrvalahelaga aminohapped I
GlütsiinGlyG
AlaniinAlaA
ValiinValV
LeutsiinLeuL
IsoleutsiinIleI(2S, 3S)
Gly-puudub kõrvalahel, kiraalne C -peptiidahelas võimalikud anomaalsed nurgad-H aatomi väikesed mõõtmed, tihe pakkumine Ala
-väike, mittepolaarne-võib paikneda nii valkude sisemuses kui pinnal-sageli esinev-kasutatakse sageli valkude muteerimisel, minimaalse struktuurse efekti tõttu
Val, Leu, Ile
-hargnenud, mahukad, hüdrofoobsed-paiknevad valkude sisemuses-piiratud liikuvusega, eriti kui hargnemine C juures
Mittepolaarse kõrvalahelaga aminohapped II
MetioniinMetM
ProliinProP
FenüülalaniinPheF
TrüptofaanTrpW
Pro on ainuke iminohape, tsükliline kõrvalahel seotud peaahelaga. Väga jäik struktuur, fikseerib peaahela C-NH dihedraalnurga 20o täpsusega
Suured mittepolaarsed aminohapped asuvad tavaliselt valgugloobuli sees
Val Leu IleTrp Tyr PhePro Met
Rida aminohappeid on vaadeldavad alaniini derivaadina. Metüleenrühm CH2 võimaldab peaahelal võtta rohkem konformatsioone
Polaarse neutraalse kõrvalahelaga aminohapped I
SeriinSerS
TreoniinThrT(2S, 3R)
AsparagiinAsnN
Polaarsed kõrvalahelad on võimelised moodustama vesiniksidemeid olles nii doonoriks kui akseptoriks
Polaarse neutraalse kõrvalahelaga aminohapped II
GlutamiinGlnN
TürosiinTyrY
TsüsteiinCysC
Tyr kõrvalahel sisaldab fenoolset OH rühma, mis moodustab vesiniksidemeid ja on võimeline dissotseeruma kõrgema pH juures.Samuti võib dissotseeruda Cys Cys unikaalne omadus on disulfiidsildade S-S moodustamine teise Cys jäägiga.
Laengut omava kõrvalahelaga aluselised aminohapped
LüsiinLysK
HistidiinHisH
ArginiinArgR
Laeng kõrvalahelal on toodud neutraalse pH juures.Unikaalne on His, mille kõrvalahela pKa=6.0 Seega võib His kõrvalahel nii liita kui loovutada prootoni ja osaleda katalüüsis. Esineb väga paljude ensüümide aktiivtsentris
Laengut omava kõrvalahelaga happelised aminohapped
GlutamiinhapeGluE
AsparagiinhapeAspD
Kõrvalahelate aluselis-happelised omadused
Cys tiool 8.37Tyr fenool10.46Lys -NH3+ 9.06Arg guanidino12.48His imidasool 6.04 Asp -COOH 3.90Glu -COOH 4.07
Aminohape funkts. rühm pKa
Aminohapete derivaadid valkude koosseisus
Kõrvalahelad:•Hüdroksüleerimine 4-hüdroksüproliin, 5-hüdroksülüsiin kollageenis•Metüleerimine 5-metüülhistidiin, -N,N,N-trimetüüllüsiin, histoonid•Atsetüleerimine -N-atsetüüllüsiin histoonid•Karboksüleerimine -karboksüglutamaat•Fosforüleerimine O-fosfoseriin, O-fosfotreoniin, O-fosfotürosiin
Karbohüdraadid- glükoproteiinidLipiidid- lipoproteiinid
N ja C terminusemodifikatsioonid N-formüülmetioniin, N-atsetüülseriin
D-aminohapped
Bakteriraku kestadAntibiootikumid• valinomütsiin• gramitsidiinA• aktinomütsiinD
Bioloogiliselt aktiivsedaminohapped
a. GABA -aminobutüraat, glutamaadi dekarboksül. produkt, neurotransmitter
b. Dopamiin türosiini derivaat, neurotransmitter
c. Histamiin histidiini dekarboksüleerimise produkt, allergil. Reakts. mediaator
d. Türoksiin joodi sisaldav türosiini derivaat, türoidhormoon
Valk …. proteiin …. proteios … esmatähtis
Gerardus Mulder, Taani keemik
eraldas loomsetest ja taimsetest kudedest valgulise aine
nimetas aine Berzeliuse (Rootsi keemik) soovitusel PROTEIINIKS (1838)
määras valemiks C40H62N10O12
•Valgud võivad koosneda ühest või mitmest polüpeptiidahelast.
•Monomeersel valgul on ainult üks subühik (Müoglobiin)
•Oligomeersel (multimeersel) valgul on mitu subühikut (Hemoglobiin)
•Multimeersete valkude subühikud võivad olla identsed või erinevad. Subühikud on tavaliselt seotud mittekovalentsete sidemetega
•Valkude suurus algab ca 5kDa suurusjärgust ja ületab 0.5MDa.
•Polüpeptiidid ja valgud on aminohappe jääkidest koosnevad lineaarsed (hargnemata ahelaga) polümeerid.
•Aminohappeline järjestus on primaarstruktuur
Valgud
Valkude klassifikatsioon
• Funktsionaalselt
• Lokalisatsiooni alusel
• Lihtvalgud ja liitvalgud
– glükoproteiinid, lipoproteiinid, nukleoproteiinid, metalloproteiinid jne
• Strukturaalselt ja vastavalt vees lahustuvusele
– globulaarsed– fiibervalgud E. coli – ca 3000 valku
S. cerevisiae - ca 6000 valku H. sapiens - ca 30000-100000 valku
Liitvalkude ehk konjugeeritud valkude klassid
Klass Prosteetiline rühm Näide
Lipoproteiinid lipiidid vere 1-lipoproteiinGlükoproteiinid süsivesik immunoglobuliin GFosfoproteiinid fosfaatrühm kaseiin (piimavalk)Hemoproteiinid heem (Fe-porfüriin) hemoglobiinFlavoproteiinid flaviinnukleotiidid suktsinaadi dehüdrogenaas
Metalloproteiinid raud ferritiin tsink alkoholi dehüdrogenaas kaltsium kalmoduliin molübdeen dinitrogenaas vask plastotsüaniin
Mõnede valkude molekulmassid
Valk Mw subühikuid funktsioon
Glükagoon 3300 1 hormoonInsuliin 11466 2 hormoonTsütokroomC 13000 1 elektronide transportRibonukleaasA (pankr.) 13700 1 ensüümLüsotsüüm (munavalgest) 13900 1 ensüümMüoglobiin 16900 1 hapniku transportKümotrüpsiin 21600 1 ensüümKarboonanhüdraas 30000 1 ensüümPeroksüdaas (mädarõik.) 40000 1 ensüümHemoglobiin 64500 4 hapniku transportHeksokinaas (pärm) 102000 2 ensüümLaktaadi dehüdrogenaas 140000 4 ensüümGlükogeeni fosorülaas 194000 2 ensüümFosfofruktokinaas (lihas) 340000 4 ensüümFerritiin 440000 24 Fe säilitusGlutamiini süntaas (E.coli) 600000 12 ensüüm
Valkude funktsionaalsed klassid
1. Ensümaatiline katalüüs (CO2 hüdrateerimine, karboonanhüdraas; RNA süntees)
2. Transport- ja (hemoglobiin ja müoglobiin O2 transport; transferriin säilitusfunktsioon Fe transport; ferritiin Fe säilitamine maksas)
3. Koordineeritud liikumine (lihaste kontraktsioon; kromosoomide liikumine mitoosis)
4. Strukturaalne (nahk ja kondid sisaldavad kollageeni)
5. Immuunvastus (IgA, IgG, IgM)
6. Närviimpulsi teke ja ülekanne (retseptorvalgud meeleelundites, sünapsis)
7. Rakkude, kudede, organismi (geeniekspressiooni kontroll, hormonaalne reg.) kasv ja diferentseerumine
Proteoomika- kõigi organismi (raku) valkude kompleksne uurimine
Valgud E. coli rakkudest lahutatud 2D O`Farrelli geelil
1D. isoelektriline fokuseerimine- lahutmine vastavalt valgu molekuli pI väärtusele
2D- SDS forees- lahutamine vastavalt valgu Mw väärtusele
Aminohapete kõrvalahelad määravad valkude struktuurse ja funktsionaalse mitmekesisuse
20 aminohappe kombinatsioonide hulk on väga suur, Limitatsioonidlooduses tavalised 100-1000 jäägi pikkused polüpeptiidid20 aminohapet esinevad erineva sagedusega
Sageli esinevad: L, A, G, S, V, E
Harva esinevad: W, C, M, H
NB! Valgu omadused ei sõltu niivõrd aminohappelisest koosseisust kui järjestusest
Aminohapete kõrvalahelad määravad valkude struktuurse ja funktsionaalse mitmekesisuse
Valgu laeng määratakse ära kõrvalahelate ionisatsiooni tulemusenapI- isoelektriline täpp, vastab pHle kus laeng puudub
Polüpeptiidahela otsmised rühmad osalevad tüüpilistes funktsionaalrühma reaktsioonidesAminohapete kvantitatiivne määramine on võimalik ninhüdriinigaReale kõrvalrühmadele on olemas spetsiifilised reaktsioonid
Aromaatsete kõrvalahelate neelduvus spektri UV alas võimaldab valkude kontsentratsiooni mõõta
Lainepikkus230 või 280 nmTrp, Tyr, Phe -Aromaatsed
Valgu molaarse ekst. koef. arvutatav, Tundmatu järjestuse korral 1 mg/ml OD280=1
Kodutöö nädalavahetuseks
Selgeks saada 20 aminohappe struktuur, kolmetäheline lühend, ILMA PIILUMATA
Joonistada L-alaniini 4 Fischeri projektsiooni
Joonistada järgmine oligopeptiid korrektses ioniseerunud vormis (füsioloogilistes tingimustes)Gln-His-Ile-Thr
Joonistada domineeriv ioonne vorm aminohappele Asp a. pH1.0, b. pH3.0, c. pH6.0, d. pH10.0 juures