Aminokwasy COO - l + H 3 N C H l R
Aminokwasy hydrofobowe z alifatycznymi grupami R glicyna alanina walina leucyna izoleucyna prolina metionina cysteina
Aminokwasy hydrofobowe z aromatycznymi grupami R fenyloalanina tyrozyna tryptofan
Aminokwasy hydrofilowe z polarnymi grupami R obdarzonymi ładunkiem kwas asparaginowy arginina lizyna histydyna kwas glutaminowy
Aminokwasy hydrofilowe z polarnymi grupami R pozbawionymi ładunku asparagina glutamina seryna treonina
Aminokwasy egzogenne Nie mogą być syntetyzowane w organizmie człowieka: leucyna izoleucyna lizyna fenyloalanina metionina walina treonina tryptofan histydyna arginina - prawidłowy wzrost dzieci wymaga dostarczenia jej z zewnątrz Największe dzienne zapotrzebowanie dorosłego człowieka jest na leucynę, a najmniejsze na tryptofan.
Aminokwasy endogenne Są syntetyzowane w organizmie zwierząt wyższych i człowieka. glicyna alanina prolina seryna kwas asparaginowy kwas glutaminowy glutamina arginina Aminokwasy względnie endogenne: tyrozyna powstaje z egzogennej fenyloalaniny cysteina powstaje z: egzogennej metioniny endogennej seryny
Aminokwasy niebiałkowe -alanina CH 2 CH 2 COO - l NH + 3 *powstaje podczas przemian zasad pirymidynowych *wchodzi w skład: kwasu pantotenowego koenzymu A (CoA) karnozyny kwas -aminomasłowy (GABA) CH 2 CH 2 CH 2 COO - l NH 3 + *powstaje w mózgu z glutaminianu *pełni rolę neuroprzekaźnika w synapsach, który stymuluje otwieranie kanałów chlorkowych w błonie postsynaptycznej
Aminokwasy niebiałkowe PRODUKTY POŚREDNIE W PRZEMIANACH BIOLOGICZNYCH: ornityna i cytrulina - uczestniczą w biosyntezie mocznika NH + 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH COOl l l + H 3 N CH 2 CH 2 CH COO - NH NH + 3 l H 2 N C=O kwas delta-aminolewulinowy kluczowy związek w syntezie porfiryn
Aminokwasy niebiałkowe METABOLITY POŚREDNIE PRZEMIAN BIAŁKOWYCH: homocysteina (kwas 2-amino-4-merkaptomasłowy) NH 3 + l HS CH 2 CH 2 CH COO - -jest produktem demetylacji metioniny oraz metabolitem pośrednim syntezy metioniny tauryna (kwas 2-aminoetanosulfonowy) powstaje z przemian cysteiny, - występuje w połączeniu z kwasami żółciowymi Niektóre aminokwasy niebiałkowe są antybiotykami produkowanymi przez niektóre szczepy bakterii np. chloramfenikal, cykloseryna i azaseryna, która hamuje wzrost tkanki nowotworowej
Aminokwasy niebiałkowe - homocysteina Niezależny czynnik ryzyka rozwoju m.in.: miażdżycy zawału serca udaru mózgu zmian zakrzepowych Do wzrostu poziomu homocysteiny prowadzą: czynniki genetyczne palenie tytoniu przewlekłe nadużywanie alkoholu nadmierne spożycie kawy niektóre leki niedobór witamin (nieprawidłowa dieta) witamina B6 witamina B12 kwasu foliowego
Aminokwasy są związkami amfoterycznymi +H + COOl + H 3 N C H l R jon obojniaczy -H + COOH l + H 3 N C H l R kation COO - l H 2 N C H l R anion
Punkt izoelektryczny aminokwasów Punktem izoelektrycznym (pi) aminokwasów nazywamy takie ph, przy którym cząsteczki aminokwasu występują w postaci jonu obojnaczego. wartość ph odpowiadająca wartości pi jest średnią arytmetyczną pk 1 i pk 2 w punkcie pi cząsteczki aminokwasu nie są obdarzone ładunkiem elektrycznym i nie wędrują w polu elektrycznym gdy ph < pi - cząsteczki aminokwasów są kationami gdy ph > pi cząsteczki aminokwasu są anionami
Równanie Hendersona-Hasselbalcha anion jon obojniaczy kation równoważniki OH -
Grupy funkcyjne aminokwasów tworzących białka zdolne do jonizacji W działaniu buforującym aminokwasów i białek biorą udział tylko reszty końcowych aminokwasów oraz grupy zdolne do jonizacji występujące w łańcuchach bocznych: COOH aminokwasów dwukarboksylowych NH 2 aminokwasów dwuaminowych OH tyrozyny i treoniny SH cysteiny reszta imidazolowa histydyny reszta iminowa argininy mała liczba końcowych grup aminowych i karboksylowych Obecność tych grup nadaje białku charakter wielowartościowego jonu.
Stereoizomery aminokwasów aminokwasy występują w postaci pary enancjomerów. posiadają one centrum chiralności roztwory wodne aminokwasów: skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo lub w prawo, występują w dwóch formach stereoizomerycznych L i D. w białkach w zasadzie występuje tylko forma L-aminokwasu. formę D można spotkać w ścianie komórkowej bakterii L- alanina D- alanina
Wiązanie peptydowe kowalencyjne wiązanie powstające między grupą - aminową jednego aminokwasu a grupą -karboksylową drugiego aminokwasu. wolna para elektronowa azotu wiązania peptydowego jest zdelokalizowana w wyniku nakładania się orbitali z grupy karbonylowej. grupa peptydowa jest sztywna i płaska. atomy tworzące wiązania peptydowe leżą w jednej płaszczyźnie. wodór grupy aminowej prawie zawsze znajduje się po położeniu trans w stosunku do tlenu grupy karbonylowej
Wiązanie peptydowe nie jest możliwa swobodna rotacja wokół wiązania C N możliwa jest rotacja wokół wiązań C -N i C -C kąty torsyjne (kąty rotacji) mają wpływ na kształtowanie się konformacji przestrzennej łańcucha polipeptydowego znając ich wartości dla każdej reszty aminokwasowej, można przewidzieć, jaki kształt przyjmie polipeptyd.
Nomenklatura peptydów - aminoacylokwasów nazwy tworzone są z użyciem nazw grup acylowych kończących się na yl i z nazwy aminokwasu z wolną grupą karboksylową (amionkwas C- końcowy). glicyna (Gly) glicyloalanina alanina (Ala) nazwa peptydu zawsze zaczyna się nazwą aminokwasu z wolną grupą aminową. alanina (Ala) glicyna (Gly) alanyloglicyna
POLIPEPTYDY glutation -glutamylocysteinyloglicyna Angiotensyna II zwęża naczynia krwionośne i jest najsilniejszym czynnikiem podwyższającym ciśnienie krwi. pobudza korę nadnerczy do syntezy aldosteronu, który zwiększa resorpcję zwrotną jonów sodowych w nerkach, przeciwdziałając ich utracie z moczem. Bradykinina, nanopeptyd rozszerza naczynia krwionośne i obniża ciśnienie krwi. wazopresyna i oksytocyna, nonapeptydy wykazujące aktywność hormonów produkowane w podwzgórzu, a magazynowane w tylnym płacie przysadki mózgowej. mają bardzo podobną strukturę, różnią się tylko dwoma aminokwasami. Wazopresyna (hormon antydiuretyczny, ADH) zwiększe wchłanianie zwrotne wody w dystalnych kanalikach nerkowych. niedobór ADH prowadzi do moczówki prostej. Oksytocyna stymuluje skurcze mięśni gładkich macicy i gruczułu sutkowego.
Polipeptydy o aktywności antybiotyków Niektóre peptydy wykazują aktywność biologiczną antybiotyków pierścień tiazolidynowy. Penicylina powstaje z D waliny i L cysteiny tworzą czteroczłonowy pierścień betalaktamowy i pierścień tiazolidynowy. pierścień -laktamowy do pierścienia betalaktamowego przyłączona jest wiązaniem peptydowym zmienna grupa kwasowa, L-cysteina D-walina Penicylina poprzez reaktywny pierścień betalaktamowy zawierający wiązanie peptydowe, nieodwracalnie hamuje transpeptydazę glikopeptydową kluczowy enzym w syntezie ścian komórek bakterii.
Polipeptydy aktynomycyna D -jest inhibitorem syntezy RNA, przez co hamuje syntezę białka -kwas fenoksazonodikarboksylowy jest połączony wiązaniem peptydowym z dwoma pentapeptydami -końcowe grupy karboksylowe tworzą makrocyliczne pierścienie laktonowe walinomycyna - Struktura cykliczna, połączona na przemian wiązaniami estrowymi i peptydowymi, składa się z trzykrotnie powtórzonego elementu: L-mleczan, L- walina, D-hydroksyizowalerian, D- walina - jonoforowy antybiotyk nośnikowy, pod jego wpływem błony przepuszczają K+ gramicydyna S, jonoforowy antybiotyk, budowa cykliczna gramicydyna A, struktura alfa helisy
Tworzenie wiązania dwusiarczkowego cysteina cystyna cysteina
Chemiczne modyfikacje reszt aminokwasowych Aminokwasy nie ulegające modyfikacjom potranslacyjnym: alanina, walina, leucyna, izoleucyna i metionina. Główne rodzaje potranslacyjnych modyfikacji łańcuchów bocznych: fosforylacja -karboksylacja acetylacja metylacja hydroksylacja racemizacja adenylacja ubikwitynacja glikozylacja sieciowanie białek z udziałem poliamin acylacja mirystylacja i palmitylacja prenylacja farnelyzacja i geranylogeranylacja tworzenie poprzecznych wiązań między łańcuchami polipeptydowymi tworzenie pochodnych glikozylofosfatydyloinozytylowych (GIP) Glikacja nieenzymatyczna Główne białka ulegające glikacji: hemoglobina, albumina i inne białka surowicy, białka błon plazmatycznych, krystalina, białka osłonek mielinowych ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, białka macierzy łącznotkankowej, np. kolagen
Glikacja nieenzymatyczna białko glukoza zasada Schiffa produkt Amadori bezpośrednia reakcja chemiczna między redukującym cukrem, najczęściej glukoza a pierwszorzędowa grupą aminową białka, w której nie powstaje glikozyd. początkowy produkt jest labilną zasadą Schiffa, która ulega powolnemu przegrupowaniu Amadori do stabilnej ketoaminowej pochodnej białka. w organizmach żywych nieenzymatyczne przyłączenie cukrowca należy rozpatrywać jako strukturalną i funkcjonalną modyfikacje białka, mającą znaczenie w mechaniżmie starzenia, która ma szczególnie duży wpływ na białka o długim okresie półtrwania. prędkość i wydajność procesu nieenzymatycznej glikacji jest proporcjonalny do stężenia cukru oraz czasu trwania reakcji. Glikowane białka błon plazmatycznych i podstawnych oraz glikowany kolagen ścian naczyń krwionośnych mogą prowadzić do zwiększonej przepuszczalności mikronaczyniowej, np. w nerkach.
Glikacja nieenzymatyczna Powstawanie produktów Amadori szczególnie silnie widać w procesach patologicznych np. podwyższenie stężenia monocukrów w organiźmie człowieka w przebiegu cukrzycy. Nieenzymatyczna glikacja białek dotyczy również krystaliny soczewki oka. Powoduje w niej zmiany konformacyjne, ułatwiające powstawanie wiązań krzyżowych w białku i przyczynia się do powstawania agregatów krystaliny, które mają zwiększoną zdolność pochłaniania światła. W konsekwencji sprzyja to powstawaniu zaćmy (katarakty) u chorych na cukrzycę. W przebiegu choroby pojawiają się w oku także zmiany naczyniowe.