Wykład 2

1. Wykład 2 Białka - struktura i funkcje 2.1. Aminokwasy http://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/organiczna/aminokwasy.htm http://chemik12.webpark.pl/rozne/aminokwasy.htm http://pl.wikipedia.org/wiki/Bia%C5%82ko http://www.pmp.p-net.pl/biologia/bialka.htm

2. Aminokwasy są związkami chemicznymi, składającymi się z dwóch grup funkcyjnych: grupy kwasowej (–COOH) i grupy aminowej (-NH2). Te grupy są przyłączone do tego samego atomu węgla. Atom węgla nazywamy atomem alfa. Tak więc aminokwasy występujące w przyrodzie są alfa-aminokwasami. Obie grupy funkcyjne są zdolne do przyłączania i odszczepiania kationu wodorowego. Wykazują więc równowagi pomiędzy różnymi formami sprotonowanymi w roztworze. Stężenia tych form zależą od stężenia jonu wodorowego w roztworze, a więc od pH.

5. Forma kationowa aminokwasu dominuje w środowisku kwaśnym, forma anionowa w środowisku zasadowym, natomiast stężenie formy zwitter-jonu jest największe w pH, zwanym punktem izoelektrycznym (pomiędzy wartościami pKa grup: aminowej i karboksylowej). Punkt izoelektryczny to pH, w którym stężenia form jonowych są sobie równe. Ogólnie: Wartość pKa jest to takie pH, przy którym stężenia formy sprotonowanej i zdeprotonowanej są sobie równe. Rozważmy równowagę kwasową: AH H+ + A- Stała równowagi tej reakcji ma postać: Ka = [A-][H+]/[AH], co, po zlogarytmowaniu i przekształceniu daje: pKa = pH + log([AH]/[A-]) Jest to równanie Hendersona-Hasselbacha. Opisuje ono sens fizyczny stałej równowagi kwasowej, podany powyżej.

6. pKa to takie pH, przy którym stężenia form: sprotonowanej i zdeprotonowanej są sobie równe

7. Tabela wzorów, nazw, akronimów i symboli jednoliterowych. * W kolejności: grupa karboksylowa (); grupa aminowa: grupa funkcyjna w łańcuchu bocznym.

10. Gdy do tego samego atomu węgla są przyłączone cztery różne podstawniki, to występuje zjawisko stereoizomerii. Ma to miejsce we wszystkich aminokwasach, z wyjątkiem glicyny Jeśli obrócimy cząsteczkę aminokwasu (wzór cząsteczki w postaci zwitter-jonu) o kąt 90 tak, aby atom wodoru (najmłodszy) leżał bezpośrednio za atomem węgla C, to otrzymamy projekcję Newmana.

11. Projekcja Newmana Alaniny Wodór jest za symbolem środkowego węgla

12. Atom węgla ma cztery różne podstawniki: -H (najmłodszy), -NH3+ (atom azotu jest najstarszy, bo ma największą masę atomową), -COO- (atom węgla grupy karboksylowej łączy się z dwoma atomami tlenu), np. -CH3 (atom węgla  pierwszy atom łańcucha bocznego). W konsekwencji atom węgla jest centrum chiralności. Można ją zdefiniować najłatwiej poprzez obrócenie cząsteczki tak, aby można było poprowadzić linię od najstarszego podstawnika (atomu związanego z centrum chiralności) w kierunku podstawnika o malejącym starszeństwie (masie atomowej atomu związanego bezpośrednio z centrum chiralności).

13. Projekcja Newmana L-Alanina (w postaci zwitter-jonu) Konfiguracja absolutna S (L) i R (D) Według nomenklatury Kahna-Ingolda-Preloga S- sinister; R-rectus Konfiguracja prawoskrętna D-Alanina Konfiguracja lewoskrętna L-Alanina Te dwa izomery mają odmienne właściwości. Są one względem siebie enancjomerami

14. Enancjomery skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w przeciwne strony. Wszystkie aminokwasy z wyjątkiem glicyny mają węgiel chiralny (centrum asymetrii, centrum stereogeniczne). Aminokwasy występujące w białkach zwierząt i człowieka są aminokwasami typu L. W przyrodzie występuje co najmniej 20 aminokwasów, którym przypisano stałe akronimy trójliterowe oraz symbole jednoliterowe. Lista nazw wraz z akronimami jest pokazana w uprzedniej Tabeli.

15. Aminokwasy są połączone ze sobą wiązaniem peptydowym (typu amidowego)

16. Wiązanie to powstaje jako skutek kondensacji dwóch aminokwasów w reakcji: Ugrupowanie amidowe jest „płaskie”, tzn. atomy C-C’(O)-N(H)-C leżą w jednej płaszczyźnie. Wiązania C=O i C-N mają charakter wiązania podwójnego odpowiednio w 60% i 40%. Ograniczona swoboda rotacji wokół wiązania C’-N powoduje możliwość występowania izomerii cis/trans. Wiązania występujące w białkach są zwykle trans (jak na rysunku).

17. Wykład 3 2. Białka - struktura i funkcje 2.1. Wiązania peptydowe, struktura I-IV-rzędowa

18. Wiązanie pomiędzy dwoma aminokwasami (wiązanie peptydowe) jest wiązaniem pomiędzy węglem grupy karboksylowej poprzedniego aminokwasu i azotem grupy alfa-aminowej drugiego aminokwasu. Wiązanie pomiędzy węglem i azotem ma charakter wiązania częściowo podwójnego. Obrót wokół tego wiązania nie jest swobodny.

19. Gdy obrót wokół wiązania nie jest swobodny (np. wiązanie podwójne C=C), to może wystąpić izomeria geometryczna typu cis – trans:

20. Wiązania peptydowe w polipeptydach (tutaj jest to tripeptyd – trzy połączone ze sobą aminokwasy) są płaskie i zawsze typu trans. Atomy głównego łańcucha polipeptydu, to: N, Ca, C’, N, Ca, C’, N, Ca, C’.

21. Struktura białek (polipeptydów) Białka są polimerami, których monomery stanowią aminokwasy. Powtarzającym się elementem w strukturze łańcucha polipeptydowego są aminokwasy. Łańcuch główny stanowią atomy N-C-C’, czyli atomy azotu (wiązania amidowego (peptydowego)), atomy węgla aminokwasu, podstawione grupami: aminową, karboksylową, atomem wodoru i grupą boczną aminokwasu (R), oraz atomy węgla karbonylowego wiązania amidowego.

22. Struktura I-rzędowa: Określone białko ma ściśle zdefiniowany skład i sekwencję (kolejność) aminokwasów; mówimy o pierwszorzędowej strukturze białka. Mówiąc o strukturze pierwszorzędowej, podajemy kolejność aminokwasów w białku, np.: Gly Gly Ala His Ala Asp Asp Gly Ala Gly Arg

23. Struktura II-rzędowa: Łańcuch polipeptydowy ma ściśle określoną konformację, którą opisują kąty dwuścienne łańcucha głównego, liczone od N-końca (wolna grupa aminowa) do C-końca (wolna grupa karboksylowa). Postać natywna (naturalna) białka ma tylko jedną możliwą konformację w stanie aktywnym.

24.    Kąty dwuścienne opisujące konformację łańcucha głównego: N-C -  C-C’ -  C’-N - 

25. Struktury powtarzające się periodycznie (regularne, uporządkowane) Spirala a: F = -58 stopni; Y = -47 stopni; w = 180 stopni Płachta b: F = 180 stopni; Y = 180 stopni; w = 180 stopni W rejonach, w których kilka kolejnych aminokwasów ma takie same kąty łańcucha głównego występują struktury uporządkowane. Spirala alfa (alfa-helisa) ma kształt sprężyny:

28. O ile atomy łańcucha głównego w alfa-helisie tworzą spiralę, to w beta-płachcie atomy łańcucha głównego leżą w jednej płaszczyźnie. Obie konformacje łańcucha często występują w strukturze białka. Następne przezrocze pokazuje konformację beta-płachty w dwóch rzutach

30. Struktura III-rzędowa: Na konformację łańcucha głównego mogą wpływać dodatkowe oddziaływania i wiązania, np. wiązanie dwusiarczkowe pomiędzy grupami bocznymi Cys (tworzą mostek kowalencyjny -S-S- pomiędzy odległymi resztami Cys) i wiązania wodorowe pomiędzy odległymi częściami łańcucha polipeptydowego.

32. Fragment łańcucha polipeptydowego z wiązaniami wodorowymi pomiędzy atomami wodoru (grupy N-H) i atomami tlenu (grupy C=O) należącymi do odległych aminokwasów w sekwencji (w łańcuchu), Wiązania wodorowe są zaznaczone liniami przerywanymi. Wiązania wodorowe występują zarówno w alfa-helisie, jak i beta-pętli. To one są odpowiedzialne za trwałość konformacyjną tych uporządkowanych struktur. Na tym rysunku pokazany jest fragment łańcucha polipeptydowego zawierający beta-pętlę.

35. Struktura IV-rzędowa: Większość białek występuje w stanie natywnym w postaci asocjatów wyższego rzędu, tj. związanych ze sobą niekowalencyjnie kilku podjednostek.

36. Struktura przestrzenna hemoglobiny. Dwie podjednostki alfa i dwie podjednostki beta są zaznaczone różnymi kolorami. Zielony jest hem.

37. Sposoby organizacji struktury białek Obecność grup zawierających atomy wodoru związane z atomem azotu i tlenu i jednocześnie grup karbonylowych daje możliwość tworzenia wiązań wodorowych pomiędzy sobą. Ponadto grupy te tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody otaczającymi białko. W konsekwencji te części reszt aminokwasowych, które mają charakter hydrofilowy eksponowane są na zewnątrz cząsteczki, natomiast aminokwasy z niepolarnymi grupami bocznymi, mające charakter hydrofobowy, unikają kontaktu z wodą i zwykle tworzą trudno dostępne kieszenie hydrofobowe.