2. Aminokwasy i bia ka
Prof.dr hab. in . Korneliusz Miksch
Silesian University of Technology, Gliwice, Poland
Environmental Biotechnology Department
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych
Do wiadczenie S.
Millera, 1953
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych
Stanley Miller w 1999
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych
Niektóre
znalezione
przez S.
Millera
zwi zki
chemiczne
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Abiogenne powstanie podstawowych sk adników organizmów ywych
Czy jeste my
sami we
Wszech wiecie?
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
Bia ka zbudowane s z aminokwasów, które
powi zane s w d ugie
a cuchy zwane
a cuchami polipeptydowymi. Gdy cz si dwa
aminokwasy, otrzymamy dwupeptyd, gdy trzy -
trójpeptyd, gdy wi cej - wielopeptyd. Peptydy
zawieraj ce do 10 reszt aminokwasów nazywamy
oligopeptydami, gdy zawieraj wi cej reszt -
polipeptydami. Peptyd powstaje przez po czenie
grupy
karboksylowej
(-COOH)
jednego
aminokwasu z grup aminow (-NH
2
) drugiego
aminokwasu z wydzieleniem cz steczki wody.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
R
W budowie bia ek wszystkich organizmów uczestniczy tylko 20 typowych
aminokwasów. W cz steczce typowego aminokwasu (a-aminokwasu) wyró nia
si centralnie po o ony atom w gla a, do którego przy czone s
kowalencyjnie: grupy aminowa i karboksylowa, atom wodoru oraz a cuch
boczny (R). a cuchy boczne determinuj w a ciwo ci fizykochemiczne
aminokwasów. Podzia aminokwasów ze wzgl du na budow ich a cucha
bocznego jest nast puj cy:
AMINOKWASY HYDROFOBOWE
Alifatyczne
glicyna, alanina, walina, leucyna,izoleucyna, metionina, cysteina i
prolina
Aromatyczne
fenyloalanina, tyrozyna itryptofan
AMINOKWASY HYDROFILOWE (POLARNE)
ozbawione adunku
asparagina, glutamina, seryna i treonina
Obdarzone adunkiem
zasadowe- lizyna, arginina i histydyna
kwasowe- kwas asparaginowy i kwas glutaminowy
U niektórych organizmów wyst puj dodatkowe aminokwasy, które nie
uczestnicz w budowie bia ek
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy z a cuchem w glowym bez grup dodatkowych
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawieraj ce pier cie
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawieraj ce dodatkow grup aminow
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawieraj ce grup karboksylow
-COOH
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawieraj ce siark
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy z grup hydroksylow
-OH
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
R
Charakterystycznym
wi zaniem,
które
powstaje
przy
po czeniu si dwóch i wi cej ze sob aminokwasów jest
tzw. wi zanie peptydowe (-NH-CO-).
Po utworzeniu wi zania
peptydowego mi dzy dwiema cz steczkami aminokwasów
powstaje wolna grupa aminowa (-NH
2
) oraz karboksylowa
(-COOH). Obie zatem mog tworzy dalsze wi zanie
peptydowe
z
innymi
aminokwasami.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
R
.
Wi zania peptydowe w polipeptydach (tutaj jest to tripeptyd trzy
po czone ze sob aminokwasy) s p askie i zawsze typu
trans
.
NH
3
C
C
O
N
R
H
H
C
C
R
H
O
N
H
COO
H
R
+
-
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
Przyk ady oddzia ywa pomi dzy a cuchami bocznymi
aminokwasów w bia kach. Mostki dwusiarczkowe, oddzia ywania
jonowe, wodorowe i hydrofobowe zilustrowane s kolejno od lewej do
prawej strony
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
Typowe warto ci energii wi za mi dzyatomowych
wyst puj cych w bia kach pocz wszy od
najsilniejszych, jakimi s wi zania kowalencyjne,
przez jonowe i wodorowe, a do najs abszych
wi za van der Waalsa.
Rodzaj wi zania
Energia
[kcal/mol]
KJ/mol
[eV]
Kowalencyjne
70 - 100
290 - 420
1,7 - 4,4
Jonowe
10
42
0,45
Wodorowe
4 - 5
17 - 21
0,18 - 0,22
Van der Waalsa
1 - 2
4,2 - 8,4
0,044 - 0,088
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
Zachowanie si polimeru z o onego z elementów
hydrofilowych w wodzie
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Struktura pierwszorz dowa
- okre la, w jaki sposób atomy
w cz steczkach bia ka s z sob po czone wi zaniami
kowalencyjnymi, czyli jak tworz si a cuchy. Inaczej
struktura pierwszorz dowa okre la kolejno aminokwasów w
a cuchu bia kowym.
Struktura drugorz dowa
- okre la, w jaki sposób utworzone
a cuchy s u o one w przestrzeni, czyli jakie formy
przestrzenne (spirale, arkusze albo kule) tworz one za
pomoc wi za wodorowych, cz cych ró ne a cuchy lub
ró ne cz ci tego samego a cucha
.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Struktura trzeciorz dowa
- okre la najbardziej korzystne
uporz dkowanie przestrzenne poszczególnych cz ci
cz steczki bia ka z punktu widzenia energetycznego;
zale y od oddzia ywa mi dzy a cuchami bocznymi
jednej lub wi kszej liczby makrocz steczek.
Struktura
czwartorz dowa
-
okre la
sposób
przestrzennego powi zania kilku cz steczek w jedn
z o on struktur bia ka
.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Bia ka zbudowane s z a cuchów peptydowych w którym do co
trzeciego atomu w gla jest przy czony a cuch boczny (R
1
, R
2
,
R
3
, R
4
,...).
Sekwencja aminokwasów mo e na przyk ad wygl da
nast puj co:
H
2
N -Tyr-Tre-Wal-Asp-Leu-Gli-Gli-Cys-His- COOH
Struktura pierwszorz dowa
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Struktura "
pofa dowanej kartki (harmonijki
)".
Taka
struktura nazywana jest równie
struktur beta
(beta-
harmonijka)
.
To pofa dowanie powstaje w wyniku
ci gni cia a cuchów peptydowych, przez co zmienia
si geometria wi zania peptydowego aminokwasu z
p askiej na pofa dowan . Uzyskuje si wtedy bardziej
korzystn struktur do rozmieszczenia ma ych lub
rednich
a cuchów
bocznych.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Struktura
pofa dowana
jest
korzystna dla bia ek w których
a cuchy boczne s ma e.
Gdy
a cuchy boczne s bardzo du e,
wówczas
najlepsze
rozmiesz-
czenie zapewnia struktura innego
rodzaju, w której ka dy a cuch
jest zwini ty i tworzy
helis
(struktura alfa).
a cuch pepty
-
dowy jest tu spiralnie owini ty
wokó hipotetycznego walca z tak
g sto ci zwojów, aby grupy -C=O
i -N-H zwojów s siaduj cych ze
sob znalaz y si w odleg o ci
odpowiedniej
do
utworzenia
wi za wodorowych.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Struktura
drugorz dowa
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i bia ka
(struktura bia ek)
Trzecio- i czwartorz dowa struktura bia ka
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Polimerowe odwzorowanie molekularne