2. Aminokwasy i białka
Prof.dr hab. inż. Korneliusz Miksch
Silesian University of Technology, Gliwice, Poland
Environmental Biotechnology Department
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
Białka zbudowane są z aminokwasów, które
powiązane są w długie łańcuchy zwane
łańcuchami polipeptydowymi. Gdy łączą się
dwa aminokwasy, otrzymamy dwupeptyd,
gdy trzy - trójpeptyd, gdy więcej -
wielopeptyd. Peptydy zawierające do 10
reszt
aminokwasów
nazywamy
oligopeptydami, gdy zawierają więcej reszt -
polipeptydami.
Peptyd
powstaje
przez
połączenie grupy karboksylowej (-COOH)
jednego aminokwasu z grupą aminową (-
NH
2
) drugiego aminokwasu z wydzieleniem
cząsteczki wody.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
R
W budowie białek wszystkich organizmów uczestniczy tylko 20
typowych aminokwasów. W cząsteczce typowego aminokwasu (a-
aminokwasu) wyróżnia się centralnie położony atom węgla a, do
którego przyłączone są kowalencyjnie: grupy aminowa i
karboksylowa, atom wodoru oraz łańcuch boczny (R). Łańcuchy
boczne determinują właściwości fizykochemiczne aminokwasów.
Podział aminokwasów ze względu na budowę ich łańcucha bocznego
jest następujący:
AMINOKWASY HYDROFOBOWE
Alifatyczne
glicyna, alanina, walina, leucyna,izoleucyna, metionina,
cysteina i prolina
Aromatyczne
fenyloalanina, tyrozyna itryptofan
AMINOKWASY HYDROFILOWE (POLARNE)
Pozbawione ładunku
asparagina, glutamina, seryna i treonina
Obdarzone ładunkiem
zasadowe- lizyna, arginina i histydyna
kwasowe- kwas asparaginowy i kwas glutaminowy
.
U niektórych organizmów występują dodatkowe aminokwasy, które
nie uczestniczą w budowie białek
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy z łańcuchem węglowym bez grup
dodatkowych
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawierające pierścień
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawierające dodatkową grupę aminową
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawierające grupę karboksylową -COOH
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy zawierające siarkę
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy z grupą hydroksylową -OH
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
R
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
R
Charakterystycznym wiązaniem, które powstaje przy
połączeniu się dwóch i więcej ze sobą aminokwasów
jest tzw. wiązanie peptydowe (-NH-CO-). Po
utworzeniu wiązania peptydowego między dwiema
cząsteczkami aminokwasów powstaje wolna grupa
aminowa (-NH
2
) oraz karboksylowa
(-COOH). Obie zatem mogą tworzyć dalsze wiązanie
peptydowe
z
innymi
aminokwasami.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
Przykłady oddziaływań pomiędzy łańcuchami bocznymi
aminokwasów w białkach. Mostki dwusiarczkowe,
oddziaływania jonowe, wodorowe i hydrofobowe
zilustrowane są kolejno od lewej do prawej strony
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka
Zachowanie się polimeru złożonego z elementów
hydrofilowych w wodzie
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Struktura pierwszorzędowa - określa, w jaki
sposób atomy w cząsteczkach białka są z sobą
połączone wiązaniami kowalencyjnymi, czyli jak
tworzą
się
łańcuchy.
Inaczej
struktura
pierwszorzędowa
określa
kolejność
aminokwasów w łańcuchu białkowym.
Struktura drugorzędowa - określa, w jaki
sposób utworzone łańcuchy są ułożone w
przestrzeni, czyli jakie formy przestrzenne
(spirale, arkusze albo kule) tworzą one za
pomocą wiązań wodorowych, łączących różne
łańcuchy lub różne części tego samego łańcucha.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Struktura
trzeciorzędowa
-
określa
najbardziej
korzystne
uporządkowanie
przestrzenne poszczególnych części cząsteczki
białka z punktu widzenia energetycznego;
zależy od oddziaływań między łańcuchami
bocznymi
jednej
lub
większej
liczby
makrocząsteczek.
Struktura czwartorzędowa - określa sposób
przestrzennego powiązania kilku cząsteczek w
jedną złożoną strukturę białka.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Białka zbudowane są z łańcuchów peptydowych w którym
do co trzeciego atomu węgla jest przyłączony łańcuch
boczny (R
1
, R
2
, R
3
, R
4
,...).
Sekwencja aminokwasów może na przykład wyglądać
następująco:
H
2
N -Tyr-Tre-Wal-Asp-Leu-Gli-Gli-Cys-His- COOH
Struktura pierwszorzędowa
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Struktura
"
pofałdowanej
kartki
(harmonijki)".
Taka struktura nazywana jest
również
strukturą beta
(beta-harmonijka)
.
To
pofałdowanie powstaje w wyniku ściągnięcia
łańcuchów peptydowych, przez co zmienia się
geometria wiązania peptydowego aminokwasu z
płaskiej na pofałdowaną. Uzyskuje się wtedy
bardziej korzystną strukturę do rozmieszczenia
małych lub średnich łańcuchów bocznych.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Struktura
pofałdowana
jest
korzystna dla białek w których
łańcuchy boczne są małe. Gdy
łańcuchy boczne są bardzo
duże,
wówczas
najlepsze
rozmiesz-czenie
zapewnia
struktura innego rodzaju, w
której każdy łańcuch jest
zwinięty
i
tworzy
helisę
(struktura alfa).
Łańcuch pepty-
dowy jest tu spiralnie owinięty
wokół hipotetycznego walca z
taką gęstością zwojów, aby
grupy -C=O i -N-H zwojów
sąsiadujących ze sobą znalazły
się w odległości odpowiedniej
do
utworzenia
wiązań
wodorowych.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Aminokwasy i białka (struktura białek)
Trzecio- i czwartorzędowa struktura białka