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