18.10.2009

BIOCHEMIA- wykład II,

BIAŁKO (PROTEINA) (gr. PROTEIOS - pierwszorzędny => o pierwszorzędnym znaczeniu)

• białka stanowią ok. 50% suchej masy komórki i odgrywają decydującą rolę we wszystkich procesach biologicznych

• wszystkie zawierają C, H, N i O, prawie wszystkie S, stwierdzono też P, Fe, Zn, Cu

1) FUNKCJE BIAŁEK:

• KATALIZA ENZYMATYCZNA- w układach żywych prawie wszystkie reakcje enzymatyczne są katalizowane przez enzymy (niemal wszystkie są białkami, przyspieszają reakcję min. 10⁶ x)

• Transport i magazynowanie - Hb przenosi O₂ w erytrocytach, mioglobinie w mm., transferyna Fe w osoczu krwi, które jest magazynowane w wątrobie z ferrytyną

• Ruch uporządkowany - białka są gł. skł. mięśni (skurcz, przemieszczanie chromosomów, poruszanie się plemników => białkowy ukł. kurczliwy

• Funkcje mechaniczno-strukturalne- elastyczność mięśni i tkanek zapewnia kolagen

• Ochrona immunologiczna- przeciwciała, białka o dużej swoistość rozpoznają substancje „obce”

• Wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych- białka receptorowe, fotoreceptorowe- rodopsyna. Przenoszenie impulsu w synapsach

• Kontrola wzrostu i różnicowania (odpowiedniej kolejności ekspresji inf.genet.). U bakterii to białka represorowe (wyciszające określone fragmenty DNA), u org. wyższych to czynnik wzrostu, hormony (insulina, h. tyreotropowy) => przepływ energii i materii

2) WŁAŚCIWOŚCI BIAŁEK DECYDUJE O ICH FUNKCJONALNOŚCI:

• Są liniowymi polimerami zbudowanymi z monomerycznych jednostek- aminokwasów

• Spontanicznie zwijają się w struktury przestrzenne zdeterminowane sekwencją a-sów

• Funkcja zależy od struktury przestrzennej

• Białka są ilustracją „przejścia jednowymiarowego świata sekwencji do trójwymiarowego świata cząsteczek o odemiennych właściwościach”

• Zawierają szeroki zakres grup funkcyjnych (alkoholowe, tiolowe, tioestrowe, karboksylowe, amidowe i różne gr. zasadowe), połączonych w różnej kolejności i determinujących funkcje

• Mogą oddziaływać ze sobą i innymi biomolekułami tworząc złożone struktury ( odmiennych właściwościach)

• Niektóre b. mają sztywną strukturę, inne wykazują ograniczoną elastyczność (sztywne - elementy cytoszkieletu lub tkn. łącznej, elastyczne- istotne dla funkcjonowania białek w procesach składania z in. białkami oraz przekazywaniu inf.)

3) BIAŁKA ZBUDOWANE SĄ Z ZESTAWU 20 A-SÓW:

• α- aminokwasy mają charakterystyczny chiralny ( izomery L i D) gdyż tetraedryczny węgiel α połączony jest z gr. Karboksylową, gr. aminową, atomem wodoru i gr. R (łańcuch boczny)

• w białkach tylko L-aminokwasy, w pH obojętnym forma obojnacza

• łańcuchy boczne różnią się wielkością, kształtem, ładunkiem i zdolnością do tworzenia wiązań wodorowych, hydrofobowością oraz reaktywnością chem.

• U wszystkich ogr. żywych ten sam zestaw różnorodnych a-ów (nadaje białkom wszechstronne cechy funkcjonalne)

4) BIAŁKA MAJĄ DUŻE MOŻLIWOŚCI TWORZENIA WIAZ.WODOROWYCH

• 11 a- sów ma łańcuchy boczne mogące tworzyć w. wodorowe

• Tryptofan i arginina mogą być tylko donorami

• Asparaginy, seryny, treoniny mogą być donorami i jak i akceptorowi

• Lizyna, kw. Glutaminowy, kw.asparaginowy, tyrozyna, histydyna - możliwości tworzenia wiązań zmniejszają się w zależności od pH

5) STRUKTURA I RZĘDOWA:

• A-sy połączone wiąz. peptydowymi tworzą łańcuch polipeptydowy (przez gr. α -karboksylowe i α- aminowe)

• Łańcuch polipeptydowy jest spolaryzowany ( pocz. stanowi koniec aminowy)

• Łańc. główny (regularnie powtarzające się elementy) i łańc. boczne (różne a-sy)

• Większość naturalnych łańcuchów polipeptydowych zawiera 50-2000 reszt a-kwasowych (~ masa 110) i powszechnie naz. się je białkami (mniejsze to peptydy i oligopeptydy)

• Masy większości łańcuchów 5500-220000 (Daltonów)

• W. poprzeczne (najczęściej mostek dwusiarczkowi (disulfidowy)

Cysteina cystyna

utlenianie

6) BIAŁKA MAJĄ ŚCIŚLE OKRESLONE SEKWENCJE A-SOWE, ZGODNE Z ZAPISEM GENETYCZNYM:

• 1953R. f. Songer- insulina

• Sekwencja- czyli struktura I rz. Jest właściwa dla danego białka

• Sekwencja nukleotydów w DNA określa komplementarną sekwencję w RNA, która determinuje sekwencję a-ów w białku

7) OZNACZENIE SEKWENCJI JEST WAŻNE GDYŻ:

• Pozwala wyjaśnić mechaniczne działanie białka (zmiana powoduje zmianę właściwości)

• Sekwencja determinuje strukturę przestrzenną białka, czyli funkcjonalności

• Jest niezbędne w patologii molekularnej (niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, mukowiscydoza - zmiana jednego a-su)

• Dostarcza inf. dotyczącej historii ewolucyjnej białek (podobieństwa dot. tylko białek od wspólnego przodka)

8) ŁAŃCUCHY POLIPETYDOWE SĄ ELASTYCZNE I RÓWNOCZEŚNIE KONFORMACYJNIE OGRANICZONE:

• Wiązanie peptydowe jest zasadniczo płaskie, w znacznym stopniu charakter w. podwójnego, nie ma ładunku ( możliwości zwijania łańcucha we wpakowane struktury globularne), może przyjmować konfiguracje cis i trans ( w białku trans)

• Dwie sąsiadujące jedn. w. peptydowego mogą się wokół nich obracać (zwijanie białek)

• Ułożenie w. peptydowego zależy od kąta rotacyjnego wokół wiązań N-Cα(ϕ( [fi], Cα-C gr.karboskylowej (ψ) [psi]

=>3/4 kombinacji tych kodów

9) STRUKTURA II RZĘDOWA:

• Opisuje wzajemne, przestrzenne ułożenie reszt a-sów sąsiadujących ze sobą w sekwencji liniowej

• Łańcuchy polipeptydowe mogą się zwijać w regularne struktury typu helisy alfa, harmonijki beta, wstęga- zwrot- wstęga, pętli

• Helisa alfa jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi w obrębie łańcucha ( w białkach prawoskrętnie)

• W białkach 0-100% (?) - ferrytyna, mioglobina, Hb 75%, chymotrypsyna 0%)

• Długość pojedyn. helisy max 4,5nm, spleciona 2 i więcej do ponad 100nm (miozyna, tropomiozyna mm., fibryna, keratyna włosów)

• Cytoszkielet - filamenty

STRUKTURA HARMONIJKI BETA JEST STABILIZOWANA WIĄZANIAMI WODOROWYMI POMIĘDZY ŁAŃCUCHAMI PEPTYDOWYMI:

• Nić beta prawie rozciągnięta, łańcuchy boczne sąsiednich a-sów skierowane przeciwnie, dwie lub więcej linii

• Struktury: antyrównoległa, równoległa, mieszana

• Antyrównoległa- sąsiadujące łańcuchy ułożone w przeciwnych kierunkach, wiąz. Wodorowe między CO i NH sąsiedniego łańcucha

• Równoległa sąsiadujące łańcuchy ułożone w tym samym kierunku, NH każdego a-su wodorowo powiązane z CO a-su sąsiadującej nici, ale gr CO łączy się z NH a-su usytuowanego o 2 reszty dalej wzdłuż os łańcucha

• Stosunkowo płaskie ale większość nieco….?

• Elementy struktury białek (wiążące kw. tłuszczowe - tylko harmonijka ß

ŁAŃCUCHY POLIPEPTYDOWE MOGĄ ZMIENIAĆ KIERUNEK TWORZĄC STRUKTURY TYPU WSTĘGA- ZWROT- WSTĘGA I PĘTLI (spinki do włosów, zwroty beta):

• Zwrot beta- tworzy się w wyniku wiąz. Wodorowych miedzy grupą -CO reszty i -NH reszty i +3 (?)

• Struktury te stabilizują nagłe zmiany kierunku łańcucha polipeptydowego

• Pętle - odp.za odwrócenie kierunku łańcucha polipeptydowego (bardziej złożone) pętle Ω

• Żadna z tych struktur nie ma regularnej i ….. struktury, są sztywne i db. zdefiniowane, zawsze są na powierzchni białek, często biorą udział w oddziaływaniu białko-inna cząsteczka

HELISA KOLAGENU:

• Szczególny rodzaj helisy, trzy łańcuchy polipeptydowe ( po 1000 reszt)

• Składa się z glicyny ( co trzeci a-s), proliny, hydroksyproliny

• Każdy łańcuch stabilizowany przez sferyczne odpychania się pierścieni pirolidynowych proliny i hydroksyproliny

• 3 nici ze sobą łączą się wiązaniem wodorowym

• Gly znajduje się we wnętrzu helisy (wnętrze b. ciasne)

10) STRUKTURA III RZĘDOWA

• Odnosi się do powiązań przestrzennych i wzajemnego ułożenia reszt a-sowych, oddalony od siebie w sekwencji liniowej oraz lokalizacji mostków dwusiarczkowych

• Białka rozpuszczalne w wodzie zwijają się w ściśle upakowane struktury z niepolarnym rdzeniem- przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego w białku odnosi się do jego struktury III rz.

• W zwiniętym ł. polipeptydowym hydrofobowe łańcuchy boczne SA schowane we wnętrzu cząsteczki a naładowane łańcuchy polarne pozostają na jej powierzchni

• Domeny, ściśle zwinięte ł. polipeptydowe (30-400 reszt) połączone elastycznymi odcinkami (perły na sznurze)

• Gł. na zewnątrz polarne a-sy, a we wnętrz - niepolarne

Mioglobina

11) STRUKTURA IV RZĘDOWA:

• Odnosi się do wzajemnego ułożenia przestrzennego podjednostek ( ł. polipepetydowym) i natury ich oddziaływań

• Podjednostki mogą być identyczne lub różne

• Hb tetrametr - α₂ß_{2 (}po 2 takie same podjednostki)

12) SEKWENCJA AMINOKWASÓW OKREŚLA STRUKTURĘ PRZESTRZENNĄ BIAŁKA:

• Natywna forma białka jest najbardziej termodynamicznie stabilną, czyli najtrwalszą formą biologiczną

• Białka wykazują aktywność biolog. W wąskich zakresach pH i temp., w skrajnych denaturują

• Utrata aktywności jest skutkiem rozwinięcia ł.polipeptydowego

• Ranaturacja jest możliwa lecz utrudnia ja tworzenie się „błędnych” mostków dwusiarczkowych i splatanie się rozwiniętych cząstek w przypadkowe pętle…

1