Wejściówka 2- wiązanie peptydowe, wzory i nazewnictwo peptydów, wolne peptydy – funkcje biologiczne PDF

Preview

Summary

wiązanie peptydowe, wzory i nazewnictwo peptydów, wolne peptydy – funkcje biologiczne, forma zredukowana i utleniona glutationu, jego funkcje biologiczne, właściwości fizykochemiczne białek, Czynniki denaturujące natywną strukturę białek - wiązania stabilizujące struktury białek I-, II-, III-, i

Description

Wejściówka 2- biochemia 1.wiązanie peptydowe, wzory i nazewnictwo peptydów Aminokwasy wiążą się ze sobą poprzez reakcję grupy α-karboksylowej z grupą α-aminową. Powstaje wiązanie peptydowe, odłącza się cząsteczka wody. Połączenie dwóch aminokwasów daje dipeptyd

1. Wiązanie peptydowe 2. Wiązanie peptydowe łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego. 3. Powstanie dipeptydu z dwóch wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki 4. wody. W łańcuchu polipeptydowym możemy wyznaczyć

kierunek, ponieważ jego składniki mają 5. dwa rózne końce, koniec aminowy, który uznawany jest za początek oznaczony N-, oraz 6. karboksyolowy uznawany za końcowy zwany końcem C7. Wiązanie peptydowe 8. Wiązanie peptydowe łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego.

9. Powstanie dipeptydu z dwóch wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki 10. wody. W łańcuchu polipeptydowym możemy wyznaczyć kierunek, ponieważ jego składniki mają 11. dwa rózne końce, koniec aminowy, który uznawany jest za początek oznaczony N-, oraz

12. karboksyolowy uznawany za końcowy zwany końcem C13. Wiązanie peptydowe 14. Wiązanie peptydowe łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego. 15. Powstanie dipeptydu z dwóch wolnych aminokwasów wiąże się z

uwolnieniem jednej cząsteczki 16. wody. W łańcuchu polipeptydowym możemy wyznaczyć kierunek, ponieważ jego składniki mają 17. dwa rózne końce, koniec aminowy, który uznawany jest za początek oznaczony N-, oraz 18. karboksyolowy uznawany za końcowy zwany końcem C-

19. Wiązanie peptydowe 20. Wiązanie peptydowe łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego. 21. Powstanie dipeptydu z dwóch wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki 22. wody. W łańcuchu polipeptydowym

możemy wyznaczyć kierunek, ponieważ jego składniki mają 23. dwa rózne końce, koniec aminowy, który uznawany jest za początek oznaczony N-, oraz 24. karboksyolowy uznawany za końcowy zwany końcem CWiązanie peptydowe łączy grupę karboksylową jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego. Powstanie dipeptydu z dwóch wolnych aminokwasów wiąże się z uwolnieniem jednej cząsteczki H 2O. W łańcuchu polipeptydowym możemy wyznaczyć kierunke, ponieważ jego składniki mają dwa różne końce, koniec aminowy, który uznawany jest za początek oznaczony N- oraz karboksylowy uznawany za końcowy zwany końcem C-. oba atomy węgli α również leżą w płaszczyźnie wiązania peptydowego, ale są rozmieszczone najczęściej w pozycji trans w stosunku do wiązania C-N. Peptydy mogą występować w formie linii zygakowatej, umożliwia to swobodny ruch cząsteczki. W przypadku proliny i hydroksyproliny wiązanie peptydowe powstaje poprzez interakcję grupy iminowej z grupą karboksylową innego aminokwasu. Peptydy są strukturami nierozgałęzionymi.

Polipeptydy są wtedy kiedy mają od 10 do 100 aminokwasów Białka są wtedy kiedy mają od 100 aminokwasów Oligopeptydy są wtedy kiedy mają mniej niż 10 aminokwasów

Nazewnictwo peptydów: Nazwę peptydu rozpoczyna się od nazwy reszty aminokwasu N-końcowego, potem wymienia się nazwy kolejnych reszt aminokwasowych, a kończy się nazwą aminokwasu Ckońcowego w jej oryginalnym brzmieniu. Na przykład: dipeptyd złożony z cysteiny z wolną grupą –NH2 (- NH3+) i treoniny z wolną grupą COOH (-COO-) to cysteinylotreonina. Natomiast dipeptyd złożony z tych samych aminokwasów, lecz połączonych w odwrotnej kolejności, to treonylocysteina

Nazwy peptydów kończą się na -yna i są połączeniem amikowasów Xylo-xylo-xylo-xyna - 3 pierwsze litery aminokwasów Np. glicylowaliotyrozyna

Kolejność (sekwencję) aminokwasów w peptydach zapisuje się za pomocą symboli trójliterowych lub jednoliterowych Na przykład, peptyd o sekwencji aminokwasowej: Arg-Lys-Val-Leu (RKVL), to arginylo-lizylowaliloleucyna. Natomiast peptyd o identycznym składzie, lecz o odwrotnej sekwencji aminokwasowej: LeuVal-Lys-Arg (LVKR), to leucylo-walilo-lizylo-arginina. W nazewnictwie peptydów – szczególnie tych o krótkim łańcuchu – uwzględnia się liczbę reszt aminokwasowych. Na przykład nazwy: dipeptyd, tripeptyd, tetrapeptyd, pentapeptyd, oznaczają peptydy zawierające odpowiednio: dwie, trzy, cztery, pięć reszt aminokwasowych.

2.wolne peptydy – funkcje biologiczne

3. forma zredukowana i utleniona glutationu, jego funkcje biologiczne

Glu- Cys- Gly Tworzenie wiązania grupy karboksylowej z

łańcucha bocznego Glutaminianu z aminową cysteiny, a następnie karboksylowej cysteiny z aminową glicyny Glutation jest tripeptydem o nietypowej strukturze. Składa się z glutaminianu, cysteiny i glicyny. Unikatowy charakter struktury glutationu wynika z odmiennego sposobu wiązania glutaminianu, jako aminokwasu N-końcowego. Wiązanie glutaminianu z grupą aminową cysteiny zachodzi bez udziału jego grupy α- karboksylowej. W przeciwieństwie do innych peptydów i białek wiązanie peptydowe między Glu i Cys tworzy się z udziałem grupy γ-karboksylowej glutaminianu. Glutation jest, więc γ-glutamylo-cysteinylo-glicyną. Glutaminian, jako aminokwas N-końcowy, zawiera zarówno wolną grupę α-aminową i wolną grupę αkarboksylową. Peptyd ten występuje w formie zredukowanej i utlenionej. Forma zredukowana posiada wolną grupę sulfhydrylową (-SH).

Forma utleniona powstaje poprzez utlenienie (odłączenie pary atomów wodo-ru) od grup –SH dwu cząsteczek glutationu zredukowanego. Atomy siarki pozbawione wodoru wiążą się ze sobą, tworząc mostek dwusiarczkowy, zwany także mostkiem disulfidowym.

Zdolność glutationu do przechodzenia na przemian w stan utleniony i zredukowany jest niezwykle ważna w procesach oksydacyjnoredukcyjnych.

Funkcje biologiczne glutationu:     

  

 

Glutation umożliwia usuwanie z ustroju związków azotowych i chlorowcopochodnych toksyn Glutation jako antyoksydant stabilizuje błony lizosomów i hamuje uwalnianie katabolicznych enzymów lizosomalnych. Jako transporter aminokwasów w cyklu gamma glutamylowym, ułatwia syntezę białka i sprzyja tworzeniu dodatniego bilansu azotowego. Zwiększa uwodnienie komórek oraz zasoby glikogenu mięśniowego. Zwiększa poziom hormonu wzrostu, obniża poziom kortyzolu, przyspiesza redukcję tkanki tłuszczowej, wspomaga odporność, łagodzi objawy zmęczenia, obniża poziom kwasu mlekowego. Glutation jako antyoksydant neutralizuje wolne rodniki w wątrobie i detoksykuje pestycydy. Zredukowany glutation jest syntetyzowany (wytwarzany) w każdej komórce organizmu przez witaminę C. Zredukowany glutation jest wszechobecnym antyoksydantem zaangażowanym w wiele funkcji komórkowych, takich jak detoksykacja, transport aminokwasów, produkcja koenzymów oraz recykling witamin E i C. Odgrywa on kluczową rolę w funkcjonowaniu oraz rozmnażaniu limfocytów w celu zwalczania organizmów takich jak bakterie, pasożyty oraz wirusy. Glutation koncentruje się głównie w wątrobie, gdzie odgrywa funkcje głównego czynnika detoksykacyjnego.

 

   

  

Zredukowany, czyli posiadający dodatkowy elektron ma zdolność wiązania się z wolnymi rodnikami tlenowymi w wyniku czego powstaje utleniona forma glutationu Obecność (należącej do reszty cysteiny) grupy tiolowej (—SH), z którą bezpośrednio wiążą się jego biologiczne funkcje. Grupy—SH należą do najbardziej reaktywnych grup chemicznych, jakie występują w komórce

4. właściwości fizykochemiczne białek Białka są na ogół rozpuszczalne w wodzie, niektóre rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworachkwasów i zasad a inne w rozpuszczalnikach organicznych. Ulegają hydratacji poprzez wykazanie zdolności do wiązania cząsteczek wody.Początkowo pęcznieją a następnie się rozpuszczają. Tworzą cząstki koloidalne. Na ich rozpuszczalność ma też wpływ stężenie soli nieorganicznych. Niewielkie stężenie wpływają dodatnio ale przekroczenie pewnego stężenia powoduje oddzielenie wody i wypadanie ich z roztworu (wysalanie)- jest to proces odwracalny i nie narusza ich struktury, niszczy jedynie ich otoczkę solwatacyjną. Białka ulegają procesowi koagulacji i procesowi odwrotnemu - peptyzacji . Koagulacja jest to przejście zolu w żel, a peptyzacja jest to przejście żelu w zol. Dzięki obecności w cząsteczce białka ładunków elektrycznych posiadają one właściwość poruszania się w polu elektrycznym. Przy warunkach sprzyjających tworzeniu ładunków (+) białko przesuwa się w stronę katody, natomiast w odwrotnych warunkach przesuwa się w stronę anody. Wykorzystano tą właściwość do rozdzielenie mieszanin białek na drodze elektroforezy.

5. Czynniki denaturujące natywną strukturę białek - wiązania stabilizujące struktury białek I-, II-, III-, i IV-rzędowe Denaturacja białek polega na zniszczeniu jego struktur przestrzennych z zachowaniem struktury pierwszorzędowej. Ciągłość łańcucha polipeptydowego pozostaje nienaruszona. Istotą denaturacji jest rozpad wiązań o niskiej energii, które stabilizują strukturę przestrzenną białka.

Czynniki denaturujące natywną strukturę białek:      

podwyższona temperatura (na ogół powyżej 58 – 60oC), rozpuszczalniki organiczne, kwasy, zasady, jony metali ciężkich (np. Hg2+, Pb2+), stężone roztwory mocznika lub chlorowodorku guanidyny.

Podwyższona temperatura, stężone roztwory mocznika lub chlorowodorku guanidyny powodują rozrywanie wiązań o niskiej energii, przede wszystkim wiązań wodorowych. Rozpuszczalniki organiczne wprowadzają nowe oddziaływania hydrofobowe między białkiem i cząsteczkami niepolarnego rozpuszczalnika. Metale ciężkie reagują z siarką grup sulfhydrylowych, uniemożliwiających tworzenie mostków dwusiarczkowych. Denaturacja białka na ogół zmienia jego rozpuszczalność. Białko rozpuszczalne traci rozpuszczalność, białko nierozpuszczalne staje się rozpuszczalnym. Denaturowane białko traci większość swoich aktywności biologicznych

wiązania stabilizujące struktury białek I-rzędowe Struktura pierwszorzędowa określa sekwencję, czyli kolejność reszt aminokwasowych w łańcuchu białkowym. 

Poszczególne reszty aminokwasowe są połączone kowalencyjnie poprzez wiązania peptydowe

wiązania stabilizujące struktury białek II-rzędowe Struktura drugorzędowa białka jest to sposób przestrzennego rozmieszczenia łańcucha polipeptydowego  



stabilizowana jest wiązaniami wodorowymi. α- helisa: pozwala na tworzenie wewnątrz łańcuchowych, między zwojowych wiązań wodorowych. Atom wodoru związany kowalencyjnie z atomem azotu w grupie =N-H jest równocześnie przyciągany przez elektroujemny atom tlenu zawarty w grupie =C=O. układ przestrzenny stwarza możliwość oddziaływań elektrostatycznych zapewniających maksymalną siłę wiązań wodorowych. We wszystkich białkach α-helisa jest prawoskrętna i zbudowana z Laminokwasów Struktura β (harmonijką β): W białkach o strukturze β nie występują wewnątrzłańcuchowe wiązania wodorowe między grupami =CO (n) i grupami =N-H (n + 4). Wiązania takie powstają natomiast między grupami =C=O i =N-H sąsiadujących ze sobą łańcuchów i są usytuowane poprzecznie do ich długiej osi.

wiązania stabilizujące struktury białek III-rzędowe Struktura trzeciorzędowa białek określa sposób wtórnego, trójwymiarowego pofałdowania cząsteczki białka z zachowaniem wyżej opisanych elementów struktury drugorzędowej. 

stabilizowana jest wiązaniami wodorowymi.



   

stabilizowana przez interakcje łańcuchów bocznych reszt aminokwasowych, zarówno poprzez wiązania kowalencyjne (mostki dwusiarczkowe), jak i wiązania niekowalencyjne o niskiej energii. Wiązania hydrofobowe Wiązania wodorowe Mostki dwusiarczkowe Wiązania jonowe

wiązania stabilizujące struktury białek IV-rzędowe    

stabilizowana jest wiązaniami wodorowymi. stablizowana wiązaniami niekowalencyjnymi o niskiej energii, jak wiązania hydrofobowe, jonowe lub wodorowe. W niektórych białkach struktura ta jest stabilizowana poprzez mostki dwusiarczkowe pomiędzy resztami cysteiny należącymi do różnych podjednostek. Jedynie w kolagenie i w elastynie występują bardzo stabilne wiązania kowalencyjne pomiędzy podjednostkami.

6. koagulacja, wysalanie i denaturacja białek Koagulacja: Jest to łączenie się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Może być odwracalna lub nieodwracalna a także spontaniczna bądź wymuszona. Jest widocznym objawem denaturacji ale nie zawsze jej towarzyszy.Zachodzi jeżeli stopień dyspersji układu koloidalnego ulegnie zmniejszeniu Koagulację mogą powodować:    

Najczęściej- zmiany ładunku elektrycznego lub dehydratację. wywołać ogrzewanie białka koagulacja może być odwracalna Szczególnym przypadkiem koagulacji jest wysolenie

Wysalanie Jest to wytrącenie białka w roztworu (bez jego denaturacji), do którego dochodzi w obecności wysokiego stężenia soli (np. NaCl, Na2SO4,..).   

Szczególny przypadek koagulacji. Wysalanie białek jest procesem odwracalnym Proces wysalania najłatwiej przebiega w pobliżu punktu izoelektrycznego.

   

Zjawisko to jest związane z odwodnieniem cząstki białka. Sole powodują, że białko traci płaszcz hydratacyjny i następuje obniżenie rozpuszczalności, w efekcie powstaja wieksze agregaty i białko wypada z roztworu Zjawisku wysalania sprzyjają te aniony, które tworzą wiązania wodorowe lub mają dużą elektroujemność. Białko otrzymane w wyniku wysolenia zachowuje swoje biologiczne właściwości, dlatego metoda wysalania znalazła zastosowanie do rozdzielania i oczyszczania białek.

Denaturacja białek:

Jest to zniszczenie lub częściowe zmiany struktur drugo-, trzecio- i czwartorzętowej białka, co prowadni do zmiany jego konformacji. Zniszczone struktury natywnej prowadzi do utraty biologicznej aktywności białka. Denaturacja białek może zachodzić pod wpływem wysokiej

temperatury, mocnych kwasów metali ciężkich, rozpuszczalników organicznych, detergentów. W wyniku denaturacji: obniża się rozpuszczalność, następuje wzrost lepkości wzrost kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego Białka zdenaturowanego nie można wydzielić w

postaci krystalicznej. Jest ono bardziej podatne na działanie enzymów proteolitycznych, a tym samym bardziej strawne Jest to zniszczenie lub częściowe zmiany struktur drugo-, trzecio- i czwartorzętowej białka, co prowadzi do zmiany jego konformacji. Zniszczone struktury natywnej prowadzi do utraty biologicznej aktywności białka. Denaturacja białek może zachodzić pod wpływem wysokiej temperatury, mocnych kwasów metali ciężkich, rozpuszczalników organicznych, detergentów. W wyniku denaturacji:    

obniża się rozpuszczalność, następuje wzrost lepkości wzrost kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego Białka zdenaturowanego nie można wydzielić w postaci krystalicznej. Jest ono bardziej podatne na działanie enzymów proteolitycznych, a tym samym bardziej strawne 7. Elektroforeza białek

Elektroforeza jest powszechnie stosowaną metodą rozdziału i analizy związków koloidalnych. Jej istotą jest ruch cząsteczek obdarzonych ładunkiem elektrycznym w kierunku elektrody o ładunku przeciwnym niż jej własny. Podstawą rozdziału jest różnica w ruchliwości, z jaką jony poruszają się w polu elektrycznym.

 

Jedną z najpowszechniej stosowanych technik jakościowej i ilościowej analizy białek jest elektroforeza w żelach poliakrylamidowych (PAGE) Elektroforezę w żelach poliakrylamidowych można prowadzić w dwóch systemach: ciągłym i nieciągłym.

System elektroforezy ciągłej Systemy elektroforezy ciągłej używają buforów o identycznym pH do sporządzania żelu, przygotowywania próbki i przeprowadzania elektroforezy. Ponieważ białka z próbki nie ulegają zatężeniu, konieczne jest nanoszenie na żel próbek o niewielkiej objętości. Jakość rozdziału bardzo zależy od „wysokości” naniesionej próbki.

System elektroforezy nieciągłej W systemie elektroforezy nieciągłej stosuje się dwa rodzaje żelu: zatężający i rozdzielający. Podczas elektroforezy próbka najpierw przechodzi przez żel zatężający a następnie przez żel rozdzielający. Przejście przez żel zatężający sprawia, że białka ulegają ściśnięciu do bardzo wąskiego paska (~0,1mm), dzięki czemu wnikają one w żel rozdzielający praktycznie w tym samym czasie, co pozwala na uzyskanie ostrych i wyraźnych prążków. 

Jednak może być też elektroforeza w warunkach natywnych:

Natywna elektroforeza białek w żelach poliakrylamidowych (Native PAGE) odbywa się w warunkach niedenaturujących. Zarówno bufor do elektroforezy jak i bufor w którym jest rozpuszczone białko nie zawierają substancji denaturujących (np. SDS, mocznik, chlorowodorek guanidyny), za wyjątkiem śladowych ilości detergentów niejonowych, które mogą być niezbędne do lizy błon biologicznych w analizowanych materiale biologicznym (jadra komórkowe, mitochondria, plastydy). Elektroforeza w warunkach natywnych pozwala na analizę kompleksów białkowych, które w warunkach denaturujących uległyby rozpadowi.



Do rozdziału białek najczęściej stosuje się elektroforezę SDS-PAGE w obecności SDS ( siarczan dodecylu sodu). SDS wiążąc się z białkami (średnio 1. cząsteczka SDS/2 aminokwasy) powoduje ich denaturację. SDS nadaje polipeptydom ładunek ujemny, dzięki czemu mogą one migrować w polu elektrycznym. Ponadto jego wysoce ujemny ładunek maskuje ładunek białek, co sprawia, że ich rozdział odbywa się wyłącznie na drodze filtracji żelowej w oparciu o różnice w masach cząsteczkowych. Ilość związanego SDS przez białko jest prawie zawsze liniowo zależna od masy danego polipeptydu, co z wykorzystaniem markera masy umożliwia wyznaczanie masy rozdzielanych białek...