Zpět na: Chemie

Biogenní aminokyseliny (AMK)

• Quizlet (20 kartiček) – procvičování triviálních názvů biogenních aminokyselin
• Substituční deriváty karboxylových kyselin
• Patří sem 20 biogenních L-stereoisomerních α aminokyselin tvořících peptidy a proteiny
• Zajímavost: V některých textech se můžete setkat s údajem, že biogenních, nebo také
  proteinogenních AMK je doopravdy 21. Touto další AMK je selenocystein. Ten ve speciálních
  případech nahrazuje AMK serin a vznikají tak tzv. selenoproteiny. Selenocystein vzniká
  výměnou kyslíku serinu za selen během translace a lze ho tedy považovat za jakýsi derivát
  serinu.
• Obecná struktura:

Dělení podle polarity postranního řetězce

• Hydrofobní (nepolární)
• Hydrofilní (polární)
  • Neutrální (s neionizovatelným postranním řetězcem) – stejný počet skupin COOH a NH₂
  • Kyselé – více skupin COOH
  • Zásadité – více skupin NH₂

Názvosloví

• Triviální (alanin)
• Substituční (kyselina 2-aminopropanová = kyselina α-aminopropanová)

Fyzikálně-chemické vlastnosti

• Opticky aktivní látky (všechny až na glycin obsahují aspoň jeden chirální C)
  • L-forma – NH₂ skupina je ve Fischerově projekci vlevo
  • D-forma – NH₂ skupina je ve Fischerově projekci vpravo

• Obsahují bazickou (-NH₂) i kyselou (-COOH) skupinu → reagují s kyselinami
  i zásadami (jsou amfoterní)
• Izoelektrický bod:
  • Hodnota pH, při které se daná aminokyselina vyskytuje v podobě amfionu (obojaký iont, vnitřní sůl) → navenek se tedy jeví elektroneutrální a nepohybuje se v elektrickém poli
  • Pokud se aminokyseliny nachází v kyselém pH → kationt
  • Nachází-li se v zásaditém pH → aniont

Nepolární aminokyseliny

• Glycin (Gly)
  • Nejjednodušší AMK, bez optické aktivity

• Alanin (Ala)
  • Transaminací tvoří pyruvát
  • Zajímavost: Transaminace alaninu na pyruvát je velice důležitou reakcí zajišťující zdroj energie v těle v případě nedostatku potravy (z pyruvátu lze procesem glukoneogeneze vytvořit v játrech glukózu a tu nabídnout ostatním tkáním jako zdroj energie).

• Valin (Val), leucin (Leu), isoleucin (Ile)
  • Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (anglicky branched-chain amino acids – BCAA)
  • Ve velkém množství obsaženy v proteinech kosterní svaloviny
  • Isoleucin obsahuje 2 chirální C

• Fenylalanin (Phe)
  • V těle se z něj syntetizuje tyrosin
  • Zajímavost: Genetické onemocnění fenylketonurie (AR) je způsobeno dědičnou poruchou v enzymatické výbavě buňky, která způsobuje hromadění fenylalaninu, který se nemůže přeměnit na tyrosin. Jedná se o jedno z onemocnění, na které musí být ihned po porodu testován každý novorozenec.

• Tryptofan (Trp)
  • Obsahuje heterocyklus indol
  • Zajímavost: Jedná se o výchozí látku pro syntézu serotoninu (neurotransmiter, “hormon štěstí“).

• Prolin (Pro)
  • Ve velkém množství obsažen v kolagenu, kde vytváří síťovou strukturu spolu s lysinem (nutná přítomnost vitamínu C)
  • Obsahuje heterocyklus pyrrolidin

• Methionin (Met)
  • Jedna ze dvou sirných AMK
  • Důležitá pro tvorbu nukleových kyselin
  • Zajímavost: Její aktivní forma SAM (S-adenosylmethionin) slouží jako tzv. methylační činidlo – dodává methylové skupiny do jiných sloučenin, což je důležité např. při tvorbě nových dusíkatých bází.

Polární aminokyseliny s neionizovatelným řetězcem

• Serin (Ser)
  • Nejjednodušší AMK s -OH skupinou
  • Hydroxyl může esterovou vazbou vázat fosfát
  • Zajímavost: Díky schopnosti tvořit esterové vazby se serin často vyskytuje v tzv. aktivních místech enzymů – tedy místech, které zodpovídají za funkci enzymů.

• Threonin (Thr)
  • Další z AMK s -OH skupinou (podobné vlastnosti jako serin)
  • Dva chirální C

• Cystein (Cys)
  • Obsahuje thiolovou (-SH) skupinu
  • Thiolová skupina snadno podléhá oxidaci a vytváří disulfidické vazby (R-S-S-R), které jsou velice důležité pro stabilizaci terciární struktury proteinů

• Tyrosin (Tyr)
  • Základ pro syntézu katecholaminů (adrenalin, noradrenalin…)
  • Fenolová skupina může vytvářet esterové vazby

• Asparagin (Asn)
  • Amid kyseliny asparagové

• Glutamin (Gln)
  • Amid kyseliny glutamové
  • Zajímavost: Má velký význam při detoxikaci dusíku/amoniaku z těla, kdy souží jako transportní molekula pro dusík, která jej přenáší z jiných orgánů (které neumí tvořit močovinu) do jater. Principem je přenos dusíku z jiné AMK na kyselinu glutamovou a tím vytvoření glutaminu, který putuje krví do jater, kde dusík v podobě amoniaku odevzdá k detoxikaci v močovinovém cyklu.

Polární aminokyseliny – kyselé

• Kyselina asparagová (Asp)
  • Zajímavost: Aspartát (iont kyseliny asparagové) hraje klíčovou roli při tvorbě močoviny v ornitinovém cyklu. Jeden atom dusíku v každé molekule močoviny pochází vždy z aspartátu.

• Kyselina glutamová (Glu)

Polární aminokyseliny – bazické

• Lysin (Lys)
  • Obsažen ve velkém množství kolagenu spolu s prolinem

• Arginin (Arg)
  • Nejvíce bazická AMK, protože ve své struktuře obsahuje guanidin (pK_B = 0,5)

• Histidin (His)
  • Obsahuje heterocyklus imidazol (který patří mezi bazické heterocykly)

Esenciální aminokyseliny:

• V textu označeny oranžovou barvou (Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Met, Thr, Lys, Arg, His)
• Nutné přijímat v potravě (lidské tělo si je neumí vyrobit)

 

Peptidy

• Vznikají kondenzací většího počtu α-aminokyselin
• Jednotlivé aminokyseliny jsou spojeny pomocí peptidové (amidové) vazby

Dělení

• Dipeptidy (2 AMK)
• Tripeptidy (3 AMK)
• Oligopeptidy (2 – 10 AMK)
• Polypeptidy (11 – 100 AMK)

Názvosloví

• Název i číslování vždy od N (volná aminoskupina) k C-konci (volná karboxyskupina) peptidu
• AMK od N-konce přípona -yl, konečná AMK na C-konci má původní koncovku

Zástupci

• Glutathion (γ-glutamylcysteinylglycin):
  • Důležitý antioxidant krevní plazmy a červených krvinek

Proteiny (bílkoviny)

• Jsou přítomny ve všech buňkách živých organismů, kde plní funkci proteinů strukturálních nebo funkčních
• Složené z aminokyselin (>100 α-AMK, L-isomery) spojených peptidovou (amidovou) vazbou
• Mají definovanou primární, sekundární, terciární a případně i kvartérní strukturu

Struktura

• Primární struktura:
  • Pořadí (sekvence, posloupnost) AMK v polypeptidovém řetězci
  • Geneticky kódována
  • Stabilizace pomocí peptidové vazby:
    • Rigidní a planární – neumožňuje rotaci kolem své osy (způsobeno oscilací elektronové hustoty)

• Sekundární struktura:
  • Prostorové uspořádání hlavního řetězce (bez ohledu na řetězce postranní)
  • Stabilizace vodíkovými můstky
  • α-helix:
    • Uspořádání do pravotočivé šroubovice
    • Postranní řetězce směřují vně šroubovice
    • 1 závit šroubovice = 3,6 AMK zbytků

• • β-skládaný list:
    • Tvar složeného listu papíru
    • Postranní řetězce AMK směřují nad a pod rovinu listu

• • Neuspořádaná struktura
• Terciární struktura:
  • Prostorové uspořádání všech atomů řetězce (i postranní řetězce) = konečný tvar molekuly
  • Stabilizace disulfidickými můstky (kovalentní vazba, vzniká oxidací 2 molekul cysteinu, oxidovaná forma = cystin), vodíkovými vazbami, van der Waalsovými silami, iontovými vazbami a hydrofobními interakcemi

• • Globulární:
    • Většinou transportní nebo jinak funkční proteiny
    • Např. albumin, globuliny…

• • Fibrilární:
    • Plní v organismu většinou strukturní funkci (proteiny kůže, svalových vláken, vlasů…)
    • Např. kolagen, elastin…
  • Membránové:
    • Součásti membrán
    • Např. proteiny iontových kanálů…

• Kvartérní struktura:
  • Prostorové uspořádání podjednotek daného proteinu → tvoří ji pouze složitější proteiny
  • Např. hemoglobin (2 jednotky α a 2 β)

Denaturace

• Ztráta vyšších struktur (sekundární, terciární a kvartérní) spolu se ztrátou funkce proteinu
• Vratná:
  • Např. vysolováním
  • Lze vrátit původní stav (u vysolování přídavkem vody)
• Nevratná:
  • Denaturace trvalá
  • Teplo, pH, UV záření, kationty těžkých kovů…

 

Enzymy

• Biokatalyzátory chemických reakcí v živých organismech

Výhody enzymů oproti chemickým katalyzátorům

• Rozpustné v H₂O
• Stačí menší množství
• Substrátová specificita (přeměňují pouze určitou látku/skupinu látek)
• Netvoří se vedlejší produkty
• Jsou netoxické

Názvosloví

• Podle funkce nebo výskytu v organismu (pepsin, trypsin, ptyalin…)
• Koncovka -áza k názvu substrátu, jehož přeměnu katalyzují (sacharáza, maltáza…)

Dělení

• Oxidoreduktázy:
  • Katalyzují oxidačně redukční procesy – přenáší elektrony
  • Plní důležitou funkci v metabolických dějích (respirační cyklus, fotosyntéza, citrátový cyklus…)
  • K funkci potřebují kofaktory oxidoreduktáz (FAD, NAD⁺…)
  • Např. dehydrogenázy, oxidázy
• Transferázy:
  • Přenáší atomy/skupiny atomů
  • Např. aminotransferázy, kinázy
• Hydrolázy:
  • Katalyzují hydrolytické štěpení vazeb (štěpení vazeb pomocí molekuly vody)
  • Enzymy trávícího traktu:
    • Glykosidázy – štěpí glykosidovou (acetalovou) vazbu sacharidů
    • Lipázy – štěpí esterovou vazbu lipidů
    • Proteázy – štěpí peptidovou (amidovou) vazbu proteinů
• Lyázy:
  • Katalyzují nehydrolytické štěpení vazeb (např. dekarboxylázy) a tvorbu vazeb bez účasti ATP (syntházy)
• Izomerázy:
  • Umožňují intramolekulární přesuny atomů a vazeb
• Ligázy:
  • Katalyzují anabolické procesy (syntéza větší molekuly z menších) za spotřeby ATP (synthetázy)

Složení

• Buď čistě bílkovinné (jednosložkové), nebo s nebílkovinnou složkou (dvousložkové)
• Dvousložkové enzymy jsou tvořeny:
  • Apoenzymem:
    • Bílkovinný nosič, zodpovědný za substrátovou specificitu
    • Obsahuje aktivní centrum, na které se váže jen určitý substrát (aktivní centrum si můžeme představit jako jeskyni uprostřed bílkoviny enzymu kam přesně zapadá jenom určitý substrát/skupina substrátů)
  • Kofaktorem:
    • Účinná nebílkovinná složka, zodpovědná za typ katalyzované reakce
    • Prostetická skupina (kofaktor je s apoenzymem spojen pevnou kovalentní vazbou) – typicky ionty kovů
    • Koenzym (k bílkovině vázány slabě a dočasně např. vodíkovými můstky) – např. NAD⁺
• Apoenzym + kofaktor = holoenzym

Substrátová specificita

• Zodpovědný je apoenzym (bílkovinná složka) s aktivním centrem
• Princip „zámek – klíč“ – substrát, který má být přeměněn přesně zapadá do molekuly enzymu

Ovlivnění enzymové aktivity

• Enzymová aktivita = rychlost katalyzované reakce (jednotka katal)
• 1 katal je množství enzymu, který způsobí přeměnu 1 molu substrátu za 1 sekundu
• Vliv teploty:
  • S vyšší teplotou je vyšší i energie reagujících částic a chemické reakce probíhají rychleji
  • Van’t Hoffovo pravidlo: Při vzrůstu teploty o 10 °C se zvyšuje reakční rychlost dvakrát až čtyřikrát
  • Pro většinu enzymů platí v rozmezí od 10 °C do 40 °C, při vyšších teplotách dochází k denaturaci bílkovin
• Vliv pH:
  • Většina enzymů je aktivní pouze v úzkém rozmezí pH
  • Každý enzym má svoje optimum, většinou při pH 6–7 (ale např. pepsin 1,5–2,5)
• Vliv koncentrace substrátu:
  • Rychlost roste se zvyšováním koncentrace substrátu do té doby, než jsou zaplněna všechna aktivní centra (enzym je plně saturován substrátem)
• Vliv aktivátorů:
  • Enzymy jsou často produkovány v neaktivní formě – tzv. zymogen (proenzym) – aktivní centrum je blokováno krátkým řetězcem peptidů
  • Aktivátor odštěpí peptid a odhalí tak aktivní centrum
• Vliv Inhibice:
  • Kompetitivní inhibice:
    • Substrát s inhibitorem soutěží o vazebné místo
    • Zvýšením koncentrace substrátu je inhibitor z vazebného místa vypuzen a naopak
  • Nekompetitivní inhibice:
    • Inhibitor se váže na celý komplex enzym-substrát a zabraňuje přeměně substrátu na produkt
    • Zvýšení koncentrace substrátu nemá na inhibitor vliv