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 (pKB = 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
- β-skládaný list:
-
- 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…
- Globulární:
-
- Fibrilární:
- Plní v organismu většinou strukturní funkci (proteiny kůže, svalových vláken, vlasů…)
- Např. kolagen, elastin…
- Membránové:
- Součásti membrán
- Např. proteiny iontových kanálů…
- Fibrilární:
- 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+
- Apoenzymem:
- 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
- Kompetitivní inhibice: