4. Peptidy a bílkoviny

 

Reakce aminokyselin – typické reakce karboxylu (esterifikace, amidace) a aminoskupiny (acylace, diazotace)

Nejvýznamnější tvorba amidu mezi karboxylem jedné a aminoskupinou druhé aminokyseliny, vzniklá amidickou vazba se nazývá vazbou peptidovou:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Vzniklý produkt se pak nazývá peptidem a je dále charakterisován podle počtu aminokyselinových zbytků (aminoacylů). V nejjednodušším případě (viz horní rovnici) je tvořen dvěma zbytky a nazývá se dipeptid. Peptidy o 3, 4, 5 atd. aminoacylech jsou tri-, tetra-, pentapeptidy atd., peptidy obsahující přes 10 zbytků se obecně nazývají oligopeptidy, velké peptidy (ca od 100 zbytků) se nazývají bílkovinami (viz dále). Toto dělení však není vždy striktně dodržováno a setkáme se s názvy polypeptid i u větších molekul a naopak bílkovina u menších.

 

Význam pořadí aminoacylů

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Přírodní peptidy

 

Di        -          karnosin

                        anserin

 

Tri        -          glutathion GSH

 

 

 

 

 

 

 

Peptidové hormóny      -                      oxytocin

                                                           vasopresin

                                                           inzulin

                                                           glukagon

 

Peptidové neuromodulátory     -          enkefaliny

                                                           endorfiny

 

Peptidová  antibiotika              -          penicilin

                                                           gramicidin

                                                           valinomicin

                                                           aktinomycin

                                                                      

Peptidové fyto a zootoxiny       -          neurotoxiny hadů štírů a včel

                                                           mikrocystiny

                                                           falloidin

                                                           amanitin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                        Struktura insulinu        

 

 

 

Prostorová struktura peptidů

 

 

Tvar řetězce není lineární

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Peptidová vazba má částečně násobný charakter, délka C-N je 133 pm (oproti 145 u jednoduché), C=O zde je delší než normálně (123 pm). Vazba je rigidnější a to má vliv na další skládání řetězce.

 

 

Peptidová vazba je planární, sousedící Cα jsou v trans poloze a roviny vazeb se mohou otáčet podle osy Cα – N a Cα – C. Úhly otočení označujeme Ф a Ψ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Znázornění vzájemného vztahu rovin dvou sousedních peptidických vazeb v tripeptidu

 

 

 

 

 

Roviny peptidových vazeb otočné kolem vazeb Cα – NH  a Cα - CO

 

 

 

Hodnoty dihedrálních úhlů jsou omezeny sterickými poměry v okolí. Animace znázorňuje vztah van der Waalsových poloměrů kyslíku a vodíku na sousedících -CO a -NH skupinách při otáčení rovin peptidové vazby.

 

Dihedrální úhly mohou nabývat poměrně omezené množiny hodnot. Ty byly určenyeny s použitím hodnot van der Waalsových poloměrů pro všechny aminokyseliny v tripeptidu a vyneseny do diagramů nazvaných podle svého tvůrce Ramachandranovými. Vysoce pravděpodobné hodnoty pokrývají tmavozelené oblasti, nahoře vlevo pak dihedrální úhly určují tzv. β-strukturu, dole α-šroubovici. Možnými, ale méně pravděpodobnými hodnotami jsou pak takové, kde pnutí molekuly je ještě dostatečně malé – světlezelené oblasti. Vpravo nahoře se objevuje málo se vyskytující struktura levotočivé α-šroubovice. Bílé oblasti označují oblasti nepřípustných hodnot dihedrálních úhlů.

 

 

 

Ramachandranův diagram stability sekundárních struktur bílkovin

 

 

 

 

 

 

Řetězec musí umožňovat maximální počet  vodíkových vazeb mezi peptidickými vazbami

 

 

 

Typy sekundárních struktur

A. Pravidelné  - helikální struktury - a helix (-56, -47)

   - b struktury - skládaný list - paralelní (-139, +135)  a                                                        antiparalelní (-119, +113)

B. Ohybové - b ohyb

C. Nepravidelné

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


b-skládaný list – antiparalelní a paralelní

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Modely a-šroubovice

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Schematická znázornění struktur skládaného listu a šroubovice v supersekundární struktuře

 

 

 

 

 

Terciární struktura

 

1.   Iontové interakce

2.   Dipolové interakce

3.   Vodíkové  můstky

4.   Hydrofobní interakce

5.   Bisulfidické můstky

 

Strukturní motivy - domény

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Kvarterní struktura

 

Podjednotkové složení          - nekovalentní spojení - vodíkové můstky

- kovalentní spojení - bisulfidické můstky

 

 

 

 

 

 

Nebílkovinné součásti bílkovin

 

Většina bílkovin obsahuje mimo samotný polypeptidický řetězec ještě další komponenty – mluvíme pak o složených bílkovinách (na rozdíl od jednoduchých, které jsou tvořeny pouze polypeptidovým řetězcem). Pevně, většinou kovalentně vázanou nebílkovinnou složku složených bílkovin nazýváme prostetickou skupinou. Podle jejího charakteru pak rozeznáváme několik skupin složených bílkovin:

 

-         glykoproteiny obsahující sacharidovou komponentu. Její výskyt je však poměrně obecným jevem, takže bílkoviny s obsahem do 5% sacharidové složky takto často nenazveme.

-         metaloproteiny obsahující kovy. Podle jeho charakteru specifikujeme jako např. feroproteiny, molybdo-, kupro- atd. Bílkoviny často váží kovy volně, pak je jako složené neuvažujeme.

-         fosfoproteiny

-         lipoproteiny – obrovské agregáty bílkovin s lipidy a dalšími hydrofobními molekulami

 

 

 

Konformace

 

Skládání řetězce, principiální úloha primární struktury, vliv prostředí, změny konformace.

 

Bílkovina v roztoku, chování, denaturace.

Denaturace                -   fyzikální faktory - T, záření, tlak,

- chemické faktory - pH, organická rozpouštědla,  detergenty, těžké kovy, močovina,

 

reverzibilní - renaturace

Denaturace

ireverzibilní

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Metody studia bílkovin

 

-         Isolace – metody dle smyslu (čisté nativní bílkoviny pro studium vlastností event. farmakologii, hrubé isolace pro průmysl apod.)

 

-         Analýza – elfo, spektrální, RTG, NMR aj.

 

 

 

 

Syntéza polypeptidů

 

 

Ačkoli se postupně rozvinula řada efektivních molekulárně biologických metod přípravy bílkovin, z nichž mnohé jsou průmyslově využívány (insulin), příprava chemickou syntézou má stále opodstatnění. Vychází z obvyklých syntetických postupů, kdy reagují aminokyseliny s aktivovanými skupinami, které mají vytvořit peptidovou vazbu, naopak se chrání skupiny, které spolu reagovat nemají. Hlavním problémem bylo čištění meziproduktů, které v roztoku vede ke značným ztrátám a tím znemožní syntézu delších řetězců.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Funkce bílkovin a příklady:

 

- strukturní

- katalytická

- transportní

- signální

- obranné