Lektsia_8_Aminokislota_belki


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

α-Аминокислоты и белки 1. α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия. 2. Физические и химические свойства. 3. Пептиды и белки.ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯКАФЕДРА ХИМИИЛектор: Ирина Петровна Степанова, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой химии Медико-биологическое значение темы Из остатков аминокислот построены такие важные соединения как белки, которые участвуют практически во всех процессах in vivo: биосинтез алкалоидов, порфиринов, тетрапиррольных пигментов, мочевины и т.д. С нарушениями метаболизма аминокислот связаны наследственные заболевания как фенилкетонурия и алкаптонурия.

Некоторые аминокислоты являются лекарственными препаратами. Медико-биологическое значение темы Медико-биологическое значение темы Пептиды и белки построены из 20 -аминокислот, информация о положении которых в белковой молекуле записана цифровым трёхбуквенным кодом в ДНК и РНК. -Аминокислоты -Аминокислоты - гетерофункциональные соединения - производные карбоновых кислот, у которых один атом водорода у -углеродного звена замещен на аминогруппу.
α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия   Основный центрКислотный центрОбщий фрагментR Радикал






α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия I. По строению углеводородного радикала α-аминокислоты делят на 7 групп: I. МоноаминомонокарбоновыеII. МоноаминодикарбоновыеIII. ДиаминомонокарбоновыеIV. Гидроксиаминокислоты V.Серосодержащие аминокислотыVI. АроматическиеVII. Гетероциклические



I. Моноаминомонокарбоновые аминокислоты(нейтральные ) H2N  CH2  COOH Глицин (ГЛИ)-Аминоуксусная кислотаБоковые радикалы -аминокислот этой подгруппы гидрофобные.α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия

Моноаминомонокарбоновые аминокислоты H2N  CH  COOH  CH3 Аланин (АЛА)-Аминопропионовая кислота

Моноаминомонокарбоновые аминокислоты H2N  CH  COOH  CH  CH3  CH3 Валин (ВАЛ)-Амино--метилмасляная кислота

Моноаминомонокарбоновые аминокислоты H2N  CH  COOH  CH2  CH  CH3  CH3 Лейцин (ЛЕЙ) -Амино--метилвалериановая кислота

Моноаминомонокарбоновые аминокислоты H2N  CH  COOH  CH  CH3  CH2  CH3 Изолейцин ( ИЛЕ ) -Амино--метилвалериановая кислота

II. Моноаминодикарбоновые аминокислоты (кислые)H2N  CH  COOH  CH2  COOHАспарагиновая кислота (АСП)-Аминоянтарная кислота α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия

Моноаминодикарбоновые аминокислотыH2N  CH  COOH  CH2  CH2  COOH Глутаминовая кислота (ГЛУ) -Аминоглутаровая кислотаБоковые радикалы гидрофильные, ионогенные, несут отрицательный заряд (-OOC  CH2  ).

Моноаминодикарбоновые аминокислотыH2N  CH  COOH  CH2  CONH2 Аспарагин (АСН)В состав белков входят амиды данных кислот.

Моноаминодикарбоновые аминокислотыГлутамин (ГЛН) H2N  CH  COOH  CH2  CH2  CONH2

III. Диаминомонокарбоновые аминокислоты (основные)Лизин (ЛИЗ) ,-Диаминокапроновая кислотаБоковой радикал гидрофильный, ионогенный, несет положительный заряд (H3N+  (CH2)4 ).H2N  CH  COOH  CH2  (CH2)3  NH2α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия

Диаминомонокарбоновые аминокислоты Аргинин (АРГ) -Амино--гуанидино-валериановая кислотаБоковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт положительный заряд(H2N+ = C  NH  ( CH2 )3 ).  NH2H2N  CH  COOH  CH2  (CH2)2  NH  C=NH  NH2

IV. ОксиаминокислотыСерин (СЕР) -Амино--оксипропионовая кислотаH2N  CH  COOH  CH2  OHα-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия

ОксиаминокислотыH2N  CH  COOH  CH  OH  CH3Треонин (ТРЕ) -Амино--оксимасляная кислотаБоковые радикалы гидрофильные, неионогенные (имеют спиртовую природу). 

V. Серосодержащие аминокислотыБоковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт отрицательный заряд(- S  CH2 ).H2N  CH  COOH  CH2  SH Цистеин (ЦИС)-Амино--меркаптопропионовая кислотаα-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия

ОкислениеБоковой радикал гидрофобный.Серосодержащие аминокислотыЦистин (ЦИС-ЦИС)H2N  CH  COOH H2N CH  COOH   CH2  S  S  CH2 ,-Диамино-,-димеркаптопропионовая кислота



Серосодержащие аминокислотыБоковой радикал гидрофобный.H2N  CH  COOH  CH2  CH2  S  CH3Метионин (МЕТ)-Амино--метилтиомасляная кислота

Боковой радикал гидрофобный.Фенилаланин (Фен) -Амино--фенилпропионовая кислотаH2N  CH  COOH  CH2 VI. Ароматические -аминокислотыα-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия


Ароматические  - аминокислотыБоковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт отрицательный заряд.-Амино--параоксифенилпропионовая кислотаH2N  CH  COOH  CH2   OHТирозин (ТИР)


Боковой радикал гидрофильный, ионогенный несёт положительный заряд  H-Амино--имидазолил-пропионоваякислотаГистидин (ГИС) H2N  CH  COOH  CH2  VII. Гетероциклические -аминокислотыα-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия




Гетероциклические  - аминокислотыБоковой радикал гидрофобный, неионогенный. H2N  CH  COOH  CH2   HТриптофан (ТРИ)-Амино--индолилпропионовая кислота

ИминокислотыУ пролина боковой радикал гидрофобный, неионогенный, у оксипролина – гидрофильный, ионогенный. Пролин ( ПРО )  H Оксипролин ( ОПР )  H OH




II. По способности синтезироваться в организме аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые.α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия К незаменимым аминокислотам относят: валин, изолейцин, лейцин, триптофан, фенилаланин, метионин, лизин, треонин.

В твердом состоянии и водных растворах при нейтральных значениях pH -аминокислоты существуют преимущественно в виде внутренних солей – цвиттер-ионов:α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерияЦвиттер-ион

Сильнокислая Нейтральная Сильнощелочная среда среда В сильнокислой среде преобладает катионная форма, в сильнощелочной - анионная.Катионная Цвиттер-ион Анионная форма форма α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерияЗначение pH, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионных и анионных форм -аминокислоты равны, называется изоэлектрической точкой (pI). В изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы кислоты равен 0.

α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия Для моноаминомонокарбоновых кислот pI ≈ 5-6,pI моноаминодикарбоновых кислот (Asp, Glu) ≈ 3,pI диаминомонокарбоновых кислот (His, Lys, Arg) ≈ 8-11. Если pH меньше pI, AK имеет положительный заряд и движется к катоду. Если pH больше pI, AK имеет отрицательный заряд и движется к аноду. Диполярные ионы не перемещаются в электрическом поле.

α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия На этом основано разделение -аминокислот методом электрофореза. α-Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия In vivo при физиологических значения рН=7,34-7,36 α-аминокислоты и белки находятся в анионной форме, отрицательный заряд которой уравновешивается катионами натрия и калия. Номенклатура Названия -аминокислот строятся по рациональной и заместительной номенклатуре ИЮПАК, но обычно используются их тривиальные названия: a-амино-b-гидроксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота серин Изомерия Структурная изомериялейцин изолейциналанин b-аланин Стереоизомерия α - Аминокислоты - хиральные соединения, обладающие оптической активностью. Исключение составляет глицин: H2N  CH2  COOHЗеркало Венеры, 1898, Edward Jones.Все объекты на этой картине имеют зеркальные отображения. Стереоизомерия Относительная конфигурация -аминокислот определяется по положению –NН2 группы у α-углеродного звена. Расположение аминогруппы слева соответствует L-, справа – D-конфигурации. Почти все природные -аминокислоты принадлежат к L-ряду.
Стереоизомерия D-аминокислота L-аминокислота Формулы Фишера   Формулы с клиновиднымисвязями Аминокислоты, строение, номенклатура, изомерия, классификация CH3 COOH CH3L - треонин D - треонинCOOH COOH CH3 CH3 L - алло-треонин D - алло-треонин COOH В состав белков входит L - треонин. Физические свойства-Аминокислоты - кристаллические вещества. Имеют высокие температуры плавления (выше 200 С), нелетучие, растворимые в воде и нерастворимые в неполярных органических растворителях.Способность -аминокислот растворятся в воде является важным фактором обеспечения их биологического функционирования - с нею связаны всасываемость -аминокислот, их транспорт в организме и т.п.
Химические свойства -Аминокислоты - амфотерные соединения. I. Реакции по группе -COOH 1. Солеобразование:аланин 2-аминопропионат натрия


Реакции по группе - COOH Метиловый эфир аминокислотыИспользуется для защиты карбоксильной группы в синтезе пептидов2. Реакция этерификации Химические свойства Химические свойства II. Реакции по группе –NH2: 1. Солеобразование аланин гидрохлорид аланина

Взаимодействие с Cu(OH)2Хелатная соль медиХимические свойстваРеакции по группе –NH2:

Реакции по аминогруппе 2.АцилированиеХлористый ацетил(Ацетилхлорид)N-ацетиламинокислотаацетилХимические свойства Химические свойстваII. Биологически важные химические реакции:1. Декарбоксилирование - путь образования биогенных аминов из -аминокислот. Процесс идет с участием ферментов декарбоксилаз:


ДекарбоксилированиеХимические свойства 2. Дезаминирование - это реакция удаления аминогруппы путем окислительного, восстановительного, гидролитического или внутримолекулярного дезаминирования. В организме преобладает путь окислительного дезаминирования: с участием ферментов дегидрогеназ и кофермента - НАД+. Химические свойства
Окислительное дезаминирование in vivoиминокислотакетокислотаХимические свойстваНа первой стадии процесса происходит дегидрирование -звена с образованием -иминокислоты, на второй стадии - неферментативный гидролиз, приводящий к образованию -кетокислоты.
Дезаминирование 3. Трансаминирование (переаминирование) - это путь синтеза необходимых -аминокислот из -кетонокислот. При этом донором аминогруппы является -АК, находящаяся в избытке, а акцептором аминогруппы -кетонокислоты (ПВК, ЩУК, -кетомаслянная кислота). Процесс происходит с участием фермента - трансаминазы и кофермента пиридоксальфосфата.Химические свойства

ТрансаминированиеАминокислота I Кетокислота IКетокислота II Аминокислота IIТрансаминазаХимические свойства Процесс трансаминирования связывает обмен белков и углеводов в организме, регулирует содержание и синтез заменимых -аминокислот.ТрансаминированиеХимические свойства
Пептиды и белкиПептиды (греч. πεπτος — питательный) и белки - биополимеры, построенные из -аминокислот. Пептиды содержат до 100, белки свыше 100, олигопептиды - не более 10 аминокислотных остатков. Молекулярная масса пептидов до 10000, белков от 10000 до нескольких миллионов.
Функции белков1. Ферментативная 2. Структурная 3. Питательная 4. Защитная функция 5. Транспортная 6. Регуляторная 7. Запасающая 8. Двигательная



Классификация пептидов и белков II. По составу белки делят на простые (неконъюгированные) и сложные (конъюгированные). Сложные белки состоят из белковой и небелковой простетической группы. По ряду характерных свойств простые белки можно разделить на несколько подгрупп: альбумины, глобулины, гистоны, протамины, проламины, склеропротеины. К сложным белкам относятся: фосфопротеины, нуклеопротеины, хромопротеины, гликопротеины, липопротеины.

Схема образования пептидовПептидная связьдипептидПептиды и белки ТреонинФенилаланинТирозин Треонил-Фенилаланил-ТирозинОбразование пептидов Пептиды и белки Названия пептидов строятся путём последовательного перечисления аминокислотных остатков, начиная с N-конца, с добавлением суффикса -ил, кроме последней С-концевой аминокислоты, для которой сохраняется её полное название. Для остатка аспарагиновой кислоты используется название аспартил. Пространственное строение амидной группы 1. Пептидная группа относится к р,- сопряженной системе. Все атомы лежат в одной -плоскости. 2. За счет образования единого делокализованного 4-электронного облака вращение вокруг С-N связи затруднено. Глицил-лизил-тирозинТрипептидN-конецС-конецметиновый мостик Глутамил-аланил-цистеинТрипептид:Пептиды и белки Изоэлектрическая точка белка (pI) Молекула белка имеет электрический заряд. В нейтральной среде заряд белковой молекулы определяется соотношением количества свободных групп –COOH и –NH2 и степенью их диссоциации. Изоэлектрическая точка белка (pI) Схематично диссоциацию (с учетом гидратации) можно представить в виде: COOH COOH COO- + H+R + HOH R R NH2 NH3OH NH3+ + OH- биполярный ион (цвиттер-форма) Изоэлектрическая точка белка Чем больше карбоксильных групп (–COOH), тем выше отрицательный заряд, и белок будет проявлять свойства слабой кислоты. Преобладание амино-групп (-NH2) сообщает белку основные свойства и положительный заряд. В кислой среде белок заряжается положительно, в щелочной отрицательно.

Пептид: Тре-Фен-Тир содержит одну -COOH и одну -NH2 группы pI равен 5-6. Пептид: Гли-Лиз-Тир содержит одну -COOH и две -NH2 группы pI равен 8-11. Пептид: Глу-Ала-Цис содержит две -COOH и одну -NH2 группы pI равен 3.Изоэлектрическая точка белка I. Аминокислоты, пептиды и белки являются амфотерными соединениями, содержащими и кислотные группы (COOH) и оснóвные группы (NH2). Химические свойства пептидов и белков
Химические свойства II. По месту пептидных связей молекулы белков гидролизуются:а) in vivo с участием ферментов - пептидаз. Среди пептидаз выделяют:- эндопептидазы, расщепляющие связи внутри макромолекулы;- экзопептидазы, отщепляющие N- или C- концевую -аминокислоту. В организме белки расщепляются полностью, т.к. для жизнедеятельности необходимы только свободные -аминокислоты.


Химические свойства пептидов и белков б) Гидролиз in vitro происходит в сильнокислой или сильнощелочной среде и используется для расшифровки состава белков. В настоящее время расшифрован состав 1500 белков, в том числе ферментов и гормонов. Биуретовая реакция  В реакцию вступают все пептиды и белки, содержащие не менее двух пептидных связей. Реактив - свежеприготовленный раствор гидроксида меди (II). Наблюдается характерное фиолетовое окрашивание. Пептиды и белки реагируют аналогично биурету. Цветные реакции Биуретовая реакция Биурет образуется из мочевины при медленном нагревании до температуры 150 - 160 С. O O O O    H2N - C - NH2 + H2N - C - NH2  H2N - C - NH - C - NH2 - NH3 Биурет Химические свойства пептидов и белков Биуретовая реакция При взаимодействии пептидов в щелочных растворах с ионами меди (II) образуется хелатный комплекс (фиолетовое окрашивание).

Нингидринная реакция на  - аминокислотыРеактив - нингидрин. Продукт реакции имеет сине-фиолетовый цвет. Химические свойства пептидов и белков
Ксантопротеиновая реакцияОпределяет присутствие в белке ароматических и гетероциклических  - аминокислот: триптофана, фенилаланина, тирозина, гистидина. Химические свойства пептидов и белков Ксантопротеиновая реакцияРеактив: конц. HNO3Образуется нитросоединение, окрашенное в желтый цвет. При добавлении к нему щёлочи окраска становится оранжевой. Химические свойства пептидов и белков



Реакция Миллона на тирозинРеактив Миллона: раствор HgNO3 и Hg(NO2)2 в разбавленной HNO3, содержащей примесь HNO2. Химические свойства пептидов и белков Реакция Миллона Реактив Миллона взаимодействует с тирозином с образованием ртутной соли нитропроизводного тирозина, окрашенной в розовато-красный цвет: Химические свойства пептидов и белков

Реакция Фоля Это реакция на цистеин и цистин. Химические свойства пептидов и белков Реакция Фоля При щелочном гидролизе цистеина или цистина образуется сероводород, который, реагируя со щелочью, дает сульфиды натрия или калия. При добавлении ацетата свинца (II) образуется осадок сульфида свинца( II) серо-черного цвета. Химические свойства пептидов и белков Уровни структурной организации белка Первичная структура NH2-Tyr-Pro-Lys-Gly-Phe-Tyr-Lys-COOH. Первичная структура определяет уровни структурной организации белка. Первичная структура – последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка или пептида: Замена Глу в шестом положении b-цепи гемоглобина на Вал приводит к серповидно-клеточной анемии (sickle cell anemia).Первичная структура 20 аминокислот могут дать примерно 100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 белков, состоящих из 150 остатков аминокислот. Это астрономическое число – число гугол умноженное на число гугол (число гугол – это 10100) Первичная структура Вторичная структура Вторичная структура - локальные высокоупорядоченные конформации белковой цепи – спирали и складчатые слои.Примеры:Альфа-спиральБета-складчатый листВодородные связи


Правые a-спирали в полипептидной цепи стабилизируются водородными связями. Вторичная структура
Вторичная структура также стабилизуется дисульфидными мостиками по месту цистеиновых остатков.Вторичная структура Водородные связи в a-спиралях-Вал-Фен-Тир-Ала-Лей-Первый Второй Третий ЧетвёртыйОстатки АК: a-спираль – 413 спираль: остаток -аминокислоты образует водородную связь с четвёртым по цепи остатком -аминокислоты; в образующемся цикле 13 атомов. Структура b-складчатых слоев b-Структура образуется из нескольких полипептидых цепей связанных водородными связями. Структура b-складчатых слоевВодородные связиТре-Ала-Гли-Сер-АспВал-Фен-Тир-Ала-Лей Обозначение вторичной структуры Укладка a-спиралей и b-структуры с образованием глобулы Третичная структура Третичная структура – форма белковой молекулы; трёхмерная структура белка. Укладка нерегулярных областей и a и b-структур в глобулу определяет третичную структуру белка.Альфа-спиральБета-спираль


Третичная структура -Аминокислоты в белковой глобуле взаимодействуют за счёт:Ковалентных связей (дисульфидные –S–S– связи в цистине)Ионных связей (Глу-COO- H3N+-Лиз)Водородных связей (Глу-COO-…HO-Тир)Гидрофобных взаимодействий (Вал, Лей, Иле, Фен)




Уровни структурной организации белка Дисульфидные связи в цистине Дисульфидные связиСтруктура лизоцима.Дисульфидные связи показаны пунктиром Ионные связиАспЛиз Третичная структура По третичной структуре белки делят на: глобулярные - для них характерна -спиральная структура (яичный белок, ферменты, глобин в составе гемоглобина); фибриллярные - для них характерна -структура (белки мышечной ткани - миоинозин, бетта-кератин волос).

Пептиды и белки Глобулярные белки выполняют функции, требующие подвижности и, следовательно, растворимости. Они участвуют в регуляции жизненных процессов: гемоглобин переносит кислород из лёгких в ткани, ферменты катализируют многочисленные химические реакции, протекающие в организме, антитела обеспечивают защиту от чужеродных организмов и т.д.
Пептиды и белки Фибриллярные белки нерастворимы, склонны к образованию волокон и потому служат основным строительным материалом животных клеток. К числу фибриллярных белков относятся кератин (в коже, волосах, рогах, ногтях, перьях), коллаген (в сухожилиях), миозин (в мышцах).
Третичная структураСериновая протеиназа - трипсинРодопсин Третичная структураАцилтрансфераза (КФ 2.3) Пиктатлиаза С Третичная структураМитохондриальная супероксиддисмутаза (КФ 1.15.1.1) Figura 4: CofactoresГлиоксилаза I (КФ 4.4.1.5) Цитохром C Третичная структураa- и b-цепи гемоглобина лошади Третичная структураПараллельные -слои карбоангидразыАнтипараллельные -слои лектина Третичная структураПорин Фолдинг – сворачивание белковой цепи с образованием нативной структуры. Две нативные конформации лимфотактина Этот белок может существовать в двух конформациях – “здоровой” PrPC, которую можно обнаружить в здоровых клетках и “патологической” – PrPSc, которая является прионом. Для PrPC формы характерно преобладание a-спиралей, а для PrPSc – наличие b-складчатых слоёв.Белок PrPC Болезнь Крейтцфельда-Якоба Новый вариант Крейцфельда-Якоба – коровье бешенство Болезнь Герстманна–Штройсслера Летальная семейная инсомния, куру Абориген с Южных гор Папуа-Новая Гвинея.Пространственная структура приона – аномального инфекционного белка.Губчатые энцефалопатии (прионные болезни) Домены Домены – глобулярные области в пределах одной белковой молекулы.Домены соединены шарнирным участком.Доменная структура NAD+-зависимой дегидрогеназы Четвертичная структура Четвертичная структура - агрегат нескольких белковых молекул, образующих одну структуру. Взаимодействия: ионные, водородные, гидрофобные, ковалентные (дисульфидные). Протомер - отдельная полипептидная цепь Субъединица - функциональная единица.Субъединица



Молекула гемоглобина состоит из 4-х субъединиц, каждая из которых включает в себя активный центр – гем. Субъединицы удерживаются друг около друга гидрофобными связями. Дисульфидные связиДисульфидные связи в иммуноглобулине G Четвертичная структураЛактатдегидрогеназа (КФ 1.1.1.27)Фермент состоит из полипептидных цепей двух типов — М (от англ. muscle - мышца) и Н (от англ. heart – сердце). Четвертичная структураПример четвертичной структуры - вирус табачной мозаики: 2130 одинаковых молекул белка расположены вокруг РНК вируса. Вопросы для самоконтроляПриведите классификацию a-аминокислот в зависимости от характера радикала.Охарактеризуйте химические свойства a-аминокислот.Перечислите известные Вам цветные реакции на a-аминокислоты и белки.Какие уровни структурной организации белков Вы знаете? Спасибо за Ваше внимание!

Приложенные файлы

  • pptx 984531
    Размер файла: 10 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий