ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΠΕΠΤΙΔΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΠΕΠΤΙΔΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ"

Σαπφειρη Μιαούλης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΠΕΠΤΙΔΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Παππάς Χρήστος Επίκουρος καθηγητής

2 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Αμινοξέα είναι οργανικά μόρια που διαθέτουν καρβοξύλιο (-α) και αμινομάδα (-ες). Πλευρική αλυσίδα R NH 2 α O α- αμινοξύ OH Είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, στον ανθρώπινο οργανισμό, απαιτούνται 20 αμινοξέα. Τα 10 αμινοξέα μπορεί να τα συνθέσει ο ανθρώπινος οργανισμός ενώ τα άλλα 10 όχι (απαραίτητα αμινοξέα) και πρέπει να τα λαμβάνει μέσω των τροφών.

3 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Η ονομασία τους είναι συνήθως εμπειρική και συμβολίζονται,συνήθως, με τα τρία πρώτα γράμματα της αγγλικής ονομασίας τους. Δομή Ονομασία Συντομογραφία NH 2 Αλανίνη Ala H 3 C O OH NH 2 Γλυκίνη Gly O OH Φαινυλανίνη Phe

4 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Εκτός από τη γλυκίνη (Η 2 ΝCH 2 COOH), διαθέτουν ένα τουλάχιστον στερεογονικό κέντρο (ο α-c είναι πάντα ασύμμετρος). Στη σχετική απεικόνιση χαρακτηρίζονται ως D- ή L- ανάλογα με τη θέση της αμινομάδας. COOH COOH H NH 2 H 2 N H CH 3 D-αλανίνη ή (R)-αλανίνη CH 3 L-αλανίνη ή (S)-αλανίνη Στις πρωτεΐνες τα αμινοξέα απαντούν σε L-μορφή.

5 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Κατηγορίες 1. Όταν η πλευρική αλυσίδα είναι ουδέτερη λέγονται ουδέτερα αμινοξέα. Λευκίνη (Leu) 2. Όταν η πλευρική αλυσίδα διαθέτει -COOH λέγονται όξινα αμινοξέα. Ασπαρτικό οξύ (Asp) 3. Όταν η πλευρική αλυσίδα διαθέτει βασική NH 2 λέγονται βασικά αμινοξέα. Λυσίνη (Lys)

6 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Διπολική δομή Στα αμινοξέα λαμβάνει χώρα μια ενδομοριακή οξεοβασική αντίδραση με αποτέλεσμα να απαντούν, κυρίως, με τη μορφή διπολικού ιόντος (αμφοτερικό ιόν). Για το λόγο αυτό τα αμινοξέα: Παρουσιάζουν μεγάλη διπολική ροπή Είναι διαλυτά στο νερό Έχουν υψηλά σημεία τήξης.

7 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Αμφοτερίζουσα δράση Συμπεριφέρονται και ως οξέα (-COOH) και ως βάσεις (-ΝΗ 2 ). Πρωτονιωμένη μορφή pka 1 pka 2 Αποπρωτονιωμένη μορφή

8 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο Σε χαμηλές τιμές ph το αμινοξύ πρωτονιώνεται ενώ σε υψηλές αποπρωτονιώνεται. Υπάρχει μια τιμή ph, χαρακτηριστική για κάθε αμινοξύ, στην οποία το αμινοξύ βρίσκεται, κυρίως, με την αμφοτερική του μορφή. Η τιμή αυτή, λέγεται ισοηλεκτρικό σημείο (Ι.Σ.-pI).

9 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο Για τα ουδέτερα αμινοξέα ισχύει ότι: pi pk a pk a

10 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο Γνωρίζοντας τις τιμές pk a των όξινων ομάδων ενός αμινοξέος είναι δυνατόν σε κάθε τιμή ph να υπολογίσουμε τα ποσοστά πρωτονιωμένης, ουδέτερης και αποπρωτονιωμένης μορφής με χρήση της εξίσωσης Henderson Hasselbalch. ph pk a [ A ] log [ HA ]

11 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ 1. Η γλυκίνη έχει pka 1 =2,34 και pka 2 =9,60. Ποια η % περιεκτικότητα υδατικού διαλύματός της σε πρωτονιωμένη, αποπρωτονιωμένη και μορφή αμφοτερικού ιόντος σε ph=3; ΛΥΣΗ Πρωτονιωμένη Αμφοτερικό ιόν Αποπρωτονιωμένη Το ισοηλεκτρικό της σημείο είναι: pi pka pk 2,34 9, 60 1 a 2 pi 5,97 2 2

12 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Επειδή το ph του διαλύματος είναι μικρότερο του pi θα απουσιάζει η αποπρωτονιωμένη μορφή. Επομένως η ισορροπία που θα επικρατεί είναι η: Σύμφωνα με την εξίσωση των Henderson Hasselbalch, [ A ] [ B] [ B] [ B] ph pka log ph pka1 log 3 2, 34 log 4, 57 [ HA] [ A] [ A] [ A] % B 4,57(1) Επιπλέον ισχύει %Β + %Α=100 (2) % A Από τις (1) και (2) προκύπτει Α=18 % και Β=82 %.

13 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ 2. Η αλανίνη έχει pka 1 =2,34 και pka 2 =9,69. Σχεδιάστε τις κύριες μορφές στις οποίες απαντά η αλανίνη σε ph=1, σε ph=5,9 και σε ph=11. Δίνεται ο τύπος της αλανίνης: ΛΥΣΗ Το ισοηλεκτρικό σημείο της αλανίνης είναι: pi pka pk 2,34 9, 69 1 a 2 pi 6, Πρωτονιωμένη (Α) Αμφοτερικό ιόν (Β) Αποπρωτονιωμένη (Γ)

14 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Ισοηλεκτρικό σημείο ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Σε ph=1 βρίσκεται, κυρίως, στην πρωτονιωμένη μορφή (Α) επειδή το διάλυμα είναι πολύ όξινο. Σε ph=11 βρίσκεται, κυρίως, στην αποπρωτονιωμένη μορφή (Γ) επειδή το διάλυμα είναι πολύ βασικό. Σε ph=5,9 βρίσκεται υπό τη μορφή αμφοτερικού ιόντος (Β), επειδή το ph είναι πολύ κοντά στο Ι.Σ.

15 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Σύνθεση α-αμινοξέων 1. 2.

16 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Σύνθεση α-αμινοξέων 3. Αναγωγική αμίνωση α-κετονοξέων Η μέθοδος αυτή είναι η συνηθέστερη μέθοδος βιοσύνθεσης. Ως αναγωγικό χρησιμοποιείται το νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο (NADH) και το ένζυμο L- αφυδρογονάση.

17 ΑΜΙΝΟΞΕΑ Σύνθεση α-αμινοξέων 3. Αμιδομηλονική σύνθεση

18 ΠΕΠΤΙΔΙΑ Πεπτίδια είναι τα οργανικά μόρια τα οποία προέρχονται από συμπύκνωση αμινοξέων δημιουργώντας πεπτιδικούς (αμιδικούς) δεσμούς. Οι σχετικές μοριακές μάζες (μοριακά βάρη) των πεπτιδίων, κατά συνθήκη, φθάνουν μέχρι και είναι συνήθως γραμμικά και σπάνια κυκλικά. Διπεπτίδιο Α Τα πεπτίδια Α και Β είναι διαφορετικά. Διπεπτίδιο Β

19 ΠΕΠΤΙΔΙΑ Ν-τελικό αμινοξύ C-τελικό αμινοξύ Η αλληλουχία των αμινοξέων σε ένα πεπτίδιο καθορίζει τη δομή του. Επομένως κατά τη σύνθεση ενός πεπτιδίου έχει σημασία ποια αμινομάδα και ποιο καρβοξύλιο θα αντιδράσουν.

20 ΠΕΠΤΙΔΙΑ Σύνθεση πεπτιδίων 1. Προστατεύουμε την αμινομάδα που δεν επιθυμούμε να αντιδράσει και ταυτόχρονα ενεργοποιούμε το καρβοξύλιο του ίδιου αμινοξέος. 2. Προστατεύουμε το καρβοξύλιο του άλλου αμινοξέος.

21 ΠΕΠΤΙΔΙΑ 3. Κάνουμε την αντίδραση. Σύνθεση πεπτιδίων 4. Αποπροστατεύουμε τις προστατευμένες ομάδες.

22 ΠΕΠΤΙΔΙΑ Διαχωρισμός και Ανάλυση αμινοξέων Σε ένα πεπτίδιο γίνεται υδρόλυση των πεπτιδικών δεσμών με διάλυμα HCl ή ενζυμικά οπότε προκύπτει μίγμα των αμινοξέων του. Ο διαχωρισμός και η ανάλυση των αμινοξέων γίνεται συνήθως με τις τεχνικές: Ηλεκροφόρηση Τριχοειδής ηλεκτροφόρηση Χρωματογραφία χάρτου Χρωματογραφία λεπτής στιβάδας και ιονανταλλαγής Υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης Αυτόματος αναλυτής αμινοξέων.

23 ΠΕΠΤΙΔΙΑ Εύρεση της δομής ενός πεπτιδίου Όταν είναι γνωστά τα αμινοξέα αλλά όχι η αλληλουχία τους τότε αναφέρονται με ένα κόμμα ανάμεσά τους. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Gly, Cys, Ala, Glu, Leu. Όταν είναι γνωστά τόσο τα αμινοξέα όσο και η αλληλουχία τους,τότε ανάμεσα στα αμινοξέα μπαίνει παύλα. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Glu-Gly-Leu-Cys- Ala

24 ΠΕΠΤΙΔΙΑ ΑΣΚΗΣΗ Ένα πεπτίδιο αποτελείται από Gly, Leu 2, Met και Pro 2.Έχει γλυκίνη ως Ν- τελικό άκρο και λευκίνη ως C-τελικό άκρο. Με όξινη υδρόλυσή του σχηματίζονται τα παρακάτω τμήματα: Pro-Leu-Leu, Pro-Met-Pro, Gly-Pro, Met-Pro-Leu. Ποια είναι η δομή του εξαπεπτιδίου; ΛΥΣΗ Το πρώτο αμινοξύ είναι Gly (Ν-τελικό άκρο και το τελευταίο Leu (C-τελικό άκρο). Ακολούθως συνενώνουμε τα αλληλοεπικαλυπτόμενα τμήματα των ολιγοπεπτιδίων. Gly-Pro Pro-Met-Pro Pro- Leu-Leu Met-Pro-Leu Επομένως το πεπτίδιο είναι το: Gly-Pro-Met-Pro-Leu-Leu

25 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Είναι πολυπεπτίδια πολύ μεγάλου μοριακού βάρους (σχετικής μοριακής μάζας). Η πρωτοτοταγής δομή αναφέρεται στην αλληλουχία των αμινοξέων. Η δευτεροταγής δομή αναφέρεται στον προσανατολισμό τμημάτων μιας πρωτεΐνης, λόγω ενδομοριακών αλληλεπιδράσεων. Η τριτοταγής δομή αναφέρεται στον προσανατολισμό συνολικά ενός μορίου πρωτεΐνης στο χώρο. Η τεταρτοταγής δομή αναφέρεται στο προσανατολισμό συσσωμάτων μορίων πρωτεϊνών, λόγω διαμοριακών αλληλεπιδράσεων.

26 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ α-κερατίνη: Ινώδης πρωτεΐνη που απαντά στο τρίχωμα, στα νύχια και στα φτερά ζωντανών οργανισμών. Η δευτεροταγής δομή της έχει ελικοειδή μορφή. Δεσμός υδρογόνου

27 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Φιβροΐνη : Ινώδης πρωτεΐνη που απαντά στο μετάξι. Η δευτεροταγής δομή της έχει πριονωτή δομή ή β-πτυχωτή επιφάνεια.

28 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Μυοσφαιρίνη: Μικρή σφαιρική πρωτεΐνη (σφαιρίνη) με 153 αμινοξέα. Απαντά στους σκελετικούς μύες των θαλάσσιων θηλαστικών. Συγκρατεί το οξυγόνο που χρειάζονται οι οργανισμοί αυτοί κατά την παρατεταμένη παραμονή τους κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Συζευγμένες πρωτεΐνες: Πρωτεΐνες συνδεδεμένες με ομοιοπολικό δεσμό με μια οργανική ομάδα που λέγεται προσθετική ομάδα. Η μυοσφαιρίνη είναι μια συζευγμένη πρωτεΐνη. Η προσθετική ομάδα είναι η αίμη. Δευτεροταγής και τριτοταγής δομή της μυοσφαιρίνης. Αίμη

29 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Ένζυμα Δομή ενζύμων Ένζυμα είναι οργανικές ενώσεις πρωτεϊνικής φύσης που δρουν ως καταλύτες στις βιοχημικές αντιδράσεις. Το πρωτεϊνικό τους τμήμα είναι σφαιρίνη και λέγεται αποένζυμο ενώ το μη πρωτεϊνικό τους λέγεται συμπαράγοντας. Ο συνδυασμός αποενζύμου και συμπαράγοντα λέγεται ολοένζυμο. Συμπαράγοντας μπορεί να είναι είτε ανόργανα ιόντα (π.χ. Zn 2+ ) είτε μικρά οργανικά μόρια (συνένζυμα).

30 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Ένζυμα Καταλυτική δράση Ένα ένζυμο συχνά καταλύει μια μόνο αντίδραση μιας και μόνης ένωσης (υπόστρωμα). ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Η αμυλάση υδρολύει το άμυλο (α-γλυκοζιδικοί δεσμοί) σε γλυκόζη ενώ δεν υδρολύει την κυτταρίνη (β-γλυκοζιδικοί δεσμοί) η οποία αποτελείται πάλι από γλυκόζη.

31 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Μετουσίωση πρωτεϊνών Μικρή αλλαγή στη θερμοκρασία ή στο ph καταστρέφει την τριτοταγή δομή μιας πρωτεΐνης (μετουσίωση). Επειδή κατά τη μετουσίωση αλλάζει η τριτοταγής δομή αλλάζουν και οι ιδιότητές της. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Οι αλβουμίνες που υπάρχουν στο ασπράδι του αυγού με θέρμανση μετατρέπονται σε άμορφη λευκή μάζα. Σπάνια, αν οι συνθήκες επανέλθουν, μια πρωτεΐνη να επανουσιωθεί (επάνοδος στην αρχική τριτοταγή δομή).

32 Βιβλιογραφία 1. David Klein, Οργανική Χημεία για τις επιστήμες της ζωής, Εκδόσεις Utopia, 2015, Κεφ L.G. Wade, Οργανική Χημεία, Εκδόσεις Τζιόλα (2012), ΚΕΦ

Σχετικά έγγραφα

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 27: Βιομόρια, αμινοξέα, πεπτίδια και πρωτεΐνες

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 27: Βιομόρια, αμινοξέα, πεπτίδια και πρωτεΐνες Οργανική Χημεία Κεφάλαιο 27: Βιομόρια, αμινοξέα, πεπτίδια και πρωτεΐνες 1. Γενικά Πρωτεΐνες: μεγάλα βιομόρια που απαντούν σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς Διαφορετικά είδη πρωτεϊνών με ποικίλη βιολογική