C3181 Biochemie I 02-Peptidy a bílkoviny FRVŠ 1647/2012 9/23/2013 1 Petr Zbořil Obsah •Vznik peptidů a bílkovin, strukturní úrovně. •Vlastnosti a funkce. 9/23/2013 Petr Zbořil 2 Vznik peptidů •Peptidová vazba oFormální popis oSkutečná reakce •Charakteristika oPočet monomerů oPořadí aminoacylů •Velikost peptidu oDi-, tri-, atd –peptidy oOligopeptidy – do 10 oPolypeptidy – do 100 oBílkoviny oRelativita rozdělení • • • 9/23/2013 Petr Zbořil 3 Charakteristika peptidů •Počet a druh AK • určuje základní vlastnosti • velikost, polarita, náboje - pI •Pořadí aminoacylů • sekvence, primární struktura • determinuje finální vlastnosti •Směr sekvence oOd N k C konci oKoncová skupina může obýt derivatizována (N-acyl, oamid, ester) o • 9/23/2013 Petr Zbořil 4 Přírodní peptidy •Di - karnosin – b-Ala-His – sval (antioxidant?) • anserin – N-metylkarnosin •Tri - glutathion – GSH – g-Glu-Cys-Gly oKofaktor oxidoreduktas a transferas • 9/23/2013 Petr Zbořil 5 Významné peptidy •Peptidové hormony • oxytocin, vasopresin • inzulin, glukagon • •Peptidové neuromodulátory • enkefaliny, endorfiny • •Peptidová antibiotika • penicilin, gramicidin, valinomycin, aktinomycin • •Peptidové fyto a zootoxiny • amanitin, falloidin • mikrocystiny • neurotoxiny hadů, štírů a včel • • • 9/23/2013 Petr Zbořil 6 Struktura peptidů •Formální popis struktury – sekvence •Tvar molekuly v reálném prostředí oVlastnosti peptidové vazby oVliv struktury monomerů (AK) – druh zbytků R •Síly a interakce uvnitř molekuly a navenek oVliv složení polymeru oVliv okolního prostředí – polarita, pH, I apod. •Výsledný tvar a jeho změny oZásadní pro funkci •Struktura vlastnosti funkce • 9/23/2013 Petr Zbořil 7 Hierarchie struktur •Základní popis oNadstavba – strukturní biochemie •Primární oSekvence aminoacylů – kolik a jak seřazeny oHomologie bílkovin •Sekundární oUspořádání – vztah sousedních monomerů •Terciární oTvar molekuly v prostoru, uspořádání řetězce jako tělesa •Kvarterní oAgregační stav funkční jednotky, nadmolekulární úroveň 9/23/2013 Petr Zbořil 8 Sekvenční homologie • •Evoluční strom oHb oMyoG 9/23/2013 Footer Text 9 C:\My Documents\FreemanFigs\CH03\F03-12.JPG Sekundární struktura •Řetězec není lineární oAtomy C a N peptidové vazby – sp2 – planární oC2 (Ca) – sp3 - tetraedr • • • • • 9/23/2013 Petr Zbořil 10 Sekundární struktura •Peptidová vazba omá charakter částečné dvojné vazby, řád vazby ca 1,5 odélka 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 oRovina zahrnuje 6 atomů oCa sousedících aminoacylů v poloze trans oRoviny vazeb vedoucích k sousedním aminoacylům otočné v osách Ca-N a Ca-C oDihedrální úhly F a Y - otočení v osách Ca-N a Ca-C – konvenční stupnice hodnot o o • • 9/23/2013 Petr Zbořil 11 Sekundární struktura •Znázornění vzájemného •vztahu rovin dvou •sousedních peptidických •vazeb v tripeptidu • •Roviny peptidových •vazeb otočné •kolem vazeb •Ca–NH a Ca - CO • 9/23/2013 Petr Zbořil 12 Sekundární struktura •Konvenční vyjadřování F a Y o-180 - + 180 o onatažený řetězec F = 180° Y = 180° o • • • • • • •Hodnoty dihedrálních úhlů jsou omezeny sterickými poměry v okolí. oAnimace znázorňuje vztah van der Waalsových opoloměrů kyslíku a vodíku na sousedících o-CO a -NH skupinách při otáčení rovin peptidové vazby. • 9/23/2013 Petr Zbořil 13 Sekundární struktura •Dihedrální úhly mohou nabývat omezené množiny hodnot oRamachandranovy diagramy, pro různé tripeptidy oTmavé pravděpodobné, světlé méně, bílé nepřípustné oLH – b-list, LD – a-šroubovice pravotočivá, PH – a-šroubovice levotočivá o • • 9/23/2013 Petr Zbořil 14 Sekundární struktura •Stabilní struktura – maximální počet vodíkových vazeb mezi CO a NH – stabilizace sekundární struktury •Výhodná trans-poloha Ca, u Pro cis-! 9/23/2013 Petr Zbořil 15 Typy sekundárních struktur •Pravidelné (typické hodnoty F a Y) ohelikální struktury – pravotočivá a-šroubovice – helix (-56, -47) ob-skládaný list – paralelní (-139, +135) – antiparalelní (-119, +113) •Ohybové ob-ohyb •Nepravidelné • 9/23/2013 Petr Zbořil 16 a-helix •Popsána nejdříve, proto a •Kompaktnější než b-skládaný list oCa-Ca je 1,5 Å, u b-listu je 3,5Å o3,6 AK/závit, stoupání 0, 54 nm oZbytky R vně helixu o •Vodíkové vazby oMezi C=O a NH o 4 AK vzdálené oSouběžné s osou helixu, ne rovnoběžné o13 atomů v heterocyklu tvořeném H-vazbou oa-helix 3,613 oJiné helixy o o 9/23/2013 Footer Text 17 a-helix •Modely a-helix • 9/23/2013 Footer Text 18 Jiné helikální struktury •a-helix (3,613) a 310 helix 9/23/2013 Footer Text 19 Sekundární struktura •b-skládaný list o o oantiparalelní oH-můstky mezi oCO a NH protilehlých ozbytků o o o oParalelní oOdlišné uspořádání oH-můstků • 9/23/2013 Footer Text 20 b-skládaný list •Vodíkové vazby mezi (anti)paralelními úseky nebo sousedními peptidy •Volnější struktura než a-helix •Zbytky R- orientovány střídavě • 9/23/2013 Footer Text 21 β-ohyb, vlásenka • 9/23/2013 Footer Text 22 můstek z CO na NH - 3 zbytky dopředu výhodný u glycinu a prolinu Sekundární struktura •Znázornění a-helix a b-listu 9/23/2013 Footer Text 23 Supersekundární struktura •Uspořádání úseků sekundárních struktur •Strukturní motivy ob-a-b motiv (TIM – 8x) oŘecký klíč ob-meandr oDalší struktury oDomény – funkční jednotky o 9/23/2013 Footer Text 24 Predikce sekundární struktury •Primární struktura ovlivňuje sekundární •Preference struktur v úsecích s převahou aminoacylů • 9/23/2013 Footer Text 25 Predikce sekundární struktury • 9/23/2013 Footer Text 26 Predikce sekundární struktury 9/23/2013 Footer Text 27 •Srovnání zjištěných •struktur •s předpovězenými Terciární struktura •Popis tvaru řetězce v prostotu (jako tělesa) • •Formující (stabilizující) síly oKovalentní vazby (Bisulfidické můstky) oIontové interakce oDipolové interakce oVodíkové můstky oHydrofobní interakce • •Strukturní motivy – domény – moduly • •Flexibilita struktury – vývojově preferovaná • • • 9/23/2013 Footer Text 28 Terciární struktura •Účast kovalentních bisulfidových vazeb na formování terciární struktury - RNasa 9/23/2013 Footer Text 29 Stabilizace terciární struktury 9/23/2013 Footer Text 30 •Typy interakcí oNavíc dipól-dipól •Různě významné •interakce pro různé •typy proteinů •Vykompenzování sil oVliv prostředí oLigandů •Dynamická struktura •Orientace zbytků oPolární ven – vodné prostředí oHydrofobní dovnitř oMembránové naopak • Hydrofóbní Elektrostatická Vodíková Disulfidická Terciární struktura •Typy terciární struktury oFibrilární oGlobulární oMembránové • 9/23/2013 Footer Text 31 Terciární struktura •Strukturní domény oRelativně samostatné kompaktní globulární oblasti oOdděleny obvykle neuspořádaným úsekem oFlexibilita struktury oČasto charakteristické supersekundární struktury oČasto nositeli specifických vlastností – funkcí v rámci proteinu odomény lehkých a těžkých řetězců imunoglobulinů •Moduly • • 9/23/2013 Footer Text 32 Kvarterní struktura •Agregační stav funkční bílkoviny oNekovalentní – iontové – solné můstky (ionty) oKovalentní – ne peptidickou vazbou (-S-S-) •Agregát z více samostatných řetězců oPodjednotky stejné – homo oRůzné – hetero •Popis stupně agregace •Smysl agregace oOrganizační – multienzymové systémy oRegulační - kooperativita oStabilizační 9/23/2013 Footer Text 33 Kvarterní struktura •Podjednotky vázány okovalentně – Ig onekovalentně – Hb o • 9/23/2013 Footer Text 34 GA06_45 Chování bílkovin in situ •Interakce bílkovinné molekuly s prostředím – tvar a vlastnosti •Orientace R- podle polarity •Polární (vodné) prostředí – cytoplasma, matrix, krev apod. oVliv pH (náboje!), I, ligandů apod. •Nepolární prostředí (membrány) •Konformace – popis tvaru, vztahu částí molekuly apod. oZastřešující pojem oPředevším terciární struktura oZměny konformace – interakce s prostředím – změna rozložení sil oKonformační změny – základ většiny funkcí bílkovin • • 9/23/2013 Footer Text 35 Chování bílkovin in situ •Bílkovina v roztoku oSolvatační obal, interakce s prostředím (voda, ionty - pH) oOvlivnění rozpustnosti – srážecí metody •Denaturace oZměna (terciární) struktury, rušení nativních interakcí oReverzibilní – denaturace není vhodné označení oIreverzibilní – denaturace v pravém slova smyslu ofyzikální faktory - T, záření, tlak – mechanické vlivy ochemické faktory - pH, organická rozpouštědla, detergenty, těžké kovy, močovina, • • 9/23/2013 Footer Text 36 37 Složené bílkoviny •Složená bílkovina oApoprotein - bílkovinná součást – základ oProstetická skupina – nebílkovinná součást – pevně (většinou kovalentně) vázaná •Typy prostetických skupin oglykoproteiny obsahující sacharidovou komponentu. Její výskyt je však poměrně obecným jevem, takže bílkoviny s obsahem do 5% sacharidové složky takto často nenazveme. ometaloproteiny obsahující kovy. Podle jeho charakteru specifikujeme jako např. feroproteiny (podskupina hemoproteinů), molybdo-, kupro- atd. ofosfoproteiny olipoproteiny – agregáty bílkovin s lipidy a dalšími hydrofobními molekulami ochromoproteiny – strukturně nejednotná skupina charakterisovaná barevností (výraznou absorbcí světla) • • 9/23/2013 Footer Text 38 Funkce bílkovin •Katalytická oEnzymy •Strukturní oZejména fibrilární, ale i globulární oKontraktilní •Transportní oPolární prostředí – přenos nepolárních látek – Hb oNepolární prostředí – membrány – přenos polárních látek •Obranné •Signální •Regulační •Speciální •Více funkcí – komplikovaná klasifikace • • 9/23/2013 Footer Text 39