• Obecná struktura, popis • Přehled aminokyselin • Významné vlastnosti o Chiralita o Acidobazicita o Polarita o Reaktivita Aminokyseliny - stavební kameny bílkovin a-aminokyseliny (2-aminokyseliny) R – specifický zbytek jednotlivých AK • 20 (+ 2) + v bílkovinách, proteinogenní, kódované o Derivatizované – posttranslační modifikace o esenciální x neesenciální • Dělení podle struktury – významných vlastností o Nepolární – neutrální – alifatické o Polární nedisociované (zbytky R) o Disociované (zbytky R) • Kyselé • Bazické • Jiné dělení, prolínání skupin o Aromatické o Sirné o Heterocyklické apod. • Volné AK a deriváty, složky jiných biomolekul o z biologických systémů izolováno několik set různých aminokyselin Přehled aminokyselin aminokyseliny bez postranního řetězce Glycin (Gly, G): C COOH HH NH2 C COOH CH3H NH2 C COOH HCH NH2 CH3 CH3 C COOH H NH2 CH2 HC CH3 CH3 Valin (Val, V): esenciální Alanin (Ala, A): Leucin (Leu, L): esenciální aminokyseliny s uhlovodíkovým nesubstituovaným řetězcem C COOH H NH2 HC CH2 CH3 CH3 Isoleucin (Ile, I): esenciální Methionin (Met, M): esenciální C COOH H NH2 CH2 CH2 S CH3 aminokyseliny se sirnou skupinou v postranním řetězci Cystein (Cys, C): C COOH H NH2 CH2 SH Tyrosin (Tyr, Y): C COOH H NH2 CH2 OH aminokyseliny s aromatickým postranním řetězcem Fenylalanin (Phe, F): esenciální C COOH H NH2 CH2 Tryptofan (Trp, W): esenciální C COOH H NH2 CH2 N H aminokyseliny s hydroxylem v postranním řetězci Serin (Ser, S): C COOH H NH2 CH2 OH Threonin (Thr, T): esenciální C COOH H NH2 HC CH3 OH Asparagová kyselina (Asp, D): Glutamová kyselina (Glu,E): C COOH H NH2 CH2 CH2 COOH C COOH H NH2 CH2 COOH aminokyseliny s karboxylem v postranním řetězci Asparagin (Asn, N): Glutamin (Gln, Q): C COOH H NH2 CH2 CONH2 C COOH H NH2 CH2 CH2 CONH2 aminokyseliny s karboxamidovou skupinou v postranním řetězci Histidin (His, H): Lysin (Lys, K): esenciální C COOH H NH2 CH2 CH C NH + NH CH C COOH H NH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 C COOH H NH2 CH2 CH2 CH2 NH C NH2 + NH2 Arginin (Arg, R): aminokyseliny s postranním řetězcem s bazickou skupinou aminokyseliny s postranním řetězcem jako součástí kruhu Prolin (Pro, P): C COOH H HN CH2 CH2 CH2 Názvy a zkratky AMK Symboly AMK Symboly glycin Gly G methionin Met M alanin Ala A glutamová kyselina Glu E valin Val V asparagin Asn N leucin Leu L glutamin Gln Q izoleucin Ile I lysin Lys K serin Ser S arginin Arg R threonin Thr T tyrosin Tyr Y cystein Cys C fenylalanin Phe F histidin His H tryptofan Trp W prolin Pro P asparagová kyselina Asp D Troj- a jednopísmenkové Selenocystein (Se-Cys) vyšší redukční potenciál než Cys - v bílkovinách s antioxidační aktivitou v enzymech (glutathion peroxidasy, formiát dehydrogenasy, glycin reduktasy, některé hydrogenasy). 21. proteinogenní aminokyselina – selenocystein (Sec, U) 22. proteinogenní aminokyselina – pyrrolysin (Pyl, O) u některých archebakterií (Methanosarcina barkeri) enzym monomethylaminmethyltransferasa Esenciální aminokyseliny u člověka • přísun z potravy • člověk není schopen syntetizovat jejich uhlíkovou kostru Arginin* Histidin* Isoleucin Leucin Valin Lysin Methionin Threonin Fenylalanin Tryptofan * Esenciální pouze u dětí, ne u dospělých limitní aminokyseliny - využití aminokyselin z přijatých bílkovin závisí na obsahu nejméně zastoupené esenciální aminokyseliny Lys, Met nízké zastoupení v rostlinné potravě Nekódované aminokyseliny β – alanin je prekurzorem vitamínu (panthotenové kyseliny) γ – aminobutyrát je inhibitor přenosu informací mezi nervovými buňkami deriváty tyrosinu - katecholaminy Nekódované aminokyseliny adrenalin (epinefrin) noradrenalin (norepinefrin) dopamin hormony a neurotransmitery DOPA alkylaminoderivát o – dihydroxybenzenu (pyrokatecholu) jodderiváty tyrosinu Nekódované aminokyseliny thyroxin trijodthyronin hormony štítné žlázy •hydroxyprolin, hydroxylysin – v kolagenu •methyllysin – součást svalového vlákna •γ-karboxyglutamát – v prothrombinu (srážení krve) •ornithin, citrullin – velmi důležité meziprodukty syntézy argininu a účastníci močovinového cyklu Nekódované aminokyseliny Konfigurace L, D Emil Fischer Způsob převedení trojrozměrného vzorce do roviny hlavní uhlíkatý řetězec představuje svislici, kterou orientujeme obvykle tak, že skupina v nejvyšším oxidačním stavu je nahoře. Atomy resp. skupiny atomů na chirálním atomu zapisujeme tak, jak se nám jeví z pohledu do tupého úhlu vazeb mezi atomy uhlíku ( vpravo, vlevo) chiralita Konfigurace R, S Dohodnuté pravidlo: 1) Určení priority substituentů, kde kriteriem je hodnota protonového čísla atomu přímo vázaného na centrum chirality. Jsou-li na centrum chirality vázány dva stejné atomy, postupujeme po vazbách od centra chirality tak dlouho, až nalezneme rozdíl v hodnotě protonového čísla připojených substituentů 2) Na model se díváme vždy ve směru vazby chirální atom − substituent s nejmenším protonovým číslem (většinou vodík, na obrázku číslo 4). Pro názornost používáme představu, že tato vazba představuje tyč volantu, na jehož obvodě jsou rozloženy další substituenty 3) Konfiguraci na centru chirality určíme podle toho, jaký směr otáčení volantem vystihuje posloupnost priorit (1–3). Směr doprava označujeme symbolem R (rectus - pravý), opačný směr symbolem S (sinister - levý) Cahn, Ingold a Prelog S výjimkou glycinu všechny kódované aminokyseliny obsahují asymetrický uhlík Chirální sloučenina • nemá rovinu ani střed symetrie • je opticky aktivní – stáčí rovinu polarizovaného světla - stáčí rovinu polarizovaného světla doleva + stáčí rovinu polarizovaného světla doprava Polarimetrie Použití: • Určování koncentrace opticky aktivních látek (a ~ c) – sacharimetry • Studium vztahů mezi strukturou a vlastnostmi látek Otáčení roviny polarizovaného záření Polarimetrické cely α = [α]λ τ. l.c [α]λ τ měrná otáčivost při dané vlnové délce a teplotě l délka optické dráhy c koncentace opticky aktivní látky polarizované záření lze získat: Odrazem K úplné polarizaci dochází pod Brewsterovým úhlem Lomem (částečná polarizace) Dvojlomem Anizotropní krystaly (islandský vápenec) Pomocí polarizačního filtru (polaroidu) Princip polarimetru monochromatic light source randomly oriented light optical polarizer - only allows "vertical" light to pass through optical polarizer - only allows "horizontal" light to pass through chiral material detector monochromatic light source randomly oriented light optical polarizer - only allows "vertical" light to pass through optical polarizer chiral material detector The maximum signal will be optained if the second polarizer is rotated to match the light rotation: maximum signal Acidobazické vlastnosti aminokyselin může se chovat jako kyselina: může se chovat jako zásada: Aminokyseliny řadíme mezi látky amfoterní - amfolyty Aminokyselina má charakteristickou titrační křivku Plně protonizovaná forma je při nejnižším pH Při pH, kdy pK1 = 2.34 je přítomná ekvimolární koncentrace donoru protonu a akceptoru protonu. + Dipolární iont + Při pH, kdy pK = 9.60 je přítomná ekvimolární koncentrace donoru protonu a akceptoru protonu. donor protonu akceptor protonu donor protonu akceptor protonu Izoelektrický bod Izoelektrický bod - pI • hodnota pH, při které je amfolyt (v našem případě aminokyselina) ve formě amfiontu (dipolárního iontu) • výsledný náboj látky je nulový • nepohybuje se v elektrickém poli pI= 1 2 (𝑝𝑝𝑝𝑝1 + 𝑝𝑝𝑝𝑝2) K1 a K2 jsou „kyselé“ disociační konstanty (forem amfolytu odštěpujících proton) Chemická reaktivita • Reakce karboxylu o Tvorba solí (disociace – viz výše) o Tvorba esterů o Tvorba anhydridů o Tvorba amidů – vazba –CO-NH• Reakce aminoskupin o Tvorba solí (disociace – viz výše) o Acylace – vazba –CO-NH• Reakce skupin bočního řetězce o Speciální, podle druhu AK o Význam metabolický – struktura, funkce (oxidace –SH aj.) o Analytické využití Chemické reakce aminokyselin ninhidrinová reakce Reakce, která slouží na důkaz –NH2 (amino) skupin aminokyselin, peptidů a bílkovin. V první fázi reakce se vytvoří Schiffova báze (ketimin), která se následně oxidačně dekarboxyluje za vzniku aldiminu. Ten hydrolyzuje na nestálou formu amínu, která reaguje s další molekulou ninhydrínu a vzniká intenzivně zbarvená tzv. Ruhemanova violeť nespecifické Chemické reakce aminokyselin skupinově specifické pro aromatické aminokyseliny Xanthoproteinová reakce Aromatické aminokyseliny (Tyr, Trp, slabě Phe) se lehce nitrují nitrační směsí za vzniku příslušných žlutých produktů, které v alkalickém prostředí přechází na oranžové až červené soli aciformy nitrosloučenin Chemické reakce aminokyselin skupinově specifické pro aromatické aminokyseliny Paulyho reakce Reakcí tyrosinu (Tyr) a histidinu (His) s diazotovanou kyselinou sulfanilovou v alkalickém prostředí vznikají oranžové až červené kopulační produkty (azobarviva) Chemické reakce aminokyselin skupinově specifické pro aminokyseliny obsahující síru Aminokyselina cystein (Cys) a její oxidací vzniklý dimer cystin (Cys-S-S-Cys) působením alkálií uvolňují za tepla sulfan, který lze dokázat srážením rozpustnou olovnatou solí za vzniku černé sraženiny sulfidu olovnatého PbS. Reakce sirných aminokyselin Kondenzací tryptofanu (Trp) s kyselinou glyoxylovou v silně kyselém prostředí kyseliny sírové vzniká červenofialový produkt Chemické reakce aminokyselin specifické pro Tryptofan Adamkiewiczova reakce Chemické reakce aminokyselin specifické pro guanidinovou skupinu Argininu Sakaguchiho reakce Působením alkalického bromnanu a a-naftolu na guanidinovou složku argininu (Arg) vzniká charakteristické červené zbarvení vzniklého produktu oxidace - substituovaného 1,4-naftochinonu. Důkaz spočívá ve tvorbě fialově zbarvených měďnatých komplexů v alkalickém prostředí. Název reakce je odvozen od sloučeniny biuretu, což je produkt kondenzace dvou molekul močoviny za odštěpení amoniaku (tavení močoviny). Vzniklé seskupení H2N-CO-NH-CO-NH2 je modelem dvou peptidových vazeb. Fialové zbarvení komplexu vzniká interakcí Cu2+ a čtyř dusíkatých atomů peptidových vazeb. Reakci poskytují všechny sloučeniny mající alespoň dvě peptidové vazby. Biuretová reakce Důkaz peptidové vazbyChemické reakce aminokyselin biuret