Аминокислоты Пептиды Белки Нуклеиновые кислоты Коллоквиум 3 Нижник Я.П. norgchem.professorjournal.ru

Аминокислоты 1.Аминокислоты – соединения, содержащие карбоксильную (COOH) и аминогруппу (NH 2 ). 2.Мономерами пептидов и белков являются -аминокислоты.

Аминокислоты входящие в состав пептидов и белков Алифатические АК

Ceрин -амино- -оксипропионовая кислота 2-амино-3-гидроксипропановая кислота Ser, Сeр Трeонин -амино- -оксимасляная кислота 2-амино-3-гидроксибутановая кислота Thr, Трe Содержащие ОН-группу

Серосодержащие АК Цистеин Цистин Мeтионин -амино- -мeтилтиомасляная кислота 2-амино-4-метилсульфанилбутановая кислота (2-амино-4-метилтиобутановая кислота – устаревш.) Met, Мет. Цистeин -амино- -тиопропионовая кислота 2-амино-3-сульфанилпропановая кислота (2-амино-3-тиопропановая кислота, 2-амино-3-мeркаптопропановая кислота – устаревш.) Cys, Цис

Аспарагиновая кислота Аминоянтарная кислота Аминобутандиовая кислота Asp, Асп Глутаминовая кислота -aминоглутаровая кислота 2-аминопентандиовая кислота Glu, Глу Аспарагин Амид аспарагиновой кислоты 2,5-диамино-5-оксобутановая кислота Asn, Асн Глутамин Амид глутаминовой кислоты 2,6-диамино-6-оксопентановая кислота Gln, Глн Моноаминодикарбоновые кислоты и их амиды

Содержащие аминогруппу Лизин -диаминокапроновая кислота 2,6-диаминогексановая кислота Lys, Лиз Аргинин -амино- -гуанидилвалериановая кислота 2-амино-5-[амино(имино)метил]аминопентановая к-та Arg, Арг

Ароматические АК Фенилаланин -амино- -фенилпропионовая к-та 2-амино-3-фенилпропановая к-та Phe, Фен Тирозин -амино- -(п-оксифенил)пропионовая к-та 2-амино-3-(4-гидроксифенил)пропановая к-та Tyr, Тир

Гетероциклические АК Триптофан -амино- -индолилпропионовая к-та 2-амино-3-(1H-индол-3-ил)пропановая к-та Trp, Три Гистидин -амино- -имидазолилпропионовая к-та 2-амино-3-(1H-имидазол-4-ил)пропионовая к-та His, Гис Пролин Пирролидин- -карбоновая к-та 2-пирролидинкарбоновая к-та Pro, Про Для сравнения- аланин

Энантиомерия АК D-аминокислота L-аминокислота Формулы Фишера Формулы с клиновидными связями

Энантиомерия АК В природных белках присутствуют остатки только L-аминокислот. В пептидах бактериального происхождения есть остатки D- аминокислот. Глицин не имеет энантиомеров, т.к. нет хирального атома углерода.

Свойства АК. 1.Образование солей Образование внутренних солей Формула не отражает строения АК. Аминогруппа нейтрализует карбоксильную группу, поэтому АК в твёрдом виде и в растворе при pH = изоэлектрической точке находятся в виде цвиттерионов:

Образование солей Взаимодействие с щёлочью NB! Надо иметь ввиду, что на самом деле надо писать цвиттерионы!

Образование солей Взаимодействие с кислотами

Изоэлектрическая точка pI (ИЭТ)- значение pH при котором АК находится в незаряженном виде. Сильнокислая среда Почти нейтральная Сильнощелочная 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 заряд + и движется к катоду Если pH больше pI AK имеет заряд и движется к аноду

Образование солей Взаимодействие с Cu(OH) 2 Хелатная соль меди

2. Реакции по аминогруппе Ацилирование Хлористый ацетил (Ацетилхлорид) N-ацетиламинокислота ацетил Лизин N 6 -ацетиллизин N,N-диацетиллизин

Реакции по аминогруппе 2,4-динитрофторбензол ДНФ-производное АК N-(2,4-динитрофенил)аланин Используется для определения N-концевой аминокислоты по Сэнджеру (Сенгеру)

Реакции по аминогруппе Окислительное дезаминирование in vivo иминокислота кетокислота

Реакции по аминогруппе Неокислительное дезаминирование in vivo аспарагиновая фумаровая кислота кислота

Реакции по аминогруппе Переаминирование Аминокислота I Кетокислота I Кетокислота II Аминокислота II Трансаминаза

3. Реакции по COOH- группе Метиловый эфир аминокислоты Используется для защиты карбоксильной группы в синтезе пептидов

Реакции по COOH- группе декарбоксилирование in vivo

Пептиды и белки Пептиды и белки - продукты поликонденсации аминокислот. М r пептидов меньше 10000, у белков больше Пептиды проходят через полупроницаемую мембрану, белки не проходят.

Пептиды и белки Остатки АК связаны пептидной связью: Пептидная связь дипептид

Пептиды и белки Треонин Фенилаланин Тирозин Трипептид- Thr-Phe-Tyr Треонил-Фенилаланил-Тирозин

Пептидная связь Пространственное строение 1. Все атомы находятся в одной плоскости 2. Почти всегда атомы водорода и кислорода находятся в транс положении

Пептидная связь Электронное строение НЭП на азоте сопряжена с карбонильной группой (С=О), поэтому связь CN имеет порядок больше чем 1, а С=О меньше чем 2

Пептиды и Белки Как и аминокислоты, пептиды и белки являются амфотерными соединениями, содержащими и кислотные группы (COOH) и оснóвные группы (NH 2 ). ИЭТ зависит от их количества- если больше COOH чем NH 2, то ИЭТ меньше 5-6, если наоборот, то больше. Пептид: Тре-Фен-Тир. Содержит одну COOH и одну NH 2 ИЭТ будет равна 5-6. Пептид: Гли-Лиз-Тир. Содержит одну COOH и две NH 2 ИЭТ будет равна Пептид: Глу-Ала-Цис. Содержит две COOH и одну NH 2 ИЭТ будет равна 3.

Анализ первичной структуры пептидов Метод Эдмана Используя фенилизотиоцианат (Ph-NCS) последовательно отщепляют АК с N-конца и определяют образующиеся фенилтиогидантоиновые производные. Прибор для автоматического определения первичной структуры – секвенатор (лат. Sequentia – последовательность). В настоящее время для определения первичной структуры (для секвенирования) используют в основном хроматомасс-спектрометрию.

Метод Эдмана Фенилтиогидантоиновое производное N-концевой АК Пептид укороченный на 1 АК

Уровни структурной организации белка первичная структура – аминокислотная последовательность вторичная структура – локальные высокоупорядоченные конформации белковой цепи ( -спираль, -структура) третичная структура – форма белковой молекулы; трёхмерная нативная структура белка четвертичная структура – агрегат из нескольких молекул белка

Уровни структурной организации белка

первичная структура первичная структура –последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка или пептида. NH 2 -Tyr-Pro-Lys-Gly-Phe-Tyr-Lys-COOH Первичная структура определяет все остальные уровни структурной организации белка Замена Глу в шестом положении -цепи гемоглобина на Вал приводит к серповидно-клеточной анемии (sickle cell anemia).

Количество возможных первичных структур ОГРОМНО! 20 аминокислот могут дать примерно белков, состоящих из 150 остатков аминокислот (а возможны и другие варианты!) Это астрономическое число – число гугол, умноженное на число гугол (число гугол – это , отсюда происходит google)

Вторичная структура Вторичная структура- локальные высокоупорядоченные конформации белковой цепи – спирали и складчатые слои.

-спираль Правые -спирали полипептидной цепи стабилизируются водородными связями, где С=О группы остова полипептида связаны с лежащими от них в направлении С-конца цепи H-N группами (показано синим).

Водородные связи в -спиралях -Вал-Фен-Тир-Ала-Лей- Первый Второй Третий ЧетвёртыйОстатки АК: -спираль – 4 13 спираль: остаток АК образует водородную связь с четвёртым по цепи остатком АК; в образующемся цикле 13 атомов.

Структура -складчатых слоев -структура образуется из нескольких полиипептидных цепей, связанных водородными связями. Она существует в виде складчатых листов. Так как поверхность -структуры рифленая, ее еще называют "складчатой -структурой".

Структура -складчатых слоев водородные связи Тре-Ала-Гли-Сер-Асп Вал-Фен-Тир-Ала-Лей

Обозначение вторичной структуры Укладка -спиралей и образованием -структуры с образованием глобулы

Третичная структура третичная структура – форма белковой молекулы; трёхмерная структура белка. Укладка нерегулярных областей и и -структур в глобулу определяет третичную структуру белка

Взаимодействия остатков АК в третичной структуре Остатки АК в белковой глобуле взаимодействуют за счёт: 1.Гидрофобных взаимодействий (они взаимодействиями не являются, но так называются) (Вал, Лей, Иле, Фен) 2. Ковалентных связей (дисульфидные –S–S– связи в цистине) 3. Ионных связей (Глу-COO - H 3 N + -Лиз) 4. Водородных связей (Глу-COO - …HO-Тир)

Дисульфидные связи в цистине (учить не надо)

Дисульфидные связи Структура лизоцима. Дисульфидные связи показаны пунктиром

Ионные связи (учить не надо) Асп Лиз

Третичная структура Сериновая протеаза - трипсинРодопсин

Третичная структура ацилтрансфераза пиктатлиаза С

Третичная структура и цепи гемоглобина лошади

Третичная структура Порин

Фолдинг – сворачивание белковой цепи с образованием нативной структуры. (учить не надо)

Неправильный фолдинг может привести к различным болезням, например к губчатым энцефалопатиям: Синдром Крейцфельда-Якоба Новый вариант Крейцфельда-Якоба – коровье бешенство синдром Герсманна–Штройслера–Шейнкера хроническая семейная бессонница, куру, скрепи Инфекционными агентами, вызывающими эти болезни являются неправильно свернувшиеся белки - прионы

Домены (учить не надо) 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

Четвертичная структура Пример четвертичной структуры - вирус табачной мозаики: 2130 одинаковых молекул белка расположены вокруг РНК вируса

Нуклеиновые кислоты НК- это полинуклеотиды, т.е. биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды-фосфорные эфиры нуклеозидов Нуклеозиды – гликозиды, образованные нуклеиновыми основаниями и пентозой (рибозой или дезоксирибозой)

Нуклеиновые кислоты

РНК ДНК нуклеотиды нуклеозиды пентоза Нукл. Осн. Гидролиз

Нуклеиновые основания пуриновые основания Аденин Гуанин лактам лактим

Нуклеиновые основания пиримидиновые основания Урацил Тимин Цитозин

Нуклеозиды Нуклеозиды-гликозиды, образованные нуклеиновыми основаниями и пентозой (рибозой или дезоксирибозой) Уридин

Нуклеозиды Надо иметь ввиду, что можно и иногда надо писать нуклеиновое основание развёрнутым на 180 градусов. Поэтому потренируйтесь изображать нуклеозиды разными способами. Уридин

Нуклеозиды Гликозидная связь

Нуклеозиды Цитидин Дезоксицитидин

Нуклеозиды Тимидин

Нуклеозиды Аденозин Дезоксиаденозин

Нуклеозиды АденозинДезоксиаденозин Аденозин и дезоксиаденозин можно изобразить и так:

Нуклеозиды Гуанозин Дезоксигуанозин

Нуклеозиды ГуанозинДезоксигуанозин Гуанозин и дезоксигуанозин можно изобразить и так:

Гидролиз нуклеозидов аденозин рибоза аденин

Нуклеотиды Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов гликозидная связь сложноэфирная связь

Нуклеотиды Аденозин-5-фосфат Аденозинмонофосфат (АМФ) 5-адениловая кислота Гуанозин-5-фосфат Гуанозинмонофосфат (ГМФ) 5-гуаниловая кислота

Нуклеотиды Уридин-5-фосфат Уридинмонофосфат (УМФ) 5-уридиловая кислота Цитидин-5-фосфат Цитидинмонофосфат (ЦМФ) 5-цитидиловая кислота

Нуклеотиды Название как монофосфатов Название как кислотСокращение Аденозин-5-фосфат5-Адениловая кислотаАМФ Гуанозин-5-фосфат5-Гуаниловая кислотаГМФ Цитидин-5-фосфат5-Цитидиловая кислотаЦМФ Уридин-5-фосфат5-Уридиловая кислотаУМФ Дезоксиаденозин-5- фосфат 5-Дезоксиадениловая кислотадАМФ Дезоксигуанозин-5- фосфат 5-Дезоксигуаниловая кислотадГМФ Дезоксицитидин-5- фосфат 5-Дезоксицитидиловая кислотадЦМФ Тимидин-5-фосфат5-Тимидиловая кислотадТМФ

Нуклеотиды Сокращения АМФ, ГМФ и т.д. относят к 5-нуклеотидам. У других нуклеотидов в сокращённом названии указывают положение фосфата Аденозин-3-фосфат 3- Аденозинмонофосфат (3- АМФ) 3-адениловая кислота

Нуклеотиды Циклические нуклеотиды цAMФ

Циклический аденозинмонофосфат (циклический AMФ, цAMФ, cAMP) Циклический нуклеотид, играющий роль вторичного посредника некоторых гормонов (глюкагона или адреналина), которые не могут проходить через клеточную мембрану. У прокариот цAMФ участвует в регуляции метаболизма.

Гидролиз нуклеотидов АМФаденозин рибозааденин

Нуклеотиды дифосфаты и трифосфаты АМФ АДФ АТФ Ангидридные связи Сложноэфирная связь АТФ – универсальный макроэрг

Образование АТФ происходит 1. В результате субстратного фосфорилирования (гликолиз, одна реакция ЦТК) 2. Мембранного фосфорилирования.

АТФ как кофермент АТФ АДФ ГМФ ГДФГТФ ГМФ гуанозин

Образование аминоациладенилата АТФ аминокислота аминоациладенилат Аминоацил-тРНК (в синтез белка)

Никотинамиддинуклеотид (НАД + ) как кофермент НАД + НАДН

Первичная структура НК Первичная структура НК - последовательность нуклеотидов 5- конец ТГАЦТААГТАЦЦ 3-конец (ф-конец)(OH-конец)

Первичная структура ДНК Т Г А

Первичная структура РНК У Г А

Вторичная структура Вторичная структура ДНК – двойная правая спираль (Уотсон, Крик, 1953) Две цепи антипараллельны друг другу. Цепи связаны водородными связями по принципу комплементарности А Г Г Т Ц Т А Т Г А Ц Т Т Г Ц Т А Ц Т Ц Ц А Г А Т А Ц Т Г А А Ц Г А Т Г Более подробно см зеленый учебник с

Водородные связи между комплементарными основаниями в ДНК Г ЦА Т

ДНК Репликация РНК Транскрипция белок Трансляция Репликация и транскрипция идут по принципу комплементарности: 5 ЦАТ 3 участок первой цепи ДНК 3 ГТА 5 участок второй цепи ДНК Т.к. 5 это начало, то не ГТА, а АТГ 5 ЦТТ 3 участок ДНК 3 ГАА 5 участок РНК Т.к. 5 это начало, то пишем не ГАА, а ААГ

Рисунки белков взяты из курса лекций А. В. Финкельштейна ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ БЕЛКА