Aminokyseliny & Peptidy © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2008 Osnova • Výslovnost a etymologie aminokyselin • Chiralita aminokyselin • Charakter vedlejšího řetězce a důsledky z toho plynoucí • Acidobazické vlastnosti aminokyselin • Hlavní biochemické přeměny aminokyselin • Nestandardní aminokyseliny • Vybrané peptidy (hormony, toxiny) Jazyková poznámka: výslovnost • výslovnost přípony –nin je tvrdá [nyn] • česky: alanin [alanyn] • anglicky: alanine [æləny:n] • stejně i v jiných názvech: threonin, arginin, adenin, guanin, chinin, serotonin, kreatinin ... Jazyková poznámka: Původ názvů aminokyselin Jazyková poznámka: Původ názvů aminokyselin Obecný vzorec a-aminokyseliny Chiralita aminokyselin • Většina AK je chirální (jeden C*) • Pouze glycin je achirální = nemá asymetrický uhlík • Threonin a isoleucin mají dva C* Þ 4 izomery • V lidském těle se vyskytují a jsou biochemicky využitelné jen L-aminokyseliny • D-aminokyseliny jen zřídka – jejich role nejasná Fischerova D/L-konvence Stereoprojekce Dvojí pohled na chirální centrum R/S-konvence: pořadí substituentů na obvodu volantu Čtyři izomery threoninu (2^2 = 4) Čtyři izomery isoleucinu (2^2 = 4) Výskyt D-aminokyselin • V buněčných stěnách bakterií • V metabolických produktech bakterií a plísní (antibiotika často obsahují D-AK) • Volné D-AK se vyskytují ve fermentovaných nebo mikrobiálně kontaminovaných potravinách • V lidském těle se s věkem zvyšuje obsah D-aspartátu v metabolicky inertních proteinech (zubní sklovina) – in situ racemizace • Racemizace L-AK může být příčinou a/nebo indikátorem různých chorob (šedý zákal, Alzheimerova choroba ...) Charakter vedlejšího řetězce (R) rozhoduje o typu nevazebných interakcí v proteinech Nepolární skupiny vytvářejí hydrofobní interakce Hydrofobní interakce ve vodném prostředí Aminokyseliny s polárními skupinami Fosforylace a defosforylace enzymu ovlivňuje jeho aktivitu N-glykosidová vazba mezi asparaginem (Asn) a N-acetylglukosaminem v N-glykoproteinech Ionizace aminokyselin závisí na pH Aminokyseliny s ionizovanými skupinami Rozlišujte Histidin podmiňuje pufrační vlastnosti bílkovin Elektrostatická interakce je přitažlivá interakce mezi kationtem a aniontem Postupná disociace lysinu Isolelektrický bod je hodnota pH roztoku Jak počítat pI ? Jak určit iontovou formu AK Jaká je převažující iontová forma tyrosinu při pH 12 ? (pK[A1] = 2,2 pK[A2] = 9,1 pK[A3] = 10,1) Jaká je převažující iontová forma histidinu při pH 7,4 ? (pK[A1] = 1,7 pK[A2] = 9,2 pK[A3] = 6,0) Jaká je převažující iontová forma argininu při pH 4 ? (pK[A1] = 2,0 pK[A2] = 9,0 pK[A3] = 12,5) Biochemické přeměny AK Přehled metabolismu aminokyselin Esenciální aminokyseliny • valin • leucin • isoleucin • threonin • fenylalanin • tryptofan • lysin • methionin Obecné schéma transaminace 1. Fáze transaminace 2. Fáze transaminace Dehydrogenační deaminace glutamátu využívá pyridinový kofaktor NAD^+ Oxidační deaminace AK se účastní flavinový kofaktor a v následné reakci dikyslík Desaturační deaminace histidinu Dekarboxylace AK poskytuje biogenní aminy Glutamin je donorem aminoskupiny při syntéze glukosaminu Tři AK poskytují čtyři atomy N při biosyntéze purinových bází Aspartát poskytuje dusík při biosyntéze pyrimidinových bází Aspartát poskytuje jeden dusík do močoviny Arginin je meziprodukt močovinového cyklu. Hydrolýza argininu poskytne močovinu a ornitin Syntéza glutaminu je způsob detoxikace amoniaku Hydrolýza glutaminu uvolňuje amoniak v ledvinách Z glutaminu se v ledvinách uvolňuje NH[4]^+ Glycin jako konjugační činidlo Jak odhalit čichače toluenu? Z tyrosinu vzniká DOPA a dopamin Další dva katecholaminy z dopaminu Přeměna tyrosinu na thyroxin Selenocystein - 21. aminokyselina • Několik enzymů (redoxní reakce) obsahuje selenocystein • Glutathionperoxidasa (2 GSH + H[2]O[2] ® 2 H[2]O + G-S-S-G) • Dejodasy thyroninů (thyroxin T4  trijodthyronin T3) • Thioredoxin reduktasy (ribosa  deoxyribosa) Aminokyseliny v potravinách • v běžné stravě téměř nejsou volné aminokyseliny, jen bílkoviny • obsah volných L-AK svědčí o rozložení potravy • obsah volných D-AK svědčí o mikrobiální kontaminaci Komerčně užívané volné L-aminokyseliny: • glutamát sodný – potravinářské aditivum • arginin – různé přípravky v lékárnách • rozvětvené AK: potravinové doplňky pro sportovce Infuzní roztoky aminokyselin • Výhradně L-AK • Různé směsi, různé poměry, dávkování: 1-2 g/kg/den • Pro krytí potřeby bílkovin při parenterální výživě, když není možné přijímat potravu ústy • Při postižení jater – speciální roztoky, nižší obsah dusíku • Infuze rozvětvených AK mají velmi příznivý léčebný efekt (antikatabolický) – např. při selhávání ledvin Nestandardní aminokyseliny Betain vzniká oxidací cholinu Syntetické betainy jsou amfoterní tenzidy Taurin je sulfonová kyselina, vzniká z cysteinu Methionin po odštěpení methylu poskytuje homocystein S-Adenosylmethionin (SAM) obsahuje trojvaznou kladně nabitou síru Homocystein poškozuje cévy • nový marker kardiovaskulárních onemocnění • zvýšená koncentrace homocysteinu v krvi je rizikovým faktorem aterosklerózy nezávislým na cholesterolu • mechanismus účinku není dosud úplně objasněn • přímé působení na cévní stěnu – poškození epitelu, zkracuje životnost trombocytů, snižuje fibrinolýzu, podporuje vznik kyslíkových radikálů – poškození cévní stěny, zvyšuje lipoperoxidaci LDL Rozlišujte: Deriváty kyseliny máselné Rozlišujte: Deriváty kyseliny máselné Vybrané biologicky aktivní peptidy Hormony & Toxiny Peptidové hormony • Hormony hypothalamu (liberiny, releasing hormones, RH) • Hormony hypofýzy (tropiny) • Pankreatické hormony (inzulin, glukagon) • a mnoho dalších .... Příklad hierarchie hormonálních regulací Inzulin a glukagon Struktura inzulinu Antagonistické vlivy inzulinu a glukagonu na metabolismus Toxiny muchomůrky zelené (Amanita phalloides) jsou bicyklické peptidy s neobvyklými AK • Amatoxiny – hlavní složky – oktacyklopeptidy • a-amanitin, β-amanitin, g-amanitin .... • Falotoxiny – heptacyklopeptidy • Faloidin, faloin, falisin, falin, falacidin .... • Termicky stabilní, acidorezistentní • Poškozují játra a ledviny a-amanitin Složení včelího jedu (Apis mellifera) Jed zmije obecné (Vipera berus) • Přesné složení dosud málo prozkoumané • Různé peptidy, podle účinky se rozdělují na: • Toxiny cirkulační (vyvolávají cirkulční kolaps) • Hemotoxiny (hemolyziny) – destrukce kapilár, hemolýza • Neurotoxiny – paréza dechového centra • Enzymy – fosfolipasa A, hyaluronidasa První pomoc při uštknutí (morsus viperae) Terapie při uštknutí