Proteiny & Glykoproteiny Proteiny jsou polypeptidy (anhydropolymery L-AK) Primární struktura • sekvence všech aminokyselin v polypeptidovém řetězci • číslování AK začíná od N-konce Aminokyselina po odtržení –OH skupiny z karboxylu vytvoří aminoacyl Dipeptid je N-aminoacylaminokyselina Názvy acylů AK: přípona -in/-an se nahradí příponou –yl (je pět výjimek) Jak postupovat při určení názvu? • Zjistíme počet peptidových vazeb • Najdeme N-konec • Vytvoříme acyl N-koncové aminokyseliny • U dipeptidu přidáme název C-koncové AK • U tripeptidu apod. přidáme ještě další acyl(y), zakončíme názvem C-koncové AK Příklad Peptidová vazba -CO-NH- Atomy -CO-NH- jsou v rovině Roviny peptidových vazeb mohou rotovat Kombinace torzních úhlů • kombinace torzních úhlů F a  nejsou neomezené • uplatňují se prostorové nároky bočních řetězců aminokyselin na C • pro určité typy sekundární struktury existují konkrétní hodnoty obou úhlů Sekundární struktura se týká pouze určité části polypeptidového řetězce (segmentu) • lokální prostorové uspořádání atomů v peptidovém řetězci • bez ohledu na uspořádání postranních řetězců R • bez ohledu na vztahy segmentu k jiným segmentům peptid. řetězce • Typy sekundární struktury: Pravidelná (helixy, b-struktura) Ohybová (stočení skládaného listu, b-ohyb) Nepravidelná (deformace vlivem prolinu, plápolající konce) a-Helix • Jeden úsek peptidového řetězce vytváří pravotočivou šroubovici • C=O a NH skupiny jsou paralelní s dlouhou osou šroubovice • každá C=O skupina je vázána H-vazbou s NH o čtyři AK vzdálenější • H-vazby jsou souběžné s osou helixu • postranní řetězce R jsou na vnější straně helixu Každá C=O skupina je vázána H-vazbou s NH skupinou o čtyři AK vzdálenější Braggova symbolika -helixu Strmý helix kolagenu • prim. strukt. (Gly-X-Pro) a (Gly-X-hyPro) • C=O a NH skupiny vybočené do stran, kolmo na svislou osu • helix je levotočivý a „natažený“ • H-vazby mezi třemi helixy - triplhelix • velmi pevná a rigidní bílkovina Prolin způsobuje ohnutí řetězce (zlom) b-Struktura • natažený řetězec („šroubovice se dvěma zbytky na závit“) • H-vazbami se spojuje se sousedními segmenty do tzv. skládaného listu • H-vazby mezi NH a CO jsou kolmo na řetězce • postranní řetězce AK nad a pod myšlenou rovinou Antiparalelní skládaný list (častější) Paralelní skládaný list Deformace pravidelných struktur b-Ohyb • tetrapeptidový segment, často Gly, Pro • umožňuje otočení řetězce o 180° • stabilizován H-vazbou mezi 1. a 4. AK • kombinace pravidelných sekundárních struktur • vyskytují se ve stejné podobě v různých a nepříbuzných bílkovinách Terciární struktura • prostorové uspořádání všech atomů jednom polypetidovém řetězci • je udržována nevazebnými interakcemi postranních řetězců AK (H-vazby, elektrostatické, hydrofobní) • polární postranní řetězce jsou lokalizovány na povrchu • hydrofobní zbytky jsou zanořeny dovnitř Vodíkové vazby Elektrostatická interakce (kation ……. anion) Ionizující skupiny v postranních řetězcích AK Pět aminokyselin vytváří solné můstky • Dvě kyselé: Asp, Glu v postranním řetězci záporný náboj karboxylátového aniontu (-COO^-) • Tři bazické: Arg, Lys, His v postranním řetězci kladný náboj na dusíku Hydrofobní interakce disulfidové můstky Příčné můstky v kolagenu vznikají reakcí koncových skupin Lys + alLys Příčný můstek bílkovin pojiva vzniklý hydrogenací Schiffovy báze Domény • relativně samostatné kompaktní globulární oblasti (samostatné „ostrůvky ve struktuře“) • odděleny obvykle nestrukturovaným polypeptidem • mohou zahrnovat supersekundární struktury • jsou často zodpovědné za určitou aktivitu proteinu • příklad: domény lehkých a těžkých řetězců imunoglobulinů Kvartérní struktura • jen u oligomerních proteinů • popisuje počet podjednotek (samostatných polypeptid. řetězců), jejich prostorové uspořádání a interakce mezi nimi • stabilizace nevazebnými interakcemi • podjednotky mohou být stejné nebo různé Příklady proteinů s kvartérní strukturou Úrovně popisu struktury - shrnutí Denaturace proteinů • rozvolnění terciární a sekundární struktury • rozrušení nevazebných interakcí • beze změn v primární struktuře • ztráta biologické funkce • většinou irreverzibilní proces Denaturace proteinů (viz Praktická cvičení, str. 37) Chemická • silné kyseliny • silné hydroxidy • těžké kovy • deproteinační činidla • tenzidy Fyzikální • zvýšená teplota • mechanické vlivy • ultrazvuk • ionizující záření Šlehání bílku z pohledu chemika • vaječný bílek je viskózní roztok globulárních bílkovin (ovalbumin, ovotransferrin, ovomukoid, ovomucin, ovoglobuliny, avidin ad.) • šlehání (vznik pěny) = uzavírání malých bublinek vzduchu do bílku • vysoká viskozita bílku ztěžuje unikání bublinek a stabilizuje pěnu • bílkoviny jsou amfoterní tenzidy, orientují se na fázovém rozhraní, tím se rozpletou do volných řetězců a ty se vzájemně propojí = denaturace • z pěny se stane tuhý sníh = denaturace dokončena a nevratná • denaturaci (vznik sněhu) usnadňují další faktory: zvýšená teplota (šlehání v páře) změna iontové síly (přidat špetku soli) změna pH (přidat několik kapek citronové šťávy) Strukturní typy proteinů • vláknité (nerozpustné, větší molekulová hmotnost) • globulární (rozpustné, nižší molekulová hmotnost) • membránové (nerozpustné, struktura uzpůsobena pro interakci s membránou) Vláknité (fibrilární) proteiny • keratiny • kolagen, elastin (pojivo)* • proteiny cytoskeletu • svalové proteiny* • fibroin Keratiny • vlasy, chlupy, nehty, u zvířat kopyta, peří, srst • polypeptidové řetězce jsou vzájemně vázány disulfidovýmí a vodíkovými vazbami • a-helixy svinuty do protofibrily • mechanicky a chemicky odolný • horkou vodou se H-vazby rozruší - vlas lze natáhnout, a-helix  -list Keratin a „trvalá ondulace“ • vlasový keratin obsahuje mnoho disulfidových můstků • působením thioglykolové kyseliny (HS-CH[2]-COOH) se disulfidové můstky zredukují na -SH skupiny • vlasy jsou pak natočeny do nového tvaru • H[2]O[2][ ]oxiduje -SH skupiny na -S-S- můstky a ty fixují keratin v novém tvaru Keratin a moli ve skříni • keratin je pro člověka nestravitelný (Pozor na vlas v polévce) • ovčí vlna je keratin • mol šatní (larva) má v zažívacím traktu značné množství thiolů R-SH, kterými houževnatě a vytrvale redukuje -S-S- můstky v keratinu vlněného oblečení • keratin pak může nutričně využít Kolagen • kolagen je hlavní bílkovina pojiva, mechanicky pevná (30 % glycinu, 20 % prolinu, 10 % alaninu) • trojšroubovice tropokolagenu asociují do mikrofibril, které jsou zpevněné kovalentními příčnými můstky • želatina je produkt denaturace kolagenu, skládá se z volných řetězců bez příčných můstků Fibroin je produkt hmyzu a pavouků • bílkovina hedvábí a pavučin • struktury b-listů jsou vrstevnatě uspořádány • mezi postranními řetězci jsou hydrofobní interakce Srovnejte Bavlna (cotton) • celulosa • rostlinný produkt • polysacharid • H-vazby • dobře saje pot • cena: « Hedvábí (silk) • fibroin • živočišný produkt • bílkovina • hydrofobní interakce • špatně saje pot • cena: «««« Globulární proteiny • a-proteiny - převažuje a-helix (hemoglobin, myoglobin) • b-proteiny - převažuje b-list (proteasy, imunoglobuliny) • a/-proteiny - supersekundární struktury interagujících -helixů a -struktur (kinasy) • (+)-proteiny - -helixy a -struktury neinteragují (insulin) Membránové proteiny • periferní - vázány volně, globulární • integrální - zanořeny nebo procházejí, často tvoří kanály • mohou být zanořeny i několikrát (sedmihelixový typ) • v oblasti membrány jsou hydrofobní části molekuly • do ECT a ICT vyčnívají hydrofilní řetězce • funkce přenašečů a receptorů Membránové proteiny Glykoproteiny • glykosylované proteiny, typický obsah sacharidů 1-15 % • sacharidy vázané kovalentní vazbou, dvojím způsobem: N-glykosidově (Asn) O-glykosidově (Ser, Thr) • oba typy se liší způsobem biosyntézy Sacharidové složky glykoproteinů • hexosy (mannosa, galaktosa) • N-acetylhexosaminy (GlcNAc, GalNAc) • pentosy (arabinosa, xylosa) • 6-deoxyhexosy = methylpentosy (L-fukosa) • sialové kyseliny N-Glykoproteiny O-Glykoproteiny Diverzita oligosacharidů • spojování monosacharidů glykosidovou vazbou • dva monosacharidy mohou být spojeny několika typy glykosidových vazeb Þ velká možnost větvení a1,2 1,3 1,4 1,6 b1,2 1,3 b1,4 b1,6 • srovnejte s možností spojení dvou aminokyselin  velká diverzita struktur oligosacharidů Funkce sacharidové složky glykoproteinů • zvyšuje polaritu (rozpustnost) proteinu ve vodě • vytváří povrchový náboj (sialové kyseliny) • chrání protein před účinkem proteas • často určuje biologický poločas proteinu (desializace) • ovlivňuje správnou orientaci proteinu v membráně • stabilizuje konformaci proteinu • vytváří antigenní determinanty pro rozlišení druhů • rozhoduje o vazbě bakterií a virů na povrch buňky • usnadňuje specifickou vazbu hormon-receptor Hlavní typy glykoproteinů Oligosacharidové značení buněk • oligosacharidy vázané na proteiny a lipidy představují rozpoznávací signály na povrchu buněk • zodpovídají za specifickou interakci buňky s dalšími buňkami nebo specifickými proteiny • systém krevních skupin je jedním z příkladů Oligosacharidy jako antigeny krevních skupin • oligosacharidy vázané na povrchu buněk na proteiny (O-glykosidová vazba) nebo lipidy • nejznámější systém A-B-0, je však známo kolem 14 geneticky charakterizovaných systémů krevních skupin • jsou přítomny i u jiných buněk a tkání Význam krevních skupin pro transfuzi Plazmatické glykoproteiny obsahují N-vázané oligosacharidy Příklady plazmatických glykoproteinů Mucinové glykoproteiny !! Rozlišujte !!