C4182 Biochemie II 05-Funkce bílkovin, typické příklady A-Strukturní, fibrilární FRVŠ 1647/2012 2/8/2013 1 Petr Zbořil Obsah •Funkce bílkovin (mimo katalytické). •Fibrilární bílkoviny – typy fibroinu, keratinu, kolagenu. •Signální a obranné bílkoviny, imunoglobuliny, struktura, funkce, praktické aspekty. •Transportní bílkoviny, albumin, lipoproteiny. •Hemoglobin, struktura, vlastnosti, typy, patologie. Syntéza porfyrinů - hemu, odbourání hemu, regulace. • 2/8/2013 Petr Zbořil 2 Strukturní bílkoviny •Výstavba struktur oOporné struktury tkání a buněk oKostra oCytoskelet •Kontraktilní – pohyb, změna tvaru •Fibrilární oPrakticky všechny •Globulární oMenšina – aktin • • • 2/8/2013 Petr Zbořil 3 Fibrilární bílkoviny •Vláknitá struktura, skleroproteiny •RTG analýza oCharakteristické rysy oPeriodické opakování typických skupin oPeriody identity – klasifikační znak – vzdálenosti sousedních skupin •Rozdělení podle hodnot period oSkupina fibroinu z hedvábí a β-keratinu s periodou identity 0,65 – 0,70 nm oSkupina α-keratinu, myosinu a fibrinogenu s periodou identity 0,51 – 0,54 nm oSkupina kolagenu s periodou identity 0,28 – 0,29 nm 2/8/2013 Petr Zbořil 4 Skupina fibroinu z hedvábí a β-keratinu •Struktura skládaného listu •Jsou podstatou hedvábných a pavoučích vláken (fibroin) •Stejnou strukturu má i natažený lidský vlas (β-keratin), který dává rovněž charakteristický RTG diagram. •Pro fibroin jsou to antiparalelní, u β-keratinu paralelní struktura. 2/8/2013 Petr Zbořil 5 •Fibroin z hedvábí •antiparalelní •β-struktura 2/8/2013 Petr Zbořil 6 •Struktura fibroinu oa) antiparalelní b-skládaný list s vysokým obsahem Gly a Ala umožňuje těsné nahloučení listů ob) fibroinová vlákna tvořící pavučinu. 2/8/2013 Petr Zbořil 7 α-keratin •Základem struktury je pravotočivá α-šroubovice, která se postupně stáčí do superšroubovic o 2-3 podjednotkách. Ty se pak opět skládají do protofibril tvořených 9+2 superšroubovicemi. Struktura je stabilisována meziřetězcovými v. d. Waalsovými silami a disulfidovými můstky. •Lidské vlasy, kůže a nehty, ovčí vlna, žíně apod. 2/8/2013 Petr Zbořil 8 2/8/2013 Footer Text 9 α-keratin •Struktura α-fibroinu •základní jednotka •pravotočivé •α-šroubovice •Vlasy se ve vlhkém stavu •dají natáhnout až dvojnásobně, •přitom přechází struktura •šroubovice na skládaný list. •Jev je využíván ve vlasových •vlhkoměrech (a kadeřnictví). • 2/8/2013 Petr Zbořil 10 Skupina kolagenu •Základní stavební jednotkou je levotočivá šroubovice - prokolagen oZbytky R jednotlivých aminokyselin osměřují dovnitř řetězce. oJe tvořena z 2/3 glycinem a prolinem, ojejichž málo objemné zbytky olze směstnat do takové struktury. • • • • • • •Prokolagen a trimer tropokolagen 2/8/2013 Petr Zbořil 11 Skupina kolagenu • • • • • • • • • • •Struktura kolagenu, a – c tropokolagen, d – vlákno - mikrofibrila, e – příčně pruhovaná struktura, f – obraz kolagenových vláken pojiva • • 2/8/2013 Petr Zbořil 12 Struktura kolagenu •Tři levotočivé šroubovice jsou stočeny vzájemně pravotočivě do trimeru zvaného tropokolagen (Mr = 360 000, délka 300 nm). Jeho vlákna jsou pak stáčena po způsobu lana tak, že jednotlivá vlákna tropokolagenu přesahují o ¼ sousední. Překryvy vláken tropokolagenu a nahloučení kyselých a basických zbytků jsou příčinou pruhování struktury viditelného v elektronovém mikroskopu. Vzniká tak mechanicky velmi odolná mikrofibrila, jejíž struktura je dále stabilisována příčnými vazbami lysinu a jeho derivátů (žádné disulfidové můstky). Jejich počet s věkem vzrůstá a struktura se stává tužší a méně pružnou. Ještě lepších mechanických vlastností struktury se dosahuje kombinací vláken kolagenu a polysacharidu (viz dále). •Charakteristickým znakem struktury kolagenu je modifikace Pro a Lys zbytků, tvorba hydroxyprolinu, hydroxylysinu a allysinu, poslední umožňuje síťování reakcí s Lys, rovněž tak reakce Lys a Glu (charakteristickými reakcemi jsou tvorba amidu, Schiffova, Mannichova, Canizzarova reakce a další). • 2/8/2013 Petr Zbořil 13 Struktura kolagenu •Typy kolagenu oCa 27 oTyp I ca 90% oVariace struktury, výskyt •Strukturní materiál o25–30 % všech bílkovin oMezibuněčný materiál, vazivo oŠlachy, kosti oKůže (hojení ran) o • • • • Vlákna kolagenu 2/8/2013 Petr Zbořil 14 Elastin • •Vlákna bohatá na alifatické AK, Pro a Lys •Výrazné síťování oŠroubovice méně uspořádána než u kolagenu ovolné zohýbané úseky spojeny příčnými vazbami ovýsledné mechanické vlastnosti připomínají pryž oTvoří podstatnou část materiálu kůže, cév, plicních sklípků apod. tkání oHydrolýzou peptidových vazeb získáváme směs aminokyselin, obsahující neobvyklé deriváty vzniklé síťovacími reakcemi, např desmosin. • 2/8/2013 Petr Zbořil 15 Elastin •Schema struktury pojivové tkáně obsahující elastin • • • • • • • • •Stárnutím – oxidací ovíce příčných vazeb oZtráta pružnosti • 2/8/2013 Petr Zbořil 16 Elastin • • • • • • • •Struktura desmosinu oVýsledek příčného síťování vláken elastinu za účasti 4 lysylových zbytků. • 2/8/2013 Petr Zbořil 17 Elastin • • • • • • • • • •Mikrofotografie elastinu ve svalové tepně • • • 2/8/2013 Footer Text 18 Strukturní bílkoviny cytoskeletu • • • • • • • • • •Příklady – fibrilární i globulární (agregace do vláken) 2/8/2013 Footer Text 19