C5720
Biochemie
02-Peptidy a bílkoviny
9/16/2019
1
Petr Zbořil

Obsah
•Vznik peptidů a bílkovin, strukturní úrovně.
•Vlastnosti a funkce.
9/16/2019
Petr Zbořil
2

Vznik peptidů
•Peptidová vazba
oFormální popis
oSkutečná reakce
•Charakteristika
oPočet monomerů
oPořadí aminoacylů
•Velikost peptidu
oDi-, tri-, atd –peptidy
oOligopeptidy – do 10
oPolypeptidy – do 100
oBílkoviny
oRelativita rozdělení
•
•
•
9/16/2019
Petr Zbořil
3

Charakteristika peptidů
•Počet a druh AK
•        určuje základní vlastnosti
•        velikost, polarita, náboje - pI
•Pořadí aminoacylů
•        sekvence, primární struktura
•        determinuje finální vlastnosti
•Směr sekvence
oOd N k C konci
oKoncová skupina může
obýt derivatizována (N-acyl,
oamid, ester)
o
•
9/16/2019
Petr Zbořil
4

Přírodní peptidy
•Di - karnosin – b-Ala-His – sval (antioxidant?)
• anserin – N-metylkarnosin
•Tri - glutathion – GSH – g-Glu-Cys-Gly
oKofaktor oxidoreduktas a transferas
•
9/16/2019
Petr Zbořil
5

Významné peptidy
•Peptidové hormony
•   oxytocin, vasopresin
•   inzulin, glukagon
•
•Peptidové neuromodulátory
•   enkefaliny, endorfiny
•
•Peptidová  antibiotika
•   penicilin, gramicidin, valinomycin, aktinomycin
•
•Peptidové fyto a zootoxiny
•   amanitin, falloidin
•   mikrocystiny
•   neurotoxiny hadů, štírů a včel
•
•
•
9/16/2019
Petr Zbořil
6

Struktura peptidů
•Formální popis struktury – sekvence
•Tvar molekuly v reálném prostředí
oVlastnosti peptidové vazby
oVliv struktury monomerů (AK) – druh zbytků R
•Síly a interakce uvnitř molekuly a navenek
oVliv složení polymeru
oVliv okolního prostředí – polarita, pH, I apod.
•Výsledný tvar a jeho změny
oZásadní pro funkci
•Struktura            vlastnosti             funkce
•
9/16/2019
Petr Zbořil
7

Hierarchie struktur
•Základní popis
oNadstavba – strukturní biochemie
•Primární
oSekvence aminoacylů – kolik a jak seřazeny
oHomologie bílkovin
•Sekundární
oUspořádání – vztah sousedních monomerů
•Terciární
oTvar molekuly v prostoru, uspořádání řetězce jako tělesa
•Kvarterní
oAgregační stav funkční jednotky, nadmolekulární úroveň
9/16/2019
Petr Zbořil
8

Sekvenční homologie
•
•Evoluční strom
oHb
oMyoG
9/16/2019
Footer Text
9
C:\My Documents\FreemanFigs\CH03\F03-12.JPG

Sekundární struktura
•Řetězec není lineární (nemá tvar přímky)
oAtomy C a N peptidové vazby – sp2 – planární
oC2 (Ca) – sp3 - tetraedr
•
•
•
•
•
9/16/2019
Petr Zbořil
10

Sekundární struktura
•Peptidová vazba
omá charakter částečné dvojné vazby, řád vazby ca 1,5
odélka C-N je 133 pm (oproti 145 u jednoduché), C=O zde je delší než normálně (123 pm). Vazba je
rigidnější a to má vliv na další skládání řetězce
•Peptidová vazba je planární
oRovina zahrnuje 6 atomů
oCa sousedících aminoacylů v poloze trans
oRoviny vazeb vedoucích k sousedním aminoacylům otočné v osách Ca-N a Ca-C
oDihedrální úhly F a Y - otočení v osách Ca-N a Ca-C – konvenční stupnice hodnot
o
o
•
•
9/16/2019
Petr Zbořil
11

Sekundární struktura
•Znázornění vzájemného
•vztahu rovin dvou
•sousedních peptidických
•vazeb v tripeptidu
•
•Roviny peptidových
•vazeb otočné
•kolem vazeb
•Ca–NH  a Ca - CO
•
9/16/2019
Petr Zbořil
12

Sekundární struktura
•Torzní úhly
•
•
•
•
•
•
•            0 – 180         180 – 0
•
•
9/16/2019
Footer Text
13

Sekundární struktura
•Konvenční vyjadřování F a Y
o-180 - + 180 o
onatažený řetězec  F = 180°   Y = 180°
o
•
•
•
•
•
•
•Hodnoty dihedrálních úhlů jsou omezeny sterickými poměry v okolí.
oAnimace znázorňuje vztah van der Waalsových
opoloměrů kyslíku a vodíku na sousedících
o-CO a -NH skupinách při otáčení rovin peptidové vazby.
•
9/16/2019
Petr Zbořil
14
[USEMAP]

Sekundární struktura
•Dihedrální úhly mohou nabývat omezené množiny hodnot
oRamachandranovy diagramy, pro různé tripeptidy
oTmavé pravděpodobné, světlé méně, bílé nepřípustné
oLH – b-list, LD –  a-šroubovice pravotočivá, PH – a-šroubovice levotočivá
o
•
•
9/16/2019
Petr Zbořil
15

Ramachandranovy diagramy
•Tripeptid A-A-A
•
•
9/16/2019
Footer Text
16

Sekundární struktura
•Stabilní struktura – maximální počet vodíkových vazeb mezi CO a NH – stabilizace sekundární
struktury
•Výhodná trans-poloha Ca, u Pro cis-!
9/16/2019
Petr Zbořil
17

Typy sekundárních struktur
•Pravidelné (typické hodnoty F a Y)
ohelikální struktury – pravotočivá a-šroubovice – helix (-56, -47)
ob-skládaný list  –  paralelní (-139, +135)            –  antiparalelní (-119, +113)
•Ohybové
ob-ohyb
•Nepravidelné
•
9/16/2019
Petr Zbořil
18

a-helix
•Popsána nejdříve, proto a
•Kompaktnější než b-skládaný list
oCa-Ca je 1,5 Å, u b-listu je 3,5Å
o3,6 AK/závit, stoupání 0, 54 nm
oZbytky R vně helixu
o
•Vodíkové vazby
oMezi C=O a NH o 4 AK vzdálené
oSouběžné s osou helixu, ne rovnoběžné
o13 atomů v heterocyklu tvořeném H-vazbou
oa-helix 3,613
oJiné helixy
o
o
9/16/2019
Footer Text
19

a-helix
•Modely a-helix
•
9/16/2019
Footer Text
20

Jiné helikální struktury
•a-helix (3,613) a 310 helix
9/16/2019
Footer Text
21

Sekundární struktura
•b-skládaný list
o
o
oantiparalelní
oH-můstky mezi
oCO a NH protilehlých
ozbytků
o
o
o
oParalelní
oOdlišné uspořádání
oH-můstků
•
9/16/2019
Footer Text
22

b-skládaný list
•Vodíkové vazby mezi (anti)paralelními úseky nebo sousedními peptidy
•Volnější struktura než a-helix
•Zbytky R- orientovány střídavě
•
9/16/2019
Footer Text
23

β-ohyb, vlásenka
•
9/16/2019
Footer Text
24
můstek z CO na NH - 3 zbytky dopředu
výhodný u glycinu a prolinu

Sekundární struktura
•Znázornění a-helix a b-listu
9/16/2019
Footer Text
25

Supersekundární struktura
•Uspořádání úseků sekundárních struktur
•Strukturní motivy
ob-a-b motiv (TIM – 8x)
oŘecký klíč
ob-meandr
oDalší struktury
oDomény – funkční jednotky
o
9/16/2019
Footer Text
26

Predikce sekundární struktury
•Primární struktura ovlivňuje sekundární
•Preference struktur v úsecích s převahou aminoacylů
•
9/16/2019
Footer Text
27

Predikce sekundární struktury
•
9/16/2019
Footer Text
28

Predikce sekundární struktury
9/16/2019
Footer Text
29
•Srovnání zjištěných
•struktur
•s předpovězenými

Terciární struktura
•Popis tvaru řetězce v prostotu (jako tělesa)
•
•Formující (stabilizující) síly
oKovalentní vazby (Bisulfidické můstky)
oIontové interakce
oDipolové interakce
oVodíkové  můstky
oHydrofobní interakce
•
•Strukturní motivy – domény – moduly
•
•Flexibilita struktury – vývojově preferovaná
•
•
•
9/16/2019
Footer Text
30

Terciární struktura
•Účast kovalentních bisulfidových vazeb na formování terciární struktury - RNasa
9/16/2019
Footer Text
31

Stabilizace terciární struktury
9/16/2019
Footer Text
32
•Typy interakcí
oNavíc dipól-dipól
•Různě významné
•interakce pro různé
•typy proteinů
•Vykompenzování sil
oVliv prostředí
oLigandů
•Dynamická struktura
•Orientace zbytků
oPolární ven – vodné prostředí
oHydrofobní dovnitř
oMembránové naopak
•
Hydrofóbní
Elektrostatická
Vodíková
Disulfidická

Terciární struktura
•Typy terciární struktury
oFibrilární
•skleroproteiny
oGlobulární
•sféroproteiny
oMembránové
•
9/16/2019
Footer Text
33

Terciární struktura
•Strukturní domény
oRelativně samostatné kompaktní globulární oblasti
oOdděleny obvykle neuspořádaným úsekem
oFlexibilita struktury
oČasto charakteristické supersekundární struktury
oČasto  nositeli specifických vlastností – funkcí v rámci proteinu
oDomény lehkých a těžkých řetězců imunoglobulinů
•Moduly
•
•
9/16/2019
Footer Text
34

Kvarterní struktura
•Agregační stav funkční bílkoviny
oNekovalentní – iontové – solné můstky (ionty)
oKovalentní – ne peptidickou vazbou (-S-S-)
•Agregát z více samostatných řetězců
oPodjednotky stejné – homo
oRůzné – hetero
•Popis stupně agregace
•Smysl agregace
oOrganizační – multienzymové systémy
oRegulační - kooperativita
oStabilizační
9/16/2019
Footer Text
35

Kvarterní struktura
•Podjednotky vázány
okovalentně – Ig
onekovalentně – Hb
o
•
9/16/2019
Footer Text
36
GA06_45

Chování bílkovin in situ
•Interakce bílkovinné molekuly s prostředím – tvar a vlastnosti
•Orientace R- podle polarity
•Polární (vodné) prostředí – cytoplasma, matrix, krev apod.
oVliv pH (náboje!), I, ligandů apod.
•Nepolární prostředí (membrány)
•Konformace – popis tvaru, vztahu částí molekuly apod.
oZastřešující pojem
oPředevším terciární struktura
oZměny konformace – interakce s prostředím – změna rozložení sil
oKonformační změny – základ většiny funkcí bílkovin
•
•
9/16/2019
Footer Text
37

Chování bílkovin in situ
•Bílkovina v roztoku
oSolvatační obal, interakce s prostředím (voda, ionty - pH)
oOvlivnění rozpustnosti – srážecí metody
•Denaturace
oZměna (terciární) struktury, rušení nativních interakcí
oReverzibilní – denaturace není vhodné označení
oIreverzibilní – denaturace v pravém slova smyslu
ofyzikální faktory - T, záření, tlak – mechanické vlivy
ochemické faktory - pH, organická rozpouštědla,  detergenty, těžké kovy, močovina,
•
•
9/16/2019
Footer Text
38

39
Reverzibilní děj
Ireverzibilní – drastičtější působení (T,
kyseliny apod.)

Složené bílkoviny
•Složená bílkovina
oApoprotein  - bílkovinná součást – základ
oProstetická skupina – nebílkovinná součást – pevně (většinou kovalentně) vázaná
•Typy prostetických skupin
oglykoproteiny obsahující sacharidovou komponentu. Její výskyt je však poměrně obecným jevem, takže
bílkoviny s obsahem do 5% sacharidové složky takto často nenazveme.
ometaloproteiny obsahující kovy. Podle jeho charakteru specifikujeme jako např. feroproteiny
(podskupina hemoproteinů), molybdo-, kupro- atd.
ofosfoproteiny
olipoproteiny – agregáty bílkovin s lipidy a dalšími hydrofobními molekulami
ochromoproteiny –  strukturně nejednotná skupina charakterisovaná barevností (výraznou absorbcí
světla)
•
•
9/16/2019
Footer Text
40

Funkce bílkovin
•Katalytická
oEnzymy
•Strukturní
oZejména fibrilární, ale i globulární
oKontraktilní
•Transportní
oPolární prostředí – přenos nepolárních látek – Hb
oNepolární prostředí – membrány – přenos polárních látek
•Obranné
•Signální
•Regulační
•Speciální
•Více funkcí – komplikovaná klasifikace
•
•
9/16/2019
Footer Text
41