II Dalis Baltymai, 2014

BALTYMAI

Pagrindinės baltymų funkcijos:

• katalizinė (baltymai-fermentai, biologiniai medžiagų apykaitos reakcijų katalizatoriai)

• apsauginė (imunoglobulinai, interferonas)

• hormoninė ( insulinas, somatotropinas)

• judėjimo, motorinė ( aktinas, miozinas)

• receptorinė (ląstelių paviršiaus receptoriai, rodopsinas)

• pernašos (hemoglobinas, albuminai)

• struktūrinė (biologinių membranų, citoskeleto, matriksostruktūriniai elementai)

• atraminė, mechaninė (kolagenas, keratinas)

• reguliacinė (tam tikri baltymai, prisijungdami prie kitų baltymų ar nukeorūgščių keičia jų biologinį aktyvumą))

• rezervinė, energetinė (kazeinas, albuminas, zeinas)

• toksigeninė (choleros, difterijos, botulino toksinai, bičių, gyvačiųnuodai yra baltymai)

• antibiotikai (aktinomicinas, neokarcinostatinas)

• hemostatinė ( kraujo plazmos krešėjimo, trombų susidarymobaltymai)

Baltymų istorija

Baltymas (albuminaise)- terminas pagal kiaušinio baltymą (maistui naudotas išvirtas kiaušinio baltymas yra baltas) Termino autorius prancūzų fiziologas F. Kione , 1747m

Iki 19a. iš augalų ar gyvūnų audinių išskirta keliolika baltyminės prigimties medžiagų, kurių savybės panašios į kiaušinio baltymą

19a pradžioje pradedami baltymų cheminės struktūros tyrimai.1803m. Dž. Dalton pateikia baltymo “formulę”- kaip molekulę ,

turinčią azotą.1810m. Ž Gay-Lussac atlieka kraujo fibrino ir kazeino elementinę

analizę ir nustato, kad jų sudėtis praktiškai tokia pati1820m. Iš baltymų rūgštinio hidrolizato išskirtas glikokolis

(glicinas), vėliau kitos aminorūgštys

Baltymai- didelės molekulinės masės biopolimerai, sudaryti iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais

Mioglobinas

Hemoglobinas

αααα-Aminorūgštys – baltymų struktūriniai monomerai

Pirmąją aminorūgštį 1806metais išskyrė ir nustatė struktūrą prancūzųchemikai Louis-Nicolas Vauquelin ir Pierre Jean Robiquet. Tą rūgštįpavadino asparagus, dabar vadinama asparaginu. Visos aminorūgštys išskirtos ir struktūra nustatyta iki 19 a.vidurio. Terminas amino acid anglų kalboje naudojamas nuo 1898 metų.

Aminorūgščių atomų numeracijos tvarka

Aminorūgščių klasifikacija:

• Struktūrinė - remiasi aminorūgščių šoninės grupės R struktūra

– alifatinės aminorūgštys– hidroksigrupes (-OH ) turinčios aminorūgštys– sieros turinčios aminorūgštys – aromatinės aminorūgštys– ciklinės aminorūgštys– bazinės aminorūgštys– rūgštinės aminorūgštys ir jų amidai

Alifatinės aminorūgštys

Aromatinės aminorūgštys

Aminorūgštys turinčios poliarines, neturinčiais krūvio šonines grupes (-OH, -SH)

Bazinės aminorūgštys

Rūgštinės aminorūgštys

Aminorūgščių amidai

Ciklinės aminorūgštys

Prolinas pagal cheminę struktūrą yra imino rūgštis, nes neturi pirminės aminogrupės (-NH2).

Retos aminorūgštys

Hidroksiprolinas ir hidroksilizinas

• 4-Hidroksiprolinas susidaro hidroksilinant proliną, katalizuojafermentas prolino hidroksilazė. Tai potransliacinė prolinomodifikacija (po baltymo biosintezės).

• Hidroksiprolino daug yra baltymo kolageno sudėtyje. Aminorūgštys prolinas ir hidroksiprolinas labai svarbios kolageno spiralinės struktūros - susiformavimui ir stabilumui. Be to, hidroksiprolinasrandamas elastino ir augalų ląstelių sienelių glikoproteinų sudėtyje.

• Prolino hidroksilinimui būtina askorbo rūgštis (vitaminas C). Trūkstant vitamino C, pirmiausia padidėja kapiliarų pralaidumas, nes kai nesusidaro hidroksiprolino , sumažėja kolageno molekuliųstabilumas (ligos požymiai žmonėms- kraujuoja dantenos, skorbutas).

• 5-Hidroksilizinas – tai hidroksilintas lizinas, taip pat randamaskolageno sudėtyje. Hidroksilizino susidarymą iš lizino katalizuojafermentas lizino hidroksilazė.

Retos aminorūgštys

Pirolizinas

Aminorūgštis, kurią koduoja atitinkamas kodonas, randama archea ir bakterijose, kuriose yra fermentai, katalizuojantys metano susidarymą.

Aminorūgštis panaši į liziną, tik turi papildomą pirolino žiedą, prijungtąprie lizino šoninės grandinės ε amino grupės.

Pirolizinas laikomas 22-ąja proteinogenine aminorūgštimi, IUPAC/IUBMB nomenklatūros komitetas suteikė oficialų trijųraidžių sutrumpinimą – Pyl, vienos raidės žymėjimas O.

Pyl, O

Selenocisteinas

Selenocisteinas (Sec, U) – laikoma 21-ąja aminorūgštimi, nors ji nėra kuoduojama kaip kitos baltymų struktūroje esančios aminorūgštys. Šią aminorūgštį koduoja UAG kodonas, kuris yra Stop kodonas.

The UGA codon is made to encode selenocysteine by the presence of a SECIS element (SElenoCysteine Insertion Sequence) in the mRNA. TheSECIS element is defined by characteristic nucleotide sequences andsecondary structure base-pairing patterns. In bacteria, the SECIS element is located immediately following the UGA codon within thereading frame for the selenoprotein. In archaea and in eukaryotes, theSECIS element is in the 3' untranslated region (3' UTR) of the mRNA, and can direct multiple UGA codons to encode

Tiroksinas

Skydliaukės hormonas

• Biologinė arba fiziologinė – remiasi organizmo gebėjimu sintetinti tam tikras aminorūgštis

– pakeičiamos aminorūgštys – organizmas geba sintetinti – nepakeičiamos aminorūgštys – organizmas nesintetina,

arba sintetina nepakankamai, todėl būtina gauti su maistu , tai - valinas, leucinas, izoleucinas, treoninas, lizinas, metioninas,fenilalaninas ir triptofanas. Argininas ir histidinas yra nepakeičiamos aminorūgštys tik intensyvios baltymų biosintezės laikotarpiu, organizmui augant ar sveikstant po sunkių ligų.

Aminorūgščių klasifikacija

Erdvinė aminorūgščių struktūra

Alanino atomų išsidėstymas

αααα- aminorūgščiųatomų išsidėstymas prie αααα-C atomo

D ir L izomerija

D ir L aminorūgščių stereoizomerai

L ir D aminorūgštys

R,S ir D,L optiniai izomerai(glicerolio aldehidas, alaninas)

• SH > OH > NH2 > COOH > CHO > CH2OH > CH3

Treonino optiniai izomerai

L-treoninu yra vadinamas gamtinis treonino izomeras, o L-allo treoninasyra retai sutinkamas. D- treonino izomerai kaip ir kitų aminorūgščiųizomerai nėra sutinkami baltymuose.

Izoleucino optiniai izomerai

Aminorūgščių fizinės ir cheminės savybės

• Aminorūgštys- baltos kristalinės medžiagos, tirpsta vandenyje (blogiau tirpsta aromatinės ir alifatinės-hidrofobinės)

• Įdomi savybė-L- izomerai kartaus skonio, o D- saldūs.

• Chemines aminorūgščių savybes apsprendžia funkcinės grupės.

Visos aminorūgštys turi charakteringas –COOH(karboksigrupės) ir –NH2 amino grupių savybes, jos dalyvauja acilinimo, esterių sudarymo reakcijose, gali sudaryti druskas, bei susijungti tarpusavyje –vidumolekulinių reakcijų metu susidaro diketopiperazinai.

Aminorūgščių optinės savybės

Aminorūgštys - cviterionai

Aminorūgštys-cviterionai

R-COOH <--------> R-COO- + H+ R-NH3+ <---------> R-NH2 + H+

Disocijacijos konstanta ir izoelektrinis taškas

Funkcinės grupės disociacijos laipsnį nusako disociacijos konstanta K.Tačiau plačiau naudojamas yra disociacijos konstantos neigiamas

logaritmas pK. pK=-lgK

pK yra lygi tai pH reikšmei, kai 50% funkcinių grupių yra disocijuotos(arba prisijungusios protoną, t.y asocijuotos)

pH reikšmė, kuriai esant baltymo molekulės (arba aminorūgšties)teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius yra lygus, tai yra molekulėneturi krūvio, yra vadinama baltymo izoelektriniu tašku, kuris žymimas pI.

Disulfidinio tiltelio susidarymas

Peptidinio ryšio susidarymas

Peptidai

Aminorūgštys, susijungusios peptidiniais ryšiais sudaro:• 2 aminorūgštys - dipeptidą• 3 aminorūgštys - tripeptidą• Ir t.t.• Iki 20 aminorūgščių - oligopeptidą• >20 - polipeptidą• > 50 - baltymą

Baltymų pirminė struktūra

Baltymų pirminė struktūra - tai aminorūgščių seka polipeptidinėje grandinėje

1953m. F. Sanger nustatė pirmojo baltymo - insulino aminorūgščių seką

Pirminės struktūros nustatymo strategija

1. Išskirti ir išgryninti homogeninį baltymą2. Nustatyti baltymo aminorūgščių kiekį ir sudėtį3. Nustatyti N- ir C- galines aminorūgštis

Nustačius galines aminorūgštis, galima žinoti iš keliųpolipeptidinių grandinių sudarytas baltymas

4. Jeigu baltymas sudarytas daugiau nei iš vienos polipeptidinėsgrandinės, suardyti disulfidinius tiltelius ir polipeptidines grandines atskirti

5. Suskaldyti polipeptidinę grandinę į smulkesnius oligopeptidus ir nustatyti jų aminorūgščių sekąPakartoti šio etapo procedūrą, naudojant skirtingus skaldymo agentus, gaunant įvairius persidengiančius polipeptidiniusfragmentus ir nustatyti jų seką

6. Rekonstruoti baltymo seką naudojant 5 etape gautas oligopeptidųsekas.

Polipeptidinės grandinės, sujungtos S-S tilteliais

Chromatografijos principas

Jonų mainų

chromatografija

Gelchromatografija,

gelfiltracija

Giminingumo (afininė)

chromatografija

Baltymų elektroforezė poliakrilamidiniame gelyje

Poliakrilamidinis gelis, baltymai nudažyti metileno mėliu

Aminorūgščių nustatymas

Hidrolizės metu visiškai suskyla triptofanas, šiek tiek suskyla serinastreoninas ir cisteinas, o glutaminas ir asparaginas virsta glutamatu ir aspartatu. Be to, peptidiniai ryšiai, kuriuos sudaro šakotos struktūros aminorūgštys (Val, Leu, Ile) dėl erdvinių trukdymų skyla sunkiai, ypatingai stabilūs ryšiai tarp Val-Val, Ile-Ile, Val-Ile ir pan.

Aminorūgščių sudėtis nustatoma panaudojant aminorūgščių analizatorius

Ninhidrino reakcija

aminorūgščių

nustatymui

(2,2-Dihidroksiindano-1,3-dionas

Plonasluoksnė ar popieriaus chromatografija

N-galinės aminorūgšties nustatymasSangerio metodu

5-dimetilamino-1-naftalensulfochloridas

Insulinas

Žmogaus insulinas

S-S tilteliųsuardymas merkaptoetanoliu

S-S tilteliųsuardymas ditiotreitoliu

S-S tilteliųsuardymas perokisiskruzdžių rūgštimi

Baltymų suskaidymo metodai

• Pilna hidrolizė iki aminorūgščių (6 N HCl,100o C, 24 val.)

• Hidrolizė į peptidinius fragmentus (oligopeptidus)– Cheminė, panaudojant bromcianą,– Fermentinė, panaudojant savituosius

proteolitinius fermentus (tripsiną, chimotripsiną ir kt.)

Proteolitiniaifermentai

Fermentas Skaidymo

vieta

Išskyrimo šaltinis

Tripsinas R1=Lys, Arg Iš gyvūnų virškinamojo trakto

Chimotripsinas R1=Tyr, Trp, Phe, Iš gyvūnų virškinamojo trakto

V-8-proteazė R1= Asp, Glu Staphylococcus aureus

Karboksipeptidazė R2=C-galinė aminor. Iš gyvūnų virškinamojo trakto

Termolizinas R2=Leu, Val, Ile, Met Bacillus thermoproteolyticus

Baltymo hidrolizėtripsinu

Peptidinio ryšio skaidymas ties

metioninu, panaudojant bromcianą

Baltymo aminorūgščių sekos nustatymas

Baltymų pirminės struktūros nustatymas

• cheminis aminorūgščių sekos nustatymas– Sangerio metodas (N-galinių aminorūgščių

nustatymas)– Edmano metodas

• aminorūgščių sekos nustatymas pagal DNR seką• Masių spektrometrijos metodas

Nobelio premija, 1958m

"for his work on the structure of proteins, especially that of insulin"

Frederick Sanger

Ribonukleazėsaminorūgščių seka

Baltymų erdvinė struktūra

Baltymų erdvinė (trimatė) struktūra

• antrinė struktūra

αααα spiralėsββββ klostės

• tretinė struktūra

• ketvirtinė struktūra

Baltymų struktūros lygmenys

Peptidinis ryšys

Amidinis ryšys, kurį baltymuose sudaro susijungusios dvi aminorūgštys, vadinamas peptidiniu ryšiu

Peptidinio ryšio konformacija

δ-

Karbonilinės grupės deguonis pasižymi daliniu neigiamu krūviu δ-, o amidinės grupės azotas – dalinį teigiamą krūvį δ+, tokiu būdu tarp jų susidaro silpnas dipolis.

Peptidinis ryšys yra trans konfigūracijos

Viengubojo amidinio ryšio C-N ilgis 0,147 nmDvigubojo ryšio C=N ilgis 0,127 nmPeptidinio ryšio C → N ilgis 0,133 nm

Peptidinio ryšio struktūra

Peptidinis ryšys yra trumpesnis, nei paprastas amidinisryšys, nes dėl elektronų pasiskirstymo yra dalinai dvigubas

Tetrapeptidas

Glu-Gly-Ala-Lys

Peptidinės grupė - greta esantys šeši atomai yra vienoje plokštumoje

αααα anglis

αααα anglis

Peptidinės grandinės išsidėstymas ir sukimasis apie kovalentinius ryšius

ϕϕϕϕ ΨΨΨΨ

Polipeptidinė grandinė gali suktis tiktai apie --N→Cα (φkampas) ir -Cα→C ( ψ kampas) kovalentinius ryšius Polipeptidinės grandinės konformaciją nusako φ ir ψkampų dydis. Jeigu polipeptidinė grandinė būtųištemptos konformacijos ( kaip siūlas), tai kampai būtųlygūs 1800

Kampai yra φ ir ψ ~600 α spiralėje, peptidinė grandinėsukasi ta pačia kryptimi iš kairės į dešinę

Peptidinė grandinė

Antrinė baltymų struktūra - tai polipeptidinėsgrandinės (pirminės baltymo struktūros) išsidėstymas erdvėje, kurią stabilizuoja vandeniliniai ryšiai, susidarantys tarp peptidinio ryšio –NHgrupės vandenilio atomo ir -C=O grupės deguonies atomo toje pačioje polipeptidinėje grandinėje

αααα spiralė, arba tarp greta esančių polipeptidiniųgrandinių - ββββ klostės, ββββ klostyta struktūra, ββββ struktūra

αααα-SpiralėLainius Poling ir Robert Cori 1951m

Šią struktūrą apibūdina:• vandeniliniai ryšiai, kurie susidaro toje pačioje

polipeptidinėje grandinėje tarp vienos aminorūgšties peptidinio ryšio =NH grupės vandenilio ir esančiossekoje penktos aminorūgštie karbonilinės grupės C=Odeguonies atomo

• vandenilinius ryšius sudaro visi peptidinių grupių =NHvandenilio ir =C=O deguonies atomai, todėl α spiralėgana stabili

• vandeniliniai ryšiai yra beveik lygiagretūs spiralės ašiai• αααα -spiralė sukasi iš kairės į dešinę, pagal laikrodžio

rodyklę• šoniniai aminorūgščių radikalai pasisukę į spiralės išorę,

jie nedalyvauja α- spiralės sudaryme

Baltymų αααα-piralės parametrai

• Kampai φ , ψ yra ~600,,polipeptidinė grandinė sukasi tapačia kryptimi iš kairės į dešinę (tai dešiniojo sukimosi spiralė)

• Viename α spiralės žingsnyje yra 3,6 aminorūgščiųliekanos

• Atstumas tarp gretimų aminorūgščių 0,15nm• Spiralės žingsnis 0,54nm• Spiralės žingsnyje yra 13 atomų• Spiralės skersmuo 1.1nm

Baltymų αααα spiralė

Raudona- deguonies atomai

Pilka – anglies atomai

Mėlyna –azoto atomai

Vandeniliniai ryšiai – punktyrinės linijos

Baltymų αααα spiralė: A- B vaizdas iš šono, C- D vaizdas išviršaus.

Baltymų α spiralės modeliai

αααα- anglies atomųišsidėstymas

visi atomai,sudarantys grandinę

vandeniliniai ryšiai,

palaikantys αααα spiralę

αααα-Spiralės susidarymui trukdo:

• ciklinės aminorūgštys prolinas ir (4-hidroksiprolinas), nes sudaro peptidinis –CO-N< ryšys, kuris nedalyvaujair tose vietose polipeptidinė grandinė išlinksta

• jei polipeptidinės grandinės sekoje greta yra daug krūvį turinčių aminorūgščių (Asp, Glu, His, Lys, Arg) Jos gali sudaryti joninius ryšius arba dėl vienodo krūvio veikia atostūmio jėgos , iškreipiančios spiralę

• Hidrofobinė sąveika tarp greta didelius radikalus turinčių aminorūgščių (Trp, Leu, Ile)

Kitos baltymų αααα spirales

310spiralė ππππ-spiralė

α-spiralės žingsnyje yra 3,6 aminorūgšties liekanos arba 13

atomų. Klasikinė spiralė žymima 3,613spirale, vandeniliniais

ryšiais susijungia 1-oji ir 5-oji, 2-oji ir 6-oji ir t.t.

aminorūgštys

310 spiralės žingsnyje yra 3 aminorūgšūgščių liekanos,

vandeniliniais ryšiais susijungia 1-oji ir 4-oji, 2-oji ir 5-oji ir

t.t aminorūgštys

π spiralės žingsnyje yra 6 aminorūgštys,

vandeniliniais ryšiais susijungia 1-oji ir 6-oji, 2-oji ir 7-oji ir

t.t aminorūgštys

310 spiralėje kampai f, y ~750, π spiralėje ~1300

αααα-Spiralės susidarymui trukdo:

• ciklinės aminorūgštys prolinas ir hidroksiprolinas, nes sudaro –CO-N< ryšį ir tose vietose polipeptidinėgrandinė išlinksta

• jei polipeptidinės grandinės sekoje greta yra daug krūvį turinčių aminorūgščių (Asp, Glu, His, Lys, Arg) Jos gali sudaryti joninius ryšius arba dėl vienodo krūvio veikia atostūmio jėgos , iškreipiančios spiralę

• Hidrofobinė sąveika tarp greta didelius radikalus turinčių aminorūgščių (Trp, Leu, Ile)

Baltymų ββββ klostės

• Antiparalelinėspolipeptidinės

grandinės

• lygiagrečiospolipeptidinės

grandinės

Pagrindiniai baltymų β struktūros motyvai

“Graikiško rakto”motyvas Smeigtuko motyvas

Psi kilpos motyvas Vingiuota β klostyta struktūra

Tretinė baltymų struktūra

Tretinę baltymų struktūrą palaiko (stabilizuoja):

• Hidrofobinė sąveika (tarp hidrofobinių aminorūgščių šoniniųgrupių)

• Vandeniliniai ryšiai (tarp aminorūgščių funkcinių grupių)• Elektrostatinė sąveika, druskos tilteliai ( joniniai ryšiai tarp

aminorūgščių funkcinių grupių)• Kovalentiniai -disulfidiniai ryšiai• Stekingo sąveika• Van der Walso sąveika (indukuojama dipolinė sąveika)

Hidrofobinė sąveika

Vandeniliniai ryšiai

Elektrostatinė sąveika

Disulfidinio tiltelio susidarymas

Disulfidiniai ryšiai

Stekingo sąveika

Insulino struktūra

Kokiu būdu susiformuoja baltymo tretinė struktūra?

Baltymai, tai yra polipeptidinės grandinės sintetinamos ribosomose.Sintetinama linijinė polipeptidinė grandinė pradžioje sudaro mažus

antrinės struktūros elementus –α spirales ir β klostytas struktūras. Sąveikaujant aminorūgščių šoninėms grupėms, šie elementai suartėja ir susiformuoja nedideli struktūros motyvai, kurie toliau per kelis persitvarkymo etapus suformuoja natyvų tretinės struktūros baltymą.

Ląstelėse baltymų koncentracija yra labai didelė, o tretinės struktūros susiformavimo procesas vyksta “tvarkingai” dalyvaujant papildomiems baltymams. Sudarant tretinę polipeptidinės grandinės struktūrą dalyvauja prolino cis-trans izomerazės, baltymo disulfido izomerazės ir molekuliniai šaperonai

Molekuliniais šaperonai atlieka daug svarbių funkcijų: • dalyvauja ląstelėse susisukant baltymo polipeptidinei grandinei, tai

yra sudarant erdvinę struktūrą• dalyvauja baltymų monomerams jungiantis į oligomerus• išvynioja baltymų globules pernešant juos pro biologines

membranas• dalyvauja baltymų erdvinės struktūros susisukime ląstelių viduje

juos pernešus pro membranas • apsaugo baltymus nuo denatūracijos• dalyvauja baltymų degradacijoje

Baltymų degradacija-skaidymas

• Ląstelėse baltymų gyvenimo trukmė yra labai įvairi, svyruoja nuo kelių minučių ar valandų kai kurie net iki kelių savaičių. Baltymųdegradacija – irimas yra svarbus ląstelės medžiagų apykaitos reguliacijos mechanizmas. Ląstelėje baltymai yra pastoviai skaidomi ir sintetinami nauji.

• Eukariotinėse ir prokariotinėse ląstelėse baltymus skaido įvairios peptidazės. Tai fermentai skaidantys peptidinius ryšius, jie dar vadinami proteolitiniais fermentais, nes skaido baltymus.

• Proteosomos –tai multifermentinis baltymus skaidantiskompleksas, kuris randamas ląstelių brandoliuose ir citozolyje. Proteosomos matomos elekteroniniu mikroskopu kaip pailgos, cilindro formos dalelės.

• Lizosomos - ląstelių organelės, kuriose yra labai daug hidroliziniųfermentų. Tai peptidazės (skaido baltymus), nukleazės (skaido nukleorūgštis) glikozidazės, lipazės, fosfolipazės, fosfatazės, ir kiti fermentai.

Baltymų klasifikacija

Klasifikavimas, remiantis baltymo molekulės forma- globuliniai baltymai- fibriliniai baltymai- membraniniai baltymai

Globuliniams baltymams būdingas kompaktiškas polipeptidinių grandiniųišsidėstymas, susidaro panaši į rutulį (globulę) struktūra

Globuliniai baltymai: insulinas, kraujo plazmos baltymai, fermentai.

Fibrilinius baltymus sudaro viena ant kitos susisukusios ir susijungusios vandeniliniais ir kovalentiniais (disulfidiniais ryšiais) polipeptidinės grandinės. Šios molekulės yra ilgos, sudaro pluoštus, siūlus (fibriles)

Fibriliniai baltymai: kolagenas, keratinas, miozinas, elastinas, fibroinas

Membraniniai baltymai įsiterpia į biologines membranas ir atlieka savitas molekulių pernašos ar signalo perdavimo funkcijas

Ketvirtinė baltymų struktūra

• Baltymai, sudaryti iš dviejų ar daugiau polipeptidinių grandinių, kurios, sudariusios tretines struktūras, susijungia tarpusavyje sudaro sudėtingą baltymų kompleksą. Tokia struktūra vadinama ketvirtine struktūra Tik tokie baltymai yra biologiškai aktyvūs, katalizuojaapykaitos reakcijas arba atlieka kitas funkcijas

• Baltymai, sudaryti iš kelių polipeptidinių grandinių, vadinami oligomeriniais baltymais, o jį sudarnačios tretinę struktūrąturinčios polipeptidinės grandinės yra vadinamos subvienetais.

• Subvienetai tarpusavyje jungiasi per paviršiuje esančiųaminorūgčių radikalus: sudaro vandenilinius, joninius ryšius, hidrofobinė radikalų sąveika mažiau svarbi.

Hemoglobino struktūra

Baltymų denatūracija ir renatūracija

• Veikiant įvairiems veiksniams – rūgštims, šarmams, aukštai temperatūrai ar mechaniniams pažeidimams, baltymai praranda būdingą biologinį aktyvumą, nes pažeidžiama jų erdvinė struktūra.

• Šis reiškinys vadinamas denatūracija• Denatūracijos metu suyra ryšiai, palaikantys baltymo ketvirtinę,

tretinę ir antrinę struktūrą, tačiau lieka nepažeista pirminė struktūra-nesuyra peptidiniai ryšiai.

• Denatūracijos metu baltymas išsivynioja, įgauna atsitiktinę formą, kartais iškrenta į nuosėdas. Dažnai šis procesas yra negrįžtamas

• Pašalinus denatūruojantį veiksnį pirmųjų baltymo denatūracijosstadijų metu, baltymas įgauna savo pirminę, natūralią būseną.

• Baltymo erdvinės struktūros atstatymas- renatūracijos procesas.• Renatūracija yra savaiminis procesas, kurį lemia aminorūgščių

seka baltymo molekulėje, o ši – sąveiką tarp aminorūgščių radikalų

Kas atsitinka denatūruojant baltymams?

Denatūracija ir renatūracija

Fibriliniai baltymai:• Fibrinogenas - kraujo plazmos baltymas, kuris

krešant kraujui, sudaro fibrino krešulius.• Miozinas – raumenų baltymas • Kolagenas – pagrindinis jungiamojo audinio

baltymas• Elastinas- elasingų jungiamųjų audinių baltymas• Keratinai (αααα ir ββββ keratinai) – plaukų, nagų, ragų,

voratinklio, šilko baltymai– αααα keratinai būgingi žinduoliams– ββββ keratinai – paukščių, roplių, vabzdžių baltymai

Fibrilinių baltymų amiorūgščių sudėtis

αααα-Keratino struktūra

Plauko struktūra

ββββ-Keratinai

Vabzdžiai suka kokonus, vorai rezga voratinklius, šilkverpiai sintetina šilką. Tai baltyminės prigimties medžiagos - β keratinai.

Šilko fibroinas -ββββ keratinas

Šilko fibroine polipeptidinėsgrandinės sudaro βklostytąstruktūrą

Polipeptidinėje grandinėje kartojasi šešių aminorūgščių -Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-seka.

Gly šoninės grupė (-H) išsidėsto vienoje polipeptidinėsgrandinės pusėje, o Ser ir Ala šoninės grupės – kitoje

Tokiu būdu polipeptidinėsgrandinės sudaro šilko pluoštą.

Šilko baltymo ββββ struktūra

• Kolagenas- fibrilinis jungiamųjų audinių- kremzlių, sausgyslių, odos, kraujagyslių, akies skleros ir ragenos, kaulų baltymas. Jis sudaro daugiau kaip 25% žinduolių organizmų baltymų: vienuose organuose kolagenas sudaro užląstelinio užpildo gelį, kituose organuose kolageno molekulės suformuoja tvirtas skaidulas, suteikiančias atsparumo tempimui (sausgyslės), ar mechaniniam poveikiui (kaulai).

Kolagenas

Kolageno struktūra

Kolageno molekulėje trys polipeptidinės grandinės susisuka į trigubą superspiralę. Tai protokolagenas. Molekulęstabilizuoja vandeniliniai ryšiai tarp polipeptidinių grandiniųaminorūgščių šoninių grupių.

Kologeno molekulėje yra daug prolino (Pro) ir nestandartiniųaminorūgščių – hidroksiprolino(Hyp), hidroksilizino ir kitųnestandartinių aminorūgščių, todėl polipeptidinės grandinės nesudaro tradicinės α spiralės ir β klostytos struktūros.

• Kolageno baltyminės molekulės yra glikozilintos, tai yra jos turi prijungtų 0,4–12% angliavandenių. Gliukozė, galaktozė ir disacharidai kovalentiškai prisijungiami prie aminorūgščių(hidroksiprolino, hidroksilizino) –OH grupių skersiniais vidumolekuliniais ir tarpmolekuliniais ryšiais stabilizuoja kolageno skaidulas.

• Kolageno skaidulose skersinių ryšių daugėja organizmui bręstant, senstant. Kolageną (želatiną) galima išskirti- išekstraguoti tik išjaunų gyvūnų jungiamųjų audinių.

–Gly-X-Y- -Gly-Pro-Hyp-

Kolageno polipeptidinėje grandineje pasikartoja aminorūgščių seka -Gly-X-Y-, kur X dažnai prolinas (Pro), o Y 4-hidroksiprolinas(Hyp).Gly nepakeičiamas, jo kolageno molekulėje būna iki 33%, Pro-13%, Hyp-9%, Hyl 0,9%.

Gly yra pati mažiausia aminorūgštis, neturinti šoninės grupės R, todėl ji svarbi susidrant unikaliai fibrilinių baltymų erdvinei struktūrai. Kolageno molekulėje Gly yra kas trečioji aminorūgštis, kadangi yra maža, ji įsitepia ir telpa trigubosios spiralės viduje.Pro ir Hyp šoninės ciklinės grupės išsidėsto spiralės išorinėje pusėje ir stabilizuoja spiralę, ypač Hyp, nes sudaro vandenilinius ryšius.

Šaltakraujų gyvūnų (žuvys, amfibijos) kolageno struktūroje yra mažiau Hyp, negu šiltakaraujų –žinduolių organizmų kolagene.

Trūkstant vitamino C susergama skorbutu, kraujuoja dantenos, nes šis vitaminas svarbus dengiamųjų audinių tvirto kologeno susidarymui. Vitaminas C dalyvauja prolino ir lizino oksidacijos reakcijose.

• Many bacteria and viruses have virulence factors which destroycollagen or interfere with its production.

Vitaminas C prolino oksidacijos reakcijose

• Kolageno baltyminės molekulės yra glikozilintos, tai yra jos turi prijungtų 0,4–12% angliavandenių. Gliukozė, galaktozė ir disacharidai kovalentiškai prisijungiami prie aminorūgščių(hidroksiprolino, hidroksilizino) –OH grupių skersiniais vidumolekuliniais ir tarpmolekuliniais ryšiais stabilizuoja kolageno skaidulas.

• Kolageno skaidulose skersinių ryšių daugėja organizmui bręstant, senstant. Kolageną (želatiną) galima išskirti- išekstraguoti tik išjaunų gyvūnų jungiamųjų audinių.

• Fibrinogenas - kraujo plazmos glikozilintas baltymas, sudarytas iš2700 aminorūgščių, dalyvauja kraujo krešėjime. Jis turi prijungtųangliavandenių – galaktozės, fukozės,sialo rūgšties ir kt.

• Fibrinogeno molekulę sudaro trys poros skirtingų α, β, λpolipeptidinių grandinių

• Kraujo krešėjimo metu iš fibrinogeno susidaro baltymas fibrinas, kuris sudaro tankų fibrininio baltymo gijas, o jos susijungusios sudaro tinklą, kuris kartu su įsterpusiomis kraujo ląstelėmis, sudaro gelį, arba kraujo krešulį.

• Įgimta afibrinogenemija, kai kraujyje nebūna fibrinogeno, kraujas nekreša. Dažnai pasitaiko hipofibrinogenemija, kai dėl kepenųfunkcijos sutrikimo trūksta fibrinogeno.

Fibrinogeno molekulėsudaryta iš šešių αααα, ββββ, λλλλpolipeptidinių grandinių

Aktinas

Fiziologinėmis sąlygomis aktinas egzistuoja kaip ilgas spiralinis siūlinis biopolimeras, vadinamas F-aktinu, (fibrous actin), sudarytas išglobulinių aktino monomerų (G-aktino).

Aktino monomeras

• G-Aktinas yra globulinis baltymas, M= 42 000, 375 aminorūgštys, randamas visose eukariotinėse ląstelėse. Tai vienas iškonservatyviausių baltymų, nes jo aminorūgščių sudėtis bei struktūra dumblių ir žmogaus ląstelėse skiriasi tik 20% .

• G-Aktino monomerai sudaro ląstelėse mikrofilamentus- F aktiną, kuris randamas citoskeleto ir raumenų sudėtyje. Aktino filamentaidalyvauja raumenų susitraukimo procese, svarbūs ląstelių, organeliųjudrumui.

• Esant ATP G-aktino monomerai sudaro dvigrandininę spiralę F-aktiną, ATP hidrolizuojamas iki ADP.

G-aktino subvienetai suriša ATP molekules ir polimerizuojasisudarydami linijinį polimerą, o susiviję du G-aktino polimeriniai siūlai suformuoja dvigubą spiralę - F-aktiną.

G-aktino monomero struktūroje yra tarp dviejų polipeptidinės grandinės domenų yra gili “kišenė”, čia jungiasi ATP( arba ADP) ir Mg2+ jonai. Ši malekulės vieta pasižymi ATP-aziniu aktyvumu.G-aktinomonomerams jungiantis į polimerinį siūlą “kišenės” vietoje jungiasi kitas G-aktino monomeras, įvyksta ATP hidrolizė.

G-aktino molekulė yra polinė, asimetriška. Kai šie monomeraisusijungia susidaręs polimerinis filamentas taip pat yra poliškas. Vienas galas, kuriame yra ATP jungianti “kišenė” žymimas (+), o kitas (-) ženklu.

Aktino polimerizaciją skatina Mg2+, Na+ ir K+ jonų koncentracijos didėjimas.

Fpaktino gijos ląstelėse sudaro kelias skirtingas struktūras: tinklus išsusikryžiavusių gijų, pluoštus iš ta pačia ar priešingomis kryptimis išsidėsčiusių gijų

F-aktino susidarymo schema

Miozinas

• Miozinas – motorinis baltymas, lemia aktino gijų judėjimą, sugebantis kryptingai keisti savo konformaciją panaudodamas ATP energiją. Šie baltymai skirstomi į 9 klases, jie įgalina susitraukinėti raumenis.

• Miozinas sudarytas iš 6 polipeptidinių grandinių; dvi identiškos sunkiosios polipeptidinės grandinės (M=230 000, ~2000 aminorūgščių ) ir keturios lengvos polipeptidinės grandinės (M= 20 000, (~170-190 aminorūgščių). Kartu jos sudaro baltymą kurio M= 540 000. Lengvųjųgrandinių α –spiralės susisuka į dvigrandininę spiralę – sudaro judrųliauną stiebą o viename gale dar suformuoja globulinį domeną – “galvą”prie kurio prisijungia lengvosios grandinės.

• Prie globulinio “galvos “ domeno yra ATP ir aktino jungimosi vietos.

Miozino struktūros schema

Miozino struktūros fragmentas.Sunkiosios grandinės atomai kairėje pusėje pažymėti rožine spalva, o lengvosios grandinės atomai geltona spalva.,