Bílkoviny Proteiny

SŠZePř Rožnov p. RPaedDr.Lenka TěžkáModernizace výuky odborných předmětůCZ.1.07/1.1.08/03.0032

• Makromolekukární přírodní látky• Délka 200 - 1000 aminokyselin• Základní složka svalové hmoty• Propojeny peptidickou vazbou• 20 proteinogenních bílkovin• z toho 8 esenciálních

AMINOKYSELINY

1. Trojrozměrná struktura bílkovin2. Strukturální funkce3. 8 esenciálních aminokyselin, 2 semiesenciální4. Hormonální a katalytické funkce5. Biosyntéza biologicky významných sloučenin6. Genetické poruch metabolismu aminokyselin

(fenylketonurie)

Všechny aminokyseliny, které jsou součástí bílkovin, mají tuto základní strukturu. Liší se pouze složením svého postranního řetězce R

V proteinech se nacházejí pouze L-izomeryvalin izoleucin leucin

Aminokyseliny se obecně dělí na skupiny podle polarity postranních řetězců

Východiskem pro dělení aminokyselin je to, že mají:

nepolární postranní řetězec

polární postranní řetězec polární nabitým postranní řetězcem

Klasifikace aminokyselin

Nepolární aminokyseliny

V postranním řetězci pouze uhlík a vodík, nejsou reaktivní. Jsou hydrofóbní, pomáhají proteinům uspořádávat se do 3-D struktury.

Glycin (Gly), alanin (Ala), valin (Val), leucin (Leu), izoleucin (Ile) - alifatický postranní řetězec;

methionin (Met) – síra v postranním řetězcifenylalanin (Phe), tryptofan (Trp) – aromatické jádro v postranním řetězci;

prolin (Pro) - iminokyselina

Polární aminokyseliny mají v postranním řetězci kyslík nebo síru a nebo dusík a proto jsou polární. Snadno interagují s vodou, jsou hydrofilní. Jsou velmi dobře rozpustné ve vodě.

serin, (Ser), threonin (Thr), asparagin (Asn), glutamin (Gln)

cystein (Cys), selenocystein (Sec) – v postranním řetězci je síra

Typ postranního řetězce aminokyselin má vliv na konečnou strukturu proteinu

Makromolekuly jsou tvořeny sadou různých aminokyselin v přesně definovaném pořadí.

Prostorové uspořádání a biologická funkce je dána aminokyselinovým složením.

Struktura proteinů

Proteiny - funkce

1. Funkce dynamickátransportkontrola metabolismukontrakcekatalýza chemických přeměn

2. Funkce strukturálníarchitektura orgánů a tkánípodpůrné funkce

1. enzymy (laktátdehydrogenáza, DNA polymeráza);2. zásobní proteiny (ferritin, kasein, ovalbumin);3. transportní proteiny (hemoglobin, myoglobin,

sérový albumin);4. kontraktilní proteiny (myosin, aktin);5. hormony (insulin, růstový hormon);6. ochranné proteiny krve (protilátky, komplement,

fibrinogen);7. strukturální proteiny (kolagen, elastin,

proteoglykany);8. receptory pro hormony a jiné signální molekuly.

Klasifikace proteinů z biochemického hlediska

Primární struktura proteinů – lineární pořadí aminokyselin.

Primární struktura

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Polypeptides.html

Sekundární struktura

Pravotočivá šroubovice, stabilizovaná vodíkovými vazbami.

Výjimečný -helix má kolagen. Tři levotočivé -helixy uspořádány do

pravotočivé trojité šroubovice – superhelixu

-helix

Segmenty natažených polypeptidových řetězců.

Dva segmenty (polypeptidové řetězce) jsou stabilizovány vodíkovými vazbami mezi C=O a N-H skupinami dvou sousedních peptidových vazeb.

Sousední polypeptidové řetězce uloženy antiparalelně nebo paralelně.

Velký počet vodíkových vazeb udržuje strukturu v nataženém stavu

–struktura (struktura skládaného listu)

Terciární struktura

Je důležitá pro funkci proteinu:- denaturované enzymy ztrácejí svou funkci- denaturované protilátky ztrácejí schopnost vázat antigen.

Mutace v genetickém kódu ovlivní terciátní strukturu (priony).

Komplex dvou a více polypeptidových řetězců jsou dohromady spojeny

nekovalentními vazbami

Čtyři podjednotky hemoglobinu (dvě a dvě se spojují do kvartérní struktury)

Kvartérní struktura

Ve struktuře bílkoviny se dále uplatňují tyto síly a interakce

Nevazebné interakce• Hydrofóbní interakce • Vodíkové vazby• Elektrostatické síly• van der Waalsovy sílyVazby kovalentní• Peptidová vazba -CO-NH-• Disulfidová vazba –s-s-

Denaturace a renaturace

Denaturace je ztráta trojrozměrné struktury. Protein ztrácí svoji funkci.

Denaturace teplem zcela ruší slabé interakce (primárně narušuje vodíkové vazby).

Krajní hodnoty pH mění celkový povrchový náboj proteinu, vznikají odpudivé elektrostatické síly a zanikají některé vodíkové vazby.

Organická rozpouštědla a detergenty ruší hydrofóbní interakce

Renaturace je proces, kdy protein opět získává svou přirozenou strukturu

Převzato: D. L. Nelson, M. M. Cox :LEHNINGER. PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Fifth edition

Zástupci proteinů•Globulární proteiny

•sféroidní tvar•variabilní molekulová váha

•relativně vysoká rozpustnost•různé funkce – katalytické, transportní, regulační

(metabolismus, genové exprese)

•Fibrilární proteiny•tyčinkovitý tvar

•malá rozpustnost•strukturální funkce v organismu

•Lipoproteiny•komplexy protein + lipid

•Glykoproteiny•proteiny s kovalentně vázanými cukry

Globulární proteiny, jako je celá řada enzymů, jsou obvykle složeny z kombinace obou typů sekundární struktury;

ale například hemoglobin je složen výhradně z -helixu a protilátky pouze z - struktury.

Globulární proteiny

Struktura

• Tvoří více jak 2/3 všech tělesných bílkovin;

• pevný v tahu, pružný;• ve všech typech pojiva,

tkáních a orgánech;• je to nerozpustný

glykoprotein (protein + cukerná složka - glukóza, galaktóza);

• každá třetí aminokyselina je glycin (Gyl-X-Y), vysoký obsah prolinu, lysinu;

• některé z Pro a Lys jsou hydroxylované (hydroxyprolin, hydroxylysin);

• je složen ze tří polypetidových levotočivých -řetězců stočených do superhelixu.

NH3 COOH

Kolagen

Tvorba fibril

Tvorba příčných vazeb

Fibrilární proteinyKolagen

Elastin

• Vyskytuje se ve tkáních vyžadujících elasticitu (arterie, plíce, kůže, elastická ligamenta, chrupavka);• obsahuje velké množství hydrofóbních aminokyselin – glycenu, alaninu valinu a prolinu;• lysin zodpovědný za tvorbu příčných vazeb – desmosinu a isodesmosinu;• je složen z monomerního rozpustného tropoelastinu, ten je pak příčně pospojován v nerozpustný elastin pomocí desmosinu a isodesmosinu.

Fibrilární proteiny

Keratin

Keratin je hlavní fibrilární strukturální protein vlasů, kůže a nehtů;

keratinová intermediální filamenta jsou také cytoskeletární součástí desmosomů tvořících buněčná spojení;

keratiny mají velmi mnoho příčných vazeb a jsou složeny jak z -helixu. Mají vysoký obsah glycinu a alaninu.

Fibrilární proteiny

Lipoproteiny

• Složené komplexy proteinu a lipidu;• molekulární agregát s přibližnou stechiometrií

mezi oběma komponentami;• různé funkce v krvi (transport lipidů mezi

tkáněmi), v lipidovém metabolismu.

Apolipoprotein = čistá proteinová složka lipoproteinové částice, většinou dlouhý polypeptid, s obsahem sacharidů

Klasifikace plasmatických lipoproteinů (podle jejich hustoty):

Lipoproteiny s vysoké hustotě (HDL) – proteinová složka apolipoprotein A-I (ApoA-I)

Lipoproteiny o nízké hustotě (LDL) – ApoB-100Lipoproteiny o střední hustotě (IDL) – ApoB-100Lipoproteiny o velmi nízké hustotě(VLDL) - ApoC

Lipoproteiny

Glykoproteiny

Sacharidový podíl je na proteinovou složku vázán: O-glykosidovou vazbou buď na –OH skupiny seirnu nebo

threoninu (proteoglykany) nebo na hydroxyprolin nebo hydroxylysin (kolagen);

N-glykosidovou vazbou na amidový dusík asparaginu

1. Proteiny vylučované specifickými buňkami• ghormony• lykoproteiny extracelulární matrix (fibronektin, laminin)• proteiny kaskády krevní koagulace (fibrinogen)• protilátky• mukózní sekrety epiteliálních buněk

2. Proteiny lokalizované na buněčném povrchu- receptory (přijímání signálů z okolního prostředí buňky –

hormony, růstové faktory, cytokiny aj. buněčná signalizace)

Proteiny biologických membrán

Hemoglobin a myoglobin

• Složen ze dvou a dvou poLidský hemoglobin má několik forem.

• djednotek, které se liší primární strukturou.

• Váže čtyři molekuly kyslíku, přenáší kyslík krví z plic do tkání a buněk.

• Myoglobin má jeden polypeptidový řetězec, váže jednu molekulu kyslíku.

• Váže a uvolňuje kyslík v cytoplasmě svalových buněk.

Hemoglobin a myoglobin obsahují prostetickou skupinu hem.• Protein bez hemu = apoprotein• Kompletní protein s hemem = holoprotein

Hemoglobin a myoglobin

Buněčný cytoskelet

Všechny části cytoskeletu jsou z proteinů.

Cytoskelet je složen z: mikrotubulů, mikrofilament a středních mikrofilament intermediárních filament).

Mikrotubuly jsou sestaveny z tubulinu, mikrofilamenta z aktinu a střední filamenta hlavně z keratinu, ale i jiných látek.

Buněčný cytoskelet

Tubilin – dimerní protein, podjednotky a Aktin – monomerní protein (-aktin)KeratinS cytoskeletem jsou navíc asociovány některé další proteiny:dyneiny a kineziny v mikrotubulech kineziny a dynein uskutečňují transport látek v buňce - přenášejí náklad po mikrotubulech zhruba jako po kolejnicích

Zdroje

• http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure

• http://en.wikipedia.org/wiki/Cytoskeleton

• biologie.uni-hamburg.de