Aminosavak, peptidek, fehérjék PDF

Aminosavak, peptidek, fehérjék  Aminosavak α-aminosavak → fehérjék építőkövei Élő szervezetekben 20 fehérjeépítő Optikailag aktívak → L vagy D forma, természetben leggyakrabban L A természetben kb. 200 aminosav, szabad formában is Legegyszerűbb esetben: R = H → glicin (amino...

Aminosavak, peptidek, fehérjék  Aminosavak α-aminosavak → fehérjék építőkövei Élő szervezetekben 20 fehérjeépítő Optikailag aktívak → L vagy D forma, természetben leggyakrabban L A természetben kb. 200 aminosav, szabad formában is Legegyszerűbb esetben: R = H → glicin (aminoecetsav) Egyéb esetekben: R: alifás (alanin, valin, leucin….), aromás (fenil-alanin, tirozin) vagy heterociklusos (triptofán, hisztidin) gyök Gyök: a fehérjék tulajdonságait meghatározza Leggyakoribb esetekben háromtagú betűkód vagy egy betűs kód rövidítés, pl.: Gly /G/, Ala /A/, Val /V/, Leu /L/, Phe /F/…  Aminosavak Ikerionos szerkezetűek: nem egyszerű aminocsoportot és karboxilcsoportot tartalmaznak, hanem pozitív töltésű ammónium- és negatív töltésű karboxilát csoportot, a savas karboxilcsoport és a bázikus aminocsoport kölcsönhatása következtében pH-tól függő, azt a pH-t, amin az aminosav ikerionként van jelen, izoelektromos pontnak (PI) nevezzük Forrás: Wikipédia  Aminosavak disszociációja Semleges pH közelében (pH~6): semleges aminosavak ikerionos formában  Aminosavak disszociációja Savas pH-n: karboxilát anion protonfelvétele → pozitív töltésű aminosav H  Aminosavak disszociációja Bázikus pH-n: ammónium kation protont veszít → negatív töltésű aminosav  Aminosavak csoportosítása Táplálkozástani/fiziológiai szempontból: Esszenciális aminosavak: az emberi (vagy állati) szervezet nem, vagy csak elégtelen mennyiségben képes előállítani: valin, leucin, izoleucin, fenilalanin, triptofán, metionin, treonin, hisztidin (gyerekek szempontjából), lizin, arginin („fél-esszenciális”) Nem esszenciális aminosavak: glicin, alanin, prolin, szerin, cisztein, tirozin, aszparagin, glutamin, aszparaginsav, glutámsav  Aminosavak csoportosítása Oldallánc szerint: Apoláros, töltéssel nem rendelkező oldallánc: pl. glicin, alanin, valin, leucin → hidrofób kölcsönhatások fehérjén belül PI ~ 6  Aminosavak csoportosítása Oldallánc szerint: Poláros, töltéssel nem rendelkező oldallánc: pl. szerin, treonin, cisztein, tirozin PI ~ 6  Aminosavak csoportosítása Oldallánc szerint: Töltéssel rendelkező oldallánc: Savas karakterű oldalláncú aminosavak pl. glutámsav, aszparaginsav PI ~ 3 Bázikus karakterű oldalláncú aminosavak pl.: lizin, arginin, hisztidin PI ~ 9 *=esszenciális *=esszenciális  Aminosavak fizikai tulajdonságai A természetben pH-tól függően ikerionként, kationként vagy anionként vannak jelen → magas OP (OP közelében bomlás), vízoldhatók, de nem oldódnak apoláros szerves oldószerekben  Aminosavak térszerkezete Sztereoizomeria → C-atom körüli szimmetria → molekulák tükörképe → nem hozható átfedésbe Királis molekula → aszimmetriacentrum Glicin kivételével aminosavak királisak  Aminosavak térszerkezete D és L jelöli a királis C-atom körüli ligandum elrendeződést COO- csoport a képletben felül, R-csoport alul L –aminosavaknál az NH3+ a bal oldalon lesz, a D- aminosavaknál a jobb oldalon Fehérjék felépítésében részt vevő összes aminosav: azonos konfiguráció → L-aminosavak A természetben előfordulnak D-aminosavak, pl. egyes mikroorganizmusok peptidjeiben  Aminosavak térszerkezete Egy kiralitáscentrum → enantiomerek Pl.  Aminosavak térszerkezete Több kiralitáscentrum → diasztereomerek Pl. treonin: 4 sztereoizomer van, ezek közül A és B, C és D enantiomerek  Aminosavak Glicin: egyes szerkezeti fehérjékben 25-30%-ban található (pl. kollagén). Alanin: kiemelkedően nagy mennyiségben fordul elő a selyemfibroinban (35%), zselatinban (kb. 9%) található. Szerin: 4-8%-ban fordul elő különböző fehérjékben. Jellegzetes szerepe van a foszforproteinekben. Cisztein: kéntartalmú aminosav, 1-2%-ban találhatók különböző fehérjékben. Jellegzetesen nagy kéntartalmú fehérjék a szarufehérjék. A ciszteinben megtalálható szulfhidril-csoportok ( -SH) alkalmasak adott körülmények között diszulfidhidak ( S-S) kialakítására → dimerje: cisztin  Aminosavak Treonin: esszenciális aminosav, egyes állati fehérjékben, a tejben, a húsban, a tojásban 4,5-5%-ban. Metionin: esszenciális aminosav. Kéntartalmú, állati fehérjékben 2- 4%-ban, a növényiekben 1-2%-ban fordul elő. Savra és hőre igen érzékeny (pl.: puffasztás). Arginin: félesszenciális, minden fehérjében megtalálható 3-6%-os mennyiségben, 11% a földimogyoróban. Karbamid biokémiai szintézisének köztesterméke. Valin: tojás- és tejfehérjékben 7-8%, az elasztinban 16% mennyiségben. Leucin: esszenciális aminosav. A legtöbb fehérjében 7-10%-ban. Gabonafehérjékben igen eltérő a mennyisége: a kukoricában több mint 12%, a búzafehérjében kb.7% arányban. Izoleucin: esszenciális aminosav. Mind a gabona-, mind az állati fehérjékben átlagosan 4-7%-ban.  Aminosavak Lizin: kiemelkedő mennyiségben fordul elő a halfehérjékben ~10 %; a hús-,tojás-,és tejfehérjékben 7-9 %-ban Aszparaginsav: minden állati fehérjében, elsősorban az albuminokban megtalálható, átlagosan 6-10 % mennyiségben. Félamidja az aszparagin, amely növényi csírák, illetve fiatal növények fehérjéinek jellegzetes komponense. Glutaminsav: legtöbb fehérjében jelentős mennyiségben fordul elő, kiemelkedő a búzafehérje:több mint 30 %-os. A tej-, szója- és kukoricafehérjékben 20 %-ban található, félamidja a glutamin (mono Na-glutamát: ízfokozó). Fenilalanin: esszenciális aminosav, jelenléte minden fehérjére jellemző, átlagosan 4-5 % Tirozin: minden természetes fehérjében, 2-6 %, selyem fibroinban 10 %.  Aminosavak Prolin: zselatinból vagy kazeinből 12%-os mennyiségben nyerhető ki, búzában kb. 10%-ban található. Hidroxi-prolin: jellegzetesen a kollagén kötőszöveti fehérjében fordul elő, kb. 12% → kötőszöveti fehérje mennyiségének meghatározása húsokban Hisztidin: egyes fehérjékben2-3% mennyiségben található, a vérfehérjében ennek kétszerese. Gyermekeknek, egyes betegségekben esszenciális aminosav. Triptofán: esszenciális aminosav, mindössze 1-2%-ban található az egyes fehérjékben. Fehérjék savas hidrolízise során teljesen elbomlik.  Kémiai tulajdonságok Az aminosavak kémiai jellegét elsősorban a molekulákban levő bázikus jellegű –NH csoport, illetve a savas kémhatású –COOH gyök szabja meg Karboxilcsoport reakciói: Dekarboxileződésen azt az átalakulást értjük, amikor a karboxilcsoportból CO2-hasad le, s a megfelelő amin keletkezik. Észtereződés:abszolút etil-alkoholos közegben, sósavgáz bevezetése mellett. Az aminosav-észterek bázikus karakterűek.  Dekarboxilezés- biogén aminok Source: Biogenic Amines in Food: Analysis, Occurrence and Toxicity, ed.: Bahruddin Saad, Rosanna Tofalo, 2020, RSC; DOI https://doi.org/10.1039/9781788015813  Kémiai tulajdonságok Aminosavak közötti reakciók A peptidkötés (amidkötés) a polipeptidláncokat, s így a fehérjék elsődleges szerkezetét kialakító kötés, amely egy aminosav karboxilcsoportja és egy másik aminosav aminocsoportja között jön létre vízkilépés mellett. C-terminális N-terminális rész rész  Peptidek α- aminosavakból felépülő rövid polimerek Az aminosavak peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz, vízkilépés közben. Két aminosavból dipeptid, háromból tripeptid, … polipeptidlánc képződik. Peptidek vs. fehérjék: peptidek rövidek, míg a polipeptidek/fehérjék hosszúak → fehérjemolekulák: sok aminosavrészből felépülő polipeptidláncok (>50) Forrás: Wikipédia  Peptidek Az aminosavak nem szimmetrikus molekulák a belőlük létrejövő polipeptidláncnak irányultsága van: polipeptidláncban szereplő egységek: aminosav maradékok oldallánc, főlánc (peptidgerinc)  Peptidek polipeptid váza azonos, ismétlődő egységekből felépülő, homogén struktúra peptidek savas, ill. bázikus jellegét, oldhatóságát, kémiai reakciókban való viselkedését döntően a bennük lévő oldalláncok kémiai jellege határozza meg peptidgerincen lévő peptidkötések N-H és C=O csoportjai hidrogénhíd kötés kialakítására képes funkciós csoportok  Peptidek Dipeptid: aszpartám: L-aszparaginsav + L- fenilalanin Penicillin (peptid- antibiotikum): dipeptid: cisztein + valin Forrás: http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/652penicillin.html  Peptidek Állati és növényi sejtekben egyaránt elterjedten megtalálható a glutation, amely tripeptid: glutaminsav, cisztein és glicin építi fel.  Peptidek fontos peptid: inzulin hormon  Peptidek Pentapeptid: pl. enkefalin- opioid peptid, természetes fájdalomcsillapító http://semmelweisfigyelo.hu/hu/osszes_rovid_hir/hi r/3170_miert_nem_tudunk_ellenallni_a_csokola denak_ „A kutatók azt is kimutatták, hogy amikor a patkányok az édességet ették, az enkefalin, egy kábítószerhez hasonló természetes vegyület termelődése megnövekedett ezen az agyi területen. (…) Az enkefalin állhat a túlevés és függés bizonyos formáinak hátterében”  Peptidek Nonapeptid: pl. oxitocin, vazopresszin oxitocin vazopresszin  Fehérjék A fehérjék (proteinek) polipeptidláncokból épülnek fel. → görög „protos”: ,,elsőnek lenni''. Az állati és növényi sejtek legelőször felismert fontos építőelemei Központi szerep a sejtek működésében: enzimek, hormonok, immunrendszer alkotóelemei, szervezet felépítése (izmok, kötőszövet, haj, stb.) Óriásmolekulák, molekulatömeg több milliós is lehet Fehérje / polipeptid határ: M~ 5-6000  Fehérjék Fehérjék felépítése: aminosavak: 20 féle „proteinogén” (fehérjealkotó) aminosav → peptidek (sorrend: aminosav szekvencia) → peptidláncok → magasabbrendű szerkezetek: fehérjék- fehérjék egymással összekapcsolt aminosavak lineáris polimerjei A legtöbb fehérje kb. 50 – 2000 aminosav-maradékból áll. Csoportosítás kémiai összetétel alapján: Egyszerű fehérjék: csak aminosavakat tartalmaznak, pl. prolaminok, albuminok, globulinok, gluteninek Összetett fehérjék: aminosavakon kívül más alkotórészeket is tartalmazhatnak: pl. cukor-részek (glikoproteinek- pl. kollagén), lipidek (lipoproteinek- pl. LDL a vérben), foszforsav (foszfoproteinek- pl. tej kazein), fémek- pl. hemoglobin  Fehérjék Funkciójuk szerint: Katalitikus, pl.: enzimek- tripszin (bélben); RNS-polimeráz (RNS szintézis); Transzportfehérjék: feladatuk a szervek közti szállító feladatok ellátása. Pl.: hemoglobin, szérumalbumin; Védőfehérjék: lehetővé teszik, hogy a szervezet fertőzéssel vagy sérüléssel szemben védekezzen. Pl.: ellenanyagok; Toxinok, pl.: kígyómérgek, gombamérgek; Szabályozó fehérjék, pl. hormonok- inzulin, mellékvesekéreg- serkentő hormon (ACTH), növekedési hormon (GH); Struktúrfehérjék: a mozgáshoz szilárd vázat biztosítanak, és a külső védelmet szolgálják. Pl.: kollagén, elasztin, keratin; Motorfehérjék (kontraktilis fehérjék): a sejtszervecskék, vezikulumok sejten belüli mozgatása. Pl.: aktin, miozin, kinezin (izomműködés); Tartalékfehérjék: az embrionális fejlődés korai szakaszában tartalékként szolgálnak. Pl.: ovalbumin (tojás), kazein (tej).  Fehérjék szerkezete Négy szerkezeti szint: Elsődleges szerkezet: aminosavak sorrendje Másodlagos szerkezet: lokális hatások (hélix, lemez/redő, kanyarok) Harmadlagos szerkezet: több összekapcsolódó másodlagos szerkezeti rész által alkotott konfiguráció Negyedleges szerkezet: több harmadlagos szerkezeti elem nem- kovalens összekapcsolódásából  Elsődleges (primer) szerkezet Aminosavak sorrendje: fehérjelánc szintézisekor a legutoljára beépült aminosav karboxilcsoportjához kapcsolódik a következő aminosav aminocsoportja  Másodlagos (szekunder) szerkezet ▪ 1940-es évek eleje, Pauling és Corey: a polipeptidláncok kétfajta, periodikusan rendezett szerkezetet alakíthatnak ki. ▪ a peptidgerinc (főleg hidrogénhíd) kötések által stabilizált lokális (min. 4 aminosavra kiterjedő, C=O és 4 csoporttal arrébb eső NH maradék között) rendezettsége ▪ Általában nem terjed ki a teljes polipeptid láncra ▪ típusai: jobb- vagy balmenetes hélixek, redők, a hurkok és a kanyarok (leggyakoribb: α-hélix, β-redő)  Másodlagos (szekunder) szerkezet α-hélix: a polipeptid lánc az óramutató járásával megegyező irányban, csavarmenetszerűen rendeződik; 3,6 aminosav nagyságrendű fordulat, minden C=O felfelé, minden N-H lefelé néz, az R- csoportok kifelé (pl. haj) Fehérjékben főként jobbmenetes H-hidak a tengellyel szinte H-hidak párhuzamosan  Másodlagos (szekunder) szerkezet H-hidat képző atomok közötti a szekvenciában egymást követő atomok száma: 13, ezért az α- hélix egy másik egyezményes elnevezése: (3,613-hélix) ismert fehérje térszerkezetek alapján az α- hélixek átlagos hossza ~12 aminosavnyi (18 Å)  Másodlagos (szekunder) szerkezet β-redő (β-lemez): β-láncok (5-12 aminosav) hozzák létre, H-kötések stabilizálják főlánc teljesen nyújtott szerkezetű C=O, N-H kötések a síkban, az R-csoportok vagy felfelé, vagy lefelé kilógnak (pl. toll, selyem) Másodlagos (szekunder) szerkezet  Másodlagos (szekunder) szerkezet Gyakran ábrázoljuk Ribbon diagramon -hélix  Harmadlagos (tercier) szerkezet több összekapcsolódó másodlagos szerkezeti rész által alkotott konfiguráció, egy polipeptidlánc teljes térbeli konformációja vízoldható fehérjében a hidrofób aminosavak a molekula belsejében igyekeznek elhelyezkedni, míg a poláris aminosavak a molekula felszínén- globuláris fehérjék azokban a fehérjékben, amelyek vízben oldhatatlanok, de egyes szerves oldószerekben oldódnak, az figyelhető meg, hogy a hidrofób aminosavak nagyobb arányban helyezkednek el a molekula felületén Az aminosav sorrend, tehát az elsődleges szerkezet, egyértelműen meghatározza a térszerkezetet, tehát a harmadlagos szerkezetet! Christian Anfinsen → 1972: kémiai Nobel-díj! Harmadlagos (tercier) szerkezet- kötések https://tudasbazis.sulinet.hu/hu  Harmadlagos (tercier) szerkezet Fibrilláris: szálas, rostos szerkezet, vízoldhatatlan. Végig α-hélixbe vagy β- lemezbe rendeződött polipeptidláncok. Szerkezeti anyagok: pl. keratin, kollagén Globuláris: vízben jól oldódó, gombolyagszerű, α-hélix, β-lemez és szabálytalan szakaszok váltakoznak. Kolloid oldatban. Felszín: poláris, belül: apoláris oldalláncok. Térszerkezetük könnyen módosul (hő, pH…). Pl. savófehérjék, enzimek. Membrán: lipidmembránokhoz kapcsolódó, oldhatatlan. Sejtek közötti kommunikáció.  Harmadlagos (tercier) szerkezet- típusok Fibrilláris Globuláris Membrán https://breakingbiochem.wordpress.com/ Globuláris fehérje https://tudasbazis.sulinet.hu/hu  Negyedleges (kvartener) szerkezet több harmadlagos szerkezeti elem nem-kovalens összekapcsolódásából jön létre A hemoglobin negyedleges szerkezete Forrás: http://elte.prompt.hu  Fizikai tulajdonságok Oldhatóság nagy különbségek, okok: a hidrofil- és hidrofób csoportok eltérő száma és térbeli elrendeződése, a molekula nagysága, alakja és az oldószer minősége megkülönböztetünk: nem oldódó, csak duzzadó és oldódó fehérjéket. Oldódó fehérjék: kolloid tulajdonságú oldatokat képeznek. fehérjék csak poláris oldószerekben oldódnak, mint pl. a víz, ehhez az szükséges, hogy kellő számú poláris csoport legyen a fehérjemolekulán. diszulfidhidak az oldhatóságot csökkentik  Fizikai tulajdonságok Viszkozitás A viszkozitás a folyadéknak a folyással szemben kifejtett ellenállása. A fehérjerendszerek konzisztenciája, viszkozitása igen fontos funkcionális tulajdonság. több élelmiszer (például italok, levesek, krémek, mártások) esetében, s az egyes műveletek (például szivattyúzás, keverés, melegítés, hűtés, porlasztva szárítás) optimalizálásánál ismeretük elengedhetetlen  Fizikai tulajdonságok Emulgeálóképesség A fehérjék szerepe az emulzióképzésben kettős: segítik magát a folyamatot, tehát az emulzió kialakulását elsősorban a felületi feszültség csökkentésével, továbbá igen nagy jelentőségük van az emulzió stabilizálásban, azáltal, hogy a részecske felületén védőréteget képeznek, pl. tej, majonéz  Fizikai tulajdonságok Habképző tulajdonságok Élelmiszerhabok: gázbuborék-diszperziók folytonos folyadék vagy félszilárd hártyákba ágyazva. A hártyák rugalmasságát és mechanikai ellenálló képességét a bennük levő felületaktív anyagok, például fehérjék biztosítják. Fehérjék: poláris oldalláncaik a lamellán belül a vízzel kötődni tudnak, ezáltal megakadályozva a víz lefolyását. Legjobb habképző fehérjék: tojásfehérje, a hemoglobin globinrésze, a marhaszérum-albumin, a zselatin, a savófehérjék, a kazein, a búzafehérjék (elsősorban a gluteninek), a szójafehérjék és egyes fehérjehidrolizátumok ☺ Csokihab (350 g csoki + 270 g víz) https://www.youtube.com/watch?feature=player_d etailpage&v=3BaPWHlYl5Y  Fizikai tulajdonságok Gélesedés: a fehérjemolekulák összetömörülése rendezett, térhálós szerkezetet hoznak létre Gélképző fehérjék: kollagén → zselatin, kazein, szójafehérje, tojásfehérje  Disszociáció Amfoter jelleg, pH- tól függően többértékű kationok, anionok, ikerionok Izoelektromos pont: fehérje kicsapódása pl. kazein (PI ~ 4,6)  Fehérje denaturáció A fehérje natív szerkezetének másodlagos, harmadlagos vagy negyedleges szerkezetének reverzibilis vagy irreverzibilis változása a kovalens kötés (peptidkötés) felbomlása nélkül A denaturáció általában az oldatból történő kicsapódással – koaguláció, a kolloid állapot megszűnése – jár: szétcsavarodnak a fehérjeláncok és véletlenszerűen gabalyodnak össze. Diszulfidhíd felbomlása előfordulhat. Denaturálódást okoz minden olyan ráhatás, amely a hidrogénhíd, ionkötés vagy hidrofób kötések felbomlását idézi elő (pH, vegyszerek, UV fény, hő, stb.).  Fehérje denaturáció A denaturáció végére a polipeptidszerkezet teljesen kinyúlik, fehérjén belüli és fehérje-oldószer kapcsolódások játszódhatnak le benne (random coil). Azok a fehérjék, amelyek natív állapotukban is kinyúlt formában léteznek, nagy ellenállást tanúsítanak minden denaturáló behatással, vegyszerrel, hőmérsékletemelkedéssel szemben.  Fehérje denaturáció Denaturációt kiváltó hatások: Fizikai: – Hőhatás – Lehűtés – Mechanikai hatás – Hidrosztatikus nyomás hatás – Besugárzás – Felületi hatás Kémiai: – Savak – Fémek – Szerves oldószerek  Fehérje denaturáció Ceviche: https://www.youtube.com/watch?v=u7hsQuG2ldE Ricotta: https://www.youtube.com/watch?v=D391RWMy7n w (kb. 5.15-től) Mascarpone: https://www.youtube.com/watch?v=w0IHXs0V7jg Mozzarella: https://www.youtube.com/watch?v=J7lL82jLflc Fehérjék emésztésének kémiája Forrás: www.talktalk.co.uk