Aminokiseline

•Nastaju hidrolizom proteina (hemijska ili enzimska)

Aminokiseline su sastavljene od ugljenika, kiseonika,

vodonika i azota

Supstituisane

kiseline H zamenjen

amino grupom

Istorijat

• 1806: francuski hemičar Louis-Nikolas Vauquelin otkrio

prvu aminokiselinu u asparagusu (asparagin)

• 1812: William Hyde Wollaston je iz mokraćnog kamena

izolovao i identifikovao aminokiselinu cistin.

• 1819: prva aminokiselina izolovana iz hidrolizata

proteina u kristalnom stanju (glicin)

Aminokiseline

• Iz prirodnih proizvoda izolovano preko 700 različitih

aminokiselina

• Koncentracija slobodnih aminokiselina u ćelijama i telesnim tečnostima je mala

• Najveći deo vezan je u velikim molekulima-peptidi i proteini

• U izgradnji polipeptida i proteina učestvuje samo 20 aminokiselina

– standardne aminokiseline

Aminokiseline

Figure 6.2b

R ostatak:

-alifatičan

-aromatičan

-heterocikličan

Može da sadrži različite grupe:

-hidroksilnu

-amino

-merkapto

-sulfidnu

Podela aminokiselina

• Prema broju COOH i NH2 grupa

• monoamino monokarboksilne

• monoamino dikarboksilne

• diamino monokarboksilne

• Veličini i strukturi

• Polarnosti

• Svojstvima funkcionalnih grupa u bočnom lancu (polarnost, veličina, disocijacija, reaktivnost)

• Biosintezi (esencijalne, neesencijalne)

• Bočni niz ima bitan uticaj na ponašanje i strukturu slobodnih aminokiselina, kao i na svojstva peptida i proteina u čiji sastav ulaze

Podela aminokiselina

Prema položaju NH2 grupe u odnosu na COOH grupu

,,-aminokiseline

Aminokiseline sa nepolarnim bočnim nizom

glicin alanin valin

leucin izoleucin

Aminokiseline sa nepolarnim bočnim nizom

metionin prolin

fenilalanin triptofan

Aminokiseline: polarni nejonizovani bočni niz

serin treonin cistein

tirozin asparagin glutamin

Aminokiseline sa kiselim bočnim nizom

asparaginska glutaminska

kiselina kiselina

dve karboksilne grupe

Aminokiseline sa baznim bočnim nizom

lizin arginin

histidin

Podela aminokiselina

Prema mogućnosti sinteze u organizmu aminokiseline se

dele na:

1. Esencijalne - u organizmu se ne sintetišu i moraju se

uneti hranom

2. Poluesencijalne -neophodne su u dečijem uzrastu

3. Neesencijalne – sintetišu se u organizmu

Podela aminokiselina

Esencijalne Poluesencijalne Neesencijalne

Metionin Arginin Alanin

Valin Histidin Asparagin

Fenilalanin Asparaginska

kiselina

Treonin Cistein

Triptofan Glutamin

Izoleucin Glutaminska

kiselina

Leucin Glicin

Lizin Prolin

Serin

Tirozin

Aminokiseline

Hidrofilne Hidrofobne

L i D konfiguracija aminokiselina

• L i D konfiguracija

• Sve -aminokiseline izolovane iz proteina imaju

L konfiguraciju

S i R konfiguracija aminokiselina

• R -od rectus (latin. desno)

• S -od sinister (latin. levo)

B

E

DA

B

E

AD

R-konfiguracija

S-konfiguracija

A > B > D > E

NH2COOHRH

Svojstva aminokiselina

• Jedinjenja male molekulske mase (75-240 g/mol)

• Visoka tačka topljenja (iznad 200 °C)

• Rastvorljivost u vodi različita; zavisi od izoelektrične tačke

• Optički aktivne (+) i (-) zbog hiralnog C atoma

• Većina aminokiselina je slatkog ukusa

– leucin je bez ukusa

– arginin i izoleucin su gorki

– glutaminska kiselina i njene soli su prijatnog ukusa i koriste

se kao pojačivači aroma

Aminokiseline u vodenom rastvoru

• Sadrže NH2 i COOH grupu

• U vodi prisutne kao: konjugovana kiselina (NH3+) i

konjugovana baza (COO-)

• zwitter jon (amfoterna jedinjenja)

Aminokiseline u vodenom rastvoru

Izoelektrična tačka (pI)

•pI je pH vrednost na kojoj je koncentracija protonovane

amino grupe jednaka koncentraciji karboksilatnog anjona

Izoelektrična tačka (pI)

Reakcije aminokiselina

1. Sa kiselinama i bazama grade soli

2. Acilovanje-reakcija NH2 grupe

3. Esterifikacija-reakcija COOH grupe

4. Formiranje peptidne veze

1. Ninhidrinska reakcija- dokazivanje prisustva aminokiselina

1. Gradi se kompleks

1. Plava boja-primarna NH2 grupa

2. Žuta boja-sekundarna NH2 grupa

Peptidna veza

COOH grupa i NH2 grupa reaguju

Nastaje amidna veza

Kondenzacija-izdvaja se mali molekul (voda)

Hidroliza peptidne veze

Hidroliza-raskidanje veze

OH i H iz vode se vezuju

Peptidi i proteini

• Razlika prema broju aminokiselina u lancu

• Peptidi: do 50 aminokiselina

Dipeptidi: 2 aminokiseline

Tripeptidi: 3 aminokiseline

Polipeptidi: više od 10 aminokiselina

• Proteini: više od 50 aminokiselina

Obično: 100 do 10 000 aminokiselina

MM preko 10 000 g/mol

Peptidi

• Amidi dobijeni reakcijom NH2 grupe iz jedne kiseline i

COOH grupe iz druge aminokiseline

• Amidna veza, -NHCO-, se u ovom slučaju zove peptidna

veza

Dipeptid

Pisanje po konvenciji:

-sa leve strane NH2

-sa desne strane COOH

Proteini

• Proteini –nastaju povezivanjem ostataka aminokiselina

peptidnom vezom

• Ime potiče od grčke reči proteos (prvi, primarni, najvažniji)

• Često se upotrebljava i izraz belančevine

• Imaju dve važne, a različite uloge:

– predstavljaju strukturni (gradivni) materijal

– nosioci osnovnih životnih funkcija u ćeliji (katalizatori

brojnih biohemijskih procesa u ćeliji)

Hidrofilne grupe

proteina

Hidrofobne grupe

proteina

Karboksilna (-COOH) Metil (-CH3)

Karbonilna (C=O) Metilenska (-CH2-)

Hidroksilna (-OH) Etil (-C2H5)

Aldehidna (-CHO) Propil (-C3H8)

Amino (-NH2) Fenil (-C6H5)

Imino (NH) Izopropenska (-C5H8)

Amidna (-CONH2)

Sulfhidrilna (-SH)

Vodonične veze u proteinima

• H-veze:

1) Atomi u peptidnoj vezi

2) Peptidna veza i atomi iz R ostatka

3) Atomi iz R ostatka

•Konfiguracija i stabilnost proteina izgrađenog iz više peptidnih

lanaca uslovljena je i sekundarnim (bočnim) vezama

•vodonična, disulfidna, jonska, hidrofobna itd.

Struktura proteina

• Sastav i konformacija proteina određuje njihovu biološku funkciju.

• Svojstva proteina zavise od redosleda aminokiselina u polipeptidnin nizovima i od njihovog prostornog rasporeda.

• U nekim slučajevima specifična aktivnost proteina zavisi samo od redosleda u nekim delovima niza koji se može javiti i na više mesta u molekulu

(tzv. reaktivni ili aktivni centri).

Struktura proteina

• 4 nivoa strukture

• Primarna struktura

– Aminokiseline

• Sekundarna struktura

– H veze u peptidnom lancu

• -heliks i -ravni

• Tercijarna struktura

– Nekovalentne interakcije između R grupa u proteinu

• Kvaternerna struktura

– Interakcije između dva ili više polipeptidnih lanaca

Četiri nivoa strukture proteina

Primarna struktura proteina

• Vrsta i redosled (sekvenca) aminokiselina

• Položaj SS veza

• Udeo pojedinih aminokiselina u polipeptidnom lancu

• Peptid 1: H2N-Leu-Gly-Thr-Val-Arg-Asp-His-COOH

• Peptid 2: H2N-Val-His-Asp-Leu-Gly-Arg-Thr-COOH

• Razlikuju se u primarnoj strukturi: – oba imaju isti broj i iste vrste aminokiselina

– razlika je u njihovom redosledu!

• Primarna struktura je stabilizovana peptidnim vezama

Primarna struktura proteina

• Sekvenca aminokiselina je genetski predodređena.

• Proteini koji imaju slične sekvence nazivaju se

homologi proteini (često imaju i sličnu funkciju).

• Poređenje sekvenci među homologim proteinima

može da otkrije genetsku vezu između vrsta.

Sekundarna struktura proteina

• Način uvijanja (nabiranja) polipeptidnog lanca u prostoru.

• Uslovljen je sekvencom aminokiselinskih ostataka, kao i „silama” koje povezuju različite odsečke polipeptidnog lanca.

• Uvrtanje amidnih ravni oko veze koja spaja -C atome proteinskih lanaca.

•U aminokiselinskom ostatku u polipeptidnom nizu su moguće rotacije oko dve veze:

•-ugao oko -C i amidni azot (C-N) •-ugao oko -C i karbonilni ugljenik (C-C’)

Sekundarna struktura proteina

• Dva tipa struktura

• Delovi proteina koji se ne umotavaju ni u jedan oblik-nasumično klupko

• Najrasprostranjeniji oblik je -heliks – energijom

najsiromašnija i najstabilnija konformacija proteina.

-heliks (-zavojnica)

-ravan

-helix • Najpoznatiji oblik sekundarne

strukture proteina

• Identifikovao Linus Pauling 1951 g.

• To je struktura samo jednog polipeptidnog lanca u prostoru

• Povezivanje je preko H-veza

• imino grupa (-NH-) jedne peptidne veze je povezana za karbonilnu grupu (C=O) neke susedne peptidne veze.

• Stabilna struktura

struktura

• Obrazuje se kada se dva ili više polipeptidnih lanaca

ili segmenata jednog istog lanca povežu uzduž jedan

sa drugim vodoničnim vezama.

• Vodonične veze su normalne u odnosu na kičmu

polipeptidnog lanca.

• Polipeptidni lanac u -nizu je skoro sasvim razvučen

(cik-cak konformacija)

struktura

ravni

•Antiparalelna • susedni, vodonično vezani, polipeptidni nizovi su suprostavljenih smerova

•Paralelna •susedni, vodonično vezani, polipeptidni nizovi su istog smera

Tercijarna struktura

• Način rasporeda sekundarnih struktura i položaj bočnih

ostataka aminokiselina u molekulu proteina

• Stabilizovana je H-vezama, jonskim, kovalentnim, hidrofobnim

• Kod proteina koji se sastoje iz samo jedne globule (jednog polipeptidnog lanca) to je najviši oblik strukture u prostoru.

• Nastaje trodimenzionalna struktura nativnog proteina ili

proteinske subjedinice

• Stvaraju se globule ili fibrile

Fibrilarni i globularni proteini

•Globularni

loptasti ili

elipsoidni

•Fibrilarni

jednostruki,

dvostruki ili

višestruki

Kvaternerna struktura proteina

• Finalni oblik strukture proteina

• Interakcija različitih polipeptidnih lanaca

Denaturacija proteina-gubi se aktivnost

Faktori koji utiču na

denaturaciju

– temperatura

– pH (kiseline, baze, soli)

– mehaničko delovanje

Primarna struktura se ne

menja denaturacijom

Podela proteina

• Prema složenosti dele se u dve grupe

1. Prosti (nekonjugovani ) proteini

– daju hidrolizom samo aminokiseline

– dele se na globularne i fibrilarne proteine

2. Složeni (konjugovani) proteini (proteidi)

– proteinski i neproteinski deo (prostetična grupa)

– obično vezana za proteinski deo molekula

– ugljeni hidrat, lipid, nukleinska kiselina, metal, pigment, fosfatni ostatak i dr

Globularni proteini

Imaju strukturu globule

Albumini- u krvnoj plazmi

Globulini-u plazmi; zaštita organa

Enzimi i drugi brojni biološki aktivni proteini

Hidrofobne grupe su orijentisane unutar globule, a

polarne su na površini molekula

Rastvorljivi u vodi

Fibrilarni proteini

Imaju vlaknastu strukturu

• Keratin-u kosi, noktima, dlakama, perju, rogovima, papcima

• Miozin-učestvuje u kontrakciji mišića

• Fibrinogen-učestvuje u zgrušavanju krvi

• Kolagen-u gradivnom i vezivnom tkivu

Imaju gradivnu i zaštitnu ulogu

Nerastvorni su

Ne mogu se dobiti u kristalnom stanju što znatno otežava njihovo izolovanje i ispitivanje

Složeni proteini

Naziv proteina Konstituenti proteina

Metaloproteini metal + protein

Lipoproteini lipid + protein, (holesterol, HDL, LDL)

Glikoproteini šećer + protein

Nukleoprotein nukleinska kiseline + protein

Fosfoproteini fosfor + protein

Hromoproteini Hromoforna grupa + protein (hemoglobin)

Proteini u kozmetičkim preparatima

• Kolagen

• Elastin

• Keratin

• Kazein

• Biljni i mikrobni proteini

Kolagen

• Dugo se koristi kao aktivna supstanca u kozmetici

• Sastoji se od tri velika peptidna lanca

• Svaki lanac se sastoji od 1050 aminokiselina

(uređenih u spiralu, -heliks)

• Veoma bogat prolinom; sadrži i dve retke amino kiseline:

hidroksiprolin i hidroksilizin

• Najzastupljeniji protein kože

– čini 82% njene suve materije

• U koži se nalazi u dva oblika:

– mreža čvrstih vlakana

– rastvorljivi (dispergovan) kolagen

• Ima ulogu potpornog materijala u vezivnom tkivu dermisa

• Kolagenska vlakna imaju zaštitnu ulogu: sprečavaju rupture prilikom mehaničkih udara

• Vezuju velike količine vode koži daju tonus i svežinu

Uloga kolagena

• Aktivatori sinteze kolagena su:

– Vitamin C

– Estrogeni hormoni

– Joni nekih metala

• Inhibitori: glukokortikoidi (luče se u stresnim situacijama)

• Razgradnja

– enzim kolagenaza

– UV zraci-umrežavanje i starenje

Biosinteza kolagena

Derivati kolagena (hidrolizati)

• Nisu bioaktivni (izmenjena struktura)

• U kozmetičkim preparatima se koriste kao zaštitni koloidi

• Posebno zastupljeni u preparatima za kosu (kondicioneri)

• Talože se na površini dlake i popravljaju njenu strukturu

Ihtiokolagen

• Prirodni, nativni kolagen, ekstrahovan iz kože riba

• Sadrži 17 amino kiselina

• Koncentracija svake amino kiseline je za 60% viša nego u goveđem/svinjskom kolagenu

• Ne izaziva alergijske reakcije

Elastin

• Pored kolagena najvažniji protein vezivnog tkiva

• Elastičnost vezivnog tkiva zavisi od njegovog prisustva

• U kozmetičkim proizvodima se primenjuju hidrolizati

elastina (nativni elastin je nerastvoran)

Keratin • Protein pogodan za kondicioniranje kose i noktiju

• Koriste se potpuni ili delimični hidrolizati

Kazein

• Fosfoprotein

• U kozmetici se koristi u obliku praha

Proteini svile

• Najčešće se koristi sericin (prirodni glikoprotein)

• Sirovina za proizvodnju: svila iz svilene bube

• Vezuje se za keratin kože i kose

(obrazuje film-izuzetno hidratiše)

Proteini belanceta

• Za hidrataciju i regeneraciju kose

• Popravlja oštećenu strukturu dlake

• Koristi se u šamponima i kondicionerima

• Lako se disperguje u vodi ili alkoholu

Proteini biljnog porekla

• Koriste se kao ovlaživači i kondicioneri za kožu i kosu

• Najčešće:

– Proteini soje, kukuruza, badema i pšenice

• Sastav aminokiselina bitno različit od animalnih proteina

• Proteini mikroorganizama

Želatin

•Dobija se parcijalnom hidrolizom kolagena

•Dva tipa: tip A i tip B

27 vrsta kolagena:

koža

Kosti

Tetive

Hrskavica

Želatin

• Molarna masa: 15000 do 250 000

tip A: pH 8-9

tip B: pH 4,8-5,5

Formiranje gela

t

t

Bloom • Sol-gel stanje

• Analitička mera jačine gela jeste

vrednost Bloom-a. • Bloom

– masa (g) klipa koji pritiska površinu termostatiranog gela do određene dubine pod standardnim uslovima

• Prema vrednosti Bloom-a želatin se deli na: – želatin visokog (200-300) – srednjeg (100-200) i – niskog (50-100) Bloom-a