Aminosavak, peptidek, fehérjék. Szerkezet, előállítás, kémiai tulajdonság

Átírás

1 Aminosavak, peptidek, fehérjék Szerkezet, előállítás, kémiai tulajdonság

2 Aminosavak Aminosavaknak nevezzük azokat a karbonsavakat, amelyekben a szénlánc egy vagy több hidrogénjét amino (NH 2 ) csoportra cseréljük. Csoportosításuk történhet a szénhidrogénrész jellege, az amino és karboxilcsoportok száma és egymáshoz viszonyított helyzete alapján. Az aminosavak elnevezése történhet szubsztitúciós nomenklatúrával, azonban a természetes aminosavakat triviális névvel szokás elnevezni: Jóllehet, a számtalan aminosav ismert, és bármilyen szerkezetű aminosav előállítása megoldható, a fenti csoportból az a-aminosavak kiemelkedő fontossággal bírnak, mivel az élőszervezetekben található fehérjék és peptidek a- aminosavakból épülnek fel. Eddig minegy a-aminosavat izoláltak fehérjék hidrolízisével. Csoportosításuk történhet az amino és karboxilcsoportok száma szerint. 2

3 Aminosavak csoportosítása az oldallánc jellege alapján: apoláris oldalláncot tartalmaznak: alanin; valin; leucin; izoleucin; propiln; metionon; fenilalanin; triptofán poláros oldalláncot tartalmaznak: glicin; szerin; treonin; cisztein; tirozin; aszparagin; glutamin savas oldalláncot tartalmaznak: aszparaginsav; glutaminsav bázikus oldalláncot tartalmaznak: lizin; arginin; hisztidin Aminosavak csoportosítása az amino és karboxilcsoportok száma szerint: monoamino-monokarbonsavak monoamino-dikarbonsavak diamino-monokarbonsav Esszenciális aminosav: nem képes az emberi vagy állati szervezet szintetizálni, csak a táplálékkal juttatható be megfelelő mennyiség a szervezetbe. Az emberi szervezet számára 9 esszenciális aminosav van: metionin, treonin, lizin, leucin, izoleucin, valin, fenilalanin, triptofán, hisztidin.

4 Természetes aminosavak I. Név Rövidíttett jelzés Szerkezet Név Rövidíttett jelzés Szerkezet 1. Monoamino-monokarbonsavak 1. Monoamino-monokarbonsavak Glicin (glikokoll) Gly Metionin Met Alanin Ala Fenilalanin Phe Valin Val Leucin Leu Tirozin Tyr Izoleucin Ile Triptofán Trp Szerin Ser Treonin Thr Prolin Pro Cisztein Cys Hidroxi-prolin Hyp Cisztin (Cys) 2

5 Természetes aminosavak II. Név Rövidíttett jelzés Szerkezet 2. Monoamino-dikarbonsavak Aszparaginsav Asp Glutaminsav Glu 3. Két bázisos csoportot tartalmazó monokarbonsavak Lizin Lys Arginin Arg Hisztidin His

6 a-aminosavak fizikai tulajdonságai Az a-aminosavak kristályos, magas olvadáspontú vegyületek. Olvadáspontjuk sokkal magasabb, mint azoké a karbonsavaké vagy aminoké, melyekből helyettesítéssel levezethetők. Olvadáspontjuk fölött elbomlanak, gázhalmazállapotban nem létképesek. Oldékonyságuk is a sókra emlékeztet. Szerves oldószerekben, például alkoholban a prolin és a hidroxiprolin kivételével gyakorlatilag oldhatatlanok, míg vízben valamennyi jól oldódik. a-aminosavak térszerkezete: Az aminosavak királis vegyületek, és a természetben enantiomer tiszta formában fordulnak elő. A fehérjék felépítésében csak az L konfigurációjú aminosavak vesznek részt. A két kiralitáscentrumot tartalmazó vegyületek esetében (treonin és izoleucin) négy lehetséges szteroizomer létezik, azonban itt is csak az L konfigurációjú vegyület vesz részt a fehérjék felépítésében. 6

7 a-aminosavak sav-bázis sajátságai: Oldatban, az oldat ph-jától függően kationként, anionként vagy ún. ikerionos alakban vannak jelen. Minthogy e vegyületek egyidejűleg bázikusak és savasak, a savas csoport ( COOH) átadja a protonját a bázisosnak ( NH 2 ), és így keletkezik az ikerionos forma. Az aminosavak ún. amfoter tulajdonságú vegyületek; savakkal szemben gyenge bázisként, bázisokkal szemben gyenge savként viselkednek. aminosavforma ikerionos forma Vizes oldatban a következő sav-bázis egyensúlyi rendszer jelenlétével kell számolnunk:

8 Elektroforézis vázlata Elektroforézis: Folyadékban diszpergált, elektromos töltéssel bíró részecskék elmozdulása külső elektromos erőtér hatására.

9 Vizes oldatban, egy meghatározott ph értéken, az illető aminosav izoelektromos pontján (pi), egyenlő mértékben ionizált az aminosav mindkét csoportja: kifelé semleges, elektromos erőtérben ionmigrációt nem mutat. A legtöbb aminosav izoelektromos pontja közelítőleg semleges ph-nál van. A savas oldalláncú aminosavak izoelektromos pontja savas ph-nál van, a bázikus oldalláncúaké pedig bázikus ph-nál. Izoelektromos pont (pi): az a ph érték, ahol az adott aminosav csak ikerionos formában van jelen. Ekkor elektromos térben (elektroforézis során) nem történik elmozdulás. Az aminosavak anyagi jellemzője.

10 Halogénezett savak aminálásával α-aminosavak előállítása Az a-halogénezett savak ammónium-hidroxiddal aminosavakká alakíthatók át. A keletkező aminosav aminocsoportja az ikerionos szerkezet miatt kevésbé bázisos, mint más aminokban, így a további alkilezési reakció lassú. Tisztább terméket kapunk a-bróm-karbonsavészterből kiindulva, ahol a nitrogénatomot az erősen nukleofil ftálimid-kálium szolgáltatja. Ez tulajdonképpen a Gabriel szintézis:

11 Aminosavak előállítása malonészter szintézissel

12 Aldehidekből Strecker Zelinszkij-féle szintézissel Aldehidek ammóniumaddícióját kísérő eliminációjában a keletkező aldimin cseppfolyós hidrogén-cianiddal α-aminonitrillé alakítható, melyből hidrolízissel aminosav nyerhető. A veszélyes hidrogén-cianid alkalmazása ammónium-klorid/nátrium-cianid együttes használatával elkerülhető.

13 Hippursavból Erlenmeyer-féle azlakton-szintézissel Reduktív aminálással

14 a-aminosavak rezolválása I. Az előzőekben ismertetett eljárások az aminosavak racemátjait eredményezik. Az enantiomerek szétválasztását (rezolválását) enzimekkel, mint biokatalizátorokkal, vagy diasztereomer sóképzéssel valósítják meg. Aminosavak N-acetilszármazékainak racemátjai aciláz enzim jelenlétében úgy hidrolizálnak, hogy csak az (S)-konfigurációjú enantiomer szenved hidrolízist, mely az (R)-N-acetilaminosavtól könnyen elválasztható. Az aciláz enzim sertésveséből nyerhető.

15 a-aminosavak rezolválása II. További lehetőség a szétválasztásra a diasztereomer sóképzés, amely során először az aminosav amfoter jellegét, például N-benzoilezéssel megszüntetik. Az így nyert N-benzoilszármazékból molekvivalens mennyiségben vett optikailag tiszta bázissal [pl. (-)-brucin vagy (-)-sztrichnin] sót képeznek. Az diasztereomer sók 1:1 arányú keveréke frakcionált kristályosítással szétválasztható. A diasztereoegységes sókból a megfelelő konfigurációjú N-benzoilaminosav savas kezeléssel szabadítható fel, és végül a benzoilcsoport hidrolízissel hasítható le.

16 Aminosavak rezolválására használható bázisok

17 Enantioszelektív szintézis Enantiomertiszta aminosavak közvetlenül enantioszelektív szintézissel állíthatók elő. William Knowles nevéhez fűződik az a felfedezés, hogy az a-aminosavak enantioszelektíven állíthatók elő, az enamido savak királis hidrogénező katalizátor jelenlétében végrehajtott hidrogénezésével. (S)-Fenilalanint 98.7% ee tisztasággal állítottak elő királis ródium katalizátor alkalmazásával. A felfedezésért Knowles 2001-ben megosztott kémiai Nobel Díjat kapott. William Standish Knowles

18 Aminosavak bioszintézise

19 Aminosav bioszintézis reduktív aminálással Reduktív aminálás: Aminok előállítási módszere, melynek során egy karbonilvegyület és egy amin nukleofil addícióját követő víz eliminációval keletkező imint redukálunk. Az α-aminosavak bioszintézise során hasonló átalakulás játszódik le.

20 Transzaminálás glutamát transzaminázzal Transzaminálás: Egy oxosav és egy aminosav között lejátszódó reakció, melynek során az amino és az oxo funkciós csoportok kicserélődnek. Az α-aminosavak bioszintézise során transzamináz enzimek katalizálják ezt a folyamatot.

21 + +

22 Amino csoport alkilezése és acilezése Aminosavak kémiai tulajdonságai Észteresítés Reakció salétromossavval Reakció N-nukleofilekkel Oxidáció

23 Ninhidrin teszt Aminosavak, peptidek kimutatása kémcsőreakciókkal A reakció az a-aminosavak kimutatásának specifikus reakciója, b-, vagy g-aminosavak nem adják. A reakcióban az a- aminosavaknak csak az aminocsoportja vesz részt, aciklusos származékok nem, vagy eltérő színnel reagálnak. Only ammonia and primary amines can react. There must be an alpha proton for Schiff base transfer (second step), so an amine adjacent to a tertiary carbon cannot be detected by the ninhydrin test. The reaction of ninhydrin with secondary amines gives an iminium salt, which is also coloured, and this is generally yellow orange in color.

24 Xantoprotein - próba Biuret - próba Az aromás aminosavakat tartalmazó fehérjék (fenilalanin, tirozin, triptofán) jellemző reakciója. Az aromás aminosavakat tartalmazó fehérjék tömény salétromsavval történő hevítés hatására kicsapódnak és megsárgulnak. A sárga elszíneződést az aromás gyűrűk nitrálódása okozza. A tojásfehérje és a tej is adja a xantoprotein-reakciót. A biuret-próba peptidkötések jelenlétének kimutatására szolgáló kémiai reakció. A pozitív próbát intenzív ibolya szín megjelenése jelzi, ami fehérjék jelenlétére utal. A színképződés alapja, hogy a biuret-reakció során a réz(ii) ion lúgos oldatban komplexet képez a peptidkötés nitrogénatomján keresztül a fehérjemolekulával. (Azok a peptidek adják, amelyek legalább két peptidkötést tartalmaznak.)

25 Peptidek és fehérjék A különféle típusú aminosavak közül legjelentősebbek az α-aminosavak, mert ezekből épülnek fel az élő sejt anyagállományának nélkülözhetetlen alkotórészei, a fehérjék. Sokféle fehérjét ismerünk, így a fehérje elnevezés gyűjtőfogalom, hasonlóan a szénhidrogénekhez. Ezek teljes hidrolízisénél α-aminosavak, részleges hidrolízisénél pedig peptidek keletkeznek. A peptidek két vagy több α-aminosavból (továbbiakban aminosavból) az ún. peptidkötéssel felépülő molekulák. A peptidkötés olyan savamidkötés, amely az egyik aminosav karboxilcsoportja és a másik aminosav α-aminocsoportja között alakul ki. Minden egyes savamidkötés létrejötte egy molekula víz lehasadásával jár, vagyis a peptidek és a fehérjék az aminosavak polikondenzációs termékei.

26 Amidkötés jellemzői Az amidcsoportban a karbonilszénatom és a nitrogénatom között a konjugáció miatt részleges kettős kötés van, ezért a molekularész a C N kötés körül nem forog el könnyen, azaz a sík alkatú amidcsoport meglehetősen merev. A nitrogén nemkötő elektronpárja és a karbonil csoport között kialakuló delokalizáció további következménye, hogy az amidkötésben lévő nitrogén nem bázikus. -kötés nemkötõ pár (p z ) O C N C a sp 2 C a sp 2 H

27 Peptidek, fehérjék nevezéktana Az aminosavakból levezethető acilcsoport nevét a triviális név in végződésének il-re való cseréjével kapjuk. A fehérjék és a peptidek peptidláncának egyik végén aminocsoport, a másikon karboxilcsoport van. Az előbbit N-,a másikat C-terminális láncvégnek nevezzük. A peptidlánc szokásos felírása szerint az N-terminális láncvég bal oldalon van és jobbra folytatódik a lánc. A fehérjék, peptidek szisztematikus neve az N-terminális láncvégtől indulva az aminosavrészek összefűzését jelenti. A névben használjuk az aminosavak rövidítéseit. Gyakran meg is számozzuk az aminosavrészeket. A számozás az N-terminálison kezdődik. A természetben előforduló peptideknek és fehérjéknek is triviális nevük van. Ilyen például az agyban található morfinszerű fájdalomcsillapító hatású pentapeptid, az enkefalin (H Tyr Gly Gly Phe Met OH) vagy a kötőszövet a kollagén, az inak, porcok és csontok fehérjéje [ (Gly Pro X) n, az X különböző aminosavat jelent].

28 Alapvető fontosságú (esszenciális) aminosavaknak nevezzük azokat az aminosavakat, amelyeket az emberi vagy állati szervezet nem, vagy csak elégtelen mennyiségben képes előállítani. Az emberi szervezet számára 9 aminosav esszenciális (ábécé-sorrendben): fenil-alanin, hisztidin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, treonin, triptofán, valin. A cisztein, a tirozin, arginin bár nem esszenciális aminosavak, előfordulhat, hogy bevitele nélkülözhetetlen pl. újszülötteknél, gyerekeknél, időseknél és terhes anyáknál.

29 A fehérjék kémiai szempontból két csoportba sorolhatók. Az egyszerű fehérjék a proteinek (csak aminosavrészekből állnak), az összetett fehérjék a proteidek (az aminosavrészeken kívül még más alkotórészt is tartalmaznak). Az egyszerű fehérjék több száz aminosavrészt tartalmaznak. Általában, ha az aminosavrészek száma kevesebb mint 100, akkor nem fehérjékről, hanem polipeptidekről vagy peptidekről beszélünk. A peptideket az aminosavrészek száma szerint csoportosítva megkülönböztetünk di-, tri-, tetra- stb. peptideket. A fehérjék és peptidek teljes hidrolízisével mintegy 20-féle aminosav nyerhető, közöttük monoamino-monokarbonsavak, monoamino-dikarbonsavak, továbbá második bázisos (amino- vagy guanidino-) vagy egyéb (hidroxil-, szulfhidril-) csoportot is tartalmazó aminokarbonsavak, valamint izo- vagy heterociklusos szerkezetű részeket is magukban foglaló aminokarbonsavak. Különleges szerkezetű hidrolízistermékek a prolin és a hidroxiprolin, melyek α-helyzetben gyűrűbe zárt, bázisos jellegű iminocsoportot tartalmaznak.

30 A sejtek minden életjelenségét fehérjék hozzák létre. Fehérjék csoportosítása összetétel alapján: egyszerű fehérjék (proteinek): hidrolízisükkel csak aminosavak keletkeznek összetett fehérjék (proteidek): hidrolízisükkel aminosavak mellett egyéb anyagok (szénhidrátok, nukleotidok, stb.) is keletkeznek. Fehérjék csoportosítása funkciójuk alapján: enzimek : biológiai, kémiai folyamatot katalizálnak a szervezetben (pl: tripszin hidroláz enzim) transzport fehérjék (szállító fehérjék): kis molekulák szállítását végzik (pl: hemoglobin) kontraktilis fehérjék (összehúz(ód)ó fehérjék): mozgásban vesznek részt (pl: miozin) vázfehérjék: kollagén (inak, porcok) tartalékfehérjék: ovalbumin (tojás) védő fehérjék: ellenanyagok hormonok: inzulin (glükózanyagcsere)

31 Peptidek és fehérjék szerkezete Az elsődleges vagy primer szerkezet: a fehérje aminosavszekvenciája (a kovalens kötésekkel összekapcsolt aminosavak sorrendje az N-terminálistól a C-terminális felé haladva), azaz az aminosav összetétele, és azok kapcsolódási sorrendje. A másodlagos vagy szekunder szerkezet: a peptidgerinc hidrogénkötések által stabilizált lokális (legalább négy aminosavra kiterjedő) rendezettségét értjük. A harmadlagos vagy tercier szerkezet: egy polipeptidlánc teljes térbeli konformációja. Ezt a konformációt mindenekelőtt a hidrofób kölcsönhatások stabilizálják. Egy peptidlánc tartalmazhat egyetlen vagy többféle másodlagos szerkezeti elemet, melyek rendezetlen szakaszokkal váltakoznak, de ismertek olyan fehérjék is, melyekből teljesen hiányoznak a rendezett szerkezetek, ezeket natívan rendezetlen fehérjéknek nevezzük. A folyamatot, mely során a fehérjemolekulák elnyerik ezen natív szerkezetük, vagyis amelyben betöltik biológiai funkciójukat, a fehérjék feltekeredésének nevezzük. A negyedleges vagy kvaterner szerkezet: Megfigyelték azt, hogy az nél nagyobb molekulasúlyú globuláris fehérjék, egyes esetekben reverzibilisen, két vagy több polipeptid láncra, protomerre választhatók szét. A protomereket, amelyek lehetnek azonos összetételűek vagy eltérő szerkezetűek, ugyanazon kötéstípusok tartják össze, mint amelyek a harmadlagos szerkezet kialakításában szerepet játszanak.

32 Aminosavszekvencia A fehérje vagy polipeptid lánczáró részei balról jobbra haladva az N- és C-terminális aminosavegységek (terminus latin szó, határt, valaminek a végét jelenti). Az aminosavak sorrendjét az N-terminálistól a C-terminális felé haladva aminosavszekvenciának nevezzük.

33 Aminosavszekvencia (elsődleges szerkezet) meghatározása Az N-terminális aminosavat a Sanger-féle módszerrel vagy az Edman-lebontással határozhatjuk meg. A Sanger-féle módszernél a fehérjét vagy a peptidet 2,4-dinitro-fluorbenzollal (Sanger-féle reagens, Nobel-díj, 1958) reagáltatjuk, majd a képződött dinitrofenil-csoporttal (DNP) jelzett vegyületet 6N sósavval C-on melegítve aminosavakká hidrolizáljuk. A hidrolizátumból éteres fázisban átoldódó N-terminális aminosav dinitrofenil-származékát kromatográfiával könnyen azonosíthatjuk. (Aminosavak kapcsolódási sorrendjének meghatározására nem alkalmas!)

34 Az Edman-lebontás során a fehérjét vagy a peptidet fenil-izotiocianáttal reagáltatják, majd a keletkezett fenil-tiokarbamidszármazékból (PTC-peptid) vizes sósav hatására 5-helyzetben helyettesített feniltiohidantoin (PTH) hasad le, melynek szerkezetmeghatározásával az N-terminális aminosav azonosítható. A lebontás n számú ismétlésével az aminosavak kapcsolódási sorrendje is felderíthető (gyors és kiváló hozamú reakció!).

35 A C-terminális aminosavrész meghatározása azon alapszik, hogy a peptidet először metanollal észteresítik, majd komplex fémhidriddel (pl. LiAlH 4 ) redukálják és ezt követően savval hidrolizálják. (Aminosavszekvencia meghatározására nem alkalmas!) Ε lépések után a C-terminális aminosavból egy b-aminoalkohol keletkezik, amely a savas hidrolizátumból izolálva könnyen azonosítható. A C-terminális aminosav lehasítására elterjedten használják a karboxipeptidáz enzimet is, amely csak a C-terminális aminosavat hasítja le az aminosavra jellemző sebességgel. Minthogy a C-terminális aminosav lehasítása után a peptidlánc feldarabolása továbbfolytatódik, így az egymás után megjelenő aminosavakból azok sorrendjére lehet következtetni.

36 Automatizált szekvenálás For peptides (usually purified by reversed phase chromatography) the needed amount is 1-5 pmol. Peptides longer than about amino acids long cannot be sequenced reliably by the Edman degradation. Because of this, long protein chains need to be broken up into small fragments which can then be sequenced individually. Digestion is done either by endopeptidases such as trypsin or pepsin or by chemical reagents such as cyanogen bromide. Different enzymes give different cleavage patterns, and the overlap between fragments can be used to construct an overall sequence. New methods based on mass spectrometry permit the sequencing of short polypeptides (20 to 30 amino acid residues) in just a few minutes. When the gene is available, sequencing the DNA can be faster and more accurate than sequencing the protein.

37 A fehérjék másodlagos szerkezete A polipeptidlánc konformációjának kialakításában nagy szerepet játszanak az amidrészletek konformációs viszonyai is. Ugyanis az amidcsoportban a karbonilszénatom és a nitrogénatom között a konjugáció miatt részleges kettős kötés van, ezért a molekularész a C N kötés körül nem forog el könnyen, azaz a sík alkatú amidcsoport meglehetősen merev. Ez a jelenség minden egyes aminocsoportra jellemző, ezért a polipeptidlánc térszerkezete a diamidrészletek egymáshoz viszonyított helyzete alapján két energetikailag kedvező elrendeződést, a lepke konformációt és a csavart konformációt veheti fel. Jóllehet mindkét konformációban minden olyan atom távol kerül egymástól, melyek között van der Waals-kölcsönhatás léphetne fel, mégis energetikailag a csavart konformáció kedvezőbb elrendeződést jelent.

38 A b-konformáció A diamidrészletek konformációt befolyásoló szerepe a CO- és az NHcsoportok közötti hidrogénkötések által valósul meg, mégpedig úgy, hogy általuk amidcsoportonként mintegy 40 kj mol 1 energianyereséghez juthat a molekula. A lepke konformációjú amidrészletek között ezáltal az ún. redőzött réteg (b-konformáció) alakulhat ki. Fehérjék gyakori másodlagos szerkezeti eleme, ahol a peptidkötések egymással szöget bezáró síkokban foglalnak helyet. Az éleken az alfaszénatomok találhatók, az aminosav oldalláncok a síkok ellentétes oldalai felé mutatnak. Több b-redős szál lemezt alkothat. A b-redőzött réteg vázlatos szerkezete

39 Az a-hélix Fehérjék gyakori másodlagos szerkezeti eleme, ahol a főlánc atomjai térbeli csavarvonalban rendeződnek el, melyet a peptidkötések NH és CO csoportjai között kialakuló H-hidak stabilizálnak. Az aminosav oldalláncok a csavarvonalon kívülre mutatnak. (10-15 aminosav alkotja, többnyire jobbmenetű).

40 A fehérjék másodlagos szerkezete nem ismétlődő elemek Hurok (loop) és kanyar (turn) Hurok: A fehérjék kanyarhoz hasonló, de annál több aminosavból álló másodlagos szerkezeti eleme. (pl. Ω elrendezésben) Kanyar: A fehérjelánc irányát megváltoztató, 2-6 aminosavat magába foglaló másodlagos szerkezeti elem, ahol a szélső aminosavak egymáshoz közel helyezkednek el. Leggyakoribb a 4 aminosavból álló β-kanyar. (b-turn: 4 aminosav g-turn: 3 aminosav)

41 A fehérjék harmadlagos szerkezete A tercier szerkezet kialakításában szerepet játszó kötőerők és kölcsönhatások Hidrogén-kötés Van der Waals kölcsönhatás Ionos kötés Diszulfidhíd: R-S-S-R szerkezeti elem, rendszerint tiolcsoportok oxidatív kapcsolódásával jön létre. Fehérjékben a harmadlagos szerkezet kialakításában vesz részt (vö. cisztein-cisztin átalakulás). Hidrofób kölcsönhatás: apoláros molekulák (vagy molekularészletek) aggregációja vizes oldatban vízmolekulák kiszorításával. Fontos szerepe van biomakromolekulák (főleg fehérjék) harmadlagos szerkezetének kialakításában.

42 Harmadlagos szerkezet Citokróm c (lószívből) A biomakromolekula egészének három dimenziós szerkezete, amelyben valamennyi atom helyzete ismeretes. Egyetlen alegységből álló biomakromolekula esetén a biológiai funkciót megvalósító szerkezet az ún. natív szerkezet/konformáció. Trióz-foszfát izomeráz (csirke izomból)

43 Negyedleges szerkezet Több, különálló, kovalens kapcsolatban nem álló biopolimerlánc térbeli elrendeződése, amely valamilyen biológiai funkciót lát el.

44 Negyedleges szerkezet kollagén Jobbmenetű háromszoros helix (P II -helixekből) Fő alkotója a kötőszöveteknek: az inaknak, a porcoknak, a csontok szerves mátrixának, a szem szaruhártyájának. Az étkezési zselatin kollagén bázisú. Átlagos összetétele: 35% Gly, 11% Ala, 21% Pro és 4-Hyp (4- hidroxiprolin)

45 Néhány példa globuláris fehérjék lehetséges szerkezeteire: Negyedleges szerkezet

46 Ötödleges szerkezetek pl. kromoszómák, riboszómák Viral capsids (a) Poliovirus (derived from PDB ID 2PLV). The coat proteins of poliovirus assemble into an icosahedron 300 Å in diameter. Icosahedral symmetry is a type of rotational symmetry. On the left is a surface contour image of the poliovirus capsid. In the image on the right, lines have been superimposed to show the axes of symmetry. (b) Tobacco mosaic virus (derived from PDB ID 1VTM). This rod-shaped virus (as shown in the electron micrograph) is 3,000 Å long and 180 Å in diameter; it has helical symmetry.

47 Fehérjék szerkezetének meghatározására szolgáló módszerek NMR készülék röntgen spektrofotométer számítógépes szerkezet meghatározás (optimálás)

48 Peptid és fehérje szintézisek A legelső peptidszintézis Curtius (1888) azon megfigyelésén alapszik, hogy aminosavészterek alkohol kilépése közben diketopiperazin-származékokká alakulnak át, melyek híg lúggal vagy savval a megfelelő dipeptiddé hidrolizálhatók. A peptidek szintézisének nehézsége: már két aminosavból is négyféle dipeptid keletkezhet.

49 Peptidszintézis lépései 1. az N-terminális aminosav α-amino csoportjának védése 2. a C-terminális aminosav karboxil csoportjának védése 3. az α-n-védett aminosav karboxil csoportjának aktiválása 4. kapcsolás (peptid kötés kialakítása, teljesen védett dipeptid képződik) 5. védőcsoport eltávolítás

50 Védés és aktiválás Aminosavakból klórhangyasav-metil-észterrel szulfuril-klorid jelenlétében nyerhető az ún. Leuchs-féle anhidrid Aminocsoport védése karbamátként A molekulában ily módon kialakított karbonilcsoport egyrészt az aminosav aminocsoportját levédi, másrészt a karbonilcsoport reaktivitását anhidridként fokozza.

51 (9-fluorenilmetiloxi)-karbonil (Fmoc csoport)

52 Aktiválás és kapcsolás A karboxilcsoport aktiválása vegyes anhidrid-, savklorid-, savazid- és aktív észtercsoporttá történő átalakításuk útján érhető el.

53 Aktiválás és kapcsolás diciklohexil-karbodiimid jelenlétében I. A reakció első lépésében az aminocsoportján védett aminosav a DCC-vel reagálva a megfelelő O-acilezett izokarbamidszármazékká alakul, amely a karbonilcsoportján kialakuló csökkent elektronsűrűség miatt készségesen reagál az aminosavészter aminocsoportjával. Az észtercsoportnak karboxilcsoporttá történő alakítása (pl. kat./h 2 ) után a kapcsolás további aminocsoportján védett dipeptiddel megismételhető.

54 Aktiválás és kapcsolás diciklohexil-karbodiimid jelenlétében II.

55 Robert Bruce Merrifield ( ) Nobel-prize 1984 Szilárd fázisú peptidszintézis A DCC-t használják a peptidkötés kialakítására a Merrifield (Nobel-díj, 1984) által kidolgozott szilárd fázisú peptidszintézis során is. Ε módszernél a C-terminális aminosavat olyan divinilbenzollal térhálósított polisztirol polimerhez kötik, amelynek körülbelül minden századik fenilcsoportja klórmetilcsoportot tartalmaz. Az így rögzített aminosavhoz DCC-vel, aminocsoportján Boc- vagy Fmoccsoporttal védett aminosavat kapcsolnak.

56

57 A módszer előnye, hogy a szennyezések és melléktermékek a polimerből könnyen kimoshatók és az eljárás automatizálható. Robotic peptide synthesizers are now used to automatically repeat the coupling, washing, and deprotection steps with different amino acids. Each step occurs in high yield, and mechanical losses are minimized because the peptide intermediates are never removed from the insoluble polymer until the final step. Using this procedure, up to 25 to 30 mg of a peptide with 20 amino acids can be routinely prepared in a few hours.

58

59 The steps in the solid-phase procedure have been improved substantially over the years, but the fundamental idea remains the same. The most commonly used resins at present are either the Wang resin or the PAM (phenylacetamidomethyl) resin, and the most commonly used N-protecting group is the Fmoc group rather than Boc.