Aminosavak, peptidek, fehérjék

Szerkezet, előállítás, kémiai tulajdonság

Aminosavak

Aminosavaknak nevezzük azokat a karbonsavakat, amelyekben a szénlánc egy vagy több hidrogénjét amino (NH2)csoportra cseréljük. Csoportosításuk történhet a szénhidrogénrész jellege, az amino és karboxilcsoportok száma ésegymáshoz viszonyított helyzete alapján.

Az aminosavak elnevezése történhet szubsztitúciós nomenklatúrával, azonban a természetes aminosavakat triviálisnévvel szokás elnevezni:

Jóllehet, 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 mintegy 20-23 a-aminosavat izoláltak fehérjék hidrolízisével. Csoportosításuktörténhet az amino és karboxilcsoportok száma szerint.

2

• apoláris oldalláncot tartalmaznak: alanin; valin; leucin; izoleucin; prolin; 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.

Aminosavak csoportosítása az oldallánc jellege alapján:

Természetes aminosavak I.

Név Rövidíttett jelzés Szerkezet

1. Monoamino-monokarbonsavak

Glicin (glikokoll) Gly

Alanin Ala

Valin Val

Leucin Leu

Izoleucin Ile

Szerin Ser

Treonin Thr

Cisztein Cys

Cisztin (Cys)2

Név Rövidíttett jelzés Szerkezet

1. Monoamino-monokarbonsavak

Metionin Met

Fenilalanin Phe

Tirozin Tyr

Triptofán Trp

Prolin Pro

Hidroxi-prolin Hyp

2. Monoamino-dikarbonsavak

Aszparaginsav Asp

Glutaminsav Glu

3. Két bázisos csoportot tartalmazó monokarbonsavak

Lizin Lys

Arginin Arg

Hisztidin His

Név Rövidíttett jelzés Szerkezet

Természetes aminosavak II.

a-Aminosavak fizikai tulajdonságaiAz a-aminosavak kristályos, magas olvadáspontú vegyületek. Olvadáspontjuk sokkal magasabb, mint azoké akarbonsavaké vagy aminoké, melyekből helyettesítéssel levezethetők. Olvadáspontjuk fölött elbomlanak,gázhalmazállapotban nem létképesek. Oldékonyságuk is a sókra emlékeztet. Szerves oldószerekben, például alkoholban aprolin és a hidroxiprolin kivételével gyakorlatilag oldhatatlanok, míg vízben valamennyi jól oldódik.

a-Aminosavak térszerkezete: Az aminosavak királis vegyületek, és a természetben enantiomer tiszta formábanfordulnak 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

a-Aminosavak sav-bázis sajátságai:

Oldatban, az oldat pH-jától függően kationként, anionként vagy ún. ikerionos alakban vannak jelen. Minthogy evegyületek egyidejűleg bázikusak és savasak, a savas csoport (–COOH) átadja a protonját a bázisosnak (–NH2), és ígykeletkezik az ikerionos forma. Az aminosavak ún. amfoter tulajdonságú vegyületek; savakkal szembengyenge bázisként, bázisokkal szemben gyenge savként viselkednek.

ikerionos formaaminosavforma

Vizes oldatban a következő sav-bázis egyensúlyi rendszer jelenlétével kell számolnunk:

Elektroforézis vázlata

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

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.

Vizes oldatban, egy meghatározott pH értéken, az illető aminosav izoelektromos pontján (pI), egyenlő mértékben ionizáltaz aminosav mindkét csoportja: kifelé semleges, elektromos erőtérben ionmigrációt nem mutat. A legtöbb aminosavizoelektromos pontja közelítőleg semleges pH-nál van. A savas oldalláncú aminosavak izoelektromos pontja savas pH-nálvan, a bázikus oldalláncúaké pedig bázikus pH-nál.

α-Aminosavak előállítása

Halogénezett savak aminálásával

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:

Aminosavak előállítása malonészter szintézissel

A veszélyes hidrogén-cianid alkalmazása ammónium-klorid/nátrium-cianid együttes használatával elkerülhető.

Aldehidekből Strecker–Zelinszkij-féle szintézissel

Aldehidek ammóniumaddícióját kísérő eliminációjában a keletkező aldimin cseppfolyós hidrogén-cianiddal α-aminonitrilléalakítható, melyből hidrolízissel aminosav nyerhető.

Hippursavból Erlenmeyer-féle azlakton-szintézissel

Reduktív aminálással

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)-konfigurációjúenantiomer szenved hidrolízist, mely az (R)-N-acetilaminosavtól könnyen elválasztható. Az aciláz enzim sertésvesébőlnyerhető.

a-Aminosavak rezolválása II.

További lehetőség a szétválasztásra a diasztereomer sóképzés, amely során először az aminosav amfoter jellegét, példáulN-benzoilezéssel megszüntetik. Az így nyert N-benzoilszármazékból molekvivalens mennyiségben vett optikailag tisztabázissal [pl. (-)-brucin vagy (-)-sztrichnin] sót képeznek. Az diasztereomer sók 1:1 arányú keveréke frakcionáltkristályosítással szétválasztható. A diasztereoegységes sókból a megfelelő konfigurációjú N-benzoilaminosav savaskezeléssel szabadítható fel, és végül a benzoilcsoport hidrolízissel hasítható le.

Aminosavak rezolválására használható bázisok

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 savakkirális hidrogénező katalizátor jelenlétében végrehajtott hidrogénezésével. (S)-Fenilalanint 98.7% ee tisztasággal állítottakelő királis ródium katalizátor alkalmazásával. A felfedezésért Knowles 2001-ben megosztott kémiai Nobel Díjat kapott.

William Standish Knowles1917 - 2012

Aminosavak bioszintézise

Aminosav bioszintézis reduktív aminálássalReduktív 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.

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.

+ +

Aminosavak kémiai tulajdonságaiAmino csoport alkilezése és acilezése Észteresítés

Reakció salétromossavval

Oxidáció

Reakció N-nukleofilekkel

Aminosavak, peptidek kimutatása kémcsőreakciókkal

Ninhidrin teszt

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 anamine adjacent to a tertiary carbon cannot be detected by the ninhydrin test. The reaction of ninhydrin with secondary aminesgives an iminium salt, which is also coloured, and this is generally yellow–orange in color.

Xantoprotein - próba

Biuret - próba

Az aromás aminosavakat tartalmazófehérjék (fenilalanin, tirozin, triptofán)jellemző reakciója. Az aromásaminosavakat tartalmazó fehérjéktömény salétromsavval történő hevítéshatására kicsapódnak ésmegsárgulnak. A sárga elszíneződést azaromás gyűrűk nitrálódása okozza. Atojásfehérje és a tej is adja axantoprotein-reakciót.

A biuret-próba peptidkötések jelenlétének kimutatásáraszolgáló kémiai reakció. A pozitív próbát intenzív ibolyaszín megjelenése jelzi, ami fehérjék jelenlétére utal. Aszínképződés alapja, hogy a biuret-reakció során a réz(II)ion lúgos oldatban komplexet képez apeptidkötés nitrogénatomján keresztül afehérjemolekulával. (Azok a peptidek adják, amelyeklegalább két peptidkötést tartalmaznak.)

Peptidek és fehérjék

A különféle típusú aminosavak közül legjelentősebbek az α-aminosavak, mert ezekből épülnek fel az élő sejtanyagállományának nélkülözhetetlen alkotórészei, a fehérjék. Sokféle fehérjét ismerünk, így a fehérje elnevezésgyűjtőfogalom, hasonlóan a szénhidrogénekhez. Ezek teljes hidrolízisénél α-aminosavak, részleges hidrolízisénélpedig peptidek keletkeznek. A peptidek két vagy több α-aminosavból (továbbiakban aminosavból) azún. peptidkötéssel felépülő molekulák. A peptidkötés olyan savamidkötés, amely az egyik aminosav karboxilcsoportja és amásik aminosav α-aminocsoportja között alakul ki. Minden egyes savamidkötés létrejötte egy molekula víz lehasadásávaljár, vagyis a peptidek és a fehérjék az aminosavak polikondenzációs termékei.

Az amidcsoportban a karbonilszénatom és a nitrogénatom között a konjugáció miatt részleges kettős kötés van, ezérta molekularész a C–N kötés körül nem forog el könnyen, azaz a sík alkatú amidcsoport meglehetősen merev. Anitrogén nemkötő elektronpárja és a karbonil csoport között kialakuló delokalizáció további következménye, hogy azamidkötésben lévő nitrogén nem bázikus.

Amidkötés jellemzői

N

H

CaC

Ca

O

-kötésnemkötõ pár (pz)

sp2

sp2

Az aminosavakból levezethető acilcsoport nevét a triviális név in végződésének il-re való cseréjével kapjuk.

A természetben előforduló peptideknek és fehérjéknek is triviális nevük van. Ilyen például az agyban található morfinszerűfájdalomcsillapító hatású pentapeptid, az enkefalin (H–Tyr–Gly–Gly–Phe–Met–OH) vagy a kötőszövet a kollagén, az inak, porcok éscsontok fehérjéje [–(Gly–Pro–X)n–, az X különböző aminosavat jelent].

A fehérjék és a peptidek peptidláncának egyik végén aminocsoport, a másikon karboxilcsoport van. Az előbbit N-,amásikat C-terminális láncvégnek nevezzük. A peptidlánc szokásos felírása szerint az N-terminális láncvég bal oldalon vanés jobbra folytatódik a lánc. A fehérjék, peptidek szisztematikus neve az N-terminális láncvégtől indulva azaminosavrészek összefűzését jelenti. A névben használjuk az aminosavak rövidítéseit.Gyakran meg is számozzuk az aminosavrészeket. A számozás az N-terminálison kezdődik.

Peptidek, fehérjék nevezéktana

Alapvető fontosságú (esszenciális)aminosavaknak nevezzük azokat azaminosavakat, amelyeket az emberi vagy állatiszervezet nem, vagy csak elégtelenmennyiségben képes előállítani.Az emberi szervezet számára 9 aminosavesszenciális (ábécé-sorrendben): fenil-alanin,hisztidin, izoleucin, leucin, lizin, metionin,treonin, triptofán, valin.A cisztein, a tirozin, arginin bár nem esszenciálisaminosavak, előfordulhat, hogy bevitelenélkülözhetetlen pl. újszülötteknél, gyerekeknél,időseknél és terhes anyáknál.

A fehérjék kémiai szempontból két csoportbasorolhatók. Az egyszerű fehérjék a proteinek (csakaminosavrészekből állnak), az összetettfehérjék a proteidek (az aminosavrészeken kívülmég más alkotórészt is tartalmaznak). Az egyszerűfehérjék több száz aminosavrészt tartalmaznak.Általában, ha az aminosavrészek száma kevesebbmint 100, akkor nem fehérjékről,hanem polipeptidekről vagy peptidekről be-szélünk. A peptideket az aminosavrészek számaszerint csoportosítva megkülönböztetünk di-, tri-,tetra- stb. peptideket. A fehérjék és peptidek teljeshidrolízisével mintegy 20-féle aminosav nyerhető,közöttük monoamino-monokarbonsavak,monoamino-dikarbonsavak, továbbá másodikbázisos (amino- vagy guanidino-) vagy egyéb(hidroxil-, szulfhidril-) csoportot is tartalmazóaminokarbonsavak, valamint izo- vagyheterociklusos szerkezetű részeket is magukbanfoglaló aminokarbonsavak. Különleges szerkezetűhidrolízistermékek a prolin és ahidroxiprolin, melyek α-helyzetben gyűrűbe zárt,bázisos jellegű iminocsoportot tartalmaznak.

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)

A sejtek minden életjelenségét fehérjék hozzák létre.

Az elsődleges vagy primer szerkezet: a fehérje aminosavszekvenciája (a kovalens kötésekkel összekapcsolt aminosavaksorrendje az N-terminálistól a C-terminális felé haladva), azaz az aminosav összetétele, és azok kapcsolódási sorrendje.

Peptidek és fehérjék szerkezete

A másodlagos vagy szekunder szerkezet: a peptidgerinc hidrogénkötések által stabilizált lokális (legalább négyaminosavra kiterjedő) rendezettségét értjük.

A harmadlagos vagy tercier szerkezet: egy polipeptidlánc teljes térbeli konformációja. Ezt a konformációtmindenekelőtt a hidrofób kölcsönhatások stabilizálják. Egy peptidlánc tartalmazhat egyetlen vagy többfélemásodlagos szerkezeti elemet, melyek rendezetlen szakaszokkal váltakoznak, de ismertek olyan fehérjék is, melyekbőlteljesen hiányoznak a rendezett szerkezetek, ezeket natívan rendezetlen fehérjéknek nevezzük. A folyamatot, melysorán a fehérjemolekulák elnyerik ezen natív szerkezetük, vagyis amelyben betöltik biológiai funkciójukat, a fehérjékfeltekeredésének nevezzük.

A negyedleges vagy kvaterner szerkezet: Megfigyelték azt, hogy az 50000-nél nagyobb molekulasúlyú globulárisfehérjék, egyes esetekben reverzibilisen, két vagy több polipeptid láncra, protomerre választhatók szét. Aprotomereket, amelyek lehetnek azonos összetételűek vagy eltérő szerkezetűek, ugyanazon kötéstípusok tartják össze,mint amelyek a harmadlagos szerkezet kialakításában szerepet játszanak.

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 feléhaladva aminosavszekvenciának nevezzük.

Aminosavszekvencia

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 100–120 °C-on melegítveaminosavakká hidrolizáljuk. A hidrolizátumból éteres fázisban átoldódó N-terminális aminosav dinitrofenil-származékátkromatográfiával könnyen azonosíthatjuk. (Aminosavak kapcsolódási sorrendjének meghatározására nem alkalmas!)

Aminosavszekvencia (elsődleges szerkezet) meghatározása

Az Edman-lebontás során a fehérjét vagy a peptidet fenil-izotiocianáttal reagáltatják, majd a keletkezett fenil-tiokarbamid-származékból (PTC-peptid) vizes sósav hatására 5-helyzetben helyettesített feniltiohidantoin (PTH) hasad le, melynekszerkezetmeghatározásával az N-terminális aminosav azonosítható.

A lebontás n számú ismétlésével az aminosavak kapcsolódási sorrendje is felderíthető (gyors és kiváló hozamú reakció!).

imidazolidin-2,4-dion

A C-terminális aminosavrész meghatározása azon alapszik, hogy a peptidet először metanollal észteresítik, majd komplex fémhidriddel (pl. LiAlH4) redukálják és ezt követően savval hidrolizálják. (Aminosavszekvencia meghatározására nemalkalmas!)

Ε lépések után a C-terminális aminosavból egy b-aminoalkohol keletkezik, amely a savas hidrolizátumból izolálva könnyenazonosítható.A C-terminális aminosav lehasítására elterjedten használják a karboxipeptidáz enzimet is, amely csak a C-terminálisaminosavat hasítja le az aminosavra jellemző sebességgel. Minthogy a C-terminális aminosav lehasítása után a peptidláncfeldarabolása továbbfolytatódik, így az egymás után megjelenő aminosavakból azok sorrendjére lehet következtetni.

Automatizált szekvenálás

For peptides (usually purified by reversed phase chromatography) the needed amount is 1-5 pmol.

Peptides longer than about 50-70 amino acids long cannot be sequenced reliably by the Edman degradation. Becauseof 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 cyanogenbromide. Different enzymes give different cleavage patterns, and the overlap between fragments can be used toconstruct 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.

A polipeptidlánc konformációjának kialakításában nagy szerepet játszanakaz amidrészletek konformációs viszonyai is. Ugyanis az amidcsoportban akarbonilszénatom és a nitrogénatom között a konjugáció miatt részlegeskettős kötés van, ezért a molekularész a C–N kötés körül nem forog elkönnyen, azaz a sík alkatú amidcsoport meglehetősen merev.

Ez a jelenség minden egyes amidcsoportra jellemző,ezért a polipeptidlánc térszerkezete adiamidrészletek egymáshoz viszonyított helyzetealapján két energetikailag kedvező elrendeződést,a lepke konformációt és a csavartkonformációt 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.

A fehérjék másodlagos szerkezete

A diamidrészletek konformációt befolyásoló szerepe a CO- és az NH-csoportok közötti hidrogénkötések által valósul meg, mégpedig úgy, hogyáltaluk amidcsoportonként mintegy 40 kJ mol–1 energianyereséghezjuthat a molekula. A lepke konformációjú amidrészletek között ezáltal azún. redőzött réteg (b-konformáció) alakulhat ki.Fehérjék gyakori másodlagos szerkezeti eleme, ahol a peptidkötésekegymással szöget bezáró síkokban foglalnak helyet. Az éleken az alfa-szénatomok találhatók, az aminosav oldalláncok a síkok ellentétes oldalaifelé mutatnak. Több b-redős szál lemezt alkothat.

A b-redőzött réteg vázlatos szerkezete

A b-konformáció

Az a-hélix

Fehérjék gyakori másodlagosszerkezeti eleme, ahol afőlánc atomjai térbelicsavarvonalban rendeződnekel, melyet a peptidkötésekNH és CO csoportjai közöttkialakuló H-hidakstabilizálnak. Az aminosavoldalláncok a csavarvonalonkívülre mutatnak. (10-15aminosav alkotja, többnyirejobbmenetű).

Hurok: A fehérjék kanyarhoz hasonló, de annál több aminosavból álló másodlagos szerkezeti eleme. (pl. Ω elrendezésben)

A fehérjék másodlagos szerkezete – nem ismétlődő elemekHurok (loop) és kanyar (turn)

Kanyar: A fehérjelánc irányát megváltoztató, 2-6 aminosavat magába foglaló másodlagos szerkezeti elem, ahol a szélsőaminosavak egymáshoz közel helyezkednek el. Leggyakoribb a 4 aminosavból álló β-kanyar. (b-turn: 4 aminosavg-turn: 3 aminosav)

A tercier szerkezet kialakításábanszerepet játszó kötőerők éskölcsönhatások

Hidrogén-kötésVan der Waals kölcsönhatásIonos kötés

A fehérjék harmadlagos szerkezete

Diszulfidhíd: R-S-S-R szerkezeti elem, rendszerinttiolcsoportok oxidatív kapcsolódásával jön létre.Fehérjékben a harmadlagos szerkezet kialakításábanvesz részt (vö. cisztein-cisztin átalakulás).

Hidrofób kölcsönhatás: apoláros molekulák (vagymolekularészletek) aggregációja vizes oldatbanvízmolekulák kiszorításával. Fontos szerepe vanbiomakromolekulák (főleg fehérjék) harmadlagosszerkezetének kialakításában.

Harmadlagos szerkezet

Citokróm c (lószívből)

Trióz-foszfátizomeráz(csirke izomból)

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.

Negyedleges szerkezet

Több, különálló, kovalens kapcsolatban nem álló biopolimerlánc térbeli elrendeződése, amely valamilyenbiológiai funkciót lát el.

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)

Negyedleges szerkezet – kollagénJobbmenetű háromszoros helix (PII-helixekből)

Negyedleges szerkezet

Néhány példa globuláris fehérjék lehetséges szerkezeteire:

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.

röntgen diffraktométerNMR készülék

számítógépes szerkezet meghatározás (optimálás)

Fehérjék szerkezetének meghatározására szolgáló módszerek

Peptid és fehérje szintézisek

A legelső peptidszintézis Curtius (1888) azon megfigyelésén alapszik, hogy aminosavészterek alkohol kilépése közbendiketopiperazin-származékokká alakulnak át, melyek híg lúggal vagy savval a megfelelő dipeptiddé hidrolizálhatók.

A peptidek szintézisének nehézsége: már kétaminosavból is négyféle dipeptidkeletkezhet.

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

Védés és aktiválásAminosavakból klórhangyasav-metil-észterrel szulfuril-klorid jelenlétében nyerhető az ún. Leuchs-féle anhidrid

Aminocsoport védése karbamátként

A molekulában ily módonkialakított karbonilcsoport egyrésztaz aminosav aminocsoportjátlevédi, másrészt a karbonilcsoportreaktivitását anhidridként fokozza.

(9-fluorenilmetiloxi)-karbonil (Fmoc csoport)

Aktiválás és kapcsolás

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

A reakció első lépésében az aminocsoportján védett aminosav a DCC-vel reagálva a megfelelő O-acilezettizokarbamidszármazékká alakul, amely a karbonilcsoportján kialakuló csökkent elektronsűrűség miatt készségesen reagál azaminosavészter aminocsoportjával. Az észtercsoportnak karboxilcsoporttá történő alakítása (pl. kat./H2) után a kapcsolástovábbi aminocsoportján védett dipeptiddel megismételhető.

Aktiválás és kapcsolás diciklohexil-karbodiimid jelenlétében I.

Aktiválás és kapcsolás diciklohexil-karbodiimid jelenlétében II.

Szilárd fázisú peptidszintézisRobert Bruce

Merrifield(1921-2006)

Nobel-prize 1984

A DCC-t használják a peptidkötéskialakítására a Merrifield (Nobel-díj,1984) által kidolgozott szilárd fázisúpeptidszintézis során is. Ε módszernéla C-terminális aminosavat olyandivinilbenzollal térhálósított polisztirolpolimerhez kötik, amelynek körülbelülminden századik fenilcsoportjaklórmetilcsoportot tartalmaz. Az ígyrögzített aminosavhoz DCC-vel,aminocsoportján Boc- vagy Fmoc-csoporttal védett aminosavatkapcsolnak.

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 withdifferent amino acids. Each step occurs in high yield, and mechanical losses are minimized because the peptideintermediates are never removed from the insoluble polymer until the final step. Using this procedure, up to 25 to30 mg of a peptide with 20 amino acids can be routinely prepared in a few hours.

The steps in the solid-phase procedure have been improved substantially over the years, but the fundamental idearemains 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.