Download - predavanje-13
1
BjelanBjelanččevineevineMastiMasti
EnzimiEnzimi
Doc. Dr. Azra TahiroviDoc. Dr. Azra Tahirovićć
Sarajevo, 11.12. 2008. Sarajevo, 11.12. 2008.
Bjelančevine ili proteini
• Bjelančevine - jedinjenja velike molekulske mase građena od alfa-aminokiselina, povezanih peptidnim vezama.
• Mr = 13 000 – nekoliko miliona• Minimum 70 aminokiselina
• Podjela:
– Jednostavne bjelančevine
• Hidrolizom daju samo aminokiseline
– Složene bjelančevine
• Proteinska komponenta
• Neproteinska komponenta (prostetična grupa)
Biološka funkcija proteina
Primjeri proteina i njihove uloge:
• enzimi - dehidrogenaze• hormoni - insulin
• transportni proteini - hemoglobin• strukturalni proteini - kolagen• rezervni proteini- feritin• protektivni- antitijela, fibrinogen
Strukturna uloga: ćelijske membrane, protoplazma ćelije, jedra ćelije
Katalitička uloga: enzimi
Regulacija biohemijskih procesa: hormoni
Aminokiseline
• Osnovna gradivna jedinica (monomer) bjelančevina.
• Aminokiselina - organska kiselina koja pored COOH grupe u svom sastavu ima –NH2 (amino) - grupu
na α- C atomu.
• Proteinske aminokiseline-
(20 važnih) aminokiselina
• α- C atom je C-atom u susjedstvu COOH grupe.
amino - grupa
karboksilna - grupa
α - C atom
glicin
2
Klasifikacija aminokiselina
•• Hemijska klasifikacijaHemijska klasifikacija::– neutralne (monoamino-monokarbonske)– kisele (monoamino-dikarbonske)– bazne (diamino-monokarbonske)– imino-kiseline (imino-grupa)
•• BioloBiološška klasifikacijaka klasifikacija::– bitne ili esencijalne aminokiseline (leucin, izoleucin,
lizin, histidin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin).
– nebitne ili neesencijalne aminokiseline
* Biljke sintetišu sve aminokiseline.
Pregled važnih aminokiselina
glicin alanin valin
leucin serin cistein
Pregled važnih aminokiselina
asparaginska kiselina
glutaminska kiselina prolin arginin
fenilalanin tirozin histidin triptofan
Stereohemija aminokiselina• Sve aminokiseline izuzev glicina su kiralne.• L-aminokiseline su dominantne u prirodi.• D,L-nomenklatura je zasnovana na D- i L-
gliceraldehidu.
L - izomer D - izomer
3
Svojstva aminokiselina• čvrste, kristalne supstance• topive u vodi (prisustvo polarnih grupa)• netopive u organskim otapalima• amfoterna jedinjenja (amfoliti)• izrazito reaktivne (reakcije na COOH i –NH2 grupu)
pH < pHi pH = pHi pH > pHi
Aminokiseline
kationski oblik zwitter-ion anionski oblik
kisela sredina bazična sredina
Aminokiseline imaju sposobnost puferskog djelovanja u organizmima.
Izoelektrična tačka – vrijednost pH na kojem se aminokiselina javlja u obliku zwitter-iona.
Reakcije na aminokiseline
1. Reakcije formiranja soli s kiselinama i bazama:
H3N+CH(R)COO- + HCl → H3N+(R)COOH + Cl-
H3N+CH(R)COO- + NaOH → H3N+(R)COO-Na+ + HOH
2. Reakcije formiranja peptidne veze:
3. Reakcija s amonijakom:
Reakcije na aminokiseline
4. Reakcija s alkoholima:
ESTER
AMID
4
Peptidi
� kratki polimeri aminokiselina
� 2 aminokiseline - dipeptid
� 3 aminokiseline - tripeptid
� više od 10 aminokiselina - polipeptidi
� preko 70 aminokiselina - proteini
Opšta svojstva proteina
� strukturne karakteristike (radikal, dužina lanca)
� amfoterna svojstva (elektroliti)
� vodeni rastvori mogu pokazivati kiselu ili baznu
reakciju
� optički aktivne supstance
Struktura proteina• Oblik:
� globularni� fibrilarni
• Strukture proteina:
� Primarna – redoslijed aminokiselina u lancupolipeptida (hemijska formula proteina).
� Sekundarna – način uvijanja lanca u spiralu ilisekundarnog vezivanja za drugi lanac ( vodikove veze).
� Tercijarna - ukupni trodimenzionalni oblik, uvijanje spirale u kompaktnu globulu.
� Kvaternerna – organizacija subjedinica u prostoru.
Struktura proteina
Cik-cak struktura
Α-heliks(spirala)
primarna struktura
Sekundarna struktura – izgled i raspored lanca u prostoru.
Primarna struktura - raspored aminokiselina u lancu.
Kolagen
fibrilarni protein
Fibrilarni proteini
Vezivanje poprečnim vodikovim vezama
Teško se otapaju u vodi.
5
Struktura proteina
Mioglobin
Tercijarna struktura
Globularni proteini
Vezivanje poprečnim vodikovim vezama
Vezivanje aminokiselina
Lako topivi u vodi
Hemoglobin
Kvaternerna struktura
Zastupljena kod složenih proteina.
Izgrađena od više podjedinica.
Osobine proteina
• Denaturacija
– reverzibilna– ireverzibilna– temperatura
– kiseline– baze
• Rastvorljivost
– amfoternost
– pokretljivost – elektroforeza
• Koloidni karakter
Denaturacija proteina
Podjela proteina• Albumini
– serum albumini, ovoalbumin (bjelance jajeta), laktalbumin (mlijeko)
• Globulini– serum globulini, laktoglobulini (mlijeko), miozin (mišići);
uljarice; • Glutelini
– biljni proteini, žitarice; orizenin (riža), glutelin ( kukuruz), glutenin ( pšenica)
• Glijadini (prolamini)– biljni proteini; zein (kukuruz), glijadin (pšenica), avenin
(zob), hordein (ječam)
• Protamini i histoni– Ulaze u sastav nukleoproteida.
• Skleroproteini– keratin (kosa, nokti, kopita), kolagen (vezivna tkiva, koža)-
kuhanjem s vodom daju želatinu; elastini (aorte)
Složene bjelančevine - proteidi
Složene bjelančevine:
Proteinski dioNeproteinski dio (prostetična grupa)
Vrsta proteida Prostetična grupaLipoproteidi lipid
Fosfoproteidi fosfatna kiselina
Glikoproteidi saharid
Hromoproteidi pigment
Nukleoproteidi nukleinske kiseline
Metaloproteidi metalni ioni
6
Važniji proteidi• Fosfoproteidi
– Kazein (mlijeko), ovovitelin (žumanjce jajeta)• Lipoproteidi
– Mitohondrije i ribozomi, ćelijska membrana• Lecitin, kefalin, holesterol
• Glikoproteidi– Zastupljeni u životinjskom svijetu uglavnom
Hromoproteidi– Hemoglobin, mioglobin, citohromi, flavoproteidi,
enzimi (katalaze, peroksidaze)• Nukleoproteidi
– Životinjske i biljne ćelije• Metaloproteidi
– Enzimi sa Fe (feridoksin) , Zn, Mn, Mo, Cu itd.
Lipidi ili masti
Opšte karakteristike:
• lipos = mast
• ne rastvaraju se u vodi
• rastvaraju se u organskim rastvaračima• (eter, hloroform, benzen, aceton)
• nemaju opštu formulu
• različite klase jedinjenja
Značaj lipida
• Gradivna uloga -ulaze u sastav ćelije membrane (složeni lipidi).
• Energetska rezerva u životinjskim i biljnim tkivima (masti i ulja).
• Učestvuju u procesu fotosinteze (karotinoidi).
• Određuju strukturu protoplazme (steroli).
• Transportna uloga (kretanje materije kroz ćelijeske membrane (složeni lipidi).
Podjela lipida
Lipidi
Saponifikacijski Nesaponifikacijski
Prosti lipidi
mastiulja
voskovi
Složeni lipidifosfolipidi
sfingolipidi
Karotinoidikarotini
ksantofili
Steroidifitosteroli
zoosteroli
Saponifikacija - proces razlaganja estera na soli masnih kiselina i alkohol pod uticajem baze (KOH, NaOH).
7
Prosti lipidi ( masti i ulja)
Gliceridi - triesteri trohidroksilnog alkohola glicerola i viših
masnih kiselina.
Podjela glicerida (triglicerida):
• jednostavni
• mješoviti
Opšta formula triglicerida
•Masti - triesteri alkohola glicerola i viših masnih zasićenih kiselina.
• Ulja - triesteri alkohola glicerola i viših masnih nezasićenih kiselina.
Više masne kiseline
Više masne kiseline :
- broj atoma karbona: C12-C24
- sadrže paran broj C atoma
Podjela viših masnih kiselina:
•zasićene masne kiseline
•nezasićene masne kiseline
-jednostruko nezasićene masne kiseline
-polinezasićene masne kiseline
Važnije masne kiseline• Zasićene masne kiseline:• Miristinska (C14) C13H27COOH• Palmitinska (C16) C15H31COOH• Stearinska (C18) C17H35COOH• Nezasićene masne kiseline:• Oleinska (18:1)
CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7COOH• Linolna (18:2)
CH3(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7COOH• Linolenska (18:3)
CH3CH2-(CH=CH-CH2)2-CH=CH- (CH2)7COOH
MastiMasti
• životinjskog porijekla (svinjska mast, goveđa mast, maslac )
• biljnog porijekla (kokosova mast, kakao puter)
• čvrste ili polučvrste supstance
• netopive u vodi
• topive u organskim rastvaračima
Kakao puter
Kakao- plod i sjeme
8
Ulja
Ulja
• biljnog porijekla (suncokretovo, maslinovo, uljane repice, laneno i sl)– Biljni plodovi, sjemenke
• tečne supstance• netopive u vodi• topive u organskim otapalima• hidrogenacija ulja
Plantaža suncokreta
Plantaža uljane repice
Hidroliza masti i ulja
Vrsta hidrolize:• Enzimska hidroliza- odvija se pod uticajem
odgovarajućih enzima. • Kisela hidroliza – odvija se u prisustvu kiselina.• Bazna hidroliza – odvija se u prisustvu baza
(saponifikacija).
mast + baza → sapun + glicerol
Sapuni- soli viših masnih kiselina. Sapuni imaju u svom sastavu nepolarni dio (radikalni
ostatak masnih kiselina) i polarni dio (karboksilnu) grupu.
Voskovi
• Esteri viših masnih kiselina i viših monohidroksilnih alkohola.
• Podjela prema porijeklu:� Biljni voskovi
�Karnauba vosak– Ester karnauba kiseline i cerotinske kiseline
�Japanski vosak– Glicerid palmitinske kiseline
� Životinjski voskovi�Pčelinji vosak – ester palmitinske kiseline i alkohola
miricila (C30H61OH).
– Zaštitna uloga voskova
Složeni lipidi• Fosfolipidi- esteri fosfatne kiseline i različitih
alkohola.�Holin-fosfatidi
� Holamin-fosfatidi
�Inozitol-fosfatidi
�Glicerol-fosfatidi
• Sfingolipidi- esteri masnih kiselina i alkohola sfingozina (amino-alkohol). S monosaharidima grade etere.�Galaktolipidi
�Sulfolipidi
• Složeni lipidi ulaze u sastav ćelijskih membrana.
9
Holin-fosfatidi (lecitini)Fosfatidna kiselina
jedna molekula glicerola+2 molekule masne kiseline+1 molekula fosfatne kiseline
Holin fosfatidi (lecitini)- esteri fosfatidne kiseline s alkoholom holinom.
Lanac masnih kiselina
Glicerolski kostur
Polarni dio molekule
Holin
Fosfatna kiselina
Sfingolipidi
alkohol sfingozin
•Imaju alkohol sfingozin u svom sastavu.
glikozid sa šećerom
peptidna veza s masnom kiselinom
�Galaktolipid = sfingozin+ viša masna kiselina+ galaktoza
�Sulfolipid = sfingozin+ viša masna kiselina+ galatoza + sulfatna kiselina
ester s sulfatnom kiselinom
75% fosfolipida
5%glikolipida
20% holesterola
Značaj složenih lipida Steroli (steroidi)
Policiklički alkoholiDerivati sterana (ciklopentanoperhidrofenantren)• Podjela steroida prema porijeklu:�Zoosteroli
� holesterol• krv, ćelije
�Fitosteroli� stigmasterol
�Mikosteroli� ergosterol
• Prekursor vitamina D
Holesterol
10
Enzimi ili fermenti
• Biološki katalizatori – biokatalizatori.• Makromolekule proteina.• Proizvode se u živim organizmima.• Mogu biti: intraćelijski i ekstraćelijski enzimi.• Kataliziraju reakcije sinteze u organizmima
(anabolizam).• Kataliziraju reakcije razlaganja u organizmima
(katabolizam).• Ubrzavaju reverzibilne biohemijske reakcije.• Specifičnost- reaguju sa jednom ili nekoliko vrsta
molekula.
Struktura enzima
• Enzimi su bjelančevine!
• Podjela:�Jednostavni (protein- enzimi)
• Sastoje se samo od bjelančevinastog dijela. • Bjelančevinasti dio određuje:
–Selektivnost: prostorna konfiguracija bjelančevine.
–Katalitička aktivnost: dio bjelančevine koji vrši katalizu ( aktivno mjesto).
Struktura enzima
�Složeni (proteid-enzimi)
– bjelančevinasti dio (apoenzim)
– nebjelančevinasti dio (koenzim)- prostetična
grupa
– Bjelančevinasti dio određuje selektivnost.
– apoenzim + koenzim = holoenzim ( katalitički
aktivan)
Koenzimi
• Koenzimi vitaminske prirode• Koenzimi nevitaminske prirodeVitamini se često prevode u koenzime.
Vitamin Koenzim Funkcija
PP Nikotinamid-adenin-dinukleotid kataliza redoks-procesa
(NAD)
B2 flavin-mononukleotid (FMN) kataliza redoks-reakcija
flavin-adenin-dinuklotid (FAD)
pantotenska koenzim A metabolizam masnih kiselina
11
Efekat pH i temperature na enzimatske reakcije
• Optimalna temperatura i optimalni pH: � temperatura = 25-40oC� pH = 5-8
Primjena pufera u regulaciji pH vrijednosti
Mehanizam katalitičkogdjelovanja enzima
Princip “ ključ-brava”
supstrat
enzim
aktivno mjesto
područje
djelovanja
kompleks
enzim-supstrat
Energetski profil enzimatski katalizirane reakcije
Aktivatori i inhibitori enzima
• Aktivatori- supstance koje aktiviraju enzime.– Metalni ioni: K+, M2+, Co2+, Mn2+, Ni2+
• Nosilac veze između enzima i supstrata
• Inhibitori- supstance koje blokiraju rad enzima ili ih inaktiviraju blokiranjem aktivnih mjesta enzima.– soli teških metala, jake kiseline, jake baze.
• Inhibicija– Reverzibilna - formiranje slabih veza samo dok je
inaktivator prisutan.– Ireverzibilna - formiranje jakih nekovalentnih veza.
12
Nomenklatura enzima
1. Dodaje se sufiks- aza na ime supstrata:
– saharaza (djeluje na saharozu).
2. Prema tipu reakcije u kojoj učestvuje:• hidrolaza (reakcija hidrolize); oksidaza (oksidacija).
3. Nosi ime i reakcije i supstrata:• glukozooksidaza (oksidacija glukoze).
4. Trivijalna imena (pepsin, tripsin, itd.).
Podjela enzimaVI klasa enzima - prema reakcijama koje kataliziraju
1. Hidrolaze hidrolitička razgradnja
(celulaza, lipaza, amilaza, peptidaza)
2. Oksidoreduktaze redoks-reakcije
3. Transferaze intermolekularno premještanje
(fosfotransferaza)
4. Ligaze (sintetaze) reakcije sinteze - formiranja veza
5. Liaze reakcije prekida veza bez učešća vode
6. Izomeraze intramolekulsko premještanje